DE4436825A1 - Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruck-Gasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruck-Gasentladungslampe unter Verwendung einer elektro­ nischen Vorschalteinrichtung, damit die Lampe einen verbes­ serten Lampenenergiefaktor von im wesentlichen 1,0 aufweist.

Elektronische Vorschalteinrichtungen werden an Hochdruck- Gasentladungslampen betrieben, damit diese kompakter und leichter als in Verbindung mit einer herkömmlichen indukti­ ven Vorschalteinrichtung ausgebildet werden können. Darüber hinaus ist es bekannt, daß eine elektronische Vorschaltein­ richtung gegenüber einer herkömmlichen induktiven Vorschalt­ einrichtung dahingehend vorteilhaft ist, daß eine Lampe mit elektronischer Vorschalteinrichtung mit einem Lampenenergie­ faktor von im wesentlichen 1,0 weniger Lampenspannung und weniger Lampenstrom benötigt, um eine Nennbetriebsleistung zu erzielen wie eine Lampe mit herkömmlicher Vorschaltein­ richtung mit einem Lampenenergiefaktor von 0,9 oder weniger. Dies ist aus den Diagrammen der Fig. 12A und 12B erkennbar, in denen die Lastcharakteristik einer mit einer elektroni­ schen Vorschalteinrichtung betriebenen Lampe mit durchgezo­ genen Linien eingezeichnet ist, während die Ladecharakteri­ stik einer mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung be­ triebenen Lampe mit gestrichelten Linien eingezeichnet ist. Fig. 12A zeigt die jeweilige Ladecharakteristik mit der Lam­ penleistung W_LA entlang der Ordinate und der Lampenspannung V_LA entlang der Abszisse. Fig. 12B zeigt dieselbe Ladecha­ rakteristik mit der Lampenspannung V_LA entlang der Ordinate und dem Lampenstrom I_LA entlang der Abszisse. Wie es aus den Figuren erkennbar ist, erfordert eine mit einer elektroni­ schen Vorschalteinrichtung betriebene Lampe weniger Nennlam­ penspannung V₀₁ und -strom I₀₁ zum Erzeugen der Nennlampen­ leistung W₀, als es der Nennlampenspannung V₀₂ und dem -strom W₀ für die Lampe entspricht, die mit einer herkömm­ lichen Vorschalteinrichtung betrieben wird. Daher ist anzu­ nehmen, daß eine elektronische Vorschalteinrichtung zu einer geringeren Temperaturbelastung einer Lampe führt als eine herkömmliche Vorschalteinrichtung. Auch was die maximale Lampenleistung betrifft, führt eine elektronische Vorschalt­ einrichtung wegen der kleineren Lampenspannung und des klei­ neren Stroms zu kleinerer Leistung als bei einer herkömm­ lichen Vorschalteinrichtung, was ebenfalls die Temperatur­ belastung verringert. Infolgedessen ist zu erwarten, daß eine elektronische Vorschalteinrichtung die Lampenbetriebs­ dauer verlängert.

Es stellte sich jedoch heraus, daß elektronische Vorschalt­ einrichtungen nur zu verringerter Lampenbetriebsdauer füh­ ren. Tatsächlich zeigt es sich, daß verschiedene mit einer elektronischen Vorschalteinrichtung betriebene Lampen weni­ ger als die halbe Lampenbetriebsdauer als solche aufweisen, die mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung betrieben werden. Durch Untersuchungen konnten die Erfinder herausfin­ den, daß innerhalb der Bogenröhre einer Lampe stärkere ört­ liche Temperaturerhöhungen auftreten, wenn die Lampe mit einer elektronischen statt einer herkömmlichen Vorschaltein­ richtung betrieben wird. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die Bogenlumineszenz, die die örtliche Temperatur einer Lampe repräsentiert. Die Bogenlumineszenz wurde da­ durch gemessen, daß eine horizontal angeordnete Lampe be­ trieben wurde, wie in Fig. 13 dargestellt, und sie wurde als Maximum der Lumineszenz an einem Punkt X eines zwischen den Elektroden 2 der Lampe aufgebauten Bogens mit sich entlang der Länge des Bogens ändernder Lumineszenz definiert; es ist bekannt, daß die Lumineszenz im allgemeinen direkt propor­ tional zur örtlichen Temperatur der Lampe ist. Die Unter­ suchung wurde ausgeführt, um Punkte mit gleicher Bogenlumi­ neszenz dadurch auszumessen, daß die Lampenleistung W_LA und die Spannung V_LA jeweils unter Verwendung einer elektroni­ schen und einer herkömmlichen Vorschaltleistung für drei Lampen, nämlich eine neue, eine alte, die gerade das Ende der Lampenlebensdauer erreichte und maximale Lampenspannung aufwies, und eine dazwischenliegende variiert wurden. Es wurden Metallhalogenidlampen von 150 W verwendet, wie sie unter dem Namen HQI-TS 150W/NDL von Osram, Deutschland verkauft werden. Für jede Lampe wurden drei Niveaus für die Bogenlumineszenz ausgewählt, um Äquilumineszenzpunkte 1, 2 und 3 mit verschiedenen Niveaus mit zugehörigen verschiede­ nen Lampenleistungen und -spannungen zu erhalten, wobei das Bogenlumineszenzniveau in der Reihenfolge 3 < 2 < 1 größer wurde. Die so gemessenen Punkte wurden so aufgetragen, wie es in Fig. 13 dargestellt ist, um die Linien Neu1, Neu2, Mitt1 und Mitt2 sowie Alt1 und Alt2 für die neuen, mittleren bzw. alten Lampen zu erhalten, die jeweils mit der elektro­ nischen und der herkömmlichen Vorschalteinrichtung betrieben wurden, wobei die durchgezogenen Linien und die gestrichel­ ten Linien die sich ändernden Bogenlumineszenzen der Lampen zeigen, die mit der elektronischen bzw. der herkömmlichen Vorschalteinrichtung betrieben wurden.

Aus Fig. 13 ist erkennbar, daß dann, wenn die Lampenspannung V_LA um die Nennspannung V₀₁ herum liegt, kein wesentlicher Unterschied hinsichtlich der Lampenleistung vorliegt, wie sie bei einer elektronischen und einer herkömmlichen Vor­ schalteinrichtung erforderlich ist, um zur selben Bogen­ lumineszenz zu führen. Wenn jedoch die Lampenspannung auf­ grund längerer Gebrauchsdauer der Lampe über die Nennspan­ nung V₀₁ ansteigt, sind beträchtliche Unterschiede zwischen den Lampenleistungen erkennbar, wie sie dazu erforderlich sind, dieselbe Bogenlumineszenz der Niveaus 2 bzw. 3 zu er­ zielen. Anders gesagt, ist es erkennbar, daß dann, wenn die Lampenspannung über die Nennlampenspannung ansteigt und die­ selben Lampen mit einer elektronischen und einer herkömm­ lichen Vorschalteinrichtung so betrieben werden, daß diesel­ be Lampenleistung, d. h. derselbe Beleuchtungsgrad erzielt wird, eine mit einer elektronischen Vorschalteinrichtung be­ triebene Lampe eine Bogenlumineszenz zeigt, die deutlich größer als diejenige einer mit einer herkömmlichen Vor­ schalteinrichtung betriebenen Lampe ist. Dies bedeutet, daß die elektronische Vorschalteinrichtung zu einer deutlichen örtlichen Temperaturerhöhung im Vergleich zum Fall mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung führt, wenn die Lampen mit derselben Lampenleistung betrieben werden. Es wird an­ genommen, daß eine solche deutliche örtliche Temperatur­ erhöhung dem verbesserten Lampenenergiefaktor zuzuschreiben ist, wie er mit einer elektronischen Vorschalteinrichtung erzielbar ist. D.h., daß eine elektronische Vorschaltein­ richtung weniger Lampenstrom als eine herkömmliche Vor­ schalteinrichtung benötigt, um dieselbe Lampenleistung zu erhalten, und daß sie einen schmaleren Bogen als eine her­ kömmliche Vorschalteinrichtung ergibt, wenn dieselbe mitt­ lere Bogentemperatur eingestellt wird.

