WO2008055544A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben einer hochdruckentladungslampe - Google Patents

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WO2008055544A1
WO2008055544A1 PCT/EP2006/068269 EP2006068269W WO2008055544A1 WO 2008055544 A1 WO2008055544 A1 WO 2008055544A1 EP 2006068269 W EP2006068269 W EP 2006068269W WO 2008055544 A1 WO2008055544 A1 WO 2008055544A1
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WO
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circuit arrangement
amplitude
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feed signal
frequency
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PCT/EP2006/068269
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Martin Honsberg-Riedl
Peter Niedermeier
Burkhard Ulrich
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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Definitions

  • the present invention relates to a circuit arrangement for operating a high pressure discharge lamp with egg ⁇ nem electronic ballast, which is designed readiness determine an AC feed signal for the high pressure discharge lamp, wherein the frequency of the AC feed signal is min ⁇ least 1 MHz. Moreover, it relates to a procedural ⁇ ren for operating a high pressure discharge lamp with egg ⁇ nem AC feed signal, wherein the frequency of the AC supply signal is at least 1 MHz.
  • High-pressure discharge lamps as used, for example, as video projection lamps, usually have two similar electrodes, which are generally of a rod-shaped design.
  • Such jumping arc approach affected insbeson ⁇ particular, the use of high intensity discharge lamps in optical devices, such as projection devices, BEA and microscope lighting, and may result in useless application.
  • the current pulse before the commutation leads to a brief increase in temperature at the current leading points of the arc at the electrodes, mainly the current anode.
  • material accumulation occurs, i. H.
  • the electrode metal tungsten from the gas cycle process is deposited with the tungsten halides on the electrodes, as well as a spike on the electrodes, which stabilizes the discharge and the approach of the arc very effectively.
  • the present invention is therefore the object of the above-mentioned circuit arrangement or the aforementioned method such that in the specified frequency range, ie in RF operation of the high-pressure discharge lamp, jumping of the approach of the arc is reliably prevented on the electrode tips.
  • the present invention is based on the finding that a very effective stabilization of the arc in high-frequency operation can be achieved when the AC feed signal is modulated in amplitude.
  • the Ursa ⁇ chen this are currently not yet fully understood, since in addition amplitude amplitudes and amplitude reductions bring about the success of the invention and to avoid flickering of discharge arcs in general, especially plasma arcs in Hochlichentla ⁇ tion lamps lead.
  • An indication for this is that a stabilizing peak formation similar to that which results in operation with the circuit arrangement presented in the aforementioned US Pat. No. 5,608,294 does not take place until after a few hours. In other words, this means that the actual explanation for the solution according to the invention is not to be found in the peak formation.
  • a stabilization is achieved which satisfies even the high optical requirements for projection lamps.
  • HF operation In contrast to LF operation, HF operation enables simple, even single-stage ballasts. This made light ⁇ compared to the current state of the art (low-frequency operation) greatly reduced and thus significantly cheaper ⁇ ballasts.
  • the amplitude modulation represents a pulse modulation. sondere acoustic resonances Re ⁇ achieved outside the range greater stabilization of the arc by a pulsed, periodically repeated amplitude modulation of the AC feed signal.
  • the pulse modulation has a repetition frequency of 100 Hz to 100 kHz, preferably from 100 Hz to 2 kHz.
  • the duty cycle of the pulse modulation is preferably between 1% and 50%, be ⁇ vorzugt between 3% and 20%. From the perspective of video projection applications, duty cycles have proven to be very advantageous in which the modulation pulses take only very short periods of time, in particular periods of time which are shorter than the image dark gap.
  • the amplitude modulation of the AC feed signal may be at a constant frequency, but may also be accompanied by a frequency change.
  • the changed frequency is in a range of - 50% to + 100%, preferably in a range of - 10% to + 10%, the frequency of the AC feed signal.
  • the pulse modulation can be characterized by an amplitude increase compared to the unmodulated AC feed signal. Particularly good results with regard to the stabilization of the arc have resulted in amplitude peaks between 20% and 1000%, preferably between 20% and 200%, of the amplitude of the unmodulated AC feed signal.
