DE69919516T2

DE69919516T2 - Verfahren zum betrieb von niederdruckentladungslampen

Info

Publication number: DE69919516T2
Application number: DE69919516T
Authority: DE
Inventors: Waldemar Tlaga; Jerzy Hoja; Björn GYSELL; Bengt Palmquist
Original assignee: PLS SYSTEMS AB; PLS SYSTEMS HESTRA AB
Current assignee: PLS SYSTEMS AB; PLS SYSTEMS HESTRA AB
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2019-02-18
Also published as: AU2752199A; EP1057378A1; WO1999043188A1; ATE274285T1; SE9800471D0; EP1057378B1; PL191318B1; SE9800471L; SE520653C2; DE69919516D1; US6300719B1; PL342405A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zum Betrieb von Niederdruckgasentladungslampen, und, insbesondere, von fluoreszenten Lampen dieses Typs. Herkömmliche Niederdruckgasentladungslampen sind grundsätzlich Niederdruckquecksilber- oder -natriumdampfentladungslampen, ausgelegt so, um einen maximalen Anteil an Energie des Quecksilber- oder Natriumspektrums zu emittieren. In dem Fall von fluoreszenten Lampen wird diese kurzwellige Ultraviolett-Energie durch den Phosphor, der die Innenseiten der Röhren abdeckt, in sichtbares Licht umgewandelt. Eine Fluoreszenzgasentladungslampe besteht aus einem Gasgefäß, gewöhnlich von einer rohrförmigen Form, die innen mit einem Phosphorpulver beschichtet ist. Das Gefäß enthält eine Mischung aus einem oder mehreren Edelgasen) und einer geringen Menge an Quecksilberdampf. Um die Lampe zu betreiben, wird eine Gasentladung darin aufrechterhalten, meistens mit Hilfe von zwei Elektroden mit Heizfäden bzw. Filamenten an den Enden der Röhre. Der Entladungsvorgang wird mit der Hilfe herkömmlicher Magnetsteuerräder oder Hochfrequenzelektroniksteuerrädern gestartet und aufrechterhalten. Beide Typen von Steuerrädern werden dazu verwendet, die Form der elektrischen Energie, die von herkömmlichen AC- oder DC-Quellen verfügbar ist, zu der Form umzuwandeln, die dazu notwendig ist, um den Entladungsvorgang zu starten und aufrechtzuerhalten. Allgemein wird die Energie, die zu der Lampe zugeführt wird, durch zwei Hauptprozesse innerhalb der Lampe verbraucht: Entladungsprozess und Heizfaden-Heizprozess. Wenn Energie angelegt ist, kann der Zustand der Gasentladungslampe, von dem elektrischen Standpunkt aus gesehen, durch die Spannung über die Lampe, den Entladungsstrom, der über die Lampe fließt, und den Heizstrom, der durch die Heizfäden fließt, dargestellt werden.
Allgemein werden Gasentladungslampen, in Abhängigkeit von Gasmischungsparametern ebenso wie von physikalischen Dimensionen und der Form, durch eine unterschiedliche Entladungsspannung und einen unterschiedlichen Entladungsstrom charakterisiert werden und werden eine unterschiedliche Heizspannung erfordern. Demzufolge werden unterschiedliche elektronische Steuerungen verwendet, um die jeweiligen Entladungslampen, die unterschiedliche Dimensionierungen haben, anzusteuern.
In einer typischen Lösung wird die Lampe von einer AC-Spannungsquelle versorgt. Ein Entladungs- und Heizstrom ist auf den Wert festgelegt, der durch die Art der Lampe erforderlich ist, und ist konstant. In fortschrittlicheren Lösungen werden, um ein Dimmen der Fluoreszenzlampe zu erreichen, teilweise unabhängige Schaltungen verwendet, um die Heizeinrichtung der Lampe zu versorgen, wie dies in den US-Patent Nr. 5,703,441 angegeben ist. Eine Heizspannung kann reguliert werden, während die Lampe in einen Dimm-Modus eintritt, was eine optimale Temperatur der Heizfäden liefert. Allerdings kann, da ein Entladungsstrom nicht reguliert wird, die vorstehende Lösung nur bei einem Typ einer Lampe verwendet werden und kann nicht universal sein. Eine Änderung des Lampen-Typs erfordert eine Änderung im Design.
Fluoreszenzlampen, sogar von derselben Größe, allerdings hergestellt von unterschiedlichen Herstellern und die unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen arbeiten, erfordern unterschiedliche Startspannungen. Gleichzeitig müssen Stromrichter, die verwendet werden, um die Lampen anzusteuern, einen hohen Wert eines Leistungsfaktors haben, der äquivalent zu der Widerstandslast der Energieversorgungsleitungen ist. Die US-Patente Nr.'n 4,870,327 und 4,958,108 lösen die vorstehend erwähnten Probleme, liefern aber keine Mittel, um vollständig unabhängig den Entladungsstrom und den Heizstrom zu regulieren, was für die elektronische Steuerung erforderlich ist, um in der Lage zu sein, die Lampe irgendeines Typs anzusteuern. Eine vorgeschlagene Lösung kann nur bei der Familie der Röhren verwendet werden, die denselben Arbeitspunkt haben, der durch die Entladungsspannung und den Entladungsstrom definiert ist, und die in der Startspannung variieren.
Die Anwendung eines Typs einer elektronischen Steuerung bei unterschiedlichen Lampen erfordert eine automatische Identifikation des Lampen-Typs. Die EP 0413907 A1 versucht dieses Problem zu lösen, indem eine Startspannung der Lampe verwendet wird, um den Typ einer Lampe innerhalb eines begrenzten und vordefinierten Satzes von Lampen zu identifizieren. Eine Startspannung hängt von vielen Parametern, ähnlich Röhrenlänge und -form, Gasmischungs-Typ und Gasdruck ab, und kann deshalb nicht als ein universeller Parameter verwendet werden, um den Lampen-Typ zu identifizieren. Ein Identifikations-Algorithmus, der in der vorstehenden Patentanmeldung vorgeschlagen ist, ermöglicht nur eine grobe Identifikation der Lampen innerhalb der begrenzten Familie.
Eine vollständig universelle Identifikation des Lampen-Typs kann nur über eine Messung aller Parameter, die elektrisch die Lampe definieren, erreicht werden, d. h.: Entladungsspannung, Entladungsstrom und Heizstrom, und geeigneter Identifikations-Algorithmus, der alle vorstehenden Parameter berücksichtigt.
Es ist die prinzipielle Aufgabe dieser Erfindung, ein Ansteuerschema für Niederdruckgasentladungslampen zu schaffen, das eine unabhängige Zuführung eines Entladungsstroms und einer Heizfadenheizspannung von den vollständig unabhängigen und regulierten Strom- und Spannungsquellen vorsieht, um eine automatische Erfassung des Typs der Lampe und eine automatische Einstellung des Entladungsstroms und des Heizstroms auf die Werte, die für die erfasste Lampe erforderlich sind, zu erreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie sie in dem beigefügten Anspruch angegeben ist, verwendet ein Ansteuerschema für Niederdruckgasentladungslampen eine unabhängige Stromquelle, um einen Entladungsstrom für die Lampe zu liefern, und unabhängige Spannungsquellen, um Heizströme für die Heizfäden zu liefern.
Ein auf einem Computer basierendes Modul erfasst den Wert einer Entladungsspannung, den Wert eines Entladungsstroms und den Wert eines Heizstroms. Die erfassten Werte werden dazu verwendet, den Typ der Lampe zu identifizieren und einen Entladungsstrom und einen Heizstrom zu regeln, um geeignete Ansteuerparameter für den tatsächlich erfassten Typ der Lampe zu liefern.
ZEICHUNGEN
1 stellt ein Ansteuerschema nach dem Stand der Technik für Gasentladungslampen, verwendet in früheren, elektronischen und magnetischen Steuervorrichtungen, dar, bei denen die Parameter des Designs individuell für jeden bestimmten Typ einer benutzten Lampe evaluiert werden mussten.
2 stellt ein Ansteuerschema nach dem Stand der Technik für Gasentladungslampen, verwendet in früheren, elektronischen und magnetischen Steuervorrichtungen, dar, wobei die Parameter des Designs individuell für jeden bestimmten Typ einer benutzten Lampe evaluiert werden mussten, die zusätzlich mit einem Rückführungs-Modul ausgestattet sind, was eine bessere Stabilität von vordefinierten Parametern liefert.
3 stellt ein Ansteuerschema nach dem Stand der Technik für Gasentladungslampen, verwendet in früheren, elektronischen und magnetischen Steuervorrichtungen, dar, wobei eine unterschiedliche Art und Weise einer Versorgung des Heizfadens gezeigt ist.
4 stellt ein neues Ansteuerschema für Gasentladungslampen dar, das eine automatische Erfassung von Lampen-Typen und eine automatische Einstellung von Versorgungsparametern vorsieht.
BESCHREIBUNG
Obwohl die erfindungsgemäßen Merkmale der vorliegenden Erfindung bei jeder Niederdruckgasentladungslampe anwendbar sind, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung auf Fluoreszenzlampen.
1 stellt ein verallgemeinertes Ansteuerschema nach dem Stand der Technik für Gasentladungslampen dar. Wie dargestellt ist, wird die Gasentladungslampe 1 mit zwei Elektroden 2 von einer AC-Spannungsquelle 3 mit einer begrenzten, positiven, inneren Impedanz versorgt. Da Strom, der von der Spannungsquelle aus fließt, von dem Wert einer Last abhängig ist, müssen zusätzliche positive Impedanz-Komponenten 11 hinzugefügt werden, um einen Strom auf den Wert einzustellen, der für eine geeignete Lampe erforderlich ist. Energie, die durch die Lampe verbraucht wird, wird durch den Stromvektor 5 dargestellt:
t_tot
und eine Spannung über die Lampe wird durch den Spannungswechsler 8 dargestellt:
U_t
Der gesamte Strom 5 wird in einen Heizstrom 6:
I_h
und einen Entladungsstrom 7:
I_d
unterteilt.
Der Entladungsstrom 7 und der Heizstrom 6 müssen auf Werte eingestellt werden, die durch den bestimmten Typ einer Gasentladungslampe erforderlich sind. In der Schaltung, die in 1 angegeben ist, ist der Gesamtstrom 5 eine Summe eines Entladungsstroms 7 und eines Heizstroms 6: ttot = Id + Ih
Eine Komponente 4 mit positiver Impedanz wird hinzugefügt, um die Heizschleife 10 zu schließen und um einen erforderlichen Wert eines Heizstroms zu liefern. Der Wert eines Heizstroms 6 ist durch den Wert der Spannung 8 über die Lampe 1, Parameter der Lampe und den Wert von Impedanz-Komponenten 4 und 11 definiert. Da die Schaltungsschleifen 9 und 10, die eine Lampe in einer gemeinsamen Verzweigung haben, abhängig sind, können die beiden Parameter der Spannungsquelle 3, die Impedanz 4 und 11, nur für einen Typ einer Gasentladungslampe, definiert durch den Entladungsstrom 7, die Heizspannung 6 und die Entladungsspannung 8, eingestellt werden.
Einige Design-Ausführungen verwenden eine Rückführungsschleife, um eine bessere Stabilität von Strömen, zugeführt zu der Lampe, zu liefern. 2 stellt das Blockdiagramm des Designs dar, bei dem ein Signal 13, das den Gesamtstrom 5 erfasst, und ein Signal 12, das die Entladungsspannung 8 erfasst, durch das Rückführungs-Modul 11 verarbeitet werden, um ein Steuersignal 14 zu evaluieren, das die Parameter der Energiequelle reguliert, um so einen stabilen Wert des Gesamtstroms 5 zu liefern.
Lösungen, die auf Ideen basieren, die in 1 und 2 angegeben sind, optimieren nicht die Heizfaden-Heizspannung, während die Lampe arbeitet in einem dimmbaren Modus. Um zu vermeiden, dass einige Design-Ausführungen eine Maßnahme verwenden, die in 3 dargestellt ist, werden Heizfäden 2 von unabhängigen und regulierten Spannungsquellen 16 versorgt, während ein Entladungsstrom 7 von einer anderen Spannungsquelle 3 zugeführt wird. Die geregelten Spannungsquellen 13 werden dazu verwendet, einen Heizstrom zu erhöhen, während die Lampe in einen Dimm-Modus eintritt, was zu einer optimalen Heizfaden-Temperatur und einer verlängerten Lebensdauer der Lampe führt.
