DE69012433T2

DE69012433T2 - Schaltungsanordnung.

Info

Publication number: DE69012433T2
Application number: DE69012433T
Authority: DE
Inventors: Meerten Luursema
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2010-06-02
Also published as: DE69012433D1; EP0401911B1; EP0401911A1; US5053680A; JP2983038B2; JPH0325896A; ATE111674T1

Description

Die Erfindung betrifft eine geeignete Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lampe mit einer impulsförmigen Spannung V1, mit
- Schaltmitteln zum Erzeugen der impulsförmigen Spannung V1 aus einer Eingangsspannung, wobei V1 eine Amplitude proportional der Eingangsspannung hat,
- einem Impulsbreitenmodulator zum Liefern von Steuerimpulsen an die Schaltmittel
- einer ersten Hilfsschaltung zum Erzeugen eines ersten Signals aus der impulsförmigen Spannung V1, wobei die Größe dieses ersten Signals einem Mittelwert der impulsförmigen Spannung V1 proportional ist, und
- einer Steuereinrichtung im wesentlichen zum Angleichen des ersten Signals an ein zweites Signal durch die Zufuhr eines Steuersignals an den Impulsbreitenmodulator,
- einer zweiten Hilfsschaltung zum Erzeugen des zweiten Signals, dessen Größe umgekehrt proportional der Eingangsspannung ist.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist in DE-OS 3 609 731 beschrieben. In der beschriebenen Schaltungsanordnung vergleicht der Impulsbreitenmodulator ein Sägezahnsignal, dessen Amplitude eine Reziprokfunktion der Eingangsspannung ist, mit einem Signal, das der Spannung an den Ausgangsklemmen proportional ist. Die Spannung an den Ausgangsklemmen hat einen proportionalen Mittelwert einer impulsförmigen Spannung, die die Schaltmittel aus der Eingangsspannung erzeugen, wobei der Proportionalitätsfaktor vom Tastverhältnis der impulsförmigen Spannung abhängig ist. Der bekannten Schaltungsanordnung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spannung an den Ausgangsklemmen zu erhalten, die verhältnismäßig konstant ist, sogar bei Schwankungen in der Eingangsspannung.
Der Lichtstrom einer Glühlampe ist vom Effektivwert der Spannung abhängig, die der Lampe zugeführt wird. Wenn die Lampe beispielsweise aus einer Gleichspannungsquelle gespeist wird, wie z.B. aus einer einzigen Zelle einer Batterie, deren Spannung proportional abfällt, wenn die Quelle nicht länger verwendet wird, sinkt der Lichtstrom der Lampe dementsprechend ab.
Wenn jedoch eine Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art, der eine Eingangsspannung E zugeführt wird, zum Erzeugen einer impulsförmigen Spannung V1 verwendet wird, deren Amplitude E proportional ist und ein Tastverhältnis D aufweist, ist es möglich, D derart ansteigen zu lassen, wenn E abfällt, daß der Effektivwert von V1 im wesentlichen konstant bleibt. Die Begrenzung des Steuerbereichs der Schaltungsanordnung wird erst erreicht, wenn der Zeitpunkt D auf 100% angestiegen ist.
Wenn eine Glühlampe mit einer derartigen impulsförmigen Spannung gespeist wird, deren Effektivwert im wesentlichen konstant ist, ist auch der Lichtstrom aus der Lampe im wesentlichen konstant. In der Schaltungsanordnung nach der Beschreibung wird die Reziprokfunktion durch eine Linearfunktion angenähert. Dies hat den Nachteil, daß die Spannung an den Ausgangsklemmen und also der Effektivwert der impulsförmigen Spannung immer noch verhältnismäßig große Abweichungen vom gewünschten Wert aufweist, wenn in der Eingangsspannung Änderungen auftreten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, auf welche Weise die zweite Hilfsschaltung der Schaltungsanordnung derart verwirklichbar ist, daß das zweite Signal der Eingangsspannung umgekehrt proportional ist und damit der Effektivwert der von der Schaltungsanordnung erzeugten impulsförmigen Spannung im wesentlichen konstant bleibt, auch bei großen Änderungen in der Eingangsspannung.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art das zweite Signal mit der zweiten Hilfsschaltung zum Erzeugen des zweiten Signals abgeleitet wird, die folgende Elemente enthält
- eine Schaltungsanordnung A zum Erzeugen einer impulsförmigen Spannung V2 aus der Eingangsspannung mit einem Tastverhältnis δ, mit einer Amplitude proportional der Eingangsspannung und mit einem im wesentlichen konstanten Mittelwert, und
- einer Schaltungsanordnung B zum Erzeugen eines Signals, das dem Tastverhältnis δ aus der impulsförmigen Spannung V2 proportional ist.
Das Tastverhältnis δ der impulsförmigen Spannung V2 ist umgekehrt proportional E dadurch, daß der Mittelwert dieser Spannung im wesentlichen konstant ist. Das in der Schaltungsanordnung B erzeugte Signal proportional δ eignet sich also als zweites Signal.
Es sei bemerkt, daß aus US-PS 4 156 166 eine geeignete Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lampe bekannt ist, in der das erste Signal mit einem zweiten Signal verglichen wird, und in der der Unterschied zwischen diesen Signalen verstärkt wird, um das dem Impulsbreitenmodulator zugeführte Steuersignal zu erhalten. In dieser Schaltungsanordnung ist das zweite Signal von der Speisespannung und vom Zustand der Lampe unabhängig.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Schaltungsanordnung B
- eine Schaltungsanordnung C zum Erzeugen einer impulsförmigen Spannung V3 aus der impulsförmigen Spannung V2 mit einem Tastverhältnis δ und einer konstanten Amplitude, und
- eine Schaltungsanordnung F zum Erzeugen eines Signals, das einem Mittelwert der impulsförmigen Spannung V3 proportional ist.
Da die impulsförmige Spannung V3 eine konstante Amplitude und ein Tastverhältnis δ hat, ist der Mittelwert von V3 proportional δ. Also stellt dieses Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung B eine verhältnismäßig einfache und zuverlässige Anordnung zum Erhalten des zweiten Signals dar.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung C enthält hauptsächlich einen Kreis aus einem Pufferverstarker, einem Widerstand und einer Zenerdiode. Die konstante Amplitude der impulsförmigen Spannung V3 wird also auf sehr einfache Weise mit der Zenerspannung der Zenerdiode verwirklicht.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die erste Hilfsschaltung zum Erzeugen des ersten Signals ein integrierendes Netzwerk enthält. Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Schaltungsanordnung F zum Erzeugen eines Signals proportional einem Mittelwert der impulsförmigen Spannung V3 ein integrierendes Netzwerk enthält. In beiden Fällen liefert ein integrierendes Netzwerk eine einfache Methode zum Erzeugen eines Signals aus einer impulsförmigen Spannung, wobei das Signal dem Mittelwert der impulsförmigen Spannung proportional ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und einer von der Schaltungsanordnung gespeisten Lampe,
Fig. 2 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten,
Fig. 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines integrierenden Netzwerks, das einen Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 bildet.
In Fig. 1 sind P und N geeignete Verbindungsklemmen zum Verbinden mit einem positiven bzw. einem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle. S1 und S2 sind eine erste und eine zweite Hilfsschaltung zum Erzeugen eines ersten bzw. eines zweiten Signals. Ein Ausgang jeder dieser Hilfsschaltungen ist mit einem Eingang einer Steuereinrichtung 1 verbunden. Ein Ausgang der Steuereinrichtung 1 ist mit einem Eingang eines Impulsbreitenmodulators 2 verbunden. Ein Ausgang des Impulsbreitenmodulators 2 ist mit einer Steuerelektrode der Schaltmittel 3 verbunden. Wenn die Schaltmittel 3 leiten, gibt es eine leitende Verbindung zwischen der Klemme P und der Klemme M über eine Lampe 4. Wenn die Schaltmittel 3 gesperrt sind, ist diese Verbindung unterbrochen. Ein Knotenpunkt zwischen den Schaltmitteln 3 und der Lampe 4 ist mit einem Eingang der Hilfsschaltung S1 verbunden.
Fig. 2 wurde in die Abschnitte I, II und III unterteilt. Schaltungselemente entsprechend den Schaltungselementen in Fig. 1 sind mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die Abschnitte 1 und 2 bilden zusammen die zweite Hilfsschaltung S2. Die Verbindungsklemmen werden durch eine Reihenschaltung aus einem Halbleiterschaltelement 9 und einem Widerstand 10 nebengeschlossen. Ein Eingang eines integrierenden Netzwerks 6 ist mit einem Knotenpunkt zwischen dem Halbleiterschaltelement 9 und dem Widerstand 10 verbunden. Ein Ausgang des integrierenden Netzwerks 6 ist mit einem Eingang eines Leistungsverstarkers 7 verbunden. Ein anderer Eingang dieses Leistungsverstärkers ist mit einem Bezugspotential Vref verbunden. Ein Ausgang des Leistungsverstärkers 7 ist mit einem Eingang eines Impulsbreitenmodulators 8 verbunden, von dem ein Ausgang mit einer Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements 9 verbunden ist.
