DE102007060035A1

DE102007060035A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102007060035A1
Application number: DE102007060035A
Authority: DE
Inventors: Michael Bönigk
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-12-05
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-10

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (3) mit einem bipolaren Versorgungsstrom bereitgestellt, bei welcher der Hochdruckentladungslampe (3) in Abhängigkeit von einer Detektion von Lampenflickern eine zusätzliche elektrische Leistung zuführbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einem Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
Stand der Technik
Aus der WO 2006/081797 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bekannt, das zwischen unterschiedlichen Ursachen einer Fluktuation des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe unterscheiden kann. Gemäß dem Verfahren wird sowohl das Auftreten von Flacker- oder Flimmerzustände als auch das Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen bei der Hochdruckentladungslampe detektiert. Diese Art der Detektion gewährleistet, dass die durch Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe bedingte Fluktuation des Entladungsbogens nicht mit einem beispielsweise durch die Alterung der Hochdruckentladungslampe bedingten Flickern des Entladungsbogens verwechselt wird.
Aus der EP 1 589 790 A2 ist ein Verfahren zur Vermeidung von Flickererscheinungen bei quecksilberfreien Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen bekannt. Gemäß dem Verfahren wird der Hochdruckentladungslampe in einem kontinuierlichen Kommutierungspulsmodus beispielsweise un mittelbar nach jeder Kommutierung, d. h. jedem Nulldurchgang eines zeitlich periodisch verlaufenden, bipolaren Versorgungsstroms, ein Kommutierungspuls zugeführt. Durch die Zuführung dieser zusätzlichen elektrischen Leistung kann ein flickerfreier Betrieb der Hochdruckentladungslampe gewährleistet werden.
Während jedes dieser Kommutierungspulse wird in der Hochdruckentladungslampe eine erhöhte Leistung umgesetzt, die von der Versorgung bzw. dem Konverter geliefert werden muss. Der Konverter selbst ist für die sofortige Stromübernahme jedoch zu langsam, so dass die Energie in erster Linie aus einem Sieb- bzw. Stützkondensator zwischen dem Konverter und einer Vollbrücke bereitgestellt werden muss. Übernimmt der Konverter die Energiebereitstellung, so ist es erforderlich, diesen plötzlichen Energieanstieg gegenüber dem Bordnetz abzupuffern. Zu diesem Zweck muss ein weiterer Kondensator vor dem Konverter vorgesehen werden. Für beide Kondensatoren bedeutet der Kommutierungspuls eine höhere Wechselstrombelastung. Um dieser Belastung über die gesamte Lebensdauer des elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) Stand halten zu können, müssen verhältnismäßig teure und auch voluminöse Kondensatoren eingesetzt werden. Größen, wie der Preis, das Volumen und die Lebensdauer der Kondensatoren, stehen hierbei in direktem Verhältnis zur Wechselstrombelastung.
Weiterhin führt der erhöhte Stromfluss während des Kommutierungspulses zu einer erhöhten Wärmeentwicklung im gesamten System (P Verlust = I² × R). Hierbei sind insbesondere die aktiven Bauelemente, wie beispielsweise die Brückentransistoren, die Konvertertransistoren und dergleichen, betroffen. Um der erhöhten Wärmebelastung über die gesamte Lebensdauer des EVGs Stand halten zu können, müssen Bauelemente höherer Leistungsklassen, höheren Temperaturbereichs oder aber erweiterte Kühlmaßnahmen eingesetzt werden. Dies alles schlägt sich in erhöhten Kosten und einem höheren EVG-Volumen nieder. EVGs für eine quecksilberfreie Hochdruckentladungslampe werden beispielsweise von der Firma Melco hergestellt.
Aus der DE 10 2005 031 835 A1 ist ferner eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bekannt, welche die Formung eines Kommutierungspulses zur Vermeidung von Flickererscheinungen ermöglicht.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, deren Kosten und Volumen nicht erhöht werden müssen, um einen flickerfreien Betrieb der Hochdruckentladungslampe zu gewährleisten. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, durch welches die Hochdruckentladungslampe ohne eine Erhöhung der Kosten oder des Volumens einer für das Verfahren vorgesehenen Vorrichtung flickerfrei betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe nach dem Anspruchs 1 und das Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe nach dem Anspruch 13.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einem bipolaren Versorgungsstrom bereitgestellt, bei welcher der Hochdruckentladungslampe in Abhängigkeit von einer Detektion von Lampenflickern eine zusätzliche elektrische Leistung zuführbar ist. Auf diese Weise kann einem Flickern der Hochdruckentladungslampe in Abhängigkeit der Detektion von Lampenflickern entgegengewirkt werden.
Entsprechend einer Ausführung ist die zusätzliche elektrische Leistung während eines stabilen Lampenbetriebs abschaltbar. Dadurch kann die zusätzliche elektrische Leistung nur kurzfristig zugeführt und die Belastung der aktiven Bauelemente und der entsprechenden Kondensatoren verringert werden.
Dabei wird bevorzugt, dass die zusätzliche elektrische Leistung bei Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs abschaltbar ist. Dadurch kann die zusätzliche elektrische Leistung nur kurzfristig zugeführt und die Belastung der aktiven Bauelemente und der entsprechenden Kondensatoren unmittelbar nach Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs verringert werden.
Alternativ wird bevorzugt, dass die zusätzliche elektrische Leistung eine bestimmte Zeitdauer oder eine bestimmte Impulsfolge nach Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs abschaltbar ist. Somit kann die zusätzliche elektrische Leistung nur kurzfristig zugeführt und eine "heilende Wirkung" der zusätzlichen elektrischen Pulse erzielt werden, auf die nachstehend noch näher eingegangen wird.
Es wird bevorzugt, dass die zusätzliche elektrische Leistung unmittelbar vor und unmittelbar nach oder nur unmittelbar nach einem Polaritätswechsel des bipolaren Versorgungsstroms zuführbar ist, wodurch das Flickern der Hochdruckentladungslampe in Abhängigkeit von seinem Verlauf wirksam behoben werden kann.
Es wird ferner bevorzugt, dass das Lampenflickern durch eine Auswertung des Lichtstroms, vorzugsweise durch eine Auswertung der Lampenspannung und/oder des Lampenstroms detektierbar ist. Auf diese Weise kann das Lampenflickern der Hochdruckentladungslampe über die Auswertung einer entsprechenden physikalischen Größe oder über die Auswertung einer Kombination entsprechender physikalischer Größen detektiert werden.
Es wird ferner bevorzugt, dass das Lampenflickern unmittelbar nach einem Polaritätswechsel des bipolaren Versorgungsstroms oder der bipolaren Versorgungsspannung detektierbar ist. Dadurch kann das Lampenflickern der Hochdruckentladungslampe schnellstmöglich erfasst werden.
Entsprechend einer Ausführung ist das Lampenflickern auf der Grundlage eines während eines flickerfreien Betriebs errechneten Bezugswerts detektierbar. Somit kann eine an die konkreten Betriebsdaten der einzelnen Lampe angepasste Größe zur Detektion des Lampenflickerns der Hochdruckentladungslampe gewonnen werden.
Dabei wird bevorzugt, dass die zusätzliche elektrische Leistung erst bei einer Flickerabweichung von > 10% vom Bezugswert zuführbar ist. Auf diese Weise kann die zusätzliche elektrische Leistung erst bei einem Überschreiten eines geeigneten Schwellenwerts zugeführt und die Be lastung der aktiven Bauelemente und der entsprechenden Kondensatoren verringert werden.
Es wird bevorzugt, dass die Lampensollleistung während der Zuführung der zusätzlichen elektrischen Leistung über die gesamte Halbwelle gemittelt erhalten bleibt. Dadurch wird die Gesamtleistung des Systems durch die Umsetzung der zusätzlichen elektrischen Leistung nicht sprunghaft verändert und erhöht sich der Energiebedarf der Hochdruckentladungslampe verglichen mit einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe nicht.
Entsprechend einer Ausführung ist die Hochdruckentladungslampe eine quecksilberfreie Xe-Hochdruckentladungslampe für Automotiv-Anwendungen, deren Füllung neben Xenon noch Metallhalogenide, beispielsweise Jodide oder Bromide der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium, enthält. Hierdurch bedingt können die Kosten und das Volumen einer Vorrichtung zum flickerfreien Betreiben von quecksilberfreien Xe-Hochdruckentladungslampen bei Automotive-Anwendungen verringert werden.
Entsprechend einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, vorzugsweise in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, werden die folgenden Schritte ausgeführt: a) Detektieren von Lampenflickern und b) Zuführen einer zusätzlichen elektrischen Leistung zur Hochdruckentladungslampe, wenn in Schritt a) Lampenflickern detektiert wurde. Auf diese Weise kann einem Flickern der Hochdruckentladungslampe in Abhängigkeit der Detektion von Lampenflickern entgegengewirkt werden.
Entsprechend einer Ausführung weist das Verfahren ferner den Schritt c) Abschalten der zusätzlichen elektrischen Leistung während eines stabilen Lampenbetriebs auf, der auf den Schritt b) folgend ausgeführt wird. Dadurch kann die zusätzliche elektrische Leistung nur kurzfristig zugeführt und die Belastung der aktiven Bauelemente und der entsprechenden Kondensatoren verringert werden.
Dabei wird bevorzugt, dass der Schritt c) bei Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs ausgeführt wird. Dadurch kann die zusätzliche elektrische Leistung nur kurzfristig zugeführt und die Belastung der aktiven Bauelemente und der entsprechenden Kondensatoren unmittelbar nach Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs verringert werden.
Alternativ wird bevorzugt, dass der Schritt c) eine bestimmte Zeitdauer oder eine bestimmte Impulsfolge nach Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs ausgeführt wird. Somit kann die zusätzliche elektrische Leistung nur kurzfristig zugeführt und eine "heilende Wirkung" der zusätzlichen elektrischen Pulse erzielt werden, auf die nachstehend noch näher eingegangen wird.
Es wird bevorzugt, dass der Schritt b) unmittelbar vor und unmittelbar nach oder nur unmittelbar nach einem Polaritätswechsel des bipolaren Versorgungsstroms ausgeführt wird, wodurch das Flickern der Hochdruckentladungslampe in Abhängigkeit von seinem Verlauf wirksam behoben werden kann.
Es wird ferner bevorzugt, dass das Detektieren von Lampenflickern in Schritt a) durch ein Auswerten des Lichtstroms, vorzugsweise durch ein Auswerten der Lampenspannung und/oder des Lampenstroms erfolgt. Auf diese Weise kann das Lampenflickern der Hochdruckentladungslampe über die Auswertung einer entsprechenden physikalischen Größe oder über die Auswertung einer Kombination entsprechender physikalischer Größen detektiert werden.
Es wird ferner bevorzugt, dass der Schritt a) unmittelbar nach einem Polaritätswechsel des bipolaren Versorgungsstroms oder der bipolaren Versorgungsspannung ausgeführt wird. Dadurch kann das Lampenflickern der Hochdruckentladungslampe schnellstmöglich erfasst werden.
Entsprechend einer Ausführungsform wird der Schritt a) auf der Grundlage eines Bezugswerts ausgeführt, der durch ein Errechnen eines Bezugswerts während eines flickerfreien Betriebs erhalten wird. Somit kann eine an die konkreten Betriebsdaten der einzelnen Lampe angepasste Größe zur Detektion des Lampenflickerns der Hochdruckentladungslampe gewonnen werden.
Dabei wird bevorzugt, dass Schritt b) bei einer Flickerabweichung von > 10% vom Bezugswert ausgeführt wird. Auf diese Weise kann die zusätzliche elektrische Leistung erst bei einem Überschreiten eines geeigneten Schwellenwerts zugeführt und die Belastung der aktiven Bauelemente und der entsprechenden Kondensatoren verringert werden.
Es wird bevorzugt, dass in Schritt b) die Lampensollleistung während des Schritts b) über die gesamte Halbwelle gemittelt erhalten bleibt. Dadurch wird die Gesamtleistung des Systems durch die Umsetzung der zusätzlichen elektrischen Leistung nicht sprunghaft verändert und erhöht sich der Energiebedarf der Hochdruckentladungslampe verglichen mit einer herkömmlichen Hochdruckentladungslampe nicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:
1 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von Flickererscheinungen bei einer Hochdruckentladungslampe,
2 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von Flickererscheinungen bei einer Hochdruckentladungslampe, auf die ein erfindungsgemäßer Kommutierungspulsmodus angewandt wird, und
3 einen schematischen Aufbau einer Schaltungsanordnung für eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von Flickererscheinungen bei einer Hochdruckentladungslampe. In einem oberen Fenster der 1 ist der zeitlich periodisch verlaufende, bipolare Versorgungsstrom der Hochdruckentladungslampe in Ampere über die Zeit und in einem unteren Fenster die zugehörige zeitlich periodisch verlaufende, bipolare Versorgungsspannung der Hochdruckentladungslampe in Volt über die Zeit aufgetragen.
