DE3236703A1

DE3236703A1 - Circuit arrangement for operating high-pressure gas-discharge lamps

Info

Publication number: DE3236703A1
Application number: DE19823236703
Authority: DE
Inventors: Horst 5100 Aachen Dannert; Hans-Günter 5190 Stolberg Ganser; Ralf Dr. 5100 Aachen Schäfer; Hans-Peter Dr. 5190 Stolberg Stormberg
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1982-10-04
Filing date: 1982-10-04
Publication date: 1984-04-05

Abstract

In a circuit arrangement for operating high-pressure gas-discharge lamps at a relatively high frequency current, a DC voltage, generated by rectification of the mains AC voltage, being supplied to the discharge lamp via an electronic switch, which is connected in series with said lamp and is operated via a control device, it is intended according to the invention to vary the duration of the operating and non-operating times of the electronic switch (5) via the control device (8), by comparison of the instantaneous lamp current with a predetermined nominal value, determining the mean lamp current, within each half cycle of the sinusoidal mains AC voltage, in a continuous manner such that no non-operating times occur in the vicinity of the points where the mains AC voltage passes through zero while the ratio of the non-operating times to the operating times is at its greatest in the region of the maxima of the mains AC voltage. <IMAGE>

Description

Schaltungsanordnung zum Betrieb vonCircuit arrangement for the operation of

Hochdruck-Gasentladungslampen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen mit höherfrequentem Strom, bestehend aus einem an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen Vollweggleichrichter, dessen Gleichspannung der Entladungslampe über einen mit ihr in Reihe liegenden, zur Strombegrenzung dienenden elektronischen Schalter zugeführt wird, der über eine Regeleinrichtung geschaltet wird.High pressure gas discharge lamps The invention relates to a Circuit arrangement for operating high-pressure gas discharge lamps with a higher frequency Electricity, consisting of a full-wave rectifier connected to an AC voltage network, its DC voltage of the discharge lamp via a series connected to it, for current limiting serving electronic switch is supplied via a Control device is switched.

Derartige Schaltungsanordnungen benötigen zur Strombegrenzung keine Vorschaltimpedanz, wie z.B. Drosselspule. Gemäß der US-PS 3 648 106 wird durch entsprechendes Ein- und Ausschalten des elektronischen Schalters das Tastverhältnis der pulsförmigen Lampenspannung so geregelt, daß bei kleinen Änderungen einer an sich zeitlich konstanten Eingangsgleichspannung, z.B. verursacht durch Netzspannungsschwankungen, die mittlere Lampenleistung konstant bleibt.Such circuit arrangements do not require any current limitation Series impedance, such as a choke coil. According to US Pat. No. 3,648,106, a corresponding On and off the electronic switch the duty cycle of the pulse-shaped Lamp voltage regulated in such a way that, in the event of small changes, a constant over time DC input voltage, e.g. caused by mains voltage fluctuations, the mean Lamp power remains constant.

Benutzt man jedoch als Eingangsspannung die gleichgerichtete Netzwechselspannung, d.h., eine sich zeitlich stark ändernde Spannung, so treten Schwierigkeiten im Brennverhalten der Hochdruck-Gasentladungslampen auf, wenn die Ausschaltzeiten durch die Regelung auf mittlere Lampenleistung gleichmäßig über die Netzwechselspannungsperiode verteilt sind. In der Nähe der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung wird der Lampenstrom hierdurch nämlich sehr klein und im Bereich der Maxima der Netzwechselspannung sehr groß. Wegen der kleinen Ströme in der Nähe der Nulldurchgänge tritt oftmals ein Verlöschen der Hochdruck-Gasentladungslampen auf. Außerdem treten bei diesen Lampen vielfach starke Schwankungen des Lichtstromes auf. Des weiteren muß der elektronische Schalter für die hohen Maximalströme ausgelegt werden.However, if the rectified AC mains voltage is used as the input voltage, i.e., a voltage that changes greatly over time, difficulties arise in the burning behavior the high pressure gas discharge lamps on when the switch-off times by the scheme evenly distributed over the mains AC voltage period to mean lamp power are. The lamp current is in the vicinity of the zero crossings of the mains alternating voltage as a result, namely very small and very much in the range of the maxima of the mains alternating voltage great. Often occurs because of the small currents near the zero crossings The high-pressure gas discharge lamps go out. Also occur with these lamps often strong fluctuations in the Luminous flux. Further the electronic switch must be designed for the high maximum currents.

