DE69902826T2

DE69902826T2 - Universelles leistungsmodul

Info

Publication number: DE69902826T2
Application number: DE69902826T
Authority: DE
Inventors: Henry Covington; Mark Newell; Edwin Walsh
Original assignee: Vari Lite Inc
Current assignee: Vari Lite Inc
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-07-09
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2019-07-10
Also published as: EP1166430A1; WO2000059100A1; EP1166430B1; US6031749A; JP2003517661A; DE69902826D1; AU4977199A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Stromwandler und insbesondere einen Schaltungsmodus-Stromwandler, der einen digitalen Signalprozessor verwendet.

Beschreibung verwandter Technik

Stromversorgungsvorrichtungen zur Stromversorgung von elektrischen Lampenlasten weisen abhängig von den Eigenschaften der Last und in einem gewissen Umfang von den Eigenschaften der elektrischen Energiequelle verschiedene Formen auf. Glühlampen werden häufig mit einer geregelten Spannung versorgt, die variiert werden kann, um die Intensität von Licht zu steuern/regeln, das von der Lampe abgegeben wird. Einige Stromversorgungsvorrichtungen stellen einen geregelten Strom bereit, der ebenfalls variiert werden kann, um die Intensität einer Lampe zu steuern/regeln. Moderne elektrische Bogenlampen erfordern häufig eine geregelte Leistungsabgabe, wobei der Strom durch die Lampe in Abhängigkeit von der Spannung über den Bogen hinweg geregelt wird. Eine spezielle Lampenstromversorgungsvorrichtung ist gewöhnlich für eine spezifische Anwendung konstruiert und im Allgemeinen nicht auf eine andere Anwendung anwendbar.
Ein in dem US-Patent No. 5,640,061 beschriebenes Bühnenbeleuchtungssystem enthält eine modulare Lampenstromversorgungsvorrichtung, bei der ein elektrisches Chassis Lampenstromversorgungsmodule in Abhängigkeit von spezifischen daran angebrachten Lampenlasten aufnimmt, wobei die Module derart konfiguriert sind, dass sie eine angemessen geregelte elektrische Energie für jede entsprechende Lampe bereitstellen. Die Module können entfernt und ersetzt werden, wenn Anordnung von Lampenlasten verändert wird, so wie etwa beim Ende einer Show und dem Beginn einer anderen und infolgedessen einer Umordnung der Beleuchtungsinstrumente, um ein neues Lichtdesign zu realisieren.
Frühere Stromversorgungsmodulkonstruktionen wiesen zwei miteinander in Beziehung stehende Probleme auf. Zunächst gehen frühere Module ineffizient mit Energie um. Eine große Menge Energie wird beidem Regelungsprozess in Wärme umgewandelt. Dies führt zu bedeutsamen Wärmeableitungsproblemen. Weil große Wärmemengen abgeführt werden müssen, sind die Module groß und sperrig. Dies ist das zweite Problem. Eine andere Beschränkung bei früheren Strommodulen ist deren Mangel an Flexibilität. Verschiedene Lichtquellen erfordern Arten von Energieregelungen. Frühere Techniken ermöglichten begrenzte Änderungen bei Betriebsmodi und -parametern. Es gibt ein Bedürfnis nach einer Stromquelle für Beleuchtungen, die die Flexibilität aufweist, mit allen Beleuchtungsarten umzugehen.
In ihrer Veröffentlichung "Digital Control of High Frequency PWM Converters" (Proceedings der Europäischen Konferenz für Leistungselektronik und Anwendungen, GB, London, IEEE vol. CONF. 5, Seiten 260-265 XP000427084) beschreiben P. R. Holme und C. D. Manning ein Verfahren zur digitalen Steuerung/Regelung von Hochfrequenz- Pulsbreitenmodulator (PWM)-Wandlern, bei denen eine durchschnittlicher Induktorstrom in jedem Schaltzyklus berechnet wird und mit dem Stromprogrammpegel verglichen wird. Abtastwerte von Induktorstrom und Ausgangsspannung werden von einem digitalen Prozessor verwendet, um eine digitale Steuerungs-/Regelungsarchitektur für einen PWM-Wandler zu implementieren.
In ihrer Veröffentlichung "A Microprocessor-Based Controlled Boost Converter to Obtain Good input and Output Performance Characteristics" (Proceedings der Europäischen Konferenz für Leistungselektronik und Anwendungen; GB; London, IEEE vol. CONF 5, Seiten 24-29, XP000470811) beschreiben J. A. A. Wijntjens et al. Verfahren zum Betreiben eines Digitalen Signalprozessors (DSP), der einen elektrischen Stromwandler steuert/regelt, um einen nahezu sinusförmigen Eingangsstrom unter allen Umständen bereitzustellen und einen hohen Leistungsfaktor bereitzustellen, so dass die verfügbare maximale Leistung des Stromnetzes genutzt wird. Die Algorithmen werden bezüglich eines einphasigen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlers mit einem Mikroprozessorgesteuerten/geregelten Aufwärtswandler beschrieben.
Im US-Patent Nr. 5,475,296 (12. Dezember 1995) "Digitally Controlled Switchmode Power Supply" beschreiben Ronald G. Vinsant John E. DeFiore eine PWM-Schaltmodus-Stromversorgungsvorrichtung, die einen DSP verwendet, um eine Spannungs- und Stromrückkopplung abzutasten und um eine Wechselstromnetzspannung, eine gleichgerichtete Eingangsspannung und eine Referenzsspannung abzutasten sowie um das PWM-Steuer/Regelsignal zu entwickeln. Die Stromversorgungsvorrichtung ist automatisch zwischen Aufwärtswandler- und Abwärtswandlerkonfigurationen umschaltbar.
Beleuchtungslasten können bezüglich des Leistungspegels, der Nennspannung und bevorzugen Anregungswellenform unterschiedlich sein. Glühlampen arbeiten mit sinusförmiger Wechselspannungsanregung oder unidirektionaler Impuls-Gleichstrom-Antregung, obwohl Sinuswellenanregung am gebräuchlichsten ist. Glühlampen können bezüglich der Nennleistung von 100 Watt bis 1200 Watt oder mehr variieren. Glühlampen können bezüglich der Nennspannung von 100 Volt bis 240 Volt variieren. Entladungs- (Bogen- Lampen arbeiten mit Rechteckwellen-Wechselstromanregung und variieren bezüglich ihrer Nennleistung von 250 Watt bis 1000 Watt. Stromversorgungsvorrichtungen zum Bereitstellen elektrischer Anregung für diese verschiedenen unterschiedlichen Arten von elektrischen Lampen sind z. B. hinsichtlich der Flexibilität des Betriebs oft dadurch beeinträchtigt, dass sie auf Nur-Rechteckwellen-Betrieb eingeschränkt sind (für Bogenlampen) oder auf Nur-Sinuswellen-Betrieb (für Glühlampen), oder sie sind bezüglich der Eingangsnetzspannung eingeschränkt (120 Volt-Modus oder 240 Volt- Modus), oder durch eine andere Einschränkung, wie etwa nur Spannungsregelung oder nur Leistungsregelung. Bogenlampen erfordern eine Konstante-Leistungs-Regelung, bei der der Laststrom in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung moduliert wird, die in Abhängigkeit vom Zustand der Lampe variiert. Glühlampen reagieren auf einen Laststrom, der eine bestimmte Grenze nicht überschreiten darf, wodurch der Betrieb die Nennspannung der Lampe nicht überschreitet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt einen elektrischen Stromswandler zur Verfügung, der mehrere Betriebsmodi aufweist, um Lampen im Spannungsregelungsmodus oder im Stromregelungsmodus mit Strom zu versorgen oder um Lampen in einem Leistungsregelungsmodus mit Strom zu versorgen. Ein elektronischer Umschalter sorgt für Wechselstrom- oder Gleichstromausgangsbetrieb. Ein schaltbarer Filterkondensator sorgt für Rechteckswellen- oder Sinuswellenausgangsbetrieb.
Eine digital gesteuerte/geregelte Stromversorgungsvorrichtung umfassend einen Gleichrichter, einen Schaltmodusregler und einen digitalen Signalprozessor, wobei der digitale Signalprozessor Signale abtastet, die elektrische Parameter einschließlich Ausgangsspannung, Ausgangsstrom und Quellenspannung darstellen, ist charakterisiert durch einen schaltbaren Filterkondensator, der mit einer Verbindung zwischen dem Eingangsgleichrichter und dem Schaltmodusregler verbindbar ist, und durch einen Ausgangsabschnitt, der mit dem Schaltmodusregler gekoppelt ist, wobei der Ausgangsabschnitt elektronische Schalter enthält, die als ein durch den digitalen Signalprozessor gesteuerter/geregelter brückenartiger Kommutator konfiguriert sind, wobei die Stromversorgungsvorrichtung in der Lage ist, in einem von verschiedenen unterschiedlichen Modi zu arbeiten, einschließlich: einem Rechteckwellentreiber-Ballast zum Betrieb von Bogenlampen mit Leistungsregelung, einem Sinuswellentreiber-Dimmer mit stromgeregeltem Ausgang zum Betrieb von Glühlampen, einem Sinuswellentreiber-Dimmer mit spannungsgeregeltem Ausgang und einer pulsierender-Gleichstromtreiber-Stromversorgungsvorrichtung, die zu einem spannungsgeregelten, stromgeregelten oder leistungsgeregelten Ausgang fähig ist.