  • the Pulsmodula ⁇ tion can also be characterized by a reduction in amplitude compared to the unmodulated AC feed signal.
  • the amplitude reduction is between - 5% and - 90% of the unmodulated AC supply signal.
  • the pulse modulation can be characterized by a sequence of amplitude peaks, a sequence of amplitude decreases and a sequence of amplitude peaks and amplitude decreases, which alternate with each other.
  • the amplitude peaks and / or amplitude noise will always be positive amplitudes or always negative amplitudes or alternately positive and negative amplitudes or simultaneously in positive or negative amplitude of the unmodulated AC feed signal.
  • the sequence of an amplitude increase with an immediately following amplitude reduction or the reverse order has proved to be particularly advantageous.
  • the success according to the invention has been achieved in the case of a wide variety of pulse shapes, in particular in the case of rectangular, triangular, semi-sinusoidal, rectangular with exponential rise or sawtooth-shaped pulse shape.
  • the electronic ballast preferably comprises: an input terminal for turning close to an input voltage, an output terminal for providing an AC feed signal to the high ⁇ pressure discharge lamp and, disposed between the matterssan ⁇ circuit and the output terminal series ⁇ factory circuit of an inverter and a Lastnetz-, wherein the inverter an AC output lessons ⁇ output voltage with a predetermined frequency, a pre- provides a variable amplitude and a predeterminable duty cycle to the load network.
  • the predefinable frequency and / or the predefinable amplitude of the inverter output voltage is preferably changed.
  • the load network has at least one transformer which is arranged at the input and / or the output and / or between the input and the output of the load network. This proves to be particularly useful in the case of very low or high operating voltages or in the demand for a safe electrical isolation, which is here, for example, the railway standard of 2 kV to think.
  • the load network is preferably designed so that it can be brought into resonance by changing the predeterminable frequency of the inverter output voltage, thereby generating the ignition voltage for ignition of the high-pressure discharge lamp. This eliminates the provision of a separate ignition device.
  • the high-pressure discharge lamp to a Be ⁇ operating pressure of 100 to 500 bar.
  • FIG. 1 in a schematic representation of the structure of a circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 2 is a selection of various embodiments for a load network of the circuit of FIG. 1;
  • FIG. 4 shows a first embodiment of an inverter for the circuit arrangement of FIG. 1;
  • FIG. 5 shows a second embodiment of an inverter for the circuit arrangement of FIG. 1;
  • VCO Voltage Controlled Oscillator
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the structure of a circuit arrangement according to the invention.
  • the input voltage Ue which in particular can represent the so-called intermediate circuit voltage, is supplied to a high-frequency inverter 10.
  • Its output signal is characterized by a specifiable Amplitu ⁇ de, a predetermined frequency and a predetermined Tast ⁇ ratio. These predefinable variables can be set via an interface (not shown) on the inverter 10.
  • the output signal Ua of the alternating ⁇ judge 10 is fed to a load network 12.
  • a lamp current I L is provided to the high pressure discharge lamp 14.
  • the load network ⁇ unit 12 forms the approximately sinusoidal lamp current I L from the output voltage Vout of the inverter 10 and serves to limit the current.
  • the lamp current may be dependent on both the frequency and the amplitude of the output voltage of the inverter.
  • the load network 12 is also designed so that it brought by changing the predetermined frequency of the output voltage Ua of the inverter in resonance who ⁇ can, so as to generate the ignition voltage for the high-pressure discharge lamp.
  • Fig. 2 shows various embodiments of a geeig ⁇ Neten load network.
  • the condensate Tor C 2 can be designed differently: Once to contribute to the resonant network, on the other hand only for DC separation. Is inserted at least one transformer at the input or output or between the input and the output of the Lastnetz- drive 12, so therefore in particular a galvanic separation can be administratge ⁇ represents.
  • pure series circuits of LC elements as well as circuits in ⁇ -arrangement can be used for the purposes of the present invention.
  • the objects of the present invention can also be achieved with higher order load networks.
  • Fig. 3 shows the transfer function of the lamp current I L as a function of the frequency f of the input voltage Ue for the load network shown in Fig. 2a. There are shown two working points APl and AP2, is returned to the loading with ⁇ train in FIG. 8.