Ähnliches gilt für eine aus der DE-OS 2 900 910 bekannte Schaltungsanordnung zum Betrieb von Gasentladungslampen, insbesondere von Niederdruck-Gasentladungslampen. Hierbei wird der Lampenstrom in der Nähe der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung durch Ausschalten des elektronischen Schalters unterbrochen. Die Impulsbreite des Lampenstromes ändert sich während einer Wechselspannungsperiode, da der maximale momentane Lampenstrom während einer Periode - mit Ausnahme der Umgebung der Nulldurchgänge - konstant gehalten wird.The same applies to a circuit arrangement known from DE-OS 2 900 910 for operating gas discharge lamps, especially low-pressure gas discharge lamps. Here, the lamp current is close to the zero crossings of the AC mains voltage interrupted by turning off the electronic switch. The pulse width of the Lamp current changes during an alternating voltage period, since the maximum instantaneous lamp current during a period - with the exception of the vicinity of the zero crossings - is kept constant.

Dieser Betrieb kann bei Niederdruck-Gasentladungslampen ein leichteres Wiederzünden ermöglichen, führt jedoch bei Hochdruck-Gasentladungslampen, wie soeben erwähnt, zu einem unstetigen Brennverhalten.This operation can be easier with low-pressure gas discharge lamps Enabling re-ignition, however, leads to high-pressure gas discharge lamps, as just mentioned mentioned, to an unsteady burning behavior.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die auch bei relativ großen zeitlichen Änderungen der Eingangsspannung, z.B. den 100 Hz-Schwankungen einer gleichgerichteten Netzwechselspannung, zum störungsfreien Betrieb von Hochdruck-Gasentladungslampen geeignet ist.The invention is based on the object of a circuit arrangement to create that, even with relatively large changes in the input voltage over time, e.g. the 100 Hz fluctuations of a rectified AC mains voltage, for interference-free Operation of high-pressure gas discharge lamps is suitable.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Dauer der Ein- und Ausschaltzeiten des elektronischen Schalters über die Regeleinrichtung durch Vergleich des momentanen Lampenstromes mit einem vorgegebenen, den mittleren Lampenstrom bestimmenden Sollwert innerhalb jeder Halbperiode der sinusförmigen Netzwechselspannung laufend derart geändert wird, daß in der Nähe der Nulldruchgänge der Netzwechselspannung keine Auschaltzeiten auftreten, während im Bereich der Maxima der Netzwechselspannung das Verhältnis von Aus- zu Einschaltzeiten am größten ist.This task is mentioned at the beginning in the case of a circuit arrangement Kind according to the invention solved in that the duration of the on and off times of the electronic switch via the control device by comparing the current Lamp current with a predetermined setpoint value which determines the mean lamp current within each half cycle of the sinusoidal AC mains voltage running like this is changed that in the vicinity of the zero crossings of the AC mains voltage no Switch-off times occur while im Range of maxima of the mains alternating voltage the ratio of switch-off to switch-on times is greatest.

Auf diese Weise wird erreicht, daß in der Nähe der Nulldurchgänge der Netzwechselspannung ein möglichst hoher Strom durch die Lampe fließt und damit ihr Verlöschen verhindert wird. Außerdem ändert sich der während eines Lampenstromimpulses auftretende maximale Lampenstrom laufend während jeder Periode der Netzwechselspannung. Dies hat den weiteren Vorteil, daß der von der Schaltungsanordnung aufgenommene Wechselstrom während einer Netzwechselspannungsperiode in etwa sinusförmig verläuft, so daß sich nur eine geringe Netzverformung ergibt, worunter die Abweichung des aus dem Wechselspannungsnetz aufgenommenen Stromes von der Sinusform verstanden wird.In this way it is achieved that in the vicinity of the zero crossings the mains AC voltage as high a current as possible flows through the lamp and thus their extinction is prevented. In addition, it changes during a lamp current pulse occurring maximum lamp current continuously during each period of the mains AC voltage. This has the further advantage that the absorbed by the circuit arrangement Alternating current is approximately sinusoidal during a mains alternating voltage period, so that there is only a slight deformation of the network, including the deviation of the Understood the current taken from the AC voltage network by the sinusoidal shape will.

Die Regeleinrichtung enthält vorzugsweise je einen P-, r-und D-Regler mit einem Summierer, wobei eine dem Lampenstrom proportionale Spannung den ersten Eingängen der Differenzverstärker der Regler und eine den mittleren Lampenstrom bestimmende Sollwertspannung den zweiten Eingängen dieser Differenzverstärker zugeführt wird.The control device preferably contains a P, R and D controller with a summer, a voltage proportional to the lamp current being the first Inputs of the differential amplifier of the regulator and one the mean lamp current determining setpoint voltage supplied to the second inputs of this differential amplifier will.

Die Sollwertspannung kann entweder eine konstante Gleichspannung oder eine gleichgerichtete sinusförmige Wechselspannung sein; letztere führt noch zu einer weiteren Verbesserung bezüglich Netzverformung.The setpoint voltage can either be a constant DC voltage or be a rectified sinusoidal alternating voltage; the latter still leads to a further improvement in terms of network deformation.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist dem Summierer ein Spannungsbegrenzer, ein spannungsgesteuerter Impulsoszillator und eine monostabile Kippstufe nachgeschaltet.According to an advantageous development of the circuit arrangement according to According to the invention, the summer is a voltage limiter, a voltage-controlled one Pulse oscillator and a monostable multivibrator connected downstream.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist dem Summierer ein Spannungsbegrenzer und ein Impulsbreitenmodulator nachgeschaltet, dessen Ausgangssignale über zwei Inverter einem UND-Gatter zugeführt werden.In another preferred embodiment of the circuit arrangement According to the invention, the summer is a voltage limiter and a pulse width modulator downstream, the output signals of which are fed to an AND gate via two inverters will.

