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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Gasentladungslampen,
insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen.
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Es
ist bekannt, dass bei niedrigen Umgebungstemperaturen der Betrieb
von Gasentladungslampen insbesondere bei niedrigen Dimmstufen instabil
werden kann, d. h. es kann durch Steuerung oder Regelung der Arbeitspunkt
auf der U/I-Kennlinie der Lampe nur schwer gehalten werden. Die
Instabilität
kann zu Helligkeitsschwankungen oder gar zum Erlöschen der Lampe führen.
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Weiterhin
ist bekannt, dass die Lichteffizienz der Gasentladungslampe bei
tiefen Temperaturen stark abnimmt, sodass die Lichtabgabe stark
reduziert wird.
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Zur
Vermeidung dieser Probleme könne
Gegenmassnahmen ergriffen werden, was indessen voraussetzt, dass
seitens einer Steuereinheit erkannt wird, dass niedrige Umgebungstemperaturen
an der Lampe vorliegen.
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Eine
direkte Temperaturmessung ist jedoch nur sehr schwierig möglich, da üblicherweise
eine Temperaturmessung eher im Bereich des Vorschaltgerätes als
im eigentlich relevanten Bereich der Lampe selbst erfolgen kann.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, dass zur Stabilisierung der instabilen
Arbeitspunkte Regelungen verwendet werden, die einen vorgegeben
Arbeitspunkt halten sollen.
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Bei
extrem tiefen Temperaturen treten jedoch extrem hohe Lampenbrennspannungen
auf. Dadurch wird ein Halten des Arbeitspunktes unmöglich, es
werden außerdem
verschiedene Norme verletzt. Beispielsweise kann, basierend auf
Spannungsfestigkeiten der Klemmanschlüsse oder der Zuleitungen, eine
bestimmte maximal zulässige Klemmenspannung überschritten
werden.
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Die
Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Lösung für oben genannte
Probleme bereit zu stellen.
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Die
Grundidee der Erfindung ist die Messung einer Größe, welche korreliert zu tiefen
Temperaturen ist.
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Das
kann die Messung der Lampenbrennspannung oder die Messung der Lampenimpedanz sein.
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Die
Erfindung schlägt
also ein Verfahren zum Betrieb von Gasentladungslampen vor, die
eine temperaturabhängige
charakteristische Strom-/Spannungskennlinie U(I) aufweisen. Dabei
wird zur Vermeidung eines instabilen Brenntriebs bei niedrigen Außentemperaturen
ein Überschreiten
eines vorgegebenen Maximalwerts der Lampenbrennspannung oder eines
Gradientenbetrags davon verhindert, indem der Lampenstrom erhöht wird.
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Der
vorgegebene Maximalwert der Lampenbrennspannung bzw. dessen Gradientenbetrag
ist vorzugsweise stromabhängig.
Der vorgegebene Maximalwert kann also von einer Grenzkennlinie G'(I) definiert werden.
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Die
Grenzkennlinie G'(I)
stellt dabei vorzugsweise eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit
des Stromes mit Berücksichtigung
der Lampencharakteristik dar. Diese kann so ausgelegt sein, dass
eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei
Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
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Darüber hinaus
kann die Grenzkennlinie G'(I)
zumindest für
Werte I < IS und im Bereich des Punkts PS(IS, US) als aktive
Schwelle fungieren. Der Punkt PS(IS, US) ist dabei
vorzugsweise der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien
U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen.
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Zur
Kompensation der geringen Lichtleistung bei niedrigen Außentemperaturen
kann das Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwerts der Lampenbrennspannung
verhindert werden, indem der Lampenstrom erhöht wird. Der Minimalwert ist dabei
vorzugsweise stromabhängig.
Er kann von einer Grenzkennlinie G''(I)
gebildet werden.
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Die
Grenzkennlinie G''(I) kann also eine
adaptive Schwelle in Abhängigkeit
des Stromes mit Berücksichtigung
der Lampencharakteristik darstellen. Diese ist vorzugsweise so ausgelegt,
dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe
bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
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Weiterhin
kann die Grenzkennlinie G''(I) zumindest für einen
begrenzten Bereich der Werte I > IS und im Bereich des Punkts PS(IS, US) als aktive Schwelle
fungieren. Der Punkt PS(IS,
US) ist dabei vorzugsweise der Schnittpunkt
von charakteristischen Lampenkennlinien U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein Verfahren zum Betrieb von Gasentladungslampen, die eine
temperaturabhängige
charakteristische Strom-/Spannungskennlinie U(I) aufweisen. Zur Kompensierung
einer niedrigen Lichtleistung bei niedrigen Außentemperaturen wird dabei
ein Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwerts der Lampenbrennspannung
bei vorgegebenen Stromstärken
verhindert, indem der Lampenstrom erhöht wird. Eine Erhöhung wird
nur bei Außentemperaturen unterhalb
einer vorbestimmten Schwelle, vorzugsweise unterhalb von 20°C durchgeführt.
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Die
vorgegeben Stromstärken
sind vorzugsweise auf einen Bereich der Werte I ≈ IS bis
I = IL beschränkt. Der Punkt PS(IS, US) ist dabei
vorzugsweise der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien
U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen.
IL kann ein Stromwert IL > IS sein.
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Außerdem kann
der vorgegebene Minimalwert der Lampenbrennspannung stromabhängig sein.
Er kann von einer Grenzkennlinie G''(I)
definiert werden.
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Die
Grenzkennlinie G''(I) stellt dabei
vorzugsweise eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung
der Lampencharakteristik dar. Diese kann so ausgelegt sein, dass
eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei
Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
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Des
Weiteren kann zur Vermeidung eines instabilen Brenntriebs bei niedrigen
Außentemperaturen
ein Überschreiten
eines vorgegebenen Maximalwerts der Lampenbrennspannung oder eines
Gradientenbetrags davon verhindert werden, indem der Lampenstrom
erhöht
wird.
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Der
vorgegebene Maximalwert der Lampenbrennspannung bzw. dessen Gradientenbetrag
ist dabei vorzugsweise stromabhängig.
Der vorgegebene Maximalwert der Lampenbrennspannung kann von einer
Grenzkennlinie G'(I)
definiert werden.
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Die
Grenzkennlinie G'(I)
kann also eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung
der Lampencharakteristik darstellen. Vorzugsweise ist diese so ausgelegt,
dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe
bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
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Weiterhin
kann die Grenzkennlinie G'(I)
zumindest für
Werte I < IS und im Bereich des Punkts PS(IS, US) als aktive
Schwelle fungieren. Der Punkt PS(IS, US) ist dabei
vorzugsweise der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien
U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen.
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Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb von
Gasentladungslampen, die eine temperaturabhängige charakteristische Strom-/Spannungskennlinie
U(I) aufweisen. In diesem Verfahren stellt eine Grenzkennlinie G(I)
für Werte
I < IS eine
obere Schwelle und für
Werte I > IS eine untere Schwelle dar. Der Punkt PS(IS, US)
ist dabei der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien
U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen.
Ein Überschreiten
der Schwelle für
Werte I < IS durch die Lampenbrennspannung oder ein
Unterschreiten der Schwelle für
Werte I > IS durch die Lampenbrennspannung wird nun
dadurch verhindert, dass der Lampenstrom erhöht wird.
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Zur
Vermeidung eines instabilen Brenntriebs bei niedrigen Außentemperaturen
kann also ein Überschreiten
eines durch die Grenzkennlinie G definierten, zulässigen Maximalwerts
der Lampenbrennspannung oder eines Gradientenbetrags davon verhindert
werden, indem der Lampenstrom erhöht wird.
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Ebenfalls
kann so zur Kompensierung einer niedrigen Lichtleistung bei niedrigen
Außentemperaturen
ein Unterschreiten der Grenzkennlinie G durch die Lampenbrennspannung
verhindert werden, indem der Lampenstrom erhöht wird.
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Die
Grenzkennlinie G(I) stellt vorzugsweise eine adaptive Schwelle in
Abhängigkeit
des Stromes mit Berücksichtigung
der Lampencharakteristik dar. Diese ist dabei auch vorzugsweise
so ausgelegt, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe
bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
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Darüber hinaus
kann die Grenzkennlinie G(I) so ausgelegt sein, dass die Lampenkennlinie
U22(I) einer Gasentladungslampe bei 22°C Außentemperatur
bei keinem einstellbaren Lampenstromwert die Schwelle der Grenzkennlinie
G(I) übertritt.
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Die
Grenzkennlinie G(I) kann weiterhin so ausgelegt sein, dass die Lampenkennlinie
U10(I) einer Gasentladungslampe bei 10°C Außentemperatur für I < IS zumindest
teilweise oberhalb der Grenzkennlinie G(I) liegt, und somit in diesem
Bereich eine unzulässige
Grenzverletzung aufweist.
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Auch
kann die Grenzkennlinie G(I) so ausgelegt sein, dass die Lampenkennlinie
U–15(I)
einer Gasentladungslampe bei –15°C Außentemperatur
für I < IS zumindest
teilweise oberhalb und für
I > IS zumindest
teilweise unterhalb der Grenzkennlinie G(I) liegt und somit in zwei
Bereichen unzulässige
Grenzverletzungen aufweist.
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Es
werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
vorzugsweise nur Lampenstromwerte zugelassen, deren korrespondierende
Arbeitspunkte oberhalb aller Grenzverletzungen liegen.
