CN103202104A - 用于低于高压放电灯的额定功率运行高压放电灯的电路装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于低于高压放电灯的额定功率运行高压放电灯的方法，其中高压放电灯在额定功率下借助于预设的运行频率的交流电流来运行，并且在半周期期间，至少在半周期开始时和在半周期结束时测量灯电压，所述方法具有以下步骤：-将当前的运行频率降低到上限之下，-将交流电流的电流波形改变成单坡屋顶形的电流波形，所述电流波形与灯电压的半周期结束时和开始时的差相关，其中半周期开始时的电流的绝对值│I_开始│与半周期结束时的电流的绝对值│I_结束│之比例如为│I_开始│：│I_结束│=1:1.2…1:3.0。本发明同样涉及一种用于低于高压放电灯的额定功率运行高压放电灯的电路装置，其中高压放电灯在额定功率下借助于预设的运行频率的交流电流来运行，并且电路装置实施上述方法。

Description

用于低于高压放电灯的额定功率运行高压放电灯的电路装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于低于高压放电灯的额定功率以预设运行频率的交流电压和交流电流来运行高压放电灯的方法。

背景技术

本发明基于一种根据独立权利要求的类型的用于低于高压放电灯的额定功率地借助于预设的运行频率的交流电流来运行高压放电灯的方法。

如果在下文中也称作灯的高压放电灯能以调光的方式运行，那么出现不同的问题。实际上，全部畅销的高压放电灯在其额定功率方面是最优的，使得灯在额定功率下的等离子物理过程和热平衡最优化地进行并且具有最高的效率。在下文中将由所述灯的制造商规定的功率看作高压放电灯的额定功率。通过高压放电灯的最优化的等离子物理过程和同样最优化的热平衡，高压放电灯在以其额定的灯功率或标称功率运行时具有良好的运行稳定性。在对高压放电灯进行调光时，运行稳定性有时明显地变差，因为燃烧器的热平衡必须随着增大的调光级而总是进一步远离其最佳状态。大部分畅销的高压放电灯借助于交流电流来运行。在此，通常使用低频的矩形运行电流，也称作“摆动的直流运行”。在此，将频率通常为50赫兹至几千赫兹的基本上为矩形的电流施加给灯。每当正电压和负电压之间进行翻转时，灯换向，因为电流方向也反转进而电流短暂地为零。所述运行确保：尽管近似直流运行，灯的电极仍均匀地负荷。

在高压放电灯借助于交流电流运行时，电极上的弧光原则上是麻烦的。在借助于交流电流运行时，在运行电压换向期间，阴极变成阳极并且阳极变成阴极。阴极-阳极的转变在原理方面是没有问题的，因为电极的温度不对其阳极运行造成影响。在阳极-阴极转变时，电极能够提供足够高电流的能力与其温度相关。如果所述温度过低，那么光弧在换向期间通常在过零后，从短暂的漫射的弧光运行方式（所谓的“漫射模式”）变换成点状的弧光运行方式（所谓的“点模式”）。所述变换有时伴随有通常可见的光发射干扰，这也能够被感知为闪烁。

在调光运行中，高压放电灯的电极总是逐渐变冷并且在运行电流换向时，灯能够开始闪烁并且变得不稳定。换向时的该不稳定性有时引起明显的电磁干扰。

发明内容

本发明的目的是，提出一种用于低于高压放电灯的额定功率地借助于预设的运行频率的交流电流来运行高压放电灯的方法，所述方法引起较少的电磁干扰。

根据本发明，借助于用于低于高压放电灯的额定功率地运行高压放电灯的方法来实现关于方法的所述目的，其中高压放电灯在额定功率下借助于预设的运行频率的交流电流来运行，并且在半周期期间，至少在半周期开始时和半周期结束时测量灯电压，所述方法具有以下步骤：

-将当前的运行频率降低到上限之下，

-将交流电流的电流波形改变成单坡屋顶形的电流波形，所述电流波形与半周期结束时和开始时的灯电压的差相关，其中半周期开始时的电流的绝对值│I_开始│与半周期结束时的电流的绝对值│I_结束│之比例如为│I_{开 始}│：│I_结束│=1:1.2…1:3.0。通过单坡屋顶形的电流波形将气体放电灯燃烧器直至换向以如下程度加热，使得能够在换向之后不久进行换向，而不由于高频电流振荡引起上述电磁干扰和问题。