Wenn nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung dem Rückkopplungswiderstand des Differenzverstärkers des D-Reglers ein Kondensator parallel geschaltet ist, wird dieser Regler in seinem Frequenzbereich derart nach oben begrenzt, daß er auf schnelle Stromänderungen beim Ein- und Ausschalten des elektronischen Schalters nicht anspricht, sondern nur auf Änderungen in der Größenordnung der Netzfrequenz.If according to a further preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention the feedback resistor of the differential amplifier of the D controller a capacitor is connected in parallel, this regulator becomes in its frequency range so limited upwards that it reacts to rapid current changes when switching on and off of the electronic switch does not respond, but only to changes in the Order of magnitude of the network frequency.

Einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Gasentladungslampe, die mit einem elektronischen Schalter in Reihe liegt, der über eine Regeleinrichtung geschaltet wird, Fig. 2 die bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 verwendete Regeleinrichtung mit einem Impulsoszillator und einer monostabilen Kippstufe, Fig. 3 das Ausgangssignal des Impulsoszillators, Fig. 4 das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe, Fig. 5 den Stromverlauf durch die Lampe, Fig. 6 den Verlauf des Lampenstromes während einer Halbperiode der Netzwechselspannung, Fig. 7 eine Abänderung der Regeleinrichtung nach Fig. 2 mit einem Impulsbreitenmodulator, zwei Invertern und einem UND-Gatter, Fig. 8 und 9 die Ausgangssignale des Impulsbreitenmodulators, Fig. 10 und 11 die Ausgangssignale der Inverter, Fig. 12 das Ausgangssignal des UND-Gatters, Fig. 13 den Stromverlauf durch die Lampe.Some embodiments according to the invention will now be based on the drawing described in more detail. They show: FIG. 1 a circuit arrangement for Operation of a high pressure gas discharge lamp with an electronic switch is in series, which is switched via a control device, Fig. 2 in the Circuit arrangement according to Fig. 1 used control device with a pulse oscillator and a monostable multivibrator, Fig. 3 shows the output signal of the pulse oscillator, FIG. 4 shows the output signal of the monostable multivibrator, FIG. 5 shows the current curve the lamp, 6 shows the course of the lamp current during a half cycle the AC mains voltage, FIG. 7 a modification of the control device according to FIG. 2 with a pulse width modulator, two inverters and an AND gate, Figs. 8 and 13 9 the output signals of the pulse width modulator; FIGS. 10 and 11 the output signals the inverter, FIG. 12 the output signal of the AND gate, FIG. 13 the current profile through the lamp.

In Fig. 1 sind mit A und B Eingangsklemmen zum Anschließen an ein Wechselspannungsnetz von z.B. 110 Volt, 50 Hz, bezeichnet. An diese Eingangsklemmen ist über ein Hochfrequenznetzfilter, bestehend aus einer Filterspule 1 und einem Filterkondensator 2, ein Vollweggleichrichter 3 mit vier Dioden angeschlossen. An den Ausgang des Vollweggleichrichters 3 ist die Reihenschaltung einer Hochdruck-Gasentladungslampe 4, eines Schalttransistors 5 und eines als Stromsensor dienenden Meßwiderstandes 6 angeschlossen.In Fig. 1, A and B are input terminals for connection to a AC voltage network of e.g. 110 volts, 50 Hz. To these input terminals is via a high frequency line filter, consisting of a filter coil 1 and a Filter capacitor 2, a full-wave rectifier 3 with four diodes connected. At the output of the full-wave rectifier 3 is the series connection of a high-pressure gas discharge lamp 4, a switching transistor 5 and a measuring resistor serving as a current sensor 6 connected.

Der Schalttransistor 5 wird über eine Emitter-Basis-Treiberstufe 7 durch eine Impulsfolge angesteuert, die von einer Regeleinrichtung 8 in Abhängigkeit einer vom Meßwiderstand 6 abgenommenen und vom momentanen Lampenstrom bestimmten Spannung und in Abhängigkeit einer den mittleren Lampenstrom bestimmenden, von einem Potentiometer 9 abgenommenen festen Sollwertspannung geliefert wird. Liefert die Regeleinrichtung 8 an ihrem Ausgang C ein High (H)-Signal, ist der Schalttransistor 5 nichtleitend und es fließt kein Strom durch die Lampe 4, während bei Low (L)-Signal der Schalttransistor 5 leitend ist.The switching transistor 5 is via an emitter-base driver stage 7 controlled by a pulse train, which is controlled by a control device 8 as a function one taken from the measuring resistor 6 and determined by the instantaneous lamp current Voltage and depending on a determining the mean lamp current, of one Potentiometer 9 removed fixed setpoint voltage is supplied. Delivers the Control device 8 has a high (H) signal at its output C, the switching transistor 5 is non-conductive and there is no current flowing through the lamp 4, while the switching transistor is in the case of a low (L) signal 5 is conductive.

