EP2604098A1 - VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER HOCHDRUCKENTLADUNGSLAMPE AUßERHALB IHRES NOMINALEN LEISTUNGSBEREICHES - Google Patents

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER HOCHDRUCKENTLADUNGSLAMPE AUßERHALB IHRES NOMINALEN LEISTUNGSBEREICHES

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EP2604098A1
EP2604098A1 EP11743499.3A EP11743499A EP2604098A1 EP 2604098 A1 EP2604098 A1 EP 2604098A1 EP 11743499 A EP11743499 A EP 11743499A EP 2604098 A1 EP2604098 A1 EP 2604098A1
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EP
European Patent Office
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lamp
power
nominal power
nominal
pnominai
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EP11743499.3A
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EP2604098B1 (de
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Norbert Magg
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
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Publication of EP2604098B1 publication Critical patent/EP2604098B1/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
    • H05B41/288—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
    • H05B41/2928—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions

Definitions

  • the invention relates to a method for operating high-pressure discharge lamps, in particular high and
  • High-pressure discharge lamps as used in projection equipment, outside their nominal power range.
  • the invention is particularly concerned with the problem of flicker phenomena caused by the operation of these discharge lamps outside their nominal power range.
  • the invention is based on a method for operating a high-pressure discharge lamp outside its nominal power range according to the preamble of the main claim.
  • Projection devices such as video projectors often use so-called ultrashort arc lamps due to the requirements for optical imaging.
  • These are high-intensity discharge lamps, which have a very short electrode distance to a good optical image of the video projector guarantees ⁇ afford. Due to the high performance of these lamps and the short electrode distance the electric ⁇ be very hot. Therefore, with these types of lamps no simple pin electrodes are used. Instead, electrodes with a very wide electrode head are used to increase their thermal mass.
  • the head diameter is greater than the electrode spacing (eg head diameter of 1.5 mm for a lamp with an electrode spacing of 1.0 mm).
  • the inner end of the lamp electrode which is in the discharge space of the gas-discharge lamp burner, is referred to as the electrode end.
  • the electrode tip is a needle or cam-shaped elevation seated on the end of the electrode, the end of which serves as a starting point for the arc.
  • this punctiform arch approach is unstable and likes to travel over the electrode tip, which can be perceived as flicker in the application.
  • a wandering arc approach leads to undesired changes in the front region of the electrode head.
  • Video pros often require a light source that has a temporal sequence of different colors.
  • a light source that has a temporal sequence of different colors.
  • 917, 558 (Stanton) describes this may be achieved for example by a rotating color wheel, the changing of the light color of the lamp fil ⁇ tert.
  • the periods during which the light assumes a certain color need not necessarily be the same. Rather, a desired color temperature, which results for the projected light, can be set via the ratio of these time periods to one another.
  • the lamp is operated with a rectangular lamp current.
  • the lamp frequency is the reciprocal of the period of the rectangular lamp current, as shown in Fig. 1, understood.
  • the reciprocal of the period of the rectangular lamp current is understood in the operation of the lamp with nominal power.
  • the nominal power is the power specified by the manufacturer of the lantern with which the lamp should be operated.
  • the high-pressure discharge lamp is usually operated at a predetermined frequency.
  • the lamp current is in the prior art from a DC power source with
  • the commutation usually consists of electronic switches, which commute the polarity of the DC power source in time with the rectangular lamp current.
  • overshoots can not be completely avoided in practice. Therefore, the time at which a commutation is to take place with the time at which the color of the light changes together ⁇ quantitative sets to hide the overshoot is in the prior art.
  • a sync signal is provided which has a sync pulse in sync with the above color wheel. With the help of the sync signal, the color change and the commutation of the lamp current are synchronized.
  • the lamp current does not always have a rectangular shape, but the current level can run in several stages. This current progression over time will be described below also referred to as "wave form.” An explanation of the term can be found below.
  • Electrodes tips In the operation of discharge lamps, there is the phenomenon of the growth of electrode tips, which, as explained above, represent an essential prerequisite for a stable arc approach. Material that evaporates from the electrodes at a location, is deposited again at preferred locations on the Elect ⁇ rode and can thereby contribute to the formation of electrode tips. Furthermore, lie by the repeated melting and freezing of the tungsten at the electrode tip of tungsten material ⁇ later the areas of the electrode into the tip of the electrode is being transported. These transport phenomena depend strongly on the temperature of the electrode, as well as the temporal changes of this temperature and thus the operating mode of the lamp.
  • the growth of the electrode tips can be caused, referred to below as the commutation pulses, for example, by so-called "Maintenancepulse". These are short current pulses, usually just before the commutation tion, which have an increased amount of current.
  • Fig. 1 shows an example of such a commutation pulse in a very simple waveform.
  • the waveform is divided into a plateau and the commutation pulse.
  • the plateau is described by a plateau length and a plateau height, ie by a certain residence time of a current amount.
  • the commutation pulse is also described by a pulse length and a pulse height, ie by the duration of the Pul ⁇ ses at a certain amount of current.
  • the commutation pulse ensures a stronger melting of the electrode in the front region, which is then contracted by the surface tension of the tungsten and then cooled again after the commutation and the on ⁇ closing commutation. If this procedure is repeated with appropriate time intervals, a tip slowly forms.
  • the commutation It should always be before commutation for effective application.
  • FIG. 2a shows a further example of a waveform which, in addition to the commutation pulse, has a further current increase.
  • the period of successive full waves is always the same size.
  • Fig. 2b shows a third example of a waveform of an advanced operating method in which the period changes from full-wave to full-wave and also changes the current form from half-wave to half-wave.
  • the current waveform is more complex in such cases and shows current peaks and staircase waveforms that are synchronized with the sequence of individual color segments of the color wheel. With such complex currents, it is more difficult to operate the lamp optimally, and there are a few basic design rules to follow when generating a waveform.
  • the temperature of the electrode should always be within a certain range so that the electrode tip is just liquid.
  • the electrode tip has the optimal temperature for a stable bow approach. This is fundamentally unproblematic when operating the lamp at nominal power and can be carried out with the known operating methods.
  • the lamp is to be strongly dimmed, ie operated at a power significantly lower than the nominal power, then there is the problem that due to the reduced lamp power, the temperature of the electrodes decreases, and it comes to flicker of the discharge arc due to the low temperature of the electrodes. If the lamp is to be operated with higher power, so there is the problem that the electrodes can be too hot and an increased
  • Electrode burn-back occurs. Furthermore, the opposite ⁇ from normal operation to elevated temperatures can have a Entgla- solution of the burner vessel the result. Issue
  • the object is achieved according to the invention with a method for operating a high pressure discharge lamp outside its nominal power range, wherein at a lamp power less than 85% of the nominal power or at a lamp power greater than 110% of the nominal power one or more of the parameters
  • the operating method of the invention allows high ⁇ pressure discharge lamps, particularly for edictionsan architectureen Pro to operate in an expanded power range.
  • the typically achievable from the prior art power range for Pro edictionslampen is between 70% -85% and 110% -115% of the nominal power of the lamp, for which the electrodes were dimensioned.
  • the operation according to the invention makes it possible to operate high-pressure discharge lamps, in particular for projection applications, in the power range, preferably between 20% and 130% of the nominal power.
  • a so-called 'eco-mode' is known in the art in which the lamp is operated in a slightly dimmed manner to conserve power and to ensure quieter operation of the projector and prolong the life of the lamp, if not the full light output is needed.
  • the lamp could never be dimmed below 70% to 85%, since flickering of the lamp can not be ruled out with the known methods.
  • a truly power-saving operating mode is possible because the lamp can be dimmed down to 20% of its nominal power.
  • the cooling demand continues to drop and thus also allows a further reduction of the disturbing noise level.
  • the electrodes are thermally overloaded. Accordingly, the Energymodu ⁇ lation must be reduced. This can be achieved by the following individual measures, which can optionally also be combined with one another: lowering the lamp frequency, lowering the pulse height, lowering the pulse width, as well as a suitable adaptation of the commutation scheme. If the power changes to less than 85% of the rated power, the electrodes will be too cold and tend to flicker.
  • the performance depends on the lamp type, some lamp types can be dimmed with the known methods up to 70% of the nominal power and the inventive method is necessary only below 70% of the nominal power. Accordingly, the energy modulation must be increased. This can be achieved by the following individual measures, which can also be combined if necessary: increasing the lamp frequency, increasing the pulse height, increasing the pulse width, as well as a suitable adjustment of the commutation scheme.
  • Fig. 3b shows a waveform for the dimmed operation of
  • Fig. 4 is a flowchart of the inventive method for operating a high pressure discharge lamp outside its nominal power range
  • Fig. 6 shows the dependence of the light frequency of the lamp power based in each case on the Lampenfre acid sequence or nal réelle the lamp power in nominal.
  • Fig.l shows a simple waveform having a commutation pulse according to the prior art, such as reflectors, for example, for LCD-Pro (LCD stands for Liquid Crystal Display) is used.
  • LCD-Pro LCD stands for Liquid Crystal Display
  • the waveform is divided into full waves and half waves, where the (average) length of a solid wave as l / (f L ) and the (average) length of a half wave as l / (2 * f L ) defi ⁇ ned, where f L the (middle) frequency at which the lamp is operated, also referred to below as lamp frequency.
  • Simple symmetrical waveforms are characterized by a single constant lamp frequency. The same applies to the length of the half or full waves.
  • Complex waveforms consist of half and full waves of different lengths, so that only a median ⁇ length and thus an average frequency can be given for this.
  • the waveform has an input already described commutation pulse, which is defined in more detail here by means of a pulse length and a pulse height.
  • the remaining Halbwel ⁇ le, which is not attributable to the commutation pulse is defined as a plateau, with analog definition of Plateau ⁇ length and plateau height.
  • the pulse-plateau ratio is defined as the quotient of the pulse height to the plateau height.
  • a duty cycle is defined as the quotient of the pulse length to the length of a half-wave.
  • the duty cycle thus refers here to a half-wave and not to a solid shaft.
  • duty cycle pulse length * 2 * fL.
  • Fig. 2a shows a more complex waveform such as reflectors m so-called DLP ⁇ -Pro (DLP stands for Digital Light Processing) are used.
  • DLP Digital Light Processing
  • the current is modulated often also in the plateau of the half-wave, wherein the modu lation ⁇ is closely matched to the color wheel in the projector.
  • the current curve therefore looks more complicated than in FIG. 1, but the above-mentioned definitions continue to apply in principle.
  • the pulse-to-plateau ratio is generally not used to describe the relative pulse level, but rather the ratio of pulse current to RMS current.
  • I RMS P L / U L is the thermal power or RMS power, which is in control of the power P L by the operating device is ⁇ is, when the lamp has a voltage U L.
  • FIG. 2b shows a further complex current profile with several different current levels in the plateau region.
  • the plateau area and the commutation pulse are already flowing into each other, so that a definition in some half-waves is not quite easy.
  • the commutation should preferably be shortly after one
  • FIGS. 3a and 3b An example of an optimization of the waveform with regard to the commutation scheme for a dimmed operation of the high-pressure discharge lamp is shown in FIGS. 3a and 3b.
  • Fig. 3a which shows a waveform for the nominal operation of the high pressure discharge lamp
  • the waveform has a current overshoot 110 in the plateau and a commutation pulse 111 just before the commutation.
  • the commutation pulse 111 is too small, it should fulfill the criteria according to the above table. But it can not be increased arbitrarily, without changing the color rendering of the lamp in an undesirable manner. Therefore, as shown in Fig.
  • the commutation is shifted: the Stromüberhö ⁇ Hung 110 in the waveform of Fig. 3a is thus t istspuls 110 in Fig. 3b, and the previous commutation pulse 111 in Fig. 3a then only a current overshoot 111 in Fig. 3b, after which is not commutated.
  • the electrodes are heated in a suitable manner before the commutation so that the commutation itself becomes un ⁇ problematic. Exactly the same can be done with over-performance.
  • Fig. 4 shows a flow chart of the inventive method for operating a high-pressure discharge lamp except half of its nominal power range.
  • the lamp power is set to a corresponding range less than 85% or greater than 110% of the nominal lamp power.
  • step 20 it is checked if the lamp is prone to flicker or shows too strong electrical breakdown fire.
  • This can be an operating device implementing the method according to the invention, e.g. Judge by changing the lamp voltage. If the lamp voltage does not show any abnormalities, the normal nominal operation waveform is further maintained in step 60
  • the optimization parameter n is changed stepwise in step 30 on the basis of the standard waveform and a second time in step 40 it is checked whether the lamp tends to flicker or the electrodes to burn back. If this is the case, it is checked in step 50 whether the parameter is already outside the range according to the above table. If this is not the case, then jump back to step 30 and continue to change the parameters there. If this is the case, then this parameter is not changed further.
  • the parameter counter n is incremented by one and it is jumped to step 30, in which then the next parameter is changed step by step. In step 40, no abnormalities measured, the lamp 70 in step with this Para ⁇ parameter set is operated.
  • the white light from the lamp is split by dichroic mirrors into the three primary colors red, green and blue. Then, the light is passed through the LCD panels, which determine for each individual image pixel whether the light can pass or be absorbed. Finally, the light is reflected on a prism composed.
  • the white light of the lamps is successively separated by a color wheel into the individual primary colors red, green and blue. Subsequently, driven of each individual pixel on movable mirror from the DMD (Di gital ⁇ Mirror Device).
