DE19838830A1 - Verbesserte Anlaufschaltung für Niederdruck-Entladungslampe - Google Patents

Abstract

Bei einer Betriebsschaltung für eine Niederdruckentladungslampe wird der Lampenstrom abhängig von der Lampentemperatur oder dem Lichtstrom gesteuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betriebsschaltung für eine Nieder­ druckentladungslampe. Sie befaßt sich dabei speziell mit dem Verhalten ei­ ner Niederdruckentladungslampe unmittelbar nach der Entladungszündung in einer Anlaufphase und mit einer an dieses Verhalten angepaßten Anlauf­ schaltung.

Insbesondere von Hg-enthaltenden Niederdruck-Entladungslampen ist be­ kannt, daß der in der Entladung erzeugte Lichtstrom stark von der Tempera­ tur der Lampe abhängt. Das bedeutet für den Benutzer, daß die Lampe nach dem Einschalten für eine gewisse Zeit einen spürbar niedrigeren Lichtstrom als im Dauerbetriebszustand liefert. Natürlich ist dieses Anlaufverhalten stö­ rend; im Bereich der Hg-enthaltenden Lampen konnte dem mit die Physik der Lampe selbst betreffenden Maßnahmen bislang jedoch nicht abgeholfen werden.

Ein gangbarer Weg ist dargestellt in der Deutschen Patentschrift 195 46 588.1. Dort ist die beschriebene Schwierigkeit mit dem Anlaufverhalten einer Hg­ enthaltenden Niederdruck-Entladungslampe angegangen worden durch Er­ höhen des Lampenstrom-Sollwerts eines den Lampenstrom im Betrieb re­ gelnden Steuerungs-IC während der Anlaufphase. Zu weiteren Einzelheiten wird auf das Dokument verwiesen.

In der Praxis haben sich verschiedene Schwierigkeiten mit solchen Betriebs­ schaltungen ergeben. Insbesondere sind erhöhte Ausfallzahlen festgestellt worden.

Dabei liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Betriebs­ schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im Hinblick auf eine ver­ besserte Zuverlässigkeit und verbesserte Betriebseigenschaften weiterzuent­ wickeln.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltung zum Be­ trieb einer Niederdruck-Entladungslampe mit einer Anlaufschaltung zur Lampenstromsteuerung während einer Anlaufphase, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anlaufschaltung eine Sensoreinrichtung für eine von dem Licht­ strom oder der Temperatur der Lampe abhängige Größe aufweist und den Lampenstrom abhängig von dem Lichtstrom oder der Temperatur der Lam­ pe steuert.

Obwohl die zitierte Schrift die Kompensation eines im Betriebsanlauf zu niedrigen Lichtstromes durch Erhöhung des Lampenstromes betrifft, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Spezialfall eingeschränkt zu verste­ hen. Sie geht vielmehr, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgeführt, all­ gemein von einer Lampenstromsteuerung in einer Anlaufphase einer Nie­ derdruckentladungslampe aus.

Die Erfindung sieht also vor, den Lampenstrom in der Anlaufphase in Ab­ hängigkeit von einem Meßparameter zu steuern, der den Betriebszustand der Lampe charakterisiert. Dabei soll ein vom Dauerbetriebszustand abwei­ chender Betriebszustand, der gerade die Anlaufphase charakterisiert, eine Lampenstromsteuerung bewirken, die im Ergebnis einen dem Lichtstrom im Dauerbetriebszustand zumindest angenäherten Lichtstrom der Lampe er­ gibt. Konkret kann der Betriebszustand in der Anlaufphase erkannt werden über eine von der Dauerbetriebstemperatur der Lampe abweichende Lam­ pentemperatur oder einen nicht dem gewünschten Dauerlichtstrom entspre­ chenden Lichtstrom. Insbesondere bei dem oben beschriebenen Anlaufver­ halten von Hg-enthaltenden Niederdruck-Entladungslampen bedingt eine zu niedrige Lampentemperatur einen zu niedrigen Lichtstrom, was über eine Erhöhung des Lampenstroms in der Anlaufphase ausgeglichen werden kann.

