EP1343359A2 - EOL-Erkennung mit integrierter Wendelabfrage - Google Patents

EOL-Erkennung mit integrierter Wendelabfrage Download PDF

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EP1343359A2
EP1343359A2 EP03003547A EP03003547A EP1343359A2 EP 1343359 A2 EP1343359 A2 EP 1343359A2 EP 03003547 A EP03003547 A EP 03003547A EP 03003547 A EP03003547 A EP 03003547A EP 1343359 A2 EP1343359 A2 EP 1343359A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
electrode
electrodes
eol
operating circuit
Prior art date
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Application number
EP03003547A
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English (en)
French (fr)
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EP1343359B1 (de
EP1343359A3 (de
Inventor
Martin Grabner
Markus Heckmann
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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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Publication of EP1343359A3 publication Critical patent/EP1343359A3/de
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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
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—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
    • H05B41/295—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 with preheating electrodes, e.g. for fluorescent lamps
    • H05B41/298—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2981—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2985—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal lamp operating conditions

Definitions

  • the invention relates to an operating circuit for a low-pressure discharge lamp.
  • Low pressure discharge lamps have lamp electrodes, usually two electrodes per lamp, which have a limited lifespan.
  • the end of the lamp life is usually given by the end of the life of an electrode.
  • EOL detection detection circuits are used for the detection of the end of the life of the electrodes ( “ end-of-life” detection: hereinafter referred to as EOL detection).
  • EOL detection detection circuits are used for the detection of the end of the life of the electrodes.
  • a well known option for early detection of EOL consists in measuring the voltage at a so-called coupling capacitor, which connects an electrode to the positive or negative connection of the supply and decouples the lamp with direct current and with alternating current to the supply. In normal operation, this coupling capacitor charges up to half of the supply voltage on average over time. Deviations from this value can be recorded by a comparator and used to identify an impending end of life.
  • the invention is based on the technical problem of specifying an operating circuit for a low-pressure discharge lamp with an EOL detection circuit which is simple and enables reliable and safe lamp operation.
  • an operating circuit for this purpose, in which the EOL detection circuit can measure the DC voltage between the electrodes in order to carry out early detection on the basis of the measured DC voltage, and the DC voltage between the electrodes can be changed by an offset voltage such that during the measurement only one polarity occurs in the changed DC voltage between the electrodes by the EOL detection circuit.
  • the special feature of the operating circuit according to the invention is that the EOL detection circuit now measures the direct voltage between the electrodes of the low-pressure discharge lamp. Ideally, when the electrodes are completely intact, no DC voltage occurs during operation. there It should be recalled that the low-pressure discharge lamp is operated with pure alternating current and is DC-decoupled from the operating circuit.
  • a voltage threshold value can be determined empirically, at which the early detection of an expected electrode failure takes place.
  • the advantage is that comparatively small voltages are measured, which can be processed with semiconductor components, without the need for excessively large voltage divider ratios. Precision problems are linked to voltage divider circuits with large division ratios, which can only be remedied by costly component selection. Otherwise, the procedure according to the invention for the direct measurement of the direct voltage between the electrodes is particularly simple and hardly depends on further details of the operating circuit.
  • the EOL detection circuit has an electrode interrogation function.
  • the electrode query function can further increase the safety advantage of the operating circuit that has already been achieved through the EOL early detection.
  • the electrode query determines whether the connection or connections of a socket connected to the operating circuit for the low-pressure discharge lamp is / are connected to the associated electrode. If an electrode is not present, the low-pressure discharge lamp is not inserted correctly or is defective. If there is no electrode, then probably no discharge lamp is used at all, which results in the need to prevent the socket from being exposed to high voltage in order to prevent any risk to persons.
  • the electrode interrogation function according to the invention takes place in that the EOL detection circuit can detect a reference potential via the respective electrode. If the connection to the reference potential is missing, this is detected by the EOL detection circuit, from which a statement about the presence of the electrode is obtained.
  • the invention should already be implemented if only one electrode can be queried in the manner described.
  • a " nearer mass” electrode can be queried because touching the " far away” electrode would be less dangerous (querying the " cold end”).
  • an interrogation of all existing electrodes is provided, that is, usually two electrodes.
  • This has the advantage, for example, of being able to detect a defect in a discharge lamp that has just been inserted in any situation.
  • the EOL detection circuit must therefore be connected to a first connection of all electrodes, the other connection of which is connected to the respective reference potential.
  • one embodiment provides that the electrode query uses the same measurement input and the same electrode taps as the DC voltage measurement for the purpose of early EOL detection.
  • Another preferred embodiment is characterized in that the DC voltage used for early EOL detection is shifted between the electrodes by an offset voltage such that only one polarity of this DC voltage occurs during measurement by the EOL detection circuit.
  • the offset voltage must therefore be at least as large as the voltage threshold already mentioned. The existence of only one voltage sign gives rise to simplification options for the construction of the voltage measuring device of the EOL detection circuit.
  • this voltage divider circuit can also be advantageous in the invention to use a voltage divider circuit between the electrodes in order to be able to tap part of the DC voltage between the electrodes at a tap point for the EOL detection circuit.
  • this voltage divider circuit is unproblematic compared to the prior art in that the direct voltages between the electrodes do not reach half the supply voltage by a long way. Therefore, the voltage divider ratios are more moderate, so that the sensitivity to errors in the resistance elements used is not as pronounced as in the prior art.
  • the measurement of the - possibly offset-shifted and voltage-divided - DC voltage between the electrodes and the electrode interrogation function are preferably carried out via a microcontroller.
  • This microcontroller can also supply an output voltage to be used to generate the offset voltage.
  • the output of the microcontroller used for the offset voltage is preferably connected via a resistor to the tap point of the voltage divider circuit already mentioned. Reference is made to the exemplary embodiment.
  • the operating circuit according to the invention can be designed such that it only responds in the early detection of EOL if the DC voltage triggering the detection has already occurred between the electrodes for a certain minimum time.
  • short-term phenomena can occur in the discharge lamp at the start of operation and also in continuous operation, which could trigger early detection of EOL, i.e. cause correspondingly high DC voltages between the electrodes.
  • Such error detections can be prevented by defining a minimum recording time. In the case of the microcontroller already mentioned, loop queries or averaging over a certain number of measured values are possible. Because of the thermal inertia of the discharge lamp itself, this time delay can be safely tolerated.
  • the operating circuit can also be designed for a plurality of discharge lamps, for example for two discharge lamps. A series connection of the electrodes of one of the discharge lamps and one electrode of the other discharge lamp is then preferably provided. The remaining electrode can then be connected to ground. Reference is made to the exemplary embodiment.
  • 1 denotes a low-pressure discharge lamp which contains two electrodes 2 and 3. As is common with low-pressure discharge lamps, these are preheatable filament electrodes.
  • the electrodes 2 and 3 are supplied with a high-frequency supply power by a conventional half-bridge oscillator circuit, which is not shown here and is otherwise conventional, so that a discharge can be ignited and maintained in the discharge lamp 1.
  • Corresponding preheating circuits are provided for preheating the electrodes 2 and 3, which could also be conventional and are not shown in detail.
  • the connections on the left of FIG. 1 of the electrodes 2 and 3 are connected to a voltage divider circuit consisting of two resistors 4 and 5, with which a DC voltage present between the electrodes 2 and 3 is divided.
  • the reference potential (ground) is due to the other Connection of the electrode 3.
  • An input 6 of a microcontroller 7 is connected to the tap between the resistors 4 and 5. This voltage input 6 is connected to ground via a capacitor 8, so that the microcontroller 7 only evaluates DC voltage signals.
  • auxiliary voltage source 10 corresponds to an already existing supply voltage for the analog electronics (for example of MOSFET drivers) in the range from 12 to 18 V. In this example, its potential is therefore somewhat higher than that of the auxiliary voltage source 10 of the microcontroller 7.
  • a direct voltage occurs between the electrodes 2 and 3 during the continuous operation of the discharge lamp 1, this is divided down in accordance with the resistors 4, 5 and 9 at the voltage input 6 of the microcontroller 7.
  • the resistors 4, 5 and 9 can therefore be used to adapt the level to the technical requirements of the microcontroller 7 with regard to the voltage input 6. Since the high-frequency supply voltage components between the electrodes 2 and 3 are short-circuited to ground via the capacitor 8 with a relatively low impedance, on the other hand the resistors 4 and 5 have relatively large values, the voltage input 6 is practically free of such high-frequency components.
  • the auxiliary voltage source 10 specifies an offset voltage, so that, taking into account the numerical ratios between the resistors 4, 5 and 9, the same polarity always results for all permissible direct voltages between the electrodes 2 and 3 at the voltage input 6 of the microcontroller 7. This inevitably leads to a certain change in the potential relationships in the discharge lamp 1 itself. However, this effect is rather theoretical if the resistors 4 and 5 are sufficiently large. This does not have any practical effects. If faults occur here, the auxiliary voltage sources 10 and 12 could also be operated intermittently, that is, they could only be activated at certain time intervals in order to carry out a query. Then the influence on discharge physics would be limited to these comparatively short periods of time.
  • the second auxiliary voltage 12 offers the possibility of interrogating the electrode with respect to the electrode 2. If this electrode 2 is present and conductive, the potential at the voltage input 6 is influenced by the auxiliary voltage source 12. If the electrode 2 is not present or no longer conducts, the potential at the voltage input 6 is only influenced by the voltage divider circuit 9, 4. The resistor 11 is used to feed an auxiliary current into the measuring branch.
  • the electrode interrogation with respect to the electrode 3 works in a similar way, the ground connection serving as reference potential. If the electrode 3 fails, the potential at the voltage input 6 is caused by the voltage divider circuits 5, 9 and 11 and the auxiliary voltage sources 10 and 12. If no discharge lamp 1 is used or both electrodes 2, 3 have failed, the auxiliary voltage source 10 alone determines the level of the voltage input 6.
  • both a very simple EOL early detection and a double electrode query can be carried out with a single voltage measurement input 6 of the microcontroller 7.
  • the microcontroller 7 can take care of disregarding the early detection of EOL by simple digital processes such as averaging over a certain number of measuring processes (e.g. of 0.5 s or a little more) or loop queries if the effect occurs only briefly. In addition to the microcontroller, only four additional resistors are required (at least if the offset voltage and the double electrode query are available at the same time). Because of the relatively moderate division ratio of the voltage divider circuit, there are no practical problems with the accuracy of the resistors. With a skilful choice of auxiliary voltages and resistance values, the conceivable voltage values at voltage measurement input 6 are in a direct 1: 1 relationship to the various operating states to be determined.