Bei einer Betrachtung beider Kurvenverläufe kann zwischen zwei wesentlichen Zeitabschnitten (t₁–t₂ und t₂–t₃) unterschieden werden. In einem ersten Zeitabschnitt t₁–t₂, der in der 1 als "Normalmodus ohne Flickern" bezeichnet wird, ist ein flickerfreier Verlauf beider Kurvenverläufe gezeigt. Der flickerfreie Verlauf zeichnet sich dadurch aus, dass die zeitlich periodisch wiederkehrenden positiven und negativen Halbwellen von sowohl dem Versorgungsstrom als auch der Versorgungsspannung eine gewünschte konstante Amplituden aufweisen. Die Amplitude des bipolaren Versorgungsstroms liegt in diesem Fall bei ungefähr ± 0,7 A, und die der Versorgungsspannung bei ungefähr ± 55 V.
In einem zweiten Zeitabschnitt t₂–t₃, der auf den "Normalmodus ohne Flickern" folgt und in der 1 als "Normalmodus mit Flickern" bezeichnet wird, treten in den vier negativen Halbwellen der Versorgungsspannung bzw. des Versorgungsstroms Flickererscheinungen, d. h. Abweichungen von der obigen gewünschten konstanten Amplitude auf. Dabei verringert sich die Amplitude der in diesem Zeitabschnitt gezeigten ersten negativen Halbwelle des Versorgungsstroms auf einen über die gesamte Halbwelle konstanten Wert von ungefähr –0,4 A. In diesem Zusammenhang erhöht sich die Amplitude der in diesem Zeitabschnitt gezeigten ersten negativen Halbwelle der Versorgungsspannung auf einen über die gesamte Halbwelle konstanten Wert von ungefähr –80 V. Die positiven Halbwellen beider Kurvenverläufe weisen über den gesamten Zeitbereich keine wesentlichen Änderungen auf. Betrachtet man den Versorgungsstrom in den letzten drei negativen Halbwellen des zweiten Zeitabschnitts t₂–t₃, so äußert sich das Flickern derart, dass die Amplituden der negativen Halbwellen beginnend von einem Wert der verringerten Amplitude im Verlauf einer negativen Halbwelle auf den ur sprünglichen Amplitudenwert von ungefähr –0,7 A ansteigen, der dann bis zur jeweils folgenden Kommutierung gehalten wird. Das Verhältnis zwischen der verringerten und der ursprünglichen Amplitude der negativen Halbwelle ist hierbei in allen drei negativen Halbwellen verschieden. Betrachtet man die mit Flickern behafteten letzten drei negativen Halbwellen der Versorgungsspannung im zweiten Zeitabschnitt t₂–t₃, so äußert sich das Flickern in einem zum Verlauf der jeweiligen Amplitude des Versorgungsstroms inversen Verlauf der Amplitude der Versorgungsspannung. D. h., die mit Flickern behafteten letzten drei negativen Halbwellen der Versorgungsspannung beginnen nach einer jeweiligen Kommutierung mit der erhöhten Amplitudenspannung, die anschließend im Verlauf der Halbwelle auf die ursprüngliche Amplitude abfällt, die dann bis zur jeweils folgenden Kommutierung gehalten wird. Dementsprechend ist das Verhältnis zwischen der erhöhten und der ursprünglichen Amplitude der negativen Halbwelle auch hierbei in allen drei negativen Halbwellen verschieden.
Nachstehend werden die Ursachen für das Auftreten von Flickererscheinungen bei Hochdruckentladungslampen beschrieben, die untersucht wurden, um dem Auftreten von Flickern im Entladungsbogen in geeigneter Weise entgegenwirken zu können.
Die Untersuchungen ergaben, dass Flickererscheinungen bei Hochdruckentladungslampen insbesondere bei fortgeschrittener Lebensdauer oder in Extremsituationen auftreten. Bei einer Anwendung der Hochdruckentladungslampe im Automotive-Bereich kann eine solche Extremsituation beispielsweise eine durch ein Fahren auf einer unebenen Fahrbahn bedingte starke Bogenvibration sein, die ein Abreißen des Entladungsbogens bzw. einen erschwerten Bogenansatz zur Folge haben kann. Auch ist die Flickerneigung von Lampe zu Lampe stark unterschiedlich. Ursachen hierfür können beispielsweise der Verschleiß der Hochdruckentladungslampe durch Elektrodenrückbrand, Aufblasungen des Entladungsgefäßes, Schwärzungen und dergleichen sein. Ferner wurde festgestellt, dass ein Flickern des Entladungsbogens nicht zwangsläufig bei ungünstigen Bedingungen der Hochdruckentladungslampe, sondern oft nur sporadisch und über einen begrenzten Zeitraum auftritt.
Hieraus resultiert, dass ein flickerfreier Betrieb der Hochdruckentladungslampe über einen langen Zeitraum auch ohne die Zuführung eines Kommutierungspulses, d. h. einer zusätzlichen elektrischen Leistung möglich ist. Da die Flickererscheinungen insbesondere bei fortgeschrittener Lebensdauer auftreten, kann der Zeitraum des flickerfreien Betriebs insbesondere zu Beginn der Lebensdauer angenommen werden.
Ferner wurde zu dem Ergebnis gekommen, dass die Zuführung von Kommutierungspulsen im Kommutierungspulsmodus eine Art "heilende Wirkung" auf die Hochdruckentladungslampe hat. D. h., dass nach einem Abschalten des Kommutierungspulsmodus ein längerer flickerfreier Betrieb der Hochdruckentladungslampe auch ohne eine Zuführung von Kommutierungspulsen wieder möglich ist.
Als Ergebnis dieser Betrachtungen ist der Erfinder zur vorliegenden Erfindung gelangt, die nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 näher beschrieben wird.
2 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von Flickererscheinungen bei einer Hochdruckentladungslampe, auf die ein erfindungsgemäßer Kommutierungspulsmodus angewandt wird. In einem oberen Fenster der 2 ist, wie bei der 1, der zeitlich periodisch verlaufende, bipolare Versorgungsstrom der Hochdruckentladungslampe in Ampere über die Zeit, und in einem unteren Fenster der 2, wie in der 1, die zugehörige zeitlich periodisch verlaufende, bipolare Versorgungsspannung der Hochdruckentladungslampe in Volt über die Zeit aufgetragen.
Bei einer Betrachtung beider Kurvenverläufe kann zwischen vier wesentlichen Zeitabschnitten (t₁–t₂, t₂–t₃, t₃–t₄ und t₄–t₅) unterschieden werden. In einem ersten Zeitabschnitt t₁–t₂, der in der 2 auch als "Normalmodus ohne Flickern" bezeichnet wird, ist ein flickerfreier Verlauf beider Kurvenverläufe gezeigt. Dieser im Zeitabschnitt t₁–t₂ gezeigte flickerfreie Verlauf zeichnet sich, wie vorstehend beschrieben, dadurch aus, dass die zeitlich periodisch wiederkehrenden positiven und negativen Halbwellen von sowohl dem Versorgungsstrom als auch der Versorgungsspannung eine gewünschte konstante Amplituden aufweisen. Die Amplitude des bipolaren Versorgungsstroms liegt bei ungefähr ±0,7 A und die der Versorgungsspannung bei ungefähr ±55 V.
In einem zweiten Zeitabschnitt t₂–t₃, der zwischen dem in der 2 gezeigten "Normalmodus ohne Flickern" und einem in der 2 gezeigten "Kommutierungspulsmodus" liegt, treten in den zwei negativen Halbwellen der Versorgungsspannung bzw. des Versorgungsstroms Flickererscheinungen, d. h. Abweichungen von der obigen gewünschten konstanten Amplitude auf. Dabei verringert sich die Amplitude der in diesem Zeitabschnitt gezeigten ersten negativen Halbwelle des Versorgungsstroms auf einen über die gesamte Halbwelle konstanten Wert von ungefähr –0,4 A. In diesem Zusammenhang erhöht sich die Amplitude der in diesem Zeitabschnitt gezeigten ersten negativen Halbwelle der Versorgungsspannung auf einen über die gesamte Halbwelle konstanten Wert von ungefähr –80 V. Betrachtet man den Versorgungsstrom in der zweiten negativen Halbwelle des zweiten Zeitabschnitts t₂–t₃, so äußert sich das Flickern derart, dass die Amplitude der negativen Halbwelle beginnend von einem Wert der verringerten Amplitude im Verlauf der negativen Halbwelle auf den ursprünglichen Amplitudenwert von ungefähr –0,7 A ansteigt, der dann bis zur folgenden Kommutierung gehalten wird. Betrachtet man die mit Flickern behaftete zweite negative Halbwellen der Versorgungsspannung im zweiten Zeitabschnitt t₂–t₃, so äußert sich das Flickern in einem zum Verlauf der entsprechenden Amplitude des Versorgungsstroms inversen Verlauf der Amplitude der Versorgungsspannung. D. h., die mit Flickern behaftete zweite negative Halbwelle der Versorgungsspannung beginnt nach der Kommutierung mit der erhöhten Amplitudenspannung, die anschließend im Verlauf der Halbwelle auf die ursprüngliche Amplitude abfällt, die dann bis zur folgenden Kommutierung gehalten wird.
Erfindungsgemäß ist der Hochdruckentladungslampe in Abhängigkeit von einer Detektion von Lampenflickern eine zusätzliche elektrische Leistung zuführbar. D. h., der Hochdruckentladungslampe werden nur bei einem wirklichen Auftreten von Flickern Kommutierungspulse zugeschaltet.
Solch ein diskontinuierlicher Kommutierungspulsmodus kann jedoch nur realisiert werden, wenn ein Flickern des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe detektiert wird.
Zur Detektion des Flickern sind verschiedene Verfahren bekannt. Erfindungsgemäß sollte dieses jedoch durch eine Überwachung des Lampenstroms oder der Lampenspannung unmittelbar nach einer Kommutierung des bipolaren Versorgungsstroms bzw. der bipolaren Versorgungsspannung erfolgen. Dies liegt daran, dass sich Kommutierungsflickern, wie in den 1 und 2 gezeigt, stets durch einen veränderten Strom- bzw. Spannungsverlauf direkt nach der Kommutierung des Versorgungsstroms bzw. der Versorgungsspannung zeigt. Erfindungsgemäß kann das Lampenflickern auf der Grundlage eines während eines flickerfreien Betriebs errechneten Bezugswerts detektiert werden.
Durch die erfindungsgemäße Detektion des Flickerns im zweiten Zeitabschnitt t₂–t₃ wird am Ende der zweiten negativen Halbwelle des Versorgungsstroms bzw. der Versorgungsspannung im zweiten Zeitabschnitt t₂–t₃, d. h. bei der Kommutierung am Zeitpunkt t₃, mit der Zuschaltung der Kommutierungspulse begonnen. Die Zuschaltung der Kommutierungspulse kann unmittelbar vor und unmittelbar nach oder auch nur unmittelbar nach einer jeweiligen Kommutierung erfolgen.
Die Normalisierung der Kurvenverläufe tritt in der Regel, wie in der 2 gezeigt, unmittelbar nach einem Zuschalten der Kommutierungspulse auf. Dies zeigt sich dadurch, dass die Halbwellen beider Kurvenverläufe schon nach der ersten Zuschaltung der Kommutierungspulse wieder einen nahezu konstanten Amplitudenwert entsprechend dem Amplitudenwert im "Normalmodus ohne Flickern" aufweisen. Erfindungsgemäß können die Kommutierungspulse bei Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs wieder abgeschaltet werden. Ein weiterer Betrieb mit Kommutierungspulsen über eine vorbestimmte Zeitdauer oder eine vorbestimmte Pulsfolge, so wie es im vorliegenden Beispiel aufgezeigt wird, in dem Kommutierungspulse über den gesamten Zeitabschnitt t₃–t₄, d. h. über acht Halbwellen zugeführt werden, erhöht den Effekt der vorstehend beschriebenen "heilenden Wirkung" der Pulse. In der 2 wird der letzte Kommutierungspuls bei der Kommutierung zur letzten negativen Halbwelle des Versorgungsstroms bzw. der Versorgungsspannung im Zeitabschnitt t₃–t₄ zugeschaltet. Vorzugsweise wird die Gesamtleistung des Systems durch das Zuschalten des Kommutierungsmodus nicht sprunghaft verändert. Folglich wird die Lampensollleistung derart gesteuert, dass sie während der Zuführung der zusätzlichen elektrischen Leistung über die gesamte Halbwelle gemittelt erhalten bleibt.
Im anschließenden Zeitabschnitt t₄–t₅, der in der 2 als "Normalmodus ohne Flickern" bezeichnet wird, entsprechen die Kurvenverläufe wieder den im Zeitabschnitt t₁–t₂ gezeigten Kurvenverläufen vor einem Auftreten des Lampenflickern. Der Beginn des Flickerns, das Zuschalten der Kommutierungspulse sowie der Übergang in den normalen Betriebsmodus sind hierbei vom menschlichen Auge kaum wahrnehmbar.
Durch das nur sehr kurzzeitige Zuschalten des Kommutierungspulsmodus werden die Bauelemente nur kurzzeitig höher belastet, so dass durch die geringere effektive Be lastung bedingt im Allgemeinen keine Umdimensionierung der aktiven Bauelemente notwendig ist. Ferner kann auf diese Weise die effektive Wechselstrombelastung der entsprechenden Block- und Stützkondensatoren deutlich reduziert werden, was den Einsatz deutlich preisgünstigerer Kondensatoren ermöglicht, die wiederum nur ein geringfügig höheres Volumen (Kapazitätserhöhung) aufweisen müssen. Hierdurch können die Kosten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe sowie deren Volumen reduziert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Zuschaltung der Kommutierungspulse beschränkt. Die Zuschaltung der Kommutierungspulse kann beispielsweise erst bei einer Flickerabweichung von > 10% vom errechneten Bezugswert erfolgen. Durch die Festlegung eines solchen Schwellenwerts werden die Kommutierungspulse erst bei einem Überschreiten eines geeigneten Schwellenwerts zugeführt, so dass die Belastung für die aktiven Bauelemente und die entsprechenden Kondensatoren weiter verringert werden kann.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung zu einer Vorrichtung zum flickerfreien Betreiben einer Hochdruckentladungslampe und einem Verfahren zum flickerfreien Betreiben einer Hochdruckentladungslampe können auf eine in der 3 gezeigte Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe 3 angewandt werden.
Die in der 3 gezeigte Schaltungsanordnung weist im Wesentlichen ein Eingangsfilter 5, einen Transformator 7 zur Wandlung der Versorgungsspannung, eine PWM-Schaltung 9 zur Steuerung der Energieumwandlung im Transformator 7, einen Mikrocontroller 11 zur Steuerung der Vorrichtung 1, Widerstände R1, R2 und R3 zur Ermittlung der momentanen Leistungsaufnahme der Hochdruckentladungslampe, einen Vollbrückenwechselrichtung 13, der im Wesentlichen aus den Transistoren T1, T2, T3 und T4 gebildet wird und in dessen Brückenzweig eine Zündvorrichtung 17 zur Zündung des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe 3 und die Hochdruckentladungslampe 3 geschaltet sind, und eine Ansteuerschaltung 15 auf, die dazu dient, die Transistoren T1 bis T4 derart anzusteuern, dass die Hochdruckentladungslampe mit einem im Wesentlichen rechteckförmigen, bipolaren Versorgungsstrom derselben Frequenz gespeist wird. Im Mikrocontroller 11 sind ferner eine Leistungsregelungseinheit 19 und eine Recheneinheit 21 vorgesehen.
In der 3 wird die erfindungsgemäße Detektion von Lampenflickern realisiert, indem der Versorgungsstrom und/oder die Versorgungsspannung über die Widerstände R1 bis R3 erfasst und an den Mikrocontrollers 11 gegeben werden/wird. Die Leistungsregelungseinheit 19 ist mit einer Recheneinheit 21 des Mikrocontrollers 11 verbunden, in der erfindungsgemäß bestimmt wird, ob ein Lampenflickern auftritt oder nicht. Tritt der Fall ein, dass Lampenflickern erfasst wird, so gibt die Recheneinheit 21 einen Befehl zum erfindungsgemäßen Zuschalten und zum anschließenden erfindungsgemäßen Wiederabschalten von Kommutierungspulsen an die Leistungsregelungseinheit 19. Die Leistungsregelungseinheit 19 gibt ein dem Befehl der Recheneinheit 21 entsprechendes Signal an die PWM-Schaltung 9, die einen Transistor T1 im Zweig des Transformators 7 derart ansteuert, dass die Leistungsaufnahme der Hochdruckentladungslampe 3 erfindungsgemäß geregelt wird.
Bei der Hochdruckentladungslampe 3 handelt es sich vorzugsweise um eine quecksilberfreie Xe-Hochdruckentladungslampe für Automotiv-Anwendungen, deren Füllung neben Xenon noch Metallhalogenide, beispielsweise Jodide oder Bromide der Metalle Natrium, Scandium, Zink und Indium, enthält.
Durch das nur sehr kurzzeitige Zuschalten des Kommutierungspulsmodus werden die Bauelemente nur kurzzeitig höher belastet, so dass durch die geringere effektive Belastung bedingt im Allgemeinen keine Umdimensionierung der aktiven Bauelemente notwendig ist. Ferner kann auf diese Weise die effektive Wechselstrombelastung der entsprechenden Block- und Stützkondensatoren deutlich reduziert werden, was den Einsatz deutlich preisgünstigerer Kondensatoren ermöglicht, die wiederum nur ein geringfügig höheres Volumen aufweisen müssen. Hierdurch können die Kosten für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum flickerfreien Betreiben einer Hochdruckentladungslampe sowie deren Volumen reduziert werden.
Vorstehend wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum flickerfreien Betreiben einer Hochdruckentladungslampe offenbart.
Es wird eine Vorrichtung 1 zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe 3 mit einem bipolaren Versorgungsstrom bereitgestellt, bei welcher der Hochdruckentladungslampe 3 in Abhängigkeit von einer Detektion von Lampenflickern eine zusätzliche elektrische Leistung zuführbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2006/081797 A1 [0002]
- EP 1589790 A2 [0003]
- DE 102005031835 A1 [0006]

Claims

Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (3) mit einem bipolaren Versorgungsstrom, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckentladungslampe (3) in Abhängigkeit von einer Detektion von Lampenflickern eine zusätzliche elektrische Leistung zuführbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die zusätzliche elektrische Leistung während eines stabilen Lampenbetriebs abschaltbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die zusätzliche elektrische Leistung bei Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs abschaltbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die zusätzliche elektrische Leistung eine bestimmte Zeitdauer oder eine bestimmte Impulsfolge nach Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs abschaltbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zusätzliche elektrische Leistung unmittelbar vor und unmittelbar nach oder nur unmittelbar nach einem Polaritätswechsel des bipolaren Versorgungsstroms zuführbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Lampenflickern durch eine Auswertung des Lichtstroms detektierbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei das Lampenflickern durch eine Auswertung der Lampenspannung und/oder des Lampenstroms detektierbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei das Lampenflickern unmittelbar nach einem Polaritätswechsel des bipolaren Versorgungsstroms oder der bipolaren Versorgungsspannung detektierbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Lampenflickern auf der Grundlage eines während eines flickerfreien Betriebs errechneten Bezugswerts detektierbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei die zusätzliche elektrische Leistung erst bei einer Flickerabweichung > 10% vom Bezugswert zuführbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Lampensollleistung während der Zuführung der zusätzlichen elektrischen Leistung über die gesamte Halbwelle gemittelt erhalten bleibt.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Hochdruckentladungslampe (3) eine quecksilberfreie Xe-Hochdruckentladungslampe (3) für Automotiv-Anwendungen ist.
Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (3), vorzugsweise in einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit dem Schritt a) Detektieren von Lampenflickern, gekennzeichnet durch den Schritt b) Zuführen einer zusätzlichen elektrischen Leistung zur Hochdruckentladungslampe (3) wenn in Schritt a) Lampenflickern detektiert wurde.
Verfahren nach Anspruch 13, mit dem Schritt c) Abschalten der zusätzlichen elektrischen Leistung während eines stabilen Lampenbetriebs, der auf den Schritt b) folgend ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt c) bei Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt c) eine bestimmte Zeitdauer oder eine bestimmte Impulsfolge nach Erreichen eines stabilen Lampenbetriebs ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Schritt b) unmittelbar vor und unmittelbar nach oder nur unmittelbar nach einem Polaritätswechsel des bipolaren Versorgungsstroms ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das Detektieren von Lampenflickern in Schritt a) durch ein Auswerten des Lichtstroms erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Detektieren von Lampenflickern in Schritt a) durch ein Auswerten der Lampenspannung und/oder des Lampenstroms erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt a) unmittelbar nach einem Polaritätswechsel des bipolaren Versorgungsstroms oder der bipolaren Versorgungsspannung ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei der Schritt a) auf der Grundlage eines Bezugswerts ausgeführt wird, der durch ein Errechnen eines Bezugswerts während eines flickerfreien Betriebs erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei Schritt b) bei einer Flickerabweichung von > 10% vom Bezugswert ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei in Schritt b) die Lampensollleistung während des Schritts b) über die gesamte Halbwelle gemittelt erhalten bleibt.