DE4314584A1

DE4314584A1 - Steueranordnung für den Impulsbetrieb von Entladungslampen

Info

Publication number: DE4314584A1
Application number: DE4314584A
Authority: DE
Inventors: Christian Kremer
Original assignee: Priamos Licht Ind & Dienstleis
Current assignee: Priamos Licht Ind & Dienstleis
Priority date: 1993-04-29
Filing date: 1993-04-29
Publication date: 1994-11-03

Description

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für den Impuls betrieb von Entladungslampen, insbesondere Hochdruckentla dungslampen.

Es ist seit längerer Zeit bekannt, daß durch impulsförmige Versorgung von Entladungslampen deren lichttechnische Para meter wesentlich verbessern werden können. Insbesondere bei Natriumdampfhochdrucklampen wurden solche Betriebsarten durch Entwicklung entsprechender elektronischer Vorschaltgeräte bis zur Praxisreife gebracht. So kann bei dieser Lampe zum Bei spiel die Farbtemperatur von ca. 2000 K bei konventionellem Betrieb (50 Hz mit Drossel) auf über 3000 K bei Impulsbetrieb gesteigert werden. Die Patentschriften DE 26 57 824 und DE 28 25 532 weisen auf diesen Sachverhalt hin.

Die Art der Leistungsimpulse in Form, Impulsbreite, Frequenz und Tastverhältnis haben einen entscheidenden Einfluß auf die erreichbaren lichttechnischen Parameter. Außerdem werden zu sätzliche Anforderungen gestellt, um eine ruhige stabile Ent ladung zu erreichen. Es sind bipolare Impulse zu verwenden, so daß Entmischungserscheinungen in der Lampe vermieden werden. Des weiteren muß während der Impulspausen ein Haltestrom die Entladung aufrechterhalten, um ein Verlöschen der Entladung zu verhindern. Während der Leistungsimpulse sind Plasmaschwin gungen zu unterdrücken. Das Patent DE 36 36 901 zeigt ein mögli ches Betriebsregime.

Um all diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden kompli zierte elektronische Ansteuerschaltungen entwickelt, die den Aufwand für ein elektronisches Vorschaltgerät hoch werden las sen. Des weiteren erfordern diese Geräte Lampen mit gut ver gleichbaren Parametern, insbesondere der Brennspannung, da sonst die Leistung des Systems Lampe-Vorschaltgerät nicht gleich bleibt. Das gleiche Problem ergibt sich bei Brennspan nungsänderungen während der Lebensdauer der Lampen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung für den Impulsbetrieb von Entladungslampen, insbesondere Hoch druckentladungslampen anzugeben, die mit geringem technischen Aufwand einen Impulsbetrieb bei gleicher Lampenleistung er möglicht und ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand Anforderungen wie optimierter Anlauf und Abschaltung bei Lampenausfall er füllt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Ansteuerung des Impulsbetriebes der Lampe ein Microcontroller mit zugeordneter Software verwendet wird. Dabei werden die Be triebsparameter Lampenspannung und Lampenstrom mit einem in ternen Analog-Digital-Wandler gemessen, ausgewertet und für eine Leistungsregelung genutzt. Das komplizierte Impulsregime wird vollständig durch die interne Software gesteuert. Dadurch sind Veränderungen des Betriebsregimes ohne technische Hard ware-Arbeiten möglich. Des weiteren lassen sich Justage und und Qualitätskontrolle zum größten Teil über die Ankoppelmög lichkeit an die interne serielle Schnittstelle des Microcon trollers automatisieren.

Die interne Intelligenz kann für eine Gebrauchswerterhöhung genutzt werden, so für ein optimiertes Anlaufverhalten, eine Abschaltung bei Lampenausfall, eine Veränderung der Helligkeit und Farbtemperatur der Lampe in gewissen Grenzen und die Mög lichkeit einer Fernsteuerung.

Der technische Aufwand, die Größe und die Kosten reduzieren sich im Verhältnis zu einer Lösung mit konventioneller Elek tronik.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 das Prinzipschaltbild;

Fig. 2 ein gewähltes Impulsregime und den dadurch verursachten Strom- und Spannungsverlauf an der Lampe.

Wie Fig. 1 zeigt, wird eine Natriumdampfhochdrucklampe 1 über eine sinnvolle Anordnung von elektronischen Schaltern S1 . . . S6 mit einer Stromversorgung +UB verbunden. Zum Zünden der Lampe 1 ist eine Zündschaltung 2 in Reihe geschaltet. Die Schalter S1 . . . S6 sind so angeordnet, daß ein Strom wahl weise in beiden Richtungen durch die Lampe fließen kann. Durch die Schalter S5 und S6 wird dieser Strom durch in Reihe ge schaltete Induktivitäten stärker gebremst, so daß es möglich ist, kleinere Ströme für die Entladungserhaltung fließen zu lassen.