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Außerdem kann
eine Messung erfolgen, die zumindest entscheiden kann, ob sehr hohe
Außentemperaturen,
beispielsweise 35°C,
oder sehr niedrige Außentemperaturen,
beispielsweise –10°C, vorliegen.
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Vorzugsweise
erfolgt eine Erhöhung
des Lampenstroms nur dann, wenn keine sehr hohen Außentemperaturen
vorliegen.
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In
einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Regelschaltung,
vorzugsweise eine integrierte Schaltung, die zur Durchführung eines
der erfindungsgemäßen Verfahren
ausgebildet ist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen, das
eine solche Regelschaltung aufweist.
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Schließlich betrifft
die Erfindung eine Leuchte, die das oben beschriebene Betriebsgerät und wenigstens
eine angeschlossene Gasentladungslampe aufweist.
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In
einem letzten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein dimmbares
Betriebsgerät
zum Betreiben mindestens einer Gasentladungslampe. Das Betriebsgerät weist
dabei eine Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern der mindestens einen
Gasentladungslampe auf, wobei die Ansteuerungsschaltung einen Arbeitspunkt
PA(IA, UA) an der mindestens einen Gasentladungslampe
einstellt, der einem Dimmpegel entspricht. Darüber hinaus weist es eine Regelschaltung,
vorzugsweise eine integrierte Schaltung, zum Regeln der Ansteuerung
auf, wobei die Regelschaltung die Lampenbrennspannung U erfasst.
Die Regelschaltung erzwingt dabei eine Anhebung des Dimmpegels,
wenn sich der Arbeitspunkt PA(IA,
UA) außerhalb
eines zulässigen
Bereichs befindet, der durch mindestens eine Grenzkennlinie G(I/U)
beschränkt
wird.
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Das
Betriebsgerät
kann außerdem
einen Speicher aufweisen, der zumindest einige Punkte der Grenzkennlinie
G(I/U) gespeichert hat.
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Die
Regelschaltung erhöht
zur Anhebung des Dimmpegels vorzugsweise den Lampenstrom I.
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Auch
kann das Betriebsgerät
mindestens einen Temperatursensor aufweisen. Dieser nimmt vorzugsweise
eine Messung vor, die zumindest zu einer Grobbestimmung der Temperatur
an der mindestens einen Gasentladungslampe führt, beispielsweise mit einer
Ungenauigkeit von +/–20°C.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen:
-
1 ein
Strom-Spannungs-Diagramm mit Kennlinien einer Gasentladungslampe
bei unterschiedlichen Außentemperaturen,
-
2 ein
Strom-Spannungs-Diagramm mit den Kennlinien aus 1 und
zwei erfindungsgemäßen Grenzkennlinien,
-
3 ein
Strom-Spannungs-Diagramm mit den Kennlinien aus 1 und
einer erfindungsgemäßen Grenzkennlinie,
-
4 ein
Flussdiagramm eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
5 ein
Strom-Spannungs-Diagramm mit Kennlinien einer Gasentladungslampe
bei unterschiedlichen Außentemperaturen,
-
6 ein
Diagramm mit der 1. Ableitung der Kennlinien aus 5,
-
7 ein
Flussdiagramm eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens und
-
8 ein
schematisches Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts.
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1 zeigt
ein Strom-Spannungs-Diagramm mit Kennlinien einer Gasentladungslampe
bei unterschiedlichen Außentemperaturen,
genauergesagt bei 22°C,
bei 10°C
und bei –15°C. Unter
Außentemperatur
wird die Umgebungstemperatur der Gasentladungslampe verstanden.
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22°C stellt
dabei in etwa die gewöhnliche Temperatur
in einem Zimmer dar. 10°C
und –15°C sind dagegen
Temperaturen, wie sie beim Einsatz im Freien vorkommen können.
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Aus
dem Diagramm ist ersichtlich, dass sich alle Kennlinien an einem
Punkt PS schneiden. Dies bedeutet, dass
für die
Gasentladungslampe bei alle Temperaturen dieser Arbeitspunkt PA = PS(IS,
US) gültig
ist.
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Außerdem kann 1 entnommen
werden, dass für
Stromwerte I > IS die Spannung mit steigendem Strom abnimmt.
In diesem Bereich sind die Kennlinien also fallend. Dabei ist die
Spannung bei sehr niedrigen Temperaturen, beispielsweise bei –15°C niedriger
als bei höheren,
wie 10°C.
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Für Stromwerte
I < IS dagegen
ergibt sich ein uneinheitliches Bild. Für 22°C Außentemperatur nimmt die Spannung
mit steigendem Strom vorerst zu, um dann in der Nähe des Schnittpunktes
PS wieder leicht abzunehmen. Für kleinere
Außentemperaturen
ist die Kennlinie jedoch in diesem Bereich durchgehend fallend.
Dabei ist die negative Steigung, d. h. der negative Gradient, bei
besonders tiefen Außentemperaturen
besonders groß.
