DE2423153A1 - Schaltungsanordnung zur stabilisierung des lichtstromes einer gluehlampe - Google Patents

Schaltungsanordnung zur stabilisierung des lichtstromes einer gluehlampe

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DE2423153A1
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incandescent lamp
switching transistor
pulse generator
circuit arrangement
control
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DE2423153A
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Wolfgang Frehse
Roland Nigrini
Guenther Dipl Ing Pfeiffer
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Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
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Medizin und Labortechnik Leipzig VEB
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B39/00Circuit arrangements or apparatus for operating incandescent light sources
    • H05B39/04Controlling
    • H05B39/041Controlling the light-intensity of the source
    • H05B39/042Controlling the light-intensity of the source by measuring the incident light
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Nachteilig an diesem Netzgerät ist, daß die Welligkeit der Ausgangsspannung von der Hysterese des Steuerteiles abhängt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Lichtmodulation ist bei der gewählten Arbeitsfrequenz vernachlässigbar gering und mit normalen kittel nicht nachweisbar.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung mit Schalttransistor als Stellglied und einer Treibereinheit zur Stabilisierung des Lichtstromes einer Glühlampe, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer, mit seinem Ausgang über die Treibereinheit (3) mit dem Schalttransistor (10) verbundener, den Schalttransistor (10) mit Rechteckwellen von veränderlichem Tastverhältnis ansteuernder Impulsgenerator (2) vorgesehen und die Glühlampe (11) dem Sohalttransistor (10) unmittelbar als Verbraucher nachgeschaltet ist, und daß der Eingang des, mit der vom Licht strom abgeleiteten, das Tastverhältnis ändernden Stellgröße beeinflußten Impul8generator (2) über eine Multivibratorsteuerung (6) und einen Regelverstärker (5), mit einer nahe der Glühlampe (11) angeordneten Fotodiode (13) verbunden ist, wobei die Frequenz des Impulsgeneratörs (2) eine, eine störende Lichtmodulation der Glühlampe (11) beziehungsweise im der Glühlampe (11) nachfolgenden Geräteteil ausschließende Höhle besitzt0
2. Schaltungsanordnung nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer, mit seinem Ausgang über die Xreibereinheit (3) mit dem Schalttransistor (10) verbundener, den Schalttransistor (10) mit Rechteckwellen von veränderlichet Tastverhältnis ansteuernder Impulsgenerator (2) vorgesehen-und die Glühlampe (11) dem Schalttransistor (10) unmittelbar als Verbraucher nachgeschaltet ist und daß der-Xingang des, mit der von den Rechteckwellen abgeleiteten, das Tagtserhältnis ändernden Stellgröße beeinflußte Impulsgenerators (2) über eine Multivibratorsteuerung (6) und einen Regelverstärker (5) mit einem am Ausgang des Stellgliedes (10) angeordneten elektronischen Effektivwertwandler (14) verbunden ist, wobei die Frequenz des Impulsgenerators (2) eine, eine störende Lichtmodulation der Glühlampe (11) beziehungsweise im der Glühlampe (11) nachfolgenden Geräteteil ausschließende Höhe besitzt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein steuerbarer mit seinem Ausgang über die Treibereinheit (3) mit dem Schalttransistor (10) verbundener, den Schalttransistor (10) mit Rechteckwellen von veranderlicher Frequenz ansteuernder Impulsgenerator (2) vorgesehen und der Ausgang des Regelverstärkers (5) über eine Multivibratorsteuerung (6) mit dem Eingang des astabilen Multivibrators (7) des Impulsgenerators (2) verbunden ist.
4. Schaltungs-anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Multivibratorsteuerung (6) ein Tiefpaßfilter enthält.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekenuzeichnet, daß die durch die Verzögerungszeit des monostabilen Xtiltivibrators (9)'bestimiate Impulabreite geringer als die halbe Periodendauer des astabilen Multivibrators (7) ist.
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