DE3122183A1

DE3122183A1 - Verfahren zum betrieb einer hochdruck-metalldampfentladungslampe und schaltungsanordnung zur ausuebung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3122183A1
Application number: DE19813122183
Authority: DE
Inventors: Hans-Günter Ing.(grad.) 5190 Stolberg Ganser; Reinhard Dr.Rer.Nat. Kersten; Ralf Dr. 5100 Aachen Schäfer; Hans-Peter Dr. 5190 Stolberg Stormberg
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1981-06-04
Filing date: 1981-06-04
Publication date: 1982-12-23
Also published as: JPS57210597A; DE3122183C2; JPH0442787B2

Description

Verfahren zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe und Schaltungsanordnung zur Ausübung dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einer periodischen Betriebs spannung konstanter Frequenz von über 500 Hz. Unter einer periodischen Betriebsspannung ist z.B. eine sinus-, dreieck- oder rechteckförmige Spannung zu verstehen.
Beim Betrieb von Hochdruck-Metalldampfentladungslampen oberhalb der Netzfrequenz treten in bestimmten Frequenzbereichen in den Lampen Bogeninstabilitäten auf. Diese werden durch akustische Resonanz des Entladungsbogens im Lampenkolben hervorgerufen. Hierbei kann der Entladungsbogen zur Wand des Lampenkolbens abgedrängt werden, wodurch sich eine Oberlastung der Kolbenwand ergibt, die zur Zerstörung der Lampe führen kann. Es ist auch möglich, daß der Entladungsbogen im Entladungskolben wandert. Hierdurch ergeben sich Schwankungen des Lichtstromes, der Farbtemperatur sowie der Brennspannung. Zu schnelle Bewegungen des Entladungsbogens können sogar zum Erlöschen der Lampe führen.
Derartige akustische Resonanzen und damit verbundene Bogeninstabilitäten wurden nicht nur an Niederdruck-Dampfentladungslampen, sondern vorwiegend auch an Hochdruck-Metalldampfentladungslampen, wie Hochdruck-Natriumdampfentladungslampen, -Quecksilberdampfentladungslampen und -Metallhalogenidentladungslampen, beobachtet. Bei einigen Lampentypen treten Bogeninstabilitäten in sehr großen Frequenzbereichen der Betriebsspannung auf. Bisher wurde daher angenommen, daß ein stabiler Betrieb dieser Lampen nur in relativ schmalen Frequenzbändern möglich ist.
So sind zoBo in der DE-OS 2 847 840 für Miniatur-Metalldampfentladungslampen instabilitätsfreie Frequenzbänder zwischen 20 und 50 kHz beschrieben; Aus der DE-OS 2 335 589 ist es darüber hinaus bekannt, zur Vermeidung von Bogeninstabilitäten hervorrufenden akustischen Resonanzen bei Niederdruck- und Hochdruck-Quecksilberdampfentladungslampen die hochfrequente Versorgungsspannung (z.B. 20 kHz) mit einem niederfrequenten Signal zu modulieren0 In dieser DE-OS wird aber zugegeben, daß selbst ein hoher Grad von Frequenzmodulation nicht ausreicht, um Resonanzeffekte vollständig zu unterdrücken.
Gemäