DE4200900A1

DE4200900A1 - Schalteinrichtung

Info

Publication number: DE4200900A1
Application number: DE4200900A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Derra; Hans-Guenther Ganser; Hans-Peter Dr Stormberg
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1991-03-15
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1992-09-17
Also published as: NL9100459A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung zum Betreiben einer Hoch drucknatriumlampe mit regelbarer Farbtemperatur T_c, wobei die Schalteinrichtung mittels Stromimpulsen der Stromstärke I, die ein Tastverhältnis D haben, der Lampe eine Leistung P zuführt, wobei für die Änderung der Farbtemperatur T_c gilt:

worin
ΔD eine entsprechende Änderung des Tastverhältnisses D ist und
ΔD eine entsprechende Änderung der Stromstärke.

Eine Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art ist von US-PS 41 37 484 bekannt. Mit der bekannten Schalteinrichtung ist es möglich, die Farbtemperatur T_c des von der Lampe ausgestrahlten Lichtes im Bereich 2000 K bis 2900 K zu regeln. Eine Erhöhung der Farbtemperatur T_c geht dabei allerdings mit einer Verringerung des Lichtstroms einher. So sinkt der Lichtstrom bei Erhöhung der Farbtemperatur von 2200 K bis 2900 K um ungefähr 15%. Eine derartige Veränderung des Lichtstroms ist zwar zu gering, um die Lampe als dimmbar zu betreiben, aber sie ist zu groß, um menschlicher Wahrnehmung zu entgehen.

Die Erfindung hat unter anderem zur Aufgabe, eine Maßnahme zu schaffen, mit der es möglich ist, die Regelbarkeit der Farbtemperatur T_c einer Hochdrucknatriumlampe bei nur geringer Veränderung des Lichtstroms zu erreichen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Schalteinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke I und das Tastverhältnis D der Beziehung

I=a+b 10^-cD

genügen, worin a, b und c Konstanten sind. Eine derartig einfache Beziehung läßt sich mit moderner Elektronik einfach und zuverlässig in einer Schalteinrichtung realisieren. Mit der erfindungs gemäßen Maßnahme erweist es sich als möglich, die Farbtemperatur T_c in einem Bereich von etwa 2000 K bis etwa 3000 K zu regeln, wobei der Lichtstrom mit weniger als 10% variiert und in der Nähe der Grenzen des Regelbereichs nahezu gleich ist. Insbesondere ist die Schalteinrichtung zum Betreiben einer Hochdrucknatriumlampe geeignet, die im Nennbetrieb bei üblicher Netzversorgung weißes Licht mit einer Farbtemperatur im Bereich von 2400 K bis 2700 K aussendet. Unter weißem Licht ist hierbei das Licht zu verstehen, das im Farbdreieck in dem Bereich liegt, der von Geraden durch die Punkte mit den Koordinaten (x, y): (0,400; 0,430), (0,510; 0,430), (0,485; 0,390) und (0,400; 0,360) begrenzt wird.

Die erfindungsgemäße Maßnahme führt dazu, daß die der Lampe zu geführte Leistung bei Verringerung des Tastverhältnisses proportional zunimmt. Verringerung des Tastverhältnisses D und eine damit verbundene Erhöhung der Stromstärke I der Stromimpulse bewirkt eine Erhöhung der Farbtemperatur T_c. Die Konstanten a, b und c müssen dabei einerseits so gewählt werden, daß für kleine Werte von D die Stromstärke ausreichend begrenzt wird, um eine zu große Leistungsaufnahme der Lampe zu verhindern. Andererseits sind die Größen von a und b für eine minimale Größe des Lichtstroms von Bedeutung. Die Konstante c sorgt anschließend dafür, daß der Funktionsverlauf zwischen I und D mehr oder weniger genau mit dem Verlauf zwischen I und D bei konstantem Lichtstrom übereinstimmt. Ein sehr kleiner Wert von D - im allgemeinen kleiner als 0,1 - kann zusammen mit der relativ großen Leistungsaufnahme zum Erlöschen der Lampe infolge akustischer Resonanzen führen. Auch steigt für sehr kleine Werte von D die Spannung für erneutes Zünden erheblich an, was ebenfalls zum Erlöschen der Lampe führen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung soll im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schalteinrichtung,

Fig. 2 eine detailliertere Darstellung einer Steuerschaltung, die Teil der Schalteinrichtung nach Fig. 1 ist, und

Fig. 3 Meßergebnisse einer mit der Schalteinrichtung nach Fig. 1 betriebenen Lampe.

In Fig. 1 ist Lampe V mit einem Starter IV versehen in einem Zweig einer Brückenschaltung III mit vier Halbleiterschaltern G1, G2, G3, G4 aufgenommen. Über eine Regeleinheit VI werden die Halbleiterschalter G1 bis G4 mit einer Wiederholungsfrequenz 50 gesteuert, daß abwechselnd die Schalter G1 und G4 leitend und die Schalter G2 und G3 gesperrt sind und umgekehrt. Auf diese Weise wird ein periodischer Polaritätswechsel der Spannung an der und des Stroms durch die Lampe erreicht. Die Brückenschaltung III wird mit Spannungsimpulsen H gespeist, wobei die Spannungsimpulse eine Wiederholungsfrequenz haben, die mit der Wiederholungsfrequenz der Steuerung der Brückenschaltungs-Schalter gekoppelt ist. Die Spannungsimpulse H haben ein regelbares Tastverhältnis D.

