DE1301388B

DE1301388B - Control circuit for regulating the supply voltage of lamps, especially for stage lighting systems

Info

Publication number: DE1301388B
Application number: DE1966L0053129
Authority: DE
Inventors: Kister Horst
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1966-03-19
Filing date: 1966-03-19
Publication date: 1969-08-21

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regelkreis zur Regelung der Helligkeit von Lampen, insbesondere für Bühnen- und Studiobeleuchtungsanlagen, durch Beeinflussung des Phasenanschnittwinkels der Speisespannung.The invention relates to a control circuit for regulating the brightness of lamps, in particular for stage and studio lighting systems, by influencing them the phase control angle of the supply voltage.

Die Regelung der Helligkeit von Lampen, insbesondere bei Bühnen- und Studiobeleuchtungsanlagen, geschieht häufig über die Regelung des Phasenanschnittwinkels der speisenden Spannung. Hierzu bedient man sich im allgemeinen eines Lichtstellers, der beispielsweise aus einer Antiparallelschaltung zweier Thyristoren bestehen kann, die jeweils nur für einen Teil der beiden Spannungshalbwellen gezündet werden. Infolge des steilen Spannungsanstieges im Zündzeitpunkt ergibt sich ein hoher Gehalt an Oberschwingungen. Um eine Einwirkung dieses Oberschwingungsgemisches auf vorhandene Rundfunk- und Mikrofonleitungen zu verhindern, schaltet man zwischen den Lichtsteller und die zu speisende Lampe noch einen Tiefpaß, um die höherfrequenten Komponenten der Speisespannung auszusieben. Die sich so ergebende Speisespannung für die Lampe ist trotz der erfolgten Siebung jedoch weit von der Sinusform entfernt. Um die Ausgangsspannung unabhängig von der Belastung zu machen, ist wegen des relativ hohen Innenwiderstandes der Siebmittel eine Regelung vorzusehen.The regulation of the brightness of lamps, especially in stage and Studio lighting systems are often done by regulating the phase control angle the feeding voltage. For this purpose, one generally uses a light controller, which can, for example, consist of an anti-parallel connection of two thyristors, which are only ignited for part of the two voltage half-waves. As a result the steep rise in voltage at the point of ignition results in a high content of Harmonics. To an effect of this harmonic mixture on existing To prevent radio and microphone lines, one switches between the light controller and the lamp to be fed also has a low-pass filter to avoid the higher-frequency components the supply voltage. The resulting supply voltage for the lamp is, however, far from the sinusoidal shape despite the successful sieving. To the output voltage To make it independent of the load is because of the relatively high internal resistance to provide a regulation of the sieve means.

Will man die Lampe in ihrer Helligkeit steuern, so bereitet es wegen der nicht sinusförmigen Ausgangsspannung Schwierigkeiten, die Regelabweichung mit dieser Speisespannung als Istwert und einer vorgegebenen Spannung als Sollwert zu bilden.If you want to control the brightness of the lamp, it prepares for the non-sinusoidal output voltage difficulties, the control deviation with this supply voltage as the actual value and a specified voltage as the setpoint form.

Zur Beseitigung dieserSchwierigkeitenistesbereits bekannt - so z. B. durch die französische Patentschrift 1374439 -, das Quadrat des Istwertes zu bilden. Dies geschieht mittels eines Widerstandsnetzwerkes, bestehend aus mehreren in Reihe geschalteten Längswiderständen undmehrerenparallelgeschalteten Ouerwiderständen, zu denen jeweils Dioden wiederum in Reihe liegen. Das Widerstandsnetzwerk wirdeinmalvondergleichgerichtetenIst-Spannungund zum anderen von einer Hilfsspannung beaufschlagt.To solve this problem it is already known - e.g. B. by the French patent 1374439 - to form the square of the actual value. This is done by means of a resistor network, consisting of several series resistors connected in series and several parallel connected external resistors, to which diodes are in turn in series. The resistor network is acted upon on the one hand by the rectified actual voltage and on the other hand by an auxiliary voltage.

