Be s ehre ibung

Schaltungsanordnung und Verfahren zum Regeln des Stroms durch mindestens eine Entladungslampe

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord ^¬ nung zum Regeln des Stroms durch mindestens eine Entla- dungslampe mit einem Regelkreis, der einen Sollwertein ^¬ gang zur Zuführung eines Sollwerts, einen Istwerteingang zur Zuführung eines Istwerts und einen Ausgang zur Bereitstellung eines Signals, das mit dem Strom durch die mindestens eine Entladungslampe korreliert ist, umfasst, wobei der Istwert mit dem Wert des Stroms durch die Ent ^¬ ladungslampe korreliert ist, sowie einer Sollwertvorgabe ^¬ vorrichtung, die ausgelegt ist, den Sollwert an den Re ^¬ gelkreis bereitzustellen. Sie betrifft überdies ein Ver ^¬ fahren zum Regeln des Stroms durch mindestens eine Entla- dungslampe mittels einer derartigen Schaltungsanordnung.

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft die Problematik, dass ein Lampenstrom auf seinem Weg durch ein elektronisches Vorschaltgerät , Kabel und die Lampe selbst durch ein schwingfähiges System mit parasitären Komponenten induk- tiver, kapazitiver und/oder ohmscher Natur fließt. Dadurch weicht die Form des Lampenstroms von einem vorgege ^¬ benen Sollwert ab. Die Vorgabe eines Sollwerts erfolgt üblicherweise durch einen DAC (Digital-Analog-Converter) , durch ein RC-Glied oder durch ein R2R-Netzwerk . Ein DAC ist zum einen teuer, zum anderen stellt seine maximale Betriebsfrequenz die maximale änderungsfrequenz des Soll-

werts dar. Bei einem RC-Glied können unterschiedliche Sollwerte durch Variation des Duty Cycles eines ansteu ^¬ ernden PWM-Signals erzeugt werden. Dabei weist ein RC- Glied eine Zeitkonstante τ auf. Wird das RC-Glied so di- mensioniert, dass die Zeitkonstante τ klein ist, kann zwar der Sollwert schnellen Pegeländerungen folgen, allerdings sind die Rippel (Welligkeit) auf dem Signal grö ^¬ ßer. Umgekehrt, wenn τ groß gewählt wird, sind zwar die Rippel auf dem Lampenstrom kleiner, jedoch können nur mehr langsame Pegeländerungen vorgenommen werden. Bei einem R2R-Netzwerk zur Vorgabe des Sollwerts ergibt sich ein enormer Aufwand: Beispielsweise werden für eine Rea ^¬ lisierung eines 8-Bit-R2R-Netzwerks bereits 24 Bauteile benötigt .

Darstellung der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Lampenstrom trotz parasitärer und begrenzender Einflüsse möglichst schnell und genau zu regeln. Insbesondere sollen hohe änderungsgeschwindigkeiten des Sollwerts bei möglichst kleinen Rippeln erzielbar sein.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 13.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die obige Aufgabe gelöst werden kann, wenn eine dy- namische änderung der Zeitkonstante des Regelkreises er ^¬ möglicht wird. So kann für langsame änderungen des Soll ^¬ werts eine langsamere Zeitkonstante des Regelkreises rea ^¬ lisiert werden, wohingegen für schnelle änderungen des

Sollwerts eine schnelle Zeitkonstante des Regelkreises initiiert werden kann. Demgemäß umfasst bei einer erfin ^¬ dungsgemäßen Schaltungsanordnung die Sollwertvorgabevorrichtung weiterhin einen Mikroprozessor mit mindestens einem Eingang, wobei der Mikroprozessor ausgelegt ist, den mindestens einen Eingang mit einem Potential aus ei ^¬ ner Gruppe von mindestens zwei unterschiedlichen Potenti ^¬ alen zu koppeln und eine Beschaltungsvorrichtung mit mindestens einem Eingang, der mit dem mindestens einen Ein- gang des Mikroprozessors gekoppelt ist, und mindestens einem Ausgang, der mit mindestens einem Punkt des Regel ^¬ kreises gekoppelt ist.

Damit können während langsamer änderungsgeschwindigkeiten des Sollwerts Rippel zuverlässig minimiert werden, wäh- rend dennoch schnelle änderungsgeschwindigkeiten des Sollwerts vorgenommen werden können.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme lässt sich der Lam ^¬ penstrom äußerst präzise regeln. Dies führt in Projekti ^¬ onsanwendungen zu unterschiedlichen Vorteilen: Zum einen lässt sich dadurch die Lichtabgabe sehr genau kontrollie ^¬ ren. Dies ist bei Projektionsverfahren mit digitaler Lichtmodulation, beispielsweise DLP, erforderlich, um eine möglichst genaue Einstellung der Bildfarben zu erzie ^¬ len. Zweitens lässt sich durch diese Maßnahme der Lampen- ström auf die Anforderungen der Lampe optimieren; beispielsweise beeinflusst das Timing von Puls und Kommutie ^¬ rung das Spitzenwachstum auf den Lampenelektroden und damit die Lichtausbeute des Projektionssystems. Drittens können Schaltüberschwinger vermieden werden, wodurch der akustische Noise des Vorschaltgeräts reduziert wird. Wei ^¬ terhin können dadurch Induktivitäten im elektronischen

Vorschaltgerät weiter ausgesteuert werden ohne Gefahr zu laufen, dass diese in Sättigung gehen. Schließlich lässt sich der Lampenstrom auf die Anforderungen des elektronischen Vorschaltgeräts optimieren; beispielsweise lassen sich durch die erfindungsgemäße Maßnahme künstlich ver ^¬ langsamte Schaltflanken erzeugen. Dadurch wird die Geräuschemission von Bauteilen des elektronischen Vorschaltgeräts, insbesondere durch Induktivitäten und Kon ^¬ densatoren, verringert.

Bevorzugt ist der mindestens eine Punkt des Regelkreises, mit dem der Ausgang der Beschaltungsvorrichtung gekoppelt ist, der Istwerteingang, der Sollwerteingang und/oder der Ausgang des Regelkreises. Es stehen demnach unterschied ^¬ liche Möglichkeiten bereit, wo in den Regelkreis einge- griffen werden kann, um dessen Zeitkonstante zu verändern. Je nach Anwendung kann die eine oder die andere Variante bevorzugt sein.

Bevorzugt umfasst die Gruppe von Potentialen des Mikro ^¬ prozessors mindestens zwei der nachfolgenden Potentiale: Ground, analoger Wert, hochohmig, Tristate, mit Pullup- Widerstand, ohne Pullup-Widerstand, mit Pulldown- Widerstand, ohne Pulldown-Widerstand, open (floatend) und Versorgungsspannung. Je nach dem, welche Potentiale gewählt werden, ergeben sich unterschiedliche Effekte auf die Zeitkonstanten, die mit ein und derselben Beschaltungsvorrichtung realisiert werden können. Insbesondere sind in unterschiedlichen Mikroprozessoren bisweilen nur unterschiedliche der genannten Potentiale verfügbar, wo ^¬ bei jedoch all die genannten Potentiale zur Realisierung des erfindungsgemäßen Erfolgs Anwendung finden können.

Besonders bevorzugt ist der Mikroprozessor ausgelegt, den mindestens einen Eingang periodisch mit einem vorgebbaren Duty-Cycle zwischen zwei Potentialen, insbesondere Ground und Versorgungsspannung, hin- und herzuschalten. Dadurch wird quasi ein PWM-Signal an die Beschaltungsvorrichtung angelegt, durch dessen Duty-Cycle und Frequenz der an den Regelkreis bereitgestellte Sollwert wunschgemäß variiert werden kann.

Bevorzugt weist demnach der Regelkreis eine Zeitkonstante der Regelung auf, wobei die Beschaltungsvorrichtung mindestens ein Bauelement zur Beeinflussung dieser Zeitkonstante umfasst. Bevorzugt umfasst aus diesem Grunde die Beschaltungsvorrichtung mindestens einen ohmschen Widerstand und/oder mindestens einen Kondensator. Damit kann die Beschaltungsvorrichtung auf besonders kostengünstige Art und Weise durch passive Bauelemente realisiert wer ^¬ den .

Besonders bevorzugt umfasst die Beschaltungsvorrichtung mindestens zwei Bauelemente, die einerseits mit jeweils einem Punkt, insbesondere dem gleichen Punkt, des Regel ^¬ kreises und andererseits mit jeweils einem Eingang, ins ^¬ besondere unterschiedlichen Eingängen, des Mikroprozessors gekoppelt sind. Damit kann die Wirkung des jeweili ^¬ gen Bauelements separat ein- oder ausgeschaltet oder in ihrer Stärke variiert werden.

Weiterhin bevorzugt weist die Beschaltungsvorrichtung mindestens einen ersten und einen zweiten Eingang und der Mikroprozessor mindestens einen ersten und einen zweiten Eingang auf, wobei der erste Eingang der Beschaltungsvor- richtung mit dem ersten Eingang des Mikroprozessors und

der zweite Eingang der Beschaltungsvorrichtung mit dem zweiten Eingang des Mikroprozessors gekoppelt ist, wobei der erste und der zweite Eingang des Mikroprozessors mit demselben Potential oder mit unterschiedlichen Potentia- len gekoppelt sind. Damit können unterschiedliche Bauele ^¬ mente der Beschaltungsvorrichtung mit unterschiedlichen Potentialen gekoppelt werden, um auf diese Weise die Zeitkonstante des Regelkreises zu beeinflussen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung weist der Mikropro- zessor eine Schnittstelle auf, um den mindestens einen Eingang mit einem vorgebbaren Potential aus der Gruppe von mindestens zwei unterschiedlichen Potentialen zu koppeln .

Weiterhin bevorzugt umfasst die Sollwertvorgabevorrich- tung eine Ansteuervorrichtung, wobei die Ansteuervorrichtung bevorzugt über die Schnittstelle durch den Mikropro ^¬ zessor steuerbar ist. Dies eröffnet die Möglichkeit, in der Ansteuervorrichtung einen DA-Wandler vorzusehen, der dann mit dem mindestens einen Punkt des Regelkreises ge- koppelt ist. Damit kann am Einkoppelpunkt zur Erzeugung des Sollwerts eine überlagerung des über die Beschal ^¬ tungsvorrichtung gelieferten Signals und des vom DA- Wandler gelieferten Signals vorgenommen werden. Damit ergeben sich noch weitere Möglichkeiten, den Sollwert wunschgemäß zu ändern.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltungsanord ^¬ nung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und de-

ren Vorteile gelten, soweit anwendbar, entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel ei ^¬ ner erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung unter Bezugnah- me auf die beigefügte Zeichnung, die in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ^¬ ßen Schaltungsanordnung zeigt, näher beschrieben.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanord- nung. Diese stellt an ihren Ausgang einen Lampenstrom I _L an eine Entladungslampe La bereit. Sie umfasst einen Re ^¬ gelkreis 10, dessen Führungsgröße einen Sollwert U _So ii und dessen Rückführgröße einen Istwert Ui _st darstellt, wobei aus diesen Größen durch Subtraktion die Regeldifferenz δU gebildet wird. Die Regeldifferenz δU wird einem Lastkreis 12 der Schaltungsanordnung zugeführt, wodurch sich als Ausgangsgröße des Regelkreises 10 der Lampenstrom I _L er ^¬ gibt. Der Istwert Ui _st wird aus dem Lampenstrom I _L über ein Messglied 14 erzeugt, beispielsweise einen Shunt- Widerstand, der an geeigneter Stelle im Lastkreis ange ^¬ ordnet ist.

Die Schaltungsanordnung von Fig. 1 umfasst weiterhin eine Ansteuervorrichtung 16, die an ihrem Ausgang einen ersten Anteil der Führungsgröße U _So ii an einem Einkoppelpunkt EP bereitstellt und dazu bevorzugt einen DA-Wandler umfaßt. Ein zweiter Anteil der Führungsgröße U _So ii wird von einer

ebenfalls mit dem Einkoppelpunkt EP gekoppelten Beschal- tungsvorrichtung 18 bereitgestellt, die mehrere Eingänge El bis E4 aufweist, die mit entsprechenden Eingängen E5 bis E8 eines Mikroprozessors 20 gekoppelt sind. Der Mik- roprozessor 20 ist ausgelegt, jeden seiner Eingänge E5 bis E8 mit einem der Potentiale VCC, Open, Analog, GND zu koppeln, wie dies beispielhaft für seinen Eingang E6 dargestellt ist. Die Kopplung kann auch dergestalt sein, dass der Mikroprozessor periodisch zwischen zwei oder mehr Potentialen hin- und herschaltet, wodurch quasi ein PWM-Signal an die Beschaltungsvorrichtung 18 angelegt wird. Durch den Duty-Cycle und die Frequenz des PWM- Signals wird der an den Regelkreis bereitgestellte Soll ^¬ wert Usoiiλ insbesondere dessen Zeitkonstante, festgelegt.

Die Beschaltungsvorrichtung 18 umfasst einen ohmschen Widerstand Rl, der zwischen den Eingang El der Beschaltungsvorrichtung 18 und den Einkoppelpunkt EP im Regel ^¬ kreis 10 gekoppelt ist. Sie umfasst weiterhin einen ohm ^¬ schen Widerstand R2, der zwischen den Eingang E2 und den Einkoppelpunkt EP gekoppelt ist. Weiterhin ist ein erster Kondensator Cl vorgesehen, der zwischen den Eingang E3 und den Einkoppelpunkt EP gekoppelt ist, sowie ein Kon ^¬ densator C2, der zwischen den Eingang E4 und den Einkoppelpunkt EP gekoppelt ist. Der Mikroprozessor 20 umfasst weiterhin eine Schnittstelle 22, über die er den DA- Wandler der Ansteuervorrichtung 16 steuert.

Durch entsprechende Wahl des Potentials, mit dem der ent ^¬ sprechende Eingang gekoppelt wird, kann erreicht werden, dass der entsprechende ohmsche Widerstand Rl, R2 und/oder der entsprechende Kondensator Cl, C2 zu- oder abgeschal-

tet wird, wodurch die Zeitkonstante der Sollwertvorgabe beeinflusst wird.

Eine änderung der am Einkoppelpunkt EP wirksamen Kapazität wird bevorzugt vorgenommen für eine dauerhafte ände- rung der Zeitkonstante. Für eine kurzzeitige änderung der Zeitkonstante wird bevorzugt der am Einkoppelpunkt EP wirksame ohmsche Widerstand geändert. Wird beispielsweise der Eingang E5 auf VCC geschaltet, so kann dadurch der Pegel am Einkoppelpunkt EP schnell erhöht werden. Wird der Eingang E5 auf Ground GND geschaltet, so kann dadurch der Pegel am Einkoppelpunkt des Reglers schnell ernied ^¬ rigt werden.

Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann der Einkoppelpunkt alternativ oder zusätzlich der Istwertein- gang und/oder der Ausgang des Regelkreises 10 sein. Ebenso können anstelle der im Mikroprozessor 20 dargestellten Potentiale weitere Potentiale vorhanden sein, beispiels ^¬ weise hochohmig, Tristate, mit Pullup-Widerstand, ohne Pullup-Widerstand, mit Pulldown-Widerstand, ohne PuIl- down-Widerstand.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform entfällt die Ansteuervorrichtung 16. Dann wird am Einkoppelpunkt EP lediglich ein vom Mikroprozessor 20 über die Beschaltungs- vorrichtung 18 bereitgestellter Anteil als Sollwert U _So ii am Einkoppelpunkt EP bereitgestellt.

Generell kann der zeitliche Ablauf des Sollwerts im Mik ^¬ roprozessor 20 abgelegt sein oder aber auch über eine nicht dargestellt Schnittstelle von außen dem Mikropro ^¬ zessor 20 zugeführt werden.