  • DMD Di gital ⁇ Mirror Device
  • a first limitation is that the lamp should go with the color wheel ⁇ synchronously. Therefore, changes in the frequency are only possible to a limited extent, eg multiple or integer fractions of the color wheel frequency, commutations only in the Spoke (at the boundary) between the color segments.
  • the second limitation is the sequential processing of the light.
  • a current pulse in a waveform according to the invention is moved in the red color wheel segment in order to raise the red component in the light, then this must be calculated accordingly in the color balance control. This is often Getae ⁇ saturated when the scope of the control software for the DMD chip. If now this pulse is increased in the red or widened, the color matching is no longer correct and the picture gets a reddish. Therefore, such a change in the operating scheme only makes sense if gleichzei ⁇ tig would take place with the change of the pulse, a change of color matching in DMD.
  • FIG. 5 shows the operation of a high-pressure discharge lamp with 330 W nominal power at 200 W, corresponding to 60.6% of the nominal power of the high-pressure discharge lamp.
  • the 330W high ⁇ pressure discharge lamp is continuously operated at 200W
  • mode 1 indicated in Fig. 4 by reference numeral 510, the high pressure discharge lamp is operated with the same scheme as nominal power, but with 200W instead of 330W.
  • the slightly melted at nominal power tip solidifies and therefore can release only limited electrons.
  • the voltage is about 30V higher than the mode 2, denoted by reference numeral 511, in which frequency and pulse height have been adjusted by the method described above.
  • mode 1 in addition to a total of about 30V higher voltage, a clearly visible fluctuation of the burning voltage can be seen. This clearly visible fluctuation of the internal voltage indicates visually in flickering of the high pressure discharge lamp in response to the solidified Elect ⁇ clear peak.
  • a Flickerdetetation can thus be done with strong dimming less than 85% of the nominal power on the burning voltage of the lamp.
  • a direct observation of the bow approach by means of a suitable Pro etechnischsoptik be useful.
  • Such an operation can also be used to a high-pressure discharge lamp high nominal power operated permanently ⁇ way with a significantly lower power to increase their service life. This is usually not possible because the electrodes then become too cold and the lamp can go out or flicker during commutation. With the inventive method, this can be accomplished because the electrodes are heated up accordingly before a commutation, and the average Leis ⁇ processing can still be lowered. However, flicker detection is necessary to ensure stable operation. But this can take the form of an electric
  • Circuit in particular in the form of additional software for a digitally operated circuit arrangement, so that No or only little additional costs for the circuit ⁇ arrangement arise.
  • Fig. 6 shows the dependence of the lamp frequency of the lamp power relative to the respective lamp frequency or the lamp power in the nominal mode. This dependence is meaningful in a range between an upper limit curve 610 and a lower limit curve 611. The area within these two curves can therefore be used to optimize the lamp frequency.
  • An exemplary dimensioning for the Lampenfre acid sequence f L as a function of the lamp power P L is input for example the following already mentioned relationship:
  • Operating mode 2 with according to the invention adapted operating parameters lamp frequency and lamp pulse height

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe ausserhalb ihres nominalen Leistungsbereiches, wobei bei einer Lampenleistung kleiner 85% der Nominalleistung oder bei einer Lampenleistung grösser 110% der Nominalleistung einer oder mehrere der Parameter - Lampenfrequenz, - Lampenstrom in einem Kommutierungspuls, - Länge des Kommutierungspulses, beziehungsweise - das Kommutierschema gegenüber dem Betrieb bei nominaler Leistung verändert werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Hochdruckentladungslampen, insbesondere von Hoch- und
Höchstdruck-Entladungslampen, wie sie in Geräten zur Projektion von Bildern verwendet werden, außerhalb ihres nomi- nalen Leistungsbereiches. Der Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit dem Problem von Flickererscheinungen, die durch den Betrieb dieser Entladungslampen außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches verursacht werden.
Hintergrund Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Beim Betrieb von Entladungslampen, die im Folgenden auch kurz Lampen genannt werden, gibt es das Problem des stabi- len Bogenansatzes des Entladungsbogens auf den Elektroden¬ spitzen. Unter gewissen Betriebsbedingungen springt der Entladungsbogen von einem Bogenansatzpunkt zu einem anderen. Dieses Springen des Entladungspunktes wird auch als Bogenspringen bezeichnet und äußert sich in einem Flackern der Lampe. Dies stört besonders, wenn das Licht der Lampe zur Projektion von Bildern benutzt wird.
Projektionsgeräte wie Videoprojektoren verwenden aufgrund der Vorraussetzungen für die optische Abbildung oft sogenannte Ultrakurzbogenlampen. Dies sind Hochdruckentladungs- lampen, die einen sehr kurzen Elektrodenabstand aufweisen, um eine gute optische Abbildung des Videoprojektors gewähr¬ leisten zu können. Aufgrund der hohen Leistung dieser Lampen und des kurzen Elektrodenabstandes werden die Elektro¬ den sehr heiß. Daher können bei diesen Lampentypen keine einfachen Stift-Elektroden verwendet werden. Stattdessen kommen Elektroden mit einem sehr breiten Elektrodenkopf zum Einsatz, um deren thermische Masse zu erhöhen. Typischerweise ist der Kopfdurchmesser dabei größer als der Elektro- denabstand (z.B. Kopfdurchmesser von 1.5mm bei einer Lampe mit einem Elektrodenabstand von 1.0mm) .
Als Elektrodenende wird im Folgenden das innere, in den Entladungsraum des Gasentladungslampenbrenners stehende Ende der Lampenelektrode bezeichnet. Als Elektrodenspitze wird eine auf dem Elektrodenende sitzende Nadel- oder Hö- ckerförmige Erhebung bezeichnet, deren Ende als Ansatzpunkt für den Lichtbogen dient.
Aus der EP 1 152 645 ist ein Verfahren bekannt, das mittels Strompulsen, im Folgenden auch Maintenancepulse genannt, Elektrodenspitzen auf der Elektrode aufwachsen lässt. Diese aufgewachsenen Elektrodenspitzen haben zunächst den Vorteil, dass der Plasma-Bogen der in der Lampe erzeugten Bogenentladung einen stabilen Ansatzpunkt auf der Elektrode findet und nicht zwischen mehreren Ansatzpunkten springt. Entscheidend ist dabei die Fähigkeit der Elektrode, einen ausreichend hohen Strom liefern zu können, was entscheidend von deren Temperatur abhängt. Ist diese zu niedrig, ist die Spitze der Elektrode nicht flüssig, und der Bogenansatz ist auf einer nicht zumindest teilweise flüssigen Elektroden- spitze unbefriedigend. Eine zu kalte Spitze führt zu einem Erstarren des flüssigen Wolframs, daraufhin kontrahiert der Bogen, dass heißt es kommt zu einem punktförmigen Bogenansatz, weil hierdurch die Energiedichte erhöht wird. Dieser punktförmige Bogenansatz ist aber instabil und wandert gerne über die Elektrodenspitze, was in der Applikation als Flickern wahrgenommen werden kann. Außerdem führt ein wandernder Bogenansatz aufgrund der hohen Energiedichte zu ungewünschten Veränderungen im vorderen Bereich des Elektrodenkopfes .
Videopro ektoren benötigen häufig eine Lichtquelle die eine zeitliche Abfolge unterschiedlicher Farben aufweist. Wie in der Schrift US 5, 917, 558 (Stanton) beschrieben ist, kann dies zum Beispiel durch ein rotierendes Farbrad erreicht werden, das aus dem Licht der Lampe wechselnde Farben fil¬ tert. Die Zeitdauern während derer das Licht eine bestimmte Farbe annimmt, brauchen nicht zwangläufig gleich zu sein. Vielmehr kann über das Verhältnis dieser Zeitdauern zueinander eine gewünschte Farbtemperatur eingestellt werden, die sich für das projizierte Licht ergibt.
Üblicherweise wird die Lampe mit einem rechteckförmigen Lampenstrom betrieben. Als die Lampenfrequenz wird der Kehrwert der Periodendauer des rechteckförmigen Lampenstroms, wie in Fig. 1 dargestellt, verstanden. Als die Lampenfrequenz bei Nominalleistung wird der Kehrwert der Periodendauer des rechteckförmigen Lampenstroms im Betrieb der Lampe mit Nominalleistung verstanden. Die Nominalleistung ist die vom Lanpenhersteller spezifizierte Leistung, mit der die Lampe betrieben werden sollte. Bei Nominalleis¬ tung wird die Hochdruckentladungslampe üblicherweise mit einer vorbestimmten Frequenz betrieben. Der Lampenstrom wird im Stand der Technik aus einer Gleichstromquelle mit
Hilfe einer Kommutierungseinrichtung erzeugt. Die Kommutierungseinrichtung besteht üblicherweise aus elektronischen Schaltern, die die Polarität der Gleichstromquelle im Takt des rechteckförmigen Lampenstroms kommutieren. Bei der Kommutierung sind Überschwinger in der Praxis nicht vollständig zu vermeiden. Deshalb wird im Stand der Technik der Zeitpunkt, zu dem eine Kommutierung stattfinden soll mit dem Zeitpunkt zu dem die Farbe des Lichts wechselt zusam¬ mengelegt, um die Überschwinger auszublenden. Dazu wird ein Sync-Signal bereitgestellt, das synchron zum o. g. Farbrad einen Sync-Impuls aufweist. Mit Hilfe des Sync-Signals werden der Farbwechsel und die Kommutierung des Lampenstroms synchronisiert. Bei fortgeschrittenen Projektions¬ systemen muss der Lampenstrom nicht immer eine Rechteckform zeigen, sondern die Stromhöhe kann in mehreren Stufen verlaufen. Dieser Stromverlauf über der Zeit wird im Folgenden auch als „Wellenf orm" bezeichnet. Eine Erläuterung des Begriffes findet sich weiter unten.
Beim Betrieb von Entladungslampen gibt es das Phänomen des Wachstums von Elektrodenspitzen, die wie oben erläutert eine wesentliche Voraussetzung für einen stabilen Bogenan- satz darstellen. Material, das von den Elektroden an einer Stelle abdampft, wird an bevorzugten Stellen auf der Elekt¬ rode wieder abgeschieden und kann dabei zur Ausbildung von Elektrodenspitzen beitragen. Weiterhin wird durch das wiederholte Aufschmelzen und Erstarren des Wolframs an der Elektrodenspitze Wolframmaterial von weiter hinten liegen¬ den Bereichen der Elektrode in die Spitze der Elektrode transportiert. Diese Transportphänomene hängen stark von der Temperatur der Elektrode, sowie den zeitlichen Änderungen dieser Temperatur und damit dem Betriebsmodus der Lampe ab. Das Wachstum der Elektrodenspitzen kann z.B. durch sogenannte „Maintenancepulse" verursacht werden, die im Folgenden auch als Kommutierungspulse bezeichnet werden. Dies sind kurze Strompulse, meist kurz vor der Kommutie¬ rung, die einen erhöhten Strombetrag aufweisen.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines solchen Kommutierungspulses in einer sehr einfachen Wellenform. Die Wellenform ist eingeteilt in ein Plateau und den Kommutierungspuls. Das Plateau ist durch eine Plateaulänge und eine Plateauhöhe, d.h. durch eine bestimmte Verweilzeit eines Strombetrages beschrieben. Der Kommutierungspuls ist ebenfalls durch eine Pulslänge und eine Pulshöhe, d.h. durch die Dauer des Pul¬ ses bei einem bestimmten Strombetrag beschrieben. Der Kommutierungspuls sorgt für ein stärkeres Aufschmelzen der Elektrode im vorderen Bereich, der dann durch die Oberflächenspannung des Wolframs zusammengezogen wird und anschließend nach dem Kommutierungspuls und der sich an¬ schließenden Kommutierung wieder erkaltet. Wird dieses Verfahren mit entsprechenden Zeitabständen wiederholt, bildet sich langsam eine Spitze heraus. Der Kommutie- rungspuls sollte dabei für eine effektive Anwendung immer vor der Kommutierung liegen.
Die Fig. 2a zeigt ein weiteres Beispiel einer Wellenform, die neben dem Kommutierungspuls eine weitere Stromüberhö- hung aufweist. Die Periodendauer der aufeinanderfolgenden Vollwellen ist dabei immer gleich groß. Fig. 2b zeigt ein drittes Beispiel einer Wellenform eines fortgeschrittenen Betriebsverfahrens, bei dem sich die Periodendauer von Vollwelle zu Vollwelle ändert und auch die Stromform von Halbwelle zu Halbwelle ändert. Der Stromverlauf ist in solchen Fällen komplexer und zeigt Stromüberhöhungen und treppenförmige Verläufe, die mit der Abfolge der einzelnen Farbsegmente des Farbrades synchronisiert sind. Bei solchen komplexen Stromformen ist es schwieriger, die Lampe optimal zu betreiben, dazu müssen einige grundlegende Designregeln beim Generieren einer Wellenform beachtet werden.
Für einen stabilen und flickerfreien Betrieb sollte die Temperatur der Elektrode immer in einem bestimmten Bereich liegen, so dass die Elektrodenspitze gerade eben flüssig ist. Damit hat die Elektrodenspitze die optimale Temparatur für einen stabilen Bogenansatz. Dies ist bei Betrieb der Lampe bei Nominalleistung grundsätzlich unproblematisch und mit den bekannten Betriebsverfahren durchführbar. Soll die Lampe jedoch stark gedimmt werden, also bei einer Leistung deutlich kleiner der Nominalleistung betrieben werden, so ergibt sich das Problem, dass aufgrund der reduzierten Lampenleistung die Temperatur der Elektroden sinkt, und es aufgrund der geringen Temperatur der Elektroden zu Flackern des Entladungsbogens kommt. Soll die Lampe mit höherer Leistung betrieben werden, so ergibt sich das Problem, dass die Elektroden zu heiß werden können und ein erhöhter
Elektrodenrückbrand auftritt. Weiterhin können die gegen¬ über dem Normalbetrieb erhöhten Temperaturen eine Entgla- sung des Brennergefäßes zur Folge haben. Au gabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches anzugeben, mittels dem die Lampe sicher betrieben werden kann und keinen Schaden nimmt.
Darstellung der Erfindung
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches, wobei bei einer Lampenleistung kleiner 85% der Nominalleistung oder bei einer Lampenleistung größer 110% der Nominalleistung einer oder mehrere der Parameter
- Lampenfrequenz,
- Lampenstrom in einem Kommutierungspuls,
- Länge des Kommutierungspulses, beziehungsweise
- das Kommutierschema
gegenüber dem Betrieb bei nominaler Leistung verändert werden .
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren erlaubt es, Hoch¬ druckentladungslampen, insbesondere für Pro ektionsanwendungen, in einem ausgeweiteten Leistungsbereich zu betreiben. Der aus dem Stand der Technik bisher typischerweise erreichbare Leistungsbereich für Pro ektionslampen liegt zwischen 70%-85% und 110%-115% der Nominalleistung der Lampe, für den die Elektroden dimensioniert wurden.
Durch die erfindungsgemäße Betriebsweise wird es möglich, Hochdruckentladungslampen, insbesondere für Projektionsanwendungen, im Leistungsbereich vorzugsweise zwischen 20% und 130% der Nominalleistung zu betreiben.
Prinzipiell sind hier zwei Fälle zu unterscheiden: 1) Ausweitung des Leistungsbereiches zu höheren Leistungen oberhalb der Nominalleistung der Lampe: Dieser Bereich wird limitiert durch das schnelle Zurückbrennen der Elektroden sowie die schneller einsetzende Entglasung des Gasentla- dungslampenbrenners . Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ersteres Problem gelöst werden, das Entglasungsproblem besteht aber weiterhin. Dementsprechend wäre ein Betrieb im Leistungsbereich von 110% bis 130% nur für kurze Zeit zu erlauben, z.B. je nach Lampentyp maximal 50h, da mit erhöh- ter Kühlung die Entglasung in der Regel nicht dauerhaft unterbunden werden kann.
2) Ausweitung des Leistungsbereiches zu niedrigeren Leis¬ tungen unterhalb der Nominalleistung der Lampe: Dieser Bereich wird hauptsächlich durch zu kalt betriebene Elekt- roden und dadurch auftretende Flicker-Probleme limitiert. Diese Probleme können mit der erfindungsgemäßen Betriebsweise gelöst werden. Um eine optimale Wirkung dieser Be¬ triebsweise zu erzielen muss die Kühlung der Lampe an die Betriebsweise angepasst werden. In Videopro ektoren wird die Lampe durch einen Luftstrom gekühlt, die Kühlwirkung kann über den Luftdurchsatz respektive die Drehzahl des Lüfters eingestellt werden, was bei reduzierter Drehzahl des Lüfters im gedimmten Betrieb die Geräusche vermindert. Bei Videoprojektoren ist aus dem Stand der Technik ein sogenannter ,Eco-Modus' bekannt, bei dem die Lampe leicht gedimmt betrieben wird, um Strom zu sparen, und einen leiseren Betrieb des Projektors zu gewährleisten und die Lebensdauer der Lampe zu verlängern, wenn nicht die volle Lichtleistung benötigt wird. Mit den bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik konnte die Lampe aber nie unter 70% bis 85% gedimmt werden, da ein Flickern der Lampe mit den bekannten Verfahren nicht ausgeschlossen werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist aber ein wirklich stromsparender Betriebsmodus möglich, da die Lampe auf bis zu 20% ihrer Nominalleistung heruntergedimmt werden kann.
Außerdem sinkt der Kühlbedarf weiter und erlaubt damit auch eine weitere Reduktion des störenden Geräuschpegels. Für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren gibt es prinzi¬ pielle Abhängigkeiten: Will man die Leistung auf mehr als 110% der Nominalleistung ändern, werden die Elektroden thermisch überlastet. Dementsprechend muss die Energiemodu¬ lation reduziert werden. Dies lässt sich durch folgende Einzelmaßnahmen erreichen, die gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden können: Erniedrigen der Lampenfrequenz, Erniedrigen der Pulshöhe, Erniedrigen der Pulsbreite, sowie eine geeignete Anpassung des KommutierSchemas . Bei Änderung der Leistung auf unter 85% der Nominalleistung werden die Elektroden zu kalt und neigen zum Flickern. Die Leistung hängt vom Lampentyp ab, manche Lampentypen können auch mit den bekannten Methoden bis auf 70% der Nominalleistung gedimmt werden und das erfindungsgemäße Verfahren ist erst unter 70% der Nominalleistung notwendig. Dementsprechend muss die Energiemodulation erhöht werden. Dies lässt sich durch folgende Einzelmaßnahmen erreichen, die gegebenenfalls auch miteinander kombiniert werden können: Erhöhen der Lampenfrequenz, Erhöhen der Pulshöhe, Erhöhen der Pulsbreite, sowie eine geeignete Anpassung des Kommu- tierschemas .
Vorzugsweise gelten beispielsweise für die normierte Lam¬ penfrequenz fLN in Abhängigkeit von der normierten Lampenleistung PLN folgende Beziehungen:
1,48 - 0,91 PLN < fLN < 5,76 -
, wobei fL die aktuelle Lampenfrequenz und fnominal die Lampen¬ frequenz bei Nominalbetrieb ist. Analog ist PL die aktuelle Lampenleistung und Pn0minai die Leistung bei Nominalbetrieb. Nominalbetrieb bedeutet, dass die Hochdruckentladungslampe mit ihrer vom Lampenhersteller spezifizierten Leistung und innerhalb der vom Lampenhersteller spezifizierten Betriebsparameter betrieben wird. Mit dieser Maßnahme kann eine noch gleichmäßigere Elektrodentemperatur erreicht werden. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbe¬ reiches ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identi sehen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine einfache Wellenform mit einem Kommutie- rungspuls nach dem Stand der Technik,
Fig. 2a eine Wellenform mit einem Kommutierungspuls und einer weiteren Stromüberhöhung und einer vorbestimmten Frequenz,
Fig. 2b eine komplexere Wellenform mit wechselnden Fre- quenzabschnitten,
Fig. 3a eine Wellenform für den Nominalbetrieb der Hochdruckentladungslampe,
Fig. 3b eine Wellenform für den gedimmten Betrieb der
Hochdruckentladungslampe,
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches, Fig. 5 ein Beispiel eines Betriebes einer Hochdruckent¬ ladungslampe mit 330W Nominalleistung bei 200W (=60, 6% der Nominalleistung) und bei zwei verschiedenen Betriebsmodi,
Fig. 6 die Abhängigkeit der Lampenfrequenz von der Lampenleistung bezogen jeweils auf die Lampenfre¬ quenz beziehungsweise die Lampenleistung im Nomi- nalbetrieb. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig.l zeigt eine einfache Wellenform mit einem Kommutie¬ rungspuls nach dem Stand der Technik, wie sie zum Beispiel für LCD-Pro ektoren (LCD steht für Liquid Crystal Display) verwendet wird. Anhand dieser einfachen Wellenform werden im Folgenden einige Begriffe definiert, die für die Erläu- terung der Erfindung notwendig sind.
Die Wellenform ist in Vollwellen und Halbwellen unterteilt, wobei sich die (mittlere) Länge einer Vollwelle als l/(fL) und die (mittlere) Länge einer Halbwelle als l/(2*fL) defi¬ niert, wobei fL die (mittlere) Frequenz ist, mit der die Lampe betrieben wird, im Folgenden auch Lampenfrequenz genannt. Einfache symmetrische Wellenformen zeichnen sich durch eine einzige konstante Lampenfrequenz aus. Gleiches gilt für die Länge der Halb- beziehungsweise Vollwellen. Komplexen Wellenformen bestehen aus Halb- und Vollwellen unterschiedlicher Länge, so dass für diese nur eine mittle¬ re Länge und damit eine mittlere Frequenz angegeben werden kann .
Die Wellenform weist einen Eingangs schon beschriebenen Kommutierungspuls auf, der hier mittels einer Pulslänge und einer Pulshöhe näher definiert ist. Die restliche Halbwel¬ le, die nicht dem Kommutierungspuls zuzurechnen ist, wird als Plateau definiert, mit analoger Definition der Plateau¬ länge und Plateauhöhe.
Das Puls-Plateau-Verhältnis ist definiert als Quotient der Puls-Höhe zur Plateau-Höhe.
Ein Duty Cycle ist definiert als Quotient der Puls-Länge zur Länge einer Halbwelle. Der Duty Cycle bezieht sich hier somit auf eine Halbwelle und nicht auf eine Vollwelle.
Damit gilt dann: Duty-Cycle = Puls-Länge* 2* fL . Fig. 2a zeigt eine komplexere Wellenform, wie sie m soge¬ nannten DLP-Pro ektoren (DLP steht für Digital Light Processing) zur Anwendung kommen. Hier wird oftmals auch im Plateau der Halbwelle der Strom moduliert, wobei die Modu¬ lation eng auf das Farbrad im Projektor abgestimmt ist. Die Stromkurve sieht dementsprechend komplizierter aus als in der Fig. 1, die oben genannten Definitionen gelten prinzipiell aber weiterhin. Wegen der Strommodulation im Plateau wird zur Beschreibung des relativen Pulsniveaus im Allgemeinen nicht das Puls-Plateau-Verhältnis herangezogen, sondern das Verhältnis von Puls-Strom zu RMS-Strom.
IRMS = PL/UL ist der thermische Strom oder RMS-Strom, der bei Regelung auf die Leistung PL vom Betriebsgerät einge¬ stellt wird, wenn die Lampe eine Spannung UL aufweist.
Fig. 2b zeigt einen weiteren komplexen Stromverlauf mit mehreren verschiedenen Stromhöhen im Plateaubereich. Hier gehen der Plateaubereich und der Kommutierungspuls schon fließend ineinander über, so dass eine Definition in manchen Halbwellen nicht ganz leicht fällt.
In der folgenden Tabelle sind die zu optimierenden Betriebsparameter mit ihren wirksamen Minimal- und Maximalwerten angegeben, als Vielfaches des Wertes bei Nominal¬ leistung: z.B. ergäbe eine Frequenz von 60Hz bei Nominalleistung für den Fall „Dimmen auf Leistung P<85% der Nominalleistung" eine Anpassung der Frequenz innerhalb der Grenzen 1 , 3* 60Hz=78Hz und 5* 60Hz=300Hz . In der letzten Zeile ist weiterhin angegeben, wie man eine geeignete Anpassung des KommutierSchemas erreichen kann.
kleinen Pulsen auf Pulsen auf kleine Pulse große Pulse ver¬ verschieben oder sogar schieben auf Bereiche der Strom- kurve ohne Puls
Je kleiner also die Lampenleistung ist, desto größer sollte die Lampenfrequenz und gegebenenfalls die Pulshöhe bezie¬ hungsweise die Pulsbreite des Kommutierungspulses sein. Die Kommutierung sollte vorzugsweise kurz nach einem solchen
Kommutierungspuls sein, da zu diesem Zeitpunkt die Elektro¬ de heiß genug ist, um eine saubere und flickerfreie Kommu¬ tierung gewährleisten zu können. Je größer dagegen die Lampenleistung ist, umso kleiner sollte die Lampenfrequenz und gegebenenfalls die Pulshöhe beziehungsweise die Puls¬ breite des Kommutierungspulses sein. Die Kommutierung soll¬ te in Bereichen der Stromkurve geschehen, in denen nur kleine, gegebenenfalls sogar gar keine Pulse an die Hoch¬ druckentladungslampe angelegt werden, damit die Elektroden bei der Kommutierung nicht zu heiß sind.
Ein Beispiel für eine Optimierung der Wellenform im Hinblick auf das Kommutierschema für einen gedimmten Betrieb der Hochdruckentladungslampe zeigen die Figuren 3a und 3b. In Fig. 3a, die eine Wellenform für den Nominalbetrieb der Hochdruckentladungslampe zeigt, weist die Wellenform eine Stromüberhöhung 110 im Plateau und einen Kommutierungspuls 111 kurz vor der Kommutierung auf. Für einen gedimmten Betrieb unter 85% der Nominalleistung ist der Kommutierungspuls 111 zu klein, er sollte die Kriterien gemäß obi- ger Tabelle erfüllen. Er kann aber auch nicht beliebig vergrößert werden, ohne die Farbwiedergabe der Lampe in ungewünschter Weise zu verändern. Daher wird, wie in Fig. 3b gezeigt, die Kommutierung verschoben: die Stromüberhö¬ hung 110 in der Wellenform der Fig. 3a wird also zum Kommu- tierungspuls 110 in Fig. 3b, und der bisherige Kommutier- puls 111 in Fig. 3a ist dann lediglich eine Stromüberhöhung 111 in Fig. 3b, nach welcher nicht kommutiert wird. Damit bleiben die wesentlichen Parameter für die Lampe gleich, aber die Elektroden werden vor der Kommutierung in geeigne ter Weise aufgeheizt so dass die Kommutierung selbst un¬ problematisch wird. Genau so kann auch bei Überleistung verfahren werden. Hier wird die Kommutierung von Bereichen hohen Stroms auf Bereiche mit niedrigerem Lampenstrom verschoben, um ein zu starkes Aufschmelzen der Elektrodenspit zen und gegebenenfalls auch eine Schwärzung des Lampenkol¬ bens durch den Materialabtrag auf der Elektrode aufgrund des hohen Stromes zu vermeiden.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außer halb ihres nominalen Leistungsbereiches. Am Startpunkt wir im Schritt 10 die Lampenleistung auf einen entsprechenden Bereich kleiner 85% oder größer 110% der nominalen Lampenleistung eingestellt. Dann wird im Schritt 20 geprüft, ob die Lampe zum Flickern neigt oder einen zu starken Elektro denrückbrand zeigt. Dies kann ein das erfindungsgemäße Verfahren ausführendes Betriebsgerät z.B. anhand der Verän derung der Lampenspannung beurteilen. Zeigt die Lampenspan nung keine Auffälligkeiten, so wird die normale Wellenform für den nominalen Betrieb im Schritt 60 weiter beibehalten
Zeigen sich Auffälligkeiten so werden, ausgehend von der Standardwellenform der Optimierungsparameter n im Schritt 30 schrittweise abgeändert und ein zweites mal im Schritt 40 geprüft, ob die Lampe zum Flickern oder die Elektroden zum Zurückbrennen neigen. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 50 geprüft, ob der Parameter schon außerhalb des Bereiches gemäß obiger Tabelle ist. Ist dies nicht der Fall, so wird zurück zu Schritt 30 gesprungen und die Para meter dort weiter verändert. Ist dies der Fall, so wird dieser Parameter nicht weiter verändert. Der Parameterzähler n wird um eins hochgezählt und es wird zu Schritt 30 gesprungen, in dem dann der nächste Parameter schrittweise verändert wird. Werden im Schritt 40 keine Anomalitäten gemessen, so wird die Lampe im Schritt 70 mit diesem Para¬ metersatz betrieben.
Die der Reihe nach abzuarbeitenden Optimierungsparameter sind in folgender Tabelle angegeben:
Dabei wird zwischen den verschiedenen Technologien LCD und DLP bei Videopro ektoren unterschieden.
Bei LCD-Videopro ektoren wird das weiße Licht der Lampe durch dichroitische Spiegel in die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zerlegt. Anschließend wird das Licht durch die LCD Panels geleitet, die für jeden einzelnen Bildpixel festlegen, ob das Licht passieren kann oder absorbiert wird. Schließlich wird das Licht über ein Prisma wieder zusammengesetzt. Der Vorteil dieser Technologie ist, dass alle relevanten Betriebsparameter in weiten Bereichen einstellbar sind, da jede Änderung gleichzeitig alle drei Farben betrifft. Somit bleibt die Balance zwischen den Farben erhalten.
Bei DLP-Videopro ektoren wird das weiße Licht der Lampen durch ein Farbrad nacheinander in die einzelnen Grundfarben Rot, Grün und Blau zerlegt. Anschließend wird vom DMD (Di¬ gital Mirror Device) über bewegliche Spiegel jeder einzelne Pixel angesteuert. Bei diesem System gibt es deutlich mehr Einschränkungen für das erfindungsgemäße Betriebsverfahren: Eine erste Einschränkung ist, dass die Lampe mit dem Farb¬ rad synchron laufen muss. Deshalb sind Änderungen der Frequenz nur eingeschränkt möglich z.B. vielfache oder ganz- zahlige Bruchteile der Farbradfrequenz, Kommutierungen nur im Spoke (an der Grenze) zwischen den Farbsegmenten. Die zweite Einschränkung ist die sequentielle Verarbeitung des Lichts. Wird z.B. im roten Farbradsegment ein Strompuls in einer erfindungsgemäßen Wellenform gefahren, um den Rotan- teil im Licht anzuheben dann muss das in der Steuerung der Farbbalance entsprechend eingerechnet werden. Dies wird oftmals im Rahmen der Steuersoftware für den DMD-Chip getä¬ tigt. Wenn jetzt dieser Puls im roten erhöht wird oder verbreitert wird, so stimmt die Farbabstimmung nicht mehr und das Bild bekommt einen Rotstich. Deshalb ist solch eine Änderung des Betriebsschemas nur sinnvoll, wenn gleichzei¬ tig mit der Änderung des Pulses auch eine Änderung der Farbabstimmung im DMD stattfände.
Technisch fortgeschrittene DLP-Systeme besitzen drei DMD Bausteine, für jede Grundfarbe einen. 3-Chip Geräte funkti¬ onieren damit ähnlich wie LCD-Geräte, im Sinne, dass alle drei Grundfarben parallel verarbeitet werden.
Fig. 5 zeigt den Betrieb einer Hochdruckentladungslampe mit 330W Nominalleistung bei 200W, entsprechend 60, 6% der Nomi- nalleistung der Hochdruckentladungslampe. Die 330W Hoch¬ druckentladungslampe wird kontinuierlich bei 200W betrie- ben, allerdings im Wechsel zwischen zwei verschiedenen Betriebsmodi: In Modus 1, in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 510 versehen, wird die Hochdruckentladungslampe mit dem gleichen Schema betrieben wie bei Nominalleistung, nur jedoch mit 200W anstatt mit 330W. Hier erstarrt die bei Nominalleistung leicht aufgeschmolzene Spitze und kann deshalb nur noch eingeschränkt Elektronen freisetzten.
Dementsprechend ist die Spannung um ca. 30V höher gegenüber dem Modus 2, mit den Bezugszeichen 511, bei dem Frequenz und Pulshöhe mit dem oben beschriebenen Verfahren angepasst wurden. Im Modus 1 ist neben einer insgesamt, um ca. 30V höheren Spannung auch ein deutlich sichtbares Schwanken der Brennspannung zu sehen. Dieses deutlich sichtbare Schwanken der Brennspannung zeigt sich optisch in Flickern der Hochdruckentladungslampe als Reaktion auf die erstarrte Elekt¬ rodenspitze .
Eine Flickerdetektion kann also bei starkem Dimmen kleiner 85% der Nominalleistung über die Brennspannung der Lampe erfolgen. Zusätzlich kann eine direkte Beobachtung des Bogenansatzes mittels einer geeigneten Pro ektionsoptik sinnvoll sein.
Solch eine Betriebsweise kann auch dazu benutzt werden, um eine Hochdruckentladungslampe hoher Nominalleistung dauer¬ haft mit einer deutlich niedrigeren Leistung betrieben, um deren Lebensdauer zu erhöhen. Dies ist normalerweise nicht möglich, da die Elektroden dann zu kalt werden und die Lampe bei der Kommutierung erlöschen bzw. flickern kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dies bewerkstelligt werden, da die Elektroden vor einer Kommutierung entsprechend aufgeheizt werden können, und die mittlere Leis¬ tung trotzdem abgesenkt werden kann. Um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten ist jedoch eine Flickerdetektion notwendig. Diese kann aber in Form einer elektrischen
Schaltung, insbesondere in Form zusätzlicher Software für eine digital betriebene Schaltungsanordnung sein, so dass keine oder nur wenig zusätzliche Kosten für die Schaltungs¬ anordnung entstehen.
Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der Lampenfrequenz von der Lampenleistung bezogen jeweils auf die Lampenfrequenz beziehungsweise die Lampenleistung im Nominalbetrieb. Diese Abhängigkeit ist in einem Bereich zwischen einer Kurve 610 für die obere Grenze und einer Kurve 611 für die untere Grenze sinnvoll. Der Bereich innerhalb dieser zwei Kurven kann also zur Optimierung der Lampenfrequenz genutzt werden. Eine beispielhafte Dimensionierung für die Lampenfre¬ quenz fL in Abhängigkeit von der Lampenleistung PL ist z.B. folgende Eingangs schon erwähnte Beziehung:
1,48-0,91 PLN < fLN < 5,76 -3,82 PLN ; wobei fLN die normierte Lampen¬ frequenz und PLN die normierte Leistung sind. Es ist aber auch jede andere Beziehung, die innerhalb der Kurve 611 für die untere Grenze und der Kurve 610 für die obere Grenze liegt, denkbar.
Bezugszeichenliste
Stromüberhöhung/Kommutierungspuls
Betriebsmodus 1 mit herkömmlichen Werten für die Betriebsparameter Lampenfrequenz und Lam penpulshöhe
Betriebsmodus 2 mit erfindungsgemäß angepass ten Betriebsparametern Lampenfrequenz und Lampenpulshöhe
Kurve für die obere Frequenz-Grenze
Kurve für die untere Frequenz-Grenze

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe außerhalb ihres nominalen Leistungsbereiches, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) kleiner 85% der Nominalleistung (Pn0minai) oder bei ei¬ ner Lampenleistung größer 110% der Nominalleistung (Pnominai) einer oder mehrere der Parameter
- Lampenfrequenz,
- Lampenstrom in einem Kommutierungspuls,
- Länge des Kommutierungspulses, beziehungsweise
- das Kommutierschema
gegenüber dem Betrieb bei nominaler Leistung verändert werden .
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) kleiner 85% der Nominalleistung (Pnominai) die Hochdrucken11adungs1ampe mit einer Lampenfrequenz (fL) die dem 1,3 fachen bis dem 5 fachen der Lampenfrequenz (fnominal) bei Nominal¬ leistung entspricht, betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) zwischen 20% und 60% der Nominalleistung (Pnominai) die Hochdruckentla¬ dungslampe mit einer Lampenfrequenz (fL) die dem 1,3 fachen bis dem 3,5 fachen der Lampenfrequenz (fnominal) bei Nominalleistung entspricht, betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) kleiner 85% der Nominalleistung (Pnominai) die Hochdruckentladungs¬ lampe mit einer Kommutierungspulshöhe die dem 1,2 fa¬ chen bis dem 3 fachen der Kommutierungspulshöhe bei Nominalleistung (Pnominai) entspricht, betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) zwischen 20% und 60% der Nominalleistung (Pnominai) die Hochdruckent- ladungslampe mit einer Kommutierungspulshöhe die dem 1,2 fachen bis dem 3 fachen der Kommutierungspulshöhe bei Nominalleistung (Pn0minai) entspricht, betrieben wird .
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) kleiner 85% der Nominalleistung (Pn0minai) die Hochdruckentla¬ dungslampe mit einer Pulsbreite des Kommutierungspul¬ ses, die dem 1,2 fachen bis dem 3 fachen der Pulsbrei te des Kommutierungspulses bei Nominalleistung (Pn0mi- nai) entspricht, betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) zwischen 20% und 60% der Nominalleistung (Pn0minai) die Hoch¬ druckentladungslampe mit einer Pulsbreite des Kommu¬ tierungspulses, die dem 1,2 fachen bis dem 3 fachen der Pulsbreite des Kommutierungspulses bei Nominal¬ leistung (Pnominai) entspricht, betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) kleiner 85% der Nominalleistung (Pnominai) die Kom¬ mutierung des Lampenstromes (iL) der Hochdruckentla¬ dungslampe derart verschoben wird, dass sie nach ener giereicheren Strompulsen stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) größer 110% der No minalleistung (Pnominai) die Hochdruckentladungslampe mit einer Lampenfrequenz (fL) die etwa dem 0,3 fachen bis dem 0,8 fachen der Lampenfrequenz (fnominal) bei No minalleistung entspricht, betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeich net, dass bei einer Lampenleistung (PL) größer 110% der Nominalleistung (Pnominai) die Hochdruckentladungs- lampe mit einer Kommutierungspulshöhe die dem 0,3 fa¬ chen bis dem 0,8 fachen der Kommutierungspulshöhe bei Nominalleistung (Pn0minai) entspricht, betrieben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, 9 oder 10, dadurch gekenn- zeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) größer
110% der Nominalleistung (Pn0minai) die Hochdruckentla¬ dungslampe mit einer Pulsbreite des Kommutierungspul¬ ses, die dem 0,3 fachen bis dem 0,8 fachen der Pulsbreite des Kommutierungspulses bei Nominalleistung (Pnominai) entspricht, betrieben wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lampenleistung (PL) größer als 110% der Nominalleistung (Pnominai) die Kommutierung des Lampenstromes der Hochdruckentla- dungslampe von Bereichen hohen Lampenstroms auf Berei¬ che mit niedrigerem Lampenstrom verschoben wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lampenfrequenz fL in Abhängigkeit von der Lampenleistung PL folgende Be- ziehung gilt:
1,48 - 0,91 PLN < fLN < 5,76 - 3,82 PLN ; fLN = -^- ; PLN = -^- ; wobei
J no inal no inal fL die aktuelle Lampenfrequenz, PL die aktuelle Lam¬ penleistung, fnominai die Lampenfrequenz und Pnominai die Leistung bei Nominalbetrieb ist.
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