  • Figures 4 and 5 show examples of inverters 10 suitable for the circuit arrangement of Figure 1. 4 shows a switch-relieved class
  • a voltage-controlled, frequency-variable oscillator can be shared. the one that is usually available anyway for power or power control.
  • FIG. 6 shows the generation of the drive signals for the inverter according to FIG. 5.
  • a pulse signal P is added to the already present control signal Q for operation in the adder 16.
  • This control signal is supplied ei ⁇ nem VCO 18, which supplies it to a pulse shaper 20th
  • the drive signals for the switches Sl, S2 of the change Rich ⁇ ters 10 are provided.
  • the time course of the lamp current I L ⁇
  • the shift of the operating point from AP1 to AP2 is associated with a change in the frequency.
  • the frequency at the operating point AP2 is lower than the frequency at the operating point AP1, but the lamp current I L has a higher amplitude at the operating point AP2 than at the operating point AP1.
  • the modulation can be made by changing the amplitude of the input voltage of the inverter 10.
  • This voltage during the pulse duration can also be an increased lamp current I L can be achieved, see the timing of the lamp current I L of Fig. 7, in which the amplitude at the operating point APL is greater than the amplitude at the operating point AP2, the frequency however, it remains unchanged.
  • this is particularly preferably an upstream, quickly controllable DC / DC converter.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (14) mit einem elektronischen Vorschaltgerät, das ausgelegt ist, ein AC-Speisesignal für die Hochdruckentladungslampe (14) bereitzustellen, wobei die Frequenz des AC-Speisesignals mindestens 1 MHz beträgt, wobei das elektronische Vorschaltgerät weiterhin ausgelegt ist, das AC-Speisesignal in der Amplitude zu modulieren. Sie betrifft überdies ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (14) mit einem AC-Speisesignal, wobei die Frequenz des AC-Speisesignals mindestens 1 MHz beträgt und wobei das AC-Speisesignal in der Amplitude moduliert wird.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord¬ nung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit ei¬ nem elektronischen Vorschaltgerät , das ausgelegt ist, ein AC-Speisesignal für die Hochdruckentladungslampe bereit- zustellen, wobei die Frequenz des AC-Speisesignals min¬ destens 1 MHz beträgt. Sie betrifft überdies ein Verfah¬ ren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe mit ei¬ nem AC-Speisesignal, wobei die Frequenz des AC- Speisesignals mindestens 1 MHz beträgt.
Stand der Technik
Hochdruckentladungslampen, wie sie beispielsweise als Video-Projektionslampen verwendet werden, weisen üblicherweise zwei gleichartige Elektroden auf, die meist stab- förmig ausgebildet sind. Beim Betrieb derartiger Hochdruckentladungslampen mit Wechselstrom kann es zu sehr störenden Flackererscheinungen kommen. Diese entstehen durch wechselndes Springen des Ansatzpunktes des Lichtbo¬ gens an den Elektrodenspitzen. Ermöglicht wird dies durch den häufigen Wechsel der Elektrodenfunktion von der anodischen (positive Polarität) zur kathodischen Phase (ne- gative Polarität) mit der Betriebsfrequenz. Ein solches Springen des Lichtbogenansatzes beeinträchtigt insbeson¬ dere die Anwendung von Hochdruckentladungslampen in optischen Geräten, beispielsweise Projektionsgeräten, Bea- mern, Mikroskopbeleuchtungen, und kann bis zur Unbrauchbarkeit bei der Anwendung führen.
Aus der US 5,608,294 ist für einen niederfrequenten
(50 Hz bis zu einigen 100 Hz) Betrieb einer Hochdruckent- ladungslampe bekannt, den rechteckförmigen Lampenstrom- verlauf zur Stabilisierung, d. h. zur Verhinderung des
Springens des Ansatzpunktes des Lichtbogens, mit kurzen synchronen Pulsen zu überlagern. Hierbei wird der Strom am Ende einer Halbperiode vor der folgenden Kommutierung kurzfristig erhöht. Gemäß der genannten Druckschrift führt der Stromimpuls vor der Kommutierung zu einer kurzzeitigen Temperaturerhöhung an den Strom führenden Ansatzstellen des Lichtbogens an den Elektroden, hauptsächlich der momentanen Anode. Als Folge stellt sich eine Ma- terialanlagerung ein, d. h. das Elektrodenmetall Wolfram aus dem Gaskreisprozess wird mit den Wolframhalogeniden auf den Elektroden abgeschieden, sowie eine Spitzenbildung auf den Elektroden, welche die Entladung und den Ansatz des Lichtbogens sehr effektiv stabilisiert.
