DE19622807A1 - Leistungsregelung von Bogenlampen - Google Patents

Description

Das technische Gebiet der Erfindung ist die Steuerung von Bogenlampen, die im Betrieb und in der Anlaufphase eine schwierig zu steuernde und zu beherrschende Eigencharakteristik aufweisen. Vorgeschlagen wird dazu ein neues Regelverfahren, mit dem die Bogenlampe sowohl in ihrer Anlaufphase als auch in ihrem Betrieb sicher und zuverlässig beherrscht wird, mit dem Überströme und Überspannungen im Leistungs-Steuerteil vermieden werden können und mit dem zusätzlich noch eine steuerbare Veränderung der Helligkeit der Bogenlampe möglich ist.

Im Stand der Technik werden Schaltungen, mit denen Bogenlampen angesteuert werden, als "Vorschaltgeräte" (im Englischen "lamp ballasts") bezeichnet. Solche Vorschaltgeräte beinhalten in der Regel einen Steller, der die gleichgerichtete Netzspannung auf ein anderes Niveau herabsetzt, und eine Wechselrichter, der das vom Steller herabgesetzte Gleichsignal in ein Wechselsignal für die Bogenlampe umformt, um dafür zu sorgen, daß die Bogenlampe in ihrem Betrieb nicht einseitig abbrennt, also immer eine Kathode und eine Anode an einer ihrer Anschlußklemmen hat. Zusätzlich ist dem Wechselrichter auch ein Zündgerät nachgeschaltet, das zum Zünden der Bogenlampe eingesetzt wird, bevor die Anlaufphase, die Übergangsphase und die Betriebsphase der Bogenlampe beginnen kann. Die Erfindung sieht sich vor die Aufgabe gestellt, die eingangs genannten Probleme zu lösen. Es soll ein Verfahren zur Regelung von Bogenlampen und ein Gerät zum Durchführen dieses Verfahren als Betriebs- oder Arbeitsverfahren vorgeschlagen werden, das einen flimmerfreien und sicheren Betrieb der Lampe ebenso ermöglicht, wie einen sicheren Betrieb des Vorschaltgerätes, obgleich die Charakteristik der Lampe in ihrer Anlaufphase und Betriebsphase schwierig, da nichtlinear und unstetig ist.

Das wird erreicht, wenn ein Leistungsregler verwendet wird, der in der Betriebsphase der Lampe aktiv ist (Anspruch 1) und wenn eine Strombegrenzung vorgesehen wird, die vor der Betriebsphase, also in der Anlauf- oder Übergangsphase dafür Sorge trägt, daß eine Strombegrenzung im Vorschaltgerät stattfindet (Anspruch 1, Anspruch 11), ungeachtet des Zustandes des Leistungsreglers. Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Arbeitsverfahrens beinhaltet einen Gleichspannungssteller, einen Leistungsregler und eine Strombegrenzung, die den Leistungsregler in der Vorbetriebsphase der Bogenlampe ablöst und verhindert, daß im Vorschaltgerät Spitzenströme oder Überströme auftreten können oder Überströme in der Lampe fließen, die sie in der Anfangsphase zerstören würden oder zu einer kürzeren Lebensdauer führen (Anspruch 12).

Der Leistungsregler geht von einem gemessenen tatsächlichen Wert der Lampenleistung aus, die man entweder direkt an der Lampe durch Multiplikation von Lampenstrom und Lampenspannung ermittelt oder die man auf der Eingangsseite des Wechselrichters durch Multiplikation der Eingangsspannung und des Eingangsstroms des Wechselrichters als Meßwert zur Verfügung stellt. Die Multiplikation kann eine Analogmultiplikation sein (Anspruch 10). Die entsprechenden Meßwerte von Spannung und Strom auf der Eingangsseite des Wechselrichters werden über eine Spannungsmessung (Anspruch 4) und eine erste Strommessung (Anspruch 2) vor dem Wechselrichter gebildet, die beide dasselbe Bezugspotential haben können (Anspruch 5). Haben die beiden Meßwerte von Strom und Spannung am Eingang des Wechselrichters daßelbe Bezugspotential, so ist ihre Multiplikation einfach und kann sehr linear durchgeführt werden, ohne Pegel-Umsetzung oder Kopplung über Optowandler oder Übertrager. Eine weitere Strommessung ist im Steller vorgesehen (Anspruch 3), sie hat ein anderes Bezugspotential, als die zuvor genannte Strommessung (Anspruch 3, Anspruch 4). Die Strommessung im Steller ist auf der Eingangsseite des Stellers vorgesehen, dieser Steller arbeitet mit hoher Frequenz (Anspruch 6), um die in ihm enthaltene Induktivität klein zu halten (Anspruch 6). Die Modulation des Stellers (Anspruch 11) wird über eine Pulsdauer-Modulation oder über eine Pulsfolge-Modulation (PWM, PFM) ausgeführt, sie bestimmt Strom und Spannung des Ausgangs des Stellers und damit des Eingangs des Wechselrichters. Diese Modulation wird zurückgenommen, wenn der Strom, der am Eingang des Stellers gemessen wird, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet oder wenn der Eingangsstrom des Wechselrichters den bestimmten Grenzwert überschreitet (Anspruch 1, Merkmalsgruppe b, Anspruch 11). Diese Strombegrenzung ist nur in der Anlaufphase der Bogenlampe wirksam (Anspruch 9, Merkmalsgruppe c), sie kann aber auch dann eingreifen, wenn die Lampe Y im Betrieb beschädigt wird oder ihre Lebensdauer beendet ist, um zu verhindern, daß der Steller oder der Wechselrichter im Vorschaltgerät Schaden nimmt.

Der Leistungsregler, der für den Betrieb dafür sorgt, daß die Lampe eine vorgegebene Helligkeit hat und möglichst flimmerfrei arbeitet und der auch Abnutzung über die Lebensdauer der Lampe durch verändern der Modulation des Stellers kompensieren kann, ist im Normalfall des Betriebes des Vorschaltgerätes aktiv (Anspruch 7), er wird in seinem Betrieb erst dann abgelöst, wenn ein Störfall eintritt oder wenn die Lampe eingeschaltet werden soll, in welchem Anlaufbereich TA ein Vorschaltgerät am gefährdetsten gegenüber Überspannung oder Überströmen ist.

Im Betrieb und in der Anlaufphase bestimmt die Lampe mit ihrer stark nichtlinearen Charakteristik die Lampenspannung u_y und den Lampenstrom i_y und über den Wechselrichter auch den Zwischenkreisstrom und die Zwischenkreisspannung, der damit keineswegs konstant ist, sondern zwischen Werten von 20 Volt bis 350 Volt schwanken kann. Die Lampencharakteristik bestimmt also die Zwischenkreisspannung, ebenso wie die Modulation des Stellers, der den Zwischenkreis speist (Anspruch 7). Abhängig vom Betriebszustand der Lampe ist die Modulation des Stellers entweder beeinflußt durch die Strombegrenzung im Steller oder im Eingangskreis des Wechselrichters oder durch die Leistungsregelung, die auf den Dauerbetrieb angelegt ist.

Der Grenzwert des Stromes des Wechselrichter-Eingangs oder des Steller-Eingangs kann auf den doppelten Nennwert der Lampe eingestellt sein (Anspruch 8).

Im Betrieb der Lampe sorgt die Leistungsregelung dafür, daß Strom und Spannung als Eingangsgrößen des Wechselrichters (die den Strom und die Spannung der Lampe am Ausgang des Wechselrichters direkt abbilden, nur Gleichgrößen sind und deshalb leichter zu messen sind) nie direkt Einfluß auf die Lampenregelung nehmen, sondern nur als Produkt und damit tatsächlicher Leistungswert (Anspruch 9). Direkt nimmt nur die Strombegrenzung Einfluß auf die Modulation, wenn der zuvor erwähnte Störfall eintritt oder die Lampe in Betrieb gehen soll. Nimmt man den Störfall als regulären Betriebsfall aus, so wird durch Ändern der Modulation der Stromverlauf des Stellers in seiner Amplitude nur während der Anlaufphase der Bogenlampe beschränkt.

Mit den erfindungsgemäßen Vorschlägen arbeitet das Vorschaltgerät so, daß der Strom des Stellers und somit des Wechselrichters, an dessen Ausgang die Bogenlampe angeschlossen ist, von der Leistungsregelung verändert wird und eine Grenzwertvorgabe des Stromes des Stellers zwar im gesamten Betrieb möglich ist, aber im praktischen Betrieb nur in der Anlaufphase der Bogenlampe in die Leistungsregelung eingreift und sie zeitbegrenzt ablöst.