Abschnitt II bildet die Schaltungsanordnung B. Im Abschnitt II der Schaltungsanordnung gibt es einen Nebenschluß über den Widerstand 10, der aus einer Reihenschaltung eines Pufferverstärkers 11, eines Widerstands 12 und einer Zenerdiode 13 besteht, so daß ein Eingang des Pufferverstärkers 11 mit einem Knotenpunkt zwischen dem Halbleiterschaltelement 9 und dem Widerstand 10 und eine Anode der Zenerdiode mit N verbunden sind. Die Reihenschaltung des Pufferverstarkers 11, des Widerstands 12 und der Zenerdiode 13 bildet die Schaltungsanordnung C. Ein Eingang eines integrierenden Netzwerks 5 ist mit einem Knotenpunkt zwischen der Zenerdiode 13 und dem Widerstand 12 verbunden. Ein Ausgang des integrierenden Netzwerks 5 ist mit einem Eingang der Steuereinrichtung 1 verbunden, die die Form eines Leitungsverstärkers hat. Das integrierende Netzwerk 5 bildet die Schaltungsanordnung F.
Im Abschnitt III der Schaltungsanordnung sind die Verbindungsklemmen P und N durch eine Reihenschaltung aus den Schaltmitteln 3 in Form eines Halbleiterschaltelements und einer Lampe 4 derart nebengeschlossen, daß eine Hauptelektrode des Halbleiterschaltelements mit P verbunden ist. Die Lampe 4 ist durch eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen 14 und 15 nebengeschlossen. Ein Eingang der ersten Hilfsschaltung S1, die ein integrierendes Netzwerk bildet, ist mit einem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 14 und dem Widerstand 15 verbunden. Ein Ausgang der ersten Hilfsschaltung S1 ist mit einem Eingang des Leistungsverstarkers 1 verbunden. Ein Ausgang des Leistungsverstärkers 1 ist mit einem Eingang des Impulsbreitenmodulators 2 verbunden. Ein Ausgang des Impulsbreitenmodulators 2 ist mit einer Gate-Elektrode des Halbleiterschaltelements 3 verbunden.
Ein integrierendes Netzwerk in Fig. 3 ist als Schaltung mit einem Pufferverstärker 16, einem Widerstand 17 und einem Kondensator 18 angeordnet. Die Klemme 19 ist eine Eingangsklemme und die Klemme 20 eine Ausgangsklemme des Netzwerks. Die integrierenden Netzwerke 5 und 6 und die erste Hilfsschaltung S1 sind in der Konfiguration nach Fig. 3 angeordnet.
Die Schaltungsanordnung nach der Beschreibung arbeitet wie folgt.
Wenn eine Gleichspannungsquelle mit der Spannung E an den Klemmen P und N liegt, wird das Halbleiterschaltelement 9 im Abschnitt I der Schaltungsanordnung abwechselnd leitend und gesperrt mit einem Tastverhältnis δ. Das Ergebnis davon ist, daß eine impulsförmige Spannung V2 mit einer Amplitude im wesentlichen gleich E und einem Tastverhältnis δ am Widerstand 10 liegt. Eine Gleichspannung V2* am Ausgang des integrierenden Netzwerks 6 ist proportional dem Mittelwert von V2, der δ.E ist. Das Bezugspotential Vref ist konstant. Die Kombination des Leistungsverstärkers 7 und des Impulsbreitenmodulators 8 steuert das Tastverhältnis δ des Halbleiterschaltelements 9 derart, daß die Gleichspannung V2* im wesentlichen konstant gehalten wird, so daß δ umgekehrt proportional E ist.
Im Abschnitt II der Schaltungsanordnung ist eine impulsförmige Spannung V3 vorhanden, die aus der impulsförmigen Spannung V2 mit den Schaltungselementen 11, 12 und 13 abgeleitet ist und ein Tastverhältnis δ und eine Amplitude hat, die von der Eingangsspannung E unabhängig und gleich der Zenerspannung der Zenerdiode 13 ist. Am Ausgang des integrierenden Netzwerks 5 liegt eine Gleichspannung V3*, die proportional dem Mittelwert von V3 ist. Da die Amplitude von V3 konstant ist, ist V3* proportional δ, so daß V3* als das zweite Signal dienen kann.
Im Abschnitt III der Schaltungsanordnung ist das Halbleiterschaltelement 3 abwechselnd leitend und gesperrt mit einem Tastverhältnis D. Also liegt eine impulsförmige Spannung V1 mit einem Tastverhälnis D und einer Amplitude E an der Lampe 4. Eine Gleichspannung V1* wird von V1 mit Hilfe der Schaltungselemente 14, 15 und S1 abgeleitet. Diese Gleichspannung am Ausgang von S1 ist dem Mittelwert von V1 proportional, der D.E ist, und bildet das erste Signal. Die Kombination des Leistungsverstärkers 1 und des Impulsbreitenmodulators 2 bestimmt das Tastverhältnis D derart, daß die Gleichspannung V1* im wesentlichen gleich V3* gehalten wird, wodurch gewährleistet ist, daß D.E im wesentlichen proportional δ im Abschnitt III der Schaltungsanordnung ist.
Da δ umgekehrt proportional E ist, ist es jetzt wahr, daß D.E^2 im wesentlichen konstant ist, so daß der Effektivwert der Spannung an der Lampe (D^(½).E) ebenfalls konstant ist. Nachstehende Tabelle gibt das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung E einer Speisespannungsquelle und dem Effektivwert der impulsförmigen Spannung V1, Vlamp (eff), wie es in einer praktischen Ausführungsform des beschriebenen Ausführungsbeispiels gemessen wurde. Die benutzte Lampe war eine Halogenglühlampe (12 V, 55 W).

Claims

1. Geeignete Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Lampe (4) mit einer impulsförmigen Spannung V1, mit

- Schaltmitteln (3) zum Erzeugen der impulsförmigen Spannung V1 aus einer Eingangsspannung (E), wobei V1 eine Amplitude proportional der Eingangsspannung (E) hat,

- einem Impulsbreitenmodulator (2) zum Liefern von Steuerimpulsen an die Schaltmittel (3),

- einer ersten Hilfsschaltung (S&sub1;) zum Erzeugen eines ersten Signals (V1*) aus der impulsförmigen Spannung V1, wobei die Größe dieses ersten Signals einem Mittelwert der impulsförmigen Spannung V1 proportional ist, und

- einer Steuereinrichtung (1) im wesentlichen zum Angleichen des ersten Signals (V1*) an ein zweites Signal (V3*) durch die Zufuhr eines Steuersignals an den Impulsbreitenmodulator (2),

- einer zweiten Hilfsschaltung (52) zum Erzeugen des zweiten Signals (V3*), dessen Größe umgekehrt proportional der Eingangsspannung (E) ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hilfsschaltung (S2) zum Erzeugen des zweiten Signals (V3*) folgende Elemente enthält:

- eine Schaltungsanordnung A (I) zum Erzeugen einer impulsförmigen Spannung V2 aus der Eingangsspannung (E) mit einem Tastverhältnis δ, mit einer Amplitude proportional der Eingangsspannung (E) und mit einem im wesentlichen konstanten Mittelwert, und

- einer Schaltungsanordnung B (II) zum Erzeugen eines Signals, das dem Tastverhältnis δ aus der impulsförmigen Spannung V2 proportional ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung B (II) folgende Elemente enthält:

- eine Schaltungsanordnung C (11, 12, 13) zum Erzeugen einer impulsförmigen Spannung V3 aus der impulsförmigen Spannung V2 mit einem Tastverhältnis δ und einer konstanten Amplitude, und

- eine Schaltungsanordnung F (5) zum Erzeugen eines Signals, das einem Mittelwert der impulsförmigen Spannung V3 proportional ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung C (II) hauptsächlich einen Kreis aus einem Leistungsverstärker (11), einem Widerstand (12) und einer Zenerdiode (13) enthält.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hilfsschaltung (S1) zum Erzeugen des ersten Signals (V1*) ein integrierendes Netzwerk (16...20) enthält.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung F (5) zum Erzeugen eines Signals (V3*) proportional einem Mittelwert der impulsförmigen Spannung V3 ein integrierendes Netzwerk (16...20) enthält.