Unterschiedliche Typen und Familien von Gasentladungslampen erfordern einen unterschiedlichen Heizstrom, einen unterschiedlichen Entladungsstrom, der eine unterschiedliche Entladungsspannung besitzt. Da die Entladungsschleife und die Heizschleife umgekehrt in dem Ansteuerschema, das in 1 und in 2 angegeben ist, abhängig sind, müssen Parameter von bestimmten Komponenten auf nur einen Typ der Gasentladungslampe eingestellt werden, und dies führt zu elektronischen und magnetischen Steuerschaltungen, die für nur einen Typ der Lampe ausgelegt sind. Ein Versorgen der Lampe von einer Spannungsquelle erfordert auch eine zusätzliche, passive Impedanz- Komponente, gewöhnlich magnetisch, um den Entladungsstrom, der von der Spannungsquelle genommen wird, auf den Wert zu beschränken, der durch eine gegebene Lampe erforderlich ist.
Gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung stellt 4 ein Ansteuerschema für eine Niederdruckgasentladungslampe dar, die eine unabhängige Art und Weise eines Versorgungsentladungsstroms und von Heizfaden-Heizströmen liefert. Eine Fluoreszenzlampe 1 mit zwei Heizfäden 2 ist als ein Beispiel einer Niederdruckgasentladungslampe verwendet worden. Ein Entladungsstrom 7 wird von einer Hochfrequenzstromquelle 3 geliefert. Heizströme 6 werden zu geeigneten Heizfäden von vollständig getrennten Energieversorgungsquellen 16 zugeführt. Da sowohl der Entladungsstrom 7 als auch die Heizströme 6 in unabhängigen Schaltungsschleifen 6, 17 und 18 fließen und die vorstehend erwähnten Ströme von unabhängigen Strom- und Spannungsquellen geliefert werden, können deren Werte unabhängig geregelt werden. Beide Typen von Quellen werden in einer elektronischen Art und Weise geregelt, was eine unabhängige Einstellung eines Entladungsstroms und einer Heizspannung ermöglicht. Ein auf einem Computer basierendes Steuermodul erfasst den Wert einer Entladungsspannung über die Lampe mit der Hilfe eines Signals 12, den Wert eines Entladungsstroms 7 mit der Hilfe eines Signals 13 und den Wert eines Heizstroms 6 mit der Hilfe eines Signals 20. Die Informationen über den Wert des Entladungsstroms 7, die Entladungsspannung 8 und den Heizstrom 6 während eines Startens und auch später werden dazu verwendet, eine Erfassung des Typs der Lampe vorzunehmen, wobei das Steuermodul automatisch den Entladungsstrom und die Heizspannung auf die Werte einstellt, die für den tatsächlich betriebenen Typ der Röhre erforderlich sind.

Claims

Verfahren zum Betrieb von Niederdruckgasentladungslampen, zum Betreiben einer oder mehrerer Lampe(n), aufweisend unabhängig regulierte Hochfrequenzstromquellen (3), die die Entladungsströme direkt zu den Lampen (1) zuführen, unabhängig regulierte Spannungsquellen (16), die die Heizströme zu jedem Heizfaden (2) zuführen, ein Steuermodul (19), das Einrichtungen (13) besitzt, um den Wert von Entladungsströmen (7) zu erfassen, Einrichtungen (12), um den Wert von Entladungsspannungen (8) zu erfassen, Einrichtungen (22), um Heizspannungen (21) zu erfassen, und Einrichtungen (20), um Heizströme (6) zu erfassen, ein Steuermodul (19), das Einrichtungen (14) besitzt, um den Wert eines Stroms (7), zugeführt durch Entladungsstromquellen, zu regulieren, ein Steuermodul (19), das Einrichtungen (15) besitzt, um den Wert einer Spannung (21), zugeführt durch Spannungsquellen (16), die die Heizfäden versorgen, zu regulieren; dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (19) dazu geeignet ist, den Wert von Entladungsspannungen (8), Entladungsströmen (7), Heizspannungen (21) und Heizströmen (6) zu erfassen, um den Typ einer betriebenen Lampe zu erfassen und unabhängig den Wert eines Entladungsstroms (7) und den Wert einer Heizspannung (21) in der Art und Weise zu regulieren, um geeignete Werte eines Entladungsstroms und eines Heizstroms für den tatsächlich betriebenen Typ einer Lampe zu liefern.