EP1844634A1 - Verfahren zum betreiben einer hochdruckentladungslampe und betriebsger[t f]r eine hochdruckentladungslampe sowie beleuchtungseinrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer hochdruckentladungslampe und betriebsger[t f]r eine hochdruckentladungslampe sowie beleuchtungseinrichtung

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Publication number
EP1844634A1
EP1844634A1 EP06705867A EP06705867A EP1844634A1 EP 1844634 A1 EP1844634 A1 EP 1844634A1 EP 06705867 A EP06705867 A EP 06705867A EP 06705867 A EP06705867 A EP 06705867A EP 1844634 A1 EP1844634 A1 EP 1844634A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lamp
pressure discharge
discharge lamp
voltage
period
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06705867A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bönigk
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1844634A1 publication Critical patent/EP1844634A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H05B41/288—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
    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2921—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2925—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal lamp operating conditions
    • 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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    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2928—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions
    • 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 relates to a method for operating a high-pressure discharge lamp according to the preamble of patent claim 1 and to an operating device having a device for carrying out the method and to a lighting device having a high-pressure discharge lamp and an operating device.
  • a disadvantage of this method and this operating device is that in this way only a strong flickering of the discharge arc, which causes the discharge arc temporarily extinguished, can be detected. It is not possible with the aid of this method and this operating device to detect the precursors of the strong flicker, for example flickering of the discharge arc, which does not temporarily extinguish it, but only in comparatively slight fluctuations of the burning voltage of the high-pressure discharge lamp or the lamp current expresses.
  • a further disadvantage of the method and the operating device according to the aforementioned patent specification is that in this method and operating device a distinction is made between the flickering of the discharge arc. gens due to reaching the end of the life of the lamp and the fluctuations of the discharge arc due to vibration or vibration of the high pressure discharge lamp is not possible. As a result, such fluctuations are detected by the operating device according to the aforementioned prior art as a fault in the lamp.
  • the method according to the invention for operating a high-pressure discharge lamp with a voltage with periodically alternating polarity includes monitoring the occurrence of flickering or flickering conditions in the high-pressure discharge lamp and additionally monitoring the occurrence of shock or vibration in the high-pressure discharge lamp. This ensures that fluctuations in the discharge arc of the high-pressure discharge lamp due to vibrations or vibrations of the high-pressure discharge lamp are not confused with flickering or flickering states of the high-pressure discharge lamp and as a defect in the lamp.
  • the monitoring of vibrations or vibrations is performed only during the occurrence of flicker flicker states of the high pressure discharge lamp to make the process as effective as possible and because only when flicker or Flimmerzuêtn must be decided whether the fluctuations of the discharge arc caused by shock or vibration of the high pressure discharge lamp and disappear after the disappearance of shock or vibration again.
  • This lamp operating parameter is preferably either the burning voltage of the high-pressure discharge lamp or the lamp current, since both lamp operating parameters are measured and evaluated by the operating device during lamp operation for power control of the high-pressure discharge lamp anyway and in both lamp operating parameters fluctuations of the discharge arc of the high-pressure discharge lamp, for example due to flickering or flickering or due to shock or vibration.
  • the burning voltage is the operating voltage of the high-pressure discharge lamp or the voltage at the high-pressure discharge lamp after completion of its ignition and starting phase in quasi-stationary operation.
  • FIG. 1 flicker lamp voltage mode 1 on the first half of a few half-waves of the burning voltage are caused by flickering of the discharge arc.
  • FIG. 2 shows the combustion voltage curve for a high-pressure discharge lamp with excessive burning voltage.
  • FIG. 3 shows the combustion voltage curve for a further flicker state of the high-pressure discharge lamp. Flickering influences the level of the burning voltage with two half-waves. In particular, the burning voltage also has an excessive value in the second half of the half-waves.
  • the burning voltage of the high-pressure discharge lamp has a modulated course, which is caused by vibrations or vibrations of the lamp.
  • FIG. 5 shows in the upper curve the time curve of the burning voltage for the two abovementioned flicker states and in the lower curve the associated time profile of the luminous flux emitted by the discharge arc.
  • At least one measured value of the lamp operating parameter is determined during a first time period and at least one measured value of the lamp operating parameter during a second time period, wherein the first period within the first half and the second measured value within the second half of the time interval a half-wave of the periodic voltage is arranged.
  • a first comparison variable is advantageously formed from the at least one measured value during the first time period and the at least one measured value from the second time period, which is compared with a predetermined first reference value for the first comparison quantity.
  • flicker states of the high-pressure discharge lamp according to FIG. 1 can be detected.
  • a second comparison variable is formed, which is compared with a predetermined second reference value for the second comparison variable.
  • flicker states of the high-pressure discharge lamp according to FIG. 3 can be detected.
  • the maximum and the minimum value are advantageously determined from the measured values which were determined during the second time periods over a plurality of half-waves, and from this a third comparison variable is formed. which is compared with a predetermined third reference value for the third comparison variable.
  • a modulation of the lamp burning voltage according to FIG. 4 can be detected.
  • the measured values from the second periods of the periodic voltage half-cycles are advantageously additionally compared with a predetermined fourth reference value.
  • the predetermined reference values are advantageously predefined such that the second reference value is greater than the sum of the third and fourth reference values. This ensures that the combination of a high lamp burn voltage with the occurrence of shock or vibration below the fourth or third reference value is not erroneously evaluated as having a flicker condition.
  • measured values were determined in the case of a high-pressure discharge lamp during trouble-free lamp operation and from this first to fourth comparison variables were formed in the manner described above. From the respective comparison variable, the corresponding predetermined reference or threshold value was formed by adding a predefinable tolerance. It has proven particularly effective to determine only one measured value during each of the first and second time periods.
  • the measured value per period of time is completely sufficient to detect the above-mentioned operating states.
  • this also eliminates complex, the evaluation unit burdening algorithms for averaging.
  • the measured value determined from the first period immediately after the polarity change and the measured value from the second period immediately before the polarity change at the corresponding half-wave of the periodic voltage is determined from the first period immediately after the polarity change and the measured value from the second period immediately before the polarity change at the corresponding half-wave of the periodic voltage.
  • the operating device for a high-pressure discharge lamp is equipped with a voltage supply circuit for applying a voltage of alternating polarity to the high-pressure discharge lamp and a device for carrying out the method explained above.
  • the aforementioned device preferably has a measuring device for the iterative measurement of a lamp operating parameter, which is influenced by a flickering or flickering state of the high-pressure discharge lamp and vibrations or vibrations, and an evaluation unit which serves for the evaluation of the measured values determined by the measuring device.
  • the evaluation unit preferably comprises a programmatically operating microcontroller or a logic circuit or a combination of both in order to enable a digital or analog or analog-digital evaluation of the measured data.
  • the operating device according to the invention and the high-pressure discharge lamp connected to the operating device are part of a wiring system, preferably a vehicle light.
  • the high-pressure discharge lamp serves as a light source of the vehicle headlight.
  • the method according to the invention makes it possible to distinguish fluctuations of the discharge arc of the high-pressure discharge lamp due to vibrations or vibrations of flicker or flicker states of the high-pressure discharge lamp.
  • Figure 1 is a schematic representation of the time profile of the burning voltage of a high-pressure discharge lamp during a first flicker condition
  • Figure 2 is a schematic representation of the time course of the burning voltage of a high-pressure discharge lamp, which indicates an excessive voltage
  • Figure 3 is a schematic representation of the time course of the burning voltage of a high-pressure discharge lamp during a second flicker condition
  • Figure 4 is a schematic representation of the time course of the burning voltage of a high-pressure discharge lamp, the vibration or vibration is exposed
  • FIG. 5 shows a comparison of the time course of the lamp firing voltage (flicker modes 1 and 2) and the luminous flux of the high-pressure discharge lamp
  • Figure 6 is a block diagram according to the first embodiment of an operating device for a high-pressure discharge lamp for carrying out the method according to the invention
  • Figure 7 shows the time course of the lamp burning voltage over several periods with assignment of the measuring times for the inventive method
  • FIG. 8 A flowchart of the evaluation algorithm according to the preferred exemplary embodiment of the method according to the invention
  • Figure 9 is a block diagram according to the second embodiment of an operating device for a high-pressure discharge lamp for carrying out the method according to the invention
  • Figure 10 is a schematic representation of the subdivision of the half-waves of the lamp burning voltage and the evaluation of the temporal Brennêts- course
  • FIG. 6 shows a block diagram of an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the first exemplary embodiment, on the basis of which the operating method for the high-pressure discharge lamp according to the invention is described below. which is described.
  • the high-pressure discharge lamp is a halogen metal vapor high-pressure gas discharge lamp with an electrical power consumption of about 35 watts, which is used as a light source in a motor vehicle headlight.
  • the operating device is powered by the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle. It essentially comprises a full-bridge inverter in whose bridge branch the high-pressure discharge lamp is connected, a DC supply circuit for the full-bridge inverter and an igniter for igniting the gas discharge in the high-pressure discharge lamp and a microcontroller for controlling the full-bridge inverter and its DC voltage supply circuit. Details of the circuit arrangement of such an operating device are disclosed, for example, in the book "Control gear and circuits for electric lamps" by C. H. Sturm and E. Klein, Siemens Aktiengesellschaft, 6th edition of 1992, on pages 217 to 218.
  • the high-pressure discharge lamp is operated by means of the full-bridge inverter with a substantially rectangular alternating voltage with a frequency of approximately 360 hertz.
  • the lamp current and the burning voltage of the high-pressure discharge lamp for power control of the lamp are measured and evaluated.
  • the microcontroller and a measuring device designed as an RC element per half-wave of the substantially rectangular lamp burning voltage two measured values of the lamp burning voltage are determined and evaluated in order to detect the occurrence of flickering or flickering conditions in the high-pressure discharge lamp.
  • the corresponding input of the microcontroller ( ⁇ controller) is connected in parallel to the capacitor C of the RC element in FIG.
  • the time constant of the RC element or low-pass filter is very small compared to half the period of the lamp voltage.
  • FIG. 7 schematically illustrates the time profile of the lamp burning voltage over a plurality of periods.
  • each half-wave of the lamp burning voltage become a first measured value Ux_l, which within the first half of the half wave and a second measured value Ux_2 lying within the second half of the half-wave is measured.
  • the first measured value Ux_l from each half-wave is determined immediately after the polarity change of the lamp burning voltage and the second measured value Ux_2 is determined immediately before the next polarity change of the lamp burning voltage.
  • the measured values Ux_l have a higher magnitude than the measured values Ux_2 of the same half-wave due to voltage peaks immediately after each polarity change of the lamp burning voltage.
  • the measured value Ux_2 essentially correspond to the height of the plateau of the rectangular half-wave.
  • the difference Ux_l-Ux_2 is compared with the predetermined reference value or threshold value Dn_F for this difference for each half-wave of the lamp burn voltage. If the difference exceeds this threshold value, then this value is evaluated as the presence of a flicker state and the counter FZ_1 is increased by a specific value, for example by one.
  • the maximum measured value Ux_2_max and minimum value Ux_2_min of the second measured values Ux_2 are determined over a period of several half-cycles of the lamp firing voltage.
  • the abovementioned maximum and minimum values are determined independently of the result of the preceding test for the presence of a flicker condition.
  • the abovementioned extreme values Ux_2_max and Ux_2_min are only determined after the presence of a flicker state has already been detected and the counter FZ_1 has been incremented.
  • the second measured values Ux_2 of each half-wave of the lamp burning voltage are compared with a predetermined reference value Un_2_La_max, to monitor the exceeding of a maximum value for the lamp power supply.
  • a predetermined reference value or threshold Un_2_La_max leads to an incrementation of the counter LüZ_l.
  • the counter LüZ_l is increased by 1 in this case.
  • the second measured values Ux_2 of each half-wave of the lamp burning voltage are additionally compared with the predetermined reference value Un_2_Flicker2, which is greater than the reference value Un_2_La_max, in order to prove the presence of a flicker state according to FIG.
  • Un_2_Flicker2 When the reference value or threshold value Un_2_Flicker2 is exceeded, the same counter FZ_1, which has already been used to detect the flicker state according to FIG. 1 (flicker lamp voltage mode 1), is incremented. Since the flicker state according to FIG. 3 (flicker lamp voltage mode 2) represents a significantly greater disturbance of the lamp operation than the flicker state according to FIG. 1, the counter FZ_1 is incremented more strongly in this case, ie increased by the value 2 than in the first flicker state. That is, the flicker states of FIGS. 1 and 3 are weighted in the ratio of 1 to 2.
  • Timerl t_Timerl which here is 0.5 seconds and extends over 360 Halbwcllen the lamp voltage has expired. Accordingly, the above-described procedure is repeated for the next half cycle or the vibration detection is performed.
  • the extreme values Ux_2_max. Ux_2_min. which were determined during the aforementioned time period t_Timerl from the measured values Ux_2, the difference Ux_2_max - Ux_2_min formed and compared with the predetermined reference value or threshold value Dn_V for this difference. If this difference exceeds the predefined threshold value Dn_V, then this is evaluated as an influence on the lamp firing voltage by vibrations or vibrations and the counters FZ_1, LüZ_l and Timerl are deleted or reset. Likewise, the extreme values Ux_2_max and Ux_2_min are also cleared and checked as to whether the time duration t_Timer2 determined by the timer 2 has already expired.
  • time t_Timer2 If the time t_Timer2 has not yet expired, it returns to the beginning of the algorithm. and repeat the procedure for the next half-cycles of the lamp burn voltage. That is, those half-waves of the lamp burn voltage which have been affected by shock or vibration are not used for evaluating flicker states or excessive lamp burn voltage. The other case will be explained below.
  • the current state of the counter LüZ_l for excessive lamp voltage with the predetermined maximum allowable value LüZn_l for the count of the counter LüZ_l is compared and increments when exceeding this allowable maximum value of the counter LüZ_2, which counts the events of excessive lamp voltage during the period t_Timer2.
  • the counters FZ_1, LüZ_l and Timeii are deleted or reset.
  • the extreme values Ux_2_max and Ux_2_min are also cleared and it is checked whether the time period t_Timer2 determined by timer 2 has already expired. If the time t_Timcr2 has not yet elapsed, the algorithm returns to the beginning of the algorithm and repeats the procedure for the next half-cycles of the lamp burn voltage.
  • the current value of the counter FZ_2 is compared with a predefined permissible maximum value FZn_2 for the count of the counter FZ_2.
  • a status bit for the presence of a flicker condition is set, for example, to trigger a corresponding display in a display or bring about a shutdown of the operating device or the high-pressure discharge lamp.
  • the current value of the counter LüZ_2 is compared with a predetermined permissible maximum value LüZn_2 for the counter reading of the counter LüZ_2.
  • a status bit for the presence of an excessive lamp voltage is set, for example, to trigger a corresponding display in a display or to bring about a shutdown of the operating device or the high-pressure discharge lamp.
  • the timer 2 is subsequently reset and the counters FZ_2 and LüZ__2 are cleared and returned to the beginning of the algorithm in order to run through it again for the next half-cycles of the lamp-burning voltage.
  • Dn_F and Dn_V are permanently stored in a memory element of the operating device or of the microcontroller and have the same values for each operating device of the same type.
  • a reference lamp was operated on a reference operating device under defined operating conditions, and the time course of the lamp burning voltage was measured for the operating situations illustrated in FIGS. 1 to 4 and for trouble-free lamp operation.
  • the comparison of the lamp burning voltage during the trouble-free lamp operation with the lamp burning voltage during each of the situations illustrated in FIGS. 1 to 4 makes it possible to define the abovementioned predetermined reference values, at which the trouble-free lamp operation is exceeded.
  • the first, predetermined reference or threshold value For example, to determine the first, predetermined reference or threshold value during the trouble-free operation of the reference lamp on the reference operating device in the manner described above, measured values Ux_l, Ux_2 were determined and their difference formed.
  • the first, predetermined reference value or threshold value was determined by adding a predefinable tolerance to the difference Ux_l-Ux_2 of the aforementioned measured values Ux_l, Ux_2.
  • the other predetermined reference or threshold values were determined.
  • the predetermined reference value Un_2_Flicker2 is greater than the sum of the predetermined reference values Un_2_La_max and DnJV in order to avoid confusing a high lamp burn voltage with a flicker state.
  • the predetermined permissible maximum values for the counter reading of the counters FZn_l, LüZn_l, FZn_2 and LüZn_2 are either also permanently stored in a memory element of the operating device or of the microcontroller and are the same for each operating device of the same type, or are alternatively implemented by those implemented in the microcontroller Software set.
  • the permissible maximum value FZn_l is reached if the difference Ux_l-Ux_2 is greater than DnJF at 70% of the half-waves of the lamp firing voltage from the period t_Timerl or the measured value Ux_2 is greater than Un_2_Flicker2 at 35% of the half-waves of the lamp firing voltage from the period tjrimerl (ratio 1 to 2 [35% / 70%] with a weight of 1 to 2).
  • the permissible maximum value LüZn_l for the counter LüZ_l for the excessive lamp burning voltage is achieved if the measured value Ux_2 is greater than the reference value Un_2_La_max at 97% of the half-waves of the lamp burning voltage from the period tJTimerl.
  • the other permissible maximum values FZn_2 and LüZn_2 for the counters FZ_2 and LüZ_2 can also be defined.
  • the difference between the measured values Ux_l, Ux_2 and the extreme values Ux_2_max and Ux_2_min is evaluated.
  • This method has the advantage that detection of disturbances of the lamp operation is independent of the level of the lamp burning voltage.
  • the quotient of the abovementioned measured values or extreme values could also be evaluated for comparison with a predetermined reference value.
  • FIG. 9 shows a block diagram of an operating device according to the second exemplary embodiment of the invention.
  • the operating device according to the second exemplary embodiment has a mixed analogue digital evaluation unit.
  • the operating device according to the block diagram of FIG. 9 also comprises a full-bridge inverter with a high-pressure discharge lamp connected in the bridge branch and an igniter for the lamp and a DC supply circuit for the full-bridge inverter.
  • the operating device has a microcontroller ( ⁇ controller) for controlling the full-bridge inverter and its DC voltage supply circuit.
  • the operating device according to the second exemplary embodiment differs from the operating device according to the first exemplary embodiment only by the analogue evaluation unit, which consists of a plurality of operational amplifiers and sample and hold elements and which is connected upstream of the microcontroller.
  • the high-pressure discharge lamp is operated by means of the full-bridge inverter with a substantially rectangular alternating voltage with a frequency of approximately 360 hertz.
  • the lamp current and the burning voltage of the high-pressure discharge lamp for power control of the lamp are measured and evaluated.
  • the algorithm described above is essentially carried out by means of the microcontroller and by means of the evaluation unit shown schematically in FIG. 9, which is connected between the terminals of the microcontroller and the center tap between the full-bridge inverter and its DC voltage supply circuit.
  • the reference symbols Ux_l, Ux_2 do not designate the two measured values from the first or second half of each half-wave of the lamp voltage, but average values of the lamp voltage which are output by the analog evaluation unit from the measured values during the first time period t1 or during the first time period second period t2 are formed for each half-wave of the lamp burning voltage, wherein the first period tl at each half-wave of the lamp voltage over a part of the first half of this half-wave or over the entire first half of the half-wave extends and the second period t2 at each half-wave of the lamp burning voltage over part of the second half of this half-wave or over the entire second half of this half-wave of the lamp burning voltage - for example, from tl to T / 2 - extends.
  • FIG. 10 schematically shows the time profile of the burning voltage (UJ lamp) of the high-pressure discharge lamp and the division of the half-waves of the burning voltage into two halves with the time intervals t 1, t 2 and the period T of the burning voltage.
  • the gray-colored rectangles Ux_l, Ux_2 in the middle part of FIG. 10 symbolize that during the time intervals t1, t2 measured values of the lamp firing voltage are determined and from this by adding or integrating these measured values over the time intervals t1, t2 for each time interval t1 or t2, respectively a mean value Ux_l or Ux_2 of the lamp firing voltage representative of this time interval is formed and used for further evaluation.
  • the absolute values of the mean values Ux_l, Ux_2 are used for the evaluation.
  • the lower part of FIG. 10 shows the difference between the mean values Ux_l, Ux_2 on an enlarged scale for the vertical axis and the corresponding predefined first reference or threshold value Dn_F, which is designated in FIG. 10 as a trigger threshold.
  • the mean value Ux_l of each half watt of the lamp firing voltage is supplied to the first input of the operational amplifier D_F and the mean value Ux_2 of the same halfwave of the lamp firing voltage is supplied to the second, imerting input of the operational amplifier D_F.
  • the output signal of the operational amplifier D_F (differential former) is fed to the first input of a further operational amplifier whose second input is supplied with the predetermined reference value Dn_F for the flicker state according to FIG.
  • This operational amplifier works like a threshold switch. Its output is connected to an input of the microcontrouter.
  • the maximum and minimum values are determined from the average values Ux_2 of different half-waves of the lamp firing voltage by means of sample and hold elements and supplied to one input of the operational amplifier D_V in each case.
  • the difference signal at the output of the operational amplifier D_V is fed to the first input of a second operational amplifier operating as a threshold value switch. leads whose second input is supplied with the predetermined reference value Dn_V for vibration detection.
  • the output of this second operational amplifier operating as a threshold value switch is connected to an input of the microcontroller.
  • the average values Ux_2 from the second period t2 of the half-waves of the lamp-burning voltage are additionally respectively the first input of an operational amplifier designed as a threshold value switch, the second input with the predetermined reference value U_La_max for the maximum permissible lamp voltage or with the predetermined reference value Un_2_Fücker2 for the detection of the flicker condition shown in FIG 3 is supplied.
  • the output of the two aforementioned, designed as a threshold value operational amplifier is respectively connected to an input of the microcontroller.
  • a corresponding status bit for the occurrence of a flicker condition or an excessive lamp operating voltage is set as a function of the output signal of the aforementioned operational amplifier operating as a threshold value switch and, if appropriate, the shutdown of the operating unit is triggered. If, during the monitored period of time, the occurrence of shock or vibration has been detected, the evaluation of the half-waves of the lamp burn voltage with respect to the flicker states shown in FIGS. 1 and 3 and the excessive lamp burn voltage shown in FIG. 2 are suspended for this period.
  • the predetermined reference values Dn_F, Dn_V, Un_2_Flicker2 and Un_2_La_max or U_La_max have different values for the two exemplary embodiments.
  • the invention is not limited to the embodiments explained in more detail above. For example, it is not necessary to use and evaluate each half-wave of the lamp voltage for monitoring the lamp voltage. It suffices if, for example, only the half-worlds of one polarity are evaluated for the monitoring.
  • the lamp voltage instead of the lamp voltage also a other lamp operating parameters, which is affected by flickering conditions and vibration or vibration of the lamp, for example, the lamp current used to monitor the high pressure discharge lamp.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung mit periodisch wechselnder Polarität, wobei während des Lampenbetriebs das Auftreten eines Flacker- oder Flimmerzustands bei der Hochdruckentladungslampe und zusätzlich auch das Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen sowie vorzugsweise auch die Überschreitung statischer Parameter (z.B. Lampenüberspannung) der Hochdruckentladungslampe überwacht wird.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe und Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe sowie Beleuchtungseinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Betriebsgerät mit einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochdruckentladungslampe und einem Betriebsgerät.
I. Stand der Technik Ein derartiges Verfahren und ein Betriebsgerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens sind beispielsweise in der Patentschrift US 5,973.457 offenbart. Diese Schrift beschreibt ein Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe, einer Einrichtung zum Detektieren eines Flackerzustands der Hochdruckentladungslampe. Das heißt, es wird das Flackern des Entladungsbogens der Hochdruckentladungs- lampe detektiert und beim wiederholten Auftreten eines Flackerzustands wird die Hochdruckentladungslampe abgeschaltet, wenn die Licht-Aus-Zeit länger als eine vorgegebene erste Zeitdauer anhält und die Licht-An-Zeit kleiner oder gleich einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer ist.
Ein Nachteil dieses Verfahrens und dieses Betriebsgerätes besteht darin, dass auf diese Weise nur ein starkes Flackern des Entladungsbogens, das den Entladungsbo- gen zeitweise zum Erlöschen bringt, detektiert werden kann. Es ist nicht möglich, mit Hilfe dieses Verfahrens und dieses Betriebsgerätes die Vorstufen des starken FIa- ckerns, beispielsweise ein Flimmern des Entladungsbogens zu detektieren, das diesen noch nicht zeitweise zum Erlöschen bringt, sondern sich nur in vergleichsweise ge- ringfügigen Fluktuationen der Brennspannung der Hochdruckentladungslampe oder des Lampenstroms äußert. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens und des Betriebsgerätes gemäß der vorgenannten Patentschrift besteht darin, dass bei diesem Verfahren und Betriebsgerät eine Unterscheidung zwischen dem Flackern des Entladungsbo- gens aufgrund des Erreichens des Endes der Lebensdauer der Lampe und den Fluktuationen des Entladungsbogens aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe nicht möglich ist. Dadurch werden derartige Fluktuationen von dem Betriebsgerät gemäß dem vorgenannten Stand der Technik fälschli- cherweise als Defekt in der Lampe detektiert.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe anzugeben, das zwischen unterschiedlichen Ursachen der Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe unterscheidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung mit periodisch wechselnder Polarität beinhaltet die Überwachung des Auftretens von Flacker- oder Flimmerzuständen bei der Hoch- druckentladungslampc und zusätzlich die Überwachung des Auftretens von Erschütterungen oder Vibrationen bei der Hochdruckentladungslampe. Dadurch wird gewährleistet, dass Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslam- pe aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe nicht mit Flacker- oder Flimmerzuständen der Hochdruckentladungslampe verwech- seit und als Defekt der Lampe gevvertet werden. Insbesondere bei Hochdruckentladungslampen, die als Lichtquelle in Kraftfahrzeugen, beispielsweise im Fahrzeug- scheinwerfer, eingesetzt werden, wird dadurch sicher gestellt, dass Fluktuationen des Entladungsbogens aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen, beispielsweise bedingt durch schlechte Straßenverhältnisse, nicht die End-of-Life-Abschaltung der Hochdruckentladungslampe durch ihr Betriebsgerät auslösen.
Vorteilhafter Weise wird die Überwachung auf Erschütterungen oder Vibrationen nur während des Auftretens von Flacker- Flimmerzuständen der Hochdruckentladungslampe durchgeführt, um das Verfahren möglichst effektiv zu gestalten und weil nur beim Auftreten von Flacker- oder Flimmerzuständen entschieden werden muss, ob die Fluktuationen des Entladungsbogens durch Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe bedingt sind und nach dem Abklingen der Erschütterungen oder Vibrationen wieder verschwinden.
Zur Überwachung des Auftretens von Flacker- oder Flimmerzuständen sowie von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslainpe wird vorteilhafter Weise ein elektrischer Lampenbetriebsparameter oder eine damit korrelierte bzw. davon abgeleitete elektrische Größe überwacht. Bei diesem Lampenbetriebsparameter handelt es sich vorzugsweise entweder um die Brennspannung der Hochdruckent- ladungslampe oder um den Lampenstrom, da beide Lampenbetriebsparameter von dem Betriebsgerät während des Lampenbetrieb zur Leistungssteuerung der Hochdruckentladungslampe ohnehin gemessen und ausgewertet werden und sich in beiden Lampenbetriebsparametern Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe, beispielsweise aufgrund von Flacker- oder Flimmerzuständen oder aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen, widerspiegeln. Die Brennspannung ist die Betriebsspannung der Hochdruckentladungslampe oder die Spannung an der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase im qua- si-staüonären Betrieb.
Versuche haben gezeigt, dass sich bei Hochdruckentladungslampen, die mit einer elektrischen Spannung bzw. einem elektrischen Strom periodisch wechselnder Polarität betrieben werden, auf unterschiedlichen Ursachen beruhende Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe durch unterschiedliche Änderungen bei den vorgenannten Lampenbetriebsparametern bemerkbar machen. Es ist daher möglich, durch Überwachung eines Lampenbetriebsparameters, beispielsweise der Brennspannung der Hochdruckentladungslampe oder des Lampenstrom, zwischen den unterschiedlichen Ursachen für die Fluktuationen des Entladungsbogens zu unterscheiden. Die Figuren 1, 3 und 4 zeigen schematisch drei unterschiedliche Brennspannungsverläufe für unterschiedliche Arten von Fluktuationen des Entladungsbogens. Bei ungestörtem Lampenbetrieb mit ruhigem Entladungsbogen wäre der zeitliche Brennspannungsverlauf im wesentlichen rechteckförmig. Die Span- nungsspitzen, die in Figur 1 (Flicker-Lampenspannungsmode 1) auf der ersten Hälfte einiger Halbwellen der Brennspannung vorhanden sind, werden durch ein Flimmern des Entladungsbogens verursacht. In Figur 2 ist der Brennspannungsverlauf für eine Hochdruckentladungslampe mit überhöhter Brennspannung dargestellt. Figur 3 (FIi- cker-Lampenspannungsmode 2) zeigt den Brennspannungsverlauf für einen weiteren Flimmerzustand der Hochdruckentladungslampe. Das Flimmern beeinflusst hier bei zwei Halbwellen die Höhe der Brennspannung. Insbesondere weist die Brennspannung auch in der zweiten Hälfte der Halbwellen einen überhöhten Wert auf. In Figur 4 weist die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe einen modulierten Ver- lauf auf, der durch Erschütterungen oder Vibrationen der Lampe verursacht ist. In der Figur 5 ist in der oberen Kurve der zeitliche Verlauf der Brennspannung für die beiden oben genannten Flimmerzustände und in der unteren Kurve der zugehörige zeitliche Verlauf des Lichtstroms dargestellt, der vom Entladungsbogen emittiert wird.
Vorteilhafterweise wird daher entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung des Lampenbetriebs mindestens ein Messwert des Lampenbetriebsparameters während eines ersten Zeitraums und mindestens ein Messwert des Lampenbetriebsparameters während eines zweiten Zeitraums ermittelt, wobei der erste Zeitraum innerhalb der ersten Hälfte und der zweite Messwerl innerhalb der zweiten Hälfte des Zeitintervalls einer Halbwelle der periodischen Spannung angeordnet ist. Durch Ermittlung und Auswertung der Messwerte aus dem ersten und zweiten Zeitraum einer Halbwelle sowie durch Auswertung der Messwerte aus den zweiten Zeiträumen unterschiedlicher Halbwellen der periodischen Spannung können die Ursachen der Fluktuationen unterschieden werden.
Zum Detektieren des Flacker- oder Flimmerzustands wird vorteilhafter Weise aus dem mindestens einen Messwert während des ersten Zeitraums und dem mindestens einen Messwert aus dem zweiten Zeitraum eine erste Vergleichsgröße gebildet, die mit einem vorgegebenen ersten Referenzwert für die erste Vergleichsgröße verglichen wird. Dadurch können Flimmerzustände der Hochdruckentladungslampe gemäß der Figur 1 detektiert werden. Außerdem wird vorteilhafter Weise aus dem mindes- tens einen Messwert aus dem zweiten Zeitraum eine zweite Vergleichsgröße gebildet, die mit einem vorgegebenen zweiten Referenzwert für die zweite Vergleichsgröße verglichen wird. Dadurch können Flimmerzustände der Hochdruckentladungslampe gemäß der Figur 3 nachgewiesen werden. Um den Einfluss von Erschütterun- gen oder Vibrationen gemäß der Figur 4 auf die Lampe nachzuweisen, wird vorteilhafter Weise aus den Messwerten, die während der zweiten Zeiträume über mehrere Halbwellen ermittelt wurden, der Maximal- und der Minimalwert bestimmt und daraus eine dritte Vergleichsgröße gebildet, die mit einem vorgegebenen dritten Referenzwert für die dritte Vergleichsgröße verglichen wird. Dadurch kann der Einfluss von Erschütterungen oder Vibrationen auf den Lampenbetriebsparameter detektiert werden. Insbesondere kann eine Modulation der Lampenbrennspannung gemäß der Figur 4 detektiert werden. Um das Überschreiten eines maximal zulässigen Wertes für den Lampenbetriebsparameter zu detektieren, werden die Messwerte aus den zweiten Zeiträumen der Halbwellen der periodischen Spannung vorteilhafter Weise zusätzlich mit einem vorgegebenen vierten Referenzwert verglichen.
Die vorgegebenen Referenzwerte sind vorteilhafter Weise derart vorgegeben, dass der zweite Referenzwert größer als die Summe aus dem dritten und vierten Referenzwert ist. Dadurch wird gewährleistet, dass die Kombination einer hohen Lampenbrennspannung mit dem Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen unter- halb des vierten bzw. dritten Referenzwertes nicht fälschlicherweise als Vorliegen eines Flimmerzustandes bewertet wird. Zur Festlegung der vorgegebenen Referenzwerte bzw. Schwellwerte wurden bei einer Hochdruckentladungslampe während des störungsfreien Lampenbetriebs in der oben beschriebenen Weise Messwerte ermittelt und daraus in der oben beschriebenen Weise erste bis vierte Vergleichsgrößen gebil- det. Aus der jeweiligen Vergleichsgröße wurde durch Addition einer vorgebbaren Toleranz der entsprechende vorgegebene Referenz- bzw. Schwellwert gebildet.Als besonders effektiv hat sich erwiesen, während jedes ersten und zweiten Zeitraums jeweils nur einen Messwert zu ermitteln. Es hat sich gezeigt, dass ein Messwert pro Zeitraum vollkommen ausreichend ist, um die oben genannten Betriebszustände zu erkennen. Außerdem entfallen dadurch auch aufwändige, die Auswertungseinheit belastende Algorithmen zur Mittelwertsbildung. Vorzugsweise wird der Messwert aus dem ersten Zeitraum unmittelbar nach dem Polaritätswechsel und der Messwert aus dem zweiten Zeitraum unmittelbar vor dem Polaritätswechsel bei der entsprechenden Halbwelle der periodischen Spannung ermittelt.
Das erfindungsgemäße Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe ist mit einer Spannungsversorgungsschaltung zum Beaufschlagen der Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung wechselnder Polarität und einer Einrichtung zur Durchführung des oben erläuterten Verfahrens ausgestattet. Die vorgenannte Einrichtung weist vorzugsweise eine Messvorrichtung zur iterativen Messung eines Lampenbetriebsparameters, der von einem Flacker- oder Flimmerzustand der Hochdruckentladungslampe und von Erschütterungen oder Vibrationen beeinflusst wird, sowie eine Auswertungseinheit auf, die zur Auswertung der von der Messvor- richtung ermittelten Messwerte dient. Die Auswertungseinheit umfasst vorzugsweise eine programmgesteuert arbeitenden MikroController oder eine Logikschaltung oder eine Kombination aus beidem, um eine digitale oder analoge oder analog-digitale Auswertung der Messdaten zur ermöglichen.
Das erfmdungsgemäße Betriebsgerät und die an das Betriebsgerät angeschlossene Hochdruckentladungslampe sind Bestandteil eines Bcleuchlungssystems, vorzugsweise eines Fahrzeugscheinwcrfers. Die Hochdruckentladungslampe dient als Lichtquelle des Fahrzeugscheinwerfers. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Fluktuationen des Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe aufgrund von Erschütterungen oder Vibrationen von Flacker- oder Flimmerzuständen der Hochdruckentladungslampe zu unterscheiden.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe während eines ersten Flimmerzustands Figur 2 Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe, die eine überhöhte Spannung aufzeigt
Figur 3 Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe während eines zweiten Flimmerzustands
Figur 4 Eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Brennspannung einer Hochdruckentladungslampe, die Erschütterungen oder Vibrationen ausgesetzt ist
Figur 5 Eine Gegenüberstellung des zeitlichen Verlaufs der Lampenbrennspan- nung (Flicker-Modi 1 und 2) und des Lichtstroms der Hochdruckentla- dungslampe
Figur 6 Ein Blockschaltbild gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 7 Den zeitlichen Verlauf der Lampenbrennspannung über mehrere Perioden mit Zuordnung der Messzeitpunkte für das erfindungsgemäße Verfahren
Figur 8 Ein Flussdiagramm des Auswertungsalgorithmus gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 9 Ein Blockschaltbild gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 10 Eine schematische Darstellung der Unterteilung der Halbwellen der Lampenbrennspannung und der Auswertung des zeitlichen Brennspannungs- verlaufs
In der Figur 6 ist ein Blockschaltbild eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentla- dungslampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt, anhand dessen das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für die Hochdruckentladungslampe im Folgen- den beschrieben wird. Bei der Hochdruckentladungslampe handelt es sich um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckgasentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 35 Watt, die als Lichtquelle in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer verwendet wird.
Das Betriebsgerät wird von der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs gespeist. Es umfasst im wesentlichen einen Vollbrückenwechselrichter, in dessen Brückenzweig die Hochdruckentladungslampe geschaltet ist, und eine Gleichspannungsversor- gungsschaltung für den Vollbrückenwechselrichter und eine Zündvorrichtung (Zünder) zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe sowie einen MikroController zur Steuerung des Vollbrückenwechselrichter und seiner Gleich- spannungsversorgungsschaltung. Details der Schaltungsanordnung eines derartigen Betriebsgerätes sind beispielsweise in dem Buch „Betriebsgeräte und Schaltungen für elektrische Lampen" von C. H. Sturm und E. Klein, Siemens Aktiengesellschaft, 6. Auflage von 1992, auf den Seiten 217 bis 218 offenbart.
Die Hochdruckentladungslampe wird mittels des Vollbrückenwechselrichters mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Wechselspannung mit einer Frequenz von ungefähr 360 Hertz betrieben. Mit Hilfe des Mikrocontrollcrs und mittels Messvorrichtungen werden der Lampcnstrom und die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe zur Leistungssteuerung der Lampe gemessen und ausgewertet. Zusätz- lieh werden mittels des Mikrocontrollers und einer als RC-Glied ausgebildeten Messvorrichtung pro Halbwelle der im wesentlichen rechteckförmigen Lampen- brennspannung zwei Messwerte der Lampenbrennspannung ermittelt und ausgewertet, um das Auftreten von Flacker- oder Flimmerzuständen bei der Hochdruckentladungslampe zu detektieren. Der entsprechende Eingang des Mikrocontrollers (μ- Controller) ist in Figur 6 parallel zu dem Kondensator C des RC-Gliedes geschaltet. Die Zeitkonstante des RC-Gliedes bzw. Tiefpassfilters ist sehr klein im Vergleich zur halben Periodendauer der Lampenbrennspannung.
In der Figur 7 ist der zeitliche Verlauf der Lampenbrennspannung über mehrere Perioden schematisch dargestellt. Während jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung werden ein erster Messwert Ux_l , der innerhalb der ersten Hälfte der Halbwelle liegt, und ein zweiter Messwert Ux_2, der innerhalb der zweiten Hälfte der Halbwelle liegt, gemessen. Der erste Messwert Ux_l aus jeder Halbwelle wird unmittelbar nach dem Polaritätswechsel der Lampenbrennspannung ermittelt und der zweite Messwert Ux_2 wird unmittelbar vor dem nächsten Polaritätswechsel der Lampen- brennspannung ermittelt. Die Messwerte Ux_l weisen aufgrund von Spannungsspitzen unmittelbar nach jedem Polaritätswechsel der Lampenbrennspannung einen höheren Betrag als die Messwerte Ux_2 derselben Halb welle auf. Die Messwert Ux_2 entsprechen im wesentlichen der Höhe des Plateaus der Rechteck-Halbwelle. Diese Messwerte Ux_l und Ux_2, das heißt, ihre Absolutbeträge, werden mit Hilfe des Mikrocontrollers gemäß dem in Figur 8 dargestellten Algorithmus ausgewertet, um Flimmerzustände der Hochdruckentladungslampe sowie den Einfluss von Erschütterungen oder Vibrationen auf den Lampenbetrieb zu überwachen.
Zum Nachweis von Flimmerzuständen gemäß dem schematisch in Figur 1 dargestellten Flimmerzustand wird für jede Halbwelle der Lampenbrennspannung die Diffe- renz Ux_l - Ux_2 mit dem vorgegebenen Referenzwert oder Schwellwert Dn_F für diese Differenz verglichen. Überschreitet die Differenz diesen Schwellwert, so wird dieses als Vorhandensein eines Flimmerzustands gewertet und der Zähler FZ_1 um einen bestimmten Wert, beispielsweise um 1 , erhöht.
Um das Vorhandensein einer durch Erschütterungen oder Vibrationen bedingten Modulation der Lampenbrennspannung (Figur 4) nachzuweisen, werden über eine Zeitdauer von mehreren Halbwellen der Lampenbrennspannung der Maximal- Ux_2_max und Minimalwert Ux_2_min der zweiten Messwerte Ux_2 ermittelt. Gemäß der Variante a) dieses Algorithmus werden der vorgenannte Maximal- und Minimalwert unabhängig von dem Ergebnis der vorausgegangenen Prüfung auf das Vorhandensein eines Flimmerzustands ermittelt. Gemäß der bevorzugten Variante b) werden die vorgenannten Extremwerte Ux_2_max und Ux_2_min aber nur ermittelt, nachdem zuvor bereits das Vorhandensein eines Flimmerzustands festgestellt und der Zähler FZ_1 inkrementiert wurde.
Anschließend werden die zweiten Messwerte Ux_2 jeder Halbwelle der Lampen- brennspannung mit einem vorgegebenen Referenzwert Un_2_La_max verglichen, um das Überschreiten eines maximal zulässigen Wertes für die Lampenbrennspan- nung zu überwachen. Jedes Überschreiten des vorgenannten Referenzwertes oder Schwellwertes Un_2_La_max führt zu einer Inkrementierung des Zählers LüZ_l. Beispielsweise wird der Zähler LüZ_l in diesem Fall um 1 erhöht.
Danach werden die zweiten Messwerte Ux_2 jeder Halbwelle der Lampenbrenn- spannung zusätzlich mit dem vorgegebenen Referenzwert Un_2_Flicker2 verglichen, der größer ist als der Referenzwert Un_2_La_max, um das Vorhandensein eines Flimmerzustands gemäß der Figur 3 nachzuweisen. Beim Überschreiten des Referenzwertes oder Schwellwertes Un_2_Flicker2 wird derselbe Zähler FZ_1 , der schon zum Nachweis des Flimmerzustands gemäß Figur 1 (Flicker-Lampenspannungsmode 1 ) verwendet wurde, inkrementiert. Da der Flimmerzustand gemäß Figur 3 (Flicker- Lampenspannungsmode 2) eine deutlich stärkere Störung des Lampenbetriebs darstellt als der Flimmerzustand gemäß Figur 1, wird der Zähler FZ_1 in diesem Fall stärker inkrementiert, also beispielsweise um den Wert 2 erhöht als bei dem ersten Flimmerzustand. Das heißt, die Flimmerzustände gemäß der Figuren 1 und 3 werden in dem Verhältnis 1 zu 2 gewichtet.
Anschließend wird geprüft, ob die vom Timerl definierte Zeildauer t_Timerl. die hier 0,5 Sekunden beträgt und sich über 360 Halbwcllen der Lampenbrennspannung erstreckt, abgelaufen ist. Dementsprechend wird die oben erläuterte Prozedur für die nächste Halbwelle wiederholt oder die Vibrationserkennung durchgeführt.
Zur Vibrationserkennung wird aus den Extremwerten Ux_2_max. Ux_2_min. die während der vorgenannten Zeitdauer t_Timerl aus den Mess werten Ux_2 ermittelt wurden, die Differenz Ux_2_max - Ux_2_min gebildet und mit dem vorgegebenen Referenzwert bzw. Schwellwert Dn_V für diese Differenz verglichen. Überschreitet diese Differenz den vorgegebenen Schwellwert Dn_V, so wird das als Beeinflussung der Lampenbrennspannung durch Erschütterungen oder Vibrationen gewertet und die Zähler FZ_1, LüZ_l und Timerl werden gelöscht bzw. zurückgesetzt. Ebenso werden auch die Extremwerte Ux_2_max und Ux_2_min gelöscht und geprüft, ob die vom Timer2 bestimmte Zeitdauer t_Timer2 schon abgelaufen ist. Falls die Zeitdauer t_Timer2 noch nicht abgelaufen ist, wird zu dem Anfang des Algorithmus zurückge- kehrt und die Prozedur für die nächsten Halbwellen der Lampenbrennspannung wiederholt. Das heißt, diejenigen Halbwellen der Lampenbrennspannung, die durch Erschütterungen oder Vibrationen beeinfiusst wurden, werden zum Auswerten von Flimmerzuständen oder überhöhter Lampenbrennspannung nicht verwendet. Der andere Fall wird unten erläutert.
Falls die oben genannte Differenz Ux_2_max - Ux_2_min den vorgegebenen Referenzwert Dn_V nicht überschreitet, das heißt, falls keine Beeinflussung der Lampenbrennspannung durch Erschütterungen oder Vibrationen delektiert wurde, so wird der aktuelle Wert des Zählers FZ_1 für den Flimmerzustand mit dem vorgegebenen zulässigen Maximalwert FZn_l für den Zählerstand des Zählers FZ_1 verglichen. Beim Überschreiten des zulässigen Maximalwertes wird der Zähler FZ_2 inkremen- tiert, der die Flimmerereignisse während der Zeitdauer t__Timer2 zählt. Außerdem wird der aktuelle Stand des Zählers LüZ_l für überhöhte Lampenbrennspannung mit dem vorgegebenen zulässigen Maximalwert LüZn_l für den Zählerstand des Zählers LüZ_l verglichen und beim Überschreiten dieses zulässigen Maximalwertes der Zähler LüZ_2 inkrementiert, der die Ereignisse überhöhter Lampenbrennspannung während der Zeitdauer t_Timer2 zählt. Anschließend werden die Zähler FZ_1, LüZ_l und Timeii gelöscht bzw. zurückgesetzt. Ebenso werden auch die Extremwerte Ux_2_max und Ux_2_min gelöscht und geprüft, ob die vom Timer2 bestimm- te Zeitdauer t_Timer2 schon abgelaufen ist. Falls die Zeitdauer t_Timcr2 noch nicht abgelaufen ist, wird zu dem Anfang des Algorithmus zurückgekehrt und die Prozedur für die nächsten Halbwellen der Lampenbrennspannung wiederholt.
Nach Ablauf der vom Timer2 bestimmten Zeitdauer t_Timer2, die hier 180 Sekunden beträgt, wird der aktuelle Wert des Zählers FZ_2 mit einem vorgegebenen zuläs- sigen Maximalwert FZn_2 für den Zählerstand des Zählers FZ_2 verglichen. Beim Überschreiten dieses Maximalwertes wird ein Statusbit für das Vorhandensein eines Flimmerzustandes gesetzt, um beispielsweise eine entsprechende Anzeige in einem Display auszulösen oder eine Abschaltung des Betriebsgerätes bzw. der Hochdruckentladungslampe herbeizuführen. Außerdem wird der aktuelle Wert des Zählers LüZ_2 mit einem vorgegebenen zulässigen Maximalwert LüZn_2 für den Zählerstand des Zählers LüZ_2 verglichen. Beim Überschreiten dieses Maximalwertes wird ein Statusbit für das Vorhandensein ein überhöhten Lampenbrennspannung gesetzt, um beispielsweise eine entsprechende Anzeige in einem Display auszulösen oder eine Abschaltung des Betriebsgerätes bzw. der Hochdruckentladungslampe herbeizuführen.
Falls keine Abschaltung des Betriebsgerätes erfolgt ist, wird anschließend der Ti- mer2 rückgesetzt und die Zähler FZ_2 und LüZ__2 werden gelöscht und zu dem Anfang des Algorithmus zurückgekehrt, um ihn für die nächsten Halbwellen der Lam- penbrennspannung erneut zu durchlaufen.
Die vorgegebenen Referenzwerle Un_2_La_max, Un_2_Flicker2. Dn_F und Dn_V sind in einem Speicherelement des Betriebsgerätes bzw. des Mikrocontrollers permanent gespeichert und besitzen für jedes Betriebsgerät desselben Typs dieselben Werte. Zur Festlegung der vorgenannten, vorgegebenen Referenzwerte wurde eine Referenzlampe an einem Referenzbetriebsgerät unter definierten Betriebsbedingungen betrieben und für die in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Betriebssituationen sowie für den störungsfreien Lampenbetrieb wurde der zeitliche Verlauf der Lampenbrennspannung gemessen. Der Vergleich der Lampenbrennspannung während des störungsfreien Lampenbetriebs mit der Lampenbrennspannung während jeweils einer der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Situationen ermöglicht es, die vorgenannten, vorgegebenen Referenzwerte festzulegen, bei deren Überschreiten der störungsfreie Lampenbetrieb verlassen wird. Beispielsweise wurden zur Festlegung des ersten, vorgegebenen Referenz- bzw. Schwellwertes während des störungsfreien Betriebs der Referenzlampe an dem Referenzbetriebsgerät in der oben beschriebene Weise Messwerte Ux_l , Ux_2 ermittelt und deren Differenz gebildet. Der erste, vorgegebene Referenzwert bzw. Schwellwert wurde festgelegt, indem zu der Differenz Ux_l - Ux_2 der vorgenannten Messwerte Ux_l, Ux_2 eine vorgebbare Toleranz addiert wurde. Analog dazu wurden die anderen vorgegebenen Referenz- bzw. Schwellwerte festgelegt. Wie bereits weiter oben erläutert wurde, ist der vorgegebene Referenzwert Un_2_Flicker2 größer als die Summe der vorgegebenen Referenzwerte Un_2_La_max und DnJV, um zu vermeiden, dass eine hohe Lampenbrennspannung mit einem Flimmerzustand verwechselt wird.
Die vorgegebenen, zulässigen Maximalwerte für den Zählerstand der Zähler FZn_l, LüZn_l, FZn_2 und LüZn_2 werden entweder ebenfalls in einem Speicherelement des Betriebsgerätes bzw. des Mikrocontrollers permanent gespeichert und sind für jedes Betriebsgerät desselben Typs gleich, oder werden alternativ durch die im Mik- rocontroller implementierte Software festgelegt. Beispielsweise wird der zulässige Maximalwert FZn_l erreicht, wenn bei 70% der Halbwellen der Lampenbrennspannung aus dem Zeitraum t_Timerl die Differenz Ux_l - Ux_2 größer als DnJF ist oder bei 35% der Halbwellen der Lampenbrennspannung aus dem Zeitraum tjrimerl der Messwert Ux_2 größer als Un_2_Flicker2 ist (Verhältnis 1 zu 2 [35% / 70%] bei einer Wichtung von 1 zu 2). Der zulässige Maximalwert LüZn_l für den Zähler LüZ_l für die überhöhte Lampenbrennspannung wird erreicht, wenn bei 97% der Halbwellen der Lampenbrennspannung aus dem Zeitraum tJTimerl der Messwert Ux_2 größer als der Referenzwert Un_2_La_max ist. Analog können auch die anderen zulässigen Maximalwerte FZn_2 und LüZn_2 für die Zähler FZ_2 und LüZ_2 festgelegt werden.
Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Differenz der Messwerte Ux_l, Ux_2 und der Extremwerte Ux_2_max und Ux_2_min ausgewertet. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass Erkennung von Störungen des Lampenbetriebs unabhängig von der Höhe der Lampenbrennspannung ist. Alternativ könnte aber auch der Quotient der vorgenannte Messwerte bzw. Ex- tremwerte zum Vergleich mit einem vorgegebenen Referenzwert ausgewertet werden.
In der Figur 9 ist ein Blockschaltbild eines Betriebsgerätes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6, das eine rein digitale Auswertungseinheit aufweist, besitzt das Betriebsgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine gemischt analog- digitale Auswertungseinheit. Das Betriebsgerät gemäß dem Blockschaltbild der Figur 9 umfasst ebenfalls einen Vollbrückenwechselrichter mit einer in den Brückenzweig geschalteten Hochdruckentladungslampe und einer Zündvorrichtung (Zünder) für die Lampe sowie einer Gleichspannungsversorgungsschaltung für den Vollbrücken- Wechselrichter. Außerdem besitzt das Betriebsgerät einen Mikrocontroller (μ- Controller) zur Steuerung des Vollbrückenwechselrichter und seiner Gleichspan- nungsversorgungsschaltung. Das Betriebsgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbei- spiel unterscheidet sich nur durch die aus mehreren Operationsverstärkern und Sample & Hold-Gliedern bestehende, analoge Auswertungseinheit, die dem Mikrocont- roller vorgeschaltet ist, von dem Betriebsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Hochdruckentladungslampe wird mittels des Vollbrückenwechselrichters mit einer im wesentlichen rechteckförmigen Wechselspannung mit einer Frequenz von ungefähr 360 Hertz betrieben. Mit Hilfe des Mikrocontrollers und mittels Messvor- richtungen werden der Lampenstrom und die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe zur Leistungssteuerung der Lampe gemessen und ausgewertet. Zusätzlich wird mittels des Mikrocontrollers und mittels der in Figur 9 schematisch dargestellten Auswertungseinheit, die zwischen die Anschlüsse des Mikrocontrollers und dem Mittenabgriff zwischen dem Vollbrückenwechselrichter und ihrer Gleichspan- nungsversorgungsschaltung geschaltet ist, im wesentlichen der oben beschriebene Algorithmus (Figur 8) durchgeführt.
Allerdings bezeichnen die Bezugszeichen Ux_l , Ux_2 hier nicht die beiden Messwerte aus der ersten bzw. zweiten Hälfte jeder Halbwelle der Lampenbrennspan- nung, sondern Mittelwerte der Lampenbrennspannung, die von der analogen Aus- Wertungseinheit aus den Messwerten während des ersten Zeitraum tl bzw. während des zweiten Zeitraums t2 für jede Halbwelle der Lampenbrennspannung gebildet werden, wobei der erste Zeitraum tl sich bei jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung über einen Teil der ersten Hälfte dieser Halbwelle oder über die gesamte erste Hälfte der Halbwelle erstreckt und der zweite Zeitraum t2 sich bei jeder Halbwelle der Lampenbrennspannung über einen Teil der zweiten Hälfte dieser Halbwelle oder über die gesamte zweite Hälfte dieser Halbwelle der Lampenbrennspannung - beispielsweise von tl bis T/2 - erstreckt. In der Figur 10 ist schematisch der zeitliche Verlauf der Brennspannung (UJLampe) der Hochdruckentladungslampe und die Unterteilung der Halbwellen der Brennspannung in zwei Hälften mit den Zeitinter- vallen tl, t2 und der Periodendauer T der Brennspannung dargestellt. Die grau melierten Rechtecke Ux_l, Ux_2 in dem mittleren Teil der Figur 10 symbolisieren, dass während der Zeitintervalle tl, t2 Messwerte der Lampenbrennspannung ermittelt werden und daraus durch Aufsummieren oder Aufintegrieren dieser Messwerte über die Zeitintervalle tl, t2 für jedes Zeitintervall tl bzw. t2 jeweils ein für dieses Zeitin- tervall repräsentativer Mittelwert Ux_l bzw. Ux_2 der Lampenbrennspannung gebildet und zur weiteren Auswertung herangezogen wird. Auch hier werden die Absolutbeträge der Mittelwerte Ux_l, Ux_2 zur Auswertung herangezogen. Der untere Teil der Figur 10 zeigt die Differenz der Mittelwerte Ux_l , Ux_2 in einem vergrößerten Maßstab für die vertikale Achse und den entsprechenden vorgegebenen ersten Referenz- bzw. Schwellwert Dn_F, der in Figur 10 als Triggerschwelle bezeichnet ist.
Der Mittelwert Ux_l jeder Halbwclle der Lampenbrennspannung wird dem ersten Eingang des Operationsverstärkers D_F zugeführt und der Mittelwert Ux_2 derselben Halbwelle der Lampenbrennspannung wird dem zweiten, imerticrenden Eingang des Operationsverstärkers D_F zugeführt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers D_F (Differenzbildner) wird dem ersten Eingang eines weiteren Operationsverstärkers zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem vorgegebenen Referenzwert Dn_F für den Flimmerzustand gemäß Figur 1 beaufschlagt wird. Dieser Operationsverstärker arbeitet wie ein Schwellwertschalter. Sein Ausgang ist mit einem Eingang des Mikrocontroüers verbunden.
Aus den Mittelwerten Ux_2 unterschiedlicher Halbwellen der Lampenbrennspannung werden mittels Sample & Hold-Gliedern die Maximal- und Minimalwerte ermittelt und jeweils einem Eingang des Operationsverstärkers D_V zugeführt. Das Differenzsignal am Ausgang des Operationsverstärkers D_V wird dem ersten Ein- gang eines zweiten, als Schwellwertschalter arbeitenden Operationsverstärkers zuge- führt, dessen zweiter Eingang mit dem vorgegebenen Referenzwert Dn_V für die Vibrationserkennung beaufschlagt wird. Der Ausgang dieses zweiten, als Schwellwertschalter arbeitenden Operationsverstärkers ist mit einem Eingang des Mikro- controllers verbunden.
Die Mittelwerte Ux_2 aus dem zweiten Zeitraum t2 der Halbwellen der Lampen- brennspannung werden zusätzlich jeweils dem ersten Eingang eines als Schwellwert- schalter ausgebildeten Operationsverstärkers, dessen zweiter Eingang mit dem vorgegebenen Referenzwert U_La_max für die maximal zulässige Lampenbrennspan- nung bzw. mit dem vorgegebenen Referenzwert Un_2_Fücker2 für die Erkennung des Flimmerzustands gemäß Figur 3 beaufschlagt wird, zugeführt. Der Ausgang der beiden vorgenannten, als Schwellwertschalter ausgebildeten Operationsverstärker ist jeweils mit einem Eingang des Mikrocontrollers verbunden.
Im Mikrocontroller wird in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der vorgenannten, als Schwellwertschalter arbeitenden Operationsverstärker ein entsprechendes Statusbit für das Auftreten eines Flimmerzustands oder einer überhöhten Lampen- brennspannung gesetzt und gegebenenfalls die Abschaltung des Betriebsgerätes ausgelöst. Falls während des überwachten Zeitraums das Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen delektiert wurde, wird für diesen Zeitraum die Auswertung der Halbwellen der Lampenbrennspannung bezüglich der in den Figuren 1 und 3 darge- stellten Flimmerzustände und der in Figur 2 dargestellten überhöhten Lampenbrennspannung ausgesetzt.
Die vorgegebenen Referenzwerte Dn_F, Dn_V, Un_2_Flicker2 und Un_2_La_max bzw. U_La_max besitzen für die beiden Ausführungsbeispiele unterschiedliche Werte.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele. Beispielsweise muss zur Überwachung der Lampenbrennspannung nicht jede Halbwelle der Lampenbrennspannung herangezogen und ausgewertet werden. Es genügt, wenn beispielsweise nur die Halbwelten einer Polarität für die Überwachung ausgewertet werden. Außerdem kann anstelle der Lampenbrennspannung auch ein anderer Lampenbetriebsparameter, der von Flimmerzuständen und Erschütterungen oder Vibrationen der Lampe beeinflusst wird, beispielsweise der Lampenstrom zur Überwachung der Hochdruckentladungslampe herangezogen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung mit periodisch wechselnder Polarität, wobei während des Lampenbetriebs das Auftreten eines Flacker- oder Flimmerzustands bei der Hochdruckentladungslampe überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass i während des Lampenbetriebs das Auftreten von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe überwacht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung auf Erschütterungen oder Vibrationen nur während des Auftretens eines Flacker- oder Flimmerzustands durch »ögewführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Lampenbetriebsparameter oder eine damit korrelierte elektrische Größe zum Detekticren des Flacker- oder Flimmerzustands und dem Detektieren von Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe überwacht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich das Überschreiten eines maximal zulässigen Wertes (Un_2_La_max; U_La_max) für den Lampenbetriebsparameter überwacht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Lampenbetriebsparameter die Brennspannung der Hochdruckentla- 0 dungslampe ist.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur • Überwachung des Lampenbetriebs mindestens ein Messwert des Lampenbetriebsparameters während eines ersten Zeitraums (tl) und mindestens ein Messwert des Lampenbetriebsparameters während eines 5 zweiten Zeitraums (t2) ermittelt wird, wobei der erste Zeitraum (tl) innerhalb der ersten Hälfte und der zweite Zeitraum (t2) innerhalb der zweiten Hälfte des Zeitintervalls einer Halbwelle der periodischen Spannung angeordnet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren des Flacker- oder Flimmerzustands aus dem mindestens einen Messwert während des ersten Zeitraums (tl) und dem mindestens einen Messwert während des zweiten Zeitraums (t2) eine erste Vergleichsgröße gebildet wird, die mit einem vorgegebenen ersten Referenzwert (Dn_F) für die erste Vergleichsgröße verglichen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren des Flimmerzustands aus dem mindestens einen Messwert während des zweiten Zeitraums (t2) eine zweite Vergleichsgröße gebildet wird, die mit einem vorgegebenen zweiten Referenzwert (Un_2_Flicker2) für die zweite Vergleichsgröße verglichen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren von Erschütterungen oder Vibrationen aus den Messwerten, die während der zweiten Zeiträume (t2) mehrerer Halbwellen ermittelt wurden, der Maximal- (Ux_2_max) und Minimalwcrt (Ux_2jmin) bestimmt wird und daraus eine dritte Vergleichsgröße gebildet wird, die mit einem vorgegebenen dritten Referenzwert (Dn_V) für die dritte Vergleichsgröße verglichen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren des Überschreitens des maximal zulässigen Wertes für den Lampenbetriebsparameter die Messwerte aus den zweiten Zeiträumen (t2) der Halbwellen der periodischen Spannung mit einem vorgegebenen vierten Referenzwert (Un_2_La_max; U_La_max) verglichen werden.
1 1. Verfahren nach den Ansprüchen 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Referenzwert (Un_2_Flicker2) größer als die Summe aus dem dritten (DnJV) und vierten Referenzwert (Un_2_La_max; U_La_max) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während jedes ersten (tl) und zweiten Zeitraums (t2) jeweils nur ein Messwert ermittelt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert aus dem ersten Zeitraum (tl) unmittelbar nach dem Polaritätswechsel und der
Messwert aus dem zweiten Zeitraum (t2) unmittelbar vor dem Polaritätswechsel bei der entsprechenden Halbwelle der periodischen Spannung ermittelt wird.
14. Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe mit einer Spannungsver- sorgungsschaltung zum Beaufschlagen der Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Spannung wechselnder Polarität, wobei das Betriebsgerät eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
15. Betriebsgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrich- tung eine Messvorrichtung zur iterativen Messung eines Lampenbetriebsparameters, der von einem Flimmerzustand und Erschütterungen oder Vibrationen der Hochdruckentladungslampe beeinflusst wird, und eine Auswertungseinheit zur Auswertung der von der Messvorrichtung ermittelten Messwerte aufweist.
16. Betriebsgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinheit einen programmgesteuert arbeitenden Mikrocontroller oder bzw. und eine Logikschaltung umfasst.
17. Beleuchtungseinrichtung mit einer Hochdruckentladungslampe und einem Betriebsgerät für die Hochdruckentladungslampe gemäß einem der Ansprü- che 14 bis 16.
18. Beleuchtungseinrichtung gemäß Anspruch 17, die als Fahrzeugscheinwerfer ausgebildet ist.
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