Demgemäß wird angenommen, daß dann, wenn die Lampenspannung die Nennspannung übersteigt, der Lampenstrom eine Konzentra­ tion im Zentrum des Bogens erfährt, was die Bogenlumineszenz oder die maximale Lumineszenz in der Mitte des Bogens be­ trächtlich erhöht. Wenn der Temperaturanstieg in der Lampe und damit die Bogenlumineszenz größer wird, wird die aus Quarzglas bestehende Bogenröhre in ihrer Mitte einer örtli­ chen Wärmekonzentration ausgesetzt. Wenn diese ausgeprägt wird, kommt es im Quarzglas zu Umkristallisierung, was zu einem weiß eingetrübten Bereich führt. Es ist anzunehmen, daß dieser weiß eingetrübte Bereich Licht und Wärme vom Bogen in anderen Bereichen der Röhre reflektiert, wodurch die Gesamttemperatur der Röhre ansteigt, was schließlich die Lampe auf ein solches Niveau verschlechtert, daß sie nicht weiter betreibbar ist. Es wird angenommen, daß bei einer mit Natrium gefüllten Lampe der örtliche oder der Gesamttempera­ turanstieg der Bogenröhre zu einem Auslecken von Natrium führt, wodurch sich die Lampeneigenschaften kritisch ver­ schlechtern.

Um die vorstehende Schwierigkeit hinsichtlich der Lampen­ betriebsdauer zu vermeiden, haben die Erfinder in der japa­ nischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 5-76158 ein Ver­ fahren zum Betreiben einer Hochdruck-Gasenladungslampe unter Verwendung einer elektronischen Vorschalteinrichtung mit einem Lampenenergiefaktor von ungefähr 1,0 vorgeschlagen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Lampenlei­ stung abhängig von einer Lampen-Äquilumineszenzcharakteri­ stik so verändert wird, daß die Bogenlumineszenz über alle sich ändernden Lampenspannungen auf konstantem Niveau gehal­ ten werden soll. Die Äquilumineszenzcharakteristik ist ana­ log zu den drei durchgezogenen Kurven X₁, X₂ und X₃ von Fig. 13, und zwar durch das Aufsuchen von Äquilumineszenzpunkten, jedoch ist sie so ausgewählt, daß sie das Bogenlumineszenz­ niveau repräsentiert, das demjenigen entspricht, das bei der Nennlampenspannung erzeugt wird. Durch dieses Verfahren ist es möglich, eine ungebührliche Erhöhung der Bogenlumineszenz auszuschließen, d. h. einen örtlichen Temperaturanstieg, wenn die Lampe mit zunehmender Lampenspannung über die Nenn­ lampenspannung hinaus betrieben wird, wodurch die Lampen­ betriebsdauer verlängert wird.

Obwohl das Verfahren zum Verlängern der Lampenlebensdauer wirkungsvoll ist, führt es zur neuen Schwierigkeit, daß die Lampenleistung stark absinkt, mit einer zugehörigen Verrin­ gerung des Leuchtflusses, wenn die Lampenspannung über die Nennspannung ansteigt, wie es aus den Charakteristiken X₁, X₂ und X₃ in Fig. 13 erkennbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit einer elektronischen Vorschalteinrichtung zu schaffen, mit der eine lange Lampenbetriebsdauer erzielt werden kann, ohne daß der Lichtfluß wesentlich absinkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Lehre von An­ spruch 1 gegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung verlängert die Lebensdauer einer Hochdruck-Gasentladungslampe und hält die Lampenlei­ stung während der ganzen zu erwartenden Lebensdauer auf einem beständigen Wert. Die Vorrichtung verwendet ein elek­ tronisches Vorschaltgerät mit einem Lampenenergiefaktor von im wesentlichen 1,0, um die Lampe zu betreiben, die eine Nennlampenspannung aufweist und eine Lampenspannung zeigt, die über die gesamte erwartete Lebensdauer der Lampe hinweg ansteigt.

Für ein erleichtertes Verständnis der Erfindung wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die Erfindung stützt sich auf einen Schritt, gemäß dem eine Lampen-Äquilumineszenzcharakteristik X erhalten wird, entlang der sich die Lampenspannung V_LA und die Lampenleistung W_LA auf solche Weise ändern, daß die Bogenlumineszenz eines zwischen den Elektroden der Lampe entstehenden Bogens im wesentlichen auf konstantem Niveau bleibt. Die Bogenlumineszenz ist als die maximale Lumineszenz des Bogens definiert, der entlang der Länge des Bogens sich verändernde Lumineszenz aufweist. Der vorstehend ge­ nannte konstante Pegel ist als diejenige Lumineszenz defi­ niert, die die Lampe ausgibt, wenn sie vom elektronischen Vorschaltgerät mit der Nennlampenspannung V₀₁ betrieben wird. Die so erhaltene Lampencharakteristik X wird analy­ siert, um eine spezifische Lampenspannung zu bestimmen, bei der die Charakteristik einen Extrempunkt aufweist, der maxi­ maler Lampenleistung Wa entspricht. Die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zum Realisieren der Schritte des Betreibens der Lampe mit einer ersten Lastcharakteristik für eine Steuerung zum Erhöhen der Lampenleistung W_LA im wesentlichen entlang der Lampencharakteristik X, bis die Lampenspannung V_LA auf die spezifische Lampenspannung Va ansteigt, und des Betreibens der Lampe, nachdem die Lampenspannung über die spezifische Lampenspannung Va angestiegen ist, gemäß einer zweiten Lastcharakteristik für Steuerung zum Halten der Lam­ penleistung über der Lampencharakteristik X, ohne daß jedoch die maximale Lampenleistung Wa überschritten wird, wie auch zum Halten der Bogenlumineszenz unter einem vorgegebenen Grenzniveau.

Die maximale Lampenspannung Wa dient dazu, für eine Ober­ grenze der Betriebslampenleistung zu sorgen, unter der die Lampe mit verlängerter Lebensdauer betrieben werden kann, praktisch ohne Verringerung des Leuchtflusses, und zwar aus den unten erörterten Gründen. Durch weitere Untersuchung der Lampencharakteristik X haben die Erfinder experimentell herausgefunden, daß die Lampenlebensdauer verkürzt wird, wenn die Lampenleistung über die maximale Lampenleistung Wa ansteigt, wenn die Lampenspannung über die spezifische Lam­ penspannung Va ansteigt. D.h., daß sich der Bogen dann stärker biegt, wenn die Lampenspannung ansteigt, wodurch er der Wand der Bogenröhre näher kommt, was zu einem örtlichen Temperaturanstieg der Röhre mit zugehörigem ansteigendem Lampenstrom, d. h. ansteigender Lampenleistung, führt. Es zeigte sich, daß dieser Effekt des Anstiegs der örtlichen Temperatur hinsichtlich einer Beschädigung der Lampe kri­ tisch wird, wenn die Lampenspannung über die spezifische Lampenspannung Va ansteigt, mit zugehörigem Ansteigen der Lampenleistung über die maximale Lampenleistung Wa. Aufgrund dieser Erkenntnis ist die zweite Lastcharakteristik so fest­ gelegt, daß sie über eine Obergrenze der Lampenleistung ver­ fügt, die der maximalen Lampenleistung Wa der Äquilumines­ zenzcharakteristik bei der spezifische Lampenspannung Va entspricht, um eine Beschädigung der Lampe zu vermeiden und um dadurch verlängerte Lampenbetriebsdauer sicherzustellen.

Auch ist die Obergrenze der Bogenlumineszenz so festgelegt, daß die Lampe sicher unter einer maximal zulässigen Lampen­ temperatur betrieben wird, wie sie von einem Lampenhersteller angegeben wird. Im allgemeinen gibt der Lampenhersteller die maximal zulässige Lampentemperatur als maximal zulässige Lampenleistung an, die auf Grundlage eines Betreibens der Lampe mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung mit einem Lampenenergiefaktor von ungefähr 0,9 bestimmt wird. Daher treten keine Schwierigkeiten auf, wenn die Lampe innerhalb der vorgegebenen zulässigen maximalen Lampenleistung betrie­ ben wird. Wenn jedoch eine elektronische Vorschalteinrich­ tung mit einem Lampenenergiefaktor von im wesentlichen 1,0 verwendet wird, kann die Lampe überhitzt werden, so daß sie die maximal zulässige Temperatur überschreitet, wodurch die Lampe selbst dann beschädigt wird, wenn die Lampenleistung unter der spezifizierten zulässigen maximalen Lampenleistung liegt. Unter Berücksichtigung dieser Möglichkeit gibt die Erfindung eine Obergrenze für die Bogenlumineszenz an, die die Lampentemperatur gut anzeigt, um ein Überhitzen der Lam­ pe zu vermeiden und um dadurch verlängerte Lebensdauer zu gewährleisten, wobei für eine Kompensation der Differenz der Energiefaktoren für elektronische und herkömmliche Vor­ schalteinrichtungen gesorgt ist. Die Obergrenze der Bogen­ lumineszenz ist als diejenige Bogenlumineszenz festgelegt, die eine mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung be­ triebenen Lampe kurz vor dem Ende der Lampenlebensdauer er­ gibt, d. h. bei der maximalen Betriebslampenspannung Vb.

Vorzugsweise ist die zweite Lastcharakteristik durch eine Linie mit negativem Gradienten für die Lampenleistung in bezug auf ansteigende Lampenspannung repräsentiert, die sich ausgehend vom Punkt der maximalen Lampenleistung Wa bei der spezifischen Lampenspannung Va zu einem Punkt B der Lampen­ leistung bei der Betriebsspannung einer anderen Lampencha­ rakteristik Y erstreckt. Die Betriebsspannung ist diejenige, wie sie erforderlich ist, um eine nahe an ihrer Lebensdauer befindliche Entladungslampe mit einer herkömmlichen indukti­ ven Vorschalteinrichtung zu betreiben, die einen Lampenener­ giefaktor von 0,9 oder weniger aufweist. Eine Entladungs­ lampe nahe dem Ende ihrer Lebensdauer zeigt eine so hohe Lampenspannung, daß die Tendenz besteht, daß sie erlischt, wenn sie mit einer herkömmlichen induktiven Vorschaltein­ richtung betrieben wird. Die Lampencharakteristik Y gilt für eine sich ändernde Lampenleistung in bezug auf die Lampen­ spannung, wenn Betrieb mit einer elektronischen Vorschalt­ einrichtung erfolgt, während eine unveränderliche Bogenlumi­ neszenz beibehalten wird, die die nahe dem Ende ihrer Le­ bensdauer befindliche Lampe bei der Betriebsspannung zeigt, wenn sie mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung be­ trieben wird. Gemäß der so festgelegten zweiten Lastcharak­ teristik erfolgt beständige Steuerung der Lampenleistung, um verlängerte Lampenlebensdauer zu gewährleisten, wie auch um ausreichende Lichtabgabe zu erzeugen. Dabei wird erwartet, daß dann, wenn die Lampe mit der Lampenleistung B oder dar­ unter betrieben wird, die der maximal zulässigen Lampen­ spannung Vb entspricht, die Lampe verlängerte Lebensdauer aufweist, die größer ist als oder zumindest gleich groß ist wie die Lebensdauer einer Lampe, die mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung betrieben wird.

Die elektronische Vorschalteinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie die Lampenleistung begrenzt, wenn die Lampenspannung bis über die maximale Betriebslampenspannung Vc ansteigt, um die Lampe am Ende der Lampenlebensdauer zwangsweise zu löschen, wodurch eine unbeabsichtigte Zerstö­ rung der Lampe verhindert wird, wie sie auftreten würde, wenn die Lampe selbst dann, wenn die Lampenspannung über die maximale Betriebslampenspannung angestiegen ist, mit höherer Lampenleistung betrieben würde.

Dementsprechend ergibt die elektronische Vorschalteinrich­ tung eine zweite Lastcharakteristik, die zu keiner effekti­ ven Lampenleistung führt, wenn die Lampenspannung einmal über die maximale Betriebslampenspannung angestiegen ist, was anzeigt, daß die Lampe ihr Lebensdauerende erreicht hat, wodurch die Lampe mit Ablauf der Lampenlebensdauer zwangs­ weise gelöscht wird.

Die elektronische Vorschalteinrichtung kann einen Wechsel­ richter aufweisen, der eine hochfrequente Wechselspannung zum Betreiben der Lampe erzeugt und eine Einrichtung zum Realisieren der ersten und zweiten Lastcharakteristik ent­ hält, oder sie kann einen Wechselrichter enthalten, der eine Rechteckwechselspannung zum Betreiben der Lampe erzeugt und eine Einrichtung zum Realisieren der ersten und zweiten Lastcharakteristik enthält.

Diese und andere Aufgaben und vorteilhafte Merkmale der Er­ findung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzug­ ten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher.

Fig. 1 ist ein Diagramm der Lampenleistung über der Lampen­ spannung, das eine erste und eine zweite Ladecharakteristik für eine Hochdruck-Gasentladungslampe zeigt, wie durch die Erfindung erzielt, nämlich Aquilumineszenzcharakteristiken X und Y für einzelne Bogenlumineszenzwerte, wobei der eine für eine Lampe bei Nennspannung gilt und der andere für eine Lampe am Ende deren Lebensdauer;

Fig. 2 ist ein Schaltbild einer elektronischen Vorschaltein­ richtung, wie sie zum Betreiben einer Lampe bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 ist ein Schaltbild einer in der elektronischen Vor­ schalteinrichtung verwendeten Leistungssteuerung;

Fig. 4A bis 4C sind Signalverläufe, die den Strom veran­ schaulichen, wie er an verschiedenen Punkten in der Schal­ tung von Fig. 2 fließt;

Fig. 5A bis 5G sind Signalverläufe, die die Spannung an Punkten in der Schaltung von Fig. 3 veranschaulichen, wenn die Lampe bei einer Lampenspannung unter einer spezifischen Lampenspannung Va betrieben wird;

Fig. 6A bis 6F sind Signalverläufe, die die Spannung an Punkten in der Schaltung von Fig. 3 veranschaulichen, wenn die Lampe bei einer Lampenspannung über der spezifischen Lampenspannung Va betrieben wird;

Fig. 7 ist ein Schaltbild einer elektronischen Vorschaltein­ richtung, wie sie zum Betreiben einer Lampe bei einem zwei­ ten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;

Fig. 8A bis 8D sind Signalverläufe, die den Betrieb der Schaltung von Fig. 7 veranschaulichen;

Fig. 9 ist ein Schaltbild einer elektronischen Vorschaltein­ richtung, wie sie zum Betreiben einer Lampe bei einem drit­ ten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;

Fig. 10A bis 10D sind Signalverläufe, die den Betrieb der Schaltung von Fig. 9 veranschaulichen;

Fig. 11 ist ein Schaltbild einer Lampenlöscheinrichtung, die zur Vorschalteinrichtung beim zweiten Ausführungsbeispiel hinzugefügt werden kann;

Fig. 12A ist ein Diagramm der Lampenleistung über der Lam­ penspannung, wobei eine durchgezogene Linie die Lastcharak­ teristik für eine mit einer elektronischen Vorschaltcharak­ teristik betriebene Lampe angibt und eine gestrichelte Linie die Lastcharakteristik für eine mit einer herkömmlichen Vor­ schalteinrichtung betriebene Lampe angibt;

Fig. 12B ist ein Diagramm der Lampenspannung über dem Lam­ penstrom, wobei eine durchgezogene Linie die Lastcharakteri­ stik für eine mit einer elektronischen Vorschalteinrichtung betriebene Lampe angibt und eine gestrichelte Linie die Lastcharakteristik für eine mit einer herkömmlichen Vor­ schalteinrichtung betriebene Lampe angibt;

Fig. 13 ist ein Diagramm der Lampenleistung über der Lampen­ spannung, die mehrere Kurven für die Bogenlumineszenz bei drei verschiedenen Niveaus dreier Lampen mit verschiedenen Betriebslampenspannungen zeigt, wobei durchgezogene Linien die Lampencharakteristiken für die mit einer elektronischen Vorschalteinrichtung betriebenen Lampen zeigen und gestri­ chelte Linien die Lampencharakteristiken für die mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung betriebenen Lampen zei­ gen; und

Fig. 14 ist eine schematische Ansicht betreffend der Ent­ stehung eines Bogens zwischen den Elektroden einer Bogen­ röhre der Lampe.

Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine erste und eine zweite Lampencharakteristik dargestellt ist, gemäß denen eine Hochdruck-Entladungslampe unter Verwendung einer elektronischen Vorschalteinrichtung durch Verändern der Lampenleistung W_LA mit ansteigender Lampenspannung V_LA während der erwarteten Lampenlebensdauer betrieben wird. Die erste und die zweite Charakteristik werden durch Äquilumi­ neszenzkurven X und Y bestimmt, wie sie jeweils für eine Standardlampe so erhalten werden, daß sich Punkte gleicher Bogenlumineszenz bei verändernder Lampenleistung ergeben. Die Bogenlumineszenz ist als maximale Lumineszenz eines Bogens definiert, der zwischen den Elektroden einer Bogen­ röhre einer Standardlampe entsteht, wenn diese in horizontaler Lage von der elektronischen Vorschalteinrichtung betrie­ ben wird. Wie es in Fig. 14 dargestellt ist, ergibt sich maximale Lumineszenz im Mittelpunkt X des zwischen den Elek­ troden 2 entstehenden Bogens 3, mit sich ändernder Lumines­ zenz entlang der Länge des Bogens; die Lumineszenz zeigt die örtliche Temperatur der Bogenröhre an. Die verwendete Stan­ dardlampe ist eine Metallhalogenidlampe "HQI-TS 150W/NDL" mit 150 W, wie von Osram, Deutschland erhältlich. Die ver­ wendete elektronische Vorschalteinrichtung weist einen Lam­ penenergiefaktor von im wesentlichen 1,0 auf, und sie er­ zeugt eine Nennlampenspannung V₀ zum Erzeugen einer Nennlam­ penleistung W₀. Die Nennlampenspannung V₀ ist kleiner als die Nennlampenspannung, wie sie vom Lampenhersteller für die Verwendung mit einer herkömmlichen, sogenannten induktiven Vorschalteinrichtung, die einen strombegrenzenden Transfor­ mator verwendet und einen Lampenenergiefaktor von ungefähr 0,9 oder darunter aufweist, angegeben wird.

Die Äquilumineszenzkurve X kennzeichnet Punkte der Bogen­ lumineszenz, die derjenigen Bogenlumineszenz entspricht, die die Lampe bei der Nennlampenspannung V₀ zeigt, und sie wird durch Verändern der Lastimpedanz der Lampe bei sich ändern­ der Lampenleistung erhalten. Die andere Äquilumineszenzkurve Y kennzeichnet Punkte einer Bogenlumineszenz, die derjenigen Bogenlumineszenz entspricht, die die Lampe gerade am Ende ihrer Betriebslebensdauer erreicht, d. h. mit maximaler Be­ triebslampenspannung Vb bei Betrieb mit einer herkömmlichen Vorschalteinrichtung; die Kurve wird durch Verändern der Lastimpedanz der Lampe und der Lampenleistung erhalten. Da­ her wird die Lampenlumineszenz ausgehend von Punkten der Kurve X zu solchen der Kurve Y größer. Die Äquilumineszenz­ kurve X weist bei einer spezifischen Spannung Va einen Extrempunkt auf, der zu einer maximalen Lampenleistung Wa führt. Die erste Lastcharakteristik, entlang der die Lampe betrieben wird, ist durch ein Segment der Äquilumineszenz­ kurve X definiert, das bis zur maximalen Lampenleistung Wa reicht, wie sie bei der spezifischen Lampenspannung Va gera­ de über der Nennspannung V₀ erreicht wird. Die zweite Last­ charakteristik ist so definiert, daß sie sich über einen schraffierten Bereich Z ausgehend vom Punkt der maximalen Lampenleistung Wa bei der spezifischen Lampenspannung Va erstreckt, wenn die Lampenspannung ausgehend von der spezi­ fischen Lampenspannung Va weiter bis zur maximalen Betriebs­ lampenspannung Vb ansteigt. Der Bereich Z ist über der Kurve X ausgehend von dieser definiert und weist seine Obergrenze bei der maximalen Lampenleistung Wa auf.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die erste und zweite Lastcharakteristik durch eine elektro­ nischen Vorschalteinrichtung mit der Schaltungsanordnung von Fig. 2 realisiert. Die elektronische Vorschalteinrichtung weist einen Step-up-Chopper 10 auf, der so ausgebildet ist, daß er dann, wenn er an eine Wechselspannungsquelle AC ange­ schlossen wird, aus dieser eine geglättete, in Schritten an­ steigende Gleichspannung erzeugt, die dann von einem Step­ down-Chopper 20 abgesenkt wird, um eine sich ergebende Gleichspannung über ein Filter 30 an einen Wechselrichter 40 auszugeben. Der Wechselrichter erzeugt aus der eingegebenen Gleichspannung eine Wechselspannung zum Betreiben einer Lampe 1. Zwischen den Step-down-Chopper 20 und das Filter 30 ist ein Spannung/Strom-Detektor 50 eingefügt, der eine Teil­ spannung der eingegebenen Gleichspannung als die Lampenspan­ nung V_LA anzeigend an den Wechselrichter 40 ausgibt, wie auch eine Spannung ausgibt, die den Lampenstrom I_LA anzeigt.

Der Step-up-Chopper 10 weist eine Drossel 11, einen Brücken­ gleichrichter 12 mit Dioden, einen Kondensator 13, eine Drossel 14, einen MOSFET 15, eine Diode 16 und einen Glät­ tungskondensator 17 auf. Der MOSFET 15 wird durch eine Chopper/Wechselrichter-Steuerung 60 angesteuert, um die pul­ sierende Gleichspannung vom Gleichrichter 12 mit einer Fre­ quenz von 40 bis 50 kHz zu schalten, d. h. zu zerhacken, um die schrittweise ansteigende Gleichspannung am Glättungskon­ densator 17 zu erzeugen. Der Step-down-Chopper weist einen MOSFET 21, eine Diode 22 und eine Drossel 23 auf. Der MOSFET 21 wird von einer Leistungssteuerung 70 so angesteuert, daß er die schrittweise ansteigende Spannung mit einer hohen Frequenz von 20 bis 60 kHz mit veränderlichem Tastverhältnis zerhackt, um eine sich schrittweise verkleinernde Gleich­ spannung auszugeben, um über die Drossel 23 einen Strom I₁ mit dreieckigem Verlauf auszugeben, wie in Fig. 4A darge­ stellt. Durch das Filter 30 aus einem Kondensator 31 und einer Drossel 32 wird dann die Hochfrequenzkomponente aus dem Strom I₁ herausgefiltert, um an den Wechselrichter 40 einen geglätteten Gleichstrom I₂ auszugeben.

Der Wechselrichter 40 weist zwei in Reihe geschaltete Paare von MOSFETs 41 bis 44 auf, die als Vollbrücke angeordnet sind, und vier Dioden 45 bis 48, die jeweils antiparallel zu jedem MOSFET geschaltet sind. Der Eingang der MOSFET-Brücke ist so angeschlossen, daß er den Strom I₂ über das Filter 30 erhält, und ihr Ausgang ist mit der Lampe 1 verbunden. Die MOSFETs werden auf solche Weise von der Chopper/Wechselrich­ ter-Steuerung 60 betrieben, daß jeweils gleichzeitig das diagonal gegenüberliegende Paar aus dem ersten und vierten MOSFET 41 und 44 ein- und ausgeschaltet wird, während das andere Paar aus dem zweiten und dritten MOSFET 42 und 43 aus- und eingeschaltet wird, um einen Lampenstrom I_LA mit rechteckigem Signalverlauf mit niedriger Frequenz von 60 bis 400 Hz auszugeben, wie in Fig. 4C dargestellt, um die Lampe 1 zu betreiben. Der Spannung/Strom-Detektor 50 weist einen Spannungsteiler aus Widerständen 51 und 52 auf, die an den Eingang des Wechselrichters 40 angeschlossen sind, um ein Spannungssignal zu erzeugen, das die Lampenspannung V_LA anzeigt. Auch ist ein Strommeßwiderstand 53 vorhanden, der den Lampenstrom I_LA überwacht und ein entsprechendes Span­ nungssignal ausgibt. Diese Spannungssignale werden Anschlüs­ sen (h) und (g) der Leistungssteuerung 70 zugeführt, die darauf so reagiert, daß sie das Tastverhältnis des MOSFETs 21 des Step-down-Choppers 20 auf rückgekoppelte Weise verän­ dert, wie dies unten erörtert wird.

Wie in Fig. 3 dargestellt, weist die Leistungssteuerung 70 einen Lampenspannungsverstärker 80, einen Lampenspannungs­ diskriminator 90, einen Lampenstromverstärker 100 und einen Impulsbreitenmodulator 110 auf. Der Lampenspannungsverstär­ ker 80 weist einen Operationsverstärker 81 auf, der so ange­ schlossen ist, daß er die die Lampenspannung anzeigende Teilspannung vom Anschluß (h) über einen Widerstand 82 er­ hält und die Lampenspannung durch Widerstände 83, 84 und 85 verstärkt, um an einen Differenzverstärker 86 eine sich er­ gebende Ausgangsspannung auszugeben. Der Differenzverstärker 86 liefert eine sich ändernde Spannung Vx, die größer wird, wenn die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 81 klei­ ner wird. Der Lampenspannungsdiskriminator 90 weist einen Komparator 91 auf, dessen nichtinvertierender Eingang so angeschlossen ist, daß er vom Anschluß (h) dieselbe die Lampenspannung anzeigende Spannung erhält, und dessen inver­ tierender Eingang so angeschlossen ist, daß er von einer Spannungsquelle 92 eine Bezugsspannung V₂ erhält. Die Be­ zugsspannung V₂ ist so ausgewählt, daß sie der spezifischen Lampenspannung Va (wie in Fig. 1 angegeben) entspricht, so daß der Komparator 91 ein Ausgangssignal mit hohem Pegel liefert, wenn die Lampenspannung die spezifische Lampenspan­ nung Va übersteigt. Wenn dies auftritt, wird ein Transistor 93 eingeschaltet, um den Widerstand 85 parallel zum Wider­ stand 84 zu schalten, um dadurch den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 81 zu erhöhen und damit die Spannung Vx vom Differenzverstärker 86 zu verringern. Der Lampen­ stromverstärker 100 weist einen Operationsverstärker 101 auf, der so angeschlossen ist, daß er vom Anschluß (g) die den Lampenstrom anzeigende Spannung empfängt, um diese durch Widerstände 102, 103 und einen Kondensator 104 zu verstär­ ken. Das sich ergebende Ausgangssignal Vy wird einem Kompa­ rator 71 zugeführt und wird dort mit der Spannung Vx vom Differenzverstärker 86 so verglichen, daß der Komparator 71 eine Ausgangsspannung Ve, wie sie in den Fig. 5E und 6E dargestellt ist, ausgibt, die hoch ist, wenn Spannung Vy vom Lampenstromverstärker 100 größer als die Spannung Vx vom Lampenspannungsverstärker 80 ist. Das Ausgangssignal des Komparators 71 wird einem NOR-Gatter 72 zugeführt. Der Impulsbreitenmodulator (PWM) 110 weist einen Impulsgenerator 111 auf, der einen sägezahnförmigen Impuls V_PL, wie er in den Fig. 5A und 6A dargestellt ist, gemeinsam an die inver­ tierenden Eingänge eines ersten und eines zweiten Kompara­ tors 112 und 113 ausgibt. Der erste Komparator 112 ver­ gleicht die Spannung Vy vom Lampenstromverstärker 100 mit dem sägezahnförmigen Impuls V_PL vom Impulsgenerator 110, um ein sich ergebendes Ausgangssignal V_CP1, wie es in den Fig. 5C und 6C dargestellt ist, an ein ODER-Gatter 73 auszugeben, während der zweite Komparator 113 die Spannung V_PL mit einer von einer Spannungsquelle 114 gelieferten Bezugsspannung V₁ vergleicht, um ein sich ergebendes Ausgangssignal V_CP2, wie es in den Fig. 5B und 6B dargestellt ist, an das ODER-Gatter 73 auszugeben. Das ODER-Gatter 73 reagiert so, daß es eine sich ergebende Spannung Vd, wie sie in den Fig. 5D und 6D dargestellt ist, an das NOR-Gatter 72 ausgibt, das seiner­ seits eine Steuerspannung Vf mit sich änderndem Tastverhält­ nis, wie in den Fig. 5F und 6F dargestellt, liefert. Die Steuerspannung Vf wird über einen Treiber 120 so ausgegeben, daß sie den MOSFET 21 im Step-down-Chopper 20 zum Verändern der EIN-Periode ansteuert, um dadurch den Lampenstrom I_LA einzustellen und damit die Lampenleistung W_LA abhängig von der gemessenen Lampenspannung und dem Lampenstrom so zu steuern, wie es von der Leistungssteuerung 70 bestätigt wird.

Der Betrieb des Einstellens der Lampenleistung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 5A bis 5F und die Fig. 6A bis 6F erörtert. Wenn die Lampenleistung V_LA unter derjenigen liegt, die zur spezifischen Spannung Va gehört, wird der Transistor 93 ausgeschaltet gehalten, wodurch der Verstärker 81 mit einem Verstärkungsfaktor arbeitet, was eine relativ hohe Spannung Vx ergibt, wie in Fig. 5A dargestellt, die ab­ nimmt, wenn die Lampenspannung zur spezifischen Lampenspan­ nung Va hin ansteigt. Die Spannung Vx wird mit der Spannung Vy verglichen, um die Spannung Ve zu ergeben, wie in Fig. 5E dargestellt, die nur dann hoch ist, wenn Vx < Vy gilt. Gleichzeitig wird die Spannung Vy im ersten Komparator 112 des PWMs 110 mit dem Sägezahnimpuls V_PL verglichen, um die Spannung V_CP1 zu erhalten, wie in Fig. 5C dargestellt, deren Periode mit hohem Pegel verkürzt wird, wenn die Lampenspan­ nung ansteigt. Dies, weil dann, wenn die Lampenspannung so ansteigt, daß sie zu einer entsprechend zunehmenden Impedanz führt, die an den Ausgang des Step-down-Choppers 20 ange­ schlossen ist, die Spannung Vy, die den vom Step-down-Chop­ per an den Wechselrichter 40 gelieferten Strom I₁ repräsen­ tiert, eine verlangsamte ansteigende Flanke aufweist, wie durch Vy′ in Fig. 5G gekennzeichnet, wodurch die Dauer ver­ kürzt wird, während der Vy den Pegel des Sägezahnimpulses V_PL übersteigt. Die sich ergebende Spannung V_CP1 wird am ODER-Gatter 73 mittels der Spannung V_CP2 mit festgelegter Dauer des hohen Pegels aufgetastet, um die Spannung Vd zu ergeben, wie in den Fig. 5B bis 5D dargestellt. Anschließend wird die Spannung Vd am NOR-Gatter 72 mit der Spannung Ve aufgetastet, um die Spannung Vf zu ergeben, deren Dauer mit hohem Pegel die EIN-Periode, d. h. das Tastverhältnis des MOSFETs 21, festlegt. Auf diese Weise steigt die Spannung V_CP1 dann, wenn die Lampenspannung V_LA zur spezifischen Spannung Va hin ansteigt, später auf "hoch" um dadurch die Dauer hohen Pegels der Spannung Vd zu verkürzen, was seiner­ seits die Dauer hohen Pegels der Spannung Vf verlängert, wie durch Pfeile in den Figuren gekennzeichnet. Dadurch wird dafür gesorgt, daß der Lampenstrom mit zugehörigem Ansteigen der Lampenleistung W_LA gemäß der oben angegebenen ersten Charakteristik, wie in Fig. 1 dargestellt, ansteigt. Dabei werden der Verstärkungsfaktor des Lampenspannungsverstärkers 80 und des Lampenstromverstärkers 90 so gewählt, daß die Spannung Vy kritischer als die Spannung Vx geändert wird, wenn die Lampenspannung zur spezifischen Lampenspannung Va ansteigt, so daß Vy im wesentlichen alleine dafür zuständig ist, das Tastverhältnis des MOSFETs 21 zu verändern, um die Lampenleistung W_LA einzustellen. Es wird darauf hingewiesen, daß die Bezugsspannung V₁ so ausgewählt ist, daß sich eine Ausgangsspannung V_CP2 mit festgelegtem Tastverhältnis zum Begrenzen der Einschaltdauer des MOSFETs 21 ergibt, um den MOSFET 21 vor unerwünschten Belastungen zu schützen.

Wenn die Lampenspannung V_LA während der Lampenlebensdauer weiter über die spezifische Lampenspannung Va ansteigt, ar­ beitet der Lampenspannungsdiskriminator 90 so, daß er den Transistor 93 einschaltet, damit der Operationsverstärker 80 mit einem höheren Verstärkungsfaktor arbeitet, um eine wei­ ter verstärkte Lampenspannung auszugeben, die ihrerseits die Ausgangsspannung Vx des Differenzverstärkers 81 verringert. Die Fig. 6A bis 6F veranschaulichen Signalverläufe für die Spannung Vs, Vy, V_CP2, V_CP1, Vd, Ve und Vf, wenn die Lampen­ spannung die spezifische Lampenspannung Va überschritten hat. In Verbindung damit wird die Spannung Vx abgesenkt, wenn die Lampenspannung in der Richtung einer verlängerten Dauer mit hohem Pegel der Spannung Ve ansteigt, wodurch die Dauer hohen Pegels der Spannung Vf verkürzt wird, d. h. die Einschaltdauer des MOSFETs 21 verkürzt wird, wie durch Pfei­ le in den Figuren gekennzeichnet. Indessen erfährt die an den Wechselrichter 40 gegebene, den Strom 11 kennzeichnende Spannung Vy andererseits eine weiter verlangsamte ansteigen­ de Flanke, wodurch die Tendenz besteht, daß die Dauer hohen Pegels (Vy < Vx) der Spannung Ve verkürzt wird und seiner­ seits die Dauer hohen Pegels der Spannung Vf in Richtung einer ansteigenden Einschaltdauer des MOSFETs 21 verlängert wird, im Gegensatz zum Effekt der kleiner werdenden Spannung Vx. Im Hinblick darauf wird der hohe Verstärkungsfaktor, mit dem der Operationsverstärker 81 arbeitet, auf einen Wert ausgewählt, daß der Verringerungseffekt von Vx den Effekt der verzögerten ansteigenden Flanke von Vy überwiegt. So wird der MOSFET 21 dann, wenn die Lampenspannung über die spezifische Spannung Va ansteigt, so gesteuert, daß er mit abnehmendem Tastverhältnis arbeitet, um dadurch den Lampen­ strom, d. h. die Lampenleistung, abhängig von der oben beschriebenen zweiten Lastcharakteristik, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, zu begrenzen, wodurch die Lampenleistung so eingestellt wird, daß sie die maximale Lampenleistung W_LA nicht überschreitet. Durch geeignetes Wählen der Verstär­ kungsfaktoren für die Verstärker 80 und 100 ist es möglich, das Tastverhältnis des MOSFETs 21 zu minimieren oder sogar auf Null zu verringern, wenn die Lampenspannung auf die maximale Lampenbetriebsspannung Vb ansteigt, um demgemäß die Lampenleistung zu minimieren, um dadurch den Lampenbetrieb zu beenden, wenn die Lampenspannung einmal die Lampenspan­ nung Vb erreicht. Z.B. kann die Spannung Vx auf einen sol­ chen Wert abgesenkt werden, daß immer Vy < Vx erfüllt ist, damit sich keine Dauer mit hohem Pegel der Spannung Vf ergibt, wenn die Lampenspannung die maximale Lampenbetriebs­ spannung Vb erreicht hat.

Zweites Ausführungsbeispiel (Fig. 7 und 8)

Eine elektronische Vorschalteinrichtung bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen Schaltungsauf­ bau auf, der im wesentlichen mit dem der Schaltung von Fig. 2 übereinstimmt, jedoch eine Leistungssteuerung 70A verwen­ det, die sich von der Schaltung von Fig. 3 unterscheidet. Die Leistungssteuerung 70A analysiert die Lampenspannung, wie sie als Teilspannung vom Detektor 50 geliefert wird, um den MOSFET 21 auf rückgekoppelte Weise zu steuern.

Wie in Fig. 7 dargestellt, weist die Lampensteuerung 70A einen Lampenspannungsverstärker 80A, einen Lampenspannungs­ diskriminator 90A und einen Impulsbreitenmodulator 110A auf, die über dieselbe Schaltungskonfiguration wie in der Schal­ tung von Fig. 3 verfügen, die jedoch anders angeordnet sind. Gleiche Komponenten sind mit den gleichen Zahlen bezeichnet, jedoch mit dem Zusatzbuchstaben "A" versehen. Das Ausgangs­ signal V₈₀ des Operationsverstärkers 81A und das Ausgangs­ signal V₈₆ des Differenzverstärkers 86A werden über jeweili­ ge Dioden 87 und 88 zugeführt, um eine gemeinsame Ausgangs­ spannung Vx zu ergeben, die dem jeweils größeren Ausgangs­ signal der Verstärker 81A und 86A entspricht. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Verstärkungsfaktoren des Ope­ rationsverstärkers 81A und des Differenzverstärkers 86A so ausgewählt, daß die Spannung V₈₆ größer als die Spannung V₈₀ ist, wenn die gemessene Lampenspannung V_LA unter der spezi­ fischen Lampenspannung Va liegt, und daß die Spannung V₈₀ größer als die Spannung V₈₆ ist, wenn die gemessene Lampen­ spannung V_LA die spezifische Lampenspannung Va übersteigt. Demgemäß wird die Spannung Vx durch die Spannung V₈₆ festge­ legt, bis die Lampenspannung auf die Spannung Va angestiegen ist, und sie wird durch die Spannung V₈₀ festgelegt, nachdem die Lampenspannung über die Spannung Va angestiegen ist. Der Lampenspannungsdiskriminator 92A ist so ausgebildet, daß er den Verstärkungsfaktor von niedrig auf hoch ändert, wenn die gemessene Lampenspannung die maximal zulässige Lampenspan­ nung Vb erreicht hat, was anzeigt, daß sich die Lampe so verschlechtert hat, daß sie das Ende ihrer Lebensdauer er­ reicht hat. D.h., daß die Bezugsspannung V₂ des Lampen­ spannungsdiskriminators 92B so ausgewählt ist, daß sie der Spannung Vb entspricht, im Gegensatz zum Fall beim ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Bezugsspannung V₂ der spe­ zifischen Lampenspannung Va entspricht. Die Spannung Vx wird dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Komparators 112A des PWMs 110A zugeführt und mit der Spannung des Sägezahn­ impulses vom Impulsgenerator 111A verglichen, um das Aus­ gangssignal V_CP1 zu ergeben. Das Ausgangssignal V_CP1 des ersten Komparators 112A und das Ausgangssignal V_CP2 des zweiten Komparators 113A werden dann am ODER-Gatter 73A durchgelassen, um eine Spannung zu ergeben, die über ein NICHT-Gatter 74 invertiert wird, um eine Steuerspannung Vf zu ergeben, um den MOSFET 21 zum Einstellen der Lampenlei­ stung W_LA ein- und auszuschalten.

Der Betrieb der Leistungssteuerung 70A wird nun unter Bezug­ nahme auf die Fig. 8A bis 8D erörtert. So lange, bis die Lampenspannung auf die spezifische Spannung Va, wie sie in Fig. 1 angegeben ist, angestiegen ist, nimmt die Spannung Vx, die durch die Spannung V₈₆ vom Differenzverstärker 86A festgelegt ist, ab, was die Dauer hohen Pegels der Ausgangs­ spannung V_CP1 des Komparators 112A verkürzt, was seinerseits die Einschaltdauer der Steuerspannung Vf erhöht, wodurch der MOSFET 21 mit zunehmendem Tastverhältnis eingeschaltet wird, um die Lampenleistung W_LA gemäß der ersten Lastcharakteris­ tik zu erhöhen. Nachdem die Lampenspannung die spezifische Lampenspannung Va überschritten hat, steigt die Spannung Vx, die nun durch die Spannung V₈₀ vom Operationsverstärker 81A festgelegt ist, an, wenn die Lampenspannung weiter ansteigt, um dadurch die Dauer hohen Pegels der Ausgangsspannung V_CP1 des ersten Komparators 112A zu verlängern. Dadurch wird die Einschaltdauer der Steuerspannung Vf in Richtung einer Begrenzung des Lampenstroms zum Einstellen der Lampenleis­ tung W_LA gemäß der zweiten Lastcharakteristik, wie sie gemäß Fig. 1 festgelegt ist, verringert. D.h., daß die Lampen­ leistung W_LA durch geeignetes Auswählen der Verstärkungs­ faktoren der Verstärker 81A und 86A so gesteuert werden kann, daß sie auf der maximalen Lampenleistung Wa gehalten wird oder so abnimmt, daß sie durch den in Fig. 1 darge­ stellten schraffierten Bereich geht, wenn die Lampenspannung V_LA auf die maximal zulässige Lampenspannung Vb ansteigt. Wenn die Lampenspannung die Spannung Vb erreicht, arbeitet der Operationsverstärker 81A mit dem hohen Verstärkungsfak­ tor, um dadurch den Transistor 93A des Lampenspannungsdis­ kriminators 90A einzuschalten, was eine sich entsprechend erhöhende Spannung V₈₀ und damit Vx ergibt, um dadurch den Lampenstrom und damit die Lampenleistung W_LA schnell abzu­ senken, um den Betrieb der Lampe zu beenden, sobald die Lampenspannung die Spannung Vb erreicht hat. Wenn die Lam­ penleistung durch geeignetes Auswählen der Verstärkungsfak­ toren der Verstärker 80A und 86A so ausgewählt wird, daß sie entlang einer in Fig. 1 angegebenen Linie A-B abnimmt, kann die Lampenleistung, nachdem die Lampenspannung die Spannung Vb überschritten hat, so begrenzt werden, daß der Betrieb der Lampe praktisch beendet wird, ohne daß der Lampenspan­ nungsdiskriminator 90A verwendet wird.

Drittes Ausführungsbeispiel (Fig. 9 und 10)

Fig. 9 veranschaulicht eine elektronische Vorschalteinrich­ tung bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die elektronische Vorschalteinrichtung weist einen Step-up- Chopper 10B mit derselben Konfiguration, wie beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet, auf, der von einer Chopper­ steuerung 60B angesteuert wird, um eine schrittweise anstei­ gende Gleichspannung von einer Spannungsquelle AC an einen Wechselrichter 40B zu liefern. Der Wechselrichter 40B weist ein Paar in Reihe an den Ausgang des Step-up-Choppers 10B angeschlossene Kondensatoren 141 und 142 auf, um diese durch die Ausgangsspannung zu laden. Ein Paar MOSFETs 143 und 144 ist so mit den Kondensatoren 141 und 142 verschaltet, daß eine Halbbrücke gebildet ist. Dioden 145 und 146 sind je­ weils antiparallel zu den MOSFETs 143 und 144 geschaltet. Eine Entladungslampe 1 ist in Reihe mit Drosseln 147 und 148 zwischen den Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 141 und 142 und den Verbindungspunkten zwischen den MOSFETs 143 und 144 geschaltet. Ein Kondensator 149 ist parallel zur Reihenschaltung aus der Lampe 1 und der Drossel 148 geschal­ tet. Die MOSFETs 143 und 144 werden auf solche Weise durch eine Wechselrichtersteuerung 150 gesteuert, daß einer der MOSFETs wiederholt innerhalb eines festgelegten Zyklus, in dem der andere MOSFET ausgeschaltet ist, ein- und ausschal­ tet, wie in den Fig. 10A und 10B dargestellt, um eine Wech­ selspannung mit rechteckigem Signalverlauf an die Lampe 1 anzulegen. Während eines Zyklus, in dem der MOSFET 143 wie­ derholt ein- und ausschaltet, während der MOSFET 144 ausge­ schaltet gehalten wird, entlädt sich der Kondensator 141, während der MOSFET 143 eingeschaltet ist, wodurch in einem geschlossenen Kreis vom Kondensator 141 zum MOSFET 143, der Drossel 148, der Lampe 1 und der Drossel 147 ein Strom fließt, während Energie entsprechend in die Drossel 147 ein­ gespeichert wird. Wenn der MOSFET 143 ausgeschaltet wird, wird Energie aus der Drossel 147 freigesetzt, um einen kon­ tinuierlichen Strom durch einen zweiten geschlossenen Kreis von der Drossel 147 zum Kondensator 142, der Diode 146, der Drossel 148 und der Lampe 1 zu führen. Beim anschließenden Zyklus, in dem der MOSFET 144 wiederholt ein- und ausge­ schaltet wird, während der MOSFET 143 ausgeschaltet gehalten wird, entlädt sich der Kondensator 142, wenn der MOSFET 144 eingeschaltet wird, um einen Strom durch einen geschlossenen Kreis vom Kondensator 142 zur Drossel 147, der Lampe 1, der Drossel 147 und zum MOSFET 144 zu führen, während zugehörige Energie in der Drossel 147 abgespeichert wird. Wenn der MOSFET 144 ausgeschaltet wird, wird Energie aus der Drossel 147 freigesetzt, um den Strom durch einen geschlossenen Kreis von der Drossel 147 zur Lampe 1, der Drossel 148, der Diode 145 und zum Kondensator 141 fortzuführen. Auf diese Weise sieht die Drossel 147 einen Strom I₁₄₇ mit dem in Fig. 10C dargestellten Signalverlauf, und zwar auf das Ein- und Ausschalten der MOSFETs 143 und 144 hin, aus welchem Strom I₁₄₇ dann die Hochfrequenzkomponente durch die Kombination aus der Drossel 148 und dem Kondensator 149 entfernt wird, um einen Wechselrichterstrom I_INV mit rechteckigem Signal­ verlauf zum Betreiben der Lampe 1 zu erzeugen, wie in Fig. 10D dargestellt.

Die Wechselrichtersteuerung 170 enthält einen Integrierer 151 aus einem Widerstand 152 und einem Kondensator 153, die in Reihe an den Verbindungspunkt zwischen der Lampe 1 und der Drossel 147 angeschlossen sind, um am Kondensator 153 eine Meßspannung auszugeben, die die an die Lampe 1 angeleg­ te Lampenspannung anzeigt. Die so erfaßte Spannung wird einer Leistungssteuerung 70B zugeführt, die identischen Auf­ bau wie die beim zweiten Ausführungsbeispiel von Fig. 7 ver­ wendete Steuerung 70A aufweist, um eine Ausgangsspannung Vf mit hoher Frequenz mit einem Tastverhältnis, das sich abhän­ gig von der gemessenen Lampenspannung ändert, auszugeben, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 8A bis 8D beim zweiten Ausführungsbeispiel erläutert. In der Wechselrichtersteue­ rung 150 ist ein Niederfrequenz-PWM 160 enthalten, der aus einem einen niederfrequenten Impuls erzeugenden Impulsgene­ rator 161, einem Flip-Flop 162 und einem Paar NAND-Gatter 163 und 164 besteht, die abwechselnd aktiviert werden, um jeweils einen niederfrequenten Impuls mit einem Tastverhält­ nis von ungefähr 50% auszugeben. Die sich ergebenden nie­ derfrequenten Ausgangsspannungen der NAND-Gatter 163 und 164 werden jeweils UND-Gattern 154 und 155 zugeführt, wo sie mit der Ausgangsspannung Vf der Leistungssteuerung 70B UND-ver­ knüpft werden, um über einzelne Treiber 156 und 157 Steuer­ signale zum Ein- und Ausschalten der MOSFETs 143 und 144 zu erzeugen. D.h., daß während der Aktivierungsdauer jedes der MOSFETs 143 und 144, wie sie durch die Periode hohen Pegels des niederfrequenten Impulses vom PWM 160 festgelegt wird, das Tastverhältnis der MOSFETs so eingestellt wird, daß es sich abhängig von der gemessenen Lampenspannung V_LA ändert, um den Lampenstrom, d. h. die Lampenleistung W_LA, abhängig von der Ladecharakteristik auf dieselbe Weise zu verändern, wie es beim zweiten Ausführungsbeispiel erläutert wurde.

