NL9100459A

NL9100459A - SWITCHING DEVICE.

Info

Publication number: NL9100459A
Application number: NL9100459A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1991-03-15
Filing date: 1991-03-15
Publication date: 1992-10-01
Also published as: DE4200900A1

Description

Schakelinrichting.Switching device.

De uitvinding heeft betrekking op een schakelinrichting voor bedrijven van een hogedruknatriumlamp met een regelbare kleurtemperatuur Tc, welke schakelinrichting aan de lamp een vermogen P levert door middel van stroompulsen met stroomsterkte I, welke pulsen een duty cycle D hebben, waarbij voor verandering van de kleurtemperatuur Tc geldtThe invention relates to a switching device for operating a high-pressure sodium lamp with a controllable color temperature Tc, which switching device supplies the lamp with a power P by means of current pulses with current intensity I, which pulses have a duty cycle D, whereby for changing the color temperature Tc applies

waarin AD een betreffende verandering van de dutycycle D is en ΔΙ een betreffende verandering van de stroomsterkte is.where AD is a corresponding change in duty cycle D and ΔΙ is a corresponding change in amperage.

Een schakelinrichting van de in de aanhef genoemde soort is bekend uit USP 4137484. Met de bekende schakelinrichting is het mogelijk de kleurtemperatuur Tc van het door de lamp uitgestraalde licht te regelen in het gebied van 2000 K tot 2900 K. Echter, verhoging van de kleurtemperatuur Tc gaat daarbij gepaard met een daling van de lichtstroom. Zo daalt de lichtstroom bij verhoging van de kleurtemperatuur van 2200 K tot 2900 K met ongeveer 15 %. Een zodanige verandering in lichtstroom is weliswaar te klein om de lamp als dimbaar te bedrijven, zij is echter te groot om voor menselijke waarneming onopgemerkt te blijven.A switching device of the type mentioned in the opening paragraph is known from USP 4137484. With the known switching device it is possible to control the color temperature Tc of the light emitted by the lamp in the range from 2000 K to 2900 K. However, increasing the color temperature Tc is thereby accompanied by a decrease in the luminous flux. For example, the luminous flux decreases by about 15% when the color temperature increases from 2200 K to 2900 K. Although such a change in luminous flux is too small to operate the lamp as dimmable, it is too large to remain unnoticed for human perception.

De uitvinding heeft ondermeer tot doel een maatregel te geven waarmee het mogelijk is regelbaarheid van de kleurtemperatuur Tc van een hogedruknatriumlamp te realiseren met slechts geringe variatie van de lichtstroom.One of the objects of the invention is to provide a measure by which it is possible to realize controllability of the color temperature Tc of a high-pressure sodium lamp with only slight variation of the luminous flux.

Dit doel wordt volgens de uitvinding met een schakelinrichting van de in de aanhef genoemde soort gerealiseerd doordat de schakelinrichting daardoor gekenmerkt is, dat de stroomsterkte I en dutycycle D voldoen aan de relatie I = a + b 10-*°, waarin a, b en c constanten zijn.This object is achieved according to the invention with a switching device of the type mentioned in the preamble, in that the switching device is characterized in that the current I and duty cycle D satisfy the relationship I = a + b 10- * °, in which a, b and c are constants.

Een dergelijk eenvoudige relatie laat zich met moderne electronica eenvoudig en betrouwbaar realiseren in een schakelinrichting. Met de uitvindingsmaatregel blijkt het mogelijk de kleurtemperatuur Tc te regelen in een gebied van circa 2000 K tot circa 3000 K waarbij de lichtstroom minder dan 10 % varieert en nabij de grenzen van het regelgebied nagenoeg gelijk is. In het bijzonder is de schakelinrichting geschikt voor het bedrijven van een hogedruknatriumlamp die in nominale bedrijfstoestand op een gebruikelijk voedingsnet wit licht uitstraalt met een kleurtemperatuur in het gebied van 2400 K tot 2700 K. Onder wit licht wordt hierbij verstaan dat het licht in de kleurendriehoek in het gebied ligt dat wordt begrensd door rechte lijnen door punten met coördinaten (x,y):(0,400;0,430), (0,510;0,430), (0,485;0,390) en (0,400;0,360).Such a simple relationship can be easily and reliably realized with modern electronics in a switching device. The inventive measure has shown that it is possible to control the color temperature Tc in a range from about 2000 K to about 3000 K, the luminous flux varying less than 10% and being almost the same near the limits of the control area. In particular, the switching device is suitable for operating a high-pressure sodium lamp which emits white light in a nominal operating state on a conventional supply network with a color temperature in the range from 2400 K to 2700 K. White light is understood to mean that the light in the color triangle in lies the area bounded by straight lines by points of coordinates (x, y) :( 0.400; 0.430), (0.510; 0.430), (0.485; 0.390) and (0.400; 0.360).

De uitvindingsmaatregel leidt ertoe dat het aan de lamp geleverde vermogen proportioneel toeneemt bij verkleining van de dutycycle D. Verkleining van de dutycycle D en een daarmee samenhangende verhoging van de stroomsterkte I van de stroompulsen heeft verhoging van de kleurtemperatuur Tc tot gevolg. De constanten a, b en c dienen daarbij enerzijds zo gekozen te worden dat voor kleine waarden van D de stroomsterkte voldoende begrensd is om een te grote vermogensopname van de lamp te voorkomen. Anderzijds zijn de grootte van a en b van belang voor de minimale grootte van de lichtstroom. Constante c zorgt er vervolgens voor dat het verloop tussen I en D meer of minder nauwkeurig aansluit bij het verloop tussen I en D bij constante lichtstroom. Zeer kleine waarde van D, in het algemeen kleiner dan 0,1, kan in samenhang met de relatief grote vermogensopname aanleiding geven tot doven van de lamp ten gevolge van akoestische resonanties. Ook zal voor zeer kleine waarden van D de herontsteekspanning aanzienlijk stijgen,hetgeen eveneens doven van de lamp tot gevolg kan hebben.The inventive measure results in that the power supplied to the lamp increases proportionally as the duty cycle D decreases. The duty cycle D decreases and a corresponding increase in the current I of the current pulses results in an increase in the color temperature Tc. On the one hand, the constants a, b and c must be chosen such that for small values of D the current intensity is sufficiently limited to prevent too great a power consumption of the lamp. On the other hand, the sizes of a and b are important for the minimum size of the luminous flux. Constant c then ensures that the gradient between I and D more or less accurately matches the gradient between I and D at constant luminous flux. Very small value of D, generally less than 0.1, may, in connection with the relatively large power consumption, give rise to extinguishing of the lamp due to acoustic resonances. Also, for very small values of D, the re-ignition voltage will rise considerably, which can also result in extinguishing of the lamp.

Een uitvoeringsvoorbeeld van een schakelinrichting volgens de uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand van een tekening, waarin:An exemplary embodiment of a switching device according to the invention will be explained in more detail below with reference to a drawing, in which:

Figuur 1 een blokschema van de schakelinrichting weergeeft,Figure 1 shows a block diagram of the switching device,

Figuur 2 een nadere detailering van een stuurcircuit deeluitmakend van de schakelinrichting volgens figuur 1, enFigure 2 shows a further detail of a control circuit forming part of the switching device according to figure 1, and

Figuur 3 meetresultaten van een lamp bedreven op de schakelinrichting volgens figuur 1.Figure 3 measurement results of a lamp operated on the switching device according to figure 1.

In figuur 1 is lamp V voorzien van een starter IV opgenomen in een tak van een brugcircuit ΙΠ met vier halfgeleiderschakelaars Gl, G2, G3, G4. Via regeleenheid VI worden de halfgeleiderschakelaars Gl t/m G4 zodanig met een herhalingsfrequentie gestuurd dat afwisselend schakelaars Gl en G4 geleidend en schakelaars G2 en G3 ongeleidend zijn en omgekeerd. Op deze wijze wordt periodieke polariteitswisseling van spanning over en stroom door de lamp gerealiseerd. Het brugcircuit ΠΙ wordt met spanningspulsen H gevoed, waarbij de spanningspulsen een herhalingsfrequentie hebben die gekoppeld is aan de herhalingsfrequentie van sturing van de brugcircuitschakelaars. De spanningspulsen H hebben een regelbare dutycycle D.In figure 1 lamp V provided with a starter IV is included in a branch of a bridge circuit ΙΠ with four semiconductor switches G1, G2, G3, G4. Via control unit VI, the semiconductor switches G1 to G4 are controlled with a repetition frequency such that switches G1 and G4 are alternately conductive and switches G2 and G3 are non-conductive and vice versa. In this way, periodic polarity change of voltage across and current through the lamp is realized. The bridge circuit ΠΙ is supplied with voltage pulses H, the voltage pulses having a repetition frequency which is coupled to the repetition frequency of control of the bridge circuit switches. The voltage pulses H have an adjustable duty cycle D.

De spanningspulsen H worden in een down-convertor Π opgewekt, die via een gelijkrichtnetwerk I met aansluitMemen 3 op een voedingsbron is aangesloten.The voltage pulses H are generated in a down converter Π, which is connected to a power source via a rectifying network I with connection terminals 3.

Ook down-converter Π wordt via regeleenheid VI gestuurd. Klokpulsen A voor sturing van regeleenheid VI worden door een kloksignaal-generator VII geleverd. De klokgenerator VU werkt met een vaste frequentie, echter met een instelbare klokpulsbreedte via een stuurspanning Uv afkomstig van een stuureenheid IX. Met behulp van een meetweerstand 1^ wordt de momentane lampstroom gemeten en in een komparatoreenheid Vm vergeleken met een boven- en ondergrens van een instelbare gemiddelde referentiewaarde Ub welke komparatoreenheid daartoe is voorzien van komparatoren 1, 2 en spanningsdelingsketen Rl5 R2, R3. Uitgangssignalen E en F van de respectievelijke komparatoren 1,2 zorgen via de regeleenheid VI voor hoogfrequente modulatie van de sturing van de down-convertor Π en derhalve van de spanningspulsen H. Op deze wijze wordt een regeling voor de grootte van de stroom door de lamp gerealiseerd. Voor regelen van de Weurtemperatuur Tc van de hogedruknatriumlamp V wordt volgens de uitvinding een exponentieel verband tussen de stuurspanningen t.b. van pulshoogte en dutycycle gebruikt. In figuur 2 is een uitvoeringsvorm van stuureenheid IX voorzien van een IC voor realisatie van een exponentiële functie weergegeven.Down converter Π is also controlled via control unit VI. Clock pulses A for controlling control unit VI are supplied by a clock signal generator VII. The clock generator VU operates at a fixed frequency, but with an adjustable clock pulse width via a control voltage Uv from a control unit IX. With the aid of a measuring resistor 1 ^, the instantaneous lamp current is measured and compared in a comparator unit Vm with an upper and lower limit of an adjustable average reference value Ub, which comparator unit is provided for this purpose with comparators 1, 2 and voltage division circuit R15 R2, R3. Output signals E and F of the respective comparators 1,2 provide, via the control unit VI, high-frequency modulation of the control of the down-converter Π and therefore of the voltage pulses H. In this way, a regulation of the magnitude of the current through the lamp realised. According to the invention, for controlling the Wurt temperature Tc of the high-pressure sodium lamp V, an exponential relationship between the control voltages t.b. of pulse height and duty cycle used. Figure 2 shows an embodiment of control unit IX provided with an IC for realizing an exponential function.