Gleichzeitig ist also bei niedrigen Temperaturen die Spannung der
Gasentladungslampe bei kleinem Lampenstrom besonders hoch. Unter
Spannung wird hier die Lampenbrennspannung verstanden. Daraus ergibt
sich, dass sich insbesondere für
sehr niedrige Temperaturen bei kleinem Lampenstrom eine unzulässig hohe Lampenbrennspannung
ergibt.
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Eine
Dimmung der Gasentladungslampe erfolgt über eine Einstellung des Lampenstroms.
Für einen
niedrigen Dimmpegel wird also der Lampenstrom reduziert, für einen
hohen der Lampenstrom erhöht.
Das bedeutet, dass ein niedriger Dimmpegel auf einer Kennlinie von 1 weiter
links ist, ein hoher dagegen weiter rechts liegt.
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Erfindungsgemäß kann also
nun eine unzulässig
hohe Lampenbrennspannung dadurch vermieden werden, dass der Dimmpegel
erhöht
wird. Dadurch wird nämlich
ebenfalls der Arbeitspunkt PA auf einer
Kennlinie weiter nach rechts geschoben. Grundsätzlich kann ein Arbeitspunkt
dadurch in einen unzulässigen
Bereich gelangen, indem die Dimmung auf einen zu niedrigen Pegel
eingestellt wird, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen. Es ist jedoch
auch möglich,
dass ein Arbeitspunkt dadurch in einen unzulässigen Bereich gelangt, dass die
Außentemperatur
fällt,
während
der Dimmpegel konstant bleibt.
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Zur
Kompensierung tritt also eine Regelung in Kraft, die solange höhere Dimmpegel
ansteuert, bis die Lampenbrennspannung unterschritten wird. Diese
Hochregelung des Dimmpegels hat Priorität beispielsweise über einen
von außen
eingehenden Dimmpegelbefehl. Im Zuge einer Regelung wird somit die
Lampenbrennspannung immer unterhalb der maximal zulässigen Lampenbrennspannung
gehalten. Dadurch werden niedrige Dimmpegel also nicht grundsätzlich vermieden,
sondern nur bei unzulässig hohen
Brennspannungen.
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Die
maximal zulässige
Lampenbrennspannung kann in der einfachsten Ausführung eine Konstante sein,
d. h. eine waagrechte Gerade dem Diagramm aus 1,
beispielsweise bei 300 V.
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Ein
Beispiel hierfür
wird in 2 gezeigt. Eine obere Grenzkennlinie
G' begrenzt die
maximal zulässige
Lampenbrennspannung auf hier ca. 320 V. Diese Schwelle ist in diesem
Ausführungsbeispiel
lediglich im Bereich I < IS und im Bereich des Punkts PS(IS, US) aktiv, d.
h. lediglich in diesem Bereich wirkt sie begrenzend. Alternativ
kann diese Schwelle jedoch auch für alle Stromwerte gelten, d.
h. unabhängig
vom Stromwert zu sein.
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Weiterhin
kann, wie 2 zeigt, eine weitere untere
Grenzkennlinie G'' eine minimal zulässige Lampenbrennspannung
auf einen vorgegeben Wert beschränken.
Dabei ist die Schwelle der Grenzkennlinie G'' vorzugsweise
jedoch nur für
einen vorgegeben Bereich an Stromwerten aktiv, d. h. lediglich in diesem
Bereich begrenzend. Dieser Bereich erstreckt sich vorzugsweise vom
Bereich des Stromwerts I ≈ IS bis zu einem Stromwert I = IL,
wobei diese obere Grenze IL flexibel gehalten
werden kann.
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Bei
sehr niedrigen Temperaturen ist indessen zu beachten, dass der Wirkungsgrad
der Lampe stark abnimmt, sodass die tatsächlich abgegebene Lichtleistung
bei einem identischen Arbeitspunkt niedriger ist als bei höheren Temperaturen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird jedoch diese zu niedrige Lichtleistung kompensiert. Liegt ein
Arbeitspunkt unterhalb der Grenzkennlinie G'',
so wird der Strom erhöht,
bis die Lampenbrennspannung nicht mehr unzulässig zu niedrig ist. So wird,
wie das Beispiel aus 2 zeigt, ein Dimmpegel, der
bei –15°C Außentemperatur
einem Strom von 90 mA entspricht, solange hochgeregelt, bis er in
etwa 100 mA entspricht. Da die Grenzkennlinie nur bis zu dem Stromwert
IL aktiv ist, können für größere Stromwerte die Lampenbrennspannungen
beliebig klein werden. Diese Begrenzung der Schwelle ist daher sinnvoll,
da nur kleine Stromwerte herauf geregelt werden sollen.
