DE3701910C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines konstanten Lichtstroms mindestens einer Glühlampe durch Messung eines Teils dieses Lichtstroms und durch Umwandlung dieses Teils in eine elektrische Größe, die als Istwert einer Regelgröße mit einem Sollwert zur Bildung einer Regelabweichung verglichen wird, die ein den Strom der Glühlampe beeinflussendes Stellglied beaufschlagt, und auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DD-PS 52 481 sind ein Verfahren und eine Anordnung der vorstehend beschriebenen Gattung bekannt. Die von der Glühlampe ausgesendete Strahlung wird zur Regelung der Helligkeit der Glühlampe herangezogen. Bei der bekannten Schaltungsanordnung wird ein fotoelektrischer Empfänger von einem Teil des von der Glühlampe ausgestrahlten Lichtes beaufschlagt, dessen Ausgänge einen Verstärker beeinflussen, welcher den Strom für die Glühlampe steuert. Zur Regelung des Lichtstroms der Glühlampe wird dabei ein Spannungsregler verwendet, der zwischen eine Spannungsquelle und die Glühlampe geschaltet wird. Damit wird die an der Glühlampe anstehende Spannung derart geregelt, daß die Glühlampe einen konstanten, von einem Sollwert abhängigen Lichtstrom abgibt. Der Nachteil dieser Anordnung liegt darin, daß der Spannungsregler für einwandfreies Arbeiten eine bestimmte minimale Spannungsdifferenz benötigt. Insbesondere bei Niederspannungslampen mit hohem Strombedarf ergibt sich dadurch eine hohe Verlustleistung im Regler, die in die Größenordnung der Nennleistung der Lampe kommen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs be­ schriebenen Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß möglichst wenig Verlustleistung entsteht. Weiterhin soll das Verfahren auch für mehrere in Reihe geschaltete Glühlampen angewendet werden können.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Dabei wird die Spannungsquelle durch eine Stromquelle und der Spannungsregler (Reihenregler) durch einen Stromregler (Parallelregler) ersetzt. Es wird die Tatsache ausgenutzt, daß aufgrund der Lampencharakteristik der differentielle Widerstand dU/dI im Arbeitspunkt der Wendel größer als der absolute Widerstand ist. Dies bedeutet, daß sich zu einer relativen Stromänderung Δ I/I eine höhere relative Spannungsände­ rung Δ U/U ergibt, wodurch auch eine höhere Leistungsänderung auftritt. Durch kleine Stromänderungen lassen sich daher größere Lichtleistungsände­ rungen hervorrufen. Dieser Effekt wird für die Regelung verwendet, um mög­ lichst wenig Verlustleistung im Regler zu erzielen. Der Leistungsverbrauch ist daher überwiegend durch die Glühlampe bestimmt.

Zweckmäßigerweise wird auch der Regler von der den Gesamtstrom liefernden Strom­ quelle mit Energie versorgt. Der Regler erhält also die Lampenspannung als Betriebsspannung. Es wird daher keine eigene Betriebsspannungsquelle für den Regler benötigt. Damit eignet sich die Anordnung auch für eine Serien­ schaltung mehrerer Glühlampen mit je einem eigenen Regler.

Vorzugsweise ist der einstellbare Widerstand ein Transistor, dessen Emitter-Kollektor-Strecke parallel zur Glühlampe geschaltet ist, während die Basis an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist, der mit seinen Betriebsspannungsanschlüssen parallel zu der Glühlampe gelegt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines ein Meßobjekt treffenden Lichtstroms im Schema,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Regelung des auf das Meßobjekt fallenden Lichtstroms,

Fig. 3 ein Diagramm des Stroms in Abhängigkeit von der Spannung für eine typische Niedervolt-Glühlampe,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Anordnung zur Regelung des Lichtstroms einer Glühlampe.

Eine Glühlampe 1 eines optischen Lesegeräts beleuchtet über ein Filter 2 zur Unterdrückung der Infrarotstrahlung, eine Linse 3 und eine Blende 4 ein Meßobjekt 5, z. B. einen Aufzeichnungsträger mit Marken oder Mar­ kierungen. Die Remission oder Transmission des Meßobjekts soll auf nicht näher beschriebene Weise festgestellt werden. In den Strahlengang des von der Glühlampe 1 erzeugten Lichtbündels wird an geeigneter Stelle, vorzugs­ weise hinter der Blende 4, ein teildurchlässiger Spiegel 6 unter ca. 45° gegen die Achse des Lichtbündels geneigt so angeordnet, daß er einen Teil des Lichtstroms auf ein Photoelement 7 wirft. Auf diese Weise wird der Istwert der Lichtleistung gemessen, der der auf das Meßobjekt 5 treffenden Lichtintensität proportional ist.

Eine Anordnung des Photoelements 7 seitlich von der Lampe 1 wäre ein­ facher, hätte aber den Nachteil, daß bei ungleichmäßigem Niederschlag im Lampenkolben infolge Alterung das Verhältnis der das Photoelement tref­ fenden Lichtleistung zu der das Meßobjekt treffenden Lichtleistung sich verändern würde. Damit wäre das Ziel einer konstanten Lichtleistung am Meßobjekt nicht zu erreichen.

Im Blockschaltbild der Fig. 2 ist gestrichelt angedeutet, daß Licht der Glühlampe 1 das Photoelement 7 trifft, das mit einem Sollwertgeber 8 ver­ bunden ist, mit dessen Ausgangssignal das Signal des Photoelements 7 als Istwert verglichen wird. Die Differenz zwischen Soll- und Istwert, die Regelabweichung, beaufschlagt einen Regler 25 mit einem Verstärker 10, dem ein Stellglied, ein einstellbarer Widerstand 11, nachgeschaltet ist, der zu der Glühlampe 1 parallel geschaltet ist. Die in Fig. 2 darge­ stellte Anordnung wird von einer Stromquelle 24 gespeist, die einen einge­ prägten Strom I _ges ausgibt, der über die Glühlampe 1, das Stellglied und den Verstärker 10 sowie den Sollwertgeber 8 fließt. Der Anteil des über den Verstärker 10 und den Sollwertgeber 8 fließenden Stroms ist vernach­ lässigbar klein gegenüber dem Strom, der über die Glühlampe 1 und das Stellglied 11 fließt. Der Grad der Ansteuerung des Stellglieds bestimmt die Größe des über die Glühlampe 1 fließenden Stroms.

Fig. 3 zeigt qualitativ die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Glühlampe. Man erkennt, daß im Arbeitspunkt 26 der differentielle Widerstand R _Diff =Δ U/Δ I - entsprechend dem Kehrwert der Steigung der Kurve I=f (U) - wesentlich höher als der absolute Widerstand R _abs =U/I ist. Unter Aus­ nutzung dieser Eigenschaft ist es möglich, mit kleinen Teilströmen durch das Stellglied die elektrische Leistung und damit auch die Lichtleistung der Lampe in weiten Grenzen zu regeln.

In Fig. 4 ist ein detailliertes Schaltbild eines Lichtreglers dargestellt.

