WO2013131802A1

WO2013131802A1 - Schaltungsanordnung und verfahren zum betreiben mindestens einer entladungslampe

Info

Publication number: WO2013131802A1
Application number: PCT/EP2013/054040
Authority: WO
Inventors: Kai Wolter; Norbert Magg
Original assignee: Osram Gmbh
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2013-09-12
Also published as: CN104170531A; US9253861B2; CN104170531B; US20150077018A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schalungsanordnung (10) zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La) mit einer Kommutierungseinrichtung (S1 bis S4) und einer Steuereinrichtung (12), die mit der Kommutierungseinrichtung (S1 bis S4) gekoppelt ist. Mittels einer ersten Messeinrichtung (M1) werden innerhalb einer Testbetriebsphase, bei der die erste (El1) und die zweite Elektrode (El2) asymmetrisch mit Energie beaufschlagt werden, jeweils erste Messwerte (MW11, MW12) ermittelt, die ein Maß für die Größe von Elektrodenspitzen der Entladungslampe (La) darstellen. Mittels einer zweiten Messeinrichtung (M2) wird ein zweiter Messwert (MW2) ermittelt, der mit dem Strom (I) durch die Entladungslampe (La) zumindest während der Testbetriebsphase korreliert ist. Die Steuereinrichtung (12) ist ausgelegt, die Kommutierungseinrichtung (S1 bis S4) zumindest in Abhängigkeit der ermittelten ersten (MW11, MW12) und zweiten Messwerte (MW21, MW22) anzusteuern. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La).

Description

Beschreibung

Schaltungsanordnung und Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanord^¬ nung zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe um- fassend eine Kommutierungseinrichtung mit einem Eingang zum Koppeln mit einer Gleichspannungsquelle und einem Ausgang zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe, einer Steuereinrichtung, die mit der Kommutierungseinrichtung gekoppelt ist zur Bereitstellung mindestens eines Steuersignals an die Kommutierungseinrichtung, einer ersten Messeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist, wobei die erste Messeinrichtung ausgelegt ist, einen ersten Messwert zu ermitteln, der ein Maß für die Größe von Elektrodenspitzen der mindestens einen Ent- ladungslampe darstellt, wobei die Steuereinrichtung aus^¬ gelegt ist, die Kommutierungseinrichtung innerhalb einer Testbetriebsphase derart anzusteuern, dass die erste und die zweite Elektrode asymmetrisch mit Energie beauf^¬ schlagt werden, wobei die Steuereinrichtung weiterhin ausgelegt ist, den ersten Messwert zum einen während der asymmetrischen Energiebeaufschlagung der ersten Elektrode und zum anderen während der asymmetrischen Energiebeaufschlagung der zweiten Elektrode zu ermitteln, wobei bei der jeweiligen Ermittlung des ersten Messwerts die jewei- lige Elektrode als Anode arbeitet, und wobei die Steuer^¬ einrichtung ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung in Abhängigkeit zumindest der ermittelten ersten Messwerte anzusteuern. Sie betrifft überdies ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe. Stand der Technik

Eine derartige Schaltungsanordnung und ein verwandtes Verfahren sind bekannt aus der DE 10 2007 057 772 AI.

Ein generelles Problem beim Betrieb von Entladungslampen ist die Änderungen der Elektrodengeometrie im Laufe ihrer Lebensdauer. Dies gilt insbesondere für den vordersten Bereich des Elektrodenkopfes, wo infolge des Bogenansat- zes Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt der Elektrode auf^¬ treten. Bei mit Wechselstrom betriebenen Lampen, insbesondere bei solchen, die in der Videoprojektion angewen- det werden, kann durch geeignete Betriebsparameter das Aufwachsen von Spitzen auf dem Elektrodenkopf erreicht werden. Derartige Spitzen wirken sich positiv auf die Eigenschaften der Lampe aus, beispielsweise hinsichtlich Leuchtdichte und Elektrodenrückbrand . Das Lebensdauerver- halten und der Nutzlichtstrom einer solchen Lampe hängen deshalb entscheidend von der Stabilität der Elektroden beziehungsweise der aufgewachsenen Elektrodenspitzen im Laufe der Lebensdauer ab. Von besonderer Relevanz sind hierbei die Länge und der Durchmesser der Elektrodenspit- zen.

Abhängig von den konkreten Bedingungen lässt sich üblicherweise folgendes Verhalten beobachten: Bei zu starkem Rückbrand werden die Elektrodenspitzen klein und schmal. Ein zu starkes Zusammenwachsen führt hingegen dazu, dass die Elektrodenspitzen sehr breit bzw. lang werden. Überdies kann es zu einer asymmetrischen Entwicklung der E- lektrodenspitzen kommen.

Im Stand der Technik gibt es eine große Anzahl von Schriften, die sich mit dem Thema Elektrodenstabilität beschäftigen, insbesondere hinsichtlich eines zu starken Elektrodenrückbrands auf der einen Seite oder hinsicht^¬ lich eines zu ausgeprägten Zusammenwachsens der Elektro^¬ den auf der anderen Seite. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise verwiesen auf die WO 2009/007914 AI.

Ausgangspunkt bei den aus dem Stand der Technik bekannten Methoden ist im Regelfall eine Vorrichtung, mit deren Hilfe ein Wert ermittelt wird, der ein Maß für die aktu^¬ elle Länge des Elektrodenabstandes darstellt. Üblicher- weise ist damit die Messung der Lampenspannung mit Hilfe einer geeigneten Schaltung gemeint, die im elektronischen Vorschaltgerät zum Betrieb der Lampe integriert ist. Ab^¬ hängig vom gemessenen Wert der Lampenspannung werden bei einem oder mehreren Spannungs-Schwellwerten Änderungen in den Betriebsparametern der Entladungslampe vorgenommen, beispielsweise eine Anpassung der Lampenfrequenz oder des Profils des Lampenstroms.