  • Typical quantitative values are 0 - 5V as the measuring range for the voltage measurement input 6, 1V - 5V as the voltage value of the auxiliary voltage source 10 and 5V - 500V as the voltage value for the auxiliary voltage source 12.
  • the values of the resistors can be, for example, from 3.9 k ⁇ to 1 M ⁇ for 4, at 47 k ⁇ to 2.2 M ⁇ for 5, at 3.9 k ⁇ to 330 k ⁇ for 9 at 47 k ⁇ to 10 M ⁇ for 11, and at 100 pF to 1 ⁇ F for capacitor 8.
  • the resistance should be 4 56 k ⁇ , the resistance 5 330 k ⁇ and the resistance 9 47 k ⁇ , the resistance 11 470 k ⁇ and the capacitor 8 100 nF.
  • the values of the auxiliary voltage sources 10 and 12 are 5V and 15V. The following example assignments then result between different operating states and voltage values at voltage measurement input 6: when lamp 1 has not yet started but is intact, the voltage at point 6 is 3.10V.
  • the measured value is 2.72 V, if the lower filament is defective, it is over 5 V and can be limited by measuring input 6. If lamp 1 is started and OK, the measured value is 2.52V. If the lamp is started and a DC voltage between the electrodes has developed in the positive direction, for example 20 V, the measured value is 3.96 V, for the same DC voltage in the negative direction it is 1.09 V. This shows that at suitable dimensioning, the voltage value at the measurement input 6 can be brought into clear connection with the different operating states.
  • FIG. 2 shows that the electrodes 2, 3 and 2 'are connected to the auxiliary voltage source 12 with the aid of a further resistor 13 (to prevent a short circuit between the electrodes 2 and 3), while the electrode 3' is in turn connected to ground.
  • the rest of the structure (apart from the dimensioning of the actual supply circuit) is identical to FIG. 1. It can be seen that both a DC voltage between electrodes 2 and 3 and a DC voltage between electrodes 2 'and 3' can be detected because they are add in the voltage divider circuit 4, 5.
  • the electrodes 2, 3 and 2 ' can be queried via the auxiliary voltage source 12. In this embodiment, therefore, the failure or absence of each electrode can be detected.
  • Figure 3 shows a third embodiment with an operating circuit, which is also designed via two discharge lamps 1 and 1 '.
  • the helix interrogation described only takes place for the lower electrode 3 or 3 ', because in use it forms the "cold end" of the lamp 1 or 1'.
  • two lamps 1 and 1 'working in parallel can be monitored here in a particularly simple manner with a uniform circuit.
  • the EOL early detection takes place via the already explained resistors 4 and 5 or 4 'and 5'. If the DC voltage between the electrodes 2 and 3 or between the electrodes 2 'and 3' becomes too great, this is detected in the same way as in the first exemplary embodiment from FIG. 1.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neue Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe 1 mit einer EOL-Früherkennung über eine Messung der Gleichspannung zwischen den Elektroden 2, 3. Dabei kann durch Überprüfung einer jeweiligen Verbindung über die Elektrode 2, 3 zu einem jeweiligen Bezugspotential eine Elektrodenabfrage durchgeführt werden. <IMAGE>

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe.
    • Stand der Technik,
  • Niederdruckentladungslampen verfügen über Lampenelektroden, in der Regel zwei Elektroden pro Lampe, die eine begrenzte Lebensdauer haben. Das Ende der Lebensdauer der Lampe ist in der Regel durch das Ende der Lebensdauer einer Elektrode gegeben.
  • Es ist bekannt, dass Niederdruckentladungslampen möglichst ausgetauscht werden sollten, wenn sich der Ausfall einer Elektrode abzeichnet. Dies liegt vor allem daran, dass bei einer Elektrode kurz vor Ende ihrer Lebensdauer ein ungewöhnlich hoher Elektrodenfall auftritt, der zu hohen Temperaturen der Elektrode und des benachbarten Bereichs der Entladungslampe führt. Vor allem bei kleinen Niederdruckentladungslampen und wärmeempfindlichen Montagesituationen können daraus Sicherheitsprobleme resultieren.
  • Zu diesem Zweck werden Erkennungsschaltungen für die Erkennung des Endes der Lebensdauer der Elektroden eingesetzt ("end-of-life"-Erkennung: im folgenden kurz als EOL-Erkennung bezeichnet). Eine bekannte Möglichkeit zur EOL-Früherkennung besteht in der Messung der Spannung an einem sog. Koppelkondensator, der eine Elektrode mit dem positiven oder negativen Anschluß der Versorgung verbindet und die Lampe gleichstrommäßig abkoppelt sowie wechselstrommäßig an die Versorgung ankoppelt. Dieser Koppelkondensator lädt sich im Normalbetrieb im zeitlichen Mittelwert auf die Hälfte der Versorgungsspannung auf. Abweichungen von diesem Wert können durch einen Vergleicher erfasst und zur Erkennung eines drohenden Lebensdauerendes verwendet werden.
  • Diese Lösungsmöglichkeit hat sich hinsichtlich der Genauigkeit und des technischen Aufwandes als nachteilig erwiesen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Ausgehend davon liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe mit einer EOL-Erkennungsschaltung anzugeben, die einfach ist und einen zuverlässigen und sicheren Lampenbetrieb ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß ist hierzu eine Betriebsschaltung vorgesehen, bei der die EOL-Erkennungsschaltung die Gleichspannung zwischen den Elektroden messen kann, um anhand der gemessenen Gleichspannung die Früherkennung durchzuführen, und die Gleichspannung zwischen den Elektroden durch eine Offset-Spannung so verändert werden kann, dass bei der Messung der veränderten Gleichspannung zwischen den Elektroden durch die EOL-Erkennungsschaltung nur eine Polarität auftritt.
  • Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Betriebsschaltung liegt darin, dass die EOL-Erkennungsschaltung nunmehr die Gleichspannung zwischen den Elektroden der Niederdruckentladungslampe misst. Bei völlig intakten Elektroden tritt im Betrieb idealisierterweise keine Gleichspannung auf. Dabei ist in Erinnerung zu rufen, dass die Niederdruckentladungslampe mit reinem Wechselstrom betrieben wird und gleichstrommäßig von der Betriebsschaltung entkoppelt ist.
  • Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es bei zunehmender Elektrodendegeneration zu einer Gleichspannung kommt, und zwar dadurch, dass sich vor der Elektrode, die die voraussichtlich kürzere Lebensdauer haben wird, ein etwas stärkeres Elektrodenfallgebiet ausbildet. Die Niederdruckentladungs-lampe hat damit insgesamt einen Gleichrichteffekt. Diese Asymmetrie verstärkt sich mit fortschreitender Alterung der Elektrode mit der kürzeren Lebensdauer bis zu deren Ausfall. Es kann empirisch ein Spannungsschwellenwert festgelegt werden, bei dem die Früherkennung eines zu erwartenden Elektrodenausfalls erfolgt.
  • Der Vorteil liegt darin, dass vergleichsweise kleine Spannungen gemessen werden, die mit Halbleiterbauelementen verarbeitet werden können, ohne dass zu große Spannungsteilerverhältnisse notwendig sind. Mit Spannungsteilerschaltungen mit großen Teilungsverhältnissen sind nämlich grundsätzlich Genauigkeitsprobleme verknüpft, die nur durch eine kostenaufwendige Bauteilselektion behoben werden können. Im übrigen ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise der direkten Messung der Gleichspannung zwischen den Elektroden besonders einfach und kaum von weiteren Einzelheiten der Betriebsschaltung abhängig.
  • Diese Vorteile sind erfindungsgemäß damit verknüpft, dass die EOL-Erkennungsschaltung eine Elektrodenabfragefunktion aufweist. Durch die Elektrodenabfragefunktion kann der durch die EOL-Früherkennung bereits erzielte Sicherheitsvorteil der Betriebsschaltung weiter erhöht werden. Durch die Elektrodenabfrage wird nämlich festgestellt, ob der oder die Anschlüsse einer mit der Betriebsschaltung verbundenen Fassung für die Niederdruckentladungslampe mit der zugehörigen Elektrode verbunden ist/sind. Wenn eine Elektrode nicht vorliegt, so ist die Niederdruckentladungslampe nicht richtig eingesetzt oder defekt. Wenn keine Elektrode vorliegt, so ist vermutlich gar keine Entladungslampe eingesetzt, woraus sich die Notwendigkeit ergibt, eine Hochspannungsbeaufschlagung der Fassung zu unterbinden, um eine Gefährdung von Personen auszuschließen.
  • Die erfindungsgemäße Elektrodenabfragefunktion erfolgt dadurch, dass die EOL-Erkennungsschaltung über die jeweilige Elektrode ein Bezugspotential erfassen kann. Wenn die Verbindung zu dem Bezugspotential fehlt, so wird dies von der EOL-Erkennungsschaltung erfasst, woraus sich eine Aussage über das Vorhandensein der Elektrode ergibt.
  • Die Erfindung soll schon realisiert sein, wenn nur eine Elektrode in der beschriebenen Art und Weise abgefragt werden kann. Der Sicherheitsaspekt des Verhinderns einer Spannungsbeaufschlagung bei fehlender Entladungslampe ergibt sich nämlich bereits dann. Insbesondere kann dabei eine "massenähere" Elektrode abgefragt werden, weil ein Berühren der "massefernen" Elektrode weniger gefährlich wäre (Abfrage des "kalten Endes").
  • Vorteilhafterweise ist jedoch eine Abfrage aller vorhandenen Elektroden vorgesehen, also in der Regel zweier Elektroden. Daraus ergibt sich beispielsweise der Vorteil, in jeder Situation auch einen Defekt einer gerade eingesetzten Entladungslampe erkennen zu können. Bei dieser Ausführungsform muss die EOL-Erkennungsschaltung also mit jeweils einem ersten Anschluss aller Elektroden verbunden sein, wobei deren jeweils anderer Anschluss mit dem jeweiligen Bezugspotential verbunden ist.
  • Die Verwendung des als Masse dienenden Potentials der Betriebsschaltung für das oder zumindest eines der Bezugspotentiale ist eine besonders vorteilhafte, weil einfache, Variante der Erfindung.
  • Ferner sieht eine Ausführungsform vor, dass die Elektrodenabfrage denselben Messeingang und dieselben Elektrodenabgriffe verwendet wie die Gleichspannungsmessung zum Zwecke der EOL-Früherkennung.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die zur EOL-Früherkennung verwendete Gleichspannung zwischen den Elektroden durch eine Offset-Spannung so verschoben wird, dass bei der Messung durch die EOL-Erkennungsschaltung nur eine Polarität dieser Gleichspannung auftritt. Die Offset-Spannung muss also mindestens so groß sein wie der bereits erwähnte Spannungsschwellenwert. Aus dem Vorliegen nur eines Spannungsvorzeichens ergeben sich Vereinfachungsmöglichkeiten für den Aufbau der Spannungsmesseinrichtung der EOL-Erkennungsschaltung.
  • Es kann auch bei der Erfindung von Vorteil sein, eine Spannungsteilerschaltung zwischen den Elektroden zu verwenden, um an einem Abgriffspunkt für die EOL-Erkennungsschaltung einen Teil der Gleichspannung zwischen den Elektroden abgreifen zu können. Diese Spannungsteilerschaltung ist jedoch gegenüber dem Stand der Technik dahingehend unproblematisch, dass die Gleichspannungen zwischen den Elektroden bei weitem nicht die Höhe der halben Versorgungsspannung erreichen. Daher sind die Spannungsteilerverhältnisse moderater, so dass die Empfindlichkeit gegenüber Fehlern der verwendeten Widerstandselemente nicht so ausgeprägt ist wie im Stand der Technik.
  • Die Messung der - gegebenenfalls offset-verschobenen und spannungsgeteilten - Gleichspannung zwischen den Elektroden und die Elektrodenabfragefunktion werden vorzugsweise über einen Mikrocontroller durchgeführt. Dieser Mikrocontroller kann ferner auch eine zur Erzeugung der Offset-Spannung zu nutzende Ausgangsspannung liefern. Vorzugsweise wird der für die Offset-Spannung genutzte Ausgang des Mikrocontrollers über einen Widerstand an dem bereits erwähnten Abgriffspunkt der Spannungsteilerschaltung angeschlossen. Es wird auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
  • Weiterhin kann die erfindungsgemäße Betriebsschaltung so ausgestaltet sein, dass sie bei der EOL-Früherkennung nur dann anspricht, wenn die die Erkennung auslösende Gleichspannung zwischen den Elektroden schon eine bestimmte Mindestzeit aufgetreten ist. Die Erfahrung zeigt nämlich, dass es beim Betriebsbeginn und auch im Dauerbetrieb zu kurzfristigen Phänomenen in der Entladungslampe kommen kann, die eine EOL-Früherkennung auslösen könnten, also entsprechend hohe Gleichspannungen zwischen den Elektroden verursachen. Durch Definition einer Mindesterfassungszeit kann solchen Fehlerkennungen vorgebeugt werden. In Frage kommen bei dem bereits erwähnten Mikrocontroller beispielsweise Schleifenabfragen oder Mittelwertsbildungen über eine bestimmte Zahl von Messwerten. Wegen der ohnehin gegebenen thermischen Trägheit der Entladungslampe selbst kann diese Zeitverzögerung gefahrlos toleriert werden.
  • Im übrigen lässt sich die Betriebsschaltung auch für eine Mehrzahl von Entladungslampen auslegen, beispielsweise für zwei Entladungslampen. Vorzugsweise ist dann eine Serienschaltung der Elektroden einer der Entladungslampen und einer Elektrode der anderen Entladungslampe vorgesehen. Die verbleibende Elektrode kann dann mit Masse verbunden sein. Es wird auf das Ausführungsbeispiel verwiesen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele zur näheren Veranschaulichung der Erfindung beschrieben, wobei die offenbarten Einzelmerkmale auch in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein können.
    • Figur 1
    zeigt ein Prinzipschema des Schaltungsaufbaus einer erfindungsgemäßen Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe;
    Figur 2
    zeigt einen entsprechenden Aufbau einer Betriebsschaltung für zwei Niederdruckentladungslampen; und
    Figur 3
    zeigt einen entsprechenden Aufbau in der Betriebsschaltung für zwei Niederdruckentladungslampen nach einer alternativen Ausführungsform.
    Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
  • In Figur 1 ist mit 1 eine Niederdruckentladungslampe eingezeichnet, die zwei Elektroden 2 und 3 enthält. Wie bei Niederdruckentladungslampen üblich, handelt es sich dabei um vorheizbare Wendelelektroden. Die Elektroden 2 und 3 werden von einer hier nicht näher dargestellten und im übrigen konventionellen Halbbrückenoszillatorschaltung mit einer hochfrequenten Versorgungsleistung versorgt, so dass in der Entladungslampe 1 eine Entladung gezündet und aufrechterhalten werden kann. Zum Vorheizen der Elektroden 2 und 3 sind entsprechende Vorheizschaltungen vorgesehen, die ebenfalls konventionell sein könnten und nicht näher dargestellt sind.
  • Die in Figur 1 jeweils linken Anschlüsse der Elektroden 2 und 3 sind an eine aus zwei Widerständen 4 und 5 bestehende Spannungsteilerschaltung angeschlossen, mit der eine zwischen den Elektroden 2 und 3 anliegende Gleichspannung geteilt wird. Das Bezugspotential (Masse) liegt an dem anderen Anschluss der Elektrode 3. An dem Abgriffspunkt zwischen den Widerständen 4 und 5 ist ein Eingang 6 eines Mikrocontrollers 7 angeschlossen. Dieser Spannungseingang 6 ist über einen Kondensator 8 mit Masse verbunden, so dass der Mikrocontroller 7 lediglich Gleichspannungssignale auswertet.
  • Der Abgriffspunkt zwischen den Widerständen 4 und 5 und damit der Spannungseingang 6 des Mikrocontrollers 7 sind über einen weiteren Widerstand 9 an eine Hilfsspannungsquelle 10 angeschlossen, die bei diesem Beispiel tatsächlich ebenfalls von dem Mikrocontroller 7 zur Verfügung gestellt wird. Ferner ist der nicht an die Spannungsteilerschaltung 4, 5 angeschlossene Anschluss der in Figur 1 oberen Elektrode 2 über einen Widerstand 11 an eine weitere Hilfsspannungsquelle 12 angeschlossen. Alle Spannungen sind dementsprechend gegen Masse definiert. Die Hilfsspannungsquelle 12 entspricht bei diesem Ausführungsbeispiel einer ohnehin vorhandenen Versorgungsspannung der Analogelektronik (beispielsweise von MOSFET-Treibern) im Bereich von 12 - 18 V. Ihr Potential ist bei diesem Beispiel damit etwas höher als das der Hilfsspannungsquelle 10 des Mikrocontrollers 7.
  • Wenn im fortlaufenden Betrieb der Entladungslampe 1 zwischen den Elektroden 2 und 3 eine Gleichspannung auftritt, so wird diese entsprechend den Widerständen 4, 5 und 9 an dem Spannungseingang 6 des Mikrocontrollers 7 heruntergeteilt. Durch die Widerstände 4, 5 und 9 kann also eine Pegelanpassung an die technischen Voraussetzungen des Mikrocontrollers 7 im Hinblick auf den Spannungseingang 6 vorgenommen werden. Da die hochfrequenten Versorgungsspannungsanteile zwischen den Elektroden 2 und 3 über den Kondensator 8 mit relativ niedriger Impedanz an Masse kurzgeschlossen sind, andererseits die Widerstände 4 und 5 relativ große Werte haben, ist der Spannungseingang 6 von solchen hochfrequenten Anteilen praktisch frei.
  • Mit Hilfe der Hilfsspannungsquelle 10 kann über den Widerstand 9 das Spannungsniveau zwischen den Elektroden 2 und 3 effektiv verschoben werden. Dazu gibt die Hilfsspannungsquelle 10 eine Offset-Spannung vor, so dass sich unter Berücksichtigung der Zahlenverhältnisse zwischen den Widerständen 4, 5 und 9 bei allen zulässigen Gleichspannungen zwischen den Elektroden 2 und 3 an dem Spannungseingang 6 des Mikrocontrollers 7 immer die gleiche Polarität ergibt. Dabei kommt es unvermeidlicherweise zu einer gewissen Veränderung der Potentialverhältnisse in der Entladungslampe 1 selbst. Dieser Effekt ist jedoch eher theoretisch, wenn die Widerstände 4 und 5 ausreichend groß sind. Praktische Auswirkungen ergeben sich hierdurch nicht. Sollten sich hier Störungen ergeben, könnten die Hilfsspannungsquellen 10 und 12 auch intermittierend betrieben werden, also nur in bestimmten Zeitabständen aktiviert werden, um eine Abfrage durchzuführen. Dann wäre der Einfluss auf die Entladungsphysik auf diese vergleichsweise kurzen Zeitspannen beschränkt.
  • Die zweite Hilfsspannung 12 bietet eine Möglichkeit zur Elektrodenabfrage bezüglich der Elektrode 2. Wenn diese Elektrode 2 vorhanden ist und leitet, wird das Potential am Spannungseingang 6 von der Hilfsspannungsquelle 12 beeinflusst. Wenn die Elektrode 2 nicht vorhanden ist oder nicht mehr leitet, wird das Potential an dem Spannungseingang 6 lediglich durch die Spannungsteilerschaltung 9, 4 beeinflusst. Der Widerstand 11 dient der Einspeisung eines Hilfsstromes in den Messzweig.
  • In ähnlicher Weise funktioniert die Elektrodenabfrage bezüglich der Elektrode 3, wobei der Massenanschluss als Bezugspotential dient. Fällt die Elektrode 3 aus, so wird das Potential an dem Spannungseingang 6 durch die Spannungsteilerschaltung 5, 9 und 11 sowie die Hilfsspannungsquellen 10 und 12 bedingt. Wenn gar keine Entladungslampe 1 eingesetzt ist oder beide Elektroden 2, 3 ausgefallen sind, so bestimmt allein die Hilfsspannungsquelle 10 das Niveau des Spannungseingangs 6.
  • Unter Verwendung zweier Hilfsspannungsquellen 10 und 12 (theoretisch auch mit nur einer Hilfsspannungsquelle) können mit einem einzigen Spannungsmesseingang 6 des Mikrocontrollers 7 sowohl eine sehr einfache EOL-Früherkennung als auch eine doppelte Elektrodenabfrage durchgeführt werden.
  • Der Mikrocontroller 7 kann durch einfache digitale Vorgänge wie über eine bestimmte Zahl von Messvorgängen erstreckte Mittelwertsbildungen (z.B. von 0,5 s oder etwas mehr) oder Schleifenabfragen für eine Nichtberücksichtigung der EOL-Früherkennung sorgen, wenn der Effekt nur kurz auftritt. Neben dem Mikrocontroller sind nur vier zusätzliche Widerstände notwendig (jedenfalls wenn die Offset-Spannung und die doppelte Elektrodenabfrage gleichzeitig vorliegen). Wegen des verhältnismäßig moderaten Teilungsverhältnisses der Spannungsteilerschaltung ergeben sich keine praxisrelevanten Schwierigkeiten mit der Genauigkeit der Widerstände. Bei geschickter Wahl der Hilfsspannungen und der Widerstandswerte stehen die denkbaren Spannungswerte an dem Spannungsmesseingang 6 in einer direkten 1:1-Beziehung zu den verschiedenen zu ermittelnden Betriebszuständen. Typische quantitative Werte liegen bei 0 - 5V als Messbereich für den Spannungsmesseingang 6, bei 1V - 5V als Spannungswert der Hilfsspannungsquelle 10 und bei 5V - 500V als Spannungswert für die Spannungshilfsquelle 12. Die Werte der Widerstände können beispielsweise bei 3,9 kΩ bis 1 MΩ für 4, bei 47 kΩ bis 2,2 MΩ für 5, bei 3,9 kΩ bis 330 kΩ für 9 bei 47 kΩ bis 10 MΩ für 11, sowie bei 100 pF bis 1 µF für den Kondensator 8 liegen.
  • Als Beispiel soll der Widerstand 4 56 kΩ betragen, der Widerstand 5 330 kΩ und der Widerstand 9 47 kΩ, der Widerstand 11 470 kΩ und der Kondensator 8 100 nF. Die Werte der Hilfsspannungsquellen 10 und 12 sind 5V bzw. 15V. Dann ergeben sich folgende beispielhafte Zuordnungen zwischen verschiedenen Betriebszuständen und Spannungswerten an dem Spannungsmesseingang 6: Bei noch nicht gestarteter Lampe 1, die jedoch intakt ist, beträgt die Spannung am Punkt 6 3,10V.
  • Wenn die Lampe 1 noch nicht gestartet ist und die obere Wendel defekt ist, beträgt der Messwert 2,72V, wenn die untere Wendel defekt ist, beträgt er über 5V und kann durch den Messeingang 6 begrenzt sein. Wenn die Lampe 1 gestartet und in Ordnung ist, liegt der Messwert bei 2,52V. Wenn die Lampe gestartet ist und sich eine Gleichspannung zwischen den Elektroden in positiver Richtung von beispielsweise 20 V entwickelt hat, liegt der Messwert bei 3,96 V, bei der gleichen Gleichspannung in negativer Richtung bei 1,09 V. Damit erkennt man, dass bei geeigneter Dimensionierung der Spannungswert an dem Messeingang 6 in eindeutigen Zusammenhang mit den verschiedenen Betriebszuständen gebracht werden kann.
  • Die obenstehenden Aussagen gelten entsprechend für das zweite Ausführungsbeispiel aus Figur 2, das sich gegenüber Figur 1 dadurch auszeichnet, dass zwei Entladungslampen 1 und 1' vorgesehen sind. Die Elektroden sind dementsprechend mit 2, 3, 2', 3' bezeichnet. Figur 2 zeigt, dass die Elektroden 2, 3 und 2' unter Zuhilfenahme eines weiteren Widerstandes 13 (zur Verhinderung eines Kurzschlusses zwischen den Elektroden 2 und 3) an die Hilfsspannungsquelle 12 angeschlossen sind, während die Elektrode 3' wiederum an Masse angeschlossen ist. Der restliche Aufbau ist (abgesehen von der Dimensionierung der eigentlichen Versorgungsschaltung) identisch zu Figur 1. Man erkennt, dass sowohl eine Gleichspannung zwischen den Elektrode 2 und 3 als auch eine Gleichspannung zwischen den Elektroden 2' und 3' erfasst werden können, weil sie sich in der Spannungsteilerschaltung 4, 5 addieren. Der theoretisch denkbare Fall, dass sich die Gleichspannungen zwischen den Elektroden 2 und 3 einerseits und 2' und 3' andererseits zeitlich parallel in genau passendem Verhältnis gegensinnig entwickeln, so dass sie sich vollständig kompensieren, ist vor allem auch im Hinblick auf den zeitlichen Verlauf der Entwicklung der Gleichspannungen zwischen Elektroden so unwahrscheinlich, dass er für die praktische Anwendung nicht ins Gewicht fällt.
  • Ferner sind die Elektroden 2, 3 und 2' über die Hilfsspannungsquelle 12 abfragbar. Bei dieser Ausführungsform kann also der Ausfall oder das Nichtvorhandensein jeder Elektrode detektiert werden.
  • Ein Ausfall der Elektroden 2, 3 und 2' ist jedoch über die Elektrodenabfrage nicht unterscheidbar.
  • Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer Betriebsschaltung, die ebenfalls über zwei Entladungslampen 1 und 1' ausgelegt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die beschriebene Wendelabfrage jeweils nur für die untere Elektrode 3 bzw. 3', weil diese bei der Anwendung das "kalte Ende" der Lampe 1 bzw. 1' bildet. Aus diesem Grund können hier zwei parallel arbeitende Lampen 1 und 1' in besonders einfacher Weise mit einer einheitlichen Schaltung überwacht werden. Die EOL-Früherkennung erfolgt jeweils über die bereits erläuterten Widerstände 4 und 5 bzw. 4' und 5'. Wenn die Gleichspannung zwischen den Elektroden 2 und 3 bzw. zwischen den Elektroden 2' und 3' zu groß wird, wird dies genauso erfasst wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel aus Figur 1. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass sich an dem Spannungsmesseingang 6 Gleichspannungen zwischen den Elektroden beider Lampen 1 und 1' bemerkbar machen. Die theoretisch denkbare Situation einer genau gegenläufigen Entwicklung von Gleichspannungen in den gleichen Lampen, die sich am Spannungsmesseingang 6 kompensieren, ist für die Praxis irrelevant, weil äußerst unwahrscheinlich. Es kann allerdings vorkommen, dass sich bei beiden Lampen 1 und 1' jeweils bereits Spannungen ausgebildet haben und somit eine Auslösung bei Überschreiten eines Stellenwerts erfolgt, wenn keine der beiden Gleichspannungen genau diesem Schwellenwert entspricht. Andererseits kommt es in der Praxis auf die genaue Größe des Schwellenwertes nicht unbedingt an, so dass in der in Figur 3 skizzierten Art und Weise praktisch gut gearbeitet werden kann.

Claims (11)

  1. Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe (1, 1') mit Lampenelektroden (2, 3, 2', 3') und einer EOL-Erkennungsschaltung (4-13) für eine Früherkennung eines zu erwartenden Elektrodenausfalls,
    dadurch gekennzeichnet, dass die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) die Gleichspannung zwischen den Elektroden (2, 3, 2', 3') messen kann, um anhand der gemessenen Gleichspannung die Früherkennung durchzuführen,
    und die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) eine Elektrodenabfragefunktion aufweist,
    wobei die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) mit jeweils einem ersten Anschluss, zumindest einer Elektrode (2, 3, 2', 3') verbunden ist, deren anderer zweiter Anschluss mit einem Bezugspotential (12) verbunden ist, so dass durch Überprüfung der elektrischen Verbindung über die Elektrode (2, 3, 2', 3') zu dem Bezugspotential (12) eine Elektrodenabfrage durchgeführt werden kann.
  2. Betriebsschaltung nach Anspruch 1, bei der die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) mit jeweils einem ersten Anschluss beider Elektroden (2, 3, 2', 3') verbunden ist, deren jeweils anderer zweiter Anschluss mit einem jeweiligen Bezugspotential (12) verbunden ist, so dass durch Überprüfen der elektrischen Verbindung über die jeweilige Elektrode (2, 3, 2', 3') zu dem jeweiligen Bezugspotential (12) eine Elektrodenabfrage durchgeführt werden kann.
  3. Betriebsschaltung nach Anspruch 2, bei der das/eines der beiden Bezugspotential(e) Masse ist.
  4. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) die Elektrodenabfrage über denselben Messeingang (6) und dieselben Elektrodenabgriffe durchführt wie die Messung der Gleichspannung zwischen den Elektroden (2, 3, 2', 3').
  5. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Gleichspannung zwischen den Elektroden (2, 3, 2', 3') durch eine Offset-Spannung (10) so verändert werden kann, dass bei der Messung der veränderten Gleichspannung zwischen den Elektroden (2, 3, 2', 3') durch die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) nur eine Polarität auftritt.
  6. Betriebsschaltung nach Anspruch 5, bei der zwischen den Elektroden (2, 3, 2', 3') eine Spannungsteilerschaltung (4, 5) mit einem Abgriffspunkt für die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) vorgesehen ist.
  7. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) einen Mikrocontroller (7) zum Messen der Gleichspannung zwischen den Elektroden (2, 3, 2', 3') und für die Elektrodenabfragefunktion aufweist.
  8. Betriebsschaltung nach Anspruch 7, bei der der Mikrocontroller (7) eine Ausgangsspannung (10) liefern kann, die zur Erzeugung der Offset-Spannung genutzt wird.
  9. Betriebsschaltung nach Anspruch 6 und Anspruch 8, bei der der Ausgang (10) des Mikrocontrollers (7) für die Offset-Spannung über einen Widerstand (9) an dem Abgriffspunkt der Spannungsteilerschaltung (4, 5) angeschlossen ist.
  10. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die EOL-Erkennungsschaltung (4-13) dazu ausgelegt ist, bei einer über einem bestimmten Wert liegenden Gleichspannung zwischen den Elektroden (2, 3, 2', 3') nur dann ein die Früherkennung anzeigendes Signal zu erzeugen, wenn die Gleichspannung schon eine bestimmte Mindestzeit aufgetreten ist.
  11. Betriebsschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die für zwei Entladungslampen (1, 1') ausgelegt ist, wobei die Elektroden (2, 3) einer der Entladungslampen (1) und eine Elektrode (2') der anderen Entladungslampe (1') über einen Widerstand (13) in Serie geschaltet und an einem Elektrodenabgriff angeschlossen sind und die andere Elektrode (3') der anderen Entladungslampe (1') mit Masse verbunden ist.
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