WO2007065814A1 - Verfahren zur fehlerdetektion beim betrieb von hochdruckentladungslampen an evgs - Google Patents

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WO2007065814A1
WO2007065814A1 PCT/EP2006/069006 EP2006069006W WO2007065814A1 WO 2007065814 A1 WO2007065814 A1 WO 2007065814A1 EP 2006069006 W EP2006069006 W EP 2006069006W WO 2007065814 A1 WO2007065814 A1 WO 2007065814A1
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WO
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state
lamp
voltage
operating
states
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PCT/EP2006/069006
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Boldt
Joachim MÜHLSCHLEGEL
Original Assignee
Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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Publication date
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Priority to CA002630909A priority patent/CA2630909A1/en
Priority to JP2008543771A priority patent/JP2009518791A/ja
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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
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/382—Controlling the intensity of light during the transitional start-up phase
    • H05B41/388—Controlling the intensity of light during the transitional start-up phase for a transition from glow to arc

Definitions

  • the invention is based on a method for fault detection when operating high-pressure discharge lamps on electronic ballasts, in particular on electronic ballasts with an integrated microprocessor, in accordance with the preamble of claim 1.
  • electronic ballasts in particular on electronic ballasts with an integrated microprocessor, in accordance with the preamble of claim 1.
  • These are in particular metal halide lamps, in particular for general lighting, or else high-pressure sodium lamps.
  • EVG stands for electronic ballast.
  • a method for operating a high-pressure discharge lamp is known from EP-A 1 476 003, in which a detection device attempts to prevent malfunction. Presentation of the invention
  • the change of the states of the automaton is indeed just ⁇ if controlled by voltage and time parameters, ent but ⁇ distinguishing the order of the states.
  • Bisheri ⁇ ECGs cannot detect the so-called "incandescent mode", since this behaves electrically like a discharge from a highly burned lamp. With this strategy, the "incandescent mode" cannot arise at all, since outer bulb discharges lead to an immediate shutdown. There is still the security of not switching off good lamps by mistake.
  • the prerequisite is that the electronic ballast has a microprocessor
  • the state machine can be implemented The circuit technology (step-up converter, step-down divider, half bridge, full bridge etc.) is not affected by this.
  • the first state is the starting phase, which includes the ignition.
  • the ballast is after a ⁇ off the mains voltage. In this state, an attempt is made to ignite the lamp by supplying ignition voltage. It is irrelevant whether the device has pulse or resonance ignition.
  • the ignition state can only be exited by one of the following conditions:
  • the second state is startup, i.e. the setting of a starting current.
  • the ECG only goes into the run-up state after it has passed through the first state, i.e. only from the ignition state.
  • a run-up timer is started and the time-dependent limits of the voltage are compared with the lamp voltage. If the time-dependent limits are violated, this is a transition to a prohibited state, which leads to the ECG being switched off.
  • the runup state can be exited only by ⁇ conditions following Be:
  • the transition to the next state takes place after a time window which lies between two time values t1 and t2, in particular after 15 s at the earliest and after 160 s at the latest, and also if the operating voltage exceeds a threshold value, in particular if it exceeds 70 V. is. If the burning voltage rises above the threshold value before the start of the time window, for example already after 5 s, in this case to over 70 V, the machine switches to the prohibited state. This early error can be traced back to incandescent mode.
  • the third state is normal operation. The ECG only goes into the normal mode after the run-up state has been run through. The lamp's operating voltage is constantly checked during normal operation.
  • a timer is started in particular, window, the lamp after a time ⁇ , for example after 18 min., Shut off. If the value falls below a minimum permissible value, the lamp is switched off immediately. This prevents the operation of an outer bulb discharge.
  • the normal operation status can only be exited if at least one of the following conditions is met:
  • the TOE knows a fourth state, the so-called forbidden state.
  • the TOE comes into the prohibited state if the conditions for a change of state as described above are not met. This is either a violation of a voltage limit or a combination of time and voltage limits.
  • the ECG is switched off in the prohibited state.
  • Another state can only be reached after the network has been switched off and on.
  • the states can only in the order of 1 - will drive through ⁇ third This is the case for a normal, non-defective lamp. A change from 1 to 3 (synonymous with the occurrence of incandescent mode) or from 3 to 2 (synonymous with an outer bulb discharge) is not permitted and inevitably leads to the prohibited state.
  • High-pressure discharge lamps have the following steps, divided into states:
  • the so- ⁇ ring is selected that a connected lamp electrodes are not damaged; - Normal operation, whereby the nominal power intended for this should lead to a range of the permissible nominal voltage.
  • a detection device determines whether the set starting current has put the lamp into a state in which the lamp has reached the band of the permissible nominal voltage, a state machine monitoring the operation to ensure that a state of the run-up must be completed within a predetermined time window .
  • a state machine is a machine with a memory that can react differently to the same input variables depending on the internal state of the memory. An example of this is a flip-flop.
  • the state machine preferably detects at least three different states, the start, the run-up and the
  • Startup can be divided into several sub-states. It is advantageous if these partial states clearly follow one another in time.
  • incandescent mode There is a lamp defect in discharge lamps for general lighting, which is known as "incandescent mode". This arises when the discharge vessel becomes impervious and the filling and filling gas reach the outer bulbs .
  • an outer bulb discharge can occur, especially if a sump of filling constituents forms in an outer bulb which is closed on one side.
  • material of the power supply in the outer bulb is evaporated, which is deposited on the inner wall of the outer bulb. There it forms conductive coatings. If the conductive pads are arranged in such a way that they have a connection to the power supply leads to “incandescent mode".
  • the "incandescent mode” is a glow of this Decision ⁇ lags by the current flow. This mode is generally indistinguishable from a lamp in the normal burned state based on the electrical parameters, since it has neither asymmetries nor operating voltages that differ from normal operation.
  • the state machine must use the same methods as described in the prior art to determine its state.
  • the incandescent mode or its emergence can only be determined by defining a very specific sequence in which these states run through. be connected. So the occurrence of the same input variable, for example: operating voltage as in normal operation), but a momentary internal state of the machine, which does not allow a subsequent state of "burnt-out lamp", leads to the shutdown.
  • the main fields of application are metal halide lamps, but also high pressure sodium lamps which have a discharge vessel in an outer bulb.
  • the state machine can from each other un ⁇ ter Kunststoffen the three states, in particular, it ensures that the Ü transition is excluded from state 1 to state. 3 In particular, it also ensures that the transition from state 3 to state 2 is excluded.
  • the invention also comprises an operating device for Operator Op ben ⁇ a high pressure discharge lamp, the Radio Op ben ⁇ advises particular a ballast is operated by a microprocessor- ⁇ sor, having the following features:
  • the operating device additionally comprises a ten touchingsautoma-, which is preferably part of the Detektionsein ⁇ is directional, or interacts with this.
  • the state machine can preferably be integrated in a microcontroller.
  • the program of the micro control lers also cover the state machine. It can in particular be accommodated in the control device, for example as an ASIC or control IC.
  • the control device is suitable for regulating the power of the connected lamp to a target power.
  • the actuating device is suitable for limiting a lamp current of the lamp to a limit value.
  • the Detekti- ons sheep is designed so that it means outputs a signal to a control ⁇ if a gastronoiinstel- system is too low to a connected lamp to put in a state in which the lamp assumes the desired power.
  • the control device specifies the limit value to the control device and, if necessary, increases the limit value if the detection device sends a signal to the control device. Details can be found, for example, in EP-A 1 476 003.
  • a faultless lamp (without Incandescent mode or other errors) is characterized by the fact that the operating voltage behaves steadily when the lamp starts up and even increases monotonously in certain areas.
  • the lamp current is specified by the electronic ballast, it is referred to as the starting current.
  • the lamp current is normally specified approximately continuously.
  • ⁇ the voltage of the lamp changed so slowly that the timing of the operating voltage can be measured by a micro controller-without any technical difficulties.
  • Short temporal changes in the operating voltage which occur in the time range from less than 0.2 ms to less than 20 ms, are measured during averaging or suppressed by low-pass filtering.
  • the averaging or low-pass filtering can be analog or there and di ⁇ gital be made.
  • the first steep ⁇ An increased lamp voltage, the s s begins in the range 10 to 30 after the start of the lamp utilized. It is based mainly on the evaporation of Hg., Find the EB into ⁇ particular an evaluation unit in a microcontroller, must have a time-section of suitable length, in which the lamp voltage is strictly and Stei ⁇ supply the lamp voltage over time in a certain range of values.
  • a specific exemplary embodiment for a range of values for a 35 W lamp is a time window that is 4 s long.
  • the slope to the lamps ⁇ voltage for the entire duration of the time window in the loading reaching 1.5 V / s / s are to 6V.
  • ⁇ is preferably carried out in a suitable averaging over the portions of time in which the slope of the lamp voltage for a short time is negative or zero. The easiest way to filter out these areas.