Nachteilig bei diesen bekannten Methoden ist, dass eine asymmetrische Entwicklung der Elektrodenspitzen nicht er- fasst wird. Überdies ist der Absolutwert der Spannung nur bedingt mit dem eigentlich interessierenden Zustand der Elektrodenspitzen korreliert, das heißt bei zwei Lampen mit ein und demselben Spannungswert kann sich der Zustand der Elektroden deutlich unterscheiden, beispielsweise be- dingt durch Fertigungstoleranzen beim Lampenbau, aber auch in der Anwendung beim Kunden.

Verbessert wird dies durch die Lehre der bereits erwähn^¬ ten DE 10 2007 057 772 AI, aus der die gattungsgemäße Schaltungsanordnung beziehungsweise das gattungsgemäße Verfahren bekannt ist. Diese Druckschrift befasst sich mit der Vermeidung von Flackererscheinungen sowie des Absinkens der Lampenspannung bei übermäßiger Bildung von Elektrodenspitzen. Zur Verhinderung dieser Effekte schlägt die Druckschrift vor, beim Betrieb von Entladungslampen mit rechteckförmigem Strom Kommutierungen zu unterdrücken, wodurch es zum Abschmelzen der Elektrodenspitzen kommt. Zur Detektion der Spitzengeometrie wird insbesondere vorgeschlagen, die Kommutierung während einer ersten Testzeit in einer ersten Polarität zu unterdrücken und dabei die Änderung der Lampenspannung zu bestimmen, anschließend die Kommutie^¬ rung während einer zweiten Testzeit gleicher Dauer wie die erste Testzeit in einer zweiten Polarität, die unter- schiedlich zur ersten Polarität ist, zu unterdrücken und dabei wiederum die Änderung der Lampenspannung zu bestimmen. Schließlich wird die Kommutierung während einer Abschmelzzeit, die länger ist als die Testzeiten, unter^¬ drückt, wobei während der Abschmelzzeit die Polarität ge- wählt wird, die während der vorangehenden Testzeiten die größere Änderung der Lampenspannung bewirkt hat.

Aus der US 2006/0012309 AI ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch geeignete Betriebsparameter versucht wird, während der Lebensdauer von vornherein erwartete Asymmetrien auszugleichen. Aus der US 2010/0052496 AI ist ein Verfahren bekannt, wo von vornherein unterschiedlich dimensionierte Elektroden verwendet werden, um eine erwartete A- symmetrie auszugleichen.

Zum weiteren Stand der Technik wird noch verwiesen auf die WO 2010/086222 AI. Der Nachteil der aus der erwähnten DE 10 2007 057 772 AI bekannten Vorgehensweise besteht darin, dass diese bis^¬ weilen zu guten Ergebnissen führt, häufig jedoch auch zu unbrauchbaren .

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungs^¬ anordnung beziehungsweise das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren derart weiterzubilden, dass die Le^¬ bensdauer der Entladungslampe erhöht wird und darüber hinaus das von der Entladungslampe abgegebene Licht über die Lebensdauer hinweg von möglichst hoher Qualität bleibt .

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 14.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die unzureichenden Ergebnisse bei Realisierungen auf der Basis der Lehre der DE 10 2007 057 772 AI darauf beruhen, dass die Temperaturabhängigkeit der Messwerte so- wohl während der Testphase als auch während der Manipula^¬ tion der Spitzengeometrie nicht berücksichtigt wird. Ins^¬ besondere wird nicht berücksichtigt, dass sich die Brenn^¬ spannung U einer Entladungslampe im Laufe der Lebensdauer deutlich ändert und damit auch der Lampenstrom I in einer typischerweise leistungsgeregelten Applikation.

Fig. 1 zeigt in diesem Zusammenhang eine typische Änderung des Lampenstroms I und der Lampenspannung U über die Lebensdauer einer Entladungslampe bei konstanter Leistung P am Beispiel einer 230 W-Entladungslampe . Da die Tempe^¬ ratur der Elektroden bzw. der Elektrodenspitzen der Entladungslampe mit dem Lampenstrom I korreliert ist, ergibt sich aus der Darstellung von Fig. 1, dass die Aussage- kraft einer Testphase mit abnehmendem Lampenstrom I und damit mit zunehmendem Alter der Entladungslampe überpro^¬ portional abnimmt.

Grundsätzlich gilt, dass eine Elektrodenspitze mit gege^¬ bener Geometrie bei kleinen Lampenströmen mit einer ge- ringeren relativen Spannungsänderung auf einen Testphasenbetrieb reagiert als eine Spitze derselben Geometrie bei großen Lampenströmen. Deshalb ist es wegen des während der Lebensdauer auftretenden Rückbrands unbedingt notwendig, den Testphasenbetrieb und die Reaktion darauf, das heißt die Manipulation der Spitzengeometrie, in Ab^¬ hängigkeit des Lampenstroms anzupassen. Ohne eine Berück^¬ sichtigung dieser Stromabhängigkeit besteht die Gefahr einer Fehlinterpretation der während des Testphasenbetriebs ermittelten ersten Messwerte, insbesondere in den späteren Phasen der Lebensdauer der Entladungslampe.