Ein Verfahren zum Durchführen einer elektrischen Stromwandlung umfassend die Schritte des Gleichrichtens einer Wechselstrom-Netzleitung, des Steuerns/Regelns eines PWM-Schalters, um einen geregelten elektrischen Ausgang zu erzeugen, und des Aufnehmens elektrischer Parameter einschließlich eines Ausgangsstroms und einer Ausgangsspannung, ist charakterisiert durch die Schritte des Speicherns der Eigenschaften einer elektrischen Lastvorrichtung, einschließlich der Nennspannung, der Nennleistung und der bevorzugten Anregungswellenform, in einem elektronischen Speicher, des Filterns einer gleichgerichteten Eingangsnetzspannung in Abhängigkeit von den gespeicherten Eigenschaften der Lastvorrichtung, des Steuerns/Regelns des PWM-Schalters, um einen Ausgangsstrom und eine Ausgangsspannung in Abhängigkeit den gespeicherten Eigenschaften der Lastvorrichtung bereitzustellen, und des Betreibens eines elektrischen Brückenausgangstreibers in Abhängigkeit von den gespeicherten Eigenschaften der Lastvorrichtung.
Das Stromversorgungssystem der bevorzugten Ausführungsform reduziert die Größe, die Kosten und das Gewicht von Schaltungen, die zum Betrieb eines Bühnenbeleuchtungssystems mit unterschiedlichen Lampenlasten erforderlich sind. Der Mikroprozessor des DSP beseitigt die meisten der komplexen und speziell entworfenen analogen Schaltungen, die üblicherweise zur elektronischen Stromwandlung verwendet werden, und eine verbreitete Stromversorgungsschaltungstopologie stellt eine identische Hardware-Plattform für jede Beleuchtungsschaltung bereit. Die gesamte Zuverlässigkeit ist wegen der Reduzierung von Komplexität der Schaltung erhöht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines elektrischen Stromwandlersystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm eines elektrischen Stromwandlermoduls,
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm eines Hochspannungs- Stromwandlerabschnitts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 4-9 sind Flussdiagramme eines Verfahrens zum Betrieb des elektrischen Stromwandlermoduls.
Fig. 10A-10E sind repräsentative Wellenformen zeigende Graphen, die den Betrieb der Lampenstromversorgungsvorrichtung in einem ersten Modus aufzeigen.
Fig. 11A-11E sind repräsentative Wellenformen zeigende Graphen, die den Betrieb der Lampenstromversorgungsvorrichtung in einem zweiten Modus aufzeigen.
Fig. 12A und 12B sind repräsentative Wellenformen zeigende Graphen, die eine Strommesstechnik aufzeigen, und
Fig. 13 ist ein Blockdiagramm eines anderen elektrischen Stromwandlersystems gemäß einer alternativen Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein elektrisches Stromwandlermodul 10 enthält einen Hochspannungs-Stromwandlerabschnitt 20, einen zweiten Hochspannungs-Stromwandlerabschnitt 22 und einen Niederspannungs- Steuer/Regelabschnitt 30, der eine Digitaler-Signalprozessor (DSP)- Vorrichtung verwendet. Das Modul 10 ist als ein Paar von variablen Lampenstromversorgungsvorrichtungen konfiguriert, die durch einen einzigen Steuer/Regelabschnitt gesteuert/geregelt werden. Das Modul 10 ist mit einem Systemkontroller 40 über eine bi-direktionale serielle digitale Datenverbindung 42 verbunden. Jeder Hochspannungs- Stromwandlerabschnitt 20 und 22 wird von derselben Phase einer elektrischen Stromquelle 45 gespeist, die eine elektrische Dreiphasen- Wechselstrom-Stromquelle sein kann, bevorzugt in dem Bereich von 208- 277 Vac. Jeder Hochspannungs-Stromwandlerabschnitt 20 und 22 stellt seiner jeweiligen Last 50 oder 52 eine geregelte elektrische Leistung bereit. Zusätzliche Stromwandlermodule (nicht gezeigt) können mit dem Systemkontroller über zusätzliche Abzeigungen der digitalen Datenverbindung verbunden sein. Die zusätzlichen Module können mit derselben elektrischen Stromquelle verbunden sein. Die verschiedenen Paare von Hochspannungs-Stromwandlerabschnitten sollten jedoch gleichmäßig über alle drei Phasen einer Drei-Phasen-Quelle verteilt sein.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das einen Niederspannungs- Steuer/Regelabschnitt 30 des Moduls 10 zeigt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Niederspannungs-SteuerLRegelabschnitt 30 eine Digitale Signalprozessor (DSP)-Vorrichtung 31. Ein Beispiel eines geeigneten DSP ist der TMS320C24x, der von Texas Instruments Incorporated hergestellt wird. Der DSP 31 enthält eine Zentrale Prozessoreinheit (CPU) 32 und einen zugeordneten Speicher 33. Weiterhin sind enthalten ein digitaler Pulsbreitenmodulator (PWM) 34 mit mehreren Ausgängen 35, ein Analog-Digital-Wandler (ADC) 36 mit einem Multiplexer (MUX) 37 zur Verbindung eines einer Mehrzahl von analogen Eingängen 38 mit dem ADC 36. Schließlich ist eine Seriellanschluss-Empfangs- /Sendeschaltung 39 zur bidirektionalen seriellen Datenkommunikation mit einem Systemkontroller 40 und einem internen digitalen Bussystem 29 zur Übertragung von Adress-, Daten- und Steuer/Regelsignalen zwischen und unter den Unterabschnitten der DSP-Vorrichtung vorgesehen. Die DSP- Vorrichtung empfängt Befehlssignale von dem Systemkontroller 40, interpretiert diese Befehlssignale und betreibt die Hochspannungs- Stromwandlerabschnitte 20 und 22 nach Maßgabe eines im Speicher 33 gespeicherten ausführbaren Programms. Der Speicher 33 ist bevorzugt eine Kombination aus Arbeitsspeicher (RAM) und elektrisch löschbarem programmierbarem Nur-Lese-Speicher (EEPROM). Das Betriebsprogramm für den DSP 31 ist in dem EEPROM programmiert. Der EEPROM bietet eine nicht-vergängliche Speicherung, kann aber mit aktualisierter, modifizierter oder verbesserter Software erneut programmiert werden. Der RAM wird zur temporären Speicherung von erhaltener Information und Zwischenergebnissen von Berechnungen und Prozessen verwendet.
Jeder Hochspannungs-Stromwandlerabschnitt 20 und 22 ist identisch und arbeitet in gegenläufiger Phase wie der andere Abschnitt in einem Paar. Jeder Abschnitt empfängt jedoch seine eigenen individuellen Steuer/Regelsignale von der DSP-Vorrichtung 31 und erzeugt seine eigenen individuellen Aufnahmesignale für elektrische Parameter. Dies ermöglicht es, dass jeder Abschnitt in einem unterschiedlichen Modus, je nach Erfordernis bestimmter daran angeschlossener Lasten, betrieben wird. Der in Fig. 3 gezeigte Wandlerabschnitt 20 enthält einen elektronischen Hochgeschwindigkeitsschalter, wie etwa einen Feldeffekttransistor (FET) Q1, einen Reiheninduktor L1, eine "Freilaufdiode" D1 und eine H-Brücken- Ausgangsschaltung, die die Transistoren Q2-Q5 umfasst. In dieser Ausführungsform sind die Transistoren Q2-Q5 bipolare Transistoren. Es kann jedoch jede steuerbare/regelbare leitende Einrichtung verwendet werden. Eine Wechselstrom-Quellenspannung VS wird an einen Komplettwellen-Brückengleichrichter BR1 angelegt und die gleichgerichtete Spannung VB wird an den FET-Schalter Q1 angelegt. Der Schalter Q1 ist pulsbreitenmoduliert und bildet gemeinsam mit dem Induktor L1 und der Diode D1 einen Abwärtswandler, der einen elektrischen Strom regelt, der einer Last 50 durch die H-Brücken-Schaltung Q2-Q5 zugeführt wird. Ein digitaler Signalprozessor (DSP) 31 steuert/regelt den Betrieb des Schalters Q1 und der H-Brücken-Ausgangsschaltung Q2-Q5.
Eine Wechstrom-Quellenspannung Vs, die bevorzugt im Bereich 208- 277 Vac liegt, wird an Eingangsanschlüsse AC HI und AC LO angelegt. Der Eingangsabschnitt des Hochspannungs-Stromwandlerabschnitts kann serielle Strombegrenzungsvorrichtungen CL1 und CL2 enthalten, etwa Spitzenstrombegrenzer (NTC) mit negativem Temperaturkoeffient (NTC) oder Thermistoren. Die Ausgangsanschlüsse der Strombegrenzungsvorrichtungen CL1 und CL2 sind mit einem 2-Pol Stromunterbrecher und einem EMI/RFI- Filter verbunden. Alternativ können Schutzvorrichtungen in einem Chassisaufbau mit höherem Pegel angeordnet sein, wie im US-Patent Nr. 5,640,061 beschrieben, das hiermit durch Verweis eingefügt wird. Dioden D2 und D3 sind vorgesehen, um die Amplitude der Quellenspannung VS aufzunehmen, wie im Folgenden beschrieben wird.