Aus der WO 03/098979 Al ist der Betrieb einer Hochdruck¬ entladungslampe mit einem unmodulierten HF-Signal von mehr als 3 MHz bekannt. Generell lassen Hochdruckentla¬ dungslampen einen erfolgreichen HF-Betrieb erst ab Frequenzen zu, die oberhalb der akustischen Resonanzen in der Brennkammer liegen. Diese akustischen Resonanzen führen zu starken Strömungen in der Brennkammer, die den Entladungsbogen im Allgemeinen deutlich stören. Allerdings gibt es in der Literatur Ansätze, die akustischen Resonanzen durch geeignete Speiseströme zu dämpfen oder ganz zu vermeiden. Beispielhaft wird verwiesen auf die DE 10 2005 028 417.5 sowie die DE 10 2005 059 763 7. Der¬ artige Lösungen sind jedoch meist recht aufwändig.
Schließlich wird verwiesen auf die DE 198 29 600 Al, die sich mit dem HF-Betrieb einer Hochdruckentladungslampe beschäftigt. Sie betrifft insbesondere ebenfalls die Problematik des Springens des Ansatzes des Lichtbogens auf den Elektrodenspitzen. Sie schlägt als Lösung, ausgehend von einem Stand der Technik, bei dem die Hochdruckentladungslampen mit einer Frequenz unter 2 kHz betrieben wurden, vor, die Lampe mit einer Frequenz über 800 kHz, vorzugsweise über 1 MHz und besonders bevorzugt zwischen 2 und 3 MHz zu betreiben. In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Betriebsfrequenz sowohl stetig als auch sprunghaft mit einer Modulationsfrequenz von weniger als 10 kHz, bevorzugt zwischen 1 und 2 kHz, gewobbelt. Wenn¬ gleich dies unter Umständen für gewisse Hochdruckentla¬ dungslampen eine Lösung darstellen kann, so erwies sich diese Maßnahme jedoch bei den von den Erfindern der vorliegenden Erfindung untersuchten Hochdruckentladungslam- pen als wirkungslos.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Schaltungsanordnung bzw. das eingangs genannte Verfahren derart weiterzubilden, dass in dem angegebenen Frequenzbereich, d. h. also bei HF-Betrieb der Hochdruckentladungslampe, ein Springen des Ansatzes des Lichtbogens auf den Elektrodenspitzen zuverlässig verhindert wird. -A-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 20.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine sehr effektive Stabilisierung des Lichtbogens bei Hochfrequenzbetrieb erreicht werden kann, wenn das AC-Speisesignal in der Amplitude moduliert ist. Die Ursa¬ chen hierfür sind gegenwärtig noch nicht ganz geklärt, da neben Amplitudenüberhöhungen auch Amplitudenminderungen den erfindungsgemäßen Erfolg herbeiführen und zur Vermeidung von Flackererscheinungen von Entladungsbögen ganz allgemein, insbesondere Plasmabögen in Hochdruckentla¬ dungslampen, führen. Ein Indiz hierfür ist, dass sich eine stabilisierende Spitzenbildung ähnlich der, wie sie sich beim Betrieb mit der in der erwähnten US 5,608,294 vorgestellten Schaltungsanordnung ergibt, erst nach einigen Stunden einstellt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die eigentliche Erklärung für die erfindungsgemäße Lösung eben nicht in der Spitzenbildung zu finden ist. Hinsichtlich der Zeitkonstanz und Ortskonstanz des Entla- dungsbogens wird eine Stabilisierung erreicht, die selbst den hohen optischen Anforderungen an Projektionslampen genügt .
