DE102005004916A1

DE102005004916A1 - Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe und Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe sowie Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE102005004916A1
Application number: DE102005004916A
Authority: DE
Inventors: Michael Bönigk
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2005-02-02
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-02-03
Also published as: CN101112130A; WO2006081797A1; EP1844634A1; DE102005004916B4; US20080088253A1; JP2008529245A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung mit periodisch wechselnder Polarität, wobei während des Lampenbetriebs das Auftreten eines Flacker- oder Flimmerzustands bei der Hochdruckentladungslampe und zusätzlich auch das Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen sowie vorzugsweise auch die Überschreitung statischer Parameter (z. B. Lampenüberspannung) der Hochdruckentladungslampe überwacht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Betriebsgerät mit einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochdruckentladungslampe und einem Betriebsgerät.

Ein derartiges Verfahren und ein Betriebsgerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens sind beispielsweise in der Patentschrift US 5,973,47 offenbart. Diese Schrift beschreibt ein Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe, einer Einrichtung zum Delektieren eines Flackerzustands der Hochdruckentladungslampe. Das heißt, es wird das Flackern des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe delektiert und beim wiederholten Auftreten eines Flackerzustands wird die Hochdruckentladungslampe abgeschaltet, wenn die Licht-Aus-Zeit länger als eine vorgegebene erste Zeitdauer anhält und die Licht-An-Zeit kleiner oder gleich einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer ist.

Ein Nachteil dieses Verfahrens und dieses Betriebsgerätes besteht darin, dass auf diese Weise nur ein starkes Flackern des Entladungsbogens, das den Entladungsbogen zeitweise zum Erlöschen bringt, detektiert werden kann. Es ist nicht möglich, mit Hilfe dieses Verfahrens und dieses Betriebsgerätes die Vorstufen des starken Flackerns, beispielsweise ein Flimmern des Entladungsbogens zu delektieren, das diesen noch nicht zeitweise zum Erlöschen bringt, sondern sich nur in vergleichsweise geringfügigen Fluktuationen der Brennspannung der Hochdruckentladungslampe oder des Lampenstroms äußert. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens und des Betriebsgerätes gemäß der vorgenannten Patentschrift besteht darin, dass bei diesem Verfahren und Betriebsgerät eine Unterscheidung zwischen dem Flackern des Entladungsbo gens aufgrund des Erreichens des Endes der Lebensdauer der Lampe und den Fluktuationen des Entladungsbogens aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe nicht möglich ist. Dadurch werden derartige Fluktuationen von dem Betriebsgerät gemäß dem vorgenannten Stand der Technik fälschlicherweise als Defekt in der Lampe detektiert.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe anzugeben, das zwischen unterschiedlichen Ursachen der Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe unterscheidet:
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung mit periodisch wechselnder Polarität beinhaltet die Überwachung des Auftretens von Flacker- oder Flimmerzuständen bei der Hochdruckentladungslampe und zusätzlich die Überwachung des Auftretens von Erschütterungen oder Vibrationen bei der Hochdruckentladungslampe. Dadurch wird gewährleistet, dass Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe nicht mit Flacker- oder Flimmerzuständen der Hochdruckentladungslampe verwechselt und als Defekt der Lampe gewertet werden. Insbesondere bei Hochdruckentladungslampen, die als Lichtquelle in Kraftfahrzeugen, beispielsweise im Fahrzeugscheinwerfer, eingesetzt werden, wird dadurch sicher gestellt, dass Fluktuationen des Entladungsbogens aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen, beispielsweise bedingt durch schlechte Straßenverhältnisse, nicht die End-of-Life-Abschaltung der Hochdruckentladungslampe durch ihr Betriebsgerät auslösen.

Vorteilhafter Weise wird die Überwachung auf Erschütterungen oder Vibrationen nur während des Auftretens von Flacker- Flimmerzuständen der Hochdruckentladungslampe durchgeführt, um das Verfahren möglichst effektiv zu gestalten und weil nur beim Auftreten von Flacker- oder Flimmerzuständen entschieden werden muss, ob die Fluktuationen des Entladungsbogens durch Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe bedingt sind und nach dem Abklingen der Erschütterungen oder Vibrationen wieder verschwinden.

Zur Überwachung des Auftretens von Flacker- oder Flimmerzuständen sowie von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe wird vorteilhafter Weise ein elektrischer Lampenbetriebsparameter oder eine damit korrelierte bzw. davon abgeleitete elektrische Größe überwacht. Bei diesem Lampenbetriebsparameter handelt es sich vorzugsweise entweder um die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe oder um den Lampenstrom, da beide Lampenbetriebsparameter von dem Betriebsgerät während des Lampenbetrieb zur Leistungssteuerung der Hochdruckentladungslampe ohnehin gemessen und ausgewertet werden und sich in beiden Lampenbetriebsparametern Fluktuationen des Entladungsbogens der HochdruckentLadungslampe, beispielsweise aufgrund von Flacker- oder Flimmerzuständen oder aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen, widerspiegeln. Die Brennspannung ist die Betriebsspannung der Hochdruckentladungslampe oder die Spannung an der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase im quasi-stationären Betrieb.