Aufbau und Funktion der Regeleinrichtung 8 wird nunmehr anhand von Fig. 2 beschrieben: Die Regeleinrichtung 8 enthält je einen P-, I- und D-Regler 10, 11 und 12. Der P-Regler 10 besteht aus einem Differenzverstärker 13 in Verbindung mit Widerständen 14 bis 17. Der I-Regler 11 besteht aus einem Differenzverstärker 18 in Verbindung mit Widerständen 19 bis 21 und einem Kondensator 22. Der D-Regler 12 besteht aus einem Differenzverstärker 23 in Verbindung mit Widerständen 24 bis 26 und einem Kondensator 27. Dem Rückkopplungswiderstand 26 des Differenzverstärkers 23 des D-Reglers 12 ist ferner ein Kondensator 28 parallel geschaltet, dessen Funktion später erläutert wird.Structure and function of the control device 8 will now be based on 2 described: The control device 8 contains a P, I and D controller 10, 11 and 12. The P controller 10 consists of a differential amplifier 13 in connection with resistors 14 to 17. The I controller 11 consists of a differential amplifier 18 in connection with resistors 19 to 21 and a capacitor 22. The D controller 12 consists of a differential amplifier 23 in conjunction with resistors 24 to 26 and a capacitor 27. The feedback resistor 26 of the differential amplifier 23 of the D controller 12, a capacitor 28 is also connected in parallel, its function will be explained later.

An die P-, I-, D-Regler 10, 11 und 12 schließt sich ein Summierer 29 an, der aus einem Addierverstärker 30 und Widerständen 31 bis 34 besteht, von denen die drei letzteren über Potentiometer 35 bis 37 mit den Ausgängen der Differenzverstärker 13, 18 und 23 verbunden sind. (Eine derartige Schaltungsanordnung von P-, I- und D-Reglern mit einem Summierer ist an sich aus dem Buch von Starke "Schaltungslehre der Elektronik", Frankfurter Fachverlag, 1976, Seite 410, bekannt.) Den ersten Eingängen (-) der Differenzverstärker 13, 18 und 23 wird eine vom Meßwiderstand 6 abgenommene, dem Lampenstrom proportionale Spannung (Istwert D) zugeführt, während auf die zweiten Eingänge (+) dieser Differenzverstärker eine vom Potentiometer 9 abgenommene, den mittleren Lampenstrom bestimmende konstante Sollwertgleichspannung (E) gegeben wird. Die Regeleinrichtung vergleicht die Istwert-Spannung mit der Sollwert-Spannung.The P, I, D controllers 10, 11 and 12 are followed by a totalizer 29, which consists of an adding amplifier 30 and resistors 31 to 34, from the latter three via potentiometers 35 to 37 with the outputs of the differential amplifier 13, 18 and 23 are connected. (Such a circuit arrangement of P-, I- and D-regulators with a totalizer is in itself from the book by Starke "Schaltungslehre der Elektronik ", Frankfurter Fachverlag, 1976, page 410, known.) The first entrances (-) the differential amplifier 13, 18 and 23 is a measuring resistor 6 picked up, voltage proportional to the lamp current (actual value D) supplied, while on the second inputs (+) of these differential amplifiers one from potentiometer 9 Taken constant setpoint direct voltage that determines the mean lamp current (E) is given. The control device compares the actual value voltage with the setpoint voltage.

Der Differenzverstärker 13 ist als Proportionalverstärker geschaltet, so daß an seinem Ausgang eine Spannung entsteht, die der Differenz zwischen Istwert- und Sollwert-Spannung proportional ist. Der Differenzverstärker 18 ist als Integrator geschaltet; seine Ausgangsspannung ist der Abweichung des zeitlich integrierten Istwertes, d.h. der mittleren Istwert-Spannung, von der Sollwert-Spannung proportional. Der Verstärker 23 ist als Differentialverstärker geschaltet; seine Ausgangs spannung ist der Abweichung der zeitlichen Änderung der Istwert-Spannung von der Sollwert-Spannung proportional. Dabei bewirkt der Kondensator 28, daß der D-Regler 12 nur auf Änderungen anspricht, die in der Größenordnung der Wechselstromfrequenz liegen, während schnelle Änderungen, wie sie z.B. beim An-und Abschalten des Stromes durch den Schalttransistor 5 entstehen, vom Kondensator 28 aus integriert werden.The differential amplifier 13 is connected as a proportional amplifier, so that a voltage arises at its output which is the difference between the actual value and setpoint voltage is proportional. The differential amplifier 18 acts as an integrator switched; its output voltage is the deviation of the time-integrated Actual value, i.e. the mean actual value voltage, proportional to the setpoint voltage. The amplifier 23 is connected as a differential amplifier; its output voltage is the deviation of the change in the actual value voltage over time from the setpoint voltage proportional. The capacitor 28 causes the D controller 12 to only respond to changes responds, which are on the order of the AC frequency, while fast Changes, such as when switching the current on and off through the switching transistor 5 arise, can be integrated from the capacitor 28.

Die Ausgangsspannungen der drei Verstärker 13, 18 und 23 werden nun durch den Addierverstärker 30 aufsummiert, wobei die P-, 1- und D-Anteile über die Potentiometer 35, 36 und 37 einstellbar sind. Am Ausgang F des Addierverstärkers 30 erhält man eine Spannung U, die sich formelmäßig darstellen läßt als wobei w, x, y und z Proportinalitätskonstanten sind, die sich durch Einstellung der Potentiometer 35 bis 37 ergeben, und Usw11 die eingestellte Sollwert-Spannung bezeichnet.The output voltages of the three amplifiers 13, 18 and 23 are now added up by the adding amplifier 30, the P, 1 and D components being adjustable via the potentiometers 35, 36 and 37. At the output F of the adding amplifier 30, a voltage U is obtained, which can be represented in a formula as where w, x, y and z are proportionality constants that result from setting the potentiometers 35 to 37, and Usw11 denotes the setpoint voltage that has been set.

Weicht der Lampenstrom I, sein Zeitintegral oder seine zeitliche Änderung wesentlich von dem eingestellten Sollwert ab, so ergibt sich bei positiver Abweichung, also z.B. bei zu großem Strom, eine positive Ausgangsspannung und umgekehrt bei negativer Abweichung eine negative Ausgangsspannung am Ausgang F.If the lamp current I deviates, its time integral or its change over time significantly deviates from the set target value, with a positive deviation the result is e.g. if the current is too high, a positive output voltage and vice versa negative deviation a negative output voltage at output F.

Die am Ausgang F des Addierverstärkers 30 anstehende Spannung U wird durch die nun beschriebenen weiteren Schaltungsbausteine in eine Impulsfolge umgewandelt, deren Impulsfolgefrequenz von der Spannung U abhängt. Hierzu wird die Spannung U über einen Spannungsbegrenzer 38 auf den Eingang eines spannungsgesteuerten Impulsoszillators 39 gegeben. Am Ausgang G des Impulsoszillators 39 ergibt sich dann die in Fig. 3 gezeigte Impulsfolge, deren Folgefrequenz f = 1/T bei negativer Ausgangsspannung U des Addierverstärkers 30 Null ist und mit steigender positiver Ausgangsspannung U ebenfalls ansteigt. Tritt also ein hoher Lampenstrom, ein großes Zeitintegral oder eine große Zeitableitung des Stromes auf, so ergibt sich eine hohe Impulsfolgefrequenz f, was, wie später beschrieben, zu häufigem Ausschalten der Lampe und damit zu einer Erniedrigung des Lampenstromes führt. Bei kleinem Lampenstrom, geringem Zeitintegral und geringer Zeitableitung wird dagegen die Impulsfolgefrequenz f klein, wodurch nur ein seltenes Ausschalten der Lampe erfolgt und somit der Lampenstrom wächst.The voltage U present at the output F of the adding amplifier 30 becomes converted into a pulse train by the further circuit components now described, whose pulse repetition frequency depends on the voltage U. For this purpose, the voltage U via a voltage limiter 38 to the input of a voltage-controlled pulse oscillator 39 given. The output G of the pulse oscillator 39 then results in that shown in FIG. 3 Pulse sequence shown, whose repetition frequency f = 1 / T with negative output voltage U of the adding amplifier 30 is zero and the positive output voltage increases U also increases. So if there is a high lamp current, a large time integral or a large time derivative of the current results in a high pulse repetition frequency f, which, as described later, leads to frequent switching off of the lamp and thus to a Lowering the lamp current leads. With low lamp current, low time integral and low time derivative, on the other hand, the pulse repetition frequency f becomes small, as a result of which The lamp is only switched off infrequently and the lamp current therefore increases.

Mit der positiven Flanke der Impulsfolge an G wird dann der Eingang einer monostabilen Kippstufe 40 angesteuert, an deren Ausgang C die in Fig. 4 gezeigte Impulsfolge entsteht.With the positive edge of the pulse train at G, the input becomes controlled by a monostable multivibrator 40, at whose output C the one shown in FIG Pulse sequence arises.