5 Schalterstellungen sind sinnvoll:
- S1 . . . S6 aus; kein Strom durch die Lampe (Abschaltung)
- Nur S1 und S4 geöffnet; es fließt ein hoher Strom U1 ist größer als U2 (positiver Leistungsstrom)
- Nur S2 und S3 geöffnet; es fließt ein hoher Strom U2 ist größer als U1 (negativer Leistungsstrom)
- Nur S1 und S6 geöffnet; es fließt ein niedriger Strom U1 ist größer als U2 (positiver Haltestrom)
- Nur S2 und S5 geöffnet; es fließt ein niedriger Strom U2 ist größer als U1 (negativer Haltestrom).

Da die Lampe 1 den Strom nicht begrenzt, muß dies auf anderem Weg geschehen. Die Anstiegsgeschwindigkeit beim Zuschalten ist endlich. Sie wird durch die Lampe 1 und die in Reihe liegenden Induktivitäten begrenzt. Wenn im richtigen Moment abgeschaltet wird, kann der Strom nur einen bestimmten Wert erreichen. Da der Microcontroller 10 nicht so eine hohe Verarbeitungsgeschwin digkeit hat, um in Echtzeit diesen Strom zu messen und abzu schalten, übernimmt dies die Strombegrenzung 9. Eine einfache Triggerschaltung überwacht den Lampenstrom und schaltet beim Erreichen einer sinnvollen Schwelle die Treiber 8 für die elek tronischen Schalter S1 . . . S6 direkt ab. Um eine größere Lei stung in der Lampe 1 umzusetzen, wird dieser Vorgang wieder holt.

Eine Möglichkeit der Ansteuerung zeigt Fig. 2.

Wie ersichtlich ist, wird dabei S1 und S2 nicht jedesmal mit abgeschaltet. Dadurch werden die Schaltverluste reduziert. Der Haltestrom 12 wird auf gleiche Weise mit S6 und S5 er zeugt. Zum Messen des Haltestromes wird dabei ein Shunt 4 verwendet und der Strom niedriger eingestellt.

Um den Leistungsstrom I1 zu erfassen, wird der niederohmigere Shunt 3 verwendet.

Das in Fig. 2 gezeigte Impulsschema wird durch die Software des Microcontrollers 10 erzeugt. Die Leistung der Lampe wird über die Veränderung des Tastverhältnisses gesteuert. Ver größerung von T bewirkt eine Leistungsminderung. Um die Lei stung an der Lampe richtig zu erfassen, sind weitere Elemente erforderlich. Eine Anpassungsschaltung 5 wandelt die vier zu messenden Werte, Lampenspannung U1, U2 und Lampenstrom I1, I2, in einen für den zum Microcontroller 10 gehörenden internen Analogdigitalwandler 11, in gültige Spannungswerte um. Der Microcontroller 10 gibt seine Ansteuersignale für die Schalter S1 . . . S6 über eine Verknüpfungslogik 7 an die Trei ber 8 der elektronischen Schalter S1 . . . S6. Die Verknüpfungs logik 7 ermöglicht eine vorzeitige Abschaltung durch eine Ver knüpfung mit den Signalen der Strombegrenzung.

Die interne serielle Schnittstelle 12 Microcontrollers 10 er möglicht den Anschluß eines externen Computers 6, wodurch eine Fernsteuerung, Justage und Qualitätskontrolle möglich wird. Durch diese Schaltungsanordnung ist es nun möglich, nur durch Software, aus den Strom- und Spannungswerten der Lampe, die Leistung an der Lampe 1 zu berechnen und auf einen vorgegebe nen Wert durch Veränderung des Impulsschemas zu halten. In Fig. 2 gibt Kurve 1 den schematischen Verlauf des dabei wir kenden Lampenstromes an. Kurve 2 zeigt die zugehörige Lampen spannung.

Bezugszeichenliste

1 Lampe/Natriumdampfhochdrucklampe
2 Zündschaltung
3 Shunt
4 Shunt
5 Anpassungsschaltung
6 Computer
7 Verknüpfungslogik
8 Treiber
9 Strombegrenzung
10 Microcontroller
11 Analogdigitalwandler
12 Schnittstelle des Microcontrollers

Claims

1. Steueranordnung für den Impulsbetrieb von Entladungslampen, insbesondere Hochdruckentladungslampen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des Impulsbetriebes der Lampe ein Micro controller mit zugeordneter Software verwendet wird.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung der Lampenleistung durch Auswertung der Lampen spannung und des Lampenstromes erfolgt.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß zusätzliche Funktionen, wie optimierter Anlauf und Ab schaltung ebenfalls durch den Microcontroller gesteuert werden.

4. Steueranordnung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampenspannung durch Messen an beiden Anschlüssen er mittelt wird und der Strom über 2 Shunts, die in den Stromzwei gen für niedrigeren und höheren Strom geschaltet sind, bestimmt wird.

5. Steueranordnung nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Schnittstelle am Microcontroller eine Fernsteue rung, Justage und Qualitätskontrolle erfolgen kann.