DE3122183A1 - Method for operating a high-pressure metal-vapour discharge lamp and a circuit arrangement for carrying out this method - Google Patents
Method for operating a high-pressure metal-vapour discharge lamp and a circuit arrangement for carrying out this methodInfo
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Abstract
Description
Verfahren zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe und Schaltungsanordnung zur Ausübung dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einer periodischen Betriebs spannung konstanter Frequenz von über 500 Hz. Unter einer periodischen Betriebsspannung ist z.B. eine sinus-, dreieck- oder rechteckförmige Spannung zu verstehen.Method for operating a high-pressure metal vapor discharge lamp and Circuit arrangement for practicing this method The invention relates to a method for operating a high-pressure metal vapor discharge lamp with a periodic Operating voltage of constant frequency of over 500 Hz. Under a periodic Operating voltage is, for example, a sinusoidal, triangular or square-wave voltage to understand.
Beim Betrieb von Hochdruck-Metalldampfentladungslampen oberhalb der Netzfrequenz treten in bestimmten Frequenzbereichen in den Lampen Bogeninstabilitäten auf. Diese werden durch akustische Resonanz des Entladungsbogens im Lampenkolben hervorgerufen. Hierbei kann der Entladungsbogen zur Wand des Lampenkolbens abgedrängt werden, wodurch sich eine Oberlastung der Kolbenwand ergibt, die zur Zerstörung der Lampe führen kann. Es ist auch möglich, daß der Entladungsbogen im Entladungskolben wandert. Hierdurch ergeben sich Schwankungen des Lichtstromes, der Farbtemperatur sowie der Brennspannung. Zu schnelle Bewegungen des Entladungsbogens können sogar zum Erlöschen der Lampe führen.When operating high-pressure metal vapor discharge lamps above the Mains frequency arc instabilities occur in the lamps in certain frequency ranges on. These are caused by the acoustic resonance of the discharge arc in the lamp bulb evoked. Here, the discharge arc can be pushed away from the wall of the lamp bulb be, whereby an overload of the piston wall results, which leads to the destruction the lamp. It is also possible that the discharge arc is in the discharge bulb wanders. This results in fluctuations in the luminous flux and the color temperature as well as the operating voltage. Movements of the discharge arc that are too fast can even cause the lamp to go out.
Derartige akustische Resonanzen und damit verbundene Bogeninstabilitäten wurden nicht nur an Niederdruck-Dampfentladungslampen, sondern vorwiegend auch an Hochdruck-Metalldampfentladungslampen, wie Hochdruck-Natriumdampfentladungslampen, -Quecksilberdampfentladungslampen und -Metallhalogenidentladungslampen, beobachtet. Bei einigen Lampentypen treten Bogeninstabilitäten in sehr großen Frequenzbereichen der Betriebsspannung auf. Bisher wurde daher angenommen, daß ein stabiler Betrieb dieser Lampen nur in relativ schmalen Frequenzbändern möglich ist.Such acoustic resonances and associated arc instabilities were not only used on low-pressure vapor discharge lamps, but also predominantly on High pressure metal vapor discharge lamps, such as high pressure sodium vapor discharge lamps, Mercury vapor discharge lamps and metal halide discharge lamps have been observed. With some lamp types, arc instabilities occur in very large frequency ranges the operating voltage. So far, it has been assumed that the operation is stable of these lamps is only possible in relatively narrow frequency bands.
So sind zoBo in der DE-OS 2 847 840 für Miniatur-Metalldampfentladungslampen instabilitätsfreie Frequenzbänder zwischen 20 und 50 kHz beschrieben; Aus der DE-OS 2 335 589 ist es darüber hinaus bekannt, zur Vermeidung von Bogeninstabilitäten hervorrufenden akustischen Resonanzen bei Niederdruck- und Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen die hochfrequente Versorgungsspannung (z.B. 20 kHz) mit einem niederfrequenten Signal zu modulieren0 In dieser DE-OS wird aber zugegeben, daß selbst ein hoher Grad von Frequenzmodulation nicht ausreicht, um Resonanzeffekte vollständig zu unterdrücken.For example, DE-OS 2,847,840 describes zoBo for miniature metal vapor discharge lamps Describes instability-free frequency bands between 20 and 50 kHz; From the DE-OS 2 335 589 it is also known to avoid sheet instabilities causing acoustic resonances in low-pressure and high-pressure mercury vapor discharge lamps the high-frequency supply voltage (e.g. 20 kHz) with a low-frequency signal zu modulate0 In this DE-OS it is admitted that even a high degree of Frequency modulation is not sufficient to completely suppress resonance effects.
Gemäß der US-PS 3 890 537 vermeidet man akustische Resonanzen bei mit einem pulsierenden Strom betriebenen Quscksilberdampfentladungslampen, indem die Zerhackerfrequenz automatisch gewobbelt wird Bs gibt aber Resonanzfrequenzea, bei denen ein Wobbeln der Zerhackerfrequenz versagt.According to US Pat. No. 3,890,537, acoustic resonances are avoided Mercury vapor discharge lamps operated with a pulsating current by the chopper frequency is swept automatically Bs but there is a resonance frequencya, which fail to sweep the chopper frequency.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb von Hochdruck-Metalldampfenladungslampen bei konstanter Frequenz über 500 Hz zu schaffen, bei dem über einen sehr großen Frequenzbereich von z.B.The invention is therefore based on the object of providing a method for Operation of high pressure metal vapor charge lamps at a constant frequency above 500 Hz, in which over a very large frequency range of e.g.
500 Hz bis 200 kHz in den Lampen praktisch keine akustischen Resonanzen und dadurch verursachte Bogeninstabilitäten auftreten0 Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Betriebsspannung ständig sprunghaft in der Phase geändert wird.500 Hz to 200 kHz in the lamps practically no acoustic resonances and arc instabilities caused by it occur0 This task is performed by a Method of the type mentioned at the outset according to the invention achieved in that the operating voltage the phase is constantly being changed by leaps and bounds.
Die ständigen Phasenänderungen stören die Anregung von akustischen Resonanzen, welche die Ursache der Bogeninstabilitäten sind.The constant phase changes disrupt the stimulation of acoustic Resonances, which are the cause of the arc instabilities.
Vorzugsweise macht die Betriebs spannung Phasensprünge mit einer Größe von 50 bis 130°, insbesondere von 90°, d.h.Preferably, the operating voltage makes phase jumps with a size from 50 to 130 °, especially from 90 °, i.e.
180° in der Leistung.180 ° in performance.
Die Phasenänderung kann periodisch erfolgen. Hierbei treten aber im Frequenzspektrum der Betriebs spannung Seitenbänder auf, die selbst wieder zu Instabilitäten führen können. Die Amplitude dieser Seitenbänder kann jedoch dadurch reduziert werden, daß die Phasenänderung statistisch, d.h. in unregelmäßigen Abständen, vorgenommen wird. Bogeninstabilitäten benötigen zur Anregung einen gewissen Schwellwert, welcher mit Hilfe statistischer Phasenänderung unterschritten werden kann.The phase change can take place periodically. Here, however, occur in the Frequency spectrum of the operating voltage sidebands, which in turn lead to instabilities being able to lead. However, the amplitude of these sidebands can be reduced by that the phase change is carried out statistically, i.e. at irregular intervals will. Arc instabilities require a certain threshold value for excitation, which can be fallen below with the help of statistical phase change.
Vorzugsweise erfolgt die Phasenänderung jeweils nach 1/2 bis 20 Perioden der Betriebsspannung.The phase change preferably takes place after 1/2 to 20 periods the operating voltage.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Schaltungsanordnung zur Ausübung des beschriebenen Verfahrens.The invention also relates to a circuit arrangement for Exercise the procedure described.
Diese Schaltungsanordnung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein periodisches Signal eines Signalgenerators einmal direkt und einmal über einen Phasenschieber einem Analog-Multiplexer und von dort über einen Leistungsverstärker der Hochdruck-Metalldampfentladungslampe als Betriebsspannung zugeführt wird, wobei mit Hilfe eines digitalen Impulsgenerators- der Analog-Multiplexer entweder periodisch oder statistisch abwechselnd direkt oder über den Phasenschieber den Signalgenerator mit dem Leistungsverstärker verbindet.This circuit arrangement is characterized according to the invention, that a periodic signal of a signal generator once directly and once via a phase shifter to an analog multiplexer and from there via a power amplifier the high-pressure metal vapor discharge lamp is supplied as operating voltage, wherein with the help of a digital pulse generator - the analog multiplexer either periodically or statistically alternately the signal generator directly or via the phase shifter connects to the power amplifier.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe, Fig. 2 den Verlauf der Lampenspannung für den Fall eines 90°-Phasensprunges nach jeweils etwa 1,5 Perioden der sinusförmigen Betriebsspannung, Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Spannungsverlauf mit 90°-Phasensprüngen nach jeweils etwa 5,5 Perioden der sinusförmigen Betriebsspannung.An embodiment according to the invention will now be based on the Drawing explained in more detail. 1 shows a block diagram of a circuit arrangement for operating a high-pressure metal vapor discharge lamp, Fig. 2 the Progression of the lamp voltage for the case of a 90 ° phase jump after approx 1.5 periods of the sinusoidal operating voltage, FIG. 3 one of FIG. 2 corresponding Voltage curve with 90 ° phase jumps after about 5.5 periods of the sinusoidal Operating voltage.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig0 1 erzeugt ein Signalgenerator 1 eine sinusförmige Ausgangs spannung konstanter Frequenz f, , die vom Knotenpunkt 2 aus einmal über eine Leitung 3 direkt und einmal über einen Phasenschieber 4 einem Analog-Multiplexer 5 zugeführt wird. Der Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5 ist mit einem linearen Leistungsverstärker 7 verbunden, an den eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe 8 in Reihe mit einer Ballastimpedanz 9 angeschlossen ist0 Der Analog-Multiplexer 5 wirkt praktisch wie ein Schalter mit zwei Schaltkontakten S1 und S2. Über Leitungen 10 und 11 wird der Analog-Multiplexer 5 von einem digitalen Impulsgenerator 12 gesteuerte In die Leitung 11 ist ein Inverter 13 zwischengeschaltet. Ist der Ausgang des digitalen Impulsgenerators 12 auf LOW-Signal (L) gesehaltet9 so steht an der Leitung 10 ebenfalls L an, während die Leitung 11 über den Inverter 13 auf HIGH-Signal (H) geschaltet ist. In diesem Zustand schließt der Analog-Multiplexer 5 seinen Schalter S1, so daß am Ausgang 6 direkt die Spannung des Signalgenerators 1 anliegt. Wenn der Ausgang des digitalen Impulsgenerators 12 auf H geschaltet ist, so steht auch an der Leitung 10 H an9 während die Leitung 11 über den Inverter 13 auf L gesetzt wird. In diesem Zustand schließt der Schalter 52 des Analog Multiplexers 59 so daß an seinem Ausgang 6 die phasenverschobene Spannung des Signalgenerators 1 anliegt0 Die Phasenänderung der Ausgangsspannung des Analog- Multiplexers 5 gegenüber der Ausgangsspannung des Signalgenerators 1 kann mit Hilfe des Phasenschiebers 4 durch Phasensprünge von 50 bis 1300, vorzugsweise von 900, erfolgen; die gewünschte Phasenänderung kann am Phasenschieber 4 eingestellt werden.In the circuit arrangement according to Fig0 1 generates a signal generator 1 a sinusoidal output voltage of constant frequency f, from the node 2 from once via a line 3 directly and once via a phase shifter 4 a Analog multiplexer 5 is supplied. The output 6 of the analog multiplexer 5 is connected to a linear power amplifier 7 to which a high pressure metal vapor discharge lamp 8 is connected in series with a ballast impedance 9 0 The analog multiplexer 5 works practically like a switch with two switching contacts S1 and S2. Via lines 10 and 11, the analog multiplexer 5 is controlled by a digital pulse generator 12 An inverter 13 is connected in line 11. Is the output of the digital Pulse generator 12 is on LOW signal (L) 9 so it is also on line 10 L on, while line 11 is switched to HIGH signal (H) via inverter 13 is. In this state, the analog multiplexer 5 closes its switch S1, see above that the voltage of the signal generator 1 is applied directly at the output 6. When the exit of the digital pulse generator 12 is switched to H, it is also on the line 10 H an9 while the line 11 is set to L via the inverter 13. In this State closes the switch 52 of the analog multiplexer 59 so that at its output 6 the phase-shifted voltage of the signal generator 1 is present 0 the phase change the output voltage of the analog Multiplexer 5 with respect to the output voltage of the signal generator 1 can with the help of the phase shifter 4 through phase jumps from 50 to 1300, preferably from 900; the desired phase change can can be set on the phase shifter 4.
Liefert der digitale Impulsgenerator 12 eine periodische Impulsreihe (a), so erscheint am Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5 abwechselnd die direkte Spannung oder die phasengeänderte Spannung des Signalgenerators 1. Die Frequenz der Phasenänderung der Ausgangsspannung des Analog-Multiplexers 5 ist durch die Grundfrequenz f der periodip schen Impulsreihe (a) des digitalen Impulsgenerators 12 gegeben. Eine Phasenänderung am Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5 tritt also jeweils nach f/f -Perioden der p Signalgeneratorspannung auf, so daß sich durch Wahl dieses Verhältnisses die Zeitfolge der Phasenänderungen einstellen läßt. Erfolgt die H/L-Umschaltung des digitalen Impulsgenerators 12 unregelmäßig, d.h. statistisch verteilt (Impulsreihe b), so ergibt sich eine ebenfalls unregelmäßige Phasenänderung der Spannung am Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5.The digital pulse generator 12 supplies a periodic pulse series (a), the direct output alternately appears at the output 6 of the analog multiplexer 5 Voltage or the phase changed voltage of the signal generator 1. The frequency the phase change of the output voltage of the analog multiplexer 5 is due to the Fundamental frequency f of the periodic pulse series (a) of the digital pulse generator 12 given. A phase change at the output 6 of the analog multiplexer 5 therefore occurs in each case after f / f periods of the p signal generator voltage, so that through Choosing this ratio lets you adjust the timing of the phase changes. He follows the H / L switching of the digital pulse generator 12 is irregular, i.e. statistical distributed (pulse series b), there is also an irregular phase change the voltage at the output 6 of the analog multiplexer 5.
Die so erhaltene Ausgangsspannung des Analog-Multiplexers 5 mit periodischen oder statistischen Phasenänderungen in Form von Phasensprüngen wird dann über den linearen Leistungsverstärker 7 der Lampe 8 als Betriebsspannung zugeführt.The output voltage of the analog multiplexer 5 thus obtained with periodic or statistical phase changes in the form of phase jumps is then carried out via the linear power amplifier 7 of the lamp 8 supplied as operating voltage.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel war die Lampe 8 eine 300 W-Quecksilberhochdruckentladungslampe. Der Signalgenerator 1 erzeugte eine Spannung von etwa 3 kHz. Diese Frequenz liegt in einem Instabilitätsgebiet der in Frage stehenden Lampe. Die Fig. 2 und 3 zeigen die zeitlichen Verläufe der Lampenspannung für den Fall eines 90°-Phasensprunges nach jeweils etwa 1,5 bzw. 5,5 Perioden der sinusförmigen Ausgangsspannung des Signalgenerators 1.In a practical embodiment, the lamp 8 was a 300 W high-pressure mercury discharge lamp. The signal generator 1 generated a voltage of about 3 kHz. This frequency lies in a region of instability of the one in question Lamp. 2 and 3 show the time curves of the lamp voltage for the Case of a 90 ° phase jump after about 1.5 or 5.5 periods of the sinusoidal Output voltage of the signal generator 1.
(Die einzelnen Phasensprünge sind durch kleine Pfeile unterhalb der Spannungsverläufe gekennzeichnet.) Durch diese Phasenänderungen läßt sich ein stabiler Betrieb der Lampe erreichens Auch bei Phasensprüngen von mehr oder weniger als 900 zoBo zwischen 50 und 1300 lassen sich Bogeninstabilitäten in der Lampe vermeiden, ohne auf die sonstigen Vorteile des Hochdruckfrequenzbetriebes der Lampe zu verzichten.(The individual phase jumps are indicated by small arrows below the Voltage curves marked.) These phase changes allow a more stable The lamp can operate even with phase jumps of more or less than 900 zoBo between 50 and 1300 arc instabilities in the lamp can be avoided, without foregoing the other advantages of high-pressure frequency operation of the lamp.
Bei der Anwendung des Verfahrens auf elektronische Hochfrequenzvorschaltgeräte wird in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 der Leistungsverstärker 7 und die Ballastimpedanz 9 durch die Leistungselektronik des entsprechenden Vorschaltgerätes ersetzt9 die dann vom Ausgangssignal des Analogmultiplexers 5 angesteuert wird.When applying the method to high-frequency electronic ballasts In the circuit arrangement according to FIG. 1, the power amplifier 7 and the ballast impedance 9 replaced by the power electronics of the corresponding ballast 9 the is then controlled by the output signal of the analog multiplexer 5.
Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich in Hochdruck-Metalldampfentladungslampen nicht nur longitudinale, sondern auch azimuthale und radiale akustische Resonanzen vermeiden. Die Lampen brauchen keinen zylindrischen Kolben aufzuweisen, sondern können zDBO auch kugel- oder ellipsoidförmig ausgebildet sein.The method described can be used in high-pressure metal vapor discharge lamps not only longitudinal but also azimuthal and radial acoustic resonances avoid. The lamps do not need to have a cylindrical bulb, but rather zDBO can also have a spherical or ellipsoidal shape.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |