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Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Licht stromes einer Glühlampe
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Stabilisierung des Lichtstromes
einer Glühlampe, wie sie z. B. in fotometrißchen Einrichtungen oder in Filavorführgeräten
vorwendet wird.
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Stetige elektronische Regler zur Stabilisierung eines Stromes oder
einer Spannung für Verbraucher æ. B. einer Glühlampe sind allgemein bekannt, so
daß auf eine nähere Schilderung des Standes der Technik für stetige Regler verzichtet
werden kann.
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Nachteilig an diesen Reglern ist, daß sie hohe Verlustleistungen am
Stellglied mit sich bringen, die in der Höhe der Wirkleistung des Verbrauchers,
d. h. der Glühlampe liegen und daß die Leistungsaufnahme solcher Regler pzportional
mit der Netzspannung steigt. Hinzu kommt die zusätzliche Belastung des Gleichrichters
durch diese Verlustleistung. Als weiterer Nachteil ist bekannt, daß bei Beistungsreglern
ein erheblicher Aufwand zur Erzielung einer geringen Brummspannung erforderlich
ist und daß dieser Aufwand mit einem zusätzlichen Anstieg der
Verlustleistung
verbunden ist. Die auftretenden VeTlustleistungen erfordern eine dem Maximalf all
entsprechende Dimensionierung von Netztrafo und Kühlkörpcrn, die einen erheblichen
Raumbedarf beanspruchen.
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Es ist weiter ein geregeltes Netzgerät mit geschalteten Transistoren
als Schaltungsanordnung zur Stabilisierung einer Gleichspannung bekannt, die als
Zweipunktrele wirkt und einen Stelltransistor sowie mehrere zu seiner Steuerung
nötige Bauteile umfaßt, Ueber einen Widerstand wird ein Kondensator bis zur gewünschten
Ausgangsspannung aufgeladen. Beim Erreichen der Spannung wird ein Schalter geöffnet
und der Ladevorgang unterbrochen. Ist die Ausgangsspannung infolge einer Stromentuahme
durch einen Verbraucher etwas abgefallen, dann wird der Schalter wieder geschlossen,
und-der Ladevorgang beginnt von neuem.
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Nachteilig an diesem Netzgerät ist, daß die Welligkeit der Ausgangsspannung
von der Hysterese des Steuerteiles abhängt.
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Außerdem ist nachteilig-, daß der Regler entsprechend der Belastung
mit einer unterschiedlichen Schaltfrequenz arbeitet, die im Hörbereich liegt. Damit
entsteht bei diesem Netzgerät, wenn es zur Stabilisierung einer Lichtquelle verwendet
wird, eine unerwilaschte nicht definierte Lichtmodulation.
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In einer anderen Schaltungsanordnung wird ein Schalttransistor als
Stellglied, eine als Energiespeicher dienende Drossel und eine in einem Querzweig
angeordnete Freilaufdiode unter Verwendung einer Steuerschaltung mit Transistor-Wechselrichter
als Taktgeber verwendet, wobei zur Erzeugung einer dreieckförmigen
Spannung
eine mit einem Taktgenerator verbundene Mittelpunktschaltung aus RC-Gliedern dient.
Dabei wird der Schalttransistor über eine von der dreieckförmigen Hilfsspannung
und der Meßspannung gesteuerte bistabile Kippstufe mit einem von der Ausgangsspannung
abhängigen Tastverhältnis gesteuert.
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Nacllteilig an den bekannten Schaltungsanordnungen mit geschalteten
Transistoren ist der durch Wechselrichtertrafo, Drossel, Freilaufdiode und Glättungskondensator
zusätzlich erforderliche Raumbedarf und die daraus resultierende große Masse. Weiterhin
ist die Gleichspannung mit einer im Hörbereich liegenden Restwelligkeit überlagert,
die der Schaltfrequenz des Reglers entspricht.