Die Impulsdauer kann dabei an der monostabilen Kippstufe 40 eingestellt werden. Mit diesem an C anstehenden Ausgangssignal (Fig. 4) der Regeleinrichtung 8 wird dann, wie in Fig. 1 gezeigt, die Treiberstufe 7 und damit der Schalttransistor 5 angesteuert, der während der Zeit 27 jeweils den Lampenstrom unterbricht (siehe Fig. 5).The pulse duration can be set on the monostable multivibrator 40 will. With this pending at C. Output signal (Fig. 4) of the Control device 8 is then, as shown in Fig. 1, the driver stage 7 and thus the switching transistor 5 is controlled, which during the time 27 in each case the lamp current interrupts (see Fig. 5).

Ist nun die Spannung U an Punkt F sehr hoch, so kann der Fall eintreten, daß die Periodendauer T des Ausgangssignals des Impulsoszillators 39 an G kleiner oder gleich der Ausschaltzeit Z wird, so daß in diesem Fall zwei oder mehr Ausschaltzeiten z unmittelbar aufeinander folgen, was zum Verlöschen der Lampe 4 führen kann. Dies zu vermeiden dient der Spannungsbegrenzer 38, der die am Eingang des Impulsoszillators 39 anstehende Spannung auf einen Maximalwert Umax begrenzt. Die Einstellung von Umax am Spannungsbegrenzer 38 erfolgt dabei so, daß die Periodendauer T der zu Umax gehörigen Impulsfolge des Impulsoszillators 39 die Bedingung T as 1,2 r erfüllt, so daß nach einer Ausschaltzeit Z die Lampe 4 immer mindestens während der Zeit 0,2 mit Strom versorgt wird.If the voltage U at point F is very high, the case can arise that the period T of the output signal of the pulse oscillator 39 at G is smaller or equal to the switch-off time Z, so that in this case two or more switch-off times z immediately follow one another, which can lead to the lamp 4 going out. this the voltage limiter 38, which is used at the input of the pulse oscillator, is used to avoid this 39 The voltage present is limited to a maximum value Umax. The setting of Umax at the voltage limiter 38 takes place in such a way that the period T of the Umax corresponding pulse train of the pulse oscillator 39 fulfills the condition T as 1,2 r, so that after a switch-off time Z the lamp 4 always at least during the time 0.2 is powered.

Insgesamt wird durch die beschriebene Schaltungsanordnung die Folgefrequenz der Ausschaltzeiten des Lampenstromes so geregelt, daß der mittlere Lampenstrom konstant gehalten wird. Dabei wirkt der P-Regler 10 so, daß er nur anspricht, wenn der momentane Lampenstrom seinen Sollwert überschreitet, d.h. im mittleren Bereich der Wechselspannungsperiode.Overall, the described circuit arrangement results in the repetition frequency the switch-off times of the lamp current are regulated so that the mean lamp current is kept constant. The P controller 10 acts in such a way that it only responds when the current lamp current exceeds its setpoint, i.e. in the middle range the alternating voltage period.

Der I-Regler 11 spricht nur an, wenn der mittlere Lampenstrom vom Sollwert abweicht, d.h. er wirkt gleichmäßig über die Wechselspannungsperiode. Der D-Regler 12 wird im wesentlichen wirksam am Anfang der Wechselspannungsperiode, wo ein schneller Anstieg des Lampenstromes erfolgt, und sorgt hier bereits für Ausschaltzeiten, obwohl der Lampenstrom noch unter seinem Sollwert liegt und die P- und I-Regler 10 und 11 noch nicht ansprechen. Umgekehrt wird bei Absinken des Lampenstromes am Ende der Wechselspannungsperiode durch den D-Regler 12 die Anzahl der Ausschaltzeiten verringert, obwohl der Lampenstrom noch über seinem Sollwert liegt, d.h.The I controller 11 only responds when the mean lamp current is from The setpoint deviates, i.e. it acts evenly over the alternating voltage period. Of the D controller 12 is essentially effective at the beginning of the AC voltage period, where there is a rapid increase in the lamp current, and this already ensures switch-off times, although the lamp current is still below its setpoint and the P and I controllers Do not address 10 and 11 yet. Conversely, when the lamp current drops on End of the AC voltage period through the D controller 12 the number the switch-off times are reduced, although the lamp current is still above its setpoint lies, i.e.

auch hier wirkt der D-Regler dem P- und I-Regler entgegen.Here, too, the D controller counteracts the P and I controllers.