Versuche haben gezeigt, dass sich bei Hochdruckentladungslampen, die mit einer elektrischen Spannung bzw. einem elektrischen Strom periodisch wechselnder Polarität betrieben werden, auf unterschiedlichen Ursachen beruhende Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe durch unterschiedliche Änderungen bei den vorgenannten Lampenbetriebsparametern bemerkbar machen. Es ist daher möglich, durch Überwachung eines Lampenbetriebsparameters, beispielsweise der Brennspannung der Hochdruckentladungslampe oder des Lampenstrom, zwischen den unterschiedlichen Ursachen für die Fluktuationen des Entladungsbogens zu unterscheiden. Die 1, 3 und 4 zeigen schematisch drei unterschiedliche Brennspannungsverläufe für unterschiedliche Arten von Fluktuationen des Entladungsbogens. Bei ungestörtem Lampenbetrieb mit ruhigem Entladungsbogen wäre der zeitliche Brennspannungsverlauf im wesentlichen rechteckförmig. Die Span nungsspitzen, die in 1 (Flicker-Lampenspannungsmode 1) auf der ersten Hälfte einiger Halbwellen der Brennspannung vorhanden sind, werden durch ein Flimmern des Entladungsbogens verursacht. In 2 ist der Brennspannungsverlauf für eine Hochdruckentladungslampe mit überhöhter Brennspannung dargestellt. 3 (Flicker-Lampenspannungsmode 2) zeigt den Brennspannungsverlauf für einen weiteren Flimmerzustand der Hochdruckentladungslampe. Das Flimmern beeinflusst hier bei zwei Halbwellen die Höhe der Brennspannung. Insbesondere weist die Brennspannung auch in der zweiten Hälfte der Halbwellen einen überhöhten Wert auf. In 4 weist die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe einen modulierten Verlauf auf, der durch Erschütterungen oder Vibrationen der Lampe verursacht ist. In der 5 ist in der oberen Kurve der zeitliche Verlauf der Brennspannung für die beiden oben genannten Flimmerzustände und in der unteren Kurve der zugehörige zeitliche Verlauf des Lichtstroms dargestellt, der vom Entladungsbogen emittiert wird.

Vorteilhafterweise wird daher entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung des Lampenbetriebs mindestens ein Messwert des Lampenbetriebsparameters während eines ersten Zeitraums und mindestens ein Messwert des Lampenbetriebsparameters während eines zweiten Zeitraums ermittelt, wobei der erste Zeitraum innerhalb der ersten Hälfte und der zweite Messwert innerhalb der zweiten Hälfte des Zeitintervalls einer Halbwelle der periodischen Spannung angeordnet ist. Durch Ermittlung und Auswertung der Messwerte aus dem ersten und zweiten Zeitraum einer Halbwelle sowie durch Auswertung der Messwerte aus den zweiten Zeiträumen unterschiedlicher Halbwellen der periodischen Spannung können die Ursachen der Fluktuationen unterschieden werden.

Zum Detektieren des Flacker- oder Flimmerzustands wird vorteilhafter Weise aus dem mindestens einen Messwert während des ersten Zeitraums und dem mindestens einen Messwert aus dem zweiten Zeitraum eine erste Vergleichsgröße gebildet, die mit einem vorgegebenen ersten Referenzwert für die erste Vergleichsgröße verglichen wird. Dadurch können Flimmerzustände der Hochdruckentladungslampe gemäß der 1 detektiert werden. Außerdem wird vorteilhafter Weise aus dem mindes tens einen Messwert aus dem zweiten Zeitraum eine zweite Vergleichsgröße gebildet, die mit einem vorgegebenen zweiten Referenzwert für die zweite Vergleichsgröße verglichen wird. Dadurch können Flimmerzustände der Hochdruckentladungslampe gemäß der 3 nachgewiesen werden. Um den Einfluss von Erschütterungen oder Vibrationen gemäß der 4 auf die Lampe nachzuweisen, wird vorteilhafter Weise aus den Messwerten, die während der zweiten Zeiträume über mehrere Halbwellen ermittelt wurden, der Maximal- und der Minimalwert bestimmt und daraus eine dritte Vergleichsgröße gebildet, die mit einem vorgegebenen dritten Referenzwert für die dritte Vergleichsgröße verglichen wird. Dadurch kann der Einfluss von Erschütterungen oder Vibrationen auf den Lampenbetriebsparameter detektiert werden. Insbesondere kann eine Modulation der Lampenbrennspannung gemäß der 4 detektiert werden. Um das Überschreiten eines maximal zulässigen Wertes für den Lampenbetriebsparameter zu detektieren, werden die Messwerte aus den zweiten Zeiträumen der Halbwellen der periodischen Spannung vorteilhafter Weise zusätzlich mit einem vorgegebenen vierten Referenzwert verglichen.