Je niedriger der Lampenstrom, umso ausgeprägter muss die asymmetrische Beaufschlagung der Elektroden mit Energie in einer Testbetriebsphase ausgelegt werden, um ver^¬ gleichbare Reaktionen hervorzurufen. Dies betrifft in gleichem Maße die auf die Testbetriebsphase folgende Ma^¬ nipulation der Spitzengeometrie. Dies bedeutet, dass der Lampenstrom berücksichtigt werden muss, um ein vergleichbar großes Überschmelzen der Elektrodenspitzen und einen damit verbundenen Spannungshub zu bewirken. Dies kann durch strommäßige Überhöhung beziehungsweise Verlängerung der zeitlichen Einwirkung erfolgen. Wenn man diese Abhängigkeit wie im Stand der Technik ge^¬ mäß der erwähnten DE 10 2007 057 772 AI nicht berücksichtigt, sondern unabhängig vom Lampenstrom mit einer fest eingestellten Testphase, das heißt mit einem festen Stromwert oder einer festen zeitlichen Länge der asymmetrischen Beaufschlagung arbeitet, werden die dabei gewonnenen Messwerte zwangsweise falsch interpretiert, sobald sich der Lampenstrom infolge von Elektrodenrückbrand re^¬ duziert hat. Beispielsweise wird man bei gegebener Spit- zengeometrie bei kleineren Strömen kleinere erste Mess^¬ werte erhalten, was als breiter gewordene Spitze inter^¬ pretiert würde, obwohl das in der Praxis üblicherweise dann nicht der Fall ist. Außerdem besteht die Gefahr, dass bei zu stark gewählter asymmetrischer Beaufschlagung der Elektroden - um beispielsweise einen vorgebbaren Spannungshub zu bewirken - im Falle von großen Lampenströmen irreversible Schädigungen der Elektroden auftreten können.

Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, dass die Schal- tungsanordnung weiterhin eine zweite Messeinrichtung um- fasst, die ausgebildet ist, zumindest einen zweiten Mess^¬ wert zu ermitteln, der mit dem Strom durch die mindestens eine Entladungslampe zumindest während der Testbetriebs^¬ phase korreliert ist, wobei die zweite Messeinrichtung mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist, wobei die Steu^¬ ereinrichtung ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung zumindest in Abhängigkeit der ermittelten ersten und zweiten Messwerte anzusteuern. Der Strom wird dabei bevorzugt vor den Testphasen gemessen, kann aber auch wäh- rend der Testphasen gemessen werden. Erst durch die erfindungsgemäße Weiterbildung lassen sich zuverlässige Aussagen im Hinblick auf die während der Testbetriebspha^¬ se gewonnenen Messwerte und damit zuverlässige Rück^¬ schlüsse auf den Zustand der beiden Elektroden ziehen. Dadurch können geeignete Maßnahmen zur Manipulation der Spitzengeometrien vorgenommen werden. Dies führt zu einer Optimierung der Leuchtdichte der Entladungslampe über die Lebensdauer und trägt zu einer deutlichen Verlängerung der Lampenlebensdauer bei.

Bevorzugt wird zur Mittelung der RMS-Strom über mehrere Kommutierungen hinweg gemessen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung ausgelegt, den asymmetrischen Energieeintrag da^¬ durch zu erzeugen, dass sie die Kommutierungseinrichtung zur Bewirkung zumindest einer der folgenden Maßnahmen an- steuert: Verschieben von Kommutierungen; Auslassen von Kommutierungen; unterschiedliche Pulslänge für die erste und die zweite Elektrode; und unterschiedliche Pulshöhe für die erste und die zweite Elektrode.

Diese Maßnahmen lassen sich auf besonders einfache Weise umsetzen, insbesondere mit geringem Aufwand, der im We^¬ sentlichen lediglich in einer entsprechenden Programmierung der Steuereinrichtung besteht.

Bevorzugt ist die erste Messeinrichtung ausgelegt, die Lampenspannung zu messen. Hierfür stehen bekannte Mess- einrichtungen zur Verfügung, sodass die Umsetzung problemlos zu realisieren ist.

Bevorzugt ist in der Steuereinrichtung eine Kennlinie ab^¬ gelegt, insbesondere als Formelzusammenhang oder als Look-Up-Table, in der die Abhängigkeit des an die Kommu- tierungseinrichtung zu koppelnden Ansteuersignais von den ermittelten ersten und zweiten Messwerten wiedergegeben ist. Dies ermöglicht auf besonders einfache und schnelle Art und Weise die Ermittlung des an die Kommutierungsein- richtung zu koppelnden Ansteuersignais in Abhängigkeit der ermittelten ersten und zweiten Messwerte.

Die Steuereinrichtung kann zur Regelung des ersten Messwerts ausgelegt sein. Sie kann dabei insbesondere ausge^¬ legt sein, den asymmetrischen Energieeintrag sukzessive derart zu ändern, bis eine vorgebbare Änderung des ersten Messwerts feststellbar ist. Dies kann beispielsweise der^¬ art erfolgen, dass ein vorgebbarer Spannungshub erreicht werden soll. Damit vereinfacht sich die in der Steuereinrichtung abzulegende Kennlinie, da der jeweilige erste Messwert konstant ist, beispielsweise einem konstanten Spannungshub entspricht.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung zur Be- wirkung eines vorgebbaren asymmetrischen Energieeintrags anzusteuern. Dies resultiert üblicherweise zwar bei un^¬ terschiedlichen Entladungslampen in unterschiedlichen ersten Messwerten, hat aber bei Erfassung des ersten Messwerts keine negativen Auswirkungen.