  • a concrete example is a regulation for filtering out if the negative Range is less than 10% of the total length of the time window.
  • Figure 1 shows the operating voltage behavior during startup of a
  • FIG. 2 shows the starting behavior of a lamp over time
  • FIG. 3 shows the flow diagram with all states
  • FIG. 4 shows a diagram of an electronic ballast with a state machine
  • Figure 5 shows the startup behavior with several states.
  • Figure 1 shows the operating voltage (in volts) when starting up the electronic ballast from a total of 77 metal halide lamps.
  • lamp types from 35 - 150 W with quartz glass discharge tubes as well as with cylindrical and bulbous ceramic discharge tubes. All burning positions were also varied. Since these measurements halide lamps the full range of metal ⁇ covers for general lighting, can be seen from these curves close to the voltage and time limits which must lead to a shutdown.
  • a faultless lamp i.e. without incandescent mode or other errors, is characterized by the fact that the operating voltage behaves steadily when the lamp starts up and even increases monotonously in certain areas
  • FIG. 2 shows an example of the start-up of the operating voltage of a single metal halide lamp as a function of Time shown.
  • a curve defines the state "zuen ⁇ extension", which is limited to a maximum of 18 minutes.
  • Curve B defines the time window of the second state "run-up"; it is a minimum of 15 s and a maximum of 160 s.
  • the time-dependentchrosober- and lower limit BO and BU is additionally characterized introduced for the state "startup" ⁇ .
  • the third state Normal operation includes ⁇ N to.
  • the upper and lower limits NO and NU are not time-dependent.
  • the ignition itself and its time limit are not shown, only the time window is symbolized with the diamonds and the voltage range in which the ignition takes place is shown with the line Z.
  • the actual burning behavior of the lamp is labeled LP.
  • This figure illustrates the example of a Metallha- logenidlampe the two permissible state change from ⁇ to stand l-> 2 (line ZW 12) and of state 2-> 3 (line ZW 23). No other changes are permitted.
  • All values of the lower limit BU for the time-dependent startup of the lamp are stored as a table in the memory of a microprocessor.
  • the ceilings BO and NO ⁇ so as the lower limit in normal operation NU are individual values that are not time-dependent.
  • Figure 3 shows the flow diagram with all states. After switching on the mains voltage, a time window for the ignition timer starts. The lamp changes to state 1. If all criteria are met, the lamp changes to state 2 after a time window for the run-up timer has been started. If all criteria are met, the lamp changes to state 3, normal operation. The behavior in case of failure leads to state 4, the ver ⁇ botenen condition that leads to the switching off of the lamp.
  • FIG. 4 shows a schematic for a circuit of a metal halide lamp 1.
  • the electronic ballast 2 comprises a rectifier 3 and an actuator 4. This is implemented, for example, by a step-down divider.
  • the actuator 4 is connected to a detection device 5.
  • An essential component of this is microcontroller 6, or also an IC, with state machine 7.
  • Figure 5 shows a scheme with several states. After the start phase at Z, two time windows are monitored as states B1 and B2 in the region of the steep rise in Hg evaporation. In addition, the positive slope in the start-up between the starting point B1 and the start of normal operation N is monitored. The region BV of the hump, which hides the transition between the phase of the evaporation of the mercury and the evaporation of the metal halides, is hidden .

Abstract

Bei einem Betrieb einer Hochdruckentladungslampe an einem mit einem Mikroprozessor betriebenen EVG wird ein Zustandsautomat verwendet um bestimmte Fehlfunktionen auszuschließen.

Description

Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb von Hochdruckentladungslampen an EVGs
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Fehlerdetektion beim Betrieb von Hochdruckentladungslampen an EVGs, insbesondere an EVGs mit einem integriertem Mikro- Prozessor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es handelt sich dabei insbesondere um Metallhalogenidlampen, insbesondere für Allgemeinbeleuchtung, oder auch um Natriumhochdrucklampen. Der Begriff EVG steht für Elektronisches Vorschaltgerät . Stand der Technik
Aus der EP-A 1 476 003 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bekannt, bei dem eine De- tektionseinrichtung eine Fehlfunktion zu verhindern sucht . Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, das eine verbesserte Fehlerdetektion gewährleistet und insbesonde- re die Nachteile des Stand der Technik vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltun¬ gen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Der Betrieb von Halogenmetalldampflampen gliedert sich grob in verschiedene Zustände, die zeitlich in einer be- stimmten Ablauf befinden. Gibt es eine Abweichung von dieser Ablauffolge, so ist die Lampe defekt und dem EVG ist es nicht möglich, in den darauf folgenden logisch richtigen Zustand zu wechseln. Dies wird als verbotener Zustand bezeichnet und in diesem schaltet das EVG die Lampe bis zum nächsten Netz-Reset ab. Bewirkt wird damit, dass defekte Lampen und Lampen am Lebensdauerende nicht weiterbetrieben werden. Dadurch können Gefährdungen, wie die Beschädigung von Leuchten und Fassungen durch Außen- kolbenentladungen und „incandescent mode" nicht auftreten (Brandgefahr) . Der Unterschied dieser Strategie zu den im am Markt befindlichen EVG benutzten Strategien ist, dass nicht nur Spannungs- oder Zeitgrenzen zu einer Abschal¬ tung führen, sondern dass ein Zustandsautomat benutzt wird, der nur eine ganz bestimmte Ablauffolge zulässt. Die Wechsel der Zustände des Automaten wird zwar eben¬ falls von Spannungs- und Zeitparametern gesteuert, ent¬ scheidend ist aber die Reihenfolge der Zustände. Bisheri¬ ge EVG können den sogenannten „incandescent mode" nicht detektieren, da sich dieser elektrisch wie eine Entladung einer hochgebrannten Lampe verhält. Durch diese Strategie kann der „incandescent mode" erst gar nicht entstehen, da Außenkolbenentladungen zu einer sofortigen Abschaltung führen. Dabei ist weiterhin die Sicherheit gegeben, gute Lampen nicht aus Versehen abzuschalten. Vorraussetzung ist, dass das EVG über einen Mikroprozessor verfügt. In diesem kann der Zustandsautomat implementiert werden. Die Schaltungstechnik (Hochsetzsteller, Tiefsetzsteiler, Halbbrücke, Vollbrücke etc.) wird dadurch nicht beein- flusst.
Der erste Zustand ist die Startphase, die die Zündung um- fasst. In dem Zustand befindet sich das EVG nach dem Ein¬ schalten der Netzspannung. In diesem Zustand wird durch Abgabe von Zündspannung versucht, die Lampe zu zünden. Dabei ist es unerheblich, ob das Gerät über Puls- oder Resonanzzündung verfügt. Der Zustand Zündung kann nur durch eine der folgenden Bedingungen verlassen werden:
- Netzspannung aus; - Zündtimer abgelaufen (beispielsweise nach 18 Minuten);
- Übergang in den Zustand Hochlauf erfolgt nur, wenn eine Brennspannung erreicht wird, die in einem Zielfenster liegt, das beispielsweise zwischen 10 und 35 V beträgt.
Der zweite Zustand ist der Hochlauf, also das Einstellen eines AnlaufStroms . In den Zustand Hochlauf gelangt das EVG nur nach Durchlaufen des ersten Zustands, also nur aus dem Zustand Zündung. In diesem Zustand wird ein Hochlauftimer gestartet und die zeitabhängigen Grenzen der Spannung mit der Lampenspannung verglichen. Werden die zeitabhängigen Grenzen verletzt, ist dies ein Übergang in einen verbotenen Zustand, der zum Abschalten des EVGs führt. Der Zustand Hochlauf kann nur durch folgende Be¬ dingungen verlassen werden:
- Netzspannung aus, - ggf. Berücksichtigung interner EVG-Parameter wie beispielsweise der im EVG erreichten Temperatur,
- Übergang in den nächsten Zustand Normalbetrieb erfolgt nach einem Zeitfenster, das zwischen zwei Zeitwerten tl und t2 liegt, insbesondere frühestens nach 15 s und spä- testens nach 160 s, und außerdem, wenn die Brennspannung einen Schwellwert übersteigt, insbesondere wenn sie über 70 V beträgt. Steigt die Brennspannung bereits vor Beginn des Zeitfensters, beispielsweise bereits nach 5 s, über den Schwellwert, hier also auf über 70 V, geht der Auto- mat in den Verbotenen Zustand über. Dieser frühzeitige Fehler kann auf den incandescent mode zurückgeführt sein. Der dritte Zustand ist der Normalbetrieb. In den Zustand Normalbetrieb gelangt das EVG nur nach Durchlaufen des Zustands Hochlauf. Im Normalbetrieb wird ständig die Brennspannung der Lampe kontrolliert. Wird ein maximal zulässiger Wert nach oben überschritten, wird insbesondere ein Timer gestartet, der die Lampe nach einem Zeit¬ fenster, beispielsweise nach 18 Min., abschaltet. Wird ein minimal zulässiger Wert unterschritten, wird die Lampe sofort abgeschaltet. Dies verhindert den Betrieb einer Außenkolbenentladung .
Der Zustand Normalbetrieb kann nur verlassen werden, wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist:
- Netzspannung aus;
- ggf. Berücksichtigung interner EVG-Parameter wie bei- spielsweise der im EVG erreichten Temperatur;
- Verletzung der Spannungsgrenzen: Überschreitung des maximal zulässigen Werts, beispielsweise einer Spannungs¬ grenze von 120 V, nach oben führt zu einer Timerabschal¬ tung, beispielsweise Abschaltung nach 18 Minuten. Eine Unterschreitung des minimal zulässigen Werts, beispiels¬ weise einer Spannungsgrenze von 70 V, führt zum soforti¬ gen Übergang in den verbotenen Zustand und damit zur Abschaltung.
Dementsprechend kennt das EVG einen vierten Zustand, den sogenannten verbotenen Zustand. In den verbotenen Zustand kommt das EVG, wenn die Bedingungen für einen Zustands- wechsel wie oben beschrieben nicht erfüllt werden. Dies ist entweder eine Verletzung einer Spannungsgrenze oder eine Kombination von Zeit- und Spannungsgrenze. Im verbo- tenen Zustand wird das EVG abgeschaltet. Erst nach Weg- und Zuschaltung des Netzes kann ein anderer Zustand erreicht werden. Die Zustände können nur in der Reihenfolge 1 - 3 durch¬ fahren werden. Dies ist der Fall für eine normale, nicht defekte Lampe. Ein Wechsel von 1 nach 3 (gleichbedeutend mit dem Auftreten des incandescent mode) oder von 3 nach 2 (gleichbedeutend mit einer Außenkolbenentladung) ist nicht erlaubt und führt unweigerlich in den verbotenen Zustand.
Im einzelnen verwendet das neue Verfahren zum Betrieb von
Hochdruckentladungslampen folgende, in Zustände geglie- derte Schritte:
- Zünden der Lampe in der Startphase;
- Einstellen eines Anlaufstroms im Hochlauf, der so ge¬ ring gewählt ist, dass Elektroden einer angeschlossenen Lampe nicht beschädigt werden; - Normalbetrieb, wobei die dafür vorgesehene Nennleistung zu einer Bandbreite an der dafür zulässigen Nennspannung führen soll.
Dabei stellt eine Detektionseinrichtung fest, ob der eingestellte Anlaufstrom die Lampe in einen Zustand versetzt hat, bei dem die Lampe das Band der zulässigen Nennspannung erreicht hat, wobei ein Zustandsautomat den Betrieb dahingehend überwacht, dass ein Zustand des Hochlaufens innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters durchlaufen werden muss . Ein Zustandsautomat ist ein Automat mit einem Speicher, der abhängig vom inneren Zustand des Speichers unterschiedlich auf gleiche Eingangsgrößen reagieren kann. Ein Beispiel dafür ist ein Flipflop.
Bevorzugt erkennt der Zustandsautomat mindestens drei verschiedene Zustände, den Start, das Hochlaufen und den
Normalbetrieb. Besonders bevorzugt kann der Zustand des
Hochlaufens in mehrere Teilzustände untergliedert werden. Vorteilhaft ist es, wenn diese Teilzustände eindeutig zeitlich aufeinander folgen.
Bei Entladungslampen für die Allgemeinbeleuchtung gibt es einen Lampendefekt, der als "incandescent mode" bezeich- net wird. Dieser entsteht, wenn das Entladungsgefäß un¬ dicht wird und Füllung und Füllgas in den Außenkolben ge¬ langen. Bei dem Start einer solchen Lampe kann nun eine Außenkolbenentladung entstehen, vor allem wenn sich ein Sumpf an Füllungsbestandteilen in einem einseitig ver- schlossenen Außenkolben bildet. Durch diese Entladung wird Material der Stromzuführung im Außenkolben verdampft, welches sich auf der Innenwand des Außenkolbens niederschlägt. Dort bildet es leitfähige Beläge. Sind die leitfähigen Beläge so angeordnet, dass sie Verbindung zu den Stromzuführungen haben, kommt es zum "incandescent mode". Der "incandescent mode" ist ein Glühen dieses Be¬ lags durch den Stromfluss. Dieser Modus ist in der Regel anhand der elektrischen Parameter nicht unterscheidbar von einer Lampe im normalen hochgebrannten Zustand, da er weder Asymmetrien noch Brennspannungen hat, die sich von einem Normalbetrieb unterscheiden.
Bisher ist es nicht möglich, diesen Zustand zu unterbinden, da bekannte Verfahren zum Betreiben derartiger Lampen nur momentane Spannungs- und Stromwerte messen und auf diese anhand von Grenzwerten und Steigungen von Kennlinien reagieren. Mit einem Zustandsautomaten ist es jedoch möglich, auch diesen unerwünschten Zustand zu unterbinden .
Der Zustandsautomat muss dabei die gleichen Verfahren, wie im Stand der Technik beschrieben, benutzen, um seinen Zustand festzulegen. Durch die Festlegung einer ganz bestimmten Reihenfolge des Durchlaufens dieser Zustände kann erst der incandescent mode bzw. seine Entstehung un- terbunden werden. Also führt das Auftreten einer gleichen Eingangsgröße, z.B.: Brennspannung wie im Normalbetrieb), aber ein momentaner innerer Zustand des Automaten, der keinen Folgezustand "hochgebrannte Lampe" zulässt, zur Abschaltung.
Da dieser Zustand "incandescent mode" bisher nicht er¬ kannt werden konnte, wurde unter anderem aus diesem Grunde den Leuchtenherstellern empfohlen, keine Kunststofffassungen für Entladungslampen einzusetzen, da diese beim "incandescent mode" schmelzen oder gar brennen können. Diese Beschränkung kann jetzt entfallen, wodurch billigere Fassungen verwendet werden können.
Als Anwendungsfeld kommen vor allem Metallhalogenidlam- pen, aber auch Natriumhochdrucklampen in Betracht, die ein Entladungsgefäß in einem Außenkolben besitzen.
Der Zustandautomat kann die drei Zustände voneinander un¬ terschieden, insbesondere stellt er sicher, dass der Ü- bergang von Zustand 1 nach Zustand 3 ausgeschlossen ist. Insbesondere stellt er auch sicher, dass der Übergang von Zustand 3 nach Zustand 2 ausgeschlossen ist.
Die Erfindung umfasst auch ein Betriebsgerät zum Betrei¬ ben einer Hochdruckentladungslampe, wobei das Betriebsge¬ rät insbesondere ein EVG ist, das mit einem Mikroprozes¬ sor betrieben wird, mit folgenden Merkmalen:
- eine Stelleinrichtung, die einen Anlaufstrom einstellt;
- eine Detektionseinrichtung;
- ggf. insbesondere eine Regeleinrichtung;
- ggf. eine Steuereinrichtung;
wobei das Betriebsgerät zusätzlich einen Zustandsautoma- ten umfasst, der bevorzugt Bestandteil der Detektionsein¬ richtung ist, oder mit dieser zusammenwirkt. Der Zu- standsautomat kann bevorzugt in einem Mikrokontroller integriert sein. Dabei kann das Programm des Mikrokontrol- lers den Zustandsautomaten mit abdecken. Er kann insbesondere im Steuergerät untergebracht sein, beispielsweise als ASIC oder Steuer-IC.
Die Regeleinrichtung ist dazu geeignet, die Leistung der angeschlossenen Lampe auf eine Soll-Leistung zu regeln. Die Stelleinrichtung ist dazu geeignet, einen Lampenstrom der Lampe auf einen Grenzwert zu begrenzen. Die Detekti- onseinrichtung ist so ausgelegt, dass sie an eine Steuer¬ einrichtung ein Signal gibt, falls eine Grenzwerteinstel- lung zu gering ist, um eine angeschlossene Lampe in einen Zustand zu versetzen, bei dem die Lampe die Soll-Leistung aufnimmt. Die Steuereinrichtung gibt der Stelleinrichtung den Grenzwert vor und sie erhöht ggf. den Grenzwert, falls die Detektionseinrichtung ein Signal an die Steuer- einrichtung sendet. Einzelheiten sind beispielsweise in EP-A 1 476 003 zu finden.
Bei diesem Betrieb einer Hochdruckentladungslampe an ei¬ nem mit einem Mikroprozessor betriebenen EVG wird also ein Zustandsautomat verwendet um bestimmte Fehlfunktionen auszuschließen.
Eine fehlerlose Lampe (ohne Incandescent-Mode oder andere Fehler) zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Brennspannung beim Hochlauf der Lampe stetig und in bestimmten Bereichen sogar monoton steigend verhält. Während des Hochlaufs wird der Lampenstrom vom EVG vorgegeben, er wird als Anlaufström bezeichnet. Normalerweise wird der Lampenstrom näherungsweise stetig vorgegeben. Dabei än¬ dert sich die Brennspannung der Lampe so langsam, dass der zeitliche Verlauf der Brennspannung von einem Mikro- kontroller ohne technische Schwierigkeiten gemessen werden kann. Kurze zeitliche Änderungen der Brennspannung, die im Zeitbereich kleiner 0,2 ms bis kleiner 20 ms auftreten, werden bei der Messung durch zeitliche Mittelung bzw. durch Tiefpassfilterung unterdrückt. Die Mittelung bzw. die Tiefpassfilterung kann dabei analog und oder di¬ gital vorgenommen werden.
Als notwendige Bedingungen für die Erkennung einer feh- lerfreien Lampe werden eines oder mehrere der folgenden drei Kriterien herangezogen:
1) Stetigkeit der Brennspannung beim Hochlauf. Dies be¬ deutet, dass keine Sprünge im zeitlichen Verlauf auftre¬ ten dürfen, welche größer als ein bestimmter Betrag sind. Kurzzeitige Sprünge werden als nicht relevant angesehen und daher ausgefiltert.
2) Alternativ oder zusätzlich wird der erste steile An¬ stieg der Lampenspannung, der im Bereich 10 s bis 30 s nach dem Start der Lampe einsetzt, ausgenutzt. Er beruht im wesentlichen auf der Verdampfung von Hg. Das EVG, ins¬ besondere eine Auswerteeinheit in einem Mikrokontroller, muss einen Zeit-Abschnitt mit geeigneter Länge finden, in dem die Lampenspannung streng monoton ist und die Stei¬ gung der Lampenspannung über der Zeit in einem bestimm- ten Wertebereich liegt.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel für einen Wertebereich für eine 35 W-Lampe ist ein Zeitfenster, das 4 s lang ist. In diesem Zeitfenster soll die Steigung der Lampen¬ spannung für die gesamte Dauer des Zeitfensters im Be- reich 1,5 V/s bis 6 V/s liegen.
3) Positive Steigung der Lampenspannung beim Anlauf, d.h. in einem bestimmten Zeitbereich nach dem Lampenstart. Da¬ bei erfolgt bevorzugt eine geeignete Mittelung über die Bereiche hinweg, in denen die Steigung der Lampenspannung für kurze Zeit negativ oder null ist. Am einfachsten wer¬ den diese Bereiche ausgefiltert. Ein konkretes Beispiel ist eine Vorschrift für das Ausfiltern, wenn der negative Bereich kleiner als 10 % der gesamten zeitlichen Länge des Zeitfensters ist.
Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausfüh- rungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 das Brennspannungsverhalten im Anlauf eines
Bündels von Systemen von EVG und Lampe;
Figur 2 das Anlaufverhalten einer Lampe über die Zeit;
Figur 3 das Flussdiagramm mit allen Zuständen; Figur 4 ein Schema eines EVG mit Zustandsautomat ;
Figur 5 zeigt das Anlaufverhalten mit mehreren Zustanden.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Figur 1 zeigt die Brennspannung (in Volt) im Anlauf am EVG von insgesamt 77 Metallhalogenidlampen . Es sind Lam- pentypen von 35 - 150 W mit Entladungsgefäß aus Quarzglas sowie mit zylindrischem und bauchigem keramischen Entladungsgefäß vertreten. Auch alle Brennlagen wurden variiert. Da diese Messungen das gesamte Spektrum der Metall¬ halogenidlampen für Allgemeinbeleuchtung abdeckt, kann man aus diesen Kurven auf die Spannungs- und Zeitgrenzen schließen, die zu einer Abschaltung führen müssen. Eine fehlerlose Lampe, also ohne Incandescent-Mode oder andere Fehler, zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Brennspannung beim Hochlauf der Lampe stetig und in bestimmten Bereichen sogar monoton steigend verhält
In Figur 2 ist beispielhaft der Anlauf der Brennspannung einer einzelnen Halogenmetalldampflampe als Funktion der Zeit dargestellt. Kurve A definiert den Zustand "Zün¬ dung", der auf maximal 18 Minuten begrenzt ist. Kurve B definiert das Zeitfenster des zweiten Zustands "Hochlauf"; es beträgt minimal 15 s und maximal 160 s. Hier ist zusätzlich die zeitabhängige Spannungsober- und untergrenze BO bzw. BU für den Zustand "Hochlauf" einge¬ zeichnet. Danach schließt sich der dritte Zustand Normal¬ betrieb N an. Hier sind die Ober- und Untergrenzen NO und NU nicht zeitabhängig. Die Zündung selbst und ihre Zeit- grenze ist nicht dargestellt, lediglich mit den Rauten das Zeitfenster symbolisiert und mit der Linie Z der Spannungsbereich, in dem die Zündung stattfindet. Das tatsächliche Brennverhalten der Lampe ist mit LP bezeichnet. Diese Figur verdeutlicht am Beispiel einer Metallha- logenidlampe die beiden erlaubten Zustandswechsel von Zu¬ stand l->2 (Linie ZW 12) und von Zustand 2->3 (Linie ZW 23). Andere Wechsel sind nicht gestattet.
Alle Werte der Untergrenze BU für den zeitabhängigen Hochlauf der Lampe werden im Speicher eines Mikroprozes- sors als Tabelle abgelegt. Die Obergrenzen BO und NO so¬ wie die Untergrenze im Normalbetrieb NU sind Einzelwerte, die nicht zeitabhängig sind.
Figur 3 zeigt das Flussdiagramm mit allen Zuständen. Nach dem Einschalten der Netzspannung startet eine Zeitfenster für den Zündtimer. Die Lampe geht in den Zustand 1 über. Wenn alle Kriterien erfüllt sind, geht die Lampe in den Zustand 2 über, nachdem ein Zeitfenster für den Hochlauftimer gestartet wurde. Wenn alle Kriterien erfüllt sind, geht die Lampe in den Zustand 3 über, den Normalbetrieb. Das Verhalten im Fehlerfall führt zum Zustand 4, dem ver¬ botenen Zustand, der zum Abschalten der Lampe führt.
Figur 4 zeigt ein Schema für eine Schaltung einer Metall- halogenidlampe 1. Das EVG 2 umfasst, wie an sich bekannt, einen Gleichrichter 3 und ein Stellglied 4. Dieses ist beispielsweise durch einen Tiefsetzsteiler realisiert. Das Stellglied 4 ist mit einer Detektionseinrichtung 5 verbunden. Ein wesentlicher Bestandteil davon ist Mikro- kontroller 6, oder auch ein IC, mit Zustandsautomat 7.
Figur 5 zeigt ein Schema mit mehreren Zuständen. Nach der Startphase bei Z werden im Bereich des steilen Anstiegs bei der Hg-Verdampfung zwei Zeitfenster als Zustände Bl und B2 überwacht. Zusätzlich wird die positive Steigung im Anlauf zwischen dem Startpunkt Bl und dem Beginn des Normalbetriebs N überwacht. Dabei wird der Bereich BV des Höckers, der den Übergang zwischen der Phase der Verdampfung des Hg und dem Verdampfen der Metallhalogenide aus¬ geblendet .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb von Hochdruckentladungslampen mit folgenden Schritten:
- Zünden der Lampe;
- Einstellen eines AnlaufStroms, der so gering ge- wählt ist, dass Elektroden einer angeschlossenen Lampe nicht beschädigt werden;
- Normalbetrieb, wobei die dafür vorgesehene Nenn¬ leistung zu einer Bandbreite an der dafür zulässigen Nennspannung führen soll;
dadurch gekennzeichnet, dass eine Detektionseinrich- tung feststellt, ob der eingestellte Anlaufstrom die Lampe in einen Zustand versetzt hat, bei dem die Lam¬ pe das Band der zulässigen Nennspannung erreicht hat, wobei ein Zustandsautomat den Betrieb dahingehend ü- berwacht, dass ein Zustand des Hochlaufens innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters durchlaufen werden muss..
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat mindestens drei Zustände voneinander unterscheiden kann, wobei ein erster Zustand die Startphase, ein zweiter Zustand das Hoch¬ laufen und ein dritter Zustand der Normalbetrieb ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat den direkten Übergang von Zustand 1 nach Zustand 3 verbietet.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat den Übergang von Zustand 3 nach Zustand 2 verbietet.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Hochlaufens in mehrere Teilzu¬ stände gegliedert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Teilzustände zeitlich aufeinander folgen.
7. Betriebsgerät zum Betreiben einer Hochdruckentla¬ dungslampe mit folgenden Merkmalen:
- eine Stelleinrichtung;
- eine Detektionseinrichtung;
dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät zu¬ sätzlich einen Zustandsautomaten umfasst, der bevorzugt Bestandteil der Detektionseinrichtung ist.
8. Betriebsgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsgerät weiterhin eine Regelein- richtung umfasst.
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