DE102005047985A1 - Dynamische Wendelheizung - Google Patents

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    • H05B41/14Circuit arrangements
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    • H05B41/28Circuit 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
    • H05B41/295Circuit 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 with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit wenigstens einer Heizwendel, DOLLAR A aufweisend die folgenden Schritte: DOLLAR A - Eingabe eines Dimmbefehls an das Betriebsgerät, der eine im Vergleich zur aktuellen Leistung höhere Leistung der Gasentladungslampe aufweist, DOLLAR A - Einstellen eines erhöhten Heizstroms an der Heizwendel für die durch den Dimmwert angewiesene höhere Leistung der Gasentladungslampe und DOLLAR A - Einstellen der dem Dimmbefehl entsprechenden höheren Leistung der Gasentladungslampe durch das Betriebsgerät, nachdem sich der erhöhte Heizstrom an der Heizwendel eingestellt hat.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ansteuerung und/oder Regelung des Heizbetriebs einer Heizwendel einer Gasentladungslampe, wie sie typischerweise durch Betriebsgeräte für Gasentladungslampen durchgeführt wird.
  • Beispielsweise durch die Hersteller von Gasentladungslampen wird vorgegeben, welche Heizparameter (insbesondere Heizstrom) für eine Heizwendel einer Gasentladungslampe bereitgestellt werden müssen. Diese Heizparameter werden üblicherweise abhängig von der Lampenleistung der Gasentladungslampe festgelegt, so dass sich unterschiedliche Heizparameter für unterschiedliche Lichtpegel ergeben. Derartige Vorschriften sind indessen für den statischen Betrieb festgelegt, bei dem sich also die Lampenleistung gar nicht bzw. nur über sehr lange Zeitdauer hin gesehen verändert.
  • Andererseits ist das Problem bekannt, dass diese Vorgaben unter bestimmten Verhältnissen nicht mehr zutreffend sein können, so dass sich die Lebensdauer der Heizwendel verkürzen kann. Diese kritischen Betriebszustände sind insbesondere eine sehr schnelle Veränderung des Lampenstroms ausgehend beispielsweise von niedrigen Lichtpegelstellungen (Dimmstellungen). Dabei kann das sogenannte 'Sputtering' auftreten, wie es üblicherweise nur bei zu kalten Wendeln auftritt. Dieses 'Sputtering' lässt die Wendel bei häufigem Auftreten sehr schnell altern, was zu einem frühzeitigen Ausfallen der zugeordneten Lampe führen kann.
  • Dieses Problem kann auch nicht durch eine grundsätzliche Anpassung der Heizströme behoben werden, da insbesondere zu hohe Heizströme andere Alterungseffekte wie beispielsweise das Verdampfen des Emittermaterials und eine Kolbenschwärzung verursachen können. Auch diese Probleme können dann zu einer Lebensdauerverkürzung der Gasentladungslampe führen.
  • Die Erfindung setzt an diesem Problem an und stellt eine Lösung bereit, wie eine unnötige Verkürzung der Lebensdauer der Heizwendel bei statischem und auch bei nicht-statischem Dimmbetrieb der Gasentladungslampe vermieden werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonderes vorteilhafter Weise weiter.
  • Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe vorgeschlagen, wobei die Gasentladungslampe wenigstens eine Heizwendel aufweist.
  • Dem Betriebsgerät kann ein Lichtpegel in Form eines Dimmbefehls vorgegeben werden. Wenn ein anliegender Dimmbefehl beispielsweise einen im Vergleich zur aktuellen Leistung der angeschlossenen Gasentladungslampe höhere Leistung der Gasentladungslampe anweist, wird durch das Betriebsgerät ein erhöhter Heizstrom an der Heizwendel eingestellt. Dieser erhöhte Heizstrom entspricht der Summe aus dem Wert, der beispielsweise vom Lampenhersteller für die angewiesene höhere Leistung der Gasentladungslampe im statischen Betrieb vorgegeben ist und einem Korrekturwert, der die dynamische Belastung der Wendel berücksichtigt. Erst wenn sich der erhöhte Heizstrom an der Heizwendel dann auch eingestellt hat, wird zeitlich gesehen verzögert die dem Dimmbefehl entsprechende höhere Leistung der Gasentladungslampe durch das Betriebsgerät eingestellt. Nach Einschwingen des Systems besteht die Möglichkeit, den statischen Heizstrom auf den vom Lampenhersteller vorgegebenen Wert einzustellen. Zum energieoptimalen Betrieb der Lampe, beispielsweise bei sehr niedrigen Lichtpegeln, ist darüber hinaus bei längerem stationären Lichtpegel eine weitere Anpassung (Absenkung) des Heizstroms möglich.
  • Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass der Heizstrom nicht nur abhängig von den statischen Zuständen des Dimmbetriebs, sondern auch von der Dynamik, also den zeitlichen Änderungen des Dimmbetriebs eingestellt wird. Beispielsweise kann ein Betriebsgerät dem Heizstrom I für die Heizwendel abhängig von der zeitlichen Änderung des Dimmwerts in einem definierten vorhergehenden Zeitintervall dt einstellen. Insbesondere kann der Heizstrom desto höher eingestellt werden je höher größer die Dimmdynamik ist.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf einen Steuerbaustein für ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen, der zur Durchführung eines Verfahrens der angeführten Art ausgelegt ist.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf ein dimmbares Betriebsgerät für Gasentladungslampen, das einen derartigen Steuerbaustein aufweist.
  • Schließlich bezieht sich die Erfindung auch auf ein Computersoftware-Programmprodukt, das ein derartiges Verfahren implementiert, wenn es auf einer Recheneinrichtung läuft.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sollen nunmehr anhand der Figuren der beigefügten Zeichnungen sowie der detaillierten Erläuterung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • 1 zeigt schematisch ein System gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 2 zeigt Zeitverlaufsdiagramme zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in der 1 dargestellt, ist ein Betriebsgerät vorgesehen, das beispielsweise ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) sein kann. Dieses Betriebsgerät steuert den Betrieb einer Gasentladungslampe 8 an, die wenigstens eine Heizwendel 15 aufweist.
  • Das Betriebsgerät kann mit einer Schnittstelle 2 versehen sein, mittels der dem Betriebsgerät insb. digitale Sollwerte für Lichtpegel beispielsweise über eine Busleitung 1 zugeführt werden können. Das Betriebsgerät ist grundsätzlich dazu ausgelegt, den Betrieb der Lampe 8 derart zu steuern, dass die Ist-Lichtleistung der Lampe 8 im wesentlichen einem extern bspw. mittels eines Dimmsignals vorgegebenen Lichtpegel 1 entspricht, wobei die Zuführung der Lichtpegel über eine Busleitung nur eine Möglichkeit der Sollwertvorgabe darstellt.
  • Dazu gibt eine EVG-Steuerung 3 einen Lichtsollwert 4 an eine Einheit 5, die eine Lampenleistung/Lampenstromberechnung durchführt und wiederum eine Lampenregeleinheit 6 ansteuert. Die Einheit 5 gibt der Lampenregelungseinheit 6 einen Sollwert vor, mittels dem die Leistung der Lampe 8 steuerbar ist. Bei einem hochfrequenten Betrieb einer Gasentladungslampe kann beispielsweise diese Vorgabe die Betriebsfrequenz einer Halbbrücke zur Erzeugung der hochfrequenten Betriebsspannung für die Lampe 8 sein. Allerdings sind auch beliebige andere Steuerwerte, wie beispielsweise Betriebsspannung oder Betriebsstrom der Lampe 8 denkbar.
  • Abhängig von dem zugeführten Steuerwert von der Einheit 5 steuert die Lampenregelung 6 mittels eines Leistungsverstärkers 7 entsprechend den Betrieb der Lampe 8 an. Gleichzeitig kann vorgesehen sein, dass ein Parameter 10 zur Lampenregelung 6 zurückgeführt wird, wobei der Parameter 10 ein Indiz für die aktuelle Lampenleistung ist und beispielsweise der Lampenstrom und/oder die Lampenspannung sein kann. In diesem Fall liegt also eine Lampenleistungsregelung vor.
  • Die EVG-Steuerung 3 gibt weiterhin einen Wendelheizungssollwert 11 abhängig von dem zugeführten Soll-Lichtpegel 1 an eine Einheit 12 zur Wendelheizungsberechnung bspw. zur Adaption und Vorsteuerung aus. Weiterhin gibt die EVG-Steuerung 3 einen Adaptionssollwert 9 an diese Einheit 12 aus, mittels der die Art der Adaption und Vorsteuerung durch die Einheit 12 beeinflusst werden kann.
  • Ausgehend von dem Wendelheizungssollwert 11 und dem Adaptionssollwert 9 wird eine Wendelheizungssteuerungs- und/oder Regelungseinheit 13 angesteuert, die einen Steuerwert für die Wendelheizung 15 ausgibt, der mittels eines Leistungsverstärkers 14 verstärkt wird. Gleichzeitig kann ein die Heizleistung wiedergebender Parameter 16 von der Wendel 15 zu der Steuer- und/oder Regelungseinheit 13 zurückgeführt werden.