Der zweite Messwert stellt insbesondere eine Spannung dar. Diese lässt sich besonders einfach und verlustfrei ermitteln und ermöglicht daher einen hohen Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Der erste Messwert kann eine Änderung eines Spannungs^¬ werts zwischen normalem Betrieb der Entladungslampe und Testbetrieb mit asymmetrischem Energieeintrag darstellen. Insofern ist es nicht nötig, den Absolutwert der Spannung zu erfassen; vielmehr genügt die Erfassung der relativen Spannungsänderung. Diese kann aufgrund ihrer Unabhängigkeit vom Absolutwert der Spannung mit höherer Genauigkeit erfolgen, insbesondere bei einer digitalen Auswertung des Spannungshubs, und ermöglicht daher eine besonders große Genauigkeit .

In diesem Zusammenhang kann die Steuereinrichtung ausgelegt sein, die Kommutierungseinrichtung wie folgt anzusteuern :

a) falls die Differenz aus dem ersten Messwert, bei dem die erste Elektrode als Anode arbeitet, und dem ersten Messwert, bei dem die zweite Elektrode als Anode ar^¬ beitet, unter einem ersten vorgebbaren Schwellwert liegt, der von dem zweiten Messwert während der Be^¬ stimmung der beiden ersten Messwerte abhängt:

al) falls die beiden gemessenen ersten Messwerte unter einem zweiten vorgebbaren Schwellwert liegen, der von dem zweiten Messwert während der Bestimmung der beiden ersten Messwerte abhängt:

Ansteuern der Kommutierungseinrichtung derart, dass ein Zusammenwachsen der ersten und der zweiten Elektrode verhindert wird;

a2) falls die beiden gemessenen ersten Messwerte über einem dritten vorgebbaren Schwellwert liegen, der von dem zweiten Messwert während der Bestimmung der beiden ersten Messwerte abhängt:

Ansteuern der Kommutierungseinrichtung derart, dass ein Wachsen der Elektrodenspitzen der ersten und der zweiten Elektrode bewirkt wird; b) falls die Differenz aus dem ersten Messwert, bei dem die erste Elektrode als Anode arbeitet, und dem ersten Messwert, bei dem die zweite Elektrode als Anode ar^¬ beitet, über einem vierten vorgebbaren Schwellwert liegt, der von dem zweiten Messwert während der Be^¬ stimmung der beiden ersten Messwerte abhängt:

Ansteuern der Kommutierungseinrichtung derart, dass eine asymmetrische Veränderung der Elektrodenspitzen bewirkt wird. Durch diese Fallunterscheidung wird unterschiedlichen Zuständen der Elektrodenspitzen präzise Rechnung getragen, sodass in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Zuständen der Elektrodenspitzen immer die geeignete Maßnahme zur Optimierung der Leuchtdichte beziehungsweise zur Er- höhung der Lebensdauer vorgenommen wird.

Der Begriff "während" in dem Zusammenhang, dass ein vorgebbarer Schwellwert von dem zweiten Messwert während der Bestimmung der beiden ersten Messwerte abhängt, umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine zeitnahe Bestimmung des zweiten Messwerts, d.h insbsondere eine Bestimmung des zweiten Messwerts kurz bzw. unmittelbar vor der Bestimmung der ersten Messwerte.

So ist davon auszugehen, dass im Schritt al) die Spitzen sehr breit sind. Es besteht daher die Gefahr eines zu starken Zusammenwachsens. Bevorzugt bewirkt daher in Schritt al) die Ansteuerung der Kommutierungseinrichtung mindestens eine der folgenden Maßnahmen: Erhöhen der der Lampenfrequenz; Erniedrigen der Energie in den Kommutierungspulsen; Verschieben der Kommutierungspositionen zu niedrigeren Kommutierungspulsen, wobei ein Kommutie- rungspuls eine Stromüberhöhung in einer Halbwelle mit ei^¬ ner vorgebbaren Amplitude darstellt, hinter der eine Kommutierung stattfindet.

Im Schritt a2) sind hingegen die Spitzen sehr klein. Es besteht die Gefahr eines beschleunigten Rückbrands . Es kann deshalb vorgesehen werden, dass in Schritt a2) die Ansteuerung der Kommutierungseinrichtung mindestens eine der folgenden Maßnahmen bewirkt: Erniedrigen der Lampenfrequenz; Erhöhen der Energie in den Kommutierungspulsen; Verschieben der Kommutierungspositionen zu höheren Kommutierungspulsen .

Im Schritt b) unterscheidet sich die Geometrie der Elekt^¬ rodenspitzen voneinander. Deshalb ist dieser Entwicklung mit einer asymmetrisch gestalteten Maßnahme entgegenzu- steuern. Bevorzugt erfolgt deshalb in Schritt b) die An^¬ Steuerung der Kommutierungseinrichtung derart, dass mindestens eine der folgenden Maßnahmen bewirkt wird: Redu^¬ zieren des Energieeintrags derjenigen Elektrode, deren erster Messwert der größere der beiden ersten Messwerte war; Ansteuern der Kommutierungseinrichtung derart, dass ein Wachsen der Elektrodenspitze derjenigen Elektrode, deren erster Messwert der größere der beiden ersten Messwerte war, bewirkt wird.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schaltungsanord^¬ nung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Verfahren. Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Änderung des Lampenstroms I und der Lampenspannung U während der Lebensdauer einer 230 W- Entladungslampe bei leistungsgeregeltem Betrieb, d.h. bei konstanter Leistung P;

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;