Die Erfindung(en) werden nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert und ergänzt.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Vorschaltgerätes für eine Bogenlampe Y, bestehend aus einem Eingangs-Gleichrichter GR, einem Zwischenkreis-Steller 40, angesteuert über eine Modulation a1 und eine Ansteuerschaltung A1 auf einen Leistungsschalter S0, und einem Wechselrichter 60, dessen Eingang mit dem Zwischenkreis und damit dem Ausgang des Stellers gekoppelt ist und dessen Ausgang mit der Bogenlampe Y direkt in Verbindung steht.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Einschaltverhaltens einer Bogenlampe Y durch Kennzeichnen des Anlaufbereiches TA, des Übergangsbereiches TÜ und des normalen Betriebs TB, dargestellt anhand der Zwischenkreisspannung u_H, der Lampenspannung u_y und des Lampenstromes i_y.

Fig. 3 ist eine Darstellung der Leistungsregelung mit einem Regler Rg, dessen Ausgang die Modulation a1 des Stellers 40 aus Fig. 1 über den Ansteuerkreis A1 verändert. Auf die Ansteuerung Al wirken zwei Begrenzungen, eine erste Begrenzung 30 und eine zweite Begrenzung 31, die alternativ oder gemeinsam vorgesehen sein können.

Fig. 4 ist eine Abstrahierung des konkreteren Blockschaltbildes aus Fig. 3 hinsichtlich der Leistungsregelung, nur anhand der Regelstrecke 40, 60, y und des Reglers Rg mit vorhergehendem Sollwert-Istwert-Vergleich 51. Der Regelkreis ist mit 50 bezeichnet und umfaßt auch die Bestimmung der tatsächlichen Leistung durch einen Multiplizierer 52.

Fig. 5 ist eine Darstellung des Stellerbereiches 40 der Fig. 1 mit einer Erläuterung der Spannungsversorgung für den gesamten Steller, die Regelung und den Wechselrichter mit seiner Vollbrücken-Schaltung, die im Wechselrichter 60 aber nicht näher dargestellt ist.

Fig. 1 veranschaulicht von links nach rechts einen Gleichrichter GR, der einen ersten Zwischenkreis mit der Spannung U₀ speist, bestehend aus zwei in Serie geschalteten Pufferkondensatoren C0 und C1. Parallel zu diesen Kondensatoren ist der Eingangskreis D0, S0 eines Gleichstrom-Stellers 40 geschaltet, wobei in Reihe zu dem Schalter S0 noch ein Meßwiderstand RS0 gelegt ist, der einen kleinen Wert hat, um eine dem Strom durch den Schalter S0 proportionale Spannung messen zu können, die proportional i_St ist, gemessen gegenüber dem ersten Bezugspotential B0, welches Bezugspotential der Anschluß mit dem geringsten Potential des ersten Zwischenkreises ist.

Der Eingangskreis aus Diode D0 und Schalter S0, die beide "Leistungsschalter" für hohe Spannung und hohen Strom sind, ist weitergeführt über eine Drossel L1 und einen Ausgangskondensator CH. Die Drossel L1 und der Kondensator CH sind in Reihe geschaltet und liegen parallel zur Diode D0, deren Kathode am höchsten Potential der Eingangsspannung U₀ liegt.

D0, L1, CH und der Leistungsschalter S0, der ein IGBT sein kann oder aus einem MOS-FET aufgebaut sein kann, bilden den Steller 40. Der Steller ist platzsparend aufgebaut, erlaubt Strommessung und zeigt überraschend durch das Durchschleifen der positiven Spannungsleitung auch auf den Ausgangskreis des Stellers ein sicheres Verhalten. Sein Betrieb kennt eine Speicherphase und eine Entladephase:

• (a) Das Einspeichern verläuft bei eingeschaltetem S0, wobei die Spannung U₀-U_H an der Drossel L1 anliegt und ihr Drosselstrom i_L ansteigt, da U_H kleiner als U₀ ist. Beim Einspeichern wächst der Drosselstrom und es steigt die Sekundärspannung U_H an. Die Diode D0 ist gesperrt, an ihr liegt die volle Spannung U₀.
• (b) In der Entladephase, bei geöffnetem Schalter S0, leitet die Diode D0 und die volle Spannung U₀ liegt am Schalter S0. Der Strom i_L der Drossel L1 baut sich ab, weil an der Drossel die negative Spannung (gegenüber der Stromrichtung) -U_H anliegt. Die Spannung an CH steigt auch in diesem Betrieb.

Der Ausgangskreis CH des Stellers bildet auch den Eingangskreis des Wechselrichters WR, da die Spannung U_H am Zwischenkreis-Kondensator CH die Eingangsspannung des Wechselrichters ist. Sind im Wechselrichter jeweils gegenüberliegende Leistungsschalter der dortigen Vollbrückenschaltung eingeschaltet, so wird die Zwischenkreisspannung CH von der Lampenspannung u_y der Lampe Y bestimmt. Der Einfluß auf den Zwischenkreis ist also sowohl von der Lastseite Y über den Wechselrichter 60 gegeben, als auch von der Speiseseite 40 über den Steller ST.

Nachdem zuvor erwähnt worden ist, daß die positive Leitung + der Eingangsspannung durchgehend verläuft, also der positive Pol der ersten Spannung U0 unmittelbar auch am Wechselrichter WR anliegt, bildet sich ein zweites Bezugspotential B1 am negativen Pol des Zwischenkreis-Kondensators CH.

Gegenüber letzterem Bezugspotential B1 kann sowohl die Zwischenkreis-Spannung UH bei 59 gemessen werden, um den Spannungs-Meßwert u_H zu bilden, als auch durch einen Spannungsabfall an einem Shunt-Widerstand RS1 eine Strommessung durchgeführt werden, die zu einem stromproportionalen kleinen Spannungssignal führt, das den Strom i_WR des Wechselrichters 60 abbildet. Durch Produktbildung des über die Spannungsmessung 59 ermittelten Spannungswertes und des durch die Strommessung 58 ermittelten Stromwertes kann die tatsächlich in der Lampe Y umgesetzte Leistung ermittelt werden, die direkt durch den Wechselrichter 60 vom Zwischenkreis umgesetzt wird, auch wenn im Wechselrichter eine Frequenz zwischen 50 Hz bis 200 Hz vorherrscht, die für eine gleichmäßige Nutzung der Lampe Y sorgt und die Gleichkomponenten des Zwischenkreises in entsprechende Wechselkomponenten für die Bogenlampe Y umformt.

Die Umformung im Wechselrichter geschieht über vier mal zwei Ansteuersignale, jeweils das Steuersignal und das Bezugspotential für die beiden oberen Schalter und die beiden unteren Schalter der (nicht dargestellten) Vollbrücke im Wechselrichter 60.

Die Nenn-Schaltfrequenz des Wechselrichters beträgt etwa 120 Hz, die Nenn-Schaltfrequenz des Stellers 40 beträgt etwa 30 kHz. Das System der Fig. 1 kann in einen Eingangsbereich GR, ST und in einen Ausgangsbereich WR, Y systematisch zerlegt werden, jeder Bereich hat sein eigenes Bezugspotential B0, B1, in jedem Bereich ist eine Strommessung i_St, i_WR an einem Shunt-Widerstand RS1, RS0 vorgesehen und im Wechselrichter-Teilbereich ist auch die erwähnte Spannungsmessung u_H vorgesehen, zur Produktbildung mit dem Wechselrichterstrom i_WR und damit zur Leistungsbestimmung P_ist der Bogenlampe Y.

Durch das gesamte System hindurch läuft die positive Spannungsleitung +, ungeachtet der unterschiedlichen Bezugspotentiale B0, B1 des Stellerteils GR, ST und des Wechselrichterteils WR.

In der Fig. 5 ist der Spannungsversorgungs-Teil näher dargestellt, der sich am Stellerbereich 40 orientiert. Das Bezugspotential B0 ist eingezeichnet, ebenso wie die beiden Pufferkondensatoren C0, C1. In Fig. 5 ist nicht der Steller 40 selbst dargestellt, sondern nur die Schaltung A5, die die Spannungsversorgung für das gesamte Vorschaltgerät zur Verfügung stellt. Diese Spannungsversorgung ist äußerst klein zu realisieren, sie kann unvergossen aufgebaut werden, ebenso wie das gesamte Vorschaltgerät, und trotzdem können alle Normen hinsichtlich der notwendigen Leiterbahn-Abstände und Bauelement-Toleranzen erfüllt werden, obwohl das Vorschaltgerät einen äußerst kompakten Aufbau hat und kleiner ist, als alle anderen derzeit im Stand der Technik verfügbaren Vorschaltgeräte.

Die Spannungsversorgung in Fig. 5 arbeitet so, daß zunächst über einen R1-Kreis mit Zenerdiode und Pufferkondensator eine Hilfsspannung U5 gebildet wird, die für das Einschalten und die Initial-Phase des Spannungsversorgungs-Kreises A5 sorgt. Die Initialversorgung geht vom Zwischenkreis C0, C1 aus, gegenüber dem Bezugspotential B0 der Stellerseite 40 des Vorschaltgerätes.

Die Schaltung A5 ist mit einem Modulator aufgebaut, der einen Schalttransistor S5 moduliert, entweder in PWM oder in Pulsfolgemodulation. Der Schalter S5 hat in seinem Kollektorkreis (Drainkreis, im Falle eines MOS-FET) die Primärwicklung W1 eines Transformators T1, der schematisch im Winkel dargestellt ist, der aber tatsächlich zwei Sekundär-Wicklungen W2, W3 und die eine erwähnte Primärwicklung W1 trägt.

Die erste Sekundärwicklung W2 speist über eine Diode D51 einen zweiten Pufferkondensator, an ihm wird die Spannung U6 gebildet, ebenso wie die Spannung U5 gegenüber dem ersten Bezugspotential B0.

Die Spannung U6 steht als stabilisierte Spannung zur Verfügung, wenn sie über einen Regler der Spannungsversorgung A5 rückgeführt wird und entsprechend die Modulation des Schalters S5 beeinflußt.

Eine zusätzliche Diode DS2 kann von der Spannung U6 zur Spannung U5 gerichtet sein und dafür sorgen, daß die Spannung U5 von der Spannung U6 nachgeladen wird, ohne daß der verlustbehaftete Widerstand R1 eine große Verlustleistung umsetzten muß, der nur für den Initialvorgang benötigt wurde.

Der Transformator T1 ist im Durchflußprinzip geschaltet, die erste Sekundärwicklung W2 gibt Spannung entsprechend dem Wicklungsverhältnis W2/W1 auf die Sekundärseite ab, wenn der Schalter S5 eingeschaltet ist.

Die zweite Sekundärwicklung W3 ist auch im Durchflußprinzip realisiert. Die Diode D7 leitet, wenn der Schalter S5 eingeschaltet ist und sorgt für eine potentialfreie Spannung U7, gegenüber einem zweiten Bezugspotential B1. Das zweite Bezugspotential B1 entspricht dem Bezugspotential auf der Wechselrichter-Systemseite WR in Fig. 1. Die Spannung U7 kann z. B. 15V oder 24V betragen, sie dient als Quelle für die Steuerung und Regelung und den Analogmultiplizierer, der u_H und i_WR zur Leistungsbildung multipliziert.

Soweit eine Kopplung von der Regelung auf der Wechselrichter-Seite 60 der Fig. 1 zu dem Steller 40 der Stellerseite in Fig. 1 erforderlich ist, erfolgt diese über einen Optokoppler, so daß die beiden galvanisch getrennten Bezugspotentiale B1, B0 weiterhin getrennt bleiben und trotzdem Signalinformationen zur Beeinflussung der Modulation des Stellers S0, 40 von der Leistungsregelung auf der Wechselrichterseite möglich ist.

Die zugehörige Spannungsversorgung der Fig. 5 ermöglicht einen kompakten Aufbau und betriebs-unabhängige Spannungsversorgung, indem ein einziger kleiner Übertrager T1 vorgesehen ist und ein zusätzlicher Stellertransistor S5, um Verlustleistung durch Analogregler oder Vorwiderstände zu vermeiden. Die Ausgangsspannung U7 für die Wechselrichter-Seite kann zusätzlich zum Anschluß eines Radiallüfters dienen, der vibrationsärmer ist, als im Stand der Technik bislang verwendete Tangentiallüfter, der aber spannungsempfindlich und deshalb dankbar für eine konstante Spannung U7 ist, die über den Transformator T1 im Durchfluß-Wandlerprinzip hergestellt und von dem Regelkreis A5 ansich über die Sekundärseite der Wicklung W2 und die Spannung U6 mitgeregelt wird.