  • Dieser Parameter der Heizleistung kann bspw. der Heizstrom und/oder die Heizspannung sein.
  • Schließlich wird auch der die Lampenleistung wiedergebende Parameter 10 zu der Wendelheizungsberechnung, Adaption und Vorsteuereinheit 12 zurückgeführt.
  • Insbesondere wenn das dargestellte Betriebsgerät als digital angesteuertes dimmbares Gerät ausgeführt ist, kann also die Information über den gewünschten zukünftigen Lichtpegel jeweils kurz vor Ausführung der Vorgabe vergleichsweise einfach für mehrere unabhängige Regelungsprozesse nutzbar gemacht werden. Diese Regelungsprozesse können bspw. zeitlich kurz vor der Ansteuerung der Lampe auf den aktuell vorliegenden Vorgabewert durchgeführt werden.
  • Erfindungsgemäß kann dazu vorgesehen sein, dass die Lampenleistungsregelung und die Wendelheizungsregelung durch voneinander unabhängige Regelungseinheiten durchgeführt wird, so dass ein Lampenleistungsparameter und ein Wendelheizleistungsparameter sowohl statisch wie auch zeitlich unabhängig voneinander eingestellt werden können.
  • Grundsätzlich kann somit die Wendelheizung, d.h. insbesondere die Einstellung des Wendelheizstroms nicht nur abhängig von dem statischen Parametern der Lampenleistungsregelung, sondern auch abhängig von der Dynamik der Lampenleistungsregelung, d.h. der Dimmdynamik ausgeführt werden.
  • Beispielsweise kann zur Erhöhung der Lampenlebensdauer dann, wenn die Dimmdynamik gerade niedrig ist und somit die Vorgabe für den Lampenstrom über längere Zeit nicht verändert wurde, ein Heizleistungsparameter (bspw. der Wendelheizstrom oder die Heizspannung) auf einen Wert für optimale Lebensdauer im stationären Betrieb angepasst, insbesondere abgesenkt, werden.
  • Umgekehrt kann der Heizstrom für den Fall einer erhöhten Dimmdynamik abweichend von demjenigen Vorgabewert für die Wendelheizung angepasst, insbesondere angehoben, werden, der für den stationären Betrieb vorgesehen ist.
  • Bspw. kann also bei einem Dimmsprung von 0% auf 100% Lichtpegel die Heizleistung temporär über den Nominalwert erhöht werden („Überheizen"), während bei einem Dimmsprung von 100 auf 1% Lichtpegel die Heizleistung temporär unter den Nominalwert verringert werden kann („Unterheizen").
  • Wenn sich der temporäre Heizwert dann – wie durch die Rückführung erfasst- an der Heizwendel und/oder der Lichtpegel eingestellt hat, kann ein von dem temporären Heizwert abweichender Dauerheizwert (statischer oder stationärer Heizwert) eingestellt werden.
  • Im übrigen können über den temporären/stationären Heizwert hinaus ggf. noch weitere Zwischenstufen für die Heizleistung vorgesehen sein.
  • Da dieser Vorgabewert für die Wendelheizung für den stationären Betrieb für den Betrieb bei dynamischen Dimmanwendungen regelmäßig nicht mehr ausreichend ist, kann also die Wendelheizung bei dynamischer Beanspruchung des Systems, insbesondere über einen längeren Zeitraum hin auf einen angepassten Wendelheizungswert innerhalb der von dem Lampenhersteller spezifizierten Grenzen geregelt werden.
  • Bei extrem hoher dynamischer Belastung bis hin zu Sprungfunktionen im angeforderten Lichtpegel kann dann zur schnelleren thermischen Einschwingung der Wendel die Wendelheizung kurzzeitig auch außerhalb denvom Lampenhersteller spezifizierten Werte betrieben werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann insbesondere bei zeitunkritischen Anwendungen die Änderung des Lampenstroms gegenüber der Änderung der Wendelheizung geringfügig verzögert bzw. beschleunigt werden. Durch die entsprechende frühzeitige Anpassung der Heizung kann somit die Auswirkung der thermischen Zeitkonstante der Wendel besser kompensiert werden und der negative Sputtering-Effekt bei ansonsten auf optimalen Wert für die Lebensdauer eingestellte Wendelheizung vermieden werden.