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Vorteilhafterweise
weisen die Grenzkennlinien G' und
G'' eine Form auf, die
der Form der Lampencharakteristik angepasst ist. Außerdem sind
diese möglichst
so ausgelegt, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe
bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird. Ein etwaiges Beispiel
einer denkbaren Ausführungsform
lässt sich
der Kennlinie G aus 3 für die Bereiche I < IS für G' und I > IS für G'' entnehmen.
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In
einer weiteren Ausführung
der Erfindung weist das Verfahren zumindest im Bereich des Schnittpunktes
PS zwei Grenzkennlinien G' und
G'' auf, da es zur Verschiebung
des Kritischen Punktes kommen kann. Die Grenzkennlinie G' stellt eine obere
Schwelle dar. Diese befindet sich vorzugsweise oberhalb der Lampenkennlinie
bei Zimmertemperatur. Die zweite Grenzkennlinie G'' stellt eine untere Schwelle dar. Diese
befindet sich vorzugsweise unterhalb der Lampenkennlinie bei Zimmertemperatur.
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Eine
mögliche
Art der Implementierung kann es also auch sein, einen Korridor mit
beiden Grenzen zu schaffen. Außerhalb
des Korridors wird herauf gedimmt.
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Bei
sehr hohen und sehr niedrigen Temperaturen ist weiterhin zu beobachten,
dass in einem mittleren sowie im oberen Dimmbereich die Lampenbrennspannung
unterhalb der Werte für
reguläre Temperaturen
liegt. Daher kann es sich ergeben, dass für sehr hohe und sehr niedrige
Außentemperaturen
ein identischer Arbeitspunkt Lampenstrom/Lampenbrennspannung auftritt.
Für hohe
Temperaturen ist diese Betriebsart jedoch kein Problem. Eine Einschränkung des
Dimmbereich ist bei solchen also unerwünscht.
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Vorzugsweisee
wird dementsprechend in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Temperaturmessung
durchgeführt.
Diese hat jedoch lediglich zu bestimmen, ob es sich bei der Außentemperatur um
eine sehr hohe oder seht tiefe handelt.
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So
ist es möglich,
die Aktivierung des unteren Limits, d. h. der Grenzkennlinie G'', flexibel zu gestalten. Bei sehr hohen
Temperaturen soll das Limit deaktiviert sein, hingegen bei sehr
geringen Temperaturen aktiv sein. Durch den Fakt, dass die Brennspannung
bei hohen Dimmpegeln über
einen weiten Bereich (0°C – +40°C) konstant
ist, muss die Genauigkeit der Temperaturmessung nicht hoch sein.
Wenn z. B. eine Ungenauigkeit der Messung von +–20°C gegeben ist und nun der Schwellwert
auf 20°C
gesetzt wird, so ergibt sich ein Bereich von 0°C bis 40°C indem die Möglichkeit
der Aktivierung der unter Schwelle besteht. Da es in diesem Bereich
nie zum Ansprechen kommen kann, wird nur unter 0°C eine Einschränkung der
einstellbaren Dimmpegel durch das Verfahren vorgenommen.
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Hätte man
hingegen einen Mechanismus der temperaturabhängig das Dimmpegel limitiert,
so würde
man möglicherweise
schon im normalen Temperaturbereich den Dimmbereich unerwünscht einschränken.
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Eine
Messung als Grobeinschätzung
kann hierfür
auch im Bereich des Betriebsgeräts,
beispielsweise im Bereich der Regelschaltung, vorgenommen werden.
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Eine
Weiterbildung wird in 3 gezeigt. Hier ist die maximal
zulässige
Lampenbrennspannung eine stromabhängige Grenzkennlinie G(I),
in 3 als „Limit” gekennzeichnet.
Vorzugsweise ist G(I), wie in 3 gezeigt,
eine erst ansteigende und dann mit zunehmendem Strom-Wert wieder
abfallende Kurve. Dies trägt
dem Umstand Rechnung, dass bei üblichen
Zimmertemperaturen, beispielsweise bei 22°C, die Lampenbrennspannung genau
diesen Verlauf hat, d. h. ausgehend von einem äußerst geringen Dimmpegel zuerst
ein wenig ansteigt, um dann beispielsweise in einem Bereich von
5% Dimmpegel wieder abzufallen. Die Grenzkennlinie ist also eine
adaptive Schwelle in Abhängigkeit
des Stromes mit Berücksichtigung
der Lampencharakteristik.
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Alternativ
kann die Grenzkennlinie als Schwelle gebildet werden, die ein Lampenspannungs-Signal
verwendet, das mit der Lampenkennlinie bei nominaler Umgebungstemperatur
gewichtet wird.
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Die
Grenzkennlinie ist vorzugsweise eine stetige Funktion, welche immer
(unabhängig
vom Strom) zur gleichen Reaktion führt.
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Weiterhin
ergibt sich nun ein definierter Bereich zwischen Reaktion und Reserve
zur Reaktion konstant über
den gesamten Dimmbereich.