Die vorgegebenen Referenzwerte sind vorteilhafter Weise derart vorgegeben, dass der zweite Referenzwert größer als die Summe aus dem dritten und vierten Referenzwert ist. Dadurch wird gewährleistet, dass die Kombination einer hohen Lampenbrennspannung mit dem Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen unterhalb des vierten bzw. dritten Referenzwertes nicht fälschlicherweise als Vorliegen eines Flimmerzustandes bewertet wird. Zur Festlegung der vorgegebenen Referenzwerte bzw. Schwellwerte wurden bei einer Hochdruckentladungslampe während des störungsfreien Lampenbetriebs in der oben beschriebenen Weise Messwerte ermittelt und daraus in der oben beschriebenen Weise erste bis vierte Vergleichsgrößen gebildet. Aus der jeweiligen Vergleichsgröße wurde durch Addition einer vorgebbaren Toleranz der entsprechende vorgegebene Referenz- bzw. Schwellwert gebildet. Als besonders effektiv hat sich erwiesen, während jedes ersten und zweiten Zeitraums jeweils nur einen Messwert zu ermitteln. Es hat sich gezeigt, dass ein Messwert pro Zeitraum vollkommen ausreichend ist, um die oben genannten Betriebszustände zu erkennen. Außerdem entfallen dadurch auch aufwändige, die Auswertungseinheit belastende Algorithmen zur Mittelwertsbildung. Vorzugsweise wird der Messwert aus dem ersten Zeitraum unmittelbar nach dem Polaritätswechsel und der Messwert aus dem zweiten Zeitraum unmittelbar vor dem Polaritätswechsel bei der entsprechenden Halbwelle der periodischen Spannung ermittelt.

Das erfindungsgemäße Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe ist mit einer Spannungsversorgungsschaltung zum Beaufschlagen der Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung wechselnder Polarität und einer Einrichtung zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens ausgestattet. Die vorgenannte Einrichtung weist vorzugsweise eine Messvorrichtung zur iterativen Messung eines Lampenbetriebsparameters, der von einem Flacker- oder Flimmerzustand der Hochdruckentladungslampe und von Erschütterungen oder Vibrationen beeinflusst wird, sowie eine Auswertungseinheit auf, die zur Auswertung der von der Messvorrichtung ermittelten Messwerte dient. Die Auswertungseinheit umfasst vorzugsweise eine programmgesteuert arbeitenden Mikrocontroller oder eine Logikschaltung oder eine Kombination aus beidem, um eine digitale oder analoge oder analog-digitale Auswertung der Messdaten zur ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Betriebsgerät und die an das Betriebsgerät angeschlossene Hochdruckentladungslampe sind Bestandteil eines Beleuchtungssystems, vorzugsweise eines Fahrzeugscheinwerfers. Die Hochdruckentladungslampe dient als Lichtquelle des Fahrzeugscheinwerfers. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen von Flacker- oder Flimmerzuständen der Hochdruckentladungslampe zu unterscheiden.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe während eines ersten Flimmerzustands
2 Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe, die eine überhöhte Spannung aufzeigt
3 Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe während eines zweiten Flimmerzustands
4 Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe, die Erschütterungen oder Vibrationen ausgesetzt ist
5 Eine Gegenüberstellung des zeitlichen Verlaufs der Lampenbrennspannung (Flicker-Modi 1 und 2) und des Lichtstroms der Hochdruckentladungslampe
6 Ein Blockschaltbild gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
7 Den zeitlichen Verlauf der Lampenbrennspannung über mehrere Perioden mit Zuordnung der Messzeitpunkte für das erfindungsgemäße Verfahren
8 Ein Flussdiagramm des Auswertungsalgorithmus gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
9 Ein Blockschaltbild gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
10 Eine schematische Darstellung der Unterteilung der Halbwellen der Lampenbrennspannung und der Auswertung des zeitlichen Brennspannungsverlaufs
In der 6 ist ein Blockschaltbild eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, anhand dessen das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für die Hochdruckentladungslampe im Folgen den beschrieben wird. Bei der Hochdruckentladungslampe handelt es sich um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckgasentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 35 Watt, die als Lichtquelle in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer verwendet wird.
Das Betriebsgerät wird von der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs gespeist. Es umfasst im wesentlichen einen Vollbrückenwechselrichter, in dessen Brückenzweig die Hochdruckentladungslampe geschaltet ist, und eine Gleichspannungsversorgungsschaltung für den Vollbrückenwechselrichter und eine Zündvorrichtung (Zünder) zum Zünden der Gasentladung in der Hochdrckentladungslampe sowie einen Mikrocontroller zur Steuerung des Vollbrückenwechselrichter und seiner Gleichspannungsversorgungsschaltung. Details der Schaltungsanordnung eines derartigen Betriebsgerätes sind beispielsweise in dem Buch „Betriebsgeräte und Schaltungen für elektrische Lampen" von C. H. Sturm und E. Klein, Siemens Aktiengesellschaft, 6. Auflage von 1992, auf den Seiten 217 bis 218 offenbart.