Die Spannungsimpulse H werden in einem Abwärtswandler II erzeugt, der über ein Gleichrichternetz I mit Anschlußklemmen 3 an eine Versorgungsquelle angeschlossen ist.

Auch der Abwärtswandler II wird über die Regeleinheit VI gesteuert. Die Taktimpulse A zur Steuerung der Regeleinheit VI werden von einem Taktsignal generator VII geliefert. Der Taktgenerator VII arbeitet mit fester Frequenz, jedoch mit einer Taktimpulsbreite, die über eine von einer Steuereinheit IX stammende Steuerspannung U_v einstellbar ist. Mit Hilfe eines Meßwiderstandes R_m wird der momentane Lampenstrom gemessen und in einer Komparatoreinheit VIII mit einer Ober- und Untergrenze eines einstellbaren mittleren Referenzwertes U₁verglichen, wobei die Komparatoreinheit hierzu mit Komparatoren 1, 2 und einer Spannungsteilerkette R₁, R₂, R₃ ausgerüstet ist. Die Ausgangssignale E und F der Komparatoren 1 bzw. 2 sorgen über die Regeleinheit VI für Hochfrequenzmodulation der Steuerung des Abwärtswandlers II und somit der Spannungsimpulse H. Auf diese Weise wird eine Regelung der Stärke des durch die Lampe fließenden Stroms erreicht. Zum Regeln der Farbtemperatur T_c der Hochdrucknatriumlampe V wird erfindungsgemäß ein exponentieller Zusammenhang zwischen den Steuerspannungen für die Impulshöhe und das Tastverhältnis verwendet. In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Steuereinheit IX dargestellt, die mit einem IC zur Realisierung einer exponen tiellen Funktion ausgerüstet ist.

Ein variabler Spannungsteiler P₃, R₄ liefert eine Spannung, die mit Hilfe eines Inversionsverstärkers O₁ die Steuerspannung U_v ergibt. Das vom Spannungsteiler P₃, R₄ kommende Signal wird mit einem von einem Potentiometer P₄ stammenden Offset versehen und anschließend in einem Verstärker O₂ mit einstellbarem Verstärkungsfaktor verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers O₂ wird mit Hilfe von IC 5 (Typ AD759 P) exponentiell verarbeitet. Die Einstellung dieser Verarbeitung geschieht mit Hilfe eines Widerstandes R₁₂ und eines Potentiometers P₆. Das von IC 5 stammende Signal wird mit einem vom Spannungsteiler R₁₃, P₇ stammenden Offset versehen und über einen Inversionsverstärker O₃ zum Pufferverstärker O₄ geführt. Das Ausgangssignal des Pufferverstärkers O₄ bildet den Referenzwert U_I.

Die Verstärker O₁, O₂, O₃, O₄ sind vom Typ MC 1458. Der variable Spannungsteiler R₄, P₃ dient zum Einstellen und Regeln der Farbtemperatur T_c. Mit den Potentiometern P₄, P₅, P₆ und P₇ erfolgt eine gewünschte Feinabstimmung der SteuereinheitIX.

In einer praktischen Realisierung der beschriebenen Ausführungsform der Schalteinrichtung ist diese so abgestimmt, daß gilt:

a = 0,33 A
b = 3,98 A
c = 2,00

Mit der so abgestimmten Schalteinrichtung wurde eine Hochdrucknatriumlampe des Typs Philips SDW35T mit einer Nennleistung von 35 W und einem Effektivstrom I_eff von 0,48 A bei Betrieb an einer Spannungsquelle von 220 V, 50 Hz betrieben. Für die Konstanten a, b und c ist dabei festgelegt, daß sie in den nachstehenden Bereichen liegen müssen:

0,4 I_eff a 0,8 I_eff
1,5 I_eff b 35 I_eff
0,5 c 3

Für die betreffende Lampe sind der Lichtstrom Φ und die Farbtemperatur T_c für erschiedene Werte des Tastverhältnisses D gemessen worden. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt, wobei auf der horizontalen Achse das Tastverhältnis D in % und auf der vertikalen Achse einerseits die Farbtemperatur T_c in K und andererseits der Lichtstrom Φ in 1m aufgetragen ist. Zugleich ist in Fig. 3 noch der Verlauf der Stromstärke I in A und die von der Lampe aufgenommene Leistung P in W in Abhän gigkeit vom Tastverhältnis D abgebildet.

Claims

Schalteinrichtung zum Betreiben einer Hochdrucknatriumlampe mit regelbarer Farbtemperatur T_c, wobei die Schalteinrichtung mittels Stromimpulsen der Stromstärke I, die ein Tastverhältnis D haben, der Lampe eine Leistung P zuführt, wobei für die Änderung der Farbtemperatur T_c gilt: worin
ΔD eine entsprechende Änderung des Tastverhältnisses D ist und
ΔD eine entsprechende Änderung der Stromstärke,
dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke I und das Tastverhältnis D der BeziehungI=a+b 10^-cDgenügen, worin a, b und c Konstanten sind.