Allerdings weicht die vorliegende Erfindung - dem kennzeichnenden Teil des Anspruch 1 entsprechend - von dem Konzept der oben zitierten Druck­ schrift dadurch ab, daß die Lampenstromsteuerung von einem Meßparame­ ter abhängt, der für den Lichtstrom oder die Lampentemperatur steht. Bei dem beschriebenen Stand der Technik wird nämlich eine bei der Schaltungs­ auslegung zwar einstellbare, dann jedoch fest vorgegebene Zeitdauer für eine ebenfalls fest vorgegebene Lampenstromerhöhung verwendet. Dabei wird der erhöhte Lampenstrom zwar über eine kontinuierliche Rampe ange­ fahren und am Ende der vorgegebenen Zeit zurückgefahren; jedoch ist das gesamte Schema der Zeiten für das Hochfahren, Halten und das Zurückfah­ ren des überhöhten Lampenstromes und für das Maß der Überhöhung im Sinne der Stromstärke unabhängig vom tatsächlichen Betriebszustand der Lampe im Einzelfall fest und unveränderlich.

Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, daß diese "starre" Lampenstrom­ steuerung nicht nur zu einer relativ schlechten Anpassung des Lichtstromes in der Anlaufphase führt. Vor allem kann die starr vorgegebene Lampen­ stromüberhöhung bei jedem Lampenstart zu einer Beschädigung der Lampe oder der Betriebsschaltung führen. Zum Beispiel ist bei einem Neustart einer Hg-enthaltenden Niederdruck-Entladungslampe nach kurzer Betriebsunter­ brechung die Lampe noch betriebswarm. Durch die Lampenstromüberhö­ hung kann die Betriebstemperatur nun über die Solltemperatur für den Dau­ erbetrieb ansteigen, so daß der Lichtstrom der Lampe durch den zu hohen Hg-Dampfdruck wieder vermindert wird. Im Ergebnis erzielt die Anlauf­ schaltung für diesen Fall genau das Gegenteil des angestrebten Ergebnisses. Ferner beschleunigt die überhöhte Temperatur die Alterung und damit die Ausfallwahrscheinlichkeit der Lampe und der elektronischen Bauteile in ih­ rer direkten Umgebung. Eine analoge Argumentation gilt auch für die durch den überhöhten Lampenstrom ansteigende Temperatur der Betriebsschal­ tung, selbst wenn diese nicht unmittelbar bei der Lampe angeordnet ist.

Ist die Lampe oder die Betriebsschaltung durch besondere Umstände schon vor dem Neustart bereits überhitzt, kann die trotzdem ablaufende Lampen­ stromüberhöhung zu einer Zerstörung führen. Diese Gefahr besteht auch bei wiederholtem kurzfristigem Ein- und Ausschalten der Lampe selbst bei im übrigen normalen Umgebungsbedingungen.

Bei der Erfindung wird nun vielmehr die Lampenstromsteuerung und im geschilderten Beispielsfall die Lampenstromüberhöhung abhängig gemacht von dem den Betriebszustand der Lampe kennzeichnenden Meßparameter. Dementsprechend kann dann die Lampenstromsteuerung nach Dauer, rela­ tiver Überhöhung oder Erniedrigung oder nach Vorzeichen sowie nach Ak­ tivierung oder Deaktivierung gesteuert werden. Sinnvollerweise verwendet man einen oder mehrere Meßparameter, die entweder den Lichtstrom der Lampe oder die Lampentemperatur unmittelbar oder mittelbar kennzeich­ nen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Temperatursensor vorgesehen, der nicht direkt die Lampentemperatur sondern eine von der Lampentempe­ ratur abhängige Temperatur mißt. Das betrifft z. B. Meßpunkte im Lampen­ sockel und/oder in der Betriebsschaltung oder an anderen Punkten, die thermisch an die Lampe gekoppelt sind. Bei einem Spezialfall ist ein solcher Temperatursensor mit einem Steuerungs-IC der Betriebsschaltung integriert ausgeführt. Steuerungs-IC sind bei dieser Erfindung bevorzugt, weil sich die Kombination mit einer Regelschaltung in der Betriebsschaltung anbietet. Dann können die Anlaufschaltung und die Sensoreinrichtung, d. h. der Temperatursensor, mit in den IC integriert sein.

Ferner kann auch ein Fotodetektor verwendet werden, der den Lichtstrom der Lampe mißt. Dabei sollte die Lichtstromerfassung über den Fotodetektor zumindest bei Hg-enthaltenden Entladungslampen vorzugsweise zusätzlich zu einer Temperaturerfassung erfolgen. Sonst kann ein Überhitzungs-Be­ triebszustand nicht sicher von einem Kaltstart unterschieden werden, weil der Lichtstrom mit überhöhtem Hg-Dampfdruck genauso wie mit zu niedri­ gem Hg-Dampfdruck abnimmt.