Im Gegensatz zum NF-Betrieb ermöglicht der HF-Betrieb einfache, sogar einstufige Vorschaltgeräte . Dies ermög¬ licht gegenüber dem heutigen Stand der Technik (NF- Betrieb) stark verkleinerte und damit deutlich kosten¬ günstigere Vorschaltgeräte.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Amplitu- denmodulation eine Pulsmodulation dar. Dabei wird insbe- sondere außerhalb des Bereichs stärkerer akustischer Re¬ sonanzen eine Stabilisierung des Lichtbogens durch eine pulsförmige, periodisch wiederholte Amplitudenmodulation des AC-Speisesignals erzielt. Dabei weist die Pulsmodula- tion eine Wiederholfrequenz von 100 Hz bis 100 kHz, bevorzugt von 100 Hz bis 2 kHz, auf. Das Tastverhältnis der Pulsmodulation liegt bevorzugt zwischen 1 % und 50 %, be¬ vorzugt zwischen 3 % und 20 %. Aus Sicht von Video- Projektionsanwendungen haben sich Tastverhältnisse als sehr vorteilhaft erwiesen, bei denen die Modulationspulse nur sehr kurze Zeiträume in Anspruch nehmen, insbesondere Zeiträume, die kürzer sind als die Bilddunkellücke.
Die Amplitudenmodulation des AC-Speisesignals kann bei konstanter Frequenz erfolgen, sie kann jedoch auch mit einer Frequenzänderung einhergehen. Dabei liegt die geänderte Frequenz in einem Bereich von - 50 % bis + 100 %, bevorzugt in einem Bereich von - 10 % bis + 10 %, der Frequenz des AC-Speisesignals. Wie bereits erwähnt, kann sich die Pulsmodulation durch eine Amplitudenüberhöhung gegenüber dem unmodulierten AC-Speisesignal auszeichnen. Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Stabilisierung des Lichtbogens haben sich bei Amplitudenüberhöhungen zwischen 20 % und 1000 %, bevorzugt zwischen 20 % und 200 %, der Amplitude des unmodulierten AC-Speisesignals ergeben.
Wie ebenfalls bereits erwähnt, kann sich die Pulsmodula¬ tion auch durch eine Amplitudenminderung gegenüber dem unmodulierten AC-Speisesignal auszeichnen. Dabei beträgt die Amplitudenminderung zwischen - 5 % und - 90 % des unmodulierten AC-Speisesignals. Vorausgesetzt , dass innerhalb einer Periode der Pulsmodu¬ lation der Anteil des unmodulierten AC-Speisesignals mindestens 50 % beträgt, kann die Pulsmodulation charakterisiert sein durch eine Abfolge von Amplitudenüberhöhungen, eine Abfolge von Amplitudenminderungen sowie eine Abfolge von Amplitudenüberhöhungen und Amplitudenminderungen, die sich gegenseitig abwechseln. Hierbei haben sich verschie¬ dene Varianten als erfolgreich gezeigt: Die Amplitudenüberhöhungen und/oder die Amplitudenminderungen können immer zu positiven Amplituden oder immer zu negativen Amplituden oder abwechselnd zu positiven und zu negativen Amplituden oder gleichzeitig zu positiven oder negativen Amplituden des unmodulierten AC-Speisesignals erfolgen. Dabei hat sich aus thermischer Sicht die Abfolge einer Amplitudenüberhöhung mit einer unmittelbar darauf folgenden Amplitudenminderung bzw. die umgekehrte Reihenfolge als besonders vorteilhaft erwiesen. Der erfindungsgemäße Erfolg hat sich bei unterschiedlichsten Pulsformen eingestellt, insbesondere bei rechteck-, dreieck-, halbsinus-, rechteckförmig mit exponentiellem Anstieg oder sägezahn- förmiger Pulsform.
Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weist bei dieser das elektronische Vorschaltgerät bevorzugt Folgendes auf: einen Eingangsanschluss zum An- schließen einer Eingangsspannung, einen Ausgangsanschluss zum Bereitstellen eines AC-Speisesignals an die Hoch¬ druckentladungslampe und eine zwischen dem Eingangsan¬ schluss und dem Ausgangsanschluss angeordnete Serien¬ schaltung aus einem Wechselrichter und einem Lastnetz- werk, wobei der Wechselrichter eine Wechselrichteraus¬ gangsspannung mit einer vorgebbaren Frequenz, einer vor- gebbaren Amplitude und einem vorgebbaren Tastverhältnis an das Lastnetzwerk bereitstellt.