优选地，半周期开始时的电流的绝对值│I_开始│与半周期结束时的电流的绝对值│I_结束│之比例如为│I_开始│：│I_结束│=1:1.5…1:3.0。所述数值确保即使在有难度的灯中也干净利落地进行换向。

在所述方法的第一设计方案中，上限为120Hz。因此，商用标准的灯能够可靠地进行调光。

在所述方法的第二设计方案中，上限为80Hz。因此，认为是有难度的商用标准的灯能够可靠地进行调光。

在所述方法的第三设计方案中，上限为1Hz。借助于所述变型形式，能够对极其难于调光的专用灯良好地进行调光。

在此，预设的运行频率通常为160Hz。

在一个优选的实施形式中，当没有达到灯电压的半周期结束时和开始时的差的阈值时，增大半周期结束时的根据本发明的单坡屋顶形的电流波形的电流的绝对值│I_结束│。

尤其优选地，将灯电压的差的阈值划分成下阈值和上阈值，并且当低于下阈值时，增大半周期结束时的电流绝对值│I_结束│，当超过上阈值时，半减小周期结束时的电流绝对值│I_结束│。

在另一个实施形式中，将灯电压的差的阈值划分成下阈值和上阈值，并且当低于下阈值时，增大半周期开始时的电流的绝对值│I_开始│，当超过上阈值时，减小半周期开始时的电流绝对值│I_开始│。

在另一个实施形式中，在低于下阈值时，增大半周期开始时的电流的绝对值│I_开始│和半周期结束时的电流的绝对值│I_结束│，并且在超过上阈值时，减小半周期开始时的电流的绝对值│I_开始│和半周期结束时的电流的绝对值│I_结束│。

在此，灯电压的差的阈值优选在0.2伏和3伏之间。此外，上阈值最多比下阈值大0.5伏。

交流电流在额定功率下的电流波形优选为矩形的。

在电极直径与额定功率之比不适当的灯中，交流电流在额定功率下的电流波形优选地是单坡屋顶形的，其中半周期开始时的电流的绝对值│I_开始│与电流结束时的电流绝对值│I_结束│之比例如为│I_开始│：│I_结束│=1:1…1:1.2。

借助于一种用于低于高压放电灯的额定功率地运行高压放电灯的电路装置来实现关于电路装置的所述目的的解决方案，其中高压放电灯在额定功率下借助于预设的运行频率的交流电流来运行，并且电路装置在此实施上述方法。

在此，能够以已知的方式构造电路装置。电路装置可包含功率因数校正电路，所述功率因数校正电路在其输出端处对中间电压回路馈电，在所述中间电压回路上连接有全桥的或半桥的形式的逆整流器。电路装置能够包含脉冲点燃设备或谐振点燃设备，以便能够点燃高压放电灯。电路装置能够包含模拟的或数字的控制电路，所述模拟的或数字的控制电路对功率因数校正电路和逆整流器进行控制。优选地，电路装置具有带有微控制器的控制电路。

用于低于高压放电灯的额定功率地运行高压放电灯的根据本发明的电路装置和根据本发明的方法的其它有利的改进形式和设计方案从其它的从属权利要求和下面的描述中得出。

附图说明

根据下文中对实施例的描述以及根据附图得出本发明的其它优点、特征和细节，在附图中相同的或功能相同的元件设有相同的附图标记。在此示出：

图1示出在额定功率下漫射点转变表现得极其微弱时的灯电压变化（曲线10）和调光运行时漫射点转变表现得强时的灯电压变化（额定功率的53%，曲线12），

图2示出在额定功率下漫射点转变表现得极其微弱时的灯电流变化（曲线20）和调光运行时漫射点转变表现得强时的灯电流变化（额定功率的53%，曲线22）。

图3示出50Hz时的多个灯电流变化，曲线30示出100%额定功率时的灯电流变化，曲线32示出借助根据现有技术的运行方法的情况下在55%的额定功率时的灯电流变化，曲线34示出借助根据本发明的方法的情况下在55%的额定功率时的灯电流变化，

图4以更高的时间分辨率示出图3中的50Hz时的灯电流变化的换向的一部分，曲线40示出100%额定功率时的电流变化，曲线42示出借助根据现有技术的运行方法的情况下在55%的额定功率时的灯电流变化，曲线44示出借助根据本发明的方法的情况下在55%的额定功率时的灯电流变化。