Die QueHenspannung VS wird durch den Gleichrichter BR 1 gleichgerichtet, wobei der positive Ausgang VB an den Schalter Q1 angelegt wird, während der negative Ausgang als eine isolierte "Delta"-Masse referenziert wird, typischerweise um 170 V oder mehr unterhalb des "Erde"- Potentials. Der Schalter Q1 ist bevorzugt ein Hochgeschwindigkeits- Hochkapazitäts-Feldeffekttransistor. Ein hochwertiger Kondensator C1 mit einer insignifikanten Reaktanz bei der Netzfrequenz der Wechelstrom- Spannungsquelle VS (zum Beispiel 330 bis 1000 Millifarad). Der Kondensator C1 kann eine Bank aus parallel verbundenen Elektrolytkondensatoren oder ähnlichen Ladungsspeichereinrichtungen umfassen. Der Kondensator C1 weist einen mit der Deltamasse 21 verbundenen Anschluss auf und der andere Anschluss ist durch die Kontakte eines steuerbaren/regelbaren Schalters wie des Relais K1 mit Va verbunden. Der Kondensator C1 ist in einigen Betriebsmodi mit VB verbunden, um eine gefilterte Gleichstrom- Versorgungsspannung dem Schalter Q1 zur Verfügung zu stellen. In anderen Betriebsmodi ist das Relais K1 geöffnet, um den Kondensator C1 von VB zu trennen.
Der Schalter Q1, der Induktor L1 und die Diode D1 umfassen einen Abwärtswandler, der herkömmlicherweise in einer bekannten Art und Weise funktioniert, wie beispielsweise im US-Patent Nr. 5,640,061 oder im US- Patent Nr. 5.798,619 beschrieben ist, die hiermit durch Verweis eingeführt werden. Wenn der Schalter Q1 geschlossen ist, erzeugt der Strom durch die Induktivität L1 ein magnetisches Feld. Wenn der Schalter Q1 dann geöffnet wird, bricht das magnetische Feld zusammen, was einen Strom verursacht, der durch die Diode D1 gezogen wird. Der Schalter Q1 ist pulsbreitenmoduliert, um eine Strompumpwirkung bereitzustellen, die den gewünschten Ausgangsstrompegel bereitstellt.
Der Ausgang des Abwärtswandlers wird an eine H-Brücke angelegt, die die Schalter Q2-Q5 umfasst. Die H-Brücke ermöglicht eine Steuerung/Regelung der Stromanwendung, wie im Folgenden beschrieben ist. Ein Widerstand R1 mit niedrigem Widerstandswert ist im Rückkehrpfad zwischen der H-Brücke und der Deltamasse 21 vorgesehen, was eine Strommessung ermöglicht, wie im Folgenden beschrieben wird. Obwohl Q1 und L1 in Reihe mit dem positiven Ausgang von BR1 gezeigt sind, könnte das System ebensogut in umgekehrter Polarität konstruiert sein, mit Q1 und L1 in Reihe geschaltet und mit dem negativen Ausgang von BR 1.
Die H-Brücke, einschließlich der Schalter Q2-Q5, kann als Wechselrichter betrieben werden, um einen Wechselstromausgang bereitzustellen, wobei die Schalter Q2 und Q5 mit den Schaltern Q3 und Q4 abwechselnd leiten, um die Polarität der Ausgangsspannung über die Last hinweg umzukehren. Alternativ in einem anderen Betriebsmodus eine Hälfte der Brücke eingeschaltet sein und die andere Hälfte der Brücke ausgeschaltet sein, um für die Last einen Gleichstromausgang jeder Polarität bereitzustellen. Die Schalter Q2-Q5 sind bevorzugt bipolare Transitoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBT). Die Steuerelektroden-Treiberverstärker A1-A5 sind jeweils vorgesehen, um Transistoren Q1-Q5 zu treiben, und stellen bevorzugt eine Pegelumschaltung zwischen einem Hochspannungs- Stromwandler und einem Niederspannungs-Steuerlregelabschnitt zur Verfügung. Integrierte Schaltkreise, die diese Funktion bereitstellen, sind in der Technik wohlbekannt.
Die elektrischen Parameter des Stromwandlers 20 werden über verschiedene Differentialerstärker A6-A8 aufgenommen. Die Differentialverstärker A6-A8 sind kommerziell erhältliche integrierte Schaltkreise, die ein ausreichend hohes Gleichtakt-Abweisungsverhältnis (CMRR) besitzen, um durch Gleichtakt induzierte Fehler zu vermeiden. Die Ausgangssignale der Differenzverstärkern A6-A8 werden skaliert, um eine direkte Umwandlung durch den Analog-Digital-Wandler 36 des DSP zu erleichtern (Fig. 2). Der Ausgangstrom Io wird durch den Reihenwiderstand R1 und den Differentialverstärker A6 erfasst. Die Ausgangsspannung Vo wird durch die Widerstände R2 und R3 erfasst, die einen herkömmlichen Spannungsteiler bilden, und den Differentialverstärker A7. Die Quellenspannung VS wird durch die Gleichrichterdioden D2 und D3, die einen Spannungsteiler bildenden Widerstände R4 und R5 und den Differentialverstärker A8 erfasst. Der Verstärker A9 treibt das Relais K1 zum Verbinden und Trennen des Kondensators C1. Die vorangehend beschriebenen Komponenten bilden einen Hochspannungs- Stromwandlerabschnitt 20 einer variablen Lampen- Stromversorgungseinrichtung mit Pufferverstärkern, die eine Schnittstelle zu einem Niederspannungs-Steuer/regelabschnitt bilden.
Ein erstes digitales Ausgangssignal GATEDRV wird durch die DSP- Vorrichtung bereitgestellt und durch den Verstärker A1 an die Steuerelektrode des Schalters Q1 angelegt. Ein zweites und ein drittes DSP- Ausgangssignal BRDRVA und BRDRVB werden durch die Verstärker A2- A5 an die Steuer/Regelanschlüsse der H-Brücken-Ausgangstransistoren Q2- Q5 angelegt. Ein viertes DSP-Ausgangssignal CAPDRV wird durch den Verstärker A9 an das Relais K1 angelegt. Vier entsprechende DSP- Ausgangssignale stellen entsprechende Funktionen für den Wandlerabschnitt 22 bereit.
Das Analog-Signal VIS (durch den Differentialverstärker A6 bereitgestellt) stellt die Größe des Ausgangsstroms Io dar, der den Strom durch die Last darstellt. Das Analogsignal VOS (durch den Differentialverstärker A7 bereitgestellt) stellt die Größe der Ausgangsspannung Vo dar, die der H-Brücke zugeführt wird. Das Analog- Eingangssignal VSS (durch den Differentialverstärker A8 bereitgestellt) stellt die Größe der Quellenspannung VS dar, die an die Eingangsanschlüsse des Brückengleicherichters BR1 angelegt wird. Diese drei analogen Eingangssignale werden zusammen mit drei ähnlichen analogen Eingangssignalen von dem Wandlerabschnitt 22 für den DSP bereitgestellt. Die sechs analogen Eingangssignale werden durch den Multiplexer 37 zu einem Analog-Digital-Wandler 36 (Fig. 2) gemultiplext (Fig. 2) und die resultierenden digitalen Werte werden für die CPU 32 zur Bearbeitung nach Maßgabe ihres ausführbaren Programms bereitgestellt (Fig. 2).
Im Betrieb ist der DSP 31 in bidirektionaler Verbindung mit einem Beleuchtungssystemkontroller 40, wie er beispielsweise im US-Patent Nr. 4,980,806 oder im US-Patent Nr. 5,640,061 beschrieben worden ist, die durch Referenz eingeführt werden. Der Systemkontroller bewahrt Information bezüglich der Eigenschaften von Beleuchtungslasten, die mit den Ausgängen der Hochspannungs-Stromwandlerabschnitte verbunden sind. Eine Beispiellast kann eine Bogenlampe sein, die elektrische Energie als Rechteckwellen-Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz und mit einem geregelten Leistungspegel von 400 Watt, 600 Watt, 750 Watt oder einem anderen Leistungspegel erfordert. Alternativ kann die Last eine Glühlampe sein, die variable Ausgangsspannung und Ausgangsstrom erfordert, begrenzt auf maximale Nennlampenleistungen von 500 Watt, 1000 Watt, 1200 Watt oder einen anderen Leistungspegel. Lampenlasteninformation dieser Art kann leicht in einer mit einem Computergesteuerten/geregelten Beleuchtungssystemprogramm verbundenen "Softpatch"-Datendatei enthalten sein. Die Information kann z. B. eine maximale Nennleistung, eine Nennspannung und einen Indikator der Art der Anregung (Rechteckwelle, Sinuswelle, pulsierender Gleichstrom, oder eine andere) umfassen. Die Datendatei kann weiterhin Steuer/regelkanäle auf einer Steuer/Regelkonsole zu physikalischen Adresskanälen in einem verteilten Lastnetzwerk querverweisen.
Typischerweise sind eine Mehrzahl von elektrischen Stromwandlermodulen 10 in einem Rack-artigen Gehäuse angebracht, das eine Wechselstromversorgung und Steuer/regelsignalverteilungen für die verschiedenen Module bereitstellt. Alternativ könnte jedes Modul mit seiner jeweiligen Last zusammen angeordnet sein und Wechselspannungsversorgung sowie Steuer/regelsignale über geeignete Kabel empfangen. In jedem eine Mehrzahl von Modulen verwendenden System sollten normalerweise Mittel vorgesehen sein, um die Steuer/regelsignale von dem Systemkontroller 40 zu dem geeigneten Modul 10 zu leiten. Dies kann die Form eines Adressschalters annehmen, wie es im US-Patent Nr. 4,980,806 beschrieben ist, der in dem Niederspannungssteuer/regelabschnitt 30 des Moduls 10 enthalten ist, oder es kann ein fest verdrahtetes Leitungssystem verwendet werden, wie es im US-Patent Nr. 5,640,061 beschrieben ist. Diese beiden Patente werden durch Referenz eingeführt. In einem Rack-artigen Gehäuse, kann jede physikalische Position innerhalb des Racks mit einer elektrisch lesbaren Adresse zur Bestimmung einer eindeutigen logischen Kanaladresse für jeden Hochspannungs-Stromwandlerabschnitt 20 oder 22 in jedem Modul 10 kodiert werden.
Obwohl spezifische Software-Realisierungen variieren können, einschließlich verschiedener bekannter, hier nicht beschriebener Techniken, werden hiermit repräsentative Beispiele von Betriebsverfahren beschrieben.

Modul-Steuer/Regelsoftware

Integrierte Software oder "Firmware" ermöglicht es, dass der digitale Signalprozessor 31 zwei Umschaltmodus-Hochspannungs-Stromwandler 20 und 22 steuert/regelt, die sich dieselbe Wechselstromnetzphase teilen. Die Firmware regelt die/den wahre(n) quadratisch gemittelte(n) (RMS-) Ausgangsspannung, -strom, oder -leistung und stellt die Ballastfunktion für Hochleistungs-Entladungslampen bereit. Der Eingangsleistungsfaktor ist beinahe eins für Widerstandslasten wie etwa Glühlampen. Die Firmware verwaltet eine serielle Datenverbindung für Echtzeit-Befehls- und statuskommunikation bezüglich Lasteigenschaften, Regelungsmodus und Ausgangspegel. Bevorzugt wird die Firmware in dem EEPROM-Abschnitt des Speichers 33 gespeichert. Alternativ könnte ausführbare Software von einem Systemkontroller 40 heruntergeladen und in dem RAM-Abschnitt des Speichers 33 gespeichert werden. In einer anderen alternativen Ausführungsform kann die Firmware dauerhaft in den Nur-Lese-Speicher (ROM) geschrieben sein.
Die Firmware in einer bevorzugten Ausführungsform verwendet eine kooperative Multi-Tasking-Architektur, wie in Fig. 4 gezeigt. Eine Initialisierungssequenz von Programmschritten konfiguriert den DSP für den Betrieb. Diese Sequenz setzt die internen Taktraten, konfiguriert Universal- Timer, initialisiert den ADC 36 und setzt bestimmte Stellen im Speicher 33 fest zum Speichern von Betriebsvariablen und -konstanten und der lesbaren und schreibbaren Parameter. Die Univeral-Timer werden zur zeitlichen Einstellung des digitalen Pulsbreitenmodulators, der H-Brücken- Ausgangsschaltung verwendet und steuern/regeln den Abtastratengenerator für den ADC 36. Sobald der DSP 30 initialisiert worden ist, werden sechs konkurrierende Prozesse oder Tasks gestartet; wobei die konkurrierenden Tasks effektiv zur gleichen Zeit ablaufen. Diese Prozesse umfassen Kanal 1- Kommunikation, Kanal 2-Kommunikation, Kanal 1-Pulsbreitenmodulator- Steuerung/Regelung, Kanal 2-Pulsbreitenmodulator-Steuereung/Regelung, Eingangsspannungsanalyse und Ausgangsbrückensynchronisation. Den Betrieb dieser dieser Prozesse anzeigende Variablen werden in dem Speicher 33 gespeichert und stehen den anderen Prozessen zur Verfügung, um eine Koordination zu ermöglichen. Wenn eine Task darauf wartet, dass Eingangsdaten zur Verfügung stehen, gibt sie die Steuerung/Regelung auf, so dass die anderen Tasks die CPU 32 nutzen können.
Die Kanal-PWM-Steuerungs/Regelungs-Tasks erledigen die tatsächliche Arbeit der Regelung des Ausgangs der Hochspannungs- Stromwandler 20 und 22, indem sie eine Pulsbreitendauer jedes aufeinanderfolgenden PWM-Zyklus berechnen. Die Kanal-Kommunikations- Tasks verwalten die serielle Datenverbindung 42 zwischen jedem elektrischen Stromwandlermodul 10 und dem Systemkontroller 42. Die Kanalkommunikations-Task empfängt Eingangsbefehle wie etwa den gewünschten Betriebsmodus und den gewünschten Ausgangspegel. Die Eingangsspannungsanalyse-Task bestimmt den RMS-Wert und die Periode der Wechselstrom-Eingangsspannung VS. Die Ausgangsbrückensynchronisierungs-Task, die bei bestimmten Betriebsmodi ausgeschaltet sein kann, betreibt die H-Brücken-Ausgangsschaltung in Synchronisation mit der Wechselstrom-Eingangsspannung.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, beginnt eine typische Betriebssequenz, wenn das Modul 10 und insbesondere der Niederspannungs- Steuer/regelabschnitt mit Strom versorgt wird. Bei Initialisierung führt der DSP 30 einen Selbsttest durch und bestimmt einen eindeutigen logischen Kanal für jeden Hochspannungs-Stromwandlerabschnitt in dem Modul, bevorzugt durch Lesen der physikalischen Position des Moduls in einem Rack-artigen Gehäuse, obwohl andere Adressierungsschemata verwendet werden können. Der DSP 30 ist wie oben beschrieben zum Betrieb konfiguriert und startet die konkurrierenden Tasks. Danach wird jedes Modul 10 derart präpariert, dass es entsprechend den Anforderungen Übertragungen von dem Systemkontroller 40 empfängt und Antworten überträgt.

Serielle Kommunikation

Befehlsübertragungen von dem Systemkontroller 40 können eine von zwei Formen annehmen: Systembefehle, die von allen Modulen empfangen werden, oder Kanalbefehle, die zu einem einzelnen Modul hin oder von diesem weg gerichtet sind. Der Kanalbefehl ist gerichtet, indem ein einziger logischer Kanal adressiert wird, der durch eine eindeutige Kanaladresse identifiziert wird. Der DSP 31 ist derart programmiert, dass er auf Befehlsübertragungen antwortet, die die Kanaladresse für einen beliebigen der beiden Hochspannungs-Stromwandlerabschnitte 20 oder 22 enthält, oder auf einen Systembefehl, der eine spezielle systemweite oder "gemeinsame" Adresse enthält. Befehlsübertragungen, die eine Antwortübertragung von dem Modul 10 erfordern, sind bevorzugt von Systembefehlen ausgeschlossen, um mehrere gleichzeitige Antworten von den Modulen zu vermeiden. Eine Befehlsübertragung beginnt, mit einem Blindereignis, gefolgt von einer Adresse, einem Befehlskode und einem oder mehreren Argumenten. Befehlsübertragungen können eine verschiedene Länge aufweisen und sind von Blindereignissen eingerahmt.
Der Befehlsschnittstellenteil der Firmware sorgt für eine Steuerung/Regelung von Hochspannungs-Stromwandlerabschnitten als unabhängige logische Kanäle, die für eine spezifische Last konfiguriert sind, indem sie die Kanalparameter schreibt. Diese Parameter werden in dem Speicher 33 des DSP 30 gespeichert, der dem Kanal zugeordnet ist. Alle Parameter können zur Verifikation zurückgelesen werden. Die Konfiguration eines Kanals kann verriegelt werden, um zu unterstützen, dass versehentliche Parameteränderungen währen des Betriebs verhindert werden. Befehle, auf die ein Modul antworten kann, können Befehle zur Verriegelungskonfiguration, Freigabekonfiguration, zum Zurücksetzen, zum Lesespeicher, Schreibspeicher, Leseparameter und Schreibparameter umfassen. Befehle zum Lesen des Speichers oder zum Lesen von Parametern sind bevorzugt von Systembefehlen ausgeschlossen. Parameter, die geschrieben werden können, umfassen Spitzenstrombegrenzung (PCL), Überstrom-Freigabe (OCR), Regelungsmodus (MODE), maximaler Ausgangspegel (MOL), Ausgangspegel (OL), Ausgangsintensität (OI) und eine Proportionalitätskonstante Kp. Alle schreibbaren Parameter können zurückgelesen werden. Bestimmte Nur-Lese-Parameter, die von dem DSP bewahrt werden, können ebenso gelesen werden, einschließlich eines Kanalstatus, eines vorherigen Befehlsstatus, eines Spitzenintensitätspegels und einer Eingangsperiode.
Ein Systembefehl kann derart definiert sein, dass er jedes Argument zu einem getrennten Kanal leitet oder dass er jedes Argument zu allen Kanälen leitet. Z. B. kann der Zurücksetz-Befehl zu allen Kanälen in einem Systembefehl gesendet werden, die die gemeinsame Adresse und ein Argument besitzen - den "Modul zurücksetzen"-Befehlskode, der dann von allen logischen Kanälen in dem System empfangen wird. Ein Modul ignoriert den "Modul Zurücksetzen"-Befehl, wenn seine Konfiguration verriegelt ist. Die meisten Schreibparameter-Befehle werden weiterhin von den Modulen ignoriert, für die die Konfiguration verriegelt ist, außer einem Befehl, die "Ausgangsintensität (01) zu schreiben" Der Ausgangsintensitäts-Befehl stellt ein alternatives Mittel bereit, den Ausgangspegelparameter derart zu ändern, dass dann, wenn die Ausgangsintensität geschrieben wird, der Ausgangspegel folgendermaßen gesetzt wird:
OL = (OI/255) * MOL,
ein spezifizierter Prozentsatz des maximalen Ausgangspegels für den logischen Kanal. Ausgangsintensitätswerte entsprechen daher 0-100% des maximalen Ausgangspegels für jeden Kanal. Ein Ausgangsintensitätsbefehl kann sicher in einem Systembefehl übertragen werden, der an alle logischen Kanäle im System adressiert ist, wobei mehrere getrennte Argumente jeweils einem getrennten logischen Kanal entsprechen und zu diesem hin gerichtet sind.
Wie in Fig. 6 gezeigt, beginnt jede von zwei Kanalkommunikations- Tasks durch Initialisieren von Registern, die zum Erstellen und Empfangen von Übertragungen zu dem Systemkontroller und von demselben weg verwendet werden. Nach Initialisierung wartet die Task auf ein Befehlspaket, das entweder dem einen logischen Kanal zugewiesen ist, der die Task bedient (ein Kanal-Befehlspaket) oder allen logischen Kanälen in dem System zugewiesen ist (ein System-Befehlspaket). Während dieser Wartezeit gibt die Task die Steuerung/Regelung der CPU an andere Tasks ab. Wenn ein Befehl empfangen wird, dekodiert die Task den Befehl entweder als einen Leseparameter-Befehl oder als einen Schreibparameter-Befehl. Wenn ein Leseparameter-Befehl empfangen worden ist, erhält die Task den erforderlichen Parameterwert von dem RAM des DSP, stellt ein Übertragungspaket zusammen, das die erforderlichen Antwortwerte enthält, und überträgt das Paket als Kanal-Antwortpaket. Die Task wartet auf das letzte zu übertragende Byte des Pakets und kehrt dann zu einer Schleife zurück, die darauf wartet, dass ein weiteres Befehlspaket empfangen wird. Wenn ein Schreibparameter-Befehl empfangen wird, erhält die Task den Parameterwert von dem Befehlpaket, prüft die Gültigkeit des Befehls und seiner Argumente/seines Arguments und speichert, falls die Argumente gültig sind, dieselbe an geeigneten Stellen in dem RAM des DSP. Wenn die Argumente ungültig sind, setzt die Task ein Flag in einem Statuswort, das dem Systemkontroller in Antwort auf einen nachfolgenden Lesebefehl gemeldet werden kann. Danach kehrt die Task zu einer Schleife zurück, die darauf wartet, dass ein anderes Befehlspaket empfangen wird.