  • Im übrigen führt die minimierte stationäre Zuheizung der Wendelheizung auch zu einem besseren Wirkungsgrad des Gesamtsystems Leuchte. Insbesondere bei tiefen Dimmwerten, d.h. bei kleiner Lampenleistung und der dazu notwendigen höchsten Wendelheizung (zur Verringerung eines Erkaltens der Wendel) wirkt sich diese Einsparung wesentlich auf den Gesamtwirkungsgrad der Leuchte aus.
  • In 2 ist beispielhaft dargestellt, wie (siehe den Zeitraum von 5–15 Sekunden) bei statischem Dimmbetrieb der Heizpegel abgesenkt werden kann. Andererseits, wenn die Lichtpegeländerungen (siehe den Bereich von etwa 45 bis 55 Sekunden) sehr groß sind, kann der Heizstrom der Wendelheizung über den für den statischen Betrieb vorgesehenen Wert (100 Wert) hinaus angehoben werden.
  • Wie ebenfalls ersichtlich ist der Heizpegel bei geringeren Lichtpegeln anzuheben.
  • Eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung liegt bspw. im Notlichtbetrieb, wobei von einem Normallichtpegel auf einen Notlichtpegel umgeschaltet wird. Beim Wechsel auf den Notlichtpegel kann die Heizung kurzfristig (temporär) mit einem ersten, lampenoptimierten Heizwert betrieben werden, bevor dann ein die Ressourcen (Batterie etc.) schonender niedriger stationärer Heizwert eingestellt wird.
  • Dies ist insbesondere vorteilhaft bei den für Notlichtgeräten vorgeschriebenen regelmässigen Funktionsprüfungen, bei denen die Lampe kurzfristig in den Notlichtbetrieb geschaltet werden. Im Prüfmodus wird dabei der temporäre lampenoptimierte Heizwert beibehalten, was die Lebensdauer der Lampe verlängert. Der stationäre, niedrigere Heizwert wird dagegen nicht im Prüfmodus, sondern nur im echten Notlichtbetrieb langfristig eingestellt.
  • Der stationäre Heizwert kann im Notlichtbetrieb im übrigen „Null" sein, d.h. wird abgeschaltet.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit wenigstens einer Heizwendel, aufweisend die folgenden Schritte: – Eingabe eines Dimmbefehls an das Betriebsgerät, der einen im Vergleich zum aktuellen Lichtpegel geänderten Lichtpegel anweist, – Einstellen eines geänderten Heizleistungsparameterwerts an der Heizwendel für den durch den Dimmwert angewiesenen höheren Lichtpegel, und – Einstellen des dem Dimmbefehl entsprechenden geänderten Lichtpegels durch das Betriebsgerät, nachdem sich der geänderte Heizleistungsparameterwert an der Heizwendel eingestellt hat.
  2. Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit wenigstens einer Heizwendel, aufweisend die folgenden Schritte: – Eingabe eines Dimmbefehls an das Betriebsgerät, der einen im Vergleich zum aktuellen Lichtpegel geänderten Lichtpegel anweist, – Einstellen des dem Dimmbefehl entsprechenden geänderten Lichtpegels durch das Betriebsgerät und Einstellen eines temporären Heizleistungsparameterwerts, und – danach Einstellen eines von dem temporären Heizleistungsparameterwerts abweichenden stationären Heizleistungsparameterwerts.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der stationäre Heizleistungsparameterwert eingestellt wird, sobald sich der geänderte Lichtpegel stabilisiert hat.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, das bei einem Notlichtbetrieb verwendet wird, wobei bei dem Wechsel auf den Notlichtbetrieb der temporäre Heizleistungsparameterwert und dann der stationäre Heizleistungsparameterwert eingestellt.
  5. Verfahren zum Betrieb eines dimmbaren Betriebsgeräts für eine Gasentladungslampe mit wenigstens einer Heizwendel, wobei das Betriebsgerät einen Wert für einen Heizleistungsparameter für die Heizwendel abhängig von der zeitlichen Änderung d(Dimmwert)/dt des Dimmwerts in einem definierten vorhergehenden Zeitintervall dt einstellt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Heizleistungsparameterwert desto höher eingestellt wird, je grösser die Dimmdynamik ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Heizleistungsparameter die Heizspannung und/oder der Heizstrom ist.
  8. Steuerbaustein für ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüchen ausgelegt ist.
  9. Dimmbares Betriebsgerät für Gasentladungslampen, aufweisend einen Steuerbaustein nach Anspruch 8.
  10. Dimmbares Betriebsgerät für Gasentladungslampen, das ein elektronisches Vorschaltgerät für Gasentladungslampen ist.
  11. Computersoftware-Programmprodukt, das ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 implementiert, wenn es auf einer Recheneinrichtung läuft.
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