Die Spannung U6 bildet also die Versorgungsspannung für den Stellerbereich 40 der Fig. 1, die Spannung U7 bildet gleichzeitig die Spannungsversorgung für den Wechselrichterbereich 60 und den vibrationsarmen Tangentiallüfter. Beide Bezugspotentiale B0, B1 bleiben getrennt und Informationen, die von der Wechselrichterseite zur Stellerseite übertragen werden müssen, werden als Takt- oder Analogsignal über einen Optokoppler umgesetzt. Die zu übersetzende Information ist ansich nur die Steuerung der Modulation des Steller-Transistors S0 über den Ansteuerkreis A1, mithin das Ansteuersignal a1 in Fig. 1.

Durch die günstige Kombination der Spannungsversorgungen in Fig. 5 und durch die durchgeschleifte Positiv-Leitung + in Fig. 1 wird ein Vorschaltgerät erhalten, das kompakt im Aufbau, nicht vergossen und trotzdem für alle Sicherheitsnormen geeignet ist. Die Spannung für den Radiallüfter zur Kühlung des Wechselrichters 60 ist konstant, sie ist völlig unabhängig von der Betriebslage des Stellers, von der Betriebslage der Lampe Y oder dem eingestellten Modulationsgrad oder Tastverhältnis der Schaltung A1. Soweit im Stand der Technik scheinbar vereinfachend eine zusätzliche Wicklung auf die Drossel L1 aufgebracht wird, um eine potentialfreie Spannung unter anderem für den Lüfter zu bilden, ist diese Vorgehensweise nur scheinbar vorteilhaft, tatsächlich ist diese Spannung abhängig vom Betriebszustand, vom Betriebsfall, von der Last und von der Modulation, so daß sie keine gute Basis für den spannungsempfindlichen Radiallüfter ist.

Das gesamte Vorschaltgerät der Fig. 1 zusammen mit der Versorgungsspannung der Fig. 5 wird unvergossen aufgebaut, um die Schwierigkeiten beim Vergießen zu vermeiden, die durch unterschiedliche Ausdehnungen der Bauteile entstehen. Auch bietet eine vergossene Ausführung nicht die Möglichkeit, bestimmte Bauelemente zu ersetzen, sie würde mithin die Reparatur eines Vorschaltgerätes verhindern.

Soweit oben noch nicht auf die Spannungsversorgung der vier Schalttransistoren des Wechselrichters 60 eingegangen wurde, kann leicht erkannt werden, daß die Spannung U7 mit dem Bezugspotential B1 eine gute Basis hierfür bildet, wenn man die beiden oberen Transistoren in der H-Brücke des Wechselrichters 60 mit Bootstrap-Schaltungen speist (Kondensator, Widerstand und Diode), welche Bootstrap-Schaltungen beim Schalten des jeweils unteren Transistors geladen werden und beim Sperren dieses unteren Transistors die auf dem Kondensator geladene Spannung auf einen anderen Pegel hebt, um den oberen Transistor einschalten zu können. Werden IGBT verwendet, bietet sich die Möglichkeit, im wesentlichen nur mit Spannung zu schalten, so daß die Bootstrap-Kondensatoren ihre Ladung nicht wesentlich einbüßen. Die beiden unteren Transistoren der H-Brücke werden direkt von der Spannung U7 gespeist, es kann auch noch ein Umsetzer von 24V auf 15V vorgesehen sein, was aber nicht zwingend erforderlich ist.

Mit nur zwei Spannungen, die aus der Fig. 5 entstehen, können also beide Bezugspotentiale B0, B1 versorgt werden und kann zusätzlich der gesamte Wechselrichter mit seinen drei unterschiedlichen Bezugspotentialen zur entsprechenden Transistor-Ansteuerung versorgt werden.

Die Regelung, die oben als Leistungsregelung umschrieben wurde, und die im Wechselrichter-Bereich 60 der Fig. 1 schon angedeutet wurde, ist in den Fig. 3 und 4 erläutert. Zuvor sollte auf das physikalische Verhalten der Bogenlampe Y eingegangen werden, die in der Fig. 2 anhand von drei Signalverläufen repräsentiert wird.