Fig. 3 in schematischer Darstellung die Abhängigkeit der zeitlichen Länge eines asymmetrischen Energieeintrags in Form einer DC-Phase in Abhängigkeit vom Lampenstrom zur Bewirkung eines konstanten Spannungshubs bei einer 230 W-Entladungslampe mit ge^¬ gebener Spitzengeometrie der Elektroden; und

Fig. 4 die Abhängigkeit des Spannungshubs einer 230 W- Entladungslampe mit gegebener Spitzengeometrie der Elektroden als Antwort auf einen vorgegebenen a- symmetrischen Energieeintrag in Abhängigkeit des Lampenstroms .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 10 zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe La. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst eine Kommutierungseinrich- tung, welche vorliegend die Schalter Sl bis S4 in Voll- brückenanordnung umfasst. Die jeweilige Serienschaltung der Schalter Sl und S2 einerseits sowie der Schalter S3 und S4 andererseits ist mit einem Eingang gekoppelt, der einen ersten Eingangsanschluss El und einen zweiten Ein- gangsanschluss E2 umfasst. Die Entladungslampe La ist mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung gekoppelt, wobei der Ausgang einen ersten Ausgangsanschluss AI und einen zwei^¬ ten Ausgangsanschluss A2 umfasst.

Eine Steuereinrichtung 12 ist mit der Kommutierungsein- richtung Sl bis S4 gekoppelt zur Bereitstellung mindestens eines Steuersignals an die Kommutierungseinrichtung, insbesondere an die Steuerelektroden der Schalter Sl bis S4. Eine erste Messeinrichtung Ml, die mit der Steuereinrichtung 12 gekoppelt ist, ist ausgelegt, einen ersten Messwert MW1 zu ermitteln, der ein Maß für die Größe von Elektrodenspitzen der Entladungslampe La darstellt.

Die Steuereinrichtung 12 ist ausgelegt, die Kommutierungseinrichtung Sl bis S4 innerhalb einer Testbetriebsphase derart anzusteuern, dass die erste Ell und die zweite E12 Elektrode asymmetrisch mit Energie beaufschlagt werden. Die Steuereinrichtung 12 ist insbesondere ausgelegt, den ersten Messwert MW1 zum einen während einer Phase zu er^¬ mitteln, in der die erste Elektrode Ell mit mehr Energie beaufschlagt wird als die zweite Elektrode E12, und zum anderen während einer Phase, in der die zweite Elektrode E12 mit mehr Energie beaufschlagt wird als die erste E- lektrode Ell. Dadurch erhält man zwei erste Messwerte MW11 und MW12, wobei bei der jeweiligen Ermittlung des ersten Messwerts MW1 die jeweilige Elektrode Ell, E12 als Anode arbeitet. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst weiterhin eine zweite Messeinrichtung M2, die ausgebildet ist, zumindest einen zweiten Messwert MW2 zu ermitteln, der mit dem Strom I durch die Entladungslampe La zumindest während der Test- betriebsphase korreliert ist. Die zweite Messeinrichtung M2 ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 12 gekoppelt, wobei die Steuereinrichtung 12 ausgelegt ist, die Kommu^¬ tierungseinrichtung Sl bis S4 in Abhängigkeit der ermittelten ersten MW11, MW12 und zweiten Messwerte MW21, MW22 anzusteuern.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ermöglicht die Abfrage des Spitzenzustands dadurch, dass jede Elekt^¬ rodenspitze einzeln mit einer geeigneten Testbetriebspha^¬ se beaufschlagt wird und deren Reaktion darauf erfasst wird. Als Testbetriebsphase eignet sich prinzipiell jede Form von kurzzeitigem asymmetrischen Energieeintrag in die Elektroden, beispielsweise eine geeignet lange DC- Phase oder asymmetrische Lampenstromprofile, beispiels^¬ weise durch Modifikation der Pulslänge, der Pulshöhe be- ziehungsweise durch eine einseitige Stromerhöhung. Die Reaktion auf diese Testbetriebsphase besteht in einer Än^¬ derung oder einem Ausbleiben einer Änderung der Elektro- denspitzengeometrie , welche beispielsweise durch eine re^¬ lative Spannungsänderung, das heißt einen Spannungshub, detektiert werden kann. Alternativ kann auch eine umgekehrte Vorgehensweise sinnvoll sein, das heißt anstatt einer Testbetriebsphase mit vordefinierter „Stärke" vor^¬ zugeben und die Höhe des Reaktionssignals zu interpretie^¬ ren, kann man auch detektieren wie stark eine Testbe- triebsphase ausfallen muss, um ein vorgegebenes Reakti^¬ onssignal zu erreichen. Implementieren lässt sich die Detektion des Spitzenzu- stands beispielsweise durch Aufprägen einer DC-Phase ei^¬ ner festen Länge, beispielsweise 100 ms, oder einer ein^¬ seitigen Erhöhung des Pulsstroms um zum Beispiel 30 % und anschließender Erfassung der relativen Spannungsänderung. Ist diese relative Spannungsänderung groß, beispielsweise größer 3 V, hat man es mit einer eher kleinen, dünnen Spitze zu tun. Ist sie dagegen klein, beispielsweise kleiner 1 V, hat man es mit einer eher großen, dicken Spitze zu tun. Dabei wird die Testbetriebsphase separat in beiden Stromrichtungen des AC-Betriebs durchgeführt, wobei jeweils diejenige Elektrode, die sich gerade in der Anodenphase befindet, abgefragt wird. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Kathode nur schwach auf eine solche Testbetriebsphase reagiert.

Das Ergebnis dieser Abfrage kann in zwei prinzipiell ver^¬ schiedene Fälle unterteilt werden:

Fall a)

Beide Spitzen zeigen eine ähnlich große Spannungsände- rung. Abhängig von der Höhe dieser Spannungsänderung kann eine geeignete Maßnahme ergriffen werden, die sich in gleicher Weise auf beiden Elektroden auswirkt, zum Beispiel eine Anpassung der Lampenfrequenz oder des Lampen- stromprofils . Fall al)

Ergibt sich eine kleine Spannungsänderung bedeutet dies, dass die Spitzen sehr breit sind und die Gefahr eines zu starken Zusammenwachsens besteht. Als Gegenmaßnahme ist demnach die Lampenfrequenz zu erhöhen beziehungsweise die Energie in den Kommutierungspulsen zu erniedrigen, bei- spielsweise durch Ansteuern mit kleineren Pulsen, kürzeren Pulsen oder Änderung des Kommutierungsschemas.

Fall a2)

Große Spannungsänderung, das heißt die Spitzen sind sehr klein. Es besteht die Gefahr eines beschleunigten Rück- brands . Als Gegenmaßnahme wird die Lampenfrequenz ernied^¬ rigt beziehungsweise die Energie in den Kommutierungspul^¬ sen erhöht, beispielsweise höhere Pulse, längere Pulse beziehungsweise Änderung des Kommutierungschemas oder Ak- tivierung eines Lampenpflegemodus , wie beispielsweise ei^¬ ne Leistungsmodulation beim nächsten Ausschalten beziehungsweise einen Hinweis an den Projektor „Pflegemodus einschalten". In diesem Zusammenhang wird verwiesen auf die WO 2011/147464 AI. Fall b)

Weisen die beiden Spitzen eine deutlich unterschiedliche Spannungsänderung auf, muss versucht werden, dieser Entwicklung mit einer asymmetrisch gestalteten Maßnahme entgegenzusteuern, beispielsweise mit einem generellen DC- Anteil geeigneter Polarität mit häufigeren beziehungswei^¬ se längeren DC-Phasen geeigneter Polarität, wie dies beispielsweise aus der WO 2010/086222 AI bekannt ist oder anderen Methoden, die einen asymmetrischen Energieeintrag in die Elektrode zur Folge haben, beispielsweise derge- stalt, dass diejenige Elektrode, die eine stärkere Reak^¬ tion auf die Testphase gezeigt hat, von nun an einen re^¬ duzierten Eintrag erfährt, siehe hierzu beispielsweise die US 2006/0012309 AI. Da der Grund für die asymmetri^¬ sche Entwicklung letztlich nicht bekannt ist, kann es ge- gebenenfalls sinnvoll sein, mehrere Manipulations- Methoden zu testen und den Erfolg mit einer der erfindungsgemäßen Detektions-Methoden zu ermitteln.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung die Abhängigkeit der durch asymmetrischen Energieeintrag in Form ei- ner Verlängerung des DC-Pulses eines zur Ansteuerung der Kommutierungseinrichtung verwendeten Rechtecksignals vorgenommenen Änderung, um bei gegebener Spitzengeometrie einen vorgebbaren konstanten Spannungshub zu erzeugen, in Abhängigkeit des Lampenstroms am Beispiel einer 230 W- Entladungslampe. Als Testbetriebsphase wurde demnach eine DC-Phase verwendet, die durch gezieltes „Auslassen" von Kommutierungen eines Rechtecksignals erreicht wurde. Zur Bestimmung dieses Zusammenhangs wurden Lampen mit vergleichbaren Elektrodenspitzengeometrien, aber deutlich unterschiedlichem Elektrodenabstand verwendet. Da der E- lektrodenabstand mit der Lampenspannung U korreliert ist, ergibt sich dabei bei einer leistungsgeregelten Betriebsweise eine Abhängigkeit vom Lampenstrom I. Im nächsten Schritt wurde dann die Länge der DC-Testbetriebsphase von kleinen Werten her kommend jeweils solange angepasst, bis bei allen Lampen, das heißt bei allen zugehörigen Werten des Lampenstroms I, der gleiche Spannungshub von 2 V als Antwort auf die Testbetriebsphase gemessen wurde.

Dieser Zusammenhang kann in Form einer Kennlinie in einer in der Steuervorrichtung 12 hinterlegten Tabelle abgelegt werden. In der Praxis kann es bei leistungsgeregeltem Betrieb sinnvoll sein, die Stromabhängigkeit in eine Span^¬ nungsabhängigkeit umzurechnen, da diese messtechnisch von der jeweiligen Messvorrichtung einfacher erfasst und ver- arbeitet werden kann. Alternativ kann bei einem fest eingestellten Testphasenbetrieb, das heißt einem festen Stromwert beziehungsweise einer festen zeitlichen Länge, auch das Antwortsignal, beispielsweise der Spannungshub, als Funktion des Lampen- Stroms I angegeben werden.

Fig. 4 zeigt in diesem Zusammenhang den Spannungshub als Antwort auf einen festen Testphasenbetrieb in Abhängig^¬ keit vom Lampenstrom I bei einer 230 W-Entladungslampe . Auch diese Abhängigkeit kann in der Steuervorrichtung 12 in Form einer Kennlinie oder Tabelle abgelegt werden. Al^¬ lerdings muss bei dieser Variante sehr genau darauf ge^¬ achtet werden, dass einerseits der Testphasenbetrieb nicht zu einer zu starken Belastung der Elektroden führt, um eine Schädigung der Elektrodenspitzen bei großen Lam- penströmen zu verhindern. Andererseits muss sicherge^¬ stellt werden, dass bei kleinen Lampenströmen noch ein genügend großes Antwortsignal erhalten wird, das sich auch einwandfrei detektieren und interpretieren lässt. Diese Grenze ist bei ca. 0,25 V Spannungshub erreicht. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel beträgt die Lam^¬ penleistung 280 W, die Lampenspannung vor den beiden DC- Testbetriebsphasen jeweils 65,3 V. Die DC-

Testbetriebsphasen werden mit jeweils einer Länge des DC- Pulses von 100 ms gefahren. Diese 100 ms starten bei- spielsweise ab dem ersten Auslassen einer Kommutierung.

Bei dem Ausführungsbeispiel zeigte sich als Reaktion der linken Elektrodenspitze auf die 100 ms-DC-Testbetriebs- phase ein Spannungsanstieg von 65,3 auf 65,8 V, das heißt der Spannungshub betrug 0,5 V. Die Reaktion der rechten Spitze auf die 100 ms-DC-Testbetriebsphase zeigte hier einen Spannungsanstieg von 65,3 auf 69,1 V, das heißt der Spannungshub betrug 3,8 V. Im Allgemeinen ist ein solcher Unterschied im Spannungshub ein klares Indiz für eine a- symmetrische Entwicklung der Elektrodenspitzen, so dass Maßnahmen entsprechend dem oben genannten Fall b) einge^¬ leitet werden können.

Claims

Ansprüche

Schaltungsanordnung (10) zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La) umfassend:

- eine Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) mit einem Eingang (El, E2) zum Koppeln mit einer Gleichspannungsquelle (Uin) und einem Ausgang (AI, A2) zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe (La) ;

- eine Steuereinrichtung (12), die mit der Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) gekoppelt ist zur Bereitstellung mindestens eines Steuersignals an die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) ;

- eine erste Messeinrichtung (Ml) , die mit der Steuereinrichtung (12) gekoppelt ist, wobei die erste Messeinrichtung (Ml) ausgelegt ist, einen ersten Messwert (MW1) zu ermitteln, der ein Maß für die Größe von Elektrodenspitzen der mindestens einen Entladungslampe (La) darstellt,

wobei die Steuereinrichtung (12) ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) innerhalb einer Testbetriebsphase derart anzusteuern, dass die erste (Ell) und die zweite Elektrode (E12) asymmetrisch mit Energie beaufschlagt werden, wobei die Steuer^¬ einrichtung (12) weiterhin ausgelegt ist, den ersten Messwert (MW1) zum einen während der asymmetrischen Energiebeaufschlagung der ersten Elektrode (Ell) und zum anderen während der asymmetrischen Energiebeaufschlagung der zweiten Elektrode (E12) zu ermitteln, wobei bei der jeweiligen Ermittlung des ersten Messwerts (MW11, MW12) die jeweilige Elektrode (Ell, E12) als Anode arbeitet; und - wobei die Steuereinrichtung (12) ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) in Abhängigkeit zumindest der ermittelten ersten Messwerte (MW11, MW12) anzusteuern;

dadurch gekennzeichnet,

dass die Schaltungsanordnung (10) weiterhin eine zweite Messeinrichtung (M2) umfasst, die ausgebildet ist, zumindest einen zweiten Messwert (MW2) zu ermitteln, der mit dem Strom (I) durch die mindestens eine Entla^¬ dungslampe (La) zumindest während der Testbe^¬ triebsphase korreliert ist;

wobei die zweite Messeinrichtung

(M2) mit der Steuereinrichtung (12) gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung (12) ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) zumindest in Abhängigkeit der ermit^¬ telten ersten (MW11, MW12) und zweiten Messwerte (MW21, MW22) anzusteuern.

Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuereinrichtung (12) ausgelegt ist, den a- symmetrischen Energieeintrag dadurch zu erzeugen, dass sie die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) zur Be- wirkung zumindest einer der folgenden Maßnahmen ansteuert :

- Verschieben von Kommutierungen;

- Auslassen von Kommutierungen;

- unterschiedliche Pulslänge für die erste (Ell) und die zweite Elektrode (E12) ;

- unterschiedliche Pulshöhe für die erste (Ell) und die zweite Elektrode (E12) .

3. Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die erste Messeinrichtung (Ml) ausgelegt ist, die Lampenspannung (U) zu messen.

4. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass in der Steuereinrichtung (12) eine Kennlinie ab- gelegt ist, insbesondere als Formelzusammenhang oder als Look-Up-Table, in der die Abhängigkeit des an die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) zu koppelnden An- steuersignals von den ermittelten ersten (MW11, MW12) und zweiten Messwerten (MW21, MW22) wiedergegeben ist.

5. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuereinrichtung (12) zur Regelung des ersten Messwerts (MW1) ausgelegt ist.

6. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuereinrichtung (12) ausgelegt ist, den a- symmetrischen Energieeintrag sukzessive derart zu än^¬ dern, bis eine vorgebbare Änderung des ersten Mess- werts (MW1) feststellbar ist.

7. Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuereinrichtung (12) ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) zur Bewirkung eines vorgebbaren asymmetrischen Energieeintrags anzu- steuern.

8. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass der zweite Messwert (MW2) eine Spannung dar- stellt.

9. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass der erste Messwert (MW1) eine Änderung eines Spannungswerts zwischen Normalbetrieb der Entladungs^¬ lampe (La) und Testbetrieb mit asymmetrischem Energie^¬ eintrag darstellt.

10. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuereinrichtung (12) ausgelegt ist die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) wie folgt anzusteuern :

a) falls die Differenz aus dem ersten Messwert (MW1) , bei dem die erste Elektrode (Ell) als Anode arbei- tet, und dem ersten Messwert (MW1) , bei dem die zweite Elektrode (E12) als Anode arbeitet, unter einem ersten vorgebbaren Schwellwert liegt, der von dem zweiten Messwert (MW2) während der Bestim- mung der beiden ersten Messwerte (MW11, MW12) abhängt :

al) falls die beiden gemessenen ersten Messwerte (MW11, MW12) unter einem zweiten vorgebbaren Schwellwert liegen, der von dem zweiten Messwert (MW2) während der Bestimmung der beiden ersten Messwerte (MW11, MW12) abhängt:

Ansteuern der Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) derart, dass ein Zusammenwachsen der ersten (Ell) und der zweiten Elektrode (E12) verhindert wird;

a2) falls die beiden gemessenen ersten Messwerte (MW11, MW12) über einem dritten vorgebbaren Schwellwert liegen, der von dem zweiten Messwert (M2) während der Bestimmung der beiden ersten Messwerte (MW11, MW12) abhängt:

Ansteuern der Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) derart, dass ein Wachsen der Elektro^¬ denspitzen der ersten (Ell) und der zweiten Elektrode (E12) bewirkt wird;

falls die Differenz aus dem ersten Messwert (Mll) , bei dem die erste Elektrode (Ell) als Anode arbei^¬ tet, und dem ersten Messwert (M12) , bei dem die zweite Elektrode (E12) als Anode arbeitet, über einem vierten vorgebbaren Schwellwert liegt, der von dem zweiten Messwert (MW2) während der Bestimmung der beiden ersten Messwerte (MW11, MW12) abhängt :

Ansteuern der Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) derart, dass eine asymmetrische Veränderung der Elektrodenspitzen bewirkt wird.

11. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet,

dass in Schritt al) die Ansteuerung der Kommutierungs^¬ einrichtung (Sl bis S4) mindestens eine der folgenden Maßnahmen bewirkt:

- Erhöhen der Lampenfrequenz;

- Erniedrigen der Energie in den Kommutierungspulsen;

- Verschieben der Kommutierungspositionen zu niedrigeren Kommutierungspulsen.

12. Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 oder 11,

dadurch gekennzeichnet,

dass in Schritt a2) die Ansteuerung der Kommutierungs^¬ einrichtung (Sl bis S4) mindestens eine der folgenden Maßnahmen bewirkt:

- Erniedrigen der Lampenfrequenz;

- Erhöhen der Energie in den Kommutierungspulsen;

- Verschieben der Kommutierungspositionen zu höheren Kommutierungspulsen .

13. Schaltungsanordnung (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass in Schritt b) die Ansteuerung der Kommutierungs^¬ einrichtung (Sl bis S4) mindestens eine der folgenden Maßnahmen bewirkt:

- Reduzieren des Energieeintrags derjenigen Elektrode (Ell, E12), deren erster Messwert (MW11, MW12) der größere der beiden ersten Messwerte (MW11, MW12) war; - Ansteuern der Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) derart, dass ein Wachsen der Elektrodenspitze derje^¬ nigen Elektrode (Ell, E12), deren erster Messwert (MW11, MW12) der größere der beiden ersten Messwerte (MW11, MW12) war, bewirkt wird.

Verfahren zum Betreiben mindestens einer Entladungslampe (La) mit einer Schaltungsanordnung (10), die eine Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) mit einem Eingang (El, E2) zum Koppeln mit einer Gleichspannungsquelle ( Ui_n ) und einem Ausgang (AI, A2) zum Koppeln mit der mindestens einen Entladungslampe (La) umfasst, sowie eine Steuereinrichtung (12) , die mit der Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) gekoppelt ist zur Bereitstellung mindestens eines Steuersignals an die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4); einer ersten Messeinrichtung (Ml) , die mit der Steuereinrichtung (12) gekoppelt ist, wobei die erste Messeinrichtung (Ml) ausgelegt ist, einen ersten Messwert (MW1) zu er^¬ mitteln, der ein Maß für die Größe von Elektrodenspitzen der mindestens einen Entladungslampe (La) dar^¬ stellt, wobei die Steuereinrichtung (12) ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) innerhalb einer Testbetriebsphase derart anzusteuern, dass die erste (Ell) und die zweite Elektrode (E12) asym^¬ metrisch mit Energie beaufschlagt werden, wobei die Steuereinrichtung (12) weiterhin ausgelegt ist, den ersten Messwert (Ml) zum einen während der asymmetrischen Energiebeaufschlagung der ersten Elektrode (Ell) und zum anderen während der asymmetrischen Energiebeaufschlagung der zweiten Elektrode (E12) zu ermitteln, wobei bei der jeweiligen Ermittlung des ers- ten Messwerts (MW11, MW12) die jeweilige Elektrode (Ell, E12) als Anode arbeitet; wobei die Steuervor^¬ richtung ausgelegt ist, die Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) in Abhängigkeit zumindest der ermittelten ersten Messwerte (MW11, MW12) anzusteuern;

gekennzeichnet durch folgende Schritte:

sl) Ermitteln zumindest eines zweiten Messwerts (MW2) , der mit dem Strom (I) durch die mindestens eine Entladungslampe (La) zumindest während der Testbe^¬ triebsphase korreliert ist;

s2) Koppeln des mindestens eine zweiten Messwerts (MW21, MW22) an die Steuereinrichtung (12); und s3) Ansteuern der Kommutierungseinrichtung (Sl bis S4) durch die Steuervorrichtung zumindest in Abhängigkeit der ermittelten ersten (MW11, MW12) und zwei^¬ ten Messwerte (MW21, MW22) .