Nun kann man durch Radizieren des so ermittelten Istwert-Ouadrates eine Größe gewinnen, mit der man den Sollwert vergleichen kann.Now you can by rooting the actual value square thus determined gain a quantity with which the target value can be compared.

Erfindungsgemäß wird bei einem Regelkreis gemäß dem Oberbegriff nunmehr vorgeschlagen, daß das durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandsnetzwerkes gebildete Quadrat der Ist-Spannung einem RC-Integrierglied aufgeschaltet wird, und daß jeweils die Quadrate von effektivem Soll- und Istwert zur unmittelbaren Bildung der Regelabweichung einem Vergleichsglied zugeführt werden.According to the invention, in a control loop according to the preamble suggested that this should be done by appropriately dimensioning the resistor network formed square of the actual voltage is applied to an RC integrator, and that in each case the squares of the effective setpoint and actual value for immediate formation the control deviation are fed to a comparison element.

Der Vorteil einer solchen Helligkeitsregelung liegt ganz offensichtlich in der Einfachheit der Regelkreisanordnung, wenn man einmal von der Quadratbildung absieht, die jedoch aus den dargestellten Gründen notwendig ist.The advantage of such a brightness control is quite obvious in the simplicity of the loop arrangement once you think of the squaring refrains, which is necessary for the reasons presented.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der i F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 den geschlossenen Regelkreis für eine in ihrer Helligkeit geregelten Lampe, F i -. 2 die Schaltung zur Ermittlung des Quadrates des Effektiv-Istwertes, F i g. 3 eine im Weg der Regelabweichung liegende Zündschaltung zur Zündung der gesteuerten Tore des Lichtstellers. Das in F i g. 1 dargestellte Prinzip der Helligkeitssteuerung einer Lampe 3 mit einem Lichtsteller 1 und einem nachgeschalteten Tiefpaß ist bekannt. Schwierigkeiten bereitet die Regelung der Lampenhelligkeit, 5 da der Lampenspannungs-Istwert sich in der vorliegenden Form nicht für einen Vergleich mit einem vorgegebenen Sollwert eignet.The invention is illustrated below with reference to FIGS. 1 to 3 explained in more detail. It shows F i g. 1 the closed control loop for a lamp whose brightness is regulated, F i -. 2 the circuit for determining the square of the effective actual value, F i g. 3 an ignition circuit, which is in the way of the control deviation, for igniting the controlled gates of the light controller. The in Fig. The principle shown in FIG. 1 of the brightness control of a lamp 3 with a light controller 1 and a downstream low-pass filter is known. Difficulties are the control of the lamp brightness, 5 since the lamp voltage value is not suitable in the present mold for a comparison with a predetermined target value.

Diese Schwierigkeit wird durch eine Schaltung gemäß F i g. 2 beseitigt. Diese Schaltung ist unter Position 6 in F i g. 1 angedeutet. Sie liegt im Weg des Istwertes und hat die Aufgabe, das Quadrat des Ist-Effektivwertes zu bilden.This difficulty is solved by a circuit according to FIG. 2 eliminated. This circuit is under item 6 in FIG. 1 indicated. It is in the way of the actual value and has the task of forming the square of the actual effective value.

Aufbau und Funktion der Schaltung gemäß F i g. 2 wird im folgenden näher erläutert.Structure and function of the circuit according to FIG. 2 is explained in more detail below.

