EP1203512A1 - Verfahren und schaltungsanordnung für den betrieb einer natriumhochdrucklampe - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung für den betrieb einer natriumhochdrucklampe

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EP1203512A1
EP1203512A1 EP01953887A EP01953887A EP1203512A1 EP 1203512 A1 EP1203512 A1 EP 1203512A1 EP 01953887 A EP01953887 A EP 01953887A EP 01953887 A EP01953887 A EP 01953887A EP 1203512 A1 EP1203512 A1 EP 1203512A1
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lamp
frequency
circuit arrangement
operating
voltage
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Application number
EP01953887A
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French (fr)
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Michael Bönigk
Klaus Günther
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Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
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    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2885—Static converters especially adapted therefor; Control thereof
    • H05B41/2887—Static converters especially adapted therefor; Control thereof characterised by a controllable bridge in the final stage
    • 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
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    • H05B41/14—Circuit arrangements
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    • H05B41/20—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch
    • H05B41/23—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode
    • H05B41/231—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode for high-pressure lamps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention is based on a method for operating a high-pressure sodium lamp according to the preamble of claim 1. It is in particular mercury-free high-pressure sodium lamps with a relatively high xenon pressure (cold filling pressure of more than 1 bar) and with low power (at most 400 W). A circuit arrangement for realizing the method is also specified.
  • High pressure sodium lamps are widely used in outdoor lighting due to their high luminous efficacy, great reliability and long service life. They usually contain a filling of sodium, mercury and xenon in a discharge vessel made of polycrystalline aluminum oxide.
  • the sodium and mercury are mostly - but not necessarily - in saturated form, i.e. in the heated state there is a sump of liquid Na and Hg in the operating state, the temperature of which determines the partial pressures and thus the electrical and optical properties of the lamp.
  • the Na partial pressure is brought to approx. 100 hPa, in mercury-free lamps it is approx. 200 hPa.
  • the xenon pressure can be increased from 20 to 100 ... 500 hPa, which increases the light output by 10 ... 15% improved.
  • Correspondingly adapted ballasts already exist on the market to provide the higher ignition voltage required.
  • FIG. 1 The basic structure of such an electronic ballast is shown in FIG. 1.
  • the mains power is fed to a full-bridge rectifier (2) via an HF filter (1).
  • a harmonic filter (3) which can be configured actively or passively, causes a sinusoidal current profile and feeds the smoothing capacitor (4a), which supplies the medium frequency generator (5) with a constant DC voltage.
  • Middle frequency is always understood to mean a frequency above 1 kHz (in particular between 1 and 200 kHz).
  • the medium frequency generator is advantageously designed as a half bridge, in particular with a frequency between 10 and 40 kHz.
  • the smoothing capacitor must be designed as an electrolytic capacitor, which is subject to relatively rapid aging, particularly at high operating temperatures.
  • An inductance (6) limits the lamp current, the ignition is effected by the ignition unit (7).
  • the center frequency has to be rectified again (8), smoothed (9) and converted to a bipolar rectangular shape using a full bridge (10).
  • EP-A 744 883 a method and a device for operating a high pressure sodium lamp is already known which avoids acoustic resonances.
  • a direct voltage derived from a voltage source is fed to an inverter, which uses a current limiting choke to pressure discharge lamp feeds.
  • the inverter operates at an operating frequency of 10 to 100 kHz, the output power being periodically modulated by the nominal power, specifically at a frequency that is between 50 Hz and the operating frequency of the inverter.
  • Amplitude modulation is sometimes used for high-pressure discharge lamps in order to stabilize and center the discharge arc (EP-A 785 702), to achieve a high power factor of more than 90% (US Pat. No. 5,180,950) or to miniaturize an electronic ballast (US 5,371,440).
  • Another object is to provide a suitable and inexpensive circuit arrangement.
  • Standard lamps are understood here to mean lamps with a cold filling pressure of approximately 20 to 30 hPa, whereas super lamps, on the other hand, have a cold filling pressure of the xenon of approximately 100 to 500 hPa. Only because of the inexpensive provision of a suitable ECG is the lamp / ballast system attractive enough for a market launch.
  • FIG. 2 An electronic circuit arrangement (FIG. 2) is proposed, in which the supply voltage after rectification is not smoothed as usual, but is fed directly to the medium frequency generator (5).