Durch passende Einstellung der P-, I- und D-Anteile am Ausgangssignal U des Addierverstärkers 30 läßt sich somit die Lage der Ausschaltzeiten über der Wechselspannungsperiode so anordnen, daß in der Nähe der Nulldurchgänge keine Ausschaltzeiten erfolgen, während im Bereich der Maxima die Zahl der Ausschaltzeiten groß ist. In Fig. 6 ist eine derartige Form des Lampenstromes während einer Wechselspannungshalbperiode schematisch dargestellt. Die Länge der Ausschaltzeiten 52 ist allerdings in der Praxis wesentlich geringer, etwa in der Größenordnung von 0,1 msec, und die Impulsfolgefrequenz wesentlich höher, nämlich in der Größenordnung von 1 bis 100 KHz.By appropriately setting the P, I and D components on the output signal U of the adding amplifier 30 can thus be the position of the switch-off times over the Arrange the alternating voltage period so that there are no switch-off times in the vicinity of the zero crossings take place, while the number of switch-off times is large in the area of the maxima. In Fig. 6 is one such form of lamp current during an AC half cycle shown schematically. The length of the switch-off times 52 is, however, in the Practice much lower, roughly on the order of 0.1 msec, and the pulse repetition rate much higher, namely on the order of 1 to 100 KHz.

Wenn am Eingang E der Regeleinrichtung 8 als Sollwert keine konstante Gleichspannung, sondern eine gleichgerichtete sinusförmige Wechselspannung, die von einem in Fig. 1 gestrichelt angegebenen Funktionsgenerator 41 erzeugt werden kann, vorgegeben wird, läßt sich die durch die beschriebene Schaltungsanordnung verursachte Netzverformung möglichst gering halten.If there is no constant setpoint at input E of control device 8 DC voltage, but a rectified sinusoidal AC voltage that can be generated by a function generator 41 indicated by dashed lines in FIG can, is specified, can be achieved by the circuit arrangement described Keep the network deformation caused as low as possible.

Eine Abänderung der Regeleinrichtung nach Fig. 2 ist-in Fig.A modification of the control device according to FIG. 2 is shown in FIG.

7 dargestellt. Während bei der Regeleinrichtung nach Fig. 2 die Folgefrequenz der Ausschaltzeiten der Lampe geändert wird, ändert sich bei der Regeleinrichtung nach Fig. 7 die Länge der Ausschaltzeiten bei konstanter Folgefrequenz.7 shown. While in the control device according to FIG. 2, the repetition frequency the switch-off times of the lamp is changed, changes in the control device 7 shows the length of the switch-off times at a constant repetition frequency.

Hierfür wird der in Fig. 2 zwischen den Punkten F und C liegende Schaltungsteil durch die Bausteine nach Fig. 7 ersetzt. An den Spannungsbegrenzer 38 schließt sich nunmehr ein Impulsbreitenmodulator 42 an. An seinen Ausgängen K und L stehen die in den Fig. 8 und 9 dargestellten Impulsfolgen an. Die Impulsfolgefrequenz wird dabei am Impulsbreiten- modulator 42 fest eingestellt, während die Impulsbreite durch die an seinem Eingang anliegende Spannung verändert werden kann. Die Ausgangssignale des Impulsbreitenmodulators 42 werden dann auf zwei Inverter 43 und 44 gegeben, deren Ausgangssignale in den Fig. 10 und 11 gezeigt sind und die als Eingangssignale für ein UND-Gatter 45 dienen. Dieses erzeugt an seinem Ausgang ein High (H)-Signal, wenn seine Eingänge beide auf H-Signal sind, in allen anderen Fällen ein Low (L)-Signal. Somit ergibt sich am Ausgang C der Regeleinrichtung 8 die in Fig. 12 gezeigte Impulsfolge mit fester Impulsfolgefrequenz, die wiederum, wie in Fig. 1 gezeigt, zur Ansteuerung des Schalttransistors 5 dient. Somit wird die Einschaltzeit & und die Ausschaltzeit tt des Schalttransistors 5 und damit der Lampe 4 durch die am Punkt F anstehende Spannung bestimmt (Fig. 13). Ist die Spannung U am Ausgang F des Addierverstärkers 30 negativ, so ist Z = 0 und 6 entspricht der vollen Periodendauer der Impulsfolge, d.h. der Schalttransistor 5 und damit die Lampe 4 sind dauernd angeschaltet. Ist die Spannung U positiv, so nimmt 6 mit wachsendem U immer weiter ab, d.h. die Einschaltzeiten 6 der Lampe werden kleiner und die Ausschaltzeiten Z größer. Auch hier dient der Spannungsbegrenzer 38 dazu, zu kurze Einschaltzeiten d und zu lange Ausschaltzeiten Z der Lampe zu verhindern.The circuit part located between points F and C in FIG. 2 is used for this purpose replaced by the building blocks according to FIG. The voltage limiter 38 closes now a pulse width modulator 42 on. At its outputs K and L are the 8 and 9 shown pulse trains. The pulse repetition rate becomes at the pulse width modulator 42 fixed while the pulse width can be changed by the voltage applied to its input can. The output signals of the pulse width modulator 42 are then fed to two inverters 43 and 44, the output signals of which are shown in Figs. 10 and 11, and which serve as input signals for an AND gate 45. This generates at its output a high (H) signal if its inputs are both high in all others Cases a low (L) signal. This results in the output C of the control device 8 the pulse train shown in Fig. 12 with a fixed pulse repetition frequency, which in turn, as shown in FIG. 1, is used to control the switching transistor 5. Thus becomes the switch-on time & and the switch-off time tt of the switching transistor 5 and thus of the lamp 4 is determined by the voltage present at point F (FIG. 13). Is the If the voltage U at the output F of the adding amplifier 30 is negative, then Z = 0 and 6 corresponds the full period of the pulse train, i.e. the switching transistor 5 and thus the lamp 4 are switched on continuously. If the voltage U is positive, 6 takes with it with increasing U, i.e. the switch-on times 6 of the lamp become shorter and the switch-off times Z greater. Here, too, the voltage limiter 38 serves to To prevent too short switch-on times d and too long switch-off times Z of the lamp.