Statt des Lampenlichtstroms läßt sich in der Betriebsschaltung auch die Brennspannung der Lampe messen. Bei Hg-enthaltenden Entladungslampen gilt hier das gleiche wie zur Abhängigkeit des Lichtstromes von der Lampen­ temperatur.

Die Lampenstromsteuerung kann bei einer einfachen und wirkungsvollen Variante der Erfindung durch Veränderung der Zeitdauer einer Lampen­ stromüberhöhung oder -erniedrigung erfolgen. Im aufwendigeren Fall ge­ schieht dies zusammen mit einer Veränderung des Stromstärkenmaßes, im einfachsten Fall jedoch ausschließlich. Eine Deaktivierung kann durch Null­ setzen oder sehr starke Verkürzung der Zeitdauer realisiert sein. Dabei sind bevorzugte Ausführungsformen für die notwendige Zeitgeberschaltung ei­ nerseits eine Kombination aus einem Taktgeber und einem Zähler mit mögli­ cher Veränderung der Taktfrequenz oder des die Zeit bestimmenden End­ zählstandes des Zählers. Es kann auch der Rang des Takteingangs in den Zähler verändert werden, so daß der Zähler dementsprechend an einer hö­ heren Stelle zählt und damit einen eine Zeitdauer definierenden Wert früher erreicht. Andererseits kommt eine Kombination aus einem RC-Glied und einem Komparator in Frage, wobei wiederum die Zeitkonstante des RC- Gliedes sowie der Schwellenwert des Komparators verändert werden kön­ nen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung betrifft die oben bereits ange­ führte Temperaturerfassung. Vor allem bei nicht ausreichender thermischer Kopplung zwischen der Lampe und dem aus technischen Gründen mögli­ cherweise außerhalb der Lampe angestrebten Meßpunkt kann der Meßpunkt an einem unabhängig von der Lampe im Lampenbetrieb Wärme erzeugen­ den Bauteil angeordnet sein. Dieses Bauteil kann z. B. ein Teil des erwähnten Steuerungs-IC oder der ganze IC sein. Es bieten sich aber z. B. auch Lei­ stungstransistoren eines Oszillators und ähnliche wärmeentwickelnde Bau­ teile an.

Im Folgenden wird anhand der Figuren ein konkretes Ausführungsbeispiel beschrieben, dessen einzelne Merkmale auch in anderen Kombinationen oder einzeln erfindungswesentlich sein können.

Der Einfachheit halber beruht dieses Ausführungsbeispiel auf der in der zi­ tierten DE 195 46 588.1 beschriebenen Schaltung. Hinsichtlich der grundle­ genden Funktionsweise, der Lampenstromsteuerung im besonderen und des Aufbaus der Betriebsschaltung und des Steuerungs-IC wird daher auf dieses Dokument verwiesen. Die entsprechende Offenbarung ist hier in bezug ge­ nommen und inbegriffen.

Die Figur entspricht dabei Fig. 2 der zitierten Anmeldung und zeigt ein Funktions-Blockschaltbild eines Steuerungs-IC mit einer der vorliegenden Erfindung entsprechenden Erweiterung gegenüber der genannten Fig. 2 der früheren Anmeldung.

In das Blockschaltbild ist ein neuer Block TM für einen Temperatursensor eingefügt, der die Temperatur des dargestellten Silizium-IC erfaßt. Der Block TM ist über einen neuen Eingang ZE4 an den bereits aus der zitierten An­ meldung bekannten Zähler Z angeschlossen. Beide Blöcke finden sich in der Figur in der oberen linken Ecke.

Zur konkreten Ausführung eines solchen Temperatursensors sind dem Fachmann verschiedene Möglichkeiten bekannt. Insbesondere können stark temperaturabhängige elektrische Größen (z. B. Leckströme oder Flußspan­ nungen von Dioden) mit temperaturkompensierten Bezugsgrößen vergli­ chen werden. Konkrete Beispiele für entsprechende praktische Transistor­ schaltungen sind z. B. dargestellt in "Halbleiterschaltungstechnik" von U. Tietze, Ch. Schenk, 9. Auflage, Springer, Abschnitt 26.1.5 (Transistor als Temperatursensor), Seite 897-901.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel vergleicht der Temperatursensor TM den Meßwert mit einem Bezugswert, um ein digitales Signal zu ermit­ teln, dessen beide möglichen Werte (1 oder 0) für eine IC-Temperatur über bzw. unterhalb der Bezugsgröße stehen. Dieses digitale Signal wird eingege­ ben in den Eingang ZE4 des Zählers Z.