具体实施方式

图1示出在额定功率时漫射点转变表现得极其微弱时的灯电流变化（曲线10）和调光运行时漫射点转变122表现得强时的灯电压变化（额定功率的53%，曲线12），其中时间分辨率为10μs/Div。

图2示出图1的信号的在额定功率下漫射点转变表现得极其微弱的情况下的灯电流变化（曲线20）和调光运行时漫射点转变表现得强时的灯电流变化（额定功率的53%，曲线22），其中时间分辨率为10μs/Div。这两幅附图使本发明所基于的问题清楚。在调光运行时，电极变得过冷，并且在每次换向时，在从漫射的弧光运行方式转变到点状的弧光运行方式时出现问题，即在上文中已提及的漫射点转变121或221。这在曲线12或22中能够清楚地观察到，在曲线中，在转变时在漫射点转变121、221中出现强烈的跃升，这可察觉地反映为光谱中的高频干扰。为了能够借助这种运行方式维持电磁兼容性的极限值，大且贵的滤波组件是必需的。此外，换向时的所述不稳定性可察觉地反映为运行中的闪烁。因此，为调光运行提出根据本发明的单坡屋顶形的灯电流，所述灯电流在半周期开始时的绝对值│I_开始│与半周期结束时的绝对值│I_结束│之比例如为│I_开始│：│I_结束│=1:1.2至1:3.0。尤其优选地，半周期结束时的灯电流平均是半周期开始时的灯电流的两倍大。根据本发明，灯电流在半周期期间是可变的并且与灯电压在半周期期间的变化相关。在半周期期间灯电流上升的大小，即开始电流与结束电流之比│I_开始│：│I_结束│与在半周期期间所施加的灯电压并且主要是灯电压变化相关。灯电流在半周期中的变化调节成，使得将灯电压提高之前计算的或预设的数值ΔU₁、ΔU₂。灯电压在半周期中的电压上升的阈值根据气体放电灯而位于0.2V和4V之间。优选地将阈值划分成下阈值和上阈值。电压上升由半周期结束时的灯电压与半周期开始时的灯电压的差来计算。如果在半周期之内没有达到灯电压上升的阈值，那么增大下一半周期的开始电流与结束电流之比│I_开始│：│I_结束│，以便更多地加热阴极并且尽可能地避免换向时表现出的漫射点转变。为了实现鲁棒的控制特性，当在半周期中低于灯电压的电压上升的下阈值时，增大下一半周期的开始电流与结束电流之比│I_开始│：│I_结束│，并且当在半周期中超过灯电压的电压上升的上阈值时，所述比减小。如果灯电压的上升位于下阈值和上阈值之间的范围中，那么下一半周期的开始电流与结束电流之比│I_开始│：│I_结束│保持不变。

图3示出50Hz时的灯电流变化，曲线30示出100%的额定功率时的灯电流变化，曲线32示出借助根据现有技术的运行方法的情况下在55%的额定功率时的灯电流变化，曲线34示出借助根据本发明的方法的情况下在55%的额定功率时的灯电流变化，其中时间分辨率为10ms/Div。在曲线34中能够很好地观察到单坡屋顶形的电流变化，在此，半周期结束时的灯电流是半周期开始时的灯电流的两倍大。但是，这不足以在低调光级的情况下确保高压放电灯的稳定运行。出人意料地示出，通过将单坡屋顶形的电流波形与极其低频的运行组合，能够由此实现高压放电灯的可靠运行。这能够由下述内容解释：因为电极的高运行温度仅对于其阴极运行而言是必要的，所以通过短暂的准直流运行始终加热在下一次换向时从阳极变成阴极的电极。另一电极在该阶段中当然更加强烈地冷却，但这对于下一次换向是无问题的，因为随后电极执行从阴极到阳极的变换，并且电极的阳极运行的温度是不重要的。但是，在该换向之后，所述电极在阳极运行中又被加热同样长的时间，以便随后具有对于阳极-阴极转变而言足够高的温度。因此，根据本发明，在调光运行中，运行频率降低到上限之下，以便实现所述稳定运行。上限最高位于120Hz，优选地，将运行频率降低到大约50Hz至60Hz的频率。更低的频率能够出现问题，因为在运行频率低于50Hz的情况下，人眼显示出提高的闪烁敏感度，所述提高的闪烁敏感度对调光运行造成负面影响。在一赫兹之下人眼的闪烁敏感度才再次减小，使得极其低的运行频率也是可能的。在调光等级极其低的情况下，在低于一赫兹的极其低的运行频率的情况下能够实现高压放电灯的出乎意料稳定的运行。因此，尤其优选的根据本发明的运行频率位于50Hz至60Hz，在调光等级极其低的情况下位于1Hz之下。在此，根据本发明，也再次测量半周期中灯电压的上升，并且下一半周期的开始电流与结束电流之比│I_开始│：│I_结束│相应地匹配于当前半周期中的电压上升。