Durch diese Schaltungsanordnung wird in Verbindung mit den in Fig. 2 beschriebenen P-, I- und D-Reglern ebenfalls die Länge der Ausschaltzeiten T während der Wechselspannungshalbperiode so geändert, daß in der Nähe der Nulldurchgänge = 0 ist, während im Bereich des Wechselspannungsmaximums T am größten ist. Hierdurch erreicht man, ebenso wie mit der Schaltung nach Fig. 2, daß der Lampe eine für sie günstige Stromform zugeführt wird. Außerdem wird auch durch diese Schaltung die Netzverformung gering gehalten.This circuit arrangement, in conjunction with the in Fig. 2 described P, I and D controllers also determine the length of the switch-off times T during the alternating voltage half cycle changed so that near the zero crossings = 0, while T is greatest in the region of the AC voltage maximum. Through this one achieves, as with the circuit according to FIG. 2, that the lamp has one for it favorable current form is supplied. In addition, this circuit also makes the Network deformation kept low.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel zum Betrieb einer 80 W-Quecksilberdampf-Hochdrucklampe mit einer Lampenbrennspannung von 60 V bei einer Netzeingangsspannung von 110 V, 50 Hz, wurden folgende Schaltungsbausteine verwendet: P-, I- und D-Verstärker sowie Addierverstärker A: OP16FJ von Precision Monolithics Spannungsbegrenzer 38: TDB 0117 von Siemens Spannungsgesteuerter Impulsoszillator 39: HEF 4046 von Valvo Monostabile Kippstufe 40: HEF 4047 von Valvo Impulsbreitenmodulator 42: TL 494 CN von Texas Instruments Inverter 43 und 44: HEF 4049 von Valvo UND-Gatter 45: HEF 4081 von Valvo Kondensator 28: 10 nF Widerstand 26: 20 kohm Zeitkonstante von 26 und 28: 0,2 msec.In a practical exemplary embodiment for operating an 80 W high-pressure mercury vapor lamp with a lamp voltage of 60 V at a mains input voltage of 110 V, 50 Hz, the following circuit components were used: P, I and D amplifiers and Adding amplifier A: OP16FJ from Precision Monolithics Voltage limiter 38: TDB 0117 from Siemens Voltage controlled pulse oscillator 39: HEF 4046 from Valvo Monostabile Flipper 40: HEF 4047 from Valvo Pulse Width Modulator 42: TL 494 CN from Texas Instruments Inverter 43 and 44: HEF 4049 from Valvo AND gate 45: HEF 4081 from Valvo Capacitor 28: 10 nF Resistor 26: 20 kohm time constants of 26 and 28: 0.2 msec.

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Claims

Claims: Circuit arrangement for operating high-pressure gas discharge lamps with higher frequency current, consisting of one connected to an AC voltage network Full-wave rectifier, whose DC voltage of the discharge lamp over one with it in series, used for current limiting electronic switch supplied which is switched via a control device, characterized in that the duration of the on and off times of the electronic switch (5) via the Control device (8) by comparing the instantaneous lamp current with a given, the setpoint determining the mean lamp current within each half cycle of the sinusoidal AC voltage is continuously changed so that in the vicinity no switch-off times occur during the zero crossings of the AC mains voltage in the range of the maxima of the mains alternating voltage, the ratio of switch-off times to switch-on times is greatest.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control device (8) each have a P, I and D controller (10, 11, 12) with an adder (29), with a voltage proportional to the lamp current at the first inputs (-) the differential amplifier (13, 18, 23) the regulator and one the mean lamp current determining setpoint voltage to the second inputs (+) of these differential amplifiers is fed.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the setpoint voltage is a constant DC voltage.

4. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the setpoint voltage is a rectified sinusoidal alternating voltage.

5. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the summer (29) has a voltage limiter (38), a voltage-controlled pulse oscillator (39) and a monostable flip-flop (40) is connected downstream.

6. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the summer (29) has a voltage limiter (38) and a pulse width modulator (42) is connected downstream, the output signals of which via two inverters (43, 44) one AND gate (45) are supplied.

7. Circuit arrangement according to one of claims 2 to 6, characterized in that that the feedback resistor (26) of the differential amplifier (23) of the D controller (12) a capacitor (28) is connected in parallel.