Die Hochdruckentladungslampe wird mittels des Vollbrückenwechselrichters mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Wechselspannung mit einer Frequenz von ungefähr 360 Hertz betrieben. Mit Hilfe des Mikrocontrollers und mittels Messvorrichtungen werden der Lampenstrom und die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe zur Leistungssteuerung der Lampe gemessen und ausgewertet. Zusätzlich werden mittels des Mikrocontrollers und einer als RC-Glied ausgebildeten Messvorrichtung pro Halbwelle der im wesentlichen rechteckförmigen Lampenbrennspannung zwei Messwerte der Lampenbrennspannung ermittelt und ausgewertet, um das Auftreten von Flacker- oder Flimmerzuständen bei der Hochdruckentladungslampe zu detektieren. Der entsprechende Eingang des Mikrocontrollers (μ-Controller) ist in 6 parallel zu dem Kondensator C des RC-Gliedes geschaltet. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes bzw. Tiefpassfilters ist sehr klein im Vergleich zur halben Periodendauer der Lampenbrennspannung.
In der 7 ist der zeitliche Verlauf der Lampenbrennspannung über mehrere Perioden schematisch dargestellt. Während jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung werden ein erster Messwert Ux_1, der innerhalb der ersten Hälfte der Halbwelle liegt, und ein zweiter Messwert Ux_2, der innerhalb der zweiten Hälfte der Halbwelle liegt, gemessen. Der erste Messwert Ux_1 aus jeder Halbwelle wird unmittelbar nach dem Polaritätswechsel der Lampenbrennspannung ermittelt und der zweite Messwert Ux_2 wird unmittelbar vor dem nächsten Polaritätswechsel der Lampenbrennspannung ermittelt. Die Messwerte Ux_1 weisen aufgrund von Spannungsspitzen unmittelbar nach jedem Polaritätswechsel der Lampenbrennspannung einen höheren Betrag als die Messwerte Ux_2 derselben Halbwelle auf. Die Messwert Ux_2 entsprechen im wesentlichen der Höhe des Plateaus der Rechteck-Halbwelle. Diese Messwerte Ux_1 und Ux_2, das heißt, ihre Absolutbeträge, werden mit Hilfe des Mikrocontrollers gemäß dem in 8 dargestellten Algorithmus ausgewertet, um Flimmerzustände der Hochdruckentladungslampe sowie den Einfluss von Erschütterungen oder Vibrationen auf den Lampenbetrieb zu überwachen.
Zum Nachweis von Flimmerzuständen gemäß dem schematisch in 1 dargestellten Flimmerzustand wird für jede Halbwelle der Lampenbrennspannung die Differenz Ux_1 – Ux_2 mit dem vorgegebenen Referenzwert oder Schwellwert Dn_F für diese Differenz verglichen. Überschreitet die Differenz diesen Schwellwert, so wird dieses als Vorhandensein eines Flimmerzustands gewertet und der Zähler FZ_1 um einen bestimmten Wert, beispielsweise um 1, erhöht.
Um das Vorhandensein einer durch Erschütterungen oder Vibrationen bedingten Modulation der Lampenbrennspannung (4) nachzuweisen, werden über eine Zeitdauer von mehreren Halbwellen der Lampenbrennspannung der Maximal-Ux_2_max und Minimalwert Ux_2_min der zweiten Messwerte Ux_2 ermittelt. Gemäß der Variante a) dieses Algorithmus werden der vorgenannte Maximal- und Minimalwert unabhängig von dem Ergebnis der vorausgegangenen Prüfung auf das Vorhandensein eines Flimmerzustands ermittelt. Gemäß der bevorzugten Variante b) werden die vorgenannten Extremwerte Ux_2_max und Ux_2_min aber nur ermittelt, nachdem zuvor bereits das Vorhandensein eines Flimmerzustands festgestellt und der Zähler FZ_1 inkrementiert wurde.
Anschließend werden die zweiten Messwerte Ux_2 jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung mit einem vorgegebenen Referenzwert Un_2_La_max verglichen, um das Überschreiten eines maximal zulässigen Wertes für die Lampenbrennspannung zu überwachen. Jedes Überschreiten des vorgenannten Referenzwertes oder Schwellwertes Un_2_La_max führt zu einer Inkrementierung des Zählers LüZ_1. Beispielsweise wird der Zähler LüZ_1 in diesem Fall um 1 erhöht.
Danach werden die zweiten Messwerte Ux_2 jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung zusätzlich mit dem vorgegebenen Referenzwert Un_2_Flicker2 verglichen, der größer ist als der Referenzwert Un_2_La_max, um das Vorhandensein eines Flimmerzustands gemäß der 3 nachzuweisen. Beim Überschreiten des Referenzwertes oder Schwellwertes Un_2_Flicker2 wird derselbe Zähler FZ_1, der schon zum Nachweis des Flimmerzustands gemäß 1 (Flicker-Lampenspannungsmode 1) verwendet wurde, inkrementiert. Da der Flimmerzustand gemäß 3 (Flicker-Lampenspannungsmode 2) eine deutlich stärkere Störung des Lampenbetriebs darstellt als der Flimmerzustand gemäß 1, wird der Zähler FZ_1 in diesem Fall stärker inkrementiert, also beispielsweise um den Wert 2 erhöht als bei dem ersten Flimmerzustand. Das heißt, die Flimmerzustände gemäß der 1 und 3 werden in dem Verhältnis 1 zu 2 gewichtet.
Anschließend wird geprüft, ob die vom Timer1 definierte Zeitdauer t_Timer1, die hier 0,5 Sekunden beträgt und sich über 360 Halbwellen der Lampenbrennspannung erstreckt, abgelaufen ist. Dementsprechend wird die oben erläuterte Prozedur für die nächste Halbwelle wiederholt oder die Vibrationserkennung durchgeführt.
Zur Vibrationserkennung wird aus den Extremwerten Ux_2_max, Ux_2_min, die während der vorgenannten Zeitdauer t_Timer1 aus den Messwerten Ux_2 ermittelt wurden, die Differenz Ux_2_max – Ux_2_min gebildet und mit dem vorgegebenen Referenzwert bzw. Schwellwert Dn_V für diese Differenz verglichen. Überschreitet diese Differenz den vorgegebenen Schwellwert Dn_V, so wird das als Beeinflussung der Lampenbrennspannung durch Erschütterungen oder Vibrationen gewertet und die Zähler FZ_1, LüZ_1 und Timer1 werden gelöscht bzw. zurückgesetzt. Ebenso werden auch die Extremwerte Ux_2_max und Ux_2_min gelöscht und geprüft, ob die vom Timer1 bestimmte Zeitdauer t_Timer2 schon abgelaufen ist. Falls die Zeitdauer t_Timer2 noch nicht abgelaufen ist, wird zu dem Anfang des Algorithmus zurückge kehrt und die Prozedur für die nächsten Halbwellen der Lampenbrennspannung wiederholt. Das heißt, diejenigen Halbwellen der Lampenbrennspannung, die durch Erschütterungen oder Vibrationen beeinflusst wurden, werden zum Auswerten von Flimmerzuständen oder überhöhter Lampenbrennspannung nicht verwendet. Der andere Fall wird unten erläutert.
Falls die oben genannte Differenz Ux_2_max – Ux_2_min den vorgegebenen Referenzwert Dn_V nicht überschreitet, das heißt, falls keine Beeinflussung der Lampenbrennspannung durch Erschütterungen oder Vibrationen detektiert wurde, so wird der aktuelle Wert des Zählers FZ_1 für den Flimmerzustand mit dem vorgegebenen zulässigen Maximalwert FZn_1 für den Zählerstand des Zählers FZ_1 verglichen. Beim Überschreiten des zulässigen Maximalwertes wird der Zähler FZ_2 inkrementiert, der die Flimmerereignisse während der Zeitdauer t_Timer2 zählt. Außerdem wird der aktuelle Stand des Zählers LüZ_1 für überhöhte Lampenbrennspannung mit dem vorgegebenen zulässigen Maximalwert LüZn_1 für den Zählerstand des Zählers LüZ_1 verglichen und beim Überschreiten dieses zulässigen Maximalwertes der Zähler LüZ_2 inkrementiert, der die Ereignisse überhöhter Lampenbrennspannung während der Zeitdauer t_Timer2 zählt. Anschließend werden die Zähler FZ_1, LüZ_1 und Timer1 gelöscht bzw. zurückgesetzt. Ebenso werden auch die Extremwerte Ux_2_max und Ux_2_min gelöscht und geprüft, ob die vom Timer1 bestimmte Zeitdauer t_Timer2 schon abgelaufen ist. Falls die Zeitdauer t_Timer1 noch nicht abgelaufen ist, wird zu dem Anfang des Algorithmus zurückgekehrt und die Prozedur für die nächsten Halbwellen der Lampenbrennspannung wiederholt.
Nach Ablauf der vom Timer1 bestimmten Zeitdauer t_Timer2, die hier 180 Sekunden beträgt, wird der aktuelle Wert des Zählers FZ_2 mit einem vorgegebenen zulässigen Maximalwert FZn_2 für den Zählerstand des Zählers FZ_2 verglichen. Beim Überschreiten dieses Maximalwertes wird ein Statusbit für das Vorhandensein eines Flimmerzustandes gesetzt, um beispielsweise eine entsprechende Anzeige in einem Display auszulösen oder eine Abschaltung des Betriebsgerätes bzw. der Hochdruckentladungslampe herbeizuführen.
Außerdem wird der aktuelle Wert des Zählers LüZ_2 mit einem vorgegebenen zulässigen Maximalwert LüZn_2 für den Zählerstand des Zählers LüZ_2 verglichen. Beim Überschreiten dieses Maximalwertes wird ein Statusbit für das Vorhandensein ein überhöhten Lampenbrennspannung gesetzt, um beispielsweise eine entsprechende Anzeige in einem Display auszulösen oder eine Abschaltung des Betriebsgerätes bzw. der Hochdruckentladungslampe herbeizuführen.
Falls keine Abschaltung des Betriebsgerätes erfolgt ist, wird anschließend der Timer2 rückgesetzt und die Zähler FZ_2 und LüZ_2 werden gelöscht und zu dem Anfang des Algorithmus zurückgekehrt, um ihn für die nächsten Halbwellen der Lampenbrennspannung erneut zu durchlaufen.
Die vorgegebenen Referenzwerte Un_2_La_max, Un_2-Flicker2. Dn_F und Dn_V sind in einem Speicherelement des Betriebsgerätes bzw. des Mikrocontrollers permanent gespeichert und besitzen für jedes Betriebsgerät desselben Typs dieselben Werte. Zur Festlegung der vorgenannten, vorgegebenen Referenzwerte wurde eine Referenzlampe an einem Referenzbetriebsgerät unter definierten Betriebsbedingungen betrieben und für die in den 1 bis 4 dargestellten Betriebssituationen sowie für den störungsfreien Lampenbetrieb wurde der zeitliche Verlauf der Lampenbrennspannung gemessen. Der Vergleich der Lampenbrennspannung während des störungsfreien Lampenbetriebs mit der Lampenbrennspannung während jeweils einer der in den 1 bis 4 dargestellten Situationen ermöglicht es, die vorgenannten, vorgegebenen Referenzwerte festzulegen, bei deren Überschreiten der störungsfreie Lampenbetrieb verlassen wird. Beispielsweise wurden zur Festlegung des ersten, vorgegebenen Referenz- bzw. Schwellwertes während des störungsfreien Betriebs der Referenzlampe an dem Referenzbetriebsgerät in der oben beschriebene Weise Messwerte Ux_1, Ux_2 ermittelt und deren Differenz gebildet. Der erste, vorgegebene Referenzwert bzw. Schwellwert wurde festgelegt, indem zu der Differenz Ux_1 – Ux_2 der vorgenannten Messwerte Ux_1, Ux_2 eine vorgebbare Toleranz addiert wurde. Analog dazu wurden die anderen vorgegebenen Referenz- bzw. Schwellwerte festgelegt.
Wie bereits weiter oben erläutert wurde, ist der vorgegebene Referenzwert Un_2_Flicker2 größer als die Summe der vorgegebenen Referenzwerte Un_2_La_max und Dn_V, um zu vermeiden, dass eine hohe Lampenbrennspannung mit einem Flimmerzustand verwechselt wird.
Die vorgegebenen, zulässigen Maximalwerte für den Zählerstand der Zähler FZn_1, LüZn_1, FZn_2 und LüZn_2 werden entweder ebenfalls in einem Speicherelement des Betriebsgerätes bzw. des Mikrocontrollers permanent gespeichert und sind für jedes Betriebsgerät desselben Typs gleich, oder werden alternativ durch die im Mikrocontroller implementierte Software festgelegt. Beispielsweise wird der zulässige Maximalwert FZn_1 erreicht, wenn bei 70% der Halbwellen der Lampenbrennspannung aus dem Zeitraum t_Timer1 die Differenz Ux_1 – Ux_2 größer als Dn_F ist oder bei 35% der Halbwellen der Lampenbrennspannung aus dem Zeitraum t_Timer1 der Messwert Ux_2 größer als Un_2_Flicker2 ist (Verhältnis 1 zu 2 [35%/70%] bei einer Wichtung von 1 zu 2). Der zulässige Maximalwert LüZn_1 für den Zähler LüZ_1 für die überhöhte Lampenbrennspannung wird erreicht, wenn bei 97% der Halbwellen der Lampenbrennspannung aus dem Zeitraum t_Timer1 der Messwert Ux_2 größer als der Referenzwert Un_2_La_max ist. Analog können auch die anderen zulässigen Maximalwere FZn_2 und LüZn_2 für die Zähler FZ_2 und LüZ_2 festgelegt werden.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Differenz der Messwerte Ux_1, Ux_2 und der Extremwerte Ux_2_max und Ux_2_min ausgewertet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass Erkennung von Störungen des Lampenbetriebs unabhängig von der Höhe der Lampenbrennspannung ist. Alternativ könnte aber auch der Quotient der vorgenannte Messwerte bzw. Extremwerte zum Vergleich mit einem vorgegebenen Referenzwert ausgewertet werden.
In der 9 ist ein Blockschaltbild eines Betriebsgerätes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 6, das eine rein digitale Auswertungseinheit aufweist, besitzt das Betriebsgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine gemischt analog- digitale Auswertungseinheit. Das Betriebsgerät gemäß dem Blockschaltbild der 9 umfasst ebenfalls einen Vollbrückenwechselrichter mit einer in den Brückenzweig geschalteten Hochdruckentladungslampe und einer Zündvorrichtung (Zünder) für die Lampe sowie einer Gleichspannungsversorgungsschaltung für den Vollbrückenwechselrichter. Außerdem besitzt das Betriebsgerät einen Mikrocontroller (μ-Controller) zur Steuerung des Vollbrückenwechselrichter und seiner Gleichspannungsversorgungsschaltung. Das Betriebsgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich nur durch die aus mehreren Operationsverstärkern und Sample & Hold-Gliedern bestehende, analoge Auswertungseinheit, die dem Mikrocontroller vorgeschaltet ist, von dem Betriebsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Hochdruckentladungslampe wird mittels des Vollbrückenwechselrichters mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Wechselspannung mit einer Frequenz von ungefähr 360 Hertz betrieben. Mit Hilfe des Mikrocontrollers und mittels Messvorrichtungen werden der Lampenstrom und die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe zur Leistungssteuerung der Lampe gemessen und ausgewertet. Zusätzlich wird mittels des Mikrocontrollers und mittels der in 9 schematisch dargestellten Auswertungseinheit, die zwischen die Anschlüsse des Mikrocontrollers und dem Mittenabgriff zwischen dem Vollbrückenwechselrichter und ihrer Gleichspannungsversorgungsschaltung geschaltet ist, im wesentlichen der oben beschriebene Algorithmus (8) durchgeführt.
Allerdings bezeichnen die Bezugszeichen Ux_1, Ux_2 hier nicht die beiden Messwerte aus der ersten bzw. zweiten Hälfte jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung, sondern Mittelwerte der Lampenbrennspannung, die von der analogen Auswertungseinheit aus den Messwerten während des ersten Zeitraum t1 bzw. während des zweiten Zeitraums t2 für jede Halbwelle der Lampenbrennspannung gebildet werden, wobei der erste Zeitraum t1 sich bei jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung über einen Teil der ersten Hälfte dieser Halbwelle oder über die gesamte erste Hälfte der Halbwelle erstreckt und der zweite Zeitraum t2 sich bei jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung über einen Teil der zweiten Hälfte dieser Halbwelle oder über die gesamte zweite Hälfte dieser Halbwelle der Lampenbrennspannung – beispielsweise von t1 bis T/2 – erstreckt. In der 10 ist schematisch der zeitliche Verlauf der Brennspannung (U_Lampe) der Hochdruckentladungslampe und die Unterteilung der Halbwellen der Brennspannung in zwei Hälften mit den Zeitintervallen t1, t2 und der Periodendauer T der Brennspannung dargestellt. Die grau melierten Rechtecke Ux_1, Ux_2 in dem mittleren Teil der 10 symbolisieren. dass während der Zeitintervalle t1, t2 Messwerte der Lampenbrennspannung ermittelt werden und daraus durch Aufsummieren oder Aufintegrieren dieser Messwerte über die Zeitintervalle t1, t2 für jedes Zeitintervall t1 bzw. t2 jeweils ein für dieses Zeitintervall repräsentativer Mittelwert Ux_1 bzw. Ux_2 der Lampenbrennspannung gebildet und zur weiteren Auswertung herangezogen wird. Auch hier werden die Absolutbeträge der Mittelwerte Ux_1, Ux_2 zur Auswertung herangezogen. Der untere Teil der 10 zeigt die Differenz der Mittelwerte Ux_1, Ux_2 in einem vergrößerten Maßstab für die vertikale Achse und den entsprechenden vorgegebenen ersten Referenz- bzw. Schwellwert Dn_F, der in 10 als Triggerschwelle bezeichnet ist.
Der Mittelwert Ux_1 jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung wird dem ersten Eingang des Operationsverstärkers D_F zugeführt und der Mittelwert Ux_2 derselben Halbwelle der Lampenbrennspannung wird dem zweiten, invertierenden Eingang des Operationsverstärkers D_F zugeführt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers D_F (Differenzbildner) wird dem ersten Eingang eines weiteren Operationsverstärkers zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem vorgegebenen Referenzwert Dn_F für den Flimmerzustand gemäß 1 beaufschlagt wird. Dieser Operationsverstärker arbeitet wie ein Schwellwertschalter. Sein Ausgang ist mit einem Eingang des Mikrocontrollers verbunden.
Aus den Mittelwerten Ux_2 unterschiedlicher Halbwellen der Lampenbrennspannung werden mittels Sample & Hold-Gliedern die Maximal- und Minimalwerte ermittelt und jeweils einem Eingang des Operationsverstärkers D_V zugeführt. Das Differenzsignal am Ausgang des Operationsverstärkers D_V wird dem ersten Eingang eines zweiten, als Schwellwertschalter arbeitenden Operationsverstärkers zuge führt, dessen zweiter Eingang mit dem vorgegebenen Referenzwert Dn_V für die Vibrationserkennung beaufschlagt wird. Der Ausgang dieses zweiten, als Schwellwertschalter arbeitenden Operationsverstärkers ist mit einem Eingang des Mikrocontrollers verbunden.
Die Mittelwerte Ux_2 aus dem zweiten Zeitraum t2 der Halbwellen der Lampenbrennspannung werden zusätzlich jeweils dem ersten Eingang eines als Schwellwertschalter ausgebildeten Operationsverstärkers, dessen zweiter Eingang mit dem vorgegebenen Referenzwert U_La_max für die maximal zulässige Lampenbrennspannung bzw. mit dem vorgegebenen Referenzwert Un_2_Flicker2 für die Erkennung des Flimmerzustands gemäß 3 beaufschlagt wird, zugeführt. Der Ausgang der beiden vorgenannten, als Schwellwertschalter ausgebildeten Operationsverstärker ist jeweils mit einem Eingang des Mikrocontrollers verbunden.
Im Mikrocontroller wird in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der vorgenannten, als Schwellwertschalter arbeitenden Operationsverstärker ein entsprechendes Statusbit für das Auftreten eines Flimmerzustands oder einer überhöhten Lampenbrennspannung gesetzt und gegebenenfalls die Abschaltung des Betriebsgerätes ausgelöst. Falls während des überwachten Zeitraums das Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen detektiert wurde, wird für diesen Zeitraum die Auswertung der Halbwellen der Lampenbrennspannung bezüglich der in den 1 und 3 dargestellten Flimmerzustände und der in 2 dargestellten überhöhten Lampenbrennspannung ausgesetzt.
Die vorgegebenen Referenzwerte Dn_F, Dn_V, Un_2_Flicker2 und Un_2_La_max bzw. U_La_max besitzen für die beiden Ausführungsbeispiele unterschiedliche Werte.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise muss zur Überwachung der Lampenbrennspannung nicht jede Halbwelle der Lampenbrennspannung herangezogen und ausgewertet werden. Es genügt, wenn beispielsweise nur die Halbwellen einer Polarität für die Überwachung ausgewertet werden. Außerdem kann anstelle der Lampenbrennspannung auch ein anderer Lampenbetriebsparameter, der von Flimmerzuständen und Erschütterungen oder Vibrationen der Lampe beeinflusst wird, beispielsweise der Lampenstrom zur Überwachung der Hochdruckentladungslampe herangezogen werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung mit periodisch wechselnder Polarität, wobei während des Lampenbetriebs das Auftreten eines Flacker- oder Flimmerzustands bei der Hochdruckentladungslampe überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Lampenbetriebs das Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung auf Erschütterungen oder Vibrationen nur während des Auftretens eines Flacker- oder Flimmerzustands durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Lampenbetriebsparameter oder eine damit korrelierte elektrische Größe zum Detektieren des Flacker- oder Flimmerzustands und dem Detektieren von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladumgslampe überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich das Überschreiten eines maximal zulässigen Wertes (Un_2_La_max; U_La_max) für den Lampenbetriebsparameter überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Lampenbetriebsparameter die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Überwachung des Lampenbetriebs mindestens ein Messwert des Lampenbetriebsparameters während eines ersten Zeitraums (t1) und mindestens ein Messwert des Lampenbetriebsparameters während eines zweiten Zeitraums (t2) ermittelt wird, wobei der erste Zeitraum (t1) innerhalb der ersten Hälfte und der zweite Zeitraum (t2) innerhalb der zweiten Hälfte des Zeitintervalls einer Halbwelle der periodischen Spannung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren des Flacker- oder Flimmerzustands aus dem mindestens einen Messwert während des ersten Zeitraums (t1) und dem mindestens einen Messwert während des zweiten Zeitraums (t2) eine erste Vergleichsgröße gebildet wird, die mit einem vorgegebenen ersten Referenzwert (Dn_F) für die erste Vergleichsgröße verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren des Flimmerzustands aus dem mindestens einen Messwert während des zweiten Zeitraums (t2) eine zweite Vergleichsgröße gebildet wird, die mit einem vorgegebenen zweiten Referenzwert (Un_2_Flicker2) für die zweite Vergleichsgröße verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren von Erschütterungen oder Vibrationen aus den Messwerten, die während der zweiten Zeiträume (t2) mehrerer Halbwellen ermittelt wurden, der Maximal-(Ux_2_max) und Minimalwert (Ux_2_min) bestimmt wird und daraus eine dritte Vergleichsgröße gebildet wird, die mit einem vorgegebenen dritten Referenzwert (Dn_V) für die dritte Vergleichsgröße verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren des Überschreitens des maximal zulässigen Wertes für den Lampenbetriebsparameter die Messwerte aus den zweiten Zeiträumen (t2) der Halbwellen der periodischen Spannung mit einem vorgegebenen vierten Referenzwert (Un_2_La_max; U_La_max) verglichen werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Referenzwert (Un_2_Flicker2) größer als die Summe aus dem dritten (Dn_V) und vierten Referenzwert (Un_2_La_max; U_La_max) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während jedes ersten (t1) und zweiten Zeitraums (t2) jeweils nur ein Messwert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert aus dem ersten Zeitraum (t1) unmittelbar nach dem Polaritätswechsel und der Messwert aus dem zweiten Zeitraum (t2) unmittelbar vor dem Polaritätswechsel bei der entsprechenden Halbwelle der periodischen Spannung ermittelt wird.
Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe mit einer Spannungsversorgungsschaltung zum Beaufschlagen der Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung wechselnder Polarität, wobei das Betriebsgerät eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
Betriebsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Messvorrichtung zur iterativen Messung eines Lampenbetriebsparameters, der von einem Flimmerzustand und Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe beeinflusst wird, und eine Auswertungseinheit zur Auswertung der von der Messvorrichtung ermittelten Messwerte aufweist.
Betriebsgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit einen programmgesteuert arbeitenden Mikrocontroller oder bzw. und eine Logikschaltung umfasst.
Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochdruckentladungslampe und einem Betriebsgerät für die Hochdruckentladungslampe gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16.
Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 17, die als Fahrzeugscheinwerfer ausgebildet ist.