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EP0744883B1 - Verfahren bzw. Vorrichtung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe - Google Patents

Verfahren bzw. Vorrichtung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe Download PDF

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Publication number
EP0744883B1
EP0744883B1 EP95107865A EP95107865A EP0744883B1 EP 0744883 B1 EP0744883 B1 EP 0744883B1 EP 95107865 A EP95107865 A EP 95107865A EP 95107865 A EP95107865 A EP 95107865A EP 0744883 B1 EP0744883 B1 EP 0744883B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
lamp
modulation
discharge lamp
pressure discharge
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95107865A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0744883A1 (de
Inventor
Walter Peters
Wolfgang Dipl.-Ing. Scharpenberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Prazisa Industrieelektronik GmbH
Original Assignee
Prazisa Industrieelektronik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Prazisa Industrieelektronik GmbH filed Critical Prazisa Industrieelektronik GmbH
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Priority to AT95107865T priority patent/ATE261235T1/de
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2928—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a method and a Device for operating a high-pressure discharge lamp, in particular a high pressure mercury lamp, one High pressure metal lamp or one High pressure sodium lamp, in which the from a DC power derived from a voltage source Inverter is supplied, in particular via a Current limiting choke the high pressure discharge lamp fed.
  • the choice of Operating frequency for ballasts from High pressure discharge lamps are of considerable importance since Lamps of this type are caused by resonance effects longitudinal resonances within the tubular Lamp body occur.
  • the resonance frequencies depend not only on the type of gas used and the average gas temperature, but also from the Burner geometry. Therefore the resonance spectra are for High-pressure discharge lamps of different types different. But there can also be changes in resonance come within a series of lamps of the same type.
  • the Operating frequency of the inverter in one Area to be relocated in which there are no resonances occur This has the disadvantage that for a certain Lamp only one specially matched to this Ballast can be used. Changes namely the operating frequency from the allowable Frequency window out, it comes because of the Symptoms of instability.
  • the output frequency of the inverter to modulate the stroke of the modulation frequency is not greater than the permissible frequency window, so neighboring resonance frequencies are not excited.
  • the object of the invention is a method or an apparatus of the beginning mentioned type to further develop that one also high-pressure discharge lamps with higher Performance, e.g. in the range of 70 - 2000 watts and secondly the ones described above Disadvantages due to the resonance effects can be avoided.
  • EP 0 386 990 A2 discloses a method and a circuit for discharge lamps according to the preamble of claims 1 and 2.
  • the circuit generates a frequency modulated High-frequency voltage for driving a xenon metal halide lamp.
  • the carrier frequency of this voltage is in a range from 10 kHz to 200 kHz.
  • the circuit is directly connected to a DC voltage source. It includes a two-stage power converter with one DC converter input stage and a DC to AC converter output stage. The entry level is regulated while the output stage is unregulated. Lamp voltage and current are in the Input stage fed back to regulate the lamp power.
  • the output stage is frequency modulated.
  • the current flowing through the lamp becomes currently limited by a linear loading inductor, while the average power through a controlled DC link voltage is regulated. It recommends the circuit at a modulation to carrier frequency ratio which satisfies the condition 0.01 ⁇ f / CF> 0.05 fulfilled to operate the lamp power to control.
  • the carrier frequency is in the range of 20 kHz - 80 kHz.
  • EP 0 439 861 A1 relates to a circuit for operating a Low-pressure mercury discharge lamp using high-frequency pulsed Electricity.
  • the circuit has a modulator II for modulating the Current with a modulation frequency f.
  • the input of the modulator II is by a current that is provided by a current source I fed.
  • the circuit also has a circuit arrangement VI, whose output for setting the modulation frequency f with an input of Modulator II is connected.
  • Modulation frequency f either O or it is in the range of a few kHz.
  • DE 42 34 358 A1 describes a method and a device for operating a gas discharge lamp known. To stabilize the operation of the lamp and to avoid resonance vibrations inside the lamp, it is proposed the frequency of the operating current for the lamp with to modulate a frequency swing of 3%.