Wird die Bogenlampe Y durch ein Zündgerät zum Zeitpunkt Z in Fig. 2 gezündet, bricht die Spannung an ihr von dem Maximalwert (eingezeichnet sind 350V) zusammen, welcher Spannungseinbruch auch den Zwischenkreis CH betrifft, der bis auf etwa 20V zusammenbricht. Gleichzeitig steigt der Strom der Lampe Y stark an. Ist keine Begrenzung vorgesehen, so kann Lampe oder einer der Steuertransistoren zerstört werden. Die Begrenzung setzt in der Fig. 2 bei 2I₀ ein und dieser Betriebszustand ist der Anfangszustand oder die Anlaufphase der Bogenlampe Y. Nach einer kurzen Zeitdauer TA, in der die Spannung an der Bogenlampe ansteigt, in der auch die Spannung im Zwischenkreis dementsprechend ansteigt, beginnt der Übergangsbereich TÜ, der zum Betriebsbereich TB überleitet. Im Betriebsbereich ist die Zwischenkreis-Spannung U_H etwa 100V und der Nennstrom der Lampe I₀ erreicht. Hier ist die Leistungsregelung wirksam, während im Anlaufbereich TA die Strombegrenzung wirksam war.

Die Leistungsregelung ist anhand der Fig. 3 und 4 erläutert. Ein Sollwert P_soll wird vorgegeben. Von dem Sollwert wird ein Leistungs-Istwert P_ist abgezogen, der durch Multiplikation 52 aus dem Eingangsstrom i_WR und der Eingangsspannung u_H des Wechselrichters 60 gebildet wird. Diese beiden Größen sind auch die Betriebs-Kenngrößen der Lampe Y. Die Regeldifferenz wird auf einen Regler Rg gegeben, der über die Ansteuerschaltung A1 den Stellertransistor S0 in seinem Modulationsgrad entsprechend steuert, um den Betriebszustand der Bogenlampe Y einzustellen, der entsprechend der Leistungsvorgabe P_soll gewünscht ist. Im stationären Zustand gibt die Lampe Y also den Sollwert ab, weil der Regler Rg im Regelkreis 50 der Fig. 4 die Leistung auf diesen Wert regelt.

Im Anlaufzustand der Lampe, entsprechend dem Zeitbereich TA oder ergänzend dem Zeitbereich TÜ der Fig. 2, ist die Leistungsregelung unwirksam, sie wird in diesem Zeitbereich abgelöst von der Begrenzung 30 oder 31 (oder beiden), die in der Fig. 3 dargestellt sind. Eine Begrenzung ist die des Stromes des Wechselrichters, der am Widerstand RS1 in Fig. 1 gemessen wird. Diese Begrenzung führt über die oben umschriebene Optokoppler-Kopplung zu einer Reduzierung der Modulation a1 des Stellertransistors S0. Die Begrenzung 31 kann dabei direkt auf die Schaltung A1 einwirken, sie kann aber auch auf das Ausgangssignal a1 des Reglers Rg begrenzend einwirken.

Auch die Strommessung auf der Stellerseite 40, derjenigen Seite mit dem anderen Bezugspotential B0, kann die Begrenzung 30 auslösen. Die Begrenzung ist entsprechend dem maximalen Lampenstrom iy auch hier vorgesehen, obwohl diese Begrenzung ans ich nur auf dem Maximalstrom des Schalters S0 abgestimmt zu sein bräuchte. Das Abstimmen sowohl der einen Begrenzung 30 wie auch der anderen Begrenzung 31 auf den Lampenstrom schafft die hohe Sicherheit vor Zerstörung des Steuergerätes und vor unsachgemäßer Behandlung der Lampe Y.

Der Strom i_St auf der Stellerseite wird an dem Widerstand RS0 gemessen, gegenüber dem Bezugspotential B0. Er kann direkt den Steller ohne Umsetzung eines Optokopplers beeinflussen, durch Reduzierung seiner Modulation a1.

Claims (12)

1. Lampenregelung für Bogenlampen (Y), die über einen Wechselrichter (WR, 60) mit einer niederfrequenten Wechselspannung (u_y) betrieben werden, bei welcher Regelung

• (a) ein Leistungsregelkreis (Rg, 50, 51, P_soll) abhängig von einem Leistungs-Sollwert (P_soll) und der gemessenen tatsächlichen Lampenleistung (P_ist), ermittelt durch Multiplikation (52) des Lampenstroms (i_y) und der Lampenspannung (u_y) oder der Eingangsspannung (u_H) und des aufgenommenen Stromes (i_WR) des Wechselrichters (WR, 60) den Vorgabewert (a1) für einen Steller (40, ST) verändert;
• (b) der Steller (40, ST) eine interne Strombegrenzung (30) hat, die von selbst und ohne Einfluß auf den Leistungsregler (50, Rg) anspricht und in einer Anlaufphase der Bogenlampe (Y) den Maximalstrom des Wechselrichters (WR, 60) bestimmt.

2. Lampenregelung nach Anspruch 1, bei der eine erste Strommessung (RS1, i_WR, 58) vor dem Wechselrichter (WR, 60) und eine Spannungsmessung (59) am Ausgang des Stellers (40) beziehungsweise am Eingang des Wechselrichters (60) erfolgt.

3. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der eine weitere Strommessung (RS0, i_St, 39) im Steller (40) vorgesehen ist.

4. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die erste und die weitere Strommessung (RS1, RS0) zwei verschiedene Bezugspotentiale (B1, B0) haben.

5. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Spannungsmessung (u_H, 59) am Ausgang des Stellers (40) beziehungsweise am Eingang des Wechselrichters (60) dasselbe Bezugspotential (B1) wie die erste Strommessung (RS1, 58) hat.

6. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der der Steller (40) mit hoher Frequenz (f_S), insbesondere oberhalb der Hörgrenze arbeitet.

7. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der der Leistungsregler (50; 51, 52) und der Strom-Grenzwertregler (30, 39, i_St; 31, 58, i_WR) eine Ablöseregelung bilden, wobei der Leistungsregler im Betrieb (TB) der Lampe (Y) und der Grenzwertregler im Anlaufbereich (TA) der Lampe (Y) aktiv sind und Strom beziehungsweise Spannung am Eingang des Wechselrichters (60) ebenso bestimmten, wie die Lampe (Y) aufgrund ihrer über den Wechselrichter transformierten Lampencharakteristik.

8. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der der Strom-Grenzwert auf mehr als Nennstrom der Bogenlampe (Y), insbesondere im wesentlichen doppelten Lampen-Nennstrom (2I₀) eingestellt ist.

9. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der

• (a) die Lampenspannung (u_y) oder die Wechselrichter-Eingangsspannung (u_H) keinen direkten Eingriff auf den Regelkreis (50, 51, 52) der Lampenregelung hat; und/oder
• (b) der Lampenstrom (i_y) oder der Wechselrichter-Eingangsstrom (i_WR) keinen direkten Eingriff auf den Regelkreis (50, 51, 52) des Lampenstroms hat; und/oder
• (c) nur der Primär-Stromverlauf des Stellers (ST, 40) oder der Eingangsstrom (i_WR) des Wechselrichters (60) über eine Grenzwertregelung (30, 31) direkt auf die Modulation (a1) des Stellers (40) begrenzend einwirken kann, aber im Zeitbereich seiner Einwirkung auf den Anlaufbereich (TA) oder den Anlaufbereich und den Übergangsbereich (TA, TÜ) zum Dauerbetrieb (TB) beschränkt ist.

10. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der die Multiplikation (52) zur Ermittlung der tatsächlichen Lampenleistung (P_ist) eine Analogmultiplikation ist.

11. Lampenregelung nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der statt oder neben der Merkmalsgruppe (b) des Anspruchs 1 eine (weitere) Strombegrenzung (31) vorgesehen ist, die den Steller (40) in seiner Modulation (a1) zurücknimmt, wenn der Versorgungsstrom (i_WR) des Wechselrichters (60) oder des Lampenstroms (i_y) über einen vorgegebenen Grenzwert (2I₀) ansteigt, insbesondere während der Anlaufphase (TA) der Bogenlampe (Y).

12. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der erwähnten Ansprüche, bei der

• (a) ein Gleichspannungssteller (40) mit veränderbarer Modulation (a1) vorgesehen ist, der die Eingangsspannung (U_H, u_H) für einen Wechselrichter (60) mit im wesentlichen konstanter Schaltfrequenz (f_N) zur Verfügung stellt;
• (b) ein Regler (Rg, 50, 51, 52) vorgesehen ist, der im Betrieb (TB) der Lampe (Y) die Modulation (a1) des Stellers (40) basierend auf einer Leistungsregelung steuert;
• (c) der Leistungsregler (Rg, 50, 51, 52) von einer ersten und/oder weiteren Strombegrenzung (30, 31) bei der Bestimmung der Modulation (a1) des Stellers (40) in einer Vorbetriebsphase (TA, TÜ) der Bogenlampe (Y) abgelöst wird.