Fig. 11 veranschaulicht eine Lampen-Zwangslöscheinrichtung 170, die in Kombination mit der Leistungssteuerung 70A des zweiten Ausführungsbeispiels verwendet werden kann, um den Betrieb der Lampe zu beenden, nachdem sie sich so ver­ schlechtert hat, daß sie zu übermäßiger Bogenlumineszenz führen würde, was zu einer gefährlichen Zerstörung der Lampe führen könnte. Die Löscheinrichtung 170 weist ein Paar eines ersten und eines zweiten Komparators 171 und 172 auf, deren Ausgangssignale über ein ODER-Gatter 175 durchgelassen wer­ den, um ein Steuersignal an ein UND-Gatter 176 zu liefern. Der erste Komparator 171 vergleicht die die Lampenspannung anzeigende gemessene Spannung, die ihm an seinem nichtinver­ tierenden Eingang zugeführt wird, mit einer ersten Bezugs­ spannung V₃, die durch eine mit seinem invertierenden Ein­ gang verbundene Spannungsquelle 173 festgelegt wird. Der zweite Komparator 172 vergleicht dieselbe gemessene Span­ nung, die seinem invertierenden Eingang zugeführt wird, mit einer zweiten Bezugsspannung V₄, die durch eine mit seinem nichtinvertierenden Eingang verbundene Spannungsquelle 174 festgelegt wird. Die Bezugsspannung V₃ ist so ausgewählt, daß sie einer Sekundärspannung entspricht, die der Wechsel­ richter ohne Last ausgibt, während die Bezugsspannung V₄ so ausgewählt ist, daß sie der maximalen Lampenbetriebsspannung Vb, wie sie in Fig. 1 angegeben ist, entspricht. Demgemäß gibt das ODER-Gatter 175 dann, wenn sich die Lampe nach fortgesetztem Betrieb so verschlechtert hat, daß sie eine Lampenspannung über der Spannung Vb erfordert und gleichzei­ tig die gemessene Spannung kleiner als die Sekundärspannung ist, ein Ausgangssignal niedrigen Pegels aus, um die Steuer­ spannung Vf am Durchlaufen durch das UND-Gatter zu hindern, um dadurch den Betrieb des Wechselrichters einzustellen. Andernfalls kann die Steuerspannung Vs durch den Treiber 120A geleitet werden, um die zugehörigen MOSFETs ein- und auszuschalten, um den Wechselrichter auf gesteuerte Weise zu betreiben, um die Lampenleistung W_LA abhängig von der vor­ stehend erläuterten Lastcharakteristik zu verändern.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruck-Gasentla­ dungslampe (1) mit einer elektronischen Vorschalteinrichtung mit einem Lampenleistungsfaktor von ungefähr 1,0, welche Entladungslampe eine Nennlampenspannung aufweist, wobei die Lampenspannung bei fortgesetztem Betrieb innerhalb der Lam­ penlebensdauer ansteigt;
dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Vorrichtung eine Lampe-Äquilumineszenzkurve X und eine spezifische Lampenspannung Va auf dieser Kurve verwendet;
• - wobei die Lampe-Äquilumineszenzkurve X als Kurve erhalten wird, entlang der sich die Lampenspannung und die Lampen­ leistung auf solche Weise ändern, daß die Bogenlumineszenz eines Bogens, der zwischen den Elektroden der Lampe ent­ steht, auf im wesentlichen konstantem Wert gehalten wird, wobei die Lampenlumineszenz die maximale Lumineszenz des Bogens ist, der über seine Länge sich verändernde Lumines­ zenz aufweist, und wobei der konstante Wert so festgelegt ist, daß er diejenige Lumineszenz der Lampe ist, die die Lampe erzeugt, wenn sie von der elektronischen Vorschaltein­ richtung mit Nennlampenspannung betrieben wird;
• - wobei die spezifische Lampenspannung Va durch Analyse der Lampe-Äquilumineszenzkurve X als die Spannung festgelegt ist, bei der sich gemäß dieser Kurve die maximale Lampen­ leistung Wa ergibt; und
• - wobei die Vorrichtung eine Einrichtung (70) aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie die Lampe auf folgende Weise be­ treibt: gemäß einer ersten Lastcharakteristik zum Einstellen eines Anstiegs der Lampenleistung im wesentlichen entlang der Lampe-Äquilumineszenzkurve X, bis die Lampenspannung die spezifische Lampenspannung Va erreicht, und, nachdem die Lampenspannung über die spezifische Lampenspannung Va ange­ stiegen ist, gemäß einer zweiten Lastcharakteristik zum Halten der Lampenleistung über der Leistung gemäß der Lampe-Äquilumineszenzkurve X, ohne daß diese jedoch die genannte maximale Lampenleistung Wa überschreitet, und auch zum Halten der Bogenlumineszenz unter einem vorgegebenen Grenzwert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Grenzwert der Bogenlumineszenz als die­ jenige Bogenlumineszenz definiert ist, die die Lampe dann erzeugt, wenn sie sich so weit verschlechtert hat, daß sie ihre maximale Lampenbetriebsspannung Vb kurz vor dem Ende der Lampenlebensdauer erreicht hat, wenn sie mit einer her­ kömmlichen, sogenannten induktiven Vorschalteinrichtung be­ trieben wird, die einen Lampenenergiefaktor von 0,9 oder weniger aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die zweite Lastcharakteristik durch eine Charakteristik­ linie (A-B) mit negativem Gradienten der Lampenleistung in bezug auf ansteigende Lampenspannung repräsentiert ist, welche Linie sich vom Punkt maximaler Lampenleistung Wa bei der spezifischen Lampenspannung Va zu einem Punkt der Lam­ penleistung bei einer Betriebsspannung auf einer anderen Lampencharakteristikkurve Y erstreckt, welche Betriebsspan­ nung dazu erforderlich ist, eine sich nahe am Ende ihrer Lebensdauer befindliche Entladungslampe mit einer herkömmli­ chen, sogenannten induktiven Vorschalteinrichtung mit einem Lampenenergiefaktor von 0,9 oder weniger zu betreiben,
• - wobei die sich nahe dem Ende ihrer Lebensdauer befindliche Entladungslampe eine solche hohe Lampenspannung zeigt, daß die Tendenz besteht, daß sie erlischt, wenn sie mit der genannten herkömmlichen Vorschalteinrichtung betrieben wird; und
• - wobei die andere Lampencharakteristik Y dergestalt ist, daß sie die Lampenleistung zeigt, wie sie bei sich ändernder Lampenspannung erhalten wird, wenn Betrieb mit der elektro­ nischen Vorschalteinrichtung erfolgt, während eine festge­ legte Bogenlumineszenz aufrechterhalten wird, die die nahe dem Ende ihrer Lebensdauer befindliche Lampe bei der Be­ triebsspannung zeigt, wenn sie mit der herkömmlichen Vor­ schalteinrichtung betrieben wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Charakteristik Y dafür sorgt, daß die Lampe (1) abgeschaltet wird, wenn die Lampenspannung bis auf eine Betriebsspannung ansteigt, die dazu erforderlich ist, eine nahe dem Ende ihrer Lebensdauer befindliche Entladungslampe mit einer herkömmlichen, sogenannten induktiven Vorschalt­ einrichtung mit einem Lampenenergiefaktor von 0,9 oder dar­ unter zu betreiben, wobei die nahe dem Ende ihrer Lebens­ dauer befindliche Entladungslampe eine so hohe Lampenspan­ nung zeigt, daß die Tendenz besteht, daß es zu einem Erlö­ schen der Lampe kommt, wenn sie mit der genannten herkömm­ lichen induktiven Vorschalteinrichtung betrieben wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Vorschaltein­ richtung folgendes aufweist: einen Gleichrichter, der eine Wechselspannung von einer Wechselspannungsquelle (AC) erhält und einen Gleichstrom ausgibt, einen Wechselrichter (40), der den Gleichstrom vom Gleichrichter erhält und eine Wech­ selspannung zum Betreiben der Lampe (1) ausgibt, und eine Leistungssteuerung (70), die die Lampenspannung mißt und eine solche Steuerung vornimmt, daß sich die Lampenleistung abhängig von der sich ändernden gemessenen Lampenspannung gemäß der ersten und zweiten Lastcharakteristik ändert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (40) eine hochfrequente Wechselspan­ nung zum Betrieben der Lampe (1) erzeugt.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Vorschaltein­ richtung folgendes aufweist:

• - einen Gleichrichter (10) zum Erzeugen einer Gleichspannung aus dem Signal einer Wechselspannungsquelle (AC);
• - einen Step-down-Chopper (20), der die Gleichspannung er­ hält und einen begrenzten Gleichstrom ausgibt;
• - ein Filter (30) zum Glätten des Gleichstroms vom Step­ down-Chopper, um einen geglätteten Gleichstrom auszugeben;
• - einen Wechselrichter (40), der den geglätteten Gleichstrom erhält, um eine niederfrequente Wechselspannung mit recht­ eckigem Signalverlauf zum Betreiben der Lampe (1) zu erzeu­ gen; und
• - eine Choppersteuerung (51, 52, 60, 70) zum Ansteuern des Step-down-Choppers;
• - wobei der Step-down-Chopper eine Schalteinrichtung zum Unterbrechen der Gleichspannung aufweist, um den begrenzten Gleichstrom zu ergeben; und
• - wobei die Chopper-Steuerung (51, 52, 60, 70) eine Lei­ stungssteuerung (70) und eine Einrichtung (51, 52) zum Messen der an die Lampe (1) angelegten Lampenspannung auf­ weist, wobei die Leistungssteuerung das Tastverhältnis der Schalteinrichtung auf die sich ändernde gemessene Lampen­ spannung hin so ändert, daß sich die Lampenleistung gemäß der erstens und zweiten Lastcharakteristik ändert.