Das Stellglied ist ein bipolarer Transistor 23, der mit seiner Emitter- Kollektor-Strecke zu der Wendel der Glühlampe 1 parallel geschaltet ist. Ein Differenzverstärker 18 ist mit seinen Betriebsanschlüssen ebenfalls parallel zur Glühlampe 1 gelegt. Ein Widerstand 14 liegt in Reihe mit einer Zener-Diode 15 parallel zu der Glühlampe 1. Die Kathode der Zener- Diode 15 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzver­ stärkers 18 verbunden. Das Photoelement 7 ist mit seiner Kathode an die Kathode der Zener-Diode 15 und mit seiner Anode über einen Widerstand 19 an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 18 angeschlossen. Zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 18 und dem invertierenden Eingang befindet sich ein Kondensator 20, der dem Regler I-Verhalten gibt. Der Ausgang des Differenzverstärkers 18 speist über eine LED-An­ zeige 21 und einen Widerstand 22 die Basis des Transistors 23. Zwischen der Anode des Photoelements 7 und der Anode der Zener-Diode befindet sich als weiterer Widerstand ein Trimmpotentiometer 16. Der Strom des Photoelements 7 wird mit dem mit 13 bezeichneten Sollwert verglichen, der seinerseits aus einer mit Widerstand 14 und Zener-Diode 15 stabilisierten Spannung U _REf über den Widerstand des Trimmpotentiometers 16 gebildet wird. Die Differenz­ spannung, gemessen gegen einen Bezugspegel 17 am nichtinvertierenden Differenzverstärkereingang, liegt am Eingang eines Verstärkers 18 mit I-Verhalten (Eingangswiderstand 19, Integrationskondensator 20). Sein Aus­ gang steuert über die LED-Anzeige 21 und den Widerstand 23 den pnp-Tran­ sistor 23 vom Kleinleistungstyp.

Durch das I-Verhalten kann keine dauernde Abweichung zwischen Soll- und Istwert entstehen. Die Zeitkonstante des Reglers (Produkt aus Kapazi­ tät 20 und Widerstand 19 einschließlich der Anteile von Photoelement 7 und Widerstand 16) muß ausreichend groß bemessen sein, um mögliche Schwin­ gungen aufgrund der Wärmeträgheit der Lampe genügend zu dämpfen. Die Schaltung ist so dimensioniert, daß sie innerhalb der möglichen Grenzen der Lampenspannung einwandfrei arbeitet, andererseits beim Durchbrennen der Lampe und der dabei auftretenden wesentlich höheren Spannung nicht zerstört wird. Alle Bauelemente, insbesondere der Verstärker 18 und der Transis­ tor 23, sind für diese Spannung zu dimensionieren.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung eines konstanten Lichtstroms mindestens einer Glühlampe durch Messung eines Teils dieses Lichtstroms und durch Umwandlung dieses Teils in eine elektrische Größe, die als Istwert der Regelgröße mit einem Sollwert zur Bildung der Regelabweichung verglichen wird, die ein den Strom der Glühlampe beeinflussendes Stellglied beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (11) parallel zur Glühlampe (1) einen Teil des von einer Stromquelle (24) gelieferten Stroms an der Glühlampe (1) vorbeileitet.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Glühlampe (1) parallel mit einem einstellbaren Widerstand (11) an eine Konstantstromquelle (24) angeschlossen ist, und daß ein Teil des von der Glühlampe (1) ausgestrahlten Lichtstroms ein Photoelement (7) beaufschlagt, dessen Ausgänge in einer Differenzschaltung mit einem Sollwertgeber (8) an einen Verstärker (10, 18) gelegt sind, dessen Ausgangssignal den einstellbaren Widerstand (11) steuert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Widerstand (11) ein Transistor (23) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Sollwerts der Regelgröße eine Reihenschaltung aus Zenerdiode (15) und Widerstand (14) parallel zur Lampe liegt und daß aus der Zenerspannung der Zenerdiode (15) über einen weiteren Widerstand (16) ein konstanter Sollwertstrom (13) erzeugt wird, der vom Strom (12) des Fotoelements (7) im Betrieb gerade kompensiert wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Istwerts der Regelgröße ein teildurchlässiger Spiegel (6) derart in den Strahlengang des Lichtstroms gebracht ist, daß zwischen dem auf das Photoelement (7) abgeleiteten und dem ein Meßobjekt (5) treffenden Lichtstrom Proportionalität herrscht.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber (7), der Sollwertgeber (15, 16), der Regler (25) und der einstellbare Widerstand für die bei Unterbrechung des Stroms der Glühlampe (1) an dieser auftretende Spannung ausgelegt sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (25) I-Verhalten hat.