  • the object is achieved in that the power made available to the high pressure discharge lamp either by varying the voltage at the input of the inverter or by Modulating the inductance modulated in the output circuit of the inverter becomes.
  • the invention is characterized in that the Output power of the ballast, which to the High-pressure discharge lamp is emitted, so modulated is that a resonance rocking fundamentally is avoided.
  • the inverter frequency within a previously specified frequency band, but the Output power, the average of which is the nominal value equivalent.
  • "pumped" output power so through the constantly varying instantaneous power none at one Rocking leading energy absorption to the Resonance points can take place.
  • the modulation frequency can be varied in a wide range, the lower limit is determined only by a for the flicker of the lamp visible to the eye is avoided must become.
  • the modulation frequency is upwards only by the operating frequency of the inverter limited, which is between 10 kHz and 100 kHz.
  • the solution according to the invention can be the ballast now use universally, regardless of the type of Lamp and without exposing yourself to the risk that as with State of the art with insufficient adaptation of Ballast on the one hand and discharge lamp on the other hand, instabilities can occur.
  • a conventional Ballast not only replace, but points out the advantage that the lighting comfort is increased, since there is no flickering.
  • it follows a longer service life associated with the high pressure lamp lower replacement labor costs of the illuminant.
  • the Device according to the invention over a lower weight and can optionally with DC voltage (e.g. Battery systems, solar systems) or via a Rectifier supplied with AC mains voltage become. Beyond that there are none Compensation capacitors like conventional ones Ballasts required.
  • the output power can be modulated be that the inverter at its control input is controlled with a variable frequency.
  • the lamp current at higher frequencies due to the constant inverter supply voltage and the constant inductance periodically according to the Frequency deviation varies.
  • the output power modulated in that the inductance by a voltage variable inductance in the form of a transducer is replaced so that at constant operating frequency and constant supply voltage of the inverter the corresponding due to the variable inductance Modulation is effected.
  • a third variant provides that with constant inductance and constant Operating frequency of the inverter Supply voltage at the input of the inverter is varied.
  • the output power is preferably modulated such that the stroke of the delivered to the high pressure lamp Output power between zero and double Rated power, based on a fast ratio of 1: 1 lies.
  • Duty cycle variable being too large Duty cycles (e.g.> 10: 1) the light quality Flickering suffers.
  • the first embodiment shown in FIG Invention shows one to be supplied High-pressure discharge lamp 1, which is a common one High pressure mercury lamp, one High pressure metal lamp or a High pressure sodium lamp can be.
  • the operating frequency of the inverter is typically between 10 and 100 kHz.
  • the operating frequency of the inverter 3 is now modulated via the frequency adjustment device 9 in such a way that the time profile of the lamp current I L fed into the high-pressure discharge lamp is shown in FIG. 4c.
  • the frequency swing of the frequency adjustment device 9 is adapted in this example so that the output power P varies by the nominal value (100%) fluctuating between the value 0 and 200%. On average, the power delivered to the lamp corresponds to the nominal power.
  • the frequency adjustment device 9 consists of a voltage-frequency converter 9a, a control amplifier 9b and a modulation amplifier 9c.
  • FIG. 4a shows the solution used in the prior art, which consists in applying a constant power to the high-pressure discharge lamp by generating a lamp current I L , which changes over time in a sinusoidal manner, by the inverter.
  • the frequency of the lamp current I L is adapted in accordance with the previously determined resonance conditions of the respective high-pressure discharge lamp.
  • the solution according to the invention by constant change the instantaneous value of the output power on the one hand and due to the constantly changing current output frequency of the inverter a rocking on the Prevents resonance points.
  • Fig. 2 shows a variant of that shown in Fig. 1 Embodiment, which differs in that the inverter now has a constant Operating frequency is operated and instead the in Output circuit of the inverter lying inductance 7a, which is designed as a transducer, is modulated.
  • the modulation is carried out using a Inductance adjustment device 7, the one in time outputs variable output voltage, and from one Control amplifier 7b and a modulation generator 7c consists.
  • the time course of the occurring Lamp current IL is shown in Fig. 4d.
  • the one defined by the envelope of the lamp current corresponds over time to the output power the one as shown in Fig. 4b.
  • FIG. 3 illustrated embodiment of the invention that the Voltage present at the input of the inverter 3 by means of a voltage adjustment device 6 is varied that that shown in Fig. 4e time course of the lamp current IL results.
  • the Voltage adjustment device 6 consists of a Modulation generator 6c, a control amplifier 6b and a voltage converter 6a.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere einer Quecksilberdampfhochdrucklampe, einer Metalldampfhochdrucklampe oder einer Natriumdampfhochdrucklampe, bei dem die aus einer Spannungsquelle abgeleitete Gleichspannungsleistung einem Wechselrichter zugeführt wird, der insbesondere über eine Strombegrenzungsdrossel die Hochdruckentladungslampe speist.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beschrieben in "Betriebsgeräte und Schaltungen für elektrische Lampen Vorschaltgeräte, Transformatoren, Starter, Lampen und Leuchten, Normen", Herausgeber: Erwin Klein, 6. Auflage 1992, Verlag Siemens AG, Berlin und München, Seiten 206 - 226. Hierbei handelt es sich um ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Hochdruckentladungslampe, beispielsweise eine Halogen-Metalldampflampe (vergl. Bild 4.38), bei der die Lampe über ein von einer Gleichspannungsbatterie versorgtes Vorschaltgerät und ein einen Reihenresonanzkreis enthaltendes Zündgerät mit Leistung versorgt wird.
Im Gegensatz zu Leuchtstofflampen kommt der Wahl der Betriebsfrequenz für Vorschaltgeräte von Hochdruckentladungslampen erhebliche Bedeutung zu, da bei Lampen dieses Typs Resonanzeffekte bedingt durch longitudinale Resonanzen innerhalb des rohrförmigen Lampenkörpers auftreten. Die Resonanzfrequenzen hängen dabei nicht nur von der Art des verwendeten Gases und der mittleren Gastemperatur ab, sondern auch von der Brennergeometrie. Daher sind die Resonanzspektren für Hochdruckentladungslampen unterschiedlicher Bauarten verschieden. Es kann aber auch zu Resonanzveränderungen innerhalb einer Serie von Lampen gleicher Bauart kommen. Um einen stabilen Lampenbetrieb zu erreichen, muß die Betriebsfrequenz des Wechselrichters in einen solchen Bereich verlagert werden, in dem keine Resonanzen auftreten. Dies hat den Nachteil, daß für eine bestimmte Lampe nur ein auf diese speziell abgestimmtes Vorschaltgerät eingesetzt werden kann. Verändert sich nämlich die Betriebsfrequenz aus dem zulässigen Frequenzfenster heraus, kommt es aufgrund der Resonanzerscheinungen zu Instabilitäten.
In dem oben beschriebenen Stand der Technik wird daher vorgeschlagen, die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters zu modulieren, wobei der Hub der Modulationsfrequenz nicht größer ist als das zulässige Frequenzfenster, damit benachbarte Resonanzfrequenzen nicht angeregt werden.
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß zum einen auch Hochdruckentladungslampen mit höherer Leistung, z.B. im Bereich von 70 - 2000 Watt, versorgt werden können und zum anderen die oben beschriebenen Nachteile aufgrund der Resonanzeffekte vermieden werden.
EP 0 386 990 A2 offenbart ein Verfahren und einen Schaltkreis für Entladungslampen gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2. Der Schaltkreis erzeugt eine frequenzmodulierte Hochfrequenzspannung zum Ansteuern einer Xenon-Metalldampflampe. Die Trägerfrequenz dieser Spannung liegt in einem Bereich von 10 kHz - 200 kHz. Der Schaltkreis ist unmittelbar an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Er umfaßt einen zweistufigen Leistungswandler mit einer Gleichspannungswandlereingangsstufe und einer Gleich- zu Wechselspannungswandlerausgangsstufe. Die Eingangsstufe ist geregelt, während die Ausgangsstufe ungeregelt ist. Lampenspannung und -strom sind in der Eingangsstufe rückgekoppelt, um die Lämpenleistung zu regeln. Die Ausgangsstufe ist frequenzmoduliert. Der durch die Lampe fließende Strom wird aktuell durch einen linear belastenden Induktor begrenzt, während die durchschnittliche Leistung durch eine gesteuerte Verbidungsgleichspannung geregelt wird. Darin wird emphohlen, den Schaltkreis bei einem Modulations- zu Trägerfrequenzverhältnis, welches die Bedingung 0.01 < f/CF > 0.05 erfüllt zu betreiben, um die Leistung der Lampe zu steuern. Die Trägerfrequenz liegt im Bereich von 20 kHz - 80 kHz.
EP 0 439 861 A1 bezieht sich auf einen Schaltkreis zum Betreiben einer Niederdruck-Quecksilber-Entladungslampe mithilfe von hochfrequentem gepulstem Strom. Der Schaltkreis weist einen Modulator II für eine Modulation des Stromes mit einer Modulationsfrequenz f auf. Der Eingang des Modulators II wird durch einen Strom, der von einer Stromquelle I bereitgestellt wird, gespeist. Der Schaltkreis weist weiterhin eine Schaltkreisanordnung VI auf, deren Ausgang zur Einstellung der Modulationsfrequenz f mit einem Eingang des Modulators II verbunden ist. Gemäß Tabelle I oder II ist die Modulationsfrequenz f entweder O oder sie liegt im Bereich von einigen kHz.
Aus DE 42 34 358 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Gasentladungslampe bekannt. Um den Betrieb der Lampe zu stablisieren und um Resonanzschwingungen im Innern der Lampe zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Frequenz des Betriebsstroms für die Lampe mit einem Frequenzhub von 3% zu modulieren.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, mit welchem die der Lampe zugeführte Leistung besser variiert werden kann.
Gemäß den neuen Patentansprüchen 1 und 2 wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die der Hochdruckentladungslampe zur Verfügung gestellte Leistung entweder durch Variieren der Spannung am Eingang des Wechselrichters oder durch Modulieren der Induktivität im Ausgangskreis des Wechselrichters moduliert wird.
Entgegenhaltung EP 0 386 990 A2 bzw. EP 0 439 861 A1 macht keine naheren Angaben darüber, wie ihre jeweiligen Wechselrichter, d.h. der Gleichspannungs- zu Wechselspannungswandler bzw. der Modulator II angesteuert werden, um die jeweilige Modulationsfrequenz einzustellen. DE 42 34 358 A1 schlägt für diesen Zweck die Erzeugung eines Modulationssignals vor, welches auf den Steuereingang Emod des Wechselrichters 1 gegeben wird.
Keine der zitierten Entgegenhaltungen lehrt, die Spannung am Eingang des Wechselrichters oder die Induktivität im Ausgangskreise des Wechselrichters zu variieren.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Ausgangsleistung des Vorschaltgerätes, welche an die Hochdruckentladungslampe abgegeben wird, so moduliert wird, daß eine Resonanzaufschaukelung grundsätzlich vermieden wird. Im Unterschied zum Stand der Technik wird nicht die Wechselrichterfrequenz innerhalb eines vorher festgelegten Frequenzbandes moduliert, sondern die Ausgangsleistung, deren Mittelwert dem Nennwert entspricht. Versuche haben ergeben, daß durch die "gepumpte" Ausgangsleistung, also durch die ständig variierende momentane Leistung keine zu einer Aufschaukelung führende Energieabsorption an den Resonanzstellen erfolgen kann. Die Modulationsfrequenz kann dabei in weiten Bereichen variiert werden, wobei die untere Grenze nur dadurch festgelegt wird, daß ein für das Auge sichtbarer Flimmerbetrieb der Lampe vermieden werden muß. Nach oben hin ist die Modulationsfrequenz lediglich durch die Betriebsfrequenz des Wechselrichters beschränkt, die zwischen 10 kHz und 100 kHz liegt. Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich das Vorschaltgerät nunmehr universell einsetzen, unabhängig von der Art der Lampe und ohne sich der Gefahr auszusetzen, daß wie beim Stand der Technik bei nicht hinreichender Anpassung von Vorschaltgerät einerseits und Entladungslampe andererseits Instabilitäten auftreten können. Bei einem geringen Aufwand an Schaltungsmitteln und sehr kompakter Bauweise sowie sehr gutem Wirkungsgrad kann die erfindungsgemäße Lösung ein konventionelles Vorschaltgerät nicht nur ersetzen sondern weist darüber hinaus den Vorteil auf, daß der Lichtkomfort erhöht wird, da kein Flimmern eintritt. Darüber hinaus ergibt sich eine längere Lebensdauer der Hochdrucklampe verbunden mit geringeren Kosten für den Arbeitsaufwand zum Austauschen des Leuchtmittels. Darüber hinaus verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über ein geringeres Gewicht und kann wahlweise mit Gleichspannung (z.B. Batterieanlagen, Solaranlagen) oder über einen Gleichrichter mit Wechselstromnetzspannung versorgt werden. Darüber hinaus sind keine Kompensationskondensatoren wie bei konventionellen Vorschaltgeräten erforderlich.
Zum einen kann die Ausgangsleistung dadurch moduliert werden, daß der Wechselrichter an seinem Steuereingang mit einer variablen Frequenz angesteuert wird. Hierbei wird der Lampenstrom bei höheren Frequenzen aufgrund der konstanten Wechselrichterversorgungsspannung und der konstanten Induktivität periodisch entsprechend dem Frequenzhub variiert.
In einer Variante hierzu wird die Ausgangsleistung dadurch moduliert, daß die Induktivität durch eine spannungsvariable Induktivität in Form eines Transduktors ersetzt wird, so daß bei konstanter Betriebsfreuqenz und konstanter Versorgungsspannung des Wechselrichters aufgrund der variablen Induktivität die entsprechende Modulation bewirkt wird.
Schließlich ist in einer dritten Variante vorgesehen, daß bei konstanter Induktivität und konstanter Betriebsfrequenz des Wechselrichters die Versorgungsspannung am Eingang des Wechselrichters variiert wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß die Lampenleistung nunmehr auf einfache Weise dimmbar ist. Hierzu sind weitere Mittel vorgesehen zur Variation des Nennwertes der an die Hochdruckentladungslampe abgegebenen Ausgangsleistung. Allerdings werden hierbei die oben beschriebenen Modulationsbedingungen beibehalten, damit die Vorteile, wie sie oben beschrieben wurden, erhalten bleiben. Es ändert sich lediglich die in die Lampe eingespeiste Nennleistung, so daß die Helligkeit entsprechend variiert wird.
Bevorzugt erfolgt die Modulation der Ausgangsleistung derart, daß der Hub der an die Hochdrucklampe abgegebenen Ausgangsleistung zwischen dem Wert Null und der doppelten Nennleistung, bezogen auf ein Fastverhältnis von 1:1 liegt. Generell ist aber die Festlegung des Tastverhältnisses variabel, wobei bei zu großen Tastverhältnissen (z.B > 10:1) die Lichtqualität durch Flackern leidet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig.1
ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Fig. 2
ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Fig. 3
ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Fig. 4
zeitliche Verläufe der Ausgangsleistung bzw. des Lampenstromes IL zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung, wobei
Fig. 4a
den zeitlichen Verlauf von Leistung P und Lampenstrom IL beim Stand der Technik,
Fig. 4b
den zeitlichen Verlauf der Ausgangsleistung P gemäß der Erfindung,
Fig. 4c
den zeitlichen Verlauf des Lampenstromes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4d
den zeitlichen Verlauf des Lampenstromes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Fig. 4e
den zeitlichen Verlauf des Lampenstromes gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine zu versorgende Hochdruckentladungslampe 1, die eine übliche Quecksilberdampfhochdrucklampe, eine Metalldampfhochdrucklampe oder eine Natriumdampfhochdrucklampe sein kann.
Diese wird über eine Strombegrenzungsdrossel 8 von einem Wechselrichter 3 gespeist. Am Gleichstromeingang des Wechselrichters 3 ist ein Gleichrichter 4 angeschlossen, welcher mit einem Netz 10 verbunden ist. Auf den Steuereingang des Wechselrichters 3 wirkt eine Frequenzverstellvorrichtung 9 ein.
Die Betriebsfrequenz des Wechselrichters liegt typischerweise zwischen 10 und 100 kHz. Über die Frequenzverstelleinrichtung 9 wird nun die Betriebsfrequenz des Wechselrichters 3 so moduliert, daß sich der in Fig. 4c dargestellte zeitliche Verlauf des in die Hochdruckentladungslampe einsgespeisten Lampenstromes IL ergibt. Dadurch, daß die übrigen Größen des Wechselrichters, nämlich die Wechselrichterausgangsspannung und die Ausgangsinduktivitäten konstant gehalten werden, ergibt sich entsprechend dem Frequenzhub der in Fig. 4b dargestellte zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung. Der Frequenzhub der Frequenzverstelleinrichtung 9 ist bei diesem Beispiel so angepaßt, daß die Ausgangsleistung P um den Nennwert (100%) schwankend zwischen dem Wert 0 und 200% variiert. Im Mittelwert ist die an die Lampe abgegebene Leistung entsprechend der Nennleistung. Die Frequenzverstelleinrichtung 9 besteht aus einem Spannungs-Frequenzwandler 9a, einem Regelverstärker 9b und einem Modulationsverstärker 9c.
Im Unterschied zu der oben dargestellten erfindungsgemäßen Lösung zeigt Fig. 4a die beim Stand der Technik verwendete Lösung, die darin besteht, die Hochdruckentladungslampe mit einer konstanten Leistung zu beaufschlagen, indem ein sich zeitlich etwa sinusförmig ändernder Lampenstrom IL vom Wechselrichter erzeugt wird. Die Frequenz des Lampenstromes IL wird dabei entsprechend den zuvor ermittelten Resonanzbedingungen der jeweiligen Hochdruckentladungslampe angepaßt.
Im Unterschied dazu wird entsprechend der erfindungsgemäßen Lösung durch die ständige Veränderung des Augenblickswertes der Ausgangsleistung einerseits und durch die ständig wechselnde momentane Ausgangsfrequenz des Wechselrichters ein Aufschaukeln an den Resonanzstellen verhindert.
Fig. 2 zeigt eine Variante zu dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, die sich dadurch unterscheidet, daß der Wechselrichter nunmehr mit einer konstanten Betriebsfrequenz betrieben wird und statt dessen die im Ausgangskreis des Wechselrichters liegende Induktivität 7a die als Transduktor ausgeführt ist, moduliert wird. Die Modulation erfolgt mittels einer Induktivitätsverstelleinrichtung 7, die eine zeitlich veränderliche Ausgangsspannung abgibt, und aus einem Regelverstärker 7b und einem Modulationsgenerator 7c besteht. Der zeitliche Verlauf des dabei auftretenden Lampenstromes IL ist in Fig. 4d dargestellt.
Der durch die einhüllende des Lampenstromes festgelegte zeitliche Verlauf der Ausgangsleistung entspricht demjenigen, wie er in Fig. 4b dargestellt wird.
In einer dritten Variante zeigt das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung, daß die am Eingang des Wechselrichters 3 anstehende Spannung mittels einer Spannungsverstelleinrichtung 6 derart variiert wird, daß sich der in Fig. 4e dargestellte zeitliche Verlauf des Lampenstromes IL ergibt. Dabei sind die zeitlichen Verläufe der Fig. 4d und 4e identisch. Die Spannungsverstelleinrichtung 6 besteht aus einem Modulationsgenerator 6c, einem Regelverstärker 6b und einem Spannungswandler 6a.
Auch hierbei ergibt sich der in Fig. 4b dargestellte zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung P.
Allen Ausführungsbeispielen, wie sie in den Fig. 1 - 3 dargestellt wurden, ist gemeinsam, daß durch ein weiteres Schaltmittel, nämlich der Leistungsverstelleinrichtung 5, der Nennwert der Ausgangsleistung des Wechselrichters 3 beeinflußt werden kann, ohne daß sich ansonsten die beschriebenen Modulationsbedingungen ändern. Durch diese Maßnahme läßt sich der Nennwert der in die Hochdruckentladungslampe eingespeisten Ausgangsleistung variieren, wodurch ein Dimmen der Lampe ermöglicht wird. Über die Strommeßeinrichtung 2 und einen Regelverstärker 6b,7b bzw. 9b wird der eingestellte Sollwert mit dem Istwert verglichen und ausgeregelt. Dabei ist ein Dimmen des Leuchtmittels bis herab auf 25% des Nennlichtstromes möglich, wodurch sich eine maximale Energieeinsparung von 65% ergeben kann. Gegenüber herkömmlichen Vorschaltgeräten ergeben sich gemäß der erfindungsgemäßen Lösung Verlustreduzierungen von ca. 20% und erhöhte Lichtausbeuten von ca. 10%.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe (1), insbesondere einer Quecksilberdampfhochdrucklampe, einer Metalldampfhochdrucklampe oder einer Natriumdampfhochdrucklampe, bei dem die aus einer Spannungsquelle (10) abgeleitete Gleichspannungsleistung einem Wechselrichter (3) zugeführt wird, der insbesondere über eine Strombegrenzungsdrossel (8) die Hochdruckentladungslampe speist,
    wobei der mit einer Betriebsfrequenz im Bereich von 10 kHz bis 100 kHz arbeitende Wechselrichter (3) eine periodisch um einen Nennleistungswert modulierte Ausgangsleistung erzeugt,
    wobei die Modulationsfrequenz unterhalb der Betriebsfrequenz des Wechselrichters liegt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Modulationsfrequenz oberhalb von 50 Hz liegt, und
    das Modulieren der Ausgangsleistung erfolgt entweder durch Variieren der Spannung am Eingang des Wechselrichters (Fig.1; Fig.3) oder
    durch Modulieren der Induktivität im Ausgangskreis des Wechselrichters (Fig.2).
  2. Vorrichtung zur Speisung einer Hochdruckentladungslampe, insbesondere einer Quecksilberdampfhochdrucklampe, einer Metalldampfhochdrucklampe oder einer Natriumdampfhochdrucklampe, mit einem von aus einer Spannungsquelle (10) abgeleiteten Gleichspannung beaufschlagten Wechselrichter (3), der über einen Induktivitätskreis (8) zur Strombegrenzung die Hochdruckentladungslampe (1) speist,
    wobei dem mit einer Betriebsfrequenz von 10 kHz bis 100 kHz arbeitenden elektronischen Wechselrichter (3) ein Modulationsmittel (5-9) zugeordnet ist, zur Modulation seiner an die Hochdruckentladungslampe (1) abgegebenen Ausgangsleistung mit einer Modulationsfrequenz unterhalb der Betriebsfrequenz,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Modulationsfrequenz oberhalb von 50 Hz liegt und
    das Modulationsmittel als eine auf den Leistungseingang des Wechselrichters wirkende Spannungsvariationsstufe (6) oder
    als eine auf den einen Transduktor (7a) enthaltenden Induktivitätskreis wirkende Induktivitätsvariationsstufe (7) ausbgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    als Modulationsmittel eine auf den Steuereingang des Wechselrichters wirkende Frequenzverstelleinrichtung (9) vorgesehen ist (Fig. 1).
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Dimmung der Lampe (1) weitere Mittel zur Variation des Nennwertes der an die Hochdruckentladungslampe gegebenen Ausgangsleistung unter Beibehaltung der Modulationsbedingungen vorgesehen sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Hub der an die Hochdruckentladungslampe (1) abgegebenen Ausgangsleistung zwischen dem Wert 0 und der doppelten Nennleistung, bezogen auf ein Tastverhältnis von 1:1 liegt.
EP95107865A 1995-05-23 1995-05-23 Verfahren bzw. Vorrichtung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe Expired - Lifetime EP0744883B1 (de)

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