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Im
Weiteren kann die so entstandene Grenzkennlinie G(I) mit einer definiert
negativen Steigungsfunktion multipliziert werden. Somit erreicht
man eine immer stetig fallende Funktion für alle Ströme und Temperaturen. Über die
Einstellung der Steigung und des Referenzwertes lässt sich
nun der minimale, temperaturabhängige
Lampenstrom einstellen.
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Das
Verfahren kann auch die Lampenimpedanz als Messgröße beinhalten.
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Im
Beispiel aus 3 wird die Anwendung der Grenzkennlinie
G verdeutlicht. Die durch die Grenzkennlinie gebildete Schwelle
stellt erfindungsgemäß in einem
Bereich IA < IS eine obere
Schwelle dar. In einem Bereich IA > IS stellt
sie eine untere Schwelle dar.
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Wird
eine Schwelle übertreten,
findet also eine Grenzverletzung statt, so wird der eingestellte Dimmpegel
und so der Lampenstrom angehoben.
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Durch
die Form der Grenzkennlinie G wird erreicht, dass der einstellbare
Dimmbereich bei üblichen
Zimmertemperaturen, wie beispielsweise bei 22°C, nicht eingeschränkt wird.
Es wird dabei also für keinen
einstellbaren Dimmpegel vom Verfahren der eingestellte Dimmpegel
angehoben.
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Die
Kennlinie für
10°C ist
für kleine
Stromwerte oberhalb der Grenzkennlinie G und damit unzulässig zu
hoch. Bei 10°C
werden also Dimmpegel unter dem kritischen Stromwert nicht zugelassen.
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Die
Kennlinie für –15°C ist für kleine
Stromwerte IA < IS oberhalb
der Grenzkennlinie G und damit unzulässig zu hoch. Für zumindest
einige Stromwerte IA > IS ist die Kennlinie
unterhalb der Grenzkennlinie G und damit unzulässig zu niedrig. Bei –15°C werden
folglich keine Dimmpegel unter vorzugsweise 0,3 A zugelassen.
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Dank
des Verfahrens kann so völlig
frei festgelegt werden, ab welcher Temperatur welche Dimmpegel zugelassen
werden sollen.
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Durch
die oben angeführte
Vorgehensweise kann wie gesagt der stabile Betrieb bei niedrigen Temperaturen
und niedrigen Dimmpegeln vermieden werden.
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Bei
sehr niedrigen Temperaturen ist indessen zu beachten, dass der Wirkungsgrad
der Lampe stark abnimmt, sodass die tatsächlich abgegebene Lichtleistung
bei einem identischen Arbeitspunkt niedriger ist als bei höheren Temperaturen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird jedoch diese zu niedrige Lichtleitung kompensiert. So wird,
wie das Beispiel aus 3 zeigt, ein Dimmpegel, der
bei –15°C Außentemperatur
ein Strom von 0,2 A entspricht, auf etwa 0,3 A hochgeregelt.
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Vorzugsweisee
wird erneut, wie oben beschrieben, in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine
Temperaturmessung durchgeführt.
So ist es möglich,
die Aktivierung des unteren Limits, d. h. der Grenzkennlinie G für IA > IS, flexibel zu gestalten. Bei sehr hohen
Temperaturen soll das Limit deaktiviert sein, hingegen bei sehr
geringen Temperaturen aktiv sein.
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4 zeigt
ein Flussdiagramm eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start
in Schritt S101 des Verfahrens wird in Schritt S102 ein eingestellter
Dimmpegel gelesen. In S103 wird der zu dem Dimmpegel korrespondierende
Stromwert IA ermittelt. Dieser wird in S104
an der Gasentladungslampe eingestellt. Damit ergibt sich der Arbeitspunkt PA(IA, UA)
an der Gasentladungslampe. In S105 wird ermittelt, ob der eingestellte
Stromwert IA größer oder kleiner als der Stromwert
IS ist, an dem sich die Lampenkennlinien
für unterschiedliche
Temperaturen schneiden.
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Ist
der eingestellte Stromwert größer, so
wird nun in S106 ermittelt, ob die Lampenbrennspannung U(IA) unzulässig
klein ist, d. h. ob sie kleiner ist als der Grenzwert G(IA) für
diesen Strom. Falls letzteres nicht zutrifft, herrscht offensichtlich
keine besonders hohe oder besonders niedrige Außentemperatur vor und das Verfahren
kann beendet werden. Falls jedoch die Lampenbrennspannung U(IA) unzulässig
klein ist, so wird in S107 festgestellt, ob die Außentemperatur hoch,
beispielsweise um die 40°C
ist. Ist dies zutreffend, so kann dass Verfahren ebenfalls beendet
werden. Trifft dies jedoch nicht zu, so handelt es sich folglich
um eine extrem niedrige Außentemperatur.
In diesem Fall wird der Dimmpegel hochgesetzt. Dies erfolgt, um
die durch die Kälte
bedingte niedrige Lichtleistung, die nicht mehr mit dem eingestellten Dimmpegel
in korrektem Verhältnis
steht, zu erhöhen.
Dabei ist es frei wählbar,
um wie viel der Dimmpegel angehoben wird, vorzugsweise jedoch nur
um einen kleinen Schritt.
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Ist
der eingestellte Stromwert IA in S105 kleiner
als IS, so wird nun in S110 ermittelt, ob
die Lampenbrennspannung U(IA) unzulässig groß ist, d.
h. ob sie größer ist
als der Grenzwert G(IA) für diesen Strom.
Falls letzteres nicht zutrifft, herrscht offensichtlich keine besonders
niedrige Außentemperatur vor
und das Verfahren kann beendet werden. Falls jedoch die Lampenbrennspannung
U(IA) unzulässig groß ist, so handelt es sich folglich
um eine niedrige Außentemperatur.
In diesem Fall wird der Dimmpegel hochgesetzt. Dies erfolgt, um
den durch die Kälte bedingten
instabilen Arbeitspunkt zu stabilisieren. Außerdem wird dadurch eine unzulässig hohe
Lampenbrennspannung vermieden. Vorzugsweise wird der Dimmpegel wieder
nur um einen kleinen Schritt erhöht.
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Von
Schritt S109 wird wieder zum Anfang zurückgesprungen. So wird laufend
eine Überwachung und
Regelung durch geführt.
Außerdem
ist es so möglich,
dass sich der eingestellte Arbeitspunkt, falls er in einem unzulässigem Bereich
ist, sich stufenweise einem zulässigen
Bereich annähert.
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In 5–7 wird
ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren
erläutert.
Diese bietet eine weitere Möglichkeit,
die zusätzlich
oder alternativ zu dem obigen Verfahren eingesetzt werden kann.
Bei dem zweiten Verfahren werden die Gradienten der Lampenspannung über den
Lampenstrom ermittelt.
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5 zeigt
dabei ein Strom-Spannungs-Diagramm mit Kennlinien einer Gasentladungslampe
bei unterschiedlichen Außentemperaturen.
Dabei sind vor Allem die beiden Kennlinien bei 10°C und bei –15°C von Interesse.
Das zweite Verfahren sieht nun vor, zumindest von einem Teil der
Kennlinien die Gradientenkennlinien, d. h. die 1. Ableitung zu bestimmen.
Diese werden in 6 gezeigt. Es ist daraus ersichtlich,
dass die Steigung der Kennlinien für kleine Stromwerte bei niedrigen
Temperaturen negative Werte annimmt. Eine Kennlinie bei Zimmertemperatur
hingegen weist für
kleine Stromwerte eine positive bis gering negative Steigung, bzw.
eine betragsmäßig niedrige
Steigung auf.
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Dadurch
lässt sich
bestimmen, ob ein niedriger Dimmpegel auf Grund einer niedrigen
Außentemperatur
angehoben werden muss. Dies kann durch eine untere Schwelle, im
Beispiel aus 6 möglicherweise bei –1000, erfolgen.
Diese Schwelle ist natürlich
so gesetzt, dass sie bei regulären
Temperaturen oder auch hohen Temperaturen nie erreicht wird, sondern
nur bei niedrigen Dimmpegeln und niedrigen Temperaturen unterschritten
werden kann.
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Es
ist jedoch auch denkbar, dass diese Gradientenerfassung lediglich
zur Plausibilisierung einer weiteren Temperaturabschätzung, beispielsweise der
Temperaturmessungen im Bereich des Vorschaltgeräts eingesetzt wird.
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Das
Verfahren kann beispielsweise bei einem aktiven Dimmbetrieb ausgeführt werden
oder bei einer sonstigen gezielt angewiesenen Lampenstromveränderung.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem
wird nach dem Start in Schritt S201 die Kennlinie U(I) im Bereich
um Arbeitspunkt PA in Schritt S202 bestimmt. Daraus
kann in S204 der Gradient für
den Arbeitspunkt PA ermittelt werden. Ist
dieser Gradient größer als
der kritische Schwellwert, so wird zum Start zurückgesprungen. Falls letzteres
jedoch nicht zutrifft, so wird der Dimmpegel zumindest um einen
kleinen Schritt angehoben. Anschließend wird ebenfalls zum Start
zurückgesprungen.
Es ist natürlich
bei dem zweiten Verfahren ebenfalls möglich keine Schwelle einzusetzen,
sondern eine, die vom Strom I abhängig ist. So kann auf vorteilhafte
Weise eine adaptive Schwelle eingesetzt werden, die auf die Gradientenkennlinie
einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur angepasst ist. Hierbei
ist diese so auszulegen, dass in den oben geschilderten Fällen, insbesondere
denen der Beschreibung zu 1–4, der
Dimmpegel angehoben wird.