Bevorzugt wird zur Amplitudenmodulation des AC- Speisesignals die vorgebbare Frequenz und/oder die vor- gebbare Amplitude der Wechselrichter-Ausgangsspannung verändert. Bevorzugt weist das Lastnetzwerk mindestens einen Transformator auf, der am Eingang und/oder am Ausgang und/oder zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Lastnetzwerks angeordnet ist. Dieser erweist sich als be- sonders nützlich im Falle sehr niedriger oder hoher Betriebsspannungen oder bei der Forderung einer sicheren galvanischen Trennung, wobei hier beispielsweise an die Bahnnorm von 2 kV zu denken ist.
Das Lastnetzwerk ist bevorzugt so ausgelegt, dass es durch Veränderung der vorgebbaren Frequenz der Wechselrichterausgangsspannung in Resonanz gebracht werden kann, um dadurch die Zündspannung zur Zündung der Hochdruckentladungslampe zu erzeugen. Dadurch entfällt das Vorsehen einer separaten Zündvorrichtung.
Bevorzugt weist die Hochdruckentladungslampe einen Be¬ triebsdruck von 100 bis 500 Bar auf.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Schaltungs- anordnung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und Weiterbildungen sowie deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren. Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Im Nachfolgenden wird nunmehr ein Ausführungsbeispiel ei¬ ner erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen :
Fig. 1 in schematischer Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
Fig. 2 eine Auswahl von verschiedenen Ausführungsformen für ein Lastnetzwerk der Schaltungsanordnung von Fig. 1;
Fig. 3 für das Lastnetzwerk gemäß Fig. 2a die Übertra¬ gungsfunktion des Lampenstroms in Abhängigkeit der Frequenz der Spannung am Eingang des Lastnetzwerks;
Fig. 4 eine erste Ausführungsform eines Wechselrichters für die Schaltungsanordnung von Fig. 1;
Fig. 5 eine zweite Ausführungsform eines Wechselrichters für die Schaltungsanordnung von Fig. 1;
Fig. 6 ein Prinzipschaltbild zur Erzeugung einer Pulsmo¬ dulation unter Verwendung eines VCO (Voltage Controlled Oscillator) ;
Fig. 7 den zeitlichen Verlauf des AC-Speisesignals ohne Frequenzmodulation; und
Fig. 8 den zeitlichen Verlauf des AC-Speisesignals, bei dem während des Impulses der Pulsmodulation zu- sätzlich die Frequenz moduliert wird. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Die Eingangsspannung Ue, die insbesondere die so genannte Zwi- schenkreisspannung darstellen kann, wird dabei einem Hochfrequenz-Wechselrichter 10 zugeführt. Dessen Ausgangssignal zeichnet sich durch eine vorgebbare Amplitu¬ de, eine vorgebbare Frequenz sowie ein vorgebbares Tast¬ verhältnis aus. Diese vorgebbaren Größen können über eine Schnittstelle (nicht dargestellt) am Wechselrichter 10 eingestellt werden. Das Ausgangssignal Ua des Wechsel¬ richters 10 wird einem Lastnetzwerk 12 zugeführt. An des¬ sen Ausgang wird ein Lampenstrom IL an die Hochdruckentladungslampe 14 bereitgestellt. Dabei formt das Lastnetz¬ werk 12 den annähernd sinusförmigen Lampenstrom IL aus der Ausgangsspannung Ua des Wechselrichters 10 und dient gleichzeitig zur Strombegrenzung. Entsprechend der Cha¬ rakteristik des Lastnetzwerks 12 kann der Lampenstrom sowohl von der Frequenz als auch von der Amplitude der Ausgangsspannung des Wechselrichters abhängig sein. Zur Er- zeugung der gewünschten Amplitudenmodulation des Lampenstroms IL kann entweder die Frequenz der Ausgangsspannung Ua und/oder die Amplitude geändert werden. Bevorzugt ist das Lastnetzwerk 12 überdies so ausgebildet, dass es durch Veränderung der vorgebbaren Frequenz der Ausgangs- Spannung Ua des Wechselrichters in Resonanz gebracht wer¬ den kann, um damit die Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe zu erzeugen.