  • the support capacitor (4b) should hold a minimum voltage ready for the lamp during the zero crossings of the mains voltage, which avoids annoying re-ignition peaks of the lamp voltage, but on the other hand only distorts the mains current so little that a harmonic filter is not necessary. This is ensured if the product of the capacitance of the backup capacitor C s and the average impedance of the lamp R is less than 3 milliseconds. Then the current amplitude of the 3rd harmonic is below the permissible 30% of the basic amplitude at 50 Hz and a harmonic filter can be dispensed with.
  • the support capacitor can also be omitted for lamps with high xenon pressure (in particular approximately more than 2000 hPa (2 bar) and thus high thermal inertia).
  • the medium frequency generator (5) is operated in this way with a DC voltage modulated with 100 Hz (assuming a mains frequency of 50 Hz) and outputs a medium frequency amplitude modulated with 100 Hz via the current limiting choke (6) and the ignition unit (7) to the lamp (11).
  • the resulting modulation of the luminous flux is of no importance for certain applications, especially in outdoor lighting.
  • the circuit is extremely low loss, since only one switching element in the Line route is. It is more reliable than the known electronic ballasts because it contains no aging-sensitive electrolytic capacitors.
  • the manufacturing costs of the circuit arrangement are in the order of magnitude of a conventional ballast with an igniter.
  • the amplitude modulation of the center frequency reduces the build-up of acoustic resonances in the discharge vessel from the outset, without the need for a rectangular shape.
  • the drastic reduction in the inductance in the current path significantly reduces or completely suppresses the re-ignition peaks of the lamp voltage that occur after the current has passed zero. If the medium frequency generator is advantageously controlled externally with the aid of a microcontroller, further control functions desired by the user, such as half-night switching (also automatically) and end-of-life switch-off, can be conveniently implemented via this controller.
  • Figure 1 is a schematic of the conventional method (rectangular operation);
  • Figure 2 is a schematic of the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement which implements the method according to FIG. 2;
  • Figure 4 current and voltage waveforms in a lamp operated with the circuit arrangement of Figure 4.
  • the structure of the operating method is shown schematically in FIG.
  • the mains power is fed to a full-bridge rectifier 2 via an HF filter 1. This is followed by a backup capacitor 4b.
  • a harmonic filter 3 and the smoothing capacitor 4a of the conventional circuit FIG. 1 which supplies the medium-frequency generator 5 with a constant voltage in the prior art.
  • An inductance 6 limits the lamp current, the ignition is effected by the ignition unit 7.
  • Such a circuit arrangement was used for a 70 W high-pressure sodium lamp with a cold filling pressure of 2 bar xenon (without mercury), the operating frequency of the lamp being 25 kHz and the modulation being 100 Hz (ie twice the mains frequency).
  • the medium frequency generator is externally controlled by a microcontroller which, according to the invention, additionally implements a power reduction, which is controlled or programmed by the operator, during the low-traffic period.
  • the power is reduced so slowly by means of a gradual increase in frequency of the medium frequency generator that during this process the lamp Pen voltage does not rise.
  • the time required for this is 1 ... 5 min. This measure reduces the system performance on average by a further 35%.
  • the microcontroller monitors the lamp voltage via an A / D converter input and switches off the lamp permanently when the voltage rises shortly before the cycling state. Cycling is the repeated extinguishing of the lamp by increasing the burning voltage and re-igniting after cooling.
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement in detail which implements the above operating method (according to FIG. 2). It has the following structure:
  • the frequency generator 5 is designed as a half-bridge made of two transistors Q1, Q2 with ⁇ -processor control (control unit), the ignition unit 7 here is in particular a superimposed ignition device including inductance 6.
  • the control unit takes into account the mains input voltage, the lamp power and the potential of the control terminal as input , The control terminal enables the control of ECG conditions such as full load operation, dimming etc.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Natrium-Hochdrucklampen können mit einer Schaltungsanordnung betrieben werden, die die Netzwechselspannung gleichgerichtet und unter Verzicht auf Glättung direkt einem Wechselrichter zur Erzeugung einer Frequenz oberhalb 1 kHz zuführt. Die mit dem Zweifachen der Netzfrequenz modulierte Spannung wird über eine HF-Induktivität und einen Zündübertrager der Lampe zugeführt, die vorzugsweise eine Xenonfüllung oberhalb 1 bar enthält. Die Einsparung an Elektroenergie für das System Lampe - Vorschaltgerät beträgt 30 % im Vergleich zu einer drosselbetriebenen Hg-freien Standartlampe bei gleichem Lichtstrom. Die Verwendung eines Mikroprozessors für die Steuerung der Halbbrücke ermöglicht eine fremdgesteuerte oder automatische Leistungsabsenkung mit einem weiteren Energieeinsparungspotential von 35 % im Jahresmittel sowie eine End of Life-Abschaltung des Systems zur Vermeidung von Cycling.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Natriumhochdrucklampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Natriumhochdrucklampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um quecksilberfreie Natriumhochdrucklampen mit relativ hohem Xenondruck (Kaltfülldruck von mehr als 1 bar) und mit kleiner Leistung (höchstens 400 W). Des weiteren wird auch eine Schaltungsanordnung zur Realisierung des Verfahrens angegeben.
Stand der Technik
Natrium-Hochdrucklampen sind aufgrund ihrer hohen Lichtausbeute, ihrer großen Zuverlässigkeit und langen Lebensdauer in der Außenbeleuchtung weit verbreitet. Sie enthalten üblicherweise in einem Entladungsgefäß aus polykristallinem Alumini- umoxid eine Füllung aus Natrium, Quecksilber und Xenon. Das Natrium und Quecksilber liegen meist - aber nicht notwendigerweise - in gesättigter Form vor, d.h. im aufgeheizten Brenner befindet sich im Betriebszustand ein Sumpf von flüssigem Na und Hg, dessen Temperatur die Partialdrücke und damit die elektrischen und optischen Eigenschaften der Lampe bestimmt. Für optimale Lichtausbeute wird der Na- Partialdruck auf ca. 100 hPa gebracht, in Hg-freien Lampen beträgt er etwa 200 hPa. Der Xenondruck kann von 20 auf 100...500 hPa gesteigert werden, wodurch die Lichtausbeute sich um 10...15 % verbessert. Zur Bereitstellung der dann erforderlichen höheren Zündspannung existieren auf dem Markt bereits entsprechend angepasste Vorschaltgeräte.
Eine weitere Steigerung der Lichtausbeute um zusätzliche 15 % ist bei niederwattigen Natrium-Hochdrucklampen möglich, wenn der Xenondruck auf über 1 bar erhöht wird (EP-A 834 905). Nachteilig ist, dass die Lampe eine erheblich höhere Zündspannung erfordert, als die auf dem Markt befindlichen Installationen bereitstellen und vertragen.
Es ist vielfach mit nur mäßigem Erfolg versucht worden, die lichttechnischen Eigenschaften einer Hochdrucklampe durch Verwendung eines elektronischen Vorschalt- gerätes zu verbessern. Das System erzeugt dann einen zeitlich konstanten Lichtstrom mit meist stabilisierter Leistungsaufnahme, die aber vom Nutzer kaum honoriert wird. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen EVG ist in Fig. 1 dargestellt. Die Netzleistung wird über ein HF-Filter (1) einem Vollbrückengleichrichter (2) zugeführt. Ein Oberwellenfilter (3), das aktiv oder passiv ausgestaltet sein kann, bewirkt einen sinusförmigen Stromverlauf und speist den Glättungskondensator (4a), der dem Mittelfrequenzgenerator (5) eine konstante Gleichspannung zuführt. Unter Mittelfrequenz wird hier immer eine Frequenz oberhalb 1 kHz (insbesondere zwischen 1 und 200 kHz) verstanden. Der Mittelfrequenzgenerator wird vorteilhaft als Halbbrücke ausgeführt, insbesondere mit einer Frequenz zwischen 10 und 40 kHz.
Der Glättungskondensator muss wegen der hohen erforderlichen Kapazität als E- lektrolytkondensator ausgeführt sein, der insbesondere bei hohen Betriebstemperaturen einer relativ schnellen Alterung unterliegt. Eine Induktivität (6) begrenzt den Lampenstrom, die Zündung wird durch die Zündeinheit (7) bewirkt. Um akustische Resonanzen in der Lampe (11) zu vermeiden, muss bisher die Mittelfrequenz nochmals gleichgerichtet (8), geglättet (9) und mit Hilfe einer Vollbrücke (10) zu einer bipolaren Rechteckform gewandelt werden.
Der erhebliche elektronische Aufwand dieser Lösungen führt zu hohen Kosten für die Geräte und zu begrenzter Zuverlässigkeit wegen der vielen Bauelemente. Obwohl die Strombegrenzungsinduktivität (6) wesentlich kleiner und damit verlustärmer als eine konventionelle Drossel konstruiert sind, kann die Verlustleistung dieser EVG wegen der relativ hohen Anzahl aktiver Bauelemente im Strompfad (mindestens 4 Schaltbauelemente) nur von etwa 15 W auf 10 W reduziert werden. Damit ist die mögliche Erhöhung der Systemlichtausbeute von vornherein begrenzt.
Aus der Schrift EP-A 744 883 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Natriumhochdrucklampe bekannt, das akustische Resonanzen vermeidet. Dabei wird eine aus einer Spannungsquelle abgeleitete Gleichspannung einem Wechselrichter zugeführt, der über eine Strombegrenzungsdrossel die Hoch- druckentladungslampe speist. Der Wechselrichter arbeitet mit einer Betriebsfrequenz von 10 bis 100 kHz, wobei die Ausgangsleistung periodisch um die Nennleistung moduliert ist, und zwar mit einer Frequenz, die zwischen 50 Hz und der Betriebsfrequenz des Wechselrichters liegt. Verschiedentlich wird eine Amplitudenmo- dulation für Hochdruckentladungslampen angewendet, um den Entladungsbogen zu stabilisieren und zu zentrieren (EP-A 785 702), um einen hohen Leistungsfaktor von über 90 % zu erzielen (US-A 5 180 950) oder um ein EVG zu miniaturisieren (US 5 371 440).
Der erhebliche elektronische Aufwand dieser bekannten Lösungen führt zu hohen Kosten für die Geräte. Ihre Zuverlässigkeit ist wegen der vielen Bauelemente begrenzt. Außerdem muss eine relativ hohe Verlustleistung von etwa 10 W in Kauf genommen werden. Aus diesen Gründen sind elektronische Vorschaltgeräte für Hochdruckentladungslampen, insbesondere für die Außenbeleuchtung, bisher nie konkurrenzfähig gewesen.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das die Systemlichtausbeute und Maintenance von Natriumhochdrucklampen verbessert, insbesondere die Werte für neuartige quecksilberfreie oder -arme Natriumhochdrucklampen, und die im Falle eines Xenonfülldruckes von > 1000 hPa (1 bar) erforderliche hohe Zündspannung bereitstellt. Eine weitere Aufgabe ist es, eine dafür geeignete und kostengünstige Schaltungsanordnung anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 4 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Es wird ein Betriebsverfahren und eine entsprechende Schaltungsanordnung beschrieben, die einfach und zuverlässig aufgebaut ist. Das resultierende Gerät weist eine sehr geringe Verlustleistung auf und kann mit sehr geringen Kosten hergestellt werden. Hierzu wurde erfindungsgemäß auf Eigenschaften verzichtet, deren Realisierung hohe Kosten verursacht und denen der Anwender wenig Bedeutung bei- misst. Damit wird die Voraussetzung geschaffen zur Vermarktung einer Natriumhochdrucklampe mit hohem Xe-Druck über 1 bar, die ein System benötigt, bestehend aus Vor- schaltgerät, Zündgerät, Lampensockel und Fassung, das eine erhöhte Zündspannung funktionssicher bereitstellt. Die Hemmschwelle zur Einführung eines solchen Systems kann nur durch entsprechend attraktive Eigenschaften überwunden werden. Dafür reicht eine Steigerung der Lichtausbeute um ca. 30 % gegenüber der Standardlampe oder 15 % gegenüber der Super-Version allein nicht aus. Unter Standard-Lampen werden hier Lampen mit einem Kaltfülldruck von etwa 20 bis 30 hPa verstanden, während dagegen Super-Lampen einen Kaltfülldruck des Xenons von etwa 100 bis 500 hPa besitzen. Erst aufgrund der kostengünstigen Bereitstellung eines geeigneten EVG ist nunmehr das System Lampe/Vorschaltgerät attraktiv genug für eine Markteinführung.
Es wird eine elektronische Schaltungsanordnung (Fig. 2) vorgeschlagen, bei der die Versorgungsspannung nach der Gleichrichtung nicht wie üblich geglättet, sondern unmittelbar dem Mittelfrequenzgenerator (5) zugeführt wird. Der Stützkondensator (4b) soll während der Nulldurchgänge der Netzspannung für die Lampe eine Mindestspannung bereithalten, die störende Wiederzündspitzen der Lampenspannung vermeidet, aber andererseits den Netzstrom nur so wenig verzerrt, dass ein Oberwellenfilter nicht erforderlich ist. Dies ist gewährleistet, wenn das Produkt aus der Kapazität des Stützkondensators Cs und der mittleren Impedanz der Lampe R kleiner als 3 Millisekunden ist. Dann liegt die Stromamplitude der 3. Harmonischen unterhalb der zulässigen 30 % der Grundamplitude bei 50 Hz und auf ein Oberwellenfilter kann verzichtet werden. Der Stützkondensator kann bei Lampen mit hohem Xenondruck (insbesondere etwa mehr als 2000 hPa (2 bar) und damit großer Wär- meträgheit auch weggelassen werden.
Der Mittelfrequenzgenerator (5) wird auf diese Weise mit einer mit 100 Hz modulierten Gleichspannung betrieben (unter der Annahme einer Netzfrequenz von 50 Hz) und gibt eine mit 100 Hz amplitudenmodulierte Mittelfrequenz über die Strombegrenzungsdrossel (6) und die Zündeinheit (7) an die Lampe (11) ab. Die daraus re- sultierende Modulation des Lichtstroms ist für bestimmte Anwendungen, insbesondere in der Außenbeleuchtung, ohne Bedeutung.
Diese Lösung hat mehrere Vorteile: Auf ein kostspieliges Oberwellenfilter kann verzichtet werden. Die Schaltung ist extrem verlustarm, da nur ein Schaltelement im Leitungsweg liegt. Sie ist zuverlässiger als die bekannten elektronischen Vorschalt- geräte, weil sie keine alterungsempfindlichen Elektrolytkondensatoren enthält. Die Herstellkosten der Schaltungsanordnung liegen in der Größenordnung eines konventionellen Vorschaltgeräts mit Zündgerät. Die Amplitudenmodulation der Mittelfre- quenz verringert von vornherein den Aufbau akustischer Resonanzen im Entladungsgefäß, ohne dass hierzu eine Rechteckformung erforderlich ist. Die drastische Verringerung der Induktivität im Strompfad reduziert die nach dem Strom- Nulldurchgang auftretenden Wiederzündspitzen der Lampenspannung erheblich bzw. unterdrückt sie vollständig. Wenn der Mittelfrequenzgenerator vorteilhafterwei- se mit Hilfe eines Mikrocontrollers fremdgesteuert wird, können über diesen Controller bequem weitere vom Anwender gewünschter Regelfunktionen wie Halbnachtschaltung (auch automatisch) und End of Life-Abschaltung implementiert werden.
Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 ein Schema des konventionellen Verfahrens (Rechteckbetrieb);
Figur 2 ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 3 eine Schaltungsanordnung, die das Verfahren nach Figur 2 realisiert;
Figur 4 Strom- und Spannungsverläufe bei einer mit der Schaltungsanordnung nach Figur 4 betriebenen Lampe.
Beschreibung der Zeichnungen
In Figur 2 ist schematisch der Aufbau des Betriebsverfahrens dargestellt. Die Netzleistung wird über ein HF-Filter 1 einem Vollbrückengleichrichter 2 zugeführt. An diesen schließt sich ein Stütz-Kondensator 4b an. Dagegen kann auf ein Oberwellenfilter 3 und auf den Glättungskondensator 4a der konventionellen Schaltung Fig. 1 verzichtet werden, der beim Stand der Technik dem Mittelfrequenzgenerator 5 eine konstante Spannung zuführt. Eine Induktivität 6 begrenzt den Lampenstrom, die Zündung wird durch die Zündeinheit 7 bewirkt. Eine derartige Schaltungsanordnung wurde für eine 70 W Natriumhochdrucklampe mit einem Kaltfülldruck von 2 bar Xenon (ohne Hg) benutzt, wobei die Betriebsfrequenz der Lampe bei 25 kHz und die Modulation bei 100 Hz (also dem Doppelten der Netzfrequenz) lag.
Die Einsparung bei der erfindungsgemäßen Anordnung im Vergleich zu konventionell betriebenen Natriumhochdrucklampen mit einer Leistung von 70 W bei gleichem Lichtstrom sind in Tabelle 1 zu finden. Man erkennt, dass mit der elektronisch betriebenen quecksilberfreien Natriumhochdrucklampe mit einer Xenonfüllung von 2 bar gegenüber der konventionell betriebenen 70 W Standard-Lampe mit elliptischem Außenkolben (E-Version) etwa 30 % und gegenüber der konventionell betriebenen 70 W Super-Lampe mit zylindrischem Außenkolben (T-Version) etwa 20 % der e- lektrischen Gesamtleistung eingespart wird. Im Falle einer Anwendung der Erfindung auf quecksilberamalgamgefüllte Lampe betragen die Einsparungen sogar etwa 50 bzw. 35 %.
Tabelle 1 :
Der Mittelfrequenzgenerator wird wie vorgeschlagen mit einem Mikrocontroller fremdgesteuert, der erfindungsgemäß zusätzlich eine vom Betreiber gesteuerte o- der programmierte Leistungsabsenkung während der verkehrsarmen Zeit realisiert. Dabei wird die Leistung mittels einer allmählichen Frequenzerhöhung des Mittelfrequenzgenerators so langsam abgesenkt, dass während dieses Vorgangs die Lam- penspannung nicht ansteigt. Die hierfür erforderliche Zeit beträgt 1...5 min. Diese Maßnahme senkt die Systemleistung im Jahresmittel um weitere 35 %.
Weiterhin überwacht der Mikrocontroller über einen A/D-Wandler-Eingang die Lampenspannung und schaltet die Lampe bei einem Anstieg der Spannung kurz vor dem Cycling-Zustand dauerhaft ab. Unter Cycling versteht man das wiederholte Verlöschen der Lampe durch Anstieg der Brennspannung und Wiederzünden nach dem Abkühlen.
In Figur 3 ist eine Schaltungsanordnung im Detail gezeigt, die obiges Betriebsverfahren (gemäß Figur 2) realisiert. Sie besitzt folgenden Aufbau:
Aufbau und Funktion entsprechen den obigen Ausführungen. Der Frequenzgenerator 5 ist als Halbbrücke aus zwei Transistoren Q1 , Q2 mit μ-Prozessorsteuerung (Steuereinheit) ausgebildet, die Zündeinheit 7 ist hier insbesondere ein Überlagerungszündgerät unter Einschluß der Induktivität 6. Die Steuereinheit berücksichtigt als Input die Netzeingangsspannung, die Lampenleistung und das Potential der Steuerklemme. Die Steuerklemme ermöglicht die Beeinflussung von EVG- Zuständen wie Vollastbetrieb, Dimmung etc.
Konkrete Werte für die verwendeten Bauteile finden sich in der beigefügten Liste 1.
Liste 1 der Bauteile (zu Figur 3)
L1 0,5 mH C1 470 nF
C2 470 nF
Brücke handelsüblich
Hochfrequenzfilter handelsüblich
Q1 handelsüblich mit Freilaufdiode Q2 handelsüblich mit Freilaufdiode.
In Figur 4 ist der Netzstrom (Primärstrom Lpiϊm) und Lampenstrom (Sekundärstrom
Lsek), jeweils in mA, sowie die Lampenspannung (U_sek) in V als Funktion der Zeit
(in ms) für die Anordnung gemäß Figur 3 aufgetragen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Natriumhochdrucklampe an Netzspannung mit vorgegebener Netzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampe mit einer Frequenz oberhalb 1 kHz betrieben wird, und die Amplitude dieser Frequenz mit dem Doppelten der Netzfrequenz moduliert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe mit einer Frequenz zwischen 1 und 200 kHz betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz zwischen 10 und 40 kHz liegt.
4. Schaltungsanordnung für ein Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekenn- zeichnet, daß die Netzspannung der Lampe über ein Netzwerk zugeführt wird, wobei das Netzwerk folgende Komponenten einschließt:
• HF-Filter (1)
• Gleichrichter (2)
• Frequenzgenerator (5) • Induktivität (6)
• Zündgerät (7).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Gleichrichter und Frequenzgenerator ein Stütz-Kondensator (4b) angeordnet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkondensator (4b) nach folgender Bedingung dimensioniert wird:
0 < Rι_ampe-X Cstütz ≤ 3 IT1S, wobei R mpβ die zeitlich gemittelte Ohmsche Impedanz der Lampe im Betriebszustand und Cstütz die Kapazität des Stützkondensators ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgenerator durch einen MikroController fremdgesteuert wird.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller als Reaktion auf einen Fremdsteuerimpuls oder einen programmierten Impuls die Lampenleistung absenkt, indem er die Betriebsfrequenz langsam erhöht.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie keine Elektrolytkondensatoren enthält.
EP01953887A 2000-07-10 2001-07-09 Verfahren und schaltungsanordnung für den betrieb einer natriumhochdrucklampe Withdrawn EP1203512A1 (de)

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