DE3122183C2 - Method for operating a high-pressure metal vapor discharge lamp and circuit arrangement for carrying out this method - Google Patents
Method for operating a high-pressure metal vapor discharge lamp and circuit arrangement for carrying out this methodInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einer periodischen Betriebsspannung konstanter Frequenz von über 500 Hz wird zwecks Vermeidung akustischer Resonanzen die Betriebsspannung ständig in der Phase sprunghaft geändert.In a method for operating a high-pressure metal vapor discharge lamp with a periodic operating voltage of constant frequency of over 500 Hz, the operating voltage is constantly changed abruptly in phase in order to avoid acoustic resonances.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf e;n Verfahren zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungsiampe mit einer periodischen Betriebsspannung konstanter Frequenz von über 500 Hz. Unter einer periodischen Betriebsspannung ist z. B. eine sinus-, dreieck- oder rechteckförmige Spannung zu verstehen.The invention relates to e ; n Method for operating a high-pressure metal vapor discharge lamp with a periodic operating voltage of constant frequency of over 500 Hz. B. to understand a sinusoidal, triangular or square-wave voltage.
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 Lampenkolben abgedrängt werden, wodurch sich eine Überlastung der Kolben wand 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 Arc instabilities occur in the lamps in certain frequency ranges above the mains frequency on. These are caused by the acoustic resonance of the discharge arc in the lamp envelope evoked. Here, the discharge arc can be displaced towards the wall of the lamp bulb, as a result of which there is an overload of the piston wall that can destroy the lamp. It is also possible that the discharge arc is in the discharge bulb wanders. This results in fluctuations in the luminous flux, the color temperature and the operating voltage. Moving the discharge arc too quickly can even lead to the lamp going out.
Derartige akustische Resonanzen und damit verbundene Bogeninstabilitäten wurden nicht nur an Niederdruck-Dampfentladungslampen, sondern vorwiegend auch an Hochdruck-Metaildampfentladungslampen, wie Hochdruck-Natriumdampfentladungslampen, -Quecksilberdampfentladungslampen und -Metallhalogenident- &o ladungslampen, 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 the associated arc instabilities have not only been found in low-pressure vapor discharge lamps, but mainly also on high-pressure metal vapor discharge lamps, such as High pressure sodium vapor discharge lamps, mercury vapor discharge lamps and metal halide & o charge lamps, observed = with some lamp types arc instabilities occur in very large frequency ranges of the operating voltage. So far, therefore assumed that stable operation of these lamps is only possible in relatively narrow frequency bands.
So sind z. B. in der DE-OS 28 47 840 für Miniatur-Me· talldampfentladungslampen instabilitätsfreie Frequenzbänder zwischen 20 und 50 kHz beschrieben.So are z. B. in DE-OS 28 47 840 for miniature Me Talldampfentladungslampen unstability-free frequency bands between 20 and 50 kHz described.
Aus der DE-OS 23 35 589 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 modulieren. In dieser DE-OS wird aber zugegeben, daß selbst ein hoher Grad von Frequenzmodulation nicht aus-• reicht um Resonanzeffekte vollständig zu unterdrücken.From DE-OS 23 35 589 it is also known to avoid sheet instabilities causing acoustic resonances in low-pressure and high-pressure mercury vapor discharge lamps modulate the high-frequency supply voltage (e.g. 20 kHz) with a low-frequency signal. In this DE-OS, however, it is admitted that even a high degree of frequency modulation is not sufficient. is enough to completely suppress resonance effects.
Gemäß der US-PS 38 90 537 vermeidet man akustische Resonanzen bei mit einem pulsierenden Strom betriebenen Quecksilberdampfentladungslampen, indem die Zerhackerfrequenz automatisch gewobbelt wird. Es gibt aber Resonanzfrequenzen, bei denen ein Wobbein der Zerhackerfrequenz versagtAccording to US-PS 38 90 537 one avoids acoustic resonances with a pulsating current operated mercury vapor discharge lamps by automatically wobbling the chopper frequency will. But there are resonance frequencies at which a wobble of the chopper frequency fails
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb von Hochdruck-Metalldampfent-Iadungslampen bei konstanter Frequenz über 500 Hz zu schaffen, bei dem über einen sehr großen Frequenzbereich von z. B. 500 Hz bis 200 kHz in den Lampen praktisch keine akustischen Resonanzen und dadurch verursachte Bogeninstabiiitäten auftreten.The invention is therefore based on the object of a method for operating high-pressure metal vapor discharge lamps to create at a constant frequency of over 500 Hz, in which over a very large frequency range from Z. B. 500 Hz to 200 kHz in the lamps and therefore practically no acoustic resonances caused arch instability occur.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Betriebsspannung ständig sprunghaft in der Phase geändert wird.This object is achieved in a method of the type mentioned at the beginning according to the invention in that the operating voltage is constantly changing abruptly in phase.
Die ständigen Pbasenänderungen stören die Anregung von akustischen Resonanzen, welche die Ursache der Bogeninstabilitäten sind.The constant phase changes disrupt the excitation of acoustic resonances, which is the cause of arc instabilities.
Vorzugsweise macht die Betriebsspannung Phasensprünge mit einer Größe von 50 bis 130°, insbesondere von 90°, d. h. 180° in der Leistung.The operating voltage preferably makes phase jumps with a size of 50 to 130 °, in particular from 90 °, d. H. 180 ° in performance.
Die Phasenänderung kann periodisch erfolgen. Hierbei treten aber im Frequenzspektrum der Betriebsspannung 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 gpwissen 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 can lead to instabilities again. The amplitude of this However, sidebands can be reduced by making the phase change statistically, i. H. in irregular Intervals. Arc instabilities require a gpwissen threshold value for excitation, which can be fallen below with the help of statistical phase change.
Vorzugsweise erfolgt die Phasenänderung jeweils nach V2 bis 20 Perioden der Betriebsspannung.The phase change preferably takes place after V2 to 20 periods of the operating voltage.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Schaltungsanordnung zur Ausübung des beschriebenen Verfahrens. 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.The invention also relates to a circuit arrangement for performing the described Procedure. This circuit arrangement is characterized according to the invention that a periodic Signal from a signal generator once directly and once via a phase shifter to an analog multiplexer and from there via a power amplifier of the high-pressure metal vapor discharge lamp as operating voltage is supplied, with the aid of a digital pulse generator of the analog multiplexer either periodically or statistically alternating directly or via the phase shifter with the signal generator Power amplifier connects.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment according to the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. It shows
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe, F i g. 1 is a block diagram of a circuit arrangement for operating a high-pressure metal vapor discharge lamp.
F i g. 2 den Verlauf der Lampenspannung für den Fall eines 90°-Phasensprunges nach jeweils etwa 1,5 Perioden der sinusförmigen Betriebsspannung,F i g. 2 the curve of the lamp voltage for the case a 90 ° phase jump after about 1.5 periods of the sinusoidal operating voltage,
Fig.3 einen der Fig. 2 entsprechenden Spannungsverlauf mit 90°-Phasensprüngen nach jeweils etwa 5,5 Perioden der sinusförmigen Betriebsspannung.3 shows a voltage curve corresponding to FIG. 2 with 90 ° phase jumps after each approximately 5.5 periods of the sinusoidal operating voltage.
Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 erzeugt ein Signalgeneraior 1 eine sinusförmige Ausgangsspannung konstanter Frequenz f, die vom Knotenpunkt 2 aus einmal über eine Leitung 3 direkt und einmal über einen Phasenschieber 4 einem Analog-Multiplexer 5 zügeführt 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 ist.In the circuit arrangement according to FIG. 1, a signal generator 1 generates a sinusoidal output voltage of constant frequency f, which is fed from node 2 once via a line 3 directly and once via a phase shifter 4 to an analog multiplexer 5. 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.
Der Analog-Multiplexer 5 wirkt praktisch wie ein Schalter mit zwei Schaltkontakten Sl und 52. Über Leitungen 10 und 11 wird der Analog-Multiplexer 5 von einem digitalen Impulsgenerator 12 gesteuert. In die Leitung 11 ist ein Inverter 13 zwischengeschaltet. Ist der Ausgang des digitalen Impulsgenerators 12 auf LOW-Signal (L) geschaltet, 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 Aasgang des digitalen impuisgenerators 12 auf H geschaltet ist, so steht auch an der Leitung 10 H an, während die Leicung 11 über den Inverter 13 auf L gesetzt wird. In diesem Zustand schließt der Schalter 52 des Analog-Multiplexers 5, so daß an seinem Ausgang 6 die phasenverschobene Spannung des Signalgenerators 1 anliegt. 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 130°, vorzugsweise von 90°, erfolgen; die gewünschte Phasenänderung kann am Phasenschieber 4 eingestellt werden.The analog multiplexer 5 acts practically like a switch with two switching contacts Sl and 52. About Lines 10 and 11 become the analog multiplexer 5 of a digital pulse generator 12 controlled. An inverter 13 is connected in line 11. Is the When the output of the digital pulse generator 12 is switched to the LOW signal (L), it is also on the line 10 L on, while the line 11 is switched to the HIGH signal (H) via the inverter 13. In this condition the analog multiplexer 5 closes its switch S1, so that the voltage of the signal generator 1 is applied directly at the output 6. When the progress of the digital pulse generator 12 is switched to H, so is also on line 10 H, while Leicung 11 is set to L via inverter 13. In this condition closes the switch 52 of the analog multiplexer 5, so that at its output 6 the phase-shifted The voltage of the signal generator 1 is present. The phase change of 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 of 50 to 130 °, preferably 90 °, take place; the desired phase change can be on Phase shifter 4 can be set.
Liefert der digitale Impulsgenerator 12 eine periodische Impulsreihe (a), so erscheint am Ausgang 6 des J> 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 fp der periodischen !mpulsreihe (a) -*o des digitalen Impuisgenerators 12 gegeben. Eine Phasenänderung am Ausgang β des Analog-Multiplexers 5 tritt also jeweils nach //^,-Perioden der Signalgeneratorspannung auf, so daß sich durch V/ah! dieses Verhältnisses die Zeitfolge der Phasenänderungen einstellen läßt. Erfolgt die H/L-Umschaltung des digitalen Impuisgenerators 12 unregelmäßig, d. h. statistisch verteilt (Impulsreihe b), so ergibt sich eine ebenfalls unregelmäßige Phasenänderung der Spannung am Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5.If the digital pulse generator 12 delivers a periodic pulse series (a), the direct voltage or the phase-changed voltage of the signal generator 1 appears alternately at the output 6 of the J> analog multiplexer 5. The frequency of the phase change in the output voltage of the analog multiplexer 5 is determined by the The fundamental frequency f p of the periodic pulse series (a) - * o of the digital pulse generator 12 is given. A phase change at the output β of the analog multiplexer 5 occurs after // ^, - periods of the signal generator voltage, so that V / ah! this ratio can adjust the time sequence of the phase changes. If the H / L switchover of the digital pulse generator 12 takes place irregularly, that is to say statistically distributed (pulse series b), a likewise irregular phase change of the voltage at the output 6 of the analog multiplexer 5 results.
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 thus obtained 5 with periodic or statistical phase changes in the form of phase jumps is then The lamp 8 is supplied as operating voltage via the linear power amplifier 7.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel war die Lampe 8 eine 300-W-QuecksilberhochdruckentIadungslampe. 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 9O3-Phasensprunges nach jeweils etwa 1,5 bzw. 5,5 Perioden de>· sinusförmigen Ausgangsspannun^ Jes Signalgenerators 1. (Die einzelnen Phasensprünge sir.d --lurch kleine Pfeile unterhalb der Spannungsverläufe gekennzeichnet) Durch diese Phasenänderungen läßt sich ein stabiler Betrieb der Lampe erreichen. Auch bei Phasensprüngen von mehr oder weniger als 90°, z. B. zwischen 50 und 130°, lassen sich Bogeninstabilitäten in der Lampe vermeiden, ohne auf die sonstigen Vorteile des Hochdruckfrequenzbetriebes der Lampe zu verzichten.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 lamp in question. 2 and 3 show the time curves of the lamp voltage for the case of a 90 3 phase jump after about 1.5 or 5.5 periods of the> · sinusoidal output voltage of the signal generator 1. (The individual phase jumps sir.d - -marked by small arrows below the voltage curves) These phase changes allow stable operation of the lamp. Even with phase jumps of more or less than 90 °, e.g. B. between 50 and 130 °, arc instabilities in the lamp can be avoided without having to forego the other advantages of high-pressure frequency operation of the lamp.
Bei der Anwendung des Verfahrens auf elektronische Hochfrequenzvorschaltgeräte wird in der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 der Leistungsverstärker 7 und die Ballastimpedanz 9 durch die Leistungselektronik des entsprechenden Vorschaltgerätes ersetzt, die dann vom Ausgangssignal des Analogmultiplexers 5 angesteuert wird.When applying the method to electronic high-frequency ballasts, the circuit arrangement according to FIG. 1 the power amplifier 7 and the ballast impedance 9 through the power electronics of the corresponding ballast replaced, which is then controlled by the output signal of the analog multiplexer 5 will.
Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich in Hochdruck-Metalldampfentladungslampen nicht nur longitudinal, sondern auch azimuthal und radiale akustische Resonanzen vermeiden. Die Lampen brauchen keinen zylindrischen Kolben aufzuweisen, sondern f-.jnnen z. B. auch kugel- oder ellipsoidförmig ausgebildet sein.The method described can not only be used in high-pressure metal vapor discharge lamps longitudinal, but also azimuthal and radial Avoid acoustic resonances. The lamps do not need to have a cylindrical bulb, but rather f-.jnnen z. B. also spherical or ellipsoidal be.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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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 |