An der Serienschaltung einer Reihe von Längswiderständen RL 1, RL 2 - . . RL,5 - - , liegt eine positive Hilfsspannung U,11,f,. Mit den sich somit ergebenden Spannungsteilerpunkten Pl, P2 ... P4 sind Querwiderstände R, 13 Rq 2 ... Rq4 ... verbunden, die ihrerseits jeweils mit Dioden Dl. D2 .. D4 - - - in Serie liegen. Der Istwert der Speisespannung UlsT wird mittels eines Gleichrichters Gl gleichgerichtet. Alle Dioden Dje & . . . D4 ... liegen mit ihrer Anode auf dem positiven Potential der gleichgerichteten Istspannung. über einen hochohmigen Widerstand RO sind zudem die Anoden aller Dioden mit dem Massepotential verbunden. Die Wirkungsweise ist nun folgende: Steigt der Wert der gleichgerichteten Istspannung von 0 nach positiven Werten, so wird zunächst Diode D4 leitend, da der Spannungsteilerpunkt P4 das am wenigsten positive Potential besitzt. Es fließt also ein Strom von der Istspannungsquelle UIST über den Gleichrichter Gl, die Diode D4, den Querwiderstand R"4, den LängswiderstandRL5 und den Widerstand Ri. Wächst die gleichgerichtete Istspannung nach höheren positiven Werten, so schalten sich sukzessive weitere Querzweige des Widerstandsnetzwerkes hinzu, und die Ströme durch den Widerstand Ri addieren sich. Durch entsprechende Dimensionierung des gesamten Widerstandsnetzwerkes kann erreicht werden, daß die jeweilige Summe aller Querströme an dem Widerstand Ri eine derartige Spannung abbildet, daß diese Spannung jeweils dem Quadrat des Istwertes der Speisespannung entspricht. In einem praktischen Ausführungsbeispiel sind die Widerstände des Längszweiges RL relativ niederohmig gewählt und die Widerstände im Querzweig von hohen Werten für RC 4 nach niederen Werten für R, , abgestuft.On the series connection of a series of series resistors RL 1, RL 2 -. . RL, 5 - -, there is a positive auxiliary voltage U, 11, f ,. With the resulting voltage divider points Pl, P2 ... P4, cross resistors R, 13 Rq 2 ... Rq4 ... are connected, which in turn are each connected to diodes D1. D2 .. D4 - - - in series. The actual value of the supply voltage UlsT is rectified by means of a rectifier Gl. All diodes Dje & . . . D4 ... have their anode at the positive potential of the rectified actual voltage. In addition, the anodes of all diodes are connected to the ground potential via a high-ohmic resistor RO. The mode of operation is as follows: If the value of the rectified actual voltage increases from 0 to positive values, diode D4 first becomes conductive, since the voltage divider point P4 has the least positive potential. A current therefore flows from the actual voltage source UIST via the rectifier Gl, the diode D4, the shunt resistor R "4, the series resistor RL5 and the resistor Ri. and the currents through the resistor Ri add up. By appropriate dimensioning of the entire resistor network, it can be achieved that the respective sum of all cross currents at the resistor Ri maps a voltage such that this voltage corresponds to the square of the actual value of the supply voltage embodiment, the resistances of the selected longitudinal branch RL relatively low resistance and the resistors in the transverse branch of high values of RC 4 to lower values for R, stepped.

Die Güte der Quadratbildung hängt von der Anzahl der vorgesehenen Querzweige ab.The quality of the squaring depends on the number of provided Cross branches.

Die durch den veränderlichen Strom an dem Widerstand Ri abgebildete Spannung, die dem Quadrat des Istwertes der Speisespannung proportional ist, wird anschließend mittels eines RC-Gliedes, bestehend aus dem Widerstand Ri im Längszweig und dem Kondensator Ci im Querzweig, integriert. über dem Kondensator kann somit eine Spannung entsprechend SU2 IST dt abgenommen werden, welche definitionsgemäß U2,sT,f, entspricht. Um den Effektivwert UIST,ff ZU gewinnen, mUßte man nun noch die gewonnene Spannung radizieren. Um dieses zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, den Sollwert zu quadrieren und den Vergleich sodann mit dem vorliegenden, quadrierten Istwert vorzunehmen.The voltage represented by the variable current at the resistor Ri, which is proportional to the square of the actual value of the supply voltage, is then integrated by means of an RC element consisting of the resistor Ri in the series branch and the capacitor Ci in the shunt branch. A voltage corresponding to SU2 IST dt can thus be taken across the capacitor, which by definition corresponds to U2, sT, f. To win the rms value U IST, ff TO, you now have the voltage obtained had square root extracted. In order to avoid this, the invention proposes to square the target value and then to make the comparison with the present, squared actual value.

Diese Verhältnisse sind in F i g. 1 eingezeichnet. as Quadrat des Sollwertes kann mit Hilfe einer SpannungsquelleS und eines entsprechend geeichten Potentiometers 7 eingestellt und dem Vergleichsglied 6 zugeführt werden. Auf der anderen Seite liegt das Quadrat des effektiven Istwertes hinter Position 6 (entsprechend F i g. 2) zum Vergleich vor. Die sich ergebende Regelabweichung wird einer Zündschaltung 4 zugeführt, die ihrerseits das Zünden der gesteuerten Tore des Lichtstellers 1 bewirkt.These relationships are shown in FIG. 1 drawn. The square of the setpoint value can be set with the aid of a voltage source S and an appropriately calibrated potentiometer 7 and fed to the comparison element 6. On the other hand, there is the square of the effective actual value behind position 6 (corresponding to FIG. 2) for comparison. The resulting control deviation is fed to an ignition circuit 4, which in turn causes the controlled gates of the light controller 1 to be ignited.

Die F i g. 3 der Zeichnung zeigt den Aufbau einer vorteilhaften Zündschaltung. Sie besteht im wesentlichen aus zwei zueinander komplementären Transistoren T" T2 und einem Unijunction-Transistor UT. Die positive Regelabweichung A U steuert den Transistor T, (NPN) an seiner Basis an. Dadurch kommt dieser Transistor in einen stromführenden Zustand, und das Potential des Kollektors, der über den Widerstand Ri mit der positiven Betriebsspannung + U,6 verbunden ist, wird zunehmend negativer. Dadurch wird der zweite Transistor T, (PNP) ebenfalls leitend. In den Kollektorkreis dieses zweiten Transistors ist ein Kondensator geschaltet, der sich über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T2 auflädt.The F i g. 3 of the drawing shows the structure of an advantageous ignition circuit. It essentially consists of two complementary transistors T ″ T2 and a unijunction transistor UT. The positive control deviation AU controls the transistor T, (NPN) at its base. This puts this transistor in a current-carrying state and the potential of the collector , which is connected to the positive operating voltage + U, 6 via the resistor Ri, becomes increasingly negative. This also makes the second transistor T, (PNP) conductive -Emitter path of the transistor T2 charges.

Erreicht die Ladespannung des Kondensators einen festgelegten Wert, so zündet der Unijunetion-Transistor UT. Der Zündspannungsimpuls, der über dem Widerstand R, abfällt, dient sodann zur Ansteuerung der Tore der gesteuerten Gleichrichter des Lichtstellers.If the charging voltage of the capacitor reaches a specified value, so the unijunetion transistor UT ignites. The ignition voltage pulse across the resistor R, drops, then serves to control the gates of the controlled rectifier of the light controller.

Claims

Claims: 1. Control circuit for regulating the brightness of lamps, in particular for stage and studio lighting systems, by influencing the phase control angle of the supply voltage, with a resistor network consisting of several series resistors connected in series and several parallel resistors in series in the path of the actual value Diodes is provided which is acted upon by the rectified ACTUAL voltage Ulsl and the other by an auxiliary voltage UHI, f., Characterized in that the square of the ACTUAL voltage formed by appropriate dimensioning of the resistor network is connected to an RC integrator , and that in each case the squares of the effective setpoint and actual value are fed to a comparison element (4) for the direct formation of the control deviation.

2. Control circuit according to claim 1, characterized in that the control deviation directly or indirectly via a further transistor (T.) controls a transistor (T1), in the collector circuit of which a charging capacitor (C) is connected, and that a downstream unijunction transistor (UT) is ignited by the charging voltage of the capacitor.