DE3417794A1 - Schaltungsanordnung zur regelung der brennspannung von hochdruckgasentladungslampen - Google Patents
Schaltungsanordnung zur regelung der brennspannung von hochdruckgasentladungslampenInfo
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Description
PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 84-076
Schaltungsanordnung zur Regelung der Brennspannung von Hochdruckgasentladungslampen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Brennspannung von Hochdruckgasentladungslampen
auf einen vorgegebenen Nominalwert, bestehend aus einem der Lampe vorgeschalteten steuerbaren Strombegrenzer
sowie einer diesen steuernden Regelschaltung, deren Ausgangssignal von der Differenz zwischen einem vorgegebenen,
die nominale Lampenbrennspannung bestimmenden Sollwert und einem von der jeweiligen Lampenbrennspannung abhängigen
Istwert bestimmt wird.
Beim Betrieb von Hochdruckgasentladungslampen treten Probleme auf durch Schwankungen der Lampenbrennspannung,
z.B. infolge Änderung der Netzspannung, sowie durch Änderung der Lampenbrennspannung während der Lebensdauer der
Lampe. Dies kann zu einer Überlastung der Lampe und damit zur Verkürzung ihrer Lebensdauer führen. Bei Natriumhochdruckentladungslampen
mit erhöhtem Natriumdruck tritt darüber hinaus der unerwünschte Effekt auf, daß sich mit
der Lampenbrennspannung auch die Farbeigenschaften der Lampe ändern. Unterschiede in der Lampenbrennspannung
treten nicht nur durch die bereits erwähnten Alterungserscheinungen im Laufe der Lebensdauer auf, sondern können
auch durch Fertigungstoleranzen verursacht sein. Vielfach erhöht sich die Lampenbrennspannung im Laufe ihrer Lebensdauer;
es kann jedoch auch eine Verringerung der Brennspannung während dieser Zeit auftreten.
Unter einer Regelung der Lampenbrennspannung auf einen vorgegebenen Nominalwert sei daher auch zu verstehen, daß
für alle Lampen eines Typs derselbe Wert der Brennspannung eingestellt wird. Dies ist nicht gleichbedeutend mit einer
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Leistungsstabilisierung, da aufgrund von Fertigungstoleranzen zur Erzielung der gleichen Lampenbrennspannung
unterschiedliche Leistungsaufnahmen der einzelnen Lampen nötig sein können. Aus demselben Grunde ist es auch nicht
möglich, nur den Lampenstrom zu stabilisieren.
Aus der EP-OS 0 104 687 ist eine eingangs erwähnte Schaltungsanordnung
bekannt, bei der die Brennspannung von Hochdruckgasentladungslampen geregelt wird, wenn deren
augenblickliche Brennspannung die gewünschte nominale Brennspannung um mehr als 10 % übersteigt. Hierfür wird
eine komplizierte und aufwendige Regelschaltung verwendet. Bei einer Erniedrigung der Lampenbrennspannung
wird hierbei jedoch nicht nachgeregelt. Je Volt Änderung der Lampenbrennspannung ist bei der bekannten Schaltung
nur maximal 1,5 % Änderung der Lampenleistung zur Regelung der Lampenbrennspannung zulässig, da sonst Instabilitäten
in der Lampe auftreten. Eine solche geringe Lampenleistungsänderung ist jedoch nicht bei allen Lampentypen
ausreichend, um Änderungen der Lampenbrennspannung befriedigend ausgleichen zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Brennspannung von
Hochdruckgasentladungslampen, insbesondere von Natriumdampf-Hochdruckgasentladungslampen,
zu schaffen, die eine genaue Regelung der Lampenbrennspannung auf einen vorgegebenen
Nominalwert ermöglicht, ohne daß hierdurch Instabilitäten beim Lampenbetrieb auftreten. Dabei sollen
sowohl Brennspannungen, die über dem Nominalwert liegen, als auch Brennspannungen unterhalb dieses Nominalwertes
geregelt werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
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parallel zur Lampe ein Heizelement geschaltet ist, das in Wärmekontakt mit einem temperaturabhangigen elektrischen
Bauelement steht, das die von der jeweiligen Lampenbrennspannung abhängige Istwertspannung erzeugt.
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Je nach Lampenbrennspannung wird hierbei das Heizelement mehr oder weniger aufgeheizt. Die Widerstandsverluste P
des Heizelementes R hängen entsprechend der Gleichung P = Ul^/r mit der Lampenbrennspannung Ul zusammen und
sind somit eine geeignete Größe zur Brennspannungsstabilisierung. Diese Verluste werden dann durch Aufheizen eines
temperaturabhangigen elektrischen Bauelementes in ein
elektrisch meßbares und damit elektronisch nachführbares Signal umgewandelt.
Bei z.B. sprunghafter Änderung des Lampenstromes, hervorgerufen durch Netzspannungsschwankungen, beträgt die
thermische Zeitkonstante der Lampe, d.h., die Zeit zwischen der ebenfalls sprunghaften anfänglichen Änderung der
Brennspannung und dem danach erfolgenden Durchlaufen des Ausgangswertes, je nach Lampentyp zwischen mehreren
Sekunden und einigen Minuten. Für ein stabiles Regelverhalten ist es daher vorteilhaft, wenn die thermische Zeitkonstante
der aus dem Heizelement und dem temperaturabhängigen elektrischen Bauelement bestehenden Einheit in
der Größenordnung der thermischen Zeitkonstanten der Lampe liegt.
Würde man Spannungsänderungen mit derart großen Zeitkonstanten elektronisch regeln wollen, so wären für
derartige Regelschaltungen hochwertige und teure Kondensatoren und Operationsverstärker notwendig, um Leckströme
möglichst gering zu halten. Aus diesem Grunde wird bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung eine Regelschaltung
verwendet, die keine elektronischen Integratoren auf-
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weist, sondern deren notwendige Regelzeitkonstante durch die thermische Trägheit der aus dem Heizelement und dem
temperaturabhängigen elektrischen Bauelement bestehenden Einheit erreicht wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird die Istwertspannung
zusammen mit der Sollwertspannung einem Differenzverstärkersystem zugeführt, dessen Ausgangssignal den steuerbaren
Strombegrenzer steuert.
Vorzugsweise ist das temperaturabhängige Bauelement mit einem weiteren elektrischen Bauelement sowie mit einer
Spannungsquelle in Reihe geschaltet und wird die Istwertspannung an dem Verbindungspunkt der beiden Bauelemente
abgegriffen.
Um die Regelung der Lampenbrennspannung von einer Änderung der Umgebungstemperatur unabhängig zu machen, wird gemäß
einer Weiterbildung nach der Erfindung die Sollwertspannung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gesteuert.
Änderungen der Umgebungstemperatur lassen sich ebenfalls kompensieren, wenn das mit dem vom Heizelement
beaufschlagten temperaturabhängigen Bauelement in Reihe geschaltete weitere elektrische Bauelement ebenfalls
temperaturabhängig ist.
Das temperaturabhängige Bauelement kann ein temperaturabhängiger Widerstand (NTC- oder PTC-Widerstand), ein SiIiziumtemperatursensor
oder eine Zenerdiode mit temperaturabhängiger Zenerspannung sein.
Einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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- β - Ij- PHD 84-076
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe mit einer den der
Lampe vorgeschalteten Strombegrenzer steuernden Regelschaltung,
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Fig. 2 eine bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 anwendbare Regelschaltung mit einem temperaturabhangigen
Widerstand und
Fig. 3 eine bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 ebenfalls anwendbare Regelschaltung mit einer Zenderdiode mit
temperaturabhängiger Zenerspannung.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sind mit A und B Eingangsklemmen zum Anschließen an ein Wechselspannungsnetz
von z.B. 220 V, 50 Hz, bezeichnet. An diese Eingangsklemmen ist eine aus einer Hochdruckentladungslampe 1 und
einem steuerbaren Strombegrenzer 2 bestehende Reihenschaltung angeschlossen. Parallel zur Lampe 1, die insbesondere
eine Natriumhochdruckentladungslampe ist, liegt eine Regelschaltung 3, der an ihrem ersten Eingang C, D die
Lampenbrennspannung und an einem anderen Eingang F, G eine vorgegebene, die nominale Lampenbrennspannung bestimmende
Sollwertspannung zugeführt wird, die von einer Gleich-Spannungsquelle 4 erzeugt wird. Die Regelschaltung 3
erzeugt an ihrem Ausgang H eine Spannung, wenn die zeitlich gemittelte Lampenbrennspannung von ihrem Nominalwert
abweicht. Diese Ausgangsspannung wird dann dem steuerbaren
Strombegrenzer 2 zugeführt, der die Lampenleistung verringert, wenn die Lampenbrennspannung oberhalb ihres
Nominalwertes liegt, und erhöht, wenn die Brennspannung unterhalb ihres Nominalwertes liegt, so daß insgesamt
immer eine Rückführung der Lampenbrennspannung auf ihren Nominalwert erfolgt.
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Als steuerbare Strombegrenzer sind Schaltungen mit Drosselspulen und Triacs geeignet, wie sie z.B. in den
US-PS 4 162 429, 3 886 405 und 4 037 148 beschrieben sind. Ebenso können auch elektronische Schaltnetzteile,
wie Durchfluß- oder Sperrwandler, benutzt werden.
Nunmehr wird die in Fig. 2 dargestellte Regelschaltung 3 beschrieben. Die am ersten Eingang C, D liegende Lampenspannung
wird einem als Heizwiderstand 5 ausgeführten Heizelement zugeführt, das parallel zur Lampe 1 geschaltet
ist und in Wärmekontakt mit einem temperaturabhängigen Widerstand 6, in diesem Fall einem NTC-Widerstand, steht.
Derartige Baueinheiten sind unter der Bezeichnung "indirekt geheizte Heißleiter" im Handel erhältlich oder lassen
sich in einfacher Weise aus Heizwiderständen und NTC-Widerständen herstellen. Diese Anordnung hat den Vorteil
einer galvanischen Trennung zwischen dem mit der Lampe 1 verbundenen Heizwiderstand 5 und dem NTC-Widerstand 6,
wodurch die Regelschaltung 3 auf ein beliebiges Potential gelegt werden kann, was die Ansteuerung des Strombegrenzers
2 erleichtert.
Die Zeitkonstante T, mit der der NTC-Widerstand 6 auf Änderungen der am Heizwiderstand 5 anliegenden Lampenspannung
reagiert, kann durch Änderung der thermischen Kopplung in einfacher Weise zwischen einige Sekunden und
einige Minuten eingestellt und damit der thermischen Zeitkonstanten der Lampe 1 angepaßt werden.
Der NTC-Widerstand 6 liegt mit einem ohmschen Widerstand sowie einer Gleichspannungsquelle von z.B. 10 V in Reihe
und bildet somit einen Spannungsteiler, an dessen Verbindungspunkt 8 der beiden Widerstände 6 und 7 eine vom Istwert
der Lampenbrennspannung abhängige Spannung abgegriffen wird. Diese Istwertspannung wird dann dem ersten
- T- J PHD 84-076
Eingang Ei eines Differenzverstärkers 9 zugeführt, während
auf dessen zweiten Eingang E2 eine die nominale Lampenbrennspannung
bestimmende Sollwertspannung gegeben wird, welche von der Gleichspannungsquelle 4 stammt. Der Differenzverstärker
9 braucht nicht ein einzelner Verstärker zu sein, sondern kann auch aus einer geeigneten Kombination
mehrerer Verstärker bestehen. Wenn die Lampenbrennspannung ihren Nominalwert übersteigt, so erfolgt eine größere
Erwärmung des Heizwiderstandes 5 und damit des mit ihm thermisch gekoppelten NTC-Widerstandes 6. Infolgedessen
erniedrigt sich desssen Widerstand mit der Zeitkonstanten T, wodurch die Spannung am Eingang E-| des Differenzverstärkers
9 den die nominale Lampenbrennspannung bestimmenden Sollwert überschreitet. Dies führt dann zu
einer Änderung der Ausgangsspannung am Ausgang H des Differenzverstärkers 9, die ebenfalls mit der Zeitkonstanten
T erfolgt. Diese Ausgangsspannung steuert den Strombegrenzer
2, der wiederum eine die Überspannung der Lampe herabsetzende Leistungsänderung bewirkt. Ein analoger
Ablauf mit vertauschten Vorzeichen ergibt sich, wenn die Lampenbrennspannung ihren Nominalwert unterschreitet. Die
Regelschaltung 3 verhält sich praktisch wie ein Integralregler.
Ein Nachteil der in Fig. 2 dargestellten Regelschaltung besteht darin, daß sich der Spannungsteiler aus dem NTC-Widerstand
6 und dem ohmschen Widerstand 7 auch bei Schwankungen der Umgebungstemperatur ändert, was insbesondere
bei in einem Lampenfuß integrierten Vorschaltgeräten auftritt. Dieser Nachteil läßt sich jedoch vermeiden,
wenn an Stelle des ohmschen Widerstandes 7 ebenfalls ein NTC-Widerstand benutzt wird, dessen Temperaturcharakteristik
mit der des NTC-Widerstandes 6 übereinstimmt. Wenn man dann den zweiten NTC-Widerstand (7) weit
genug entfernt vom Heizwiderstand 5 anordnet, bleibt das
- & - /{Ο pHD 84-076
Spannungsteilerverhältnis bei Änderungen der Umgebungstemperatur konstant.