Een variabele spanningsdeler P3, R4 levert een spanning die met behulp van een inverterende versterker Ox de stuurspanning Uv oplevert. Het van spanningsdeler P3, R4 afkomende signaal wordt voorzien van een offset afkomstig van een potentiometer P4 en vervolgens in een versterker 02 met instelbare versterkingsfactor versterkt. Het uitgangssignaal van versterker 02 wordt met behulp van IC 5 (type AD759 P) aan een exponentiële bewerking onderworpen. De instelling van deze bewerking vindt plaats door middel van weerstand R12 en potentiemeter P6. Het van IC 5 afkomstige signaal wordt met een van spanningsdeler R13, P7 afkomstige offset voorzien en via omkerende versterker 03 naar bufferversterker 04 geleidt. Het uitgangssignaal van bufferversterker 04 vormt de referentiewaarde 1¾.A variable voltage divider P3, R4 supplies a voltage which, with the aid of an inverting amplifier Ox, produces the control voltage Uv. The signal coming from voltage divider P3, R4 is provided with an offset from a potentiometer P4 and then amplified in an amplifier 02 with adjustable gain. The output of amplifier 02 is subjected to an exponential operation using IC 5 (type AD759 P). This operation is set by means of resistor R12 and potentiometer P6. The signal from IC 5 is supplied with an offset from voltage divider R13, P7 and is fed via buffer amplifier 03 to buffer amplifier 04. The output signal of buffer amplifier 04 forms the reference value 1¾.

De versterkers 0l5 02, 03, 04 zijn van het type MC 1458. De variabele spanningsdeler R4, P3 dient voor instellen en regelen van de kleurtemperatuur Tc. Met potentiometers P4, P5, P6 en P7 vindt een gewenste afregeling van de stuureenheid IX plaats.The amplifiers 015 02, 03, 04 are of the type MC 1458. The variable voltage divider R4, P3 serves to set and control the color temperature Tc. Desired adjustment of the control unit IX takes place with potentiometers P4, P5, P6 and P7.

In een praktische realisatie van de beschreven uitvoeringsvorm van de schakelinrichting is deze zodanig afgeregeld dat geldt: a = 0,33 A b = 3,98 A c = 2,00In a practical implementation of the described embodiment of the switching device, it is adjusted such that: a = 0.33 A b = 3.98 A c = 2.00

Op de aldus afgeregelde schakelinrichting is een hogedruknatriumlamp van het type Philips SDW35T met een nominaal vermogen van 35 W en een effectieve stroom ^ van 0,48 A bij bedrijf op een voedingsbron van 220 V, 50 Hz. Voor de constanten a, b en c is daarbij vastgelegd dat deze in onderstaande bereiken moeten liggen 0)4 leff <= a <= 0,8 Ieff 1.5 Ieff < =b < =35 Ieff 0,5 < =c <=3On the thus controlled switching device is a high pressure sodium lamp of the type Philips SDW35T with a nominal power of 35 W and an effective current of 0.48 A when operating on a power source of 220 V, 50 Hz. It has been determined for the constants a, b and c that these must lie in the ranges below 0) 4 leff <= a <= 0.8 Ieff 1.5 Ieff <= b <= 35 Ieff 0.5 <= c <= 3

Voor de betreffende lamp zijn lichtstroom Φ en de kleurtemperatuur Tc gemeten voor verschillende waarden van de duty cycle D.De resultaten zijn in figuur 3 weergegeven waarbij langs de horizontale as de duty cycle D in % is uitgezet en langs de verticale as enerzijds de kleurtemperatuur Tc in K en anderzijds de lichtsroom Φ in lm. Tevens is in figuur 3 nog afgebeeld het verloop van de stroomsterkte I in A en het door de lamp opgenomen vermogen P in W in afhankelijkheid van de duty cycle D.For the lamp in question, luminous flux voor and the color temperature Tc were measured for different values of the duty cycle D. The results are shown in figure 3, in which the duty cycle D is plotted in% along the horizontal axis and the color temperature Tc along the vertical axis. in K and on the other hand the luminous flux Φ in lm. Figure 3 also shows the variation of the current I in A and the power P in W absorbed by the lamp in dependence on the duty cycle D.

Claims

1. Switching device for operating a high-pressure sodium lamp with a controllable door temperature Tc, which switching device supplies the lamp with a power P by means of current pulses with current intensity I, which pulses have a duty cycle D, whereby a change in the door temperature Tc applies

wherein AD is a respective change of the duty cycle D and ΔΙ is a corresponding change of the current, characterized in that the current I and duty cycle D satisfy the relationship I = a + bl (rD, where a, b and c are constants to be.