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Es wird bezweckt, die Leistungsabgabe des Reglers an eine Glühlampe
und damit deren Licht strom konstant zu halten, die Ausreglung der Brummspannung
zu verbessern und den erforderlichen Aufwand herabzusetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fchaltungsanordnung
zur Stabilisierung des Lichtstromes einer Glühlampe zu schaffen, bei der die Leistungsaufnahme
des Reglers von der Netzspannung unabhängig ist, die Brummspannung mit vertretbaren
Mitteln ausgeregelt und dabei gleichzeitig eine Vereinfachung im Aufbau der Schaltungsaaordnung
erzielt wird. Eine störende Lichtmodulation oder deren Auswirkung als Folge der
Restwertigkeit der Speisespannung so vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Impulsgenerator mit steuerbarem
Tastverhältnis gelöst, der über eine reibereinheit
einen Schalttransistor
als Stellglied mit Rechteckwellen von veränderlichem Tastverhältnis ansteuert und
die Änderung des Tastverhältnisses mittels einer, uber eine Fotodiode und einen
Regelverstärker vom Lichtstrom abgeleiteten Regelspannung, die auf den lmpulsgenerator
als SteAll,roße zurückgeführt ist, erfolgt, wobei die Frequenz des Impu1gene rators
so hoch ist, daß eine Lichtmodulation der Glühlampe vermieden wird. Außerdem wird
die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst durch einen Impulsgenerator mit steuerbarem
'pastverhältnis, der über eine Treibereinheit den Schalttransistor als Stellglied
mit Rechteckschwellen von veränderlichem Tastverhältnis ansteuert, wobei die Änderung
des Tastverhältnisses durch eine, über einen Effektivwandler und durch einen Regelverstärker
von der Ausgangsamplitude des Schalttransistors abgeleitete Regelspannung, die auf
den Impulsgenerator als Stellgröße zurückgeführt ist, erfolgt und die Frequenz des
Impulsgenerators größer als die obere Grenzfrequenz des der Lampe folgenden Geräteteiles
ist.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung liegen darin,
daß die Verlustleistung am Stellglied weit unter der Wirkleistung des Verbrauchers
liegt, eine Abhängigkeit der Leistungsaufnahme des Reglers von der Netzspannung
vermieden wird, die notwendigen Xühlflächen des Stelliedes und der Gleichrichter
klein sind und einen dementsprechend geringen Raum- und Masseanteil beanspruchen,
keine zusätzlichen, für das Ausregeln der Brummspannung erforderlichen Mittel benötigt
werden und die Belastung der Gleichrichterdioden um den Anteil
der
Verlustleistung am Stellglied vernachlässigbar gering ist.
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Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert
werden. Die Figuren 1 - 4 stellen dar; Fig. 1: Blockschaltbild der Schaltungsanordnung
mit fotoelektrischem Wandler Fig. 2: Blockschaltbild der Schaltungsanordnung mit
elektronischem Effekt ivwertwandler Fig. 3: Teil des Blockschaltbildes mit Steuerung
des astabilen Multivibrators Fig. 4: Ausführungsbeispiel der Schalt ungsanordnung
gemaß Blockschaltbild nach Fig. 1.
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Im Ausführungsbeispiel besteht die Schaltungsanordnung zur Stabilisierung
des Lichtstromes einer Glühlampe aus den Baugruppen Netzteil 1, Impulsgenerator
2, Treibereinheit 3, Lastkreis 4, der mit der Glühlampe 11 über ein Lichtleitsystem
12 verbundenen Fotodiode 13, Regelverstärker 5 und Multivibrator-Steuerung 6. Der
Impuisgenerator 2 besteht aus den nktionaeinheiten astabiler Multivibrator 7, Impuisgatter
8 und monostabiler Multivibrator 9 während der Lastkreis 4 den als Stellglied wirkenden
Schalttransistor 10 und die Glühlampe 11 als Verbraucher enthält. Die Schaltungsanordnung
arbeitet folgendermaßen: Die im Netzteil 1 gleichgerichtete und geglättete Spannung
wird dem Lastkreis 4 zugeführt und dient gleichzeitig als Betriebsspannung der Treibereinheit
3. Eine weitere für die Srklärung
des Funktionsablaufes unerhebliche
und daher im Blockachaltbild nicht dargestellte Spannung wird dem Netzteil 1 zum
Betrieb der Baugruppen Impulsgenerator 2, Multivibrator-Steuerung 6 und Regelverstärker
5 entnommen.