Der Zähler Z reagiert auf den Wert des Signals aus dem Temperatursensor TM dadurch, daß die von dem aus der früheren Anmeldung bereits bekann­ ten Taktgenerator TG vorgegebenen Taktpulse zu einem Hochzählen des Zählers Z an einer anderen Stelle (im Sinne einer mehrstelligen binären Zahl) bzw. mit einem anderen Rang erfolgt. Die Taktpulse werden also nicht auf das niederwertigste Element, sondern auf ein um einen vorbestimmten Fak­ tor höherwertiges Element gegeben.

Der Zähler Z kann beispielsweise aus einer Verkettung einer Zahl von Flipflops bestehen (z. B. 22) deren Ausgangsfrequenz jeweils die Eingangs­ frequenz halbiert. Durch Eingang der Taktpulse an z. B. das dreizehnte statt dem ersten Flipflop wird dadurch eine effektive Zeitverkürzung um einen Faktor 2¹² bis zum Erreichen eines bestimmten Zählerstandes erzielt.

Diese Zeitverkürzung betrifft dabei jedoch nur die mit der Anlaufphase in Verbindung stehenden Zeiten, nicht die zeitliche Ausdehnung der Vorheiz- und Zündphase. Um auf Fig. 4a der zitierten Anmeldung Bezug zu neh­ men, bleibt also die zeitliche Ausdehnung TV der Vorheizphase und TZ der Zündphase bis zur Zünderkennung unverändert. Das Vorheizen ist grund­ sätzlich notwendig und von der allgemeinen Betriebstemperatur der Lampe weitgehend unabhängig.

In der Schaltung gemäß der beiliegenden Figur bedeutet dies, daß die Ver­ änderung der Zähleigenschaften des Zählers Z durch das Signal aus dem Temperatursensor TM über den Eingang ZE4 erst dann erfolgt, wenn die Zünderkennung ZE über den Eingang ZE3 dem Zähler "mitgeteilt hat", daß nun der Vorheiz- und Zündablauf beendet ist.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß die übrige Schaltung technisch völlig unverändert bleibt, also die weiteren kon­ ventionellen Sollwertstufen (dargestellt in Fig. 4a der zitierten Anmeldung) so schnell durchlaufen werden, daß die Anlaufphase praktisch entfällt.

Im übrigen wird auf die Beschreibung der zitierten früheren Anmeldung Bezug genommen.

Claims (7)

1. Schaltung zum Betrieb einer Niederdruck-Entladungslampe (EL) mit einer Anlaufschaltung zur Lampenstromsteuerung während einer An­ laufphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufschaltung eine Sen­ soreinrichtung (TM) für eine von dem Lichtstrom oder der Temperatur der Lampe abhängige Größe aufweist und den Lampenstrom abhängig von dem Lichtstrom oder der Temperatur der Lampe steuert.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Sensoreinrichtung einen in ei­ nem Sockel der Lampe oder in der Betriebsschaltung angeordneten Temperatursensor (TM) zur Messung einer von der Lampentemperatur abhängigen Temperatur aufweist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, bei der die Anlaufschaltung mit der Sen­ soreinrichtung (TM) in einem Steuerungs-IC (IC) der Betriebsschaltung integriert ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der Temperatursensor (TM) die Temperatur eines im Lampenbetrieb Wärme erzeugenden Bauteils (IC) erfaßt.

5. Schaltung nach Anspruch 4, bei der das Bauteil ein Steuerungs-IC (IC) der Betriebsschaltung oder ein Teil des Steuerungs-IC (IC) ist.

6. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Anlauf­ schaltung den Lampenstrom durch Veränderung der zeitlichen Dauer der Anlaufphase steuert.

7. Schaltung nach Anspruch 6, bei der die Veränderung der zeitlichen Dauer durch Veränderung des Zählranges des Eingangs von Taktpul­ sen eines Taktgebers (TG) in einen Zähler (Z) durchgeführt wird.