图4以更高的时间分辨率示出图3中的在50Hz时的灯电流变化的换向的一部分，曲线40示出100%额定功率时的电流变化，曲线42示出借助根据现有技术的运行方法的情况下在55%的额定功率时的灯电流变化，曲线44示出借助根据本发明的方法的情况下在55%的额定功率时的灯电流变化。时间分辨率在此不再为10ms/Div，而是仅为10μs/Div。特别地，示出的是灯电流的换向。能够很好地观察到，与在根据现有技术的运行方法中（曲线42）相比，在根据本发明的运行方法中（曲线44）出现明显少量的干扰。借助根据本发明的运行方法，实际上在灯电流换向时不再出现干扰，并且实施根据本发明的运行方法的电路装置能够明显更简单地排除干扰，从而也能够基本上更低成本地进行制造。

Claims (15)

1.用于低于高压放电灯的额定功率运行高压放电灯的方法，其中所述高压放电灯在额定功率下借助预设的运行频率的交流电流来运行，并且在半周期期间，至少在半周期开始时和在半周期结束时测量灯电压，其特征在于，具有下述步骤：

-将当前的运行频率降低到上限之下，

-将所述交流电流的电流波形改变成单坡屋顶形的电流波形，所述电流波形与所述灯电压的半周期结束时和开始时的差相关，其中半周期开始时的电流的绝对值│I_开始│与半周期结束时的所述电流的绝对值│I_{结 束}│之比例如为│I_开始│：│I_结束│=1:1.2…1:3.0。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

半周期开始时的所述电流的绝对值│I_开始│与半周期结束时的所述电流的绝对值│I_结束│之比例如为│I_开始│：│I_结束│=1:1.5…1:3.0。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述当前的运行频率的上限为120Hz。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述当前的运行频率的上限为80Hz。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述当前的运行频率的上限为1Hz。

6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，

所述预设的运行频率为160Hz。

7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

当没有达到半周期结束时和开始时的所述灯电压的差的阈值时，增大半周期结束时的所述电流的绝对值│I_结束│。

8.根据上述权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，

将所述灯电压的差的阈值划分成下阈值和上阈值，并且当低于所述下阈值时，增大半周期结束时的所述电流的绝对值│I_结束│，以及当超过所述上阈值时，减小半周期结束时的所述电流的绝对值│I_结束│。

9.根据上述权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，

将所述灯电压的差的阈值划分成下阈值和上阈值，并且当低于所述下阈值时，增大半周期开始时的所述电流的绝对值│I_开始│，当超过所述上阈值时，减小半周期开始时的所述电流的绝对值│I_开始│。

10.根据上两项权利要求8和9所述的方法，其特征在于，

在低于所述下阈值时，增大半周期开始时的所述电流的绝对值│I_{开 始}│和半周期结束时的所述电流的绝对值│I_结束│，并且在超过所述上阈值时，减小半周期开始时的所述电流的绝对值│I_开始│和半周期结束时的所述电流的绝对值│I_结束│。

11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，

灯电压的差的阈值位于0.2伏和3伏之间。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

所述上阈值最多比所述下阈值大0.5伏。

13.根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，

在额定功率下，所述交流电流的电流波形是矩形的。

14.根据权利要求1至12之一所述的方法，其特征在于，

在额定功率下，所述交流电流的电流波形是单坡屋顶形的，其中半周期开始时的所述电流的绝对值│I_开始│与半周期结束时的所述电流的绝对值│I_结束│之比例如为│I_开始│：│I_结束│=1:1…1:1.2。

15.用于低于高压放电灯的额定频率运行高压放电灯的电路装置，其中所述高压放电灯在额定功率下借助预设的运行频率的交流电流来运行，其特征在于，所述电路装置实施根据权利要求1至14之一所述的方法。

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