Eingangsspannungsanalyse

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, beginnt die Eingangsspannungsanalyse- Task durch Warten auf eine Messungsanforderung von einer anderen Task. Wenn eine solche Anforderung empfangen wird, initialisiert die Task Arbeitsvariablen und wartet dann auf einen Abtastwert der Eingangsleitung, wie er durch das zu digitalisierende und im RAM des DSP gespeicherte Signal VSS repräsentiert wird. Jeder Abtastwert trägt zu dem Wert des Durchschnittspegels der Eingangsspannung bei. Die CPU berechnet den Beitrag jedes Abtastwerts, die effektiv jeden Abtastwert zu dem Durchschnittswert integriert. Die negativen Spitzenwerte der Eingangsspannung werden lokalisiert, um die Periode der Eingangsspannungs-Wellenform zu bestimmen. Falls nicht genügend Abtastwerte empfangen worden sind, um die Analyse zu vervollständigen, geht dis Task in einer Schleife zurück, um auf einen weiteren VSS-Abtastwert zu warten. Wenn genügend Abtastwerte vorhanden sind, berechnet die Task den Durchschnittswert der Eingangsspannung und schätzt einen RMS-Wert ab, berechnet dann die Periode der Eingangsspannungs-Wellenform, speichert die Ergebnisse im RAM des DSP zur Verwendung durch andere Tasks. Schließlich geht die Task in einer Schleife zurück, um auf eine andere Messungsanforderung zu warten.

Kanal-Pulsbreitenmodulator-Steuerung/Regelung

Der Betrieb jedes Hochspannungs-Stromwandlerkanals wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8C beschrieben. Fig. 8A zeigt die Initialisierung und den Betrieb im Spannungsregelungsmodus. Fig. 8B zeigt den Betrieb im Stromregelungsmodus. Fig. 8C zeigt den Betrieb im Leistungsregelungsmodus.
Jeder der schreibbaren Parameter wird beim Anschalten auf Voreinstellungswerte initialisiert (Fig. 8A). Die Voreinstellungwerte können alle auf Null gesetzt sein, um eine versehentliche Leistungsabgabe in unbekannte Lastzustände zu verhindern. Der Voreinstellungsregelungsmodus ist bevorzugt der Spannungsmodus, der der allgemein verbreitetste Regelungsmodus von Theaterbeleuchtungs-Leistungsdimmern ist. Jeder logische Stromwandlerkanal wird in einer nicht verriegelten Konfiguration initialisiert, um es dem Systemkontroller zu erlauben, die schreibbaren Parameter aller Module zu schreiben und sie auf ihre jeweiligen Konfigurationen einzustellen. Der Systemkontroller überträgt bevorzugt eine Sequenz von Kanalbefehlen, um alle Parameter aller Module zu lesen und deren Konfigurationen zu verifizieren, bevor er die Konfiguration in einem anderen Systembefehl verriegelt. Wenn die Kanalkonfiguration verriegelt wird, sind die einzigen Befehle, die akzeptiert werden können, die Befehle Lese Parameter (jeden Parameter), Schreibe Parameter (nur Ausgangsintensität) und Gebe Konfiguration frei.
Um einen logischen Kanal für eine spezifische Last zu initialisieren, stellt der Systemkontroller die Spitzenstrombegrenzung, (PCL), die Überstromfreigabe (OCR), den Regelungsmodus (MODE) und den maximalen Ausgangspegel (MOL) ein, indem diese Parameter an das geeignete Modul geschrieben werden. Die Kanalsteuerungs/regelungs-Task liest diese Parameter, um ihren Betriebsmodus und ihre Betriebsgrenzen zu bestimmen.
Der Regelungsmodus kann in einer bevorzugten Ausführungsform auf einen von drei Modi eingestellt sein, abhängig von dem dem Regelungsmodusparameter zugeschriebenen Wert: Spannugsmodus, Strommodus oder Leistungsmodus. Die Auswahl eines spezifischen Regelungsmodus impliziert bevorzugt bestimmte Nebenbedingungen für andere schreibbare Parameter und für bestimmte andere Betriebseigenschaften des Moduls und seiner logischen Kanäle. Z. B. kann die Auswahl des Spannungsmodus oder des Strommodus einen sinusförmigen Ausgang implizieren, der erhalten wird, indem der Kondensator C1 von dem Ausgang des Brückengleichrichters BR1 getrennt wird, während die Auswahl des Leistungsmodus einen Rechteckwellen- Ausgang implizieren kann, der erhalten wird, indem der Kondensator C1 mit dem Ausgang des Brückengleichrichters verbunden wird. Die Auswahl des Spannungsmodu impliziert notwendigerweise, dass der maximale Ausgangspegel und der Ausgangspegel in Volt ausgedrückt werden, z. B. 120 V. Die Auswahl des Strommodus impliziert, dass diese beiden Pegel in Ampere ausgedrückt werden, z. B. 10 A. Die Auswahl des Leistungsmodus impliziert, dass diese beiden Pegel in Watt ausgedrückt werden, z. B. 700 W. Die Auswahl eines spezifischen Regelungsmodus kann weiterhin bestimmte Voreinstellungswerte bestimmen. Ein Beispiel ist der Wert der Proportionalitätskonstanten Kp. Auch andere Betriebseigenschaften des Moduls und seiner logischen Kanäle werden durch die Auswahl des Regelungsmodus eingestellt. Ein Beispiel hierfür ist die Ausgangsfrequenz, die bevorzugt mit der Wechselstrom-Netzspannung und Strommodi synchronisiert ist, aber die bei Leistungsregelung auf eine feste Frequenz eingestellt sein kann.
Andere Regelungsmodi, die andere Betriebseigenschaften implizieren, können in alternativen Ausführungsformen implementiert sein, z. B. kann ein unidirektionaler Ausgang in einem alternativen Spannungsmodus oder in einem alternativen Strommodus zur Steuerung/Regelung von Gleichstrommoteren oder anderen Gleichstromlasten geregelt sein. In einer anderen alternativen Ausführungsform können bestimmte andere Betriebseigenschaften durch schreibbare Parameter spezifiziert sein: z. B. die Ausgangsfrequenz von Rechteckwellenausgängen.
Der Systemkontroller kann bevorzugt eine Datenbank aller Lasten in dem System bewahren, unter Bezugnahme auf deren logischen Kanal- Zuordnungen und Identifizierung des Lastentyps durch einen allgemeinen Namen oder ein Akronym. Die für jede verschiedene Lastenart anwendbaren verschiedenen schreibbaren Parameter werden bevorzugt durch die Systemkontrollersoftware bewahrt und durch einen entsprechenden allgemeinen Namen oder ein Akronym referenziert. Wenn das System initialisiert wird, werden die geeigneten Parameter automatisch den verschiedenen Kanälen aller Module 10 in dem System zugeschrieben, ohne dass ein Operator jeden Kanal direkt einzustellen hat. Mit einer solchen durch den Systemkontroller 40 aufrecht erhaltenen Datenbank werden die DSP-Vorrichtungen 31 in jedem der Module 10 von der Aufgabe des Interpretierens eines lastabhängigen Identifizierers und der Verantwortlichkeit für das Bewahren von Daten, die die Parameter und Betriebseigenschaften der verschiedenen Lasten definieren, befreit.

Spannungregelungmodus

Die Spannungsregelung wird durch Verwendung eines Hybridzustands-/Proportional-Integral-Differential-Steuerungs/regelungs- Algorithmus erreicht. Der Pulsbreitenmodulator-Arbeitszykus wird auf einen Wert eingestellt, der proportional zu dem Ausgangspegel (Spannung)-Fehler plus dem Integral des Fehlers plus der Ableitung des Fehlers ist. Der Fehler ist die Differenz zwischen dem gewünschten Pegel und dem gemessenen Pegel. Der Arbeitszyklus kann abhängig von dem Zustand von bestimmten anderen gemessenen Parametern wie der Eingangsspannung (zu niedrig) oder dem Ausgangsstrom (zu hoch) zwangsweise auf Null gesetzt werden.
Wie in Fig. 8A gezeigt ist, liest die Kanalsteuerungs/regelungs-Task Betriebsparameter und testet den MODE-Parameter, um den gewünschten Betriebsmodus zu bestimmen. Im Spannungsregelungsmodus ist die H- Brücken-Synchronisation eingeschaltet, wobei diese Funktion durch die Ausgangsbrückensynchronisations-Task (Fig. 4, Fig. 9) erreicht wird, und das CAPDRIVE-Signal wird zurückgesetzt, um den Kondensator C1 von dem Ausgang des Brückengleichrichters BR1 (Fig. 3) zu trennen. Der Pulsbreitenmodulator läuft unter Verwendung von Treibersignalen von einem der Universaltimer in dem DSP. Die Task wartet dann auf Abtastwerte des Ausgangsstroms, die durch das Signal VIS repräsentiert werden, und auf Abtastwerte der Ausgangsspannung, die durch das Signal VOS repräsentiert werden. Der DSP 31 tastet Ausgangsstrom und -spannung mit einer hohen Rate, z. B. 20 kHz, ab. Die Abtastwerte werden unter Verwendung des A/D- Wandlers 36 digitalisiert. Die resultierenden Werte werden in dem Speicher 33 zur Verwendung durch die Kanalsteuerungs/regelungs-Task gespeichert. Jede Kanalsteuerungs/regelungs-Task kompensiert den abgetasteten Wert des Ausgangsstroms Io, um die dynamischen Induktivität der Drossel L1 zu berücksichtigen, die nach Maßgabe des Gleichstroms in der Drossel wesentlich variiert. Jeder Abtastwert trägt zu dem Wert des Durchschnittspegels des Ausgangsstroms bei. Die CPU berechnet diesen Beitrag, die effektiv jeden Abtastwert zu dem Durchschnittswert integriert. Die Task vergleicht dann den RMS-Wert des Ausgangsstroms mit dem Wert des Spitzenstrombegrenzungs (PCL)-Parameters. Wenn der Ausgangsstrom nicht geringer ist als der PCL, wird die Pulsbreite des GATEDRV-Signals auf Null gesetzt und die Task geht in einer Schleife zurück, um auf weitere Abtastwerte von VOS und VIS zu warten.
Wen der Ausgangsstrom geringer ist als der PCL-Wert bestimmt die Task, ob genügend Abtastwerte genommen worden sind. Die Integration von VOS und VIS erfordert Abtastwerte über eine genügend lange Zeitdauer hinweg (so wie die Periode der Eingangsspannung VS), um eine zuverlässige Anzeige des Ausgangspegels zu erzeugen. Wenn nicht genügend Abtastwerte erfolgt sind, geht die Task in einer Schleife zu zurück, um auf weitere Abtastwerte von VOS und VIS zu warten. Wenn genügend Abtastwerte erfolgt sind, integriert die Task diese Abtastwerte und berechnet den wahren RMS-Wert der Ausgangsspannung Vo über den vorhergehenden Eingangsspannungszyklus. Die Kanalsteuererungs/regelungs-Task erhält dann den Wert (in Volt) des Ausgangspegel (OL)-Parameters von dem Speicher 33. Sie berechnet dann den Ausgangspegelfehler zwischen dem befohlenen Pegel und dem gemessenen Pegel und wandelt diesen Fehler in einen PWM- Arbeitszyklusfehler um. Dieser PWM-Arbeitszyklusfehler wird dann verwendet, um die Pulsbreite für den nächsten GATEDRV-Puls zu berechnen und einzustellen. Schließlich geht die Task in einer Schleife zurück, um auf weitere Abtastwerte von VOS und VIS zu warten.

Stromregelungmodus

Die Stromregelung wird ebenfalls durch Verwendung eines Hybridzustands-/Proportional-Integral-Differential-Steuerungs/regelungs- Algorithmus erreicht. Der Pulsbreitenmodulator-Arbeitszykus wird auf einen Wert eingestellt, der proportional zu dem Ausgangspegel (Strom)-Fehler plus dem Integral des Fehlers plus der Ableitung des Fehlers ist. Der Arbeitszyklus kann abhängig von dem Zustand von bestimmten gemessenen Parametern wie der Eingangsspannung (zu niedrig) oder dem Ausgangsstrom (zu hoch) zwangsweise auf Null gesetzt werden.
Wie in Fig. 8B gezeigt ist, führt im Stromregelungsmodus die Task dieselbe Sequenz von Schritten durch wie im Spannungsregelungsmodus, außer dass die Abtastwerte von VOS, die die Ausgangsspannung repräsentieren, ignoriert werden und der Ausgangspegel (in Ampere) auf Grund des durch VIS repräsentierten Ausgangsstroms 10 berechnet wird.

Leistungsregelungmodus

Die Leistungsregelung wird durch Verwendung eines Hybridzustands- /Proportional-Differential-Steuerungs/regelungs-Algorithmus erreicht. Der Pulsbreitenmodulator-Arbeitszykus wird auf einen Wert eingestellt, der proportional zu dem Ausgangspegel (einem Sollstrom)-Fehler plus der Ableitung des Fehlers ist. Der Arbeitszyklus kann abhängig von dem Zustand von bestimmten gemessenen Parametern wie der Eingangsspannung (zu niedrig) oder dem Ausgangsstrom (zu hoch) zwangsweise auf Null gesetzt werden.
Wie in Fig. 8C gezeigt ist, führt im Leistungsregelungsmodus die Task eine ähnliche Sequenz von Schritten durch wie im Strom- und Spannungsregelungsmodus, mit den folgenden Ausnahmen. Die Ausgangsbrückensynchronisations-Task ist ausgeschaltet und die Ausgangsbrückenfrequenz ist auf einen vordefinierten Wert eingestellt, der unabhängig von der Wechselstrom-Netzfrequenz ist. Das CAPDRIVE-Signal ist eingestellt, um den Kondensator C1 mit dem Ausgang des Brückengleichrichters BR1 zu verbinden. Abtastwerte sowohl des Ausgangspannungs-Aufnahmesignals Vos als auch des Ausgangsstrom- Aufnahmesignals VIS werden verwendet. Der Ausgangspegel (OL)-Parameter wird in Watt gelesen. Die Ausgangsleistung wird geregelt durch Berechnen eines Soll-Stroms (IT) auf Grund des Verhältnisses des Ausgangspegelparameters (in Watt) und der momentanen Ausgangsspannung VO, wie im Folgenden beschrieben wird. Auf diese Weise werden Strommessungen verwendet, um die Leistung zu regeln, ohne dass tatsächlich ein Leistungspegel berechnet wird. Der Proportional- Differential-Steuer/regelalgorithmus berechnet nicht wahre RMS-Werte (d. h. mit über 16-20 ms integrierten Abtastwerten). Daher führt er weder den Schritt des Berechnens des Beitrags jedes Abtastwerts zu dem Durchschnittswert noch den Schritt des Integrierens einer großen Anzahl von Abtastwerten zur Berechnung eines wahren RMS-Wertes des gemessenen Ausgangspegels durch. Stattdessen bestimmt er einen Ausgangspegelfehler für jeden Abwärtszyklus (alle 50 us). Die Wahl von PID- oder PD-Regelungsmodus geschieht hauptsächlich wegen der Aktualisierungsfrequenz der Steuer/Regelschleifen. Der Spannungs- und Strommodus erfordern eine Aktualisierung auf Grund des wahren RMS- Ausgangswerts über eine lange Zeit (16-20 ms). Daher ist eine Integration erforderlich. Da der Leistungsmodus ein kurzes Aktualisierungsintervall aufweist (50 us), ist eine Integation nicht notwendig. Viele Langsame Steuer/regelsysteme (Aktualisierungsintervall einige 10 ms) erfordern die Integration, um den langfristigen "stätionärer-Zustand-Fehler" zu minimieren. Die schnellen, kleinen Aktualisierungen im Leistungmodus minimieren den "stationärer-Zustand-Fehler" effektiv ohne Integration. Schließlich geht die Task in einer Schleife zurück, um auf weitere Abtastwerte von VOS und VIS zu warten.

Ausgangsbrückensynchronisierung

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, initialisiert die Ausgangsbrückensynchronisierungs-Task mit einer Brückenfrequenz von 55 Hz, in der Mitte zwischen den beiden allgemein am meisten erwarteten Netzfrequenzen von 50 oder 60 Hz. Die Task fordert dann eine Analyse der Eingangsspannung von der Eingangsspannungsanalyse-Task (Fig. 4, Fig. 7) an und wartet darauf, dass die Messung der Vs-Periode verfügbar wird. Die Task berechnet den Phasenfehler zwischen Vs und der H-Brücken- Betriebsfrequenz, die anfänglich 55 Hz ist, aber zu einem späteren Zeitpunkt während des Betriebs des Stromwandlers einen etwas anderen Wert aufweisen kann. Die Task berechnet dann einen Phasenjustierungswert zur Synchronisierung der H-Brücke mit der Eingangsleitung und stellt diesen Wert als Universaltimer ein, der die Brückentreibersignale BRDRVA und BRDRVB erzeugt. Schließlich geht die Task in einer Schleife zurück, um eine andere Messung von VS anzufordern. Die Sequenz wird wiederholt, um den Zyklus der Ausgangsbrücke mit der Wechselstrom-Netzeingangsspannung synchronisiert zu erhalten.

Sinuswellenbetrieb

Im Spannungsregelungs- oder Stromregelungsmodus stellt der Hochspannungs-Stromwandler elektrische Energie als Sinuswellen- Wechselstrom für z. B. eine Glühlampe bereit. Der DSP führt die mehreren konkurrierenden Tasks aus, wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4- 9 beschrieben. Der DSP misst die Quellenspannung V5 (Fig. 10A), berechnet und speichert den RMS-Wert und dessen Periode im RAM. Der DSP erregt nicht das Relais K1, wodurch der Kondensator C1 außerhalb des Stromkreises gelassen wird, um bestimmte harmonische Störungen im Eingangsstrom zu eliminieren, wodurch der Leistungsfaktor des Wandlers verbessert wird. Wie in Fig. 10A gezeigt ist, ist die Eingangsstrom- Wellenform (IS) im Wesentlichen dieselbe wie die Eingangsspannungs- Wellenform (VS), wobei die Eingangsstrom-Wellenform sowohl in Phase mit der Eingangsspannungs-Wellenform ist als auch proportional zu derselben ist, so dass der Leistungsfaktor (PF) praktisch 1.0 (Eins) ist. Die Spannung VB am Ausgang des Gleichrichters BR1 wird daher dem FET-Schalter Q1 als pulsierender Gleichstrom präsentiert (Fig. 10B). Wenn VS innerhalb de akzeptablen Bereichs liegt, lässt der DSP das PWM-Signal GATEDRV laufen, das den FET-Schalter Q1 betätigt, um den Induktor L1 mit Vc zu laden (Fig. 10C). Der DSP überwacht die Ausgangsspannung V0 (Fig. 10D), wie sie durch das Analogsignal VOS repräsentiert wird (oder im Stromregelungsmodus den durch VIS repräsentierten Ausgangsstrom Io), um die Größe der an die Last abgegebenen elektrischen Energie zu messen. Schließlich wird die Ausgangsbrücke Q2-Q5 als ein Wechselrichter bei Netzfrequenz betätigt, um eine Sinuswellenausgabe an die Last VL abzugeben (Fig. 10E).

Rechteckwellenbetrieb

Im Leistungsregelungsregelungsmodus stellt der Hochspannungs- Stromwandler elektrische Energie als Rechteckwellen-Wechselstrom für eine Last, z. B. eine Bogenlampe bereit. Der DSP führt die mehreren konkurrierenden Tasks aus, wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4- 9 beschrieben. Der DSP nimmt die Quellenspannung VS (Fig. 11A) auf, berechnet und speichert den RMS-Wert und dessen Periode im RAM. Der DSP erregt das Relais K1, das den Kondensator C1 mit dem Ausgang des Brückengleichrichters BR1 mit VB verbindet (Fig. 11B). Mit dem derart verbundenen Kondensator C1, mit der Eingangsstrom-Wellenform IS, wie in Fig. 11A gezeigt, ist nicht länger proportional zu der Eingangsspannungs- Wellenform VS. Die Eingangsstrom-Wellenform enthält eine wesentliche harmonische Störung bezüglich der Eingangsspannungs-Wellenform aufgrund der Anwesenheit des Kondensators C1 in dem Schaltkreis. Daher weist der Leistungsfaktor (PF) einen Wert auf, der näher bei 0,7 liegt. Der DSP lässt das PWM-Signal GATEDRV laufen, das den FET-Schalter Q1 betätigt, um den Indiktor L1 mit VC zu laden (Fig. 11C). Der DSP überwacht den durch das Analogsignal VIS (Fig. 11D) repräsentierten Ausgangsstrom Io, um die Größe der an die Last gelieferten elektrischen Energie zu messen. Schließlich wird die Ausgangsbrücke Q2 - Q5 als ein Wechselrichter mit einer größeren Frequenz als der Netzfrequenz betätigt, um eine Rechteckewellenausgabe an die Last VL zu liefern (Fig. 11E).

Leistungsregelungsmodus

Herkömmlicherweise würde der Leistungspegel unter Verwendung einer Multipliziererschaltung erfasst, die ein Spannungsaufnahmesignal und ein Stromaufnahmesignal kombiniert, um ein Leistungsaufnahmesignal zu entwickeln, wie in dem US-Patent Nr. 5,640,061 beschrieben ist. Bei digitaler Implementierung erfordert dieser Ansatz eine "Arbeitszyklus gegen Leistung"-Tabelle zur zeitaufwändigen Interpolation des Arbeitszyklusfehlers, der eine nicht-lineare Beziehung ist. Ein hinsichtlich von Zeit- und Raumerfordernissen effizienteres Verfahren zur Leitungsregelung ist es jedoch, das Verhältnis des befohlenen Leistungspegels zur momentanen Ausgangsspannung zu berechnen und einen Sollstrompegel zu erzeugen.
Multiplizieren des befohlenen Leistungspegels mit dem Kehrwert der momentanen Ausgangsspannung ist am effizientesten zur Durchführung der Berechnung. Dies vermeidet den Bedarf nach zwei Tabelleninterpolationen und Subtrahieren, was die Berechnungsgeschwindigkeit erhöht. Danach ist der Arbeitszyklusfehler eine einfache lineare Funktion des Stromfehlers. Dies linearisiert die Steuer/regelschleife, was wichtig für die Stabilität ist, ohne Bedarf für nicht-lineare Berechnungen oder eine nicht-lineare Tabelle, die beide relativ zeitaufändig sind. Auf diese Art und Weise wird die Leistung geregelt, ohne jemals den Leistungspegel zu berechnen.

Strommessverfahren

Weil die Stromwellenform dreieckig und asymmetrisch ist, erfordert die Standardpraxis bei der Analog-zu-Digital-Wandlung eine hohe Abtastrate, um zu versuchen, die gesamte Form der Welle bei jedem Zyklus entsprechend jedem Puls des Abwärtswandlers zu erfassen, der verschiedene Harmonische umfasst. Die Daten könnten dann dazu benutzt werden, den Durchschnitts-Ausgangsstrom zu berechnen. Jedoch würde sogar die höchste Abtastrate des DSP nur eine grobe Repräsentierung der Wellenform ergeben, die nur einige wenige Abtastwerte pro Zyklus umfasst, und daher einen relativ großen Fehler bei dem berechneten Durchschnitt. Weiterhin wäre der DSP nicht in der Lage, mit den Daten für mehr als einen einzigen logischen Kanal umzugehen, der einen einzigen Hochspannungs- Stromwanderabschnitt umfasst.
Bei der bevorzugten Ausführungsform jedoch tastet der Niederspannungs-Steuer/regelabschnitt 30 den momentanen Ausgangstrom 10 und die momentane Ausgangsspannung V&sub0; einmal pro Abwärtszyklus zu einer festen Zeit (TSD) nach dem Ausschalten (nachlaufende Flanke) des Abwärtswandler-Treibersignals GATEDRV (Fig. 12A) ab. Während dieser Ausschaltphase ist die Stromsteigung m immer (1+V&sub0;)/L oder eins plus die Ausgangsspannung, wobei die Summe durch die Induktivität des Indukors L1 geteilt wird. Da sowohl die ansteigenden als auch die abfallenden Abschnitte der Stromwellenform eine lineare Steigung aufweisen, wird der wahre Mittelwert durch den Mittelpunkt des abfallenden Abschnitts angezeigt (Fig. 12B). Sobald die Steigung m berechnet ist, wird der wahre Durchschnittsstrom folgendermaßen berechnet:
Io' = Io + (TSD - Toff/2) * m
Man beachte, dass Toff = (1-D) * P&sub0;, wobei D das Arbeitszyklusverhältnis des vorangehenden Abwärtspulses ist und Po die Abwärtszyklusperiode ist, z. B. 50 us für eine 20 KHz-Schaltmodusfrequenz ist.
Dieses Schema wird etwas verkompliziert durch die Tatsache, dass L wesentlich variiert nach Maßgabe des Gleichstroms in dem Induktor. Wenn jedoch die Formel zur Berechnung des prozentualen Anteils von Anfangspermeabilität gegen Magnetisierungskraft für einen spezifischen Induktor bekannt ist, kann eine Tabelle erzeugt werden, die die Induktivität (L) mit dem Laststrom IL in Beziehung setzt. Die Funktion ist nicht-linear, aber die Tabelle erfordert keine Interpolation, was ihren Gebrauch schnell macht. Diese Tabelle wird in den Speicher 33 geladen.
Eine gute Lärmunempfindlichkeit wird erreicht, indem immer deutlich nach der nachlaufenden Flanke des Abwärtswandler-Treibersignals GATEDRV abgetastet wird und bevor die Ausgangsbrücke schaltet. Dies vermeidet die Effekte von großen Übergangssignalen, die durch diese Übergänge erzeugt werden. Dieses Verfahren der Messung des Ausgangsstroms stellt eine zeitliche Auflösung bereit, die ungefähr äquivalent ist zu der einer Abtastrate von 20 MHz, dies sogar obwohl die Eingangsabtastrate nur 20 kHz ist. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von momentanem Eingangsstrom und dieses Verfahren eine akzeptable Stromwelligkeits-Einhüllende während des Betriebs von Bogenlampen erzielt und es ermöglicht, dass eine DSP-Vorrichtung mehr als einen logische Kanal bedient, der einen Hochspannungs- Stromwandlerabchnitt wie den Abschnitt 20 umfasst.

Unidirektionaler Betrieb

In einem anderen Betriebsmodus kann das Relais K1 nicht erregt bleiben, wodurch der Filterkondensator C1 von der Schaltung entfernt wird, wie oben für den Glühlampenbetrieb beschrieben wurde. Auch die H- Brücken-Ausgangsschaltung wird nur in einer Phase eingeschaltet, so dass die Transistoren Q2 und Q5 eingeschaltet sind, während die Transistoren Q3 und Q4 ausgeschaltet sind. Dies stellt eine Energie als unidirektionalen, pulsierenden Gleichstrom für die Last bereit. Alternativ kann der H- Brückenausgang in einer entgegengesetzten Phase eingeschaltet sein, so dass die Transistoren Q3 und Q4 eingeschaltet sind, während die Transistoren Q2 und Q5 ausgeschaltet sind, um eine Energie als pulsierenden Gleichstrom einer entgegengesetzten Polarität der Last bereitzustellen.
Eine Stromversorgungseinrichtungs-Software, z. B. die zuvor genannte Firmware erleichtert einen stabilen Betrieb des Hochspannungs- Stromversorgungsabschnitts innerhalb sicherer Betriebsgrenzen der Komponenten desselben und innerhalb der Grenzen der Last, was eine spezifische Spannungs-, Stroms, Leistungs- und Timing-Steuerung/Regelung in Abhängigkeit von der verbundenen Last bereitstellt. Eine jüngste Historie der der Last gelieferten Leistung kann in dem zugeordneten Speicher zusammengestellt werden und kann die Antwort der Steuer/regelsoftware auf Befehle beeinflussen. Die Stromversorgungsvorrichtungs- Steuer/regelsoftware enthält Routinen für sicheren Betrieb, die tatsächlich aufgenommene Schaltungsparameter mit erwarteten Parametern vergleichen. Diese Parameter werden mit maximalen und minimalen Betriebsbereichen verglichen, um Verkabelungsfehler die Verbindung von ungeeigneten Lasten zu erfassen. Für den Fall eines Fehlers eines Operators oder eines mechanischen Ausfalls, greifen die Routinen für sicheren Betrieb ein, um die Möglichkeit von katastrophalen Schäden an der Last, der Verteilungsverkabelung oder der Netz- und Steuer/regelschaltungen zu minimieren.
Eine Informations-Rückkopplungssoftware kann einen Systemoperator mit Daten betreffend die mit den Versorgungssystemen verbundenen Lasten versorgen, einschließlich Warnungen, die außerhalb des Betriebsbereichs liegende Zustände anzeigen, die aus offenen, kurzgeschlossenen oder falsch verbundenen Lasten resultieren. Auch Komponententemperaturen oder Lampenlebensdauern betreffende Information kann erzeugt werden und zum Operator gesendet werden.
Obwohl spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin offenbart sind, sind diese nicht in den Rahmen der vorliegenden Erfindung begrenzender Weise zu verstehen. Viele andere Ausführungsformen sind für den Fachmann im Lichte dieser Beschreibung offensichtlich. Obwohl z. B. die Verwendung eines DSP offenbart ist, können andere Vorrichtungen in der Lage sein, die beschriebenen Funktionen des DSP auszuführen. Der Rahmen der Erfindung wird nur durch die hieran angefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Digital gesteuerte/geregelte Stromversorgungsvorrichtung, umfassend:

einen Eingangsabschnitt umfassend einen Gleichrichter (BR1), wobei der Eingangsabschnitt mit einer Eingangsleitungs- Wechselstrom-Quelle (45) verbunden ist und einen gleichgerichteten Ausgang (Vg) bereitstellt;

einen Schaltmodus-Reglerabschnitt, der mit dem gleichgerichteten Ausgang gekoppelt ist, wobei der Schaltmodus- Reglerabschnitt einen Induktor (L1) und einen ersten elektronischen Schalter (Q1) enthält, die als Abwärtswandler konfiguriert sind,

einen digitalen Signalprozessor (30), der einen seriellen Datenanschluss (39), einen Zentralprozessor (32) und einen zugeordneten Speicher (33), einen Analog-Digital-Wandler (36) und pulsbreitenmodulierte digitale Ausgänge (35) zum Steuern/Regeln des ekektronischen Schalters enthält;

wobei der digitale Signalprozessor Signale abtastet, die elektrische Parameter einschließlich Ausgangsspannung, Laststrom und Quellenspannung darstellen,

gekennzeichnet durch:

einen Filterkondensator (C1), der über einen elektrisch betätigbaren Schalter (K1) mit dem gleichgerichteten Ausgang verbunden ist,

einen Ausgangsabschnitt, der mit dem Schaltmodus- Reglerabschnitt gekoppelt ist und zusätzliche elektronische Schalter (Q2-Q5) enthält, die als ein brückenartiger Kommutator konfiguriert sind, wobei Steueranschlüsse der zusätzlichen elektronischen Schalter mit den digitalen pulsbreitenmodulierten Ausgängen (35) des digitalen Signalprozessors (30) gekoppelt sind, und

wobei der Ausgangsabschnitt und der Filterkondensator durch die digitalen Ausgaben des digitalen Signalprozessors gesteuert/geregelt werden,

wobei die digital gesteuerte/geregelte Stromversorgungsvorrichtung in einem von mehreren Ausgabebetriebsmodi betreibbar ist, einschließlich: einem Rechteckwellentreiber-Ausgabemodus oder einem Sinuswellentreiber- Ausgabemodus, und

wobei die digital gesteuerte/geregelte Stromversorgungsvorrichtung in einem von mehreren Reglerbetriebsmodi einschließlich eines leistungsgeregelten Modus oder eines stromgeregelten Modus betreibbar ist.

2. Digital gesteuerte/geregelte Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ausgabebetriebsmodi einen pulsierender Gleichstromtreiber-Ausgabemodus enthalten.

3. Digital gesteuerte/geregelte Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reglerbetriebsmodi einen spannungsgeregelten Modus enthalten.

4. Verfahren zur Durchführung einer elektrischen Spannungswandlung, umfassend die folgenden Schritte:

Gleichrichten einer Eingangsleitungs-Wechselspannung;

Steuern/Regeln eines elektronischen Hochgeschwindigkeitsschalters durch Pulsbreitenmodulation eines Steueranschlusses des Schalters, und

Abtasten von elektrischen Parametern des Ausgabetreibers, einschließlich eines der Lastvorrichtung zugeführten Ausgangsstromes und einer der Lastvorrichtung zugeführten Ausgangsspannung, sowie Einstellen der Pulsbreitenmodulation des elektronischen Schalters in Abhängigkeit von dem abgetasteten Ausgangstrom und der Ausgangsspannung,

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Speichern von Eigenschaften der elektrischen Lastvorrichtung in einem elektronischen Speicher, wobei die Eigenschaften Spannungsnennwert, Leistungsnennwert und eine gewünschte Anregungswellenform umfassen,

Filtern einer gleichgerichteten Eingangsleitungs-Spannung in Abhängigkeit von gespeicherten Eigenschaften der Lastvorrichtung, wobei der elektronische Hochgeschwindigkeitsschalter in Abhängigkeit von gespeicherten Eigenschaften der Lastvorrichtung gesteuert/geregelt wird, und

Steuern/Regeln eines elektrischen Brückenausgabetreibers, der mit einer elektrischen Lastvorrichtung verbunden ist, durch komplementär oszillierende Signale, die Steueranschlüssen von steuerbaren/regelbaren leitenden Elementen der Brücke in Abhängigkeit von gespeicherten Eigenschaften der Lastvorrichtung zugeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend die Schritte des Abtastens einer Eingangsleitungsspannung und Synchronisierens von oszillierenden Signalen, die den Steueranschlüssen von steuerbaren/regelbaren leitenden Elementen des Brückenausgabetreibers in Abhängigkeit von der abgetasteten Eingangsleitungsspannung zugeführt werden.

6. Verfahren zur Durchführung einer elektrischen Spannungswandlung nach Anspruch 4, wobei der Ausgangsstrom durch ein Verfahren umfassend die folgenden Schritte gemessen wird:

Abtasten eines momentanen Ausgangsstroms und einer momentanen Ausgangsspannung einmal pro Abwärtszyklus zu einer festen Zeit nach einer Hinterflanke eines pulsbreitenmodulierten Steuer/Regelsignals,

Berechnen einer Stromsteigung "m" als eins plus die Ausgangsspannung, wobei die Summe durch einen Induktivitätswert eines zwischen dem elektronischen Hochgeschwindigkeitsschalter und einer Last in Reihe geschalteten Induktors dividiert wird,

Berechnen eines Stromkorrekturwerts als IC = {[TSD - (1-D) * P]/2} * m, wobei TSD eine Abastverzögerungszeit zwischen einer Vorderflanke des pulsbreitenmodulierten Signals und einer Zeit, zu der der gegenwärtige Ausgangsstrom abgetastet wird, ist, D ein Betriebszyklus eines vorangehenden Zyklus des pulsbreitenmodulierten Signals ist und P eine Periode des pulsbreitenmodulierten Signals ist,

Berechnen eines wahren Durchschnitts-Ausgangsstroms als momentaner Ausgangsstrom plus dem Stromkorrekturwert IC.

7. Verfahren zur Durchführung einer elektrischen Spannungswandlung nach Anspruch 6, wobei der Induktivitätswert gegenüber Veränderungen nach Maßgabe einer Größe eines Gleichstroms durch den Induktor durch Bezugnahme auf eine Datentabelle korrigiert wird, die Induktivität mit Laststrom in Verbindung setzt.

8. Verfahren zur Durchführung einer elektrischen Spannungswandlung nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Steuerns/Regelns eines elektronischen Hochgeschwindigkeitsschalters ein ausgewähltes RMS-Stromniveau aufrecht erhält, ferner umfassend die Schritte:

Empfangen eines geforderten Leistungsniveaus von einer externen Steuerung/Regelung,

Berechnen eines Kehrwerts der durch den elektronischen Hochgeschwindigkeitsschalter angelegten Spannung,

Multiplizieren des geforderten Leistungsniveaus mit dem Kehrwert der Spannung, um ein Soll-Ausgangsstromnivau zu erzeugen,

Einstellen der Pulsbreitenmodulation, um einen Fehler zwischen der Strommessung und dem Soll-Ausgangsstromniveau zu reduzieren.