Fig. 2 zeigt verschiedene Ausführungsformen eines geeig¬ neten Lastnetzwerks. Es ist darauf hinzuweisen, dass in den Ausführungsformen gemäß Fig. 2a und 2d der Kondensa- tor C2 unterschiedlich ausgelegt sein kann: Einmal um zum Resonanznetzwerk beizutragen, zum anderen lediglich zur Gleichspannungstrennung. Wird am Eingang oder am Ausgang oder zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Lastnetz- werks 12 mindestens ein Transformator eingefügt, so kann damit insbesondere eine galvanische Trennung sicherge¬ stellt werden. Neben den dargestellten Lastnetzwerken in T-Anordnung sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auch reine Serienschaltungen aus LC-Gliedern sowie Schaltungen in π-Anordnung verwendbar. Wie für den Fachmann offensichtlich, lassen sich die Ziele der vorliegenden Erfindung auch mit Lastnetzwerken höherer Ordnung erreichen .
Fig. 3 zeigt die Übertragungsfunktion des Lampenstroms IL in Abhängigkeit der Frequenz f der Eingangsspannung Ue für das in Fig. 2a gezeigte Lastnetzwerk. Es sind zwei Arbeitspunkte APl und AP2 eingezeichnet, auf die mit Be¬ zug auf die Fig. 8 zurückgekommen wird.
Die Figuren 4 und 5 zeigen Beispiele für Wechselrichter 10, die für die Schaltungsanordnung von Fig. 1 geeignet sind. Fig. 4 zeigt hierbei einen schaltentlasteten Klasse
E-Konverter, Fig. 5 eine schaltentlastete ZVS (Zero VoI- tage Switching) -Halbbrücke . Da die Wechselrichter gemäß den Figuren 4 und 5 dem Fachmann einschlägig bekannt sind, wird nicht näher hierauf eingegangen.
Zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Verlaufs des Lampenstroms IL wird im einfachsten Falle die Ansteuerfrequenz der Schalttransistoren, Sl in Fig. 4 bzw. Sl und S2 in Fig. 5, frequenzmoduliert. Hierbei kann ein spannungsge- steuerter, frequenzvariabler Oszillator mitbenutzt wer- den, der üblicherweise ohnehin zur Strom- bzw. Leistungsregelung vorhanden ist.
Fig. 6 zeigt die Erzeugung der Ansteuersignale für den Wechselrichter gemäß Fig. 5. Dabei wird ein Pulssignal P zu dem ohnehin vorhandenen Steuersignal Q für den Betrieb im Addierer 16 hinzuaddiert. Dieses Steuersignal wird ei¬ nem VCO 18 zugeführt, der es einem Pulsformer 20 zuführt. Im Pulsformer 20 sind üblicherweise auch Treiberschaltungen vorgesehen. Am Ausgang des Pulsformers 20 werden die Ansteuersignale für die Schalter Sl, S2 des Wechselrich¬ ters 10 bereitgestellt. Der zeitliche Verlauf des Lampen¬ stroms IL bei dieser Variante der Ansteuerung der Schal¬ ter des Wechselrichters ist in Fig. 8 dargestellt. Wie deutlich zu erkennen, ist die Verschiebung des Arbeits- punkts von APl nach AP2 mit einer Änderung der Frequenz verbunden. Die Frequenz am Arbeitspunkt AP2 ist niedriger als die Frequenz im Arbeitspunkt APl, wobei der Lampenstrom IL jedoch im Arbeitspunkt AP2 eine höhere Amplitude aufweist als im Arbeitspunkt APl.
Alternativ - oder gleichzeitig - kann die Modulation durch Änderung der Amplitude der Eingangsspannung des Wechselrichters 10 vorgenommen werden. Durch Erhöhung dieser Spannung während der Pulsdauer kann ebenfalls ein erhöhter Lampenstrom IL erzielt werden, siehe hierzu den zeitlichen Verlauf des Lampenstroms IL von Fig. 7, bei dem zwar die Amplitude im Arbeitspunkt APl größer ist als die Amplitude im Arbeitspunkt AP2, die Frequenz jedoch unverändert bleibt. Für die Realisierung hierzu eignet sich besonders bevorzugt ein vorgeschalteter, schnell steuerbarer DC/DC-Konverter .

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (14) mit einem elektronischen Vorschalt- gerät, das ausgelegt ist, ein AC-Speisesignal für die Hochdruckentladungslampe (14) bereitzustellen, wobei die Frequenz des AC-Speisesignals mindestens 1 MHz be¬ trägt, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Vorschaltgerät weiterhin ausge¬ legt ist, das AC-Speisesignal in der Amplitude zu mo- dulieren.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenmodulation eine Pulsmodulation darstellt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmodulation eine Wiederholfrequenz von 100 Hz bis 100 kHz, bevorzugt von 100 Hz bis 2 kHz, auf¬ weist .
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmodulation ein Tastverhältnis zwischen 1 % und 50 % aufweist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmodulation mit einer Frequenzänderung einhergeht .
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geänderte Frequenz in einem Bereich von -50 % bis +100%, bevorzugt in einem Bereich von -10% bis +10%, der Frequenz des AC-Speisesignals liegt.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmodulation gegenüber dem unmodulierten AC-Speisesignal eine Amplitudenüberhöhung aufweist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenüberhöhung zwischen 20 % und 1000 %, bevorzugt zwischen 20 % und 200 %, der Amplitude des unmodulierten AC-Speisesignals beträgt.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmodulation gegenüber dem unmodulierten AC-Speisesignal eine Amplitudenminderung aufweist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenminderung zwischen -5% und -90% des unmodulierten AC-Speisesignals beträgt.
11. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Periode der Pulsmodulation der Anteil des unmodulierten AC-Speisesignals mindestens 50 % beträgt.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmodulation charakterisiert ist durch:
- eine Abfolge von Amplitudenüberhöhungen; - eine Abfolge von Amplitudenminderungen;
- eine Abfolge von Amplitudenüberhöhungen und Amplitudenminderungen, die sich gegenseitig abwechseln.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenüberhöhungen und/oder die Amplitudenminderungen immer zu positiven Amplituden oder immer zu negativen Amplituden oder abwechselnd zu positiven und zu negativen Amplituden oder gleichzeitig zu positiven oder negativen Amplituden des unmodulierten AC-Speisesignals erfolgen.
14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsform rechteck-, dreieck-, halbsinus-, rechteckförmig mit exponentiellem Anstieg oder säge- zahnförmig ist.
15. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Vorschaltgerät aufweist: - einen Eingangsanschluss zum Anschließen einer Eingangsspannung (Ue) ;
- einen Ausgangsanschluss zum Bereitstellen des AC- Speisesignals an die Hochdruckentladungslampe (14); und - eine zwischen dem Eingangsanschluss und dem Aus- gangsanschluss angeordnete Serienschaltung aus einem Wechselrichter (10) und einem Lastnetzwerk (12), wobei der Wechselrichter (10) eine Wechselrichter-Aus- gangsspannung (Ua) mit einer vorgebbaren Frequenz, einer vorgebbaren Amplitude und einem vorgebbaren Tastverhältnis an das Lastnetzwerk (12) bereit¬ stellt.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (10) ausgelegt ist, zur Amplitudenmodulation des AC-Speisesignals die vorgebbare Frequenz und/oder die vorgebbare Amplitude der Wechselrichter-Ausgangsspannung (Ua) zu verändern.
17. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastnetzwerk (12) mindestens einen Transformator aufweist, der am Eingang und/oder am Ausgang und/oder zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Lastnetzwerks (12) angeordnet ist.
18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastnetzwerk (12) ausgelegt ist, durch Veränderung der vorgebbaren Frequenz der Wechselrichter- Ausgangsspannung (Ua) zur Erzeugung einer Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe (14) in Resonanz ge¬ bracht zu werden.
19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckentladungslampe (14) einen Betriebs- druck von 100 bis 500 Bar aufweist.
20. Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe
(14) mit einem AC-Speisesignal, wobei die Frequenz des AC-Speisesignals mindestens 1 MHz beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das AC-Speisesignal in der Amplitude moduliert wird.
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