EP0447009B1 - Verfahren zum Impulsbetrieb von Hochdruckentladungslampen - Google Patents

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EP0447009B1
EP0447009B1 EP91250053A EP91250053A EP0447009B1 EP 0447009 B1 EP0447009 B1 EP 0447009B1 EP 91250053 A EP91250053 A EP 91250053A EP 91250053 A EP91250053 A EP 91250053A EP 0447009 B1 EP0447009 B1 EP 0447009B1
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EP
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pulse
pulses
pulsed operation
pressure discharge
frequency
Prior art date
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EP91250053A
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English (en)
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EP0447009A1 (de
Inventor
Michael Bönigk
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PRIAMOS LICHT, INDUSTRIE & DIENSTLEISTUNGS GMBH
Original Assignee
Priamos Licht Industrie & Dienstleistungs GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/30—Circuit arrangements in which the lamp is fed by pulses, e.g. flash lamp
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light

Definitions

  • the invention relates to a method for pulsed operation of high-pressure discharge lamps to improve the lighting properties.
  • bipolar pulses When operating sodium vapor discharge lamps that contain several metal vapors, bipolar pulses should be used to avoid segregation.
  • strobe pulses their shape, pulse width, duty cycle, rise, height have a decisive influence on the lighting parameters to be achieved.
  • Most solutions are preferably operated with relatively wide pulses (approx. 100 to 200 us) and duty cycles around 0.2, the repetition frequencies being below 500 Hz, as described in DE-PS 3636901.
  • the discharge system tends to resonate, which manifests itself in strong arc instabilities and losses in light efficiency (DE-PS 3122183). It is also known to design the pulse geometry and pulse shaping when using electronic ballasts in such a way that the pulses make a rapid transition from the cooling sphere to the state of a predetermined pulse power, an extended one Show action time in this level and a quick return to the state of the cooling phase.
  • a multi-link delay chain consisting of capacitive and inductive components is proposed for pulse shaping.
  • the optimal pulse width for sodium vapor discharge lamps is between 100 us and 200 us, so that when using delay chains for pulse shaping, a corresponding electronic ballast would be very complex and voluminous.
  • the aim of the invention is to propose a method for the pulse operation of high-pressure discharge lamps with which good lighting parameters can be achieved and which requires little effort for the ballast technology.
  • the object is achieved in that the blanking pulses for the high-pressure discharge lamp are formed by pulse groups from bipolar individual pulses with a pulse width of less than 100 us, the repetition frequency of the pulse groups being above 100 Hz at a pulse duty factor below 0.8 and the individual pulses having a frequency above 400 Hz at any duty cycle.
  • a sinusoidal holding current or direct current is fed in between the pulse groups.
  • the individual pulses can also be designed as needle pulses.
  • the frequency of the individual pulses is to be selected so that resonance frequency gaps are used, or it lies above the resonance band of the discharge system.
  • the mean power fed into the lamp is now essentially dependent on the width of the pulse groups (number and energy of the individual pulses per unit of time) and the repetition frequency of the pulse groups. Even with a very high frequency of the individual impulses, no loss of light yield compared to the key operation with wide impulses is detectable, whereby the lighting parameters such as color temperature and color rendering also achieve identical values.
  • a sodium vapor high-pressure discharge lamp specially designed for tactile operation is operated with bipolar needle-shaped pulses which are combined into pulse groups.
  • a sinusoidal current of 80 mA with a frequency of 20 KHz is fed in as a holding load.
  • the single pulse frequency of the strobe is 3 KHz with a pulse group frequency of 150 Hz and a pulse group width of 1.2 ms.
  • the needle pulses are generated by capacitor charging or discharging, with no resonance phenomena occurring at a frequency of 3 kHz.
  • the pulse height was again chosen so that an average color temperature of approx. 3000K is achieved.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamp (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Impulsbetrieb von Hochdruckentladungslampen zur Verbesserung der lichttechnischen Eigenschaften.
  • Es ist seit längerer Zeit bekannt, daß mit Hilfe einer impulsförmigen Versorgung von Entladungslampen deren lichttechnische Paramerter wesentlich verbessert werden können. Besondere Aufmerksamkeit haben diese Verfahren bei Natriumdampfhochdrucklampen gefunden, bei denen durch Auftastung die Farbtemperatur von ca. 2000 K auf über 3000 K angehoben werden kann. Gleichzeitig ist eine Verbesserung der Farbwiedergabe möglich. Die Patentschriften DE-PS 2657824, DE-PS 2825532 weisen auf diese Sachverhalte hin.
  • Beim Betrieb von Natriumdampfentladungslampen die mehrere Metalldämpfe enthalten sind bipolare Impulse zu verwenden, um Entmischungserscheinungen zu vermeiden.
  • Die Beschaffenheit der Auftastimpulse ihre Form, Impulsbreite, Tastverhältnis, Anstieg, Höhe haben einen entscheidenden Einfluß auf die zu erreichenden lichttechnischen Parameter. Vorzugsweise wird in den meisten Lösungen mit relativ breiten Impulsen ( ca.100 bis 200 us ) und Tastverhältnissen um 0,2 gearbeitet, wobei die Wiederholfrequenzen unter 500 Hz liegen, wie in der DE-PS 3636901 beschrieben.
  • Bei Frequenzen über 500 Hz neigt das Entladungssystem zu Resonanzerscheinungen, welche sich in starken Bogeninstabilitäten und Lichtausbeuteverlusten äußern (DE-PS 3122183). Es ist auch bekannt, die Impulsgeometrie und Impulsformung bei dem Einsatz von elektronischen Vorschaltgeräten so zu gestalten, daß die Impulse einen schnellen übergang von der Abkühlsphäre in den Zustand einer vorgegebenen Impulsleistung, eine ausgedehnte Wirkzeit in diesem Niveau und eine schnelle Rückführung in den Zustand der Abkühlphase aufweisen. Zur Impulsformung wird eine mehrgliedrige Laufzeitkette, bestehend aus kapazitiven und induktiven Bauelementen, vorgeschlagen. Wie aus Untersuchungen bekannt ist, liegt die optimale Impulsbreite für Natriumdampfentladungslampen zwischen 100 us und 200 us, so daß bei Verwendung von Laufzeitketten zur Impulsformung ein entsprechendes elektronisches Vorschaltgerät sehr bauelementeaufwendig und voluminös wäre.
  • Prizipiell ist festzustellen, daß die Erzeugung relativ breiter Impulse mit entsprechender Höhe hohe Anforderungen an die Vorschalttechnik stellt, da große Energiemengen gespeichert und geschaltet werden müssen.
  • Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Impulsbetrieb von Hochdruckentladungslampen vorzuschlagen, mit dem gute lichttechnische Parameter erreicht werden und das für die Vorschalttechnik einen geringen Aufwand erfordert.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Auftastimpulse für die Hochdruckentladungslampe durch Impulsgruppen aus bipolaren Einzelimpulsen mit einer Impulsbreite unter 100 us gebildet werden, wobei die Wiederholfrequenz der Impulsgruppen über 100 Hz bei einem Tastverhältnis unter 0,8 liegt und die Einzelimpulse eine Frequenz über 400 Hz bei einem beliebigen Tastverhältnis aufweisen. Zwischen den Impulsgruppen wird ein sinusförmiger Haltestrom oder Gleichstrom eingespeist. Die Einzelimpulse können auch als Nadelimpulse ausgebildet sein.
  • Überraschenderweise konnte bei Untersuchungen an Natriumdampfhochdrucklampen festgestellt werden , daß das Plasma auch noch sehr schmalen nadelförmigen Impulsen zu folgen vermag, d.h. daß auch hier eine wirksame Erhöhung der Farbtemperatur und der Farbwiedergabe möglich sind, wobei die Lichtausbeuteverluste nur gering waren. Da die in die Lampe eingespeiste mittlere Leistung im wesentlichen von der Energie der Tastimpulse und deren Frequenz, unter Vernachlässigung einer möglichen Halteleistung, abhängig ist, muß gegenüber dem Betrieb mit breiten Impulsen, die Frequenz wesentlich erhöht werden. Einen Nachteil dieser Betriebsweise stellen die Resonanzerscheinungen des Lichtbogens dar, welche im Kilohertzbereich durch die Tastimpulse angeregt werden. Durch Anordnung der Einzelimpulse zu Impulsgruppen ist es gelungen, diese Resonanzerscheinungen zu unterdrücken. Die Frequenz der Einzelimpulse ist so zu wählen, daß Resonanzfrequenzlücken ausgenutzt werden, oder sie über dem Resonanzband des Entladungssystems liegt.
    Die in die Lampe eingespeiste mittlere Leistung ist nun im wesentlichen von der Breite der Impulsgruppen (Anzahl und Energie der Einzelimpulse je Zeiteinheit) und der Wiederholfrequenz der Impulsgruppen abhängig.
    Auch bei sehr hoher Frequenz der Einzelimpulse ist kein Lichtausbeuteverlust gegenüber dem Tastbetrieb mit breiten Impulsen nachweisbar, wobei auch die lichttechnischen Parameter wie Farbtemperatur und Farbwiedergabe identische Werte erreichen.
    • Ausführungsbeispiel
  • Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
    Eine speziell für den Tastbetrieb ausgelegte Natriumdampfhochdruckentladungslampe wird mit bipolaren Nadelförmigen Impulsen, die zu Impulsgruppen zusammengefaßt sind betrieben. Als Haltelast wird ein sinusförmiger Strom von 80 mA mit einer Frequenz von 20 KHz eingespeist. Die Einzelimpulsfrquenz der Tastimpulse beträgt 3 KHz bei einer Impulsgruppenfrequenz von 150 Hz und einer Impulsgruppenbreite von 1,2 ms. Die Nadelimpulse werden durch Kondensatorauf- bzw. entladung erzeugt, wobei bei einer Frequenz von 3 kHz keine Resonazerscheinungen auftraten. Die Impulshöhe wurde wiederum so gewählt, das sich eine mittlere Farbtemperatur von ca. 3000K einstellt. Bei einer Spitzenimpulsstärke von I= 20 A und einer Nennleistung der Natriumdampfhochdrucklampe von P= 70 W wird bei der Farbtemperatur von Tc= 3081 K und der Farbwiedergabe von R(a)= 66 eine Lichtausbeute von 65 lm/W erziehlt.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Impulsbetrieb von Hochdruckentladungslampen bei Nennleistung mittels eines impulsförmigen Versorgungsstromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftastimpulse für die Hochdruckentladungslampe durch Impulsgruppen aus bipolaren Einzelimpulsen mit einer Impulsbreite unter 100us gebildet werden, wobei die Wiederholfrequenz der Impulsgruppen über 100 Hz bei einem Tastverhältnis unter 0,8 liegt und die Einzelimpulse eine Frequenz über 400Hz bei einem beliebigen Tastverhältnis aufweisen.
  2. Verfahren zum Impulsbetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Impulsgruppen ein sinusförmiger Haltestrom eingespeist wird.
  3. Verfahren zum Impulsbetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Impulsgruppen ein Gleichstrom eingespeist wird.
  4. Verfahren zum Impulsbetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelimpulse als Nadelimpulse ausgebildet sind.
EP91250053A 1990-03-16 1991-02-28 Verfahren zum Impulsbetrieb von Hochdruckentladungslampen Expired - Lifetime EP0447009B1 (de)

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