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8 zeigt
ein schematisches Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts 1 in
einer Leuchte 9, bei dem es sich vorzugsweise um ein elektronisches
Vorschaltgerät
handelt. Das Betriebsgerät
weist eine Ansteuerungsschaltung 2 auf. Diese ist an einen
Versorgungsstrom, vorzugsweise an konventionellen Netzstrom angeschlossen.
Außerdem
steuert sie eine oder mehrere Gasentladungslampen 3 an.
Die Gasentladungslampen können
dabei in Reihe und/oder parallel geschaltet sein.
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Das
Betriebsgerät
weist darüber
hinaus eine Regelschaltung 4 auf. Bei dieser handelt es
sich vorzugsweise um eine integrierte Schaltung. Dabei kann es sich
um einen ASIC handeln. Alternativ zum ASIC kann jedoch auch jede
andere Form einer integrierten Schaltung wie ein Mikrocontroller
oder eine Hybridlösung,
oder eine konventionelle Schaltung verwendet werden.
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Die
Regelschaltung ist mit mindestens einer Schnittstelle 6 verbunden.
Dabei kann es sich um eine Benutzerschnittstelle wie ein Display
und/oder ein Tastenfeld handeln. Denkbar ist auch, dass die Schnittstelle
eine Verbindung mit einem anderem System, beispielsweise einem Bussystem
herstellt. Auf diese Weise könnte
die Regelschaltung beispielsweise mit einer am Bussystem angeschlossenen
zentralen Steuereinheit und/oder anderen angeschlossenen Betriebsgeräten kommunizieren. Über die
Schnittstelle kann die Regeleinheit eingestellte Dimmbefehle empfangen.
Ebenfalls ist es möglich, dass
die Regelschaltung über
die Schnittstelle weitere Informationen bzw. Befehle austauscht.
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Die
Regeleinheit erhält
darüber
hinaus als Rückführsignal
die Lampenbrennspannung der einen oder mehreren Gasentladungslampen 3.
Außerdem ist
denkbar dass ihr der Lampenstrom I zurückgeführt wird. Dies kann über einen
Messshunt 5 erfolgen.
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Entsprechend
den erfindungsgemäßen Verfahren
und den über
die Schnittstelle eingehenden Dimmbefehlen steuert die Regelschaltung 4 die
Ansteuerungsschaltung 2.
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Zum
Vergleich eines Strom-Spannungs-Arbeitspunktes mit einem Schwellenwert,
d. h. der Grenzkennlinie G, weist das Betriebsgerät außerdem einen
Speicher 7 auf. Dieser speichert zumindest einige Punkte
der Grenzkennlinie G. Vorzugsweise ist er mit der Regelschaltung
verbunden. Außerdem
ist es für
die Erfindung wichtig, dass der Speicher 7 den Punkt PS(IS, US)
oder zumindest den Stromwert IS gespeichert
hat. Vorteilhafterweise wird der Punkt PS sowie
die Grenzkennlinie G bereits bei der Herstellung des Betriebsgeräts in den
Speicher aufgenommen, wenn feststeht, welche Gasentladungslampen mit
dem Betriebsgerät
betrieben werden sollen. Möglich
ist auch, dass der Speicher Informationen von verschieden Typen
von Gasentladungslampen aufweist.
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Optional
kann das Betriebsgerät
noch einen Temperatursensor 8 aufweisen. Dieser kann für das oben
beschriebene Verfahren eingesetzt werden. Vorzugsweise ist auch
der Temperatursensor mit der Regelschaltung verbunden.
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Bezugszeichenliste
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- PA(IA, UA)
- Arbeitspunkt
auf der Strom-Spannungskennlinie einer Gasentladungslampe
- IA
- Stromwert
am Arbeitspunkt PA(IA,
UA)
- UA
- Spannungswert
am Arbeitspunkt PA(IA, UA)
- PS(IS, US)
- Schnittpunkt
der Lampenkennlinien in unterschiedlichen Temperaturen
- IS
- Stromwert
am Schnittpunkt PS(IS,
US)
- US
- Spannungswert
am Schnittpunkt PS(IS, US)G(I) stromabhängige Grenzkennlinie
- G'(I)
- stromabhängige obere
Grenzkennlinie
- G''(I)
- stromabhängige untere
Grenzkennlinie
- IL
- maximaler
Stromwert von G(I) bzw. G''(I)
- 1
- Betriebsgerät
- 2
- Ansteuerungsschaltung
- 3
- Gasentladungslampe
- 4
- Regelschaltung
- 5
- Messshunt
- 6
- Schnittstelle
- 7
- Speicher
- 8
- Temperatursensor
- 9
- Leuchte