Anstelle des NTC-Widerstandes 6 kann auch ein Siliziumtemperatursensor
(z.B. KTY 83 von Valvo) verwendet werden. Derartige Siliziumtemperatursensoren haben im
allgemeinen eine geringere Streuung der Temperaturcharakteristik als NTC-Widerstände. Da Siliziumtemperatursensoren
einen positiven Temperaturkoeffizienten haben, müßten in diesem Fall jedoch die Eingänge E-j und E2 des Differenzverstärkers
vertauscht werden.
Bei der Regelschaltung nach Fig. 3 ist eine Reihenschaltung aus einem ohmschen Widerstand 7 und einer Zenerdiode
10 mit temperaturabhängiger Zenerspannung vorgesehen (z.B. TBDO135 von Thomson CSF). Wenn die Lampenbrennspannung
steigt, so erfolgt über den Heizwiderstand 5 eine erhöhte Heizung der Zenerdiode 10, wodurch ihre Zenerspannung
steigt. Dies führt analog zur Schaltung mit NTC-Widerständen (Fig. 2) zu einer Erhöhung der Spannung am
Eingang Ei des Differenzverstärkers 9. Ferner ist in
dieser Regelschaltung eine dem Eingang E2 des Differenzverstärkers
zugeführte Sollwertspannung vorgesehen, die von der Umgebungstemperatur abhängt. Zu diesem Zweck ist
eine weitere Reihenschaltung aus einer Zenerdiode 11 mit temperaturabhängiger Zenerspannung, einem ohmschen Widerstand
12 und einer Gleichspannungsquelle vorgesehen. Am Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode 11 und dem Widerstand
12 wird eine von der Umgebungstemperatur abhängige Sollwertspannung abgegriffen. Hierdurch erreicht man, daß
bei Änderungen der Umgebungstemperatur sich die Spannungen an den Eingängen Ei und E2 des Differenzverstärkers 9 in
etwa gleicher Weise ändern. Somit ist das am Ausgang H erzeugte Ausgangssignal annähernd unabhängig von der Umgebungstemperatur,
so daß auch die geregelte Lampenbrennspannung nicht von der Umgebungstemperatur beeinflußt
wird.
Claims (9)
- - jS - PHD 84-076PATENTANSPRÜCHEλί Schaltungsanordnung zur Regelung der Brennspannung von Hochdruckgasentladungslampen auf einen vorgegebenen Nominalwert, bestehend aus einem der Lampe vorgeschalteten steuerbaren Strombegrenzer sowie einer diesen steuernden Regelschaltung, deren Ausgangssignal von der Differenz zwischen einem vorgegebenen, die nominale Lampenbrennspannung bestimmenden Sollwert und einem von der jeweiligen Lampenbrennspannung abhängigen Istwert bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Lampe (1) ein Heizelement (5) geschaltet ist, das in Wärmekontakt mit einem temperaturabhängigen elektrischen Bauelement (6 bzw. 10) steht, das die von der jeweiligen Lampenbrennspannung abhängige Istwertspannung erzeugt.
- 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Zeitkonstante der aus dem Heizelement (5) und dem temperaturabhängigen elektrischen Bauelement (6; 10) bestehenden Einheit in der Größenordnung der thermischen Zeitkonstanten der Lampe (1) liegt.
- 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwertspannung zusammen mit der Sollwertspannung einem Differenzverstärker (9) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal den steuerbaren Strombegrenzer (2) steuert.
- 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement (6; 10) mit einem weiteren elektrischen Bau-- W) - ί PHD 84-076element (7) sowie mit einer Spannungsquelle in Reihe geschaltet ist und die Istwertspannung an dem Verbindungspunkt (8) der beiden Bauelemente abgegriffen wird.
- 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Sollwertspannung in
Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur gesteuert wird. - 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere elektrische Bauelement ebenfalls temperaturabhängig ist.
- 7. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement ein temperaturabhängiger Widerstand (6) ist.
- 8. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement ein Siliziumtemperatursensor ist.
- 9. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das temperaturabhängige Bauelement eine Zenerdiode (10) mit temperaturabhängiger
Zenerspannung ist.
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Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |