DE1283383B - Arrangement for controlling xenon lamps - Google Patents
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Description
Anordnung zur Steuerung von Xenonlampen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung von Xenonlampen mit einem steuerbaren Stromversorgungsteil, bei der der Strom für eine Erregerwicklung eines Steuerelements für den Lampenstrom parallel von der Xenonlampe abgenommen wird.Arrangement for controlling xenon lamps The invention relates to a Arrangement for controlling xenon lamps with a controllable power supply unit, in which the current for an excitation winding of a control element for the lamp current is removed in parallel from the xenon lamp.
Xenonlampen benötigen bekanntlich Stromquellen mit hoher Leerlaufspannung, die zum sicheren Zünden der Lampe etwa den drei- bis vierfachen Wert der Brennspannung haben müssen. Die erforderliche fallende Strom-Spannungs-Charakteristik kann durch ohmsche Vorwiderstände oder bei Verwendung von Gleichrichtern im Stromversorgungsteil mit induktiven Widerständen in Form von Drosselspulen im Primär- oder Sekundärkreis des Gleichrichtertransformators erreicht werden. Zur genauen Einstellung des Lampenstromes ist es dabei üblich, die Drosselspulen mit Anzapfungen zu versehen, die durch einen Stufenschalter abgegriffen werden können. Ferner besteht die Möglichkeit, den Lampenstrom durch Veränderung des Luftspaltes im Drosseleisen zu variieren.As is well known, xenon lamps require power sources with a high open circuit voltage, that for reliable ignition of the lamp is about three to four times the value of the operating voltage need to have. The required falling current-voltage characteristic can be achieved by Ohmic series resistors or when using rectifiers in the power supply unit with inductive resistances in the form of choke coils in the primary or secondary circuit of the rectifier transformer can be achieved. For precise setting of the lamp current it is customary to provide the choke coils with taps, which are connected by a Step switch can be tapped. There is also the possibility of the lamp current to vary by changing the air gap in the throttle iron.
Gleichrichter-Vorschaltgeräte dieser Art arbeiten jedoch nur befriedigend, wenn die Netzspannung konstant bleibt. Bei Netzspannungsschwankungen ergeben sich unter Umständen große Verschiebungen der Strom-Spannungs-Kennlinie, so daß sich der Lampenstrom in weiten Grenzen ändert und unter Umständen die für die Xenonlampe zulässige Grenze überschreitet. Für einen längeren Dauerbetrieb von Xenonlampen an Industrienetzen ist es deshalb dringend erforderlich, den vom Gleichrichter-Vorschaltgerät abgegebenen Strom kontinuierlich zu steuern. Für eine Steuerung eignen sich am besten gleichstromvormagnetisierte Drosseln, die jedoch den Nachteil einer flachen Kennlinie haben. Deshalb ist es besser, eine steile Konstantstromkennlinie, wie sie stromsteuernde Tranduktoren ergeben, zu verwenden. Die Konstantstromkennlinie ergibt einen steil einsetzenden Schnittpunkt der Gleichrichterkennlinie mit der Brennspannungskennlinie. Da der Ausgangsstrom des Stromversorgungsteils dem Erregerstrom des Steuerelements direkt proportional ist, bleibt bei der Konstantstromkennlinie der Xenonlampenstrom auch bei Netzspannungsschwankungen konstant, wenn dafür gesorgt wird, daß der Erregerstrom sich bei Netzspannungsschwankungen nicht ändert.Rectifier ballasts of this type, however, only work satisfactorily, if the mains voltage remains constant. In the case of mains voltage fluctuations, the result is under certain circumstances large shifts in the current-voltage characteristic curve, so that the lamp current changes within wide limits and under certain circumstances that for the xenon lamp exceeds permissible limit. For longer continuous operation of xenon lamps In industrial networks, it is therefore urgently necessary to use the rectifier ballast to continuously control the electricity supplied. For a control are best suited DC-biased chokes, which, however, have the disadvantage of a flat characteristic to have. Therefore it is better to have a steep constant current characteristic as it is current-controlling Transductors revealed to use. The constant current characteristic results in a steep incipient intersection of the rectifier characteristic with the burning voltage characteristic. Because the output current of the power supply part corresponds to the excitation current of the control element is directly proportional, the xenon lamp current remains with the constant current characteristic constant even with mains voltage fluctuations, if care is taken to ensure that the excitation current does not change with mains voltage fluctuations.
Es sind Gleichrichterschaltungen für Xenonlampen bekannt, bei denen die Steuerung des Xenonlampenstroms durch stromsteuernde Transduktoren erfolgt und die Erregerspannung für die Steuerung der Transduktoren durch einen magnetischen Spannungskonstanthalter stabilisiert wird. Diese Anordnung hat jedoch immer noch den Nachteil, daß die Erwärmung der Erregerwicklung eine Veränderung des Erregerstromes bewirkt und daß äquivalent dazu sich der Xenonlampenstrom mit der Erwärmung des Gleichrichters verändert, d. h. die Stromstärke zurückgeht.There are known rectifier circuits for xenon lamps in which the xenon lamp current is controlled by current-controlling transducers and the excitation voltage for the control of the transducers by a magnetic Voltage stabilizer is stabilized. However, this arrangement still has the disadvantage that the heating of the excitation winding changes the excitation current causes and that, equivalent to this, the xenon lamp current increases with the heating of the Rectifier changed, d. H. the amperage decreases.
Ferner ist eine Anordnung zur Steuerung von Xenonlampen mit einem steuerbaren Stromversorgungsteil mit zwei getrennten Steuerkreisen bekannt, von denen einer von einem konstant einstellbaren Sollstrom abhängig ist. Ein verwendeter Primärtransduktor arbeitet in Sättigungsschaltung, die keine Proportionalität zuläßt. Der Zweck dieser bekannten Ausführung ist auf eine Zünderleichterung unter Ausnutzung einer stärkeren Aufmagnetisierung auf Grund eines höheren Stromes beim Zünden der Lampen gerichtet.Furthermore, an arrangement for controlling xenon lamps with a controllable power supply part with two separate control circuits known from one of which is dependent on a constantly adjustable setpoint current. A used Primary transducer works in a saturation circuit, which does not allow any proportionality. The purpose of this known design is to make it easier to ignite a stronger magnetization due to a higher current when igniting the Lamps directed.
Eine andere bekannte Anordnung zur Steuerung von Entladungslampen arbeitet mit kapazitiven Vorschaltgeräten. Dabei ist eine zusätzliche Induktivität vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Spannung an der Entladungslampe gesteuert wird. Die Gesamtimpedanz soll während der Anlaufzeit verkleinert werden, wobei mit der Erwärmung des Entladungsgefäßes und ansteigender Spannung die Gesamtimpedanz durch eine vergrößerte Gleichstromerregung des Transduktors verringert wird.Another known arrangement for controlling discharge lamps works with capacitive ballasts. There is also an additional inductance provided, which is controlled as a function of the voltage across the discharge lamp will. The total impedance should be reduced during the start-up time, with the heating of the discharge vessel and rising voltage, the total impedance is reduced by an increased DC excitation of the transducer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung direkt unter weitgehender Vermeidung zusätzlicher Mittel durchzuführen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erregerwicklung eine von der Erwärmung abhängige Widerstandscharakteristik hat, deren wärmebedingte Widerstandszunahme der Brennspannungszunahme bei der Erwärmung der Lampe bei ihrem Einbrennen proportional ist. Dadurch wird die beabsichtigte Steuerung mit relativ einfachen Mitteln und erheblicher Genauigkeit erreicht. Wenn die Erregerwicklung des Steuerelements so ausgelegt wird, daß als Steuerspannung die Brennspannung der Xenonlampe verwendet wird, kann ein (getrennter) Hilfsgleichrichter für die Erregung mit einem erforderlichen Spannungskonstanthalter entfallen. Weiterhin wird dabei der Nachteil vermieden, daß eine Erwärmung der Erregerwicklung den Xenonlampenstrom maßgeblich beeinflußt. Das hängt damit zusammen, daß die Brennspannung der Xenonlampe beim Zünden etwa 14% niedriger ist als im endgültigen Betriebszustand nach dem Einbrennen. Mit anderen Worten: Die Brennspannung der Xenonlampe steigt mit der Erwärmung bis zum endgültigen Betriebszustand um etwa 14% an. Wird die Erregerwicklung dieser Charakteristik angepaßt, dann bleibt der nach dem Zünden der Lampe eingestellte Lampenstrom konstant, wenn die Erregerwicklung die gleiche Erwärmungszeitkonstante wie die Xenonlampe aufweist. Sinngemäß kann natürlich auch eine steigende Charakteristik erreicht werden, wenn die Erregerwicklung eine entsprechend abweichende Erwärmungscharakteristik besitzt. Für diesen Fall ergibt sich die Möglichkeit, eine im Bereich von 1- bis 14,%ige Steigerung des Lampenstromes nach der Zündung der Xenonlampe zu erzielen.The invention is based on the object of the control directly below extensive avoidance of additional funds. This object is achieved according to the invention solved in that the excitation winding has a resistance characteristic that is dependent on the heating has, whose heat-related increase in resistance corresponds to the increase in the burning voltage when heated is proportional to the lamp when it burns in. This becomes the intended one Control achieved with relatively simple means and considerable accuracy. if the excitation winding of the control element is designed so that the control voltage the operating voltage of the xenon lamp is used, a (separate) auxiliary rectifier can be used for excitation with a required voltage stabilizer are not required. Farther this avoids the disadvantage that heating of the excitation winding reduces the xenon lamp current significantly influenced. This is due to the fact that the operating voltage of the xenon lamp when igniting is about 14% lower than in the final operating state after burning in. In other words: The operating voltage of the xenon lamp increases with the heating up to to the final operating condition by about 14%. Will the excitation winding this Adjusted to the characteristic, then the one set after the lamp was ignited remains Lamp current constant when the excitation winding has the same heating time constant like the xenon lamp. An increasing characteristic can of course also be used analogously can be achieved when the excitation winding has a correspondingly different heating characteristic owns. In this case there is the possibility of using one in the range from 1 to 14% increase in lamp current after ignition of the xenon lamp.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist für die Konstanthaltung des Xenonlampenstromes eine zusätzliche Reglereinheit für den Strom der Erregerwicklung vorgesehen, deren Sollwert die von der Xenonlampe abgenommene und stabilisierte Spannung ist. Dadurch wird unmittelbar die an der Xenonlampe herrschende Spannung eingeführt und ein Soll-und Istwertvergleich durchgeführt, wodurch eine erste Stabilisierungsstufe in der Anordnung geschaffen wird. Vorteilhaft besteht die Reglereinheit aus einem Transistor mit Konstantstromcharakteristik, und die von der Xenonlampe abgegriffene Sollwertspannung wird zusätzlich durch eine Zenerdiode in einer zweiten Stufe stabilisiert. Diese zweite Stabilisierungsstufe für den Sollwert des Transistors führt zu einer Verbesserung der Regelgenauigkeit. Dabei ist es wesentlich, daß der Sollwert als besonders stabilisierte Ausgangsspannung von der Xenonlampe zugeführt wird.According to an advantageous embodiment, the maintenance is constant of the xenon lamp current an additional regulator unit for the current of the excitation winding provided, the setpoint of which was taken and stabilized by the xenon lamp Tension is. As a result, the voltage prevailing at the xenon lamp is immediately generated introduced and a setpoint and actual value comparison carried out, whereby a first stabilization stage is created in the arrangement. The control unit advantageously consists of one Transistor with constant current characteristic, and the one tapped by the xenon lamp The setpoint voltage is additionally stabilized by a Zener diode in a second stage. This second stabilization stage for the setpoint of the transistor leads to a Improvement of the control accuracy. It is essential that the setpoint as specially stabilized output voltage is supplied from the xenon lamp.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Erregerstromkreis für die Einstellung des Lampenstromes durch ein Relais zuschaltbar, das im Lampenstromkreis angeordnet und vom Lampenstrom durchflossen ist und erst nach dem Zünden der Xenonlampe zugeschaltet wird.According to an advantageous embodiment, the excitation circuit is for setting the lamp current can be switched on by a relay in the lamp circuit is arranged and traversed by the lamp current and only after the xenon lamp has been ignited is switched on.
Diese Ausführung berücksichtigt, daß die Brennspannung der Xenonlampe beim Zünden etwa 14% niedriger als die eigentliche Brennspannung ist.This design takes into account that the operating voltage of the xenon lamp when igniting is about 14% lower than the actual operating voltage.
Als Speisestromquelle für die Lampe ist bevorzugt ein Stromrichter mit stromsteuerndem Transduktor vorgesehen. Es versteht sich, daß als Speisestromquelle für die Lampe auch ein Gleichstromgenerator verwendbar ist, dessen Erregerwicklung zugleich die Einrichtung zum Steuern des Lampenstromes darstellt.A power converter is preferred as the supply current source for the lamp provided with current-controlling transducer. It goes without saying that as a supply current source A direct current generator can also be used for the lamp, the field winding of which at the same time represents the device for controlling the lamp current.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigt A b b. 1 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, A b b. 2 ein Kennlinien-Schaubild, in dem die Lage der Brennspannung der Xenonlampe in einer Kennliniengruppe einer erfindungsgemäßen Anordnung angegeben ist, A b b. 3 eine Schaltungsanordnung für eine weiter ausgestaltete Ausführungsform der Erfindung mit einer Regeleinheit, die einen Soll- und Istwertvergleich durchführt.The invention is described below on the basis of advantageous exemplary embodiments explained, which are shown in the drawing. In this shows A b b. 1 one Circuit arrangement according to the invention, A b b. 2 a characteristic curve diagram in which the position of the running voltage of the xenon lamp in a group of characteristic curves according to the invention Arrangement is indicated, A b b. 3 shows a circuit arrangement for a further developed Embodiment of the invention with a control unit that compares setpoint and actual values performs.
In A b b. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichterschaltung zum Betrieb einer Xenonlampe gezeigt. Für die Stromversorgung steht ein Wechsel-oder Drehstromnetz 1 zur Verfügung. Der Transformator 2 ist für die erforderliche Zündspannung der Xenonlampe ausgelegt. Der stromsteuernde Transduktor 3 gibt dem Gerät die erforderliche Konstantstromkennlinie (Ab b. 2). Die am Ausgang des Transduktors liegende Spannung wird in einem Gleichrichter in Brückenschaltung 4 gleichgerichtet, der Gleichstrom in einem Siebkreis mit der Drossel 5 und dem Kondensator 6 geglättet und der Xenonlampe 7 zugeführt. An der Xenonlampe wird die Spannung durch den Stromkreis 13 abgenommen und über einen Einstellwiderstand 8 der Erregerwicklung 9 der Transduktordrossel zugeführt. Da bei nicht gezündeter Lampe eine Erregerspannung von etwa dem drei- bis vierfachen Wert der Brennspannung vorhanden ist, sorgt vorteilhaft ein Stromrelais 10 im Lampenstromkreis mit einem Kontakt 11 im Erregerstromkreis 13 dafür, daß erst nach dem Zünden der Lampe, d. h. nach Fließen des Lampenstromes durch das Relais 10, der Strom über den Kontakt 11 auf die Erregerwicklung der Transduktordrossel geschaltet wird.In A b b. 1 shows an exemplary embodiment for a rectifier circuit for operating a xenon lamp. An alternating or three-phase network 1 is available for the power supply. The transformer 2 is designed for the required ignition voltage of the xenon lamp. The current controlling transducer 3 gives the device the required constant current characteristic (Ab b. 2). The voltage at the output of the transducer is rectified in a rectifier in the bridge circuit 4, the direct current is smoothed in a filter circuit with the choke 5 and the capacitor 6 and fed to the xenon lamp 7. The voltage at the xenon lamp is picked up by the circuit 13 and fed via an adjusting resistor 8 to the excitation winding 9 of the transductor choke. Since an excitation voltage of approximately three to four times the value of the operating voltage is present when the lamp is not ignited, a current relay 10 in the lamp circuit with a contact 11 in the excitation circuit 13 ensures that only after the lamp has been ignited, ie after the lamp current has flowed through the relay 10, the current is switched via the contact 11 to the excitation winding of the transductor choke.
In A b b. 2 ist die Konstantstromkennlinie des Stromversorgungsgeräts dargestellt. In dem schraffierten Bereich 14 liegt die Brennspannung der Xenonlampe. Wird der Erregerstrom, welcher die jeweilige Kennlinie strommäßig festlegt, durch die Bogenspannung konstant gehalten, dann können Netzspannungsschwankungen auf den Arbeitspunkt keinen Einfluß haben, da die Konstantstromkennlinie nach oben und unten genügend Spannungsreserve enthält.In A b b. 2 is the constant current characteristic of the power supply unit shown. The operating voltage of the xenon lamp is in the hatched area 14. The excitation current, which defines the respective characteristic in terms of current, is passed through the arc voltage is kept constant, then mains voltage fluctuations can affect the Operating point have no influence, as the constant current characteristic curve upwards and downwards contains sufficient voltage reserve.
Um noch höhere Ansprüche auf Stromkonstanz erfüllen zu können, läßt sich die Anordnung nach der Erfindung dahingehend verbessern, daß auch der Erregerstrom für das Steuerelement bzw. den Transduktor mit einer Konstantstromkennlinie gesteuert bzw. geregelt wird. Hierzu wird gemäß A b b. 3 als Regelverstärker z. B. ein Transistor 15 mit Konstantstromkennlinie anstatt des bisher verwendeten Einstellwiderstandes 8 benutzt. Als Steuerspannung für den Transistor wird vorteilhaft ebenfalls die schon stabilisierte Xenonlampenbrennspannung verwendet, die durch eine Zenerdiode 12 mit vorgeschaltetem Widerstand 17 auf den passenden kleineren Spannungswert in einer zweiten Stufe stabilisiert wird. Um auch die letzten Störgrößen ausschalten zu können, kann die sogenannte Steuersollspannung mit einer dem Xenonlampenstrom proportionalen Istwertspannung verglichen und damit ein Regelkreis für konstanten Xenonlampenstrom geschaffen werden.In order to be able to meet even higher demands on current constancy, leaves the arrangement according to the invention to the effect that the excitation current for the control element or the transducer controlled with a constant current characteristic or is regulated. For this purpose, according to A b b. 3 as a control amplifier z. B. a transistor 15 with constant current characteristic instead of the previously used setting resistor 8 used. The control voltage for the transistor is also advantageously used already stabilized xenon lamp voltage is used, which is generated by a zener diode 12 with an upstream resistor 17 to the appropriate lower voltage value in a second stage is stabilized. To also switch off the last disturbance variables to be able to, the so-called control setpoint voltage with one of the xenon lamp current proportional actual value voltage compared and thus a control loop for constant Xenon lamp power can be created.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß A b b. 3 wird die Versorgungsspannung 1 über den Transformator 2 dem Transduktor 3 zugeführt, im Gleichrichter 4 gleichgerichtet und im Siebkreis mit der Drossel 5 und dem Kondensator 6 geglättet. Diese Spannung wird über den Widerstand 18 der Xenonlampe 7 zugeführt. Die Steuerspannung für die Transduktordrossel wird an der Xenonlampe abgenommen und über den Transistor 15 der Erregerwicklung 9 zugeführt. Der Steuerstrom für den Transistor 15 wird an dem Einstellpotentiometer 16 abgegriffen, das dem Potentiometer 8 in der A b b. 1 entspricht. Das Potentiometer 16 erhält über den Vorwiderstand 17 und die Zenerdiode 12 eine nochmals stabilisierte Spannung, die ebenfalls parallel zur Xenonlampe abgegriffen wird.In the embodiment according to A b b. 3, the supply voltage 1 is fed to the transducer 3 via the transformer 2, rectified in the rectifier 4 and smoothed in the filter circuit with the choke 5 and the capacitor 6. This voltage is fed to the xenon lamp 7 via the resistor 18. The control voltage for the transducer choke is taken from the xenon lamp and fed to the excitation winding 9 via the transistor 15. The control current for the transistor 15 is tapped at the setting potentiometer 16, which the potentiometer 8 in the A b b. 1 corresponds. The potentiometer 16 receives a voltage which has been stabilized again via the series resistor 17 and the Zener diode 12, which voltage is also tapped parallel to the xenon lamp.
Durch den Anschluß einer von Lampenstrom abhängigen Spannung, die am Widerstand 18 abfällt, wird in den Steuerkreis des Transistors eine dem Xenonlampenstrom proportionale Meßspannung eingespeist, so daß auf diese Weise ein Soll-Ist-Wertvergleich und damit eine Regelung auf konstanten Xenonlampenstrorn erreicht wird.By connecting a voltage dependent on the lamp current, the drops at the resistor 18, one of the xenon lamp current is in the control circuit of the transistor proportional measuring voltage fed in, so that in this way a target / actual value comparison and thus a regulation on constant xenon lamp current is achieved.
Die Schaltung kann vorteilhaft weiter ergänzt werden, wenn man auf konstante Lichtstromwerte regeln will. Es gibt nämlich genügend Anwendungszwecke, in welchen selbst eine Konstantstromregelung für die Xenonlampe noch nicht befriedigt. Zum Beispiel kann die Lichtausbeute durch Verschmutzung des Glaskolbens oder bei längerem Betrieb durch eine Zerstäubung der Elektroden und einen damit verbundenen Niederschlag im Inneren des Lampenkolbens beeinträchtigt werden. Für exakte Lichtmessungen, die sich unter Umständen auf längere Zeiträume hinziehen können, ist es möglich, das von der Xenonlampe gelieferte Licht mit einer Photozelle zu erfassen und damit den Lichtistwert in dem Regelkreis des Transistors 15 wirksam werden zu lassen. Unter Umständen ist dazu ein zusätzlicher Verstärker zur Übertragung des Istwertes notwendig. Diese und ähnliche Aufgaben lassen sich jedoch mit der erfindungsgemäßen Anordnung und deren Schaltungsteilen zur Stabilisierung und Regelung eines Xenonlampenstromes leicht lösen.The circuit can advantageously be further supplemented if you click on wants to regulate constant luminous flux values. There are enough uses in which even a constant current control for the xenon lamp is not yet satisfactory. For example, the light output can be caused by contamination of the glass bulb or at prolonged operation due to a sputtering of the electrodes and an associated Precipitation inside the lamp envelope will be impaired. For exact light measurements, which may drag on for longer periods of time, it is possible to detect the light supplied by the xenon lamp with a photocell and thus to let the actual light value in the control circuit of the transistor 15 become effective. Under certain circumstances, an additional amplifier is required to transmit the actual value necessary. However, these and similar objects can be achieved with the invention Arrangement and its circuit parts for stabilizing and regulating a xenon lamp current solve easily.
Grundsätzlich ist die Erfindung auch nicht davon abhängig, ob die der Brennspannungszunahme beim Einbrennen der Lampen proportional fallende Strom-Spannungs-Charakteristik des Stromversorgungsteils durch Drosseln, insbesondere durch einen konstantstromsteuernden Transduktor, erzeugt wird. Es ist auch möglich, als Speisestromquelle für die Xenonlampen einen Gleichstromgenerator, z. B. ein Leonhardsatz, zu verwenden, bei welchem die Einstellung des Lampenstromes durch die Erregerwicklung des Generators erfolgt, die zugleich die Erregerwicklung des Steuerelements darstellt.In principle, the invention does not depend on whether the The current-voltage characteristic decreases proportionally to the increase in the burning voltage when the lamps are burned in of the power supply part by throttling, in particular by a constant current controlling Transducer, is generated. It is also possible as a supply current source for the xenon lamps a DC generator, e.g. B. a Leonhardsatz to use, in which the The lamp current is set through the excitation winding of the generator, which also represents the excitation winding of the control element.
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| DE1069780B (en) * | 1959-11-26 | |||
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