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Liegt Betriebsspaanung an, so Schwingt der astabile Multivibrator
mit einer Frequenz von ca. 50 kEz und liefert Rechteckimpulse mit einem Tastverhältnis
von etwa 0,5. Diese Rechteckimpulse gelangen über das Impulsgatter 8 zum monostabilen
Multivibrator 9 und regen diesen zur Abgabe von Rechteckimpulsen gleicher Frequenz,
jedoch einem von der Lultivibratorsteuerung 6 regelbaren Tastverhältnis an die Treibereinheit
3 an. Die Treibereinheit 3 steuert den Schalttransistor 10 entsprechend der Rechteckimpulsfolge
jeweils in leitenden und gesperrten Zustand, so daß die dem Lastkreis 4 zugefubrte
Spannung nur während der leitenden Phase des Schalttransistors 10 die Glühlampe
11 speist. Durch den Schaltbetrieb wird die Verlustleistung des Schalttransistors
10 in bekannter Weise auf ein Minimum reduziert, wobei die bei ausreichend steilen
RechteckSlanken während des Überganges durch den Arbeitsbereich des Transistors
auftretende geringe Verlustleistung eine erhebliche 3rweiterung der zulässigen Grenzwerte
gestattet. Infolge der Glühiampenträgkeit wird sich bei Impulsspeisung eine mittlere
Fadentemperatur und damit ein mittlerer Lichtstrom einstellen, der dem Effektivwert
der eingespeisten Leistung entspricht.
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Die Lichtmodulation ist bei der gewählten Arbeitsfrequenz vernachlässigbar
gering und mit normalen kittel nicht nachweisbar.
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Abhängig vom Lichtstrom wird von der Fotodiode 13 ein elektrisches
Regelsignal gewonnen und im Regelverstärker 5 mit dem Sollwert verßrliohen. Die
auftretende Differenz wird nach entsprechender Verstärkung als Stellgröße der Multivibratorsteuernnc;
6 zugefüllrt, die das 'I'astverhältnis der vom monostabilen Multivibrator 9 über.die
Treibereinheit 3 dem Schalttransistor 10 zugerührten Rechteckimpulse im Sinne einer
minimalen Regelabweichung beeinflußt. Ein zur Multivibratorsteuerung 6 gehö rendes
Tiefpaßfilter begrenzt die Regelzeitkonstante auf einen Wert, der das Ausregeln
der Wirkung des Netzbrummanteiles der Speisespannung gewahrleistet. Die vorhandenen
Brummanteile verursachen demzufolge eine Impulsbreitenmodulation der vom Impulsgenerator
2 abgegebenen Rechteckimpulse, die bei ausreicllendem Frequenzabstand zwischen der
Arbeitsfrequenz des Im->ulsgenerators und der Brllmmfrequenz eine vollständige
Regelung bewirkt.
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Die gesalute Schaltungsanordnung gewährleistet durch ihre Regelcharakteristik
einen konstanten Lichtstrom und regelt Netzspannungsschwankungen, Brummanteile der
Speisespannung und Lampenalterungen entsprechend der durch die Regelverstärkung
vorgegebenen Regelabweichungen aus.
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In einer veränderten Ausführungsform nach Fig. 2, die sich sowohl
zur Stabilisierung der Leistung einer Glühlampe als auch andersartiger Verbraucher
eignet, ist der Einsatz eines Sffekt-ivwertvJandlers 14 vorgesehen, der die Regelspannung
aus dem Ettektivwert der dem Verbraucher zugeführten Impulsleistung gewinnt. Es
ist auch ohne weiteres möglich, bei Einsatz der
erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung zur Stabilisierung der Leistung bzw. der Temperatur eines Heizelementes,
die Regelspannung in bekannter Weise von einem thermoelektrischen Bauelement, z.
B. einem Heißleiter, zu gewinnen.
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In analoger Weise zum erläuterten Ausführungsbeispiel arbeitet die
Schaltungsanordauag, wenn gemaß Fig. 3 die Multivibrator steuerung 6 mit dem astabilen
Multivibrator 7 verbunden ist und somit entsprechend einer momentanen Störgröße
die Frequenz des astabilen Multivibrators 7 bei konstanter, vom monostabilen Multivibrator
9 bestimmter Impulsbreite im Sinne einer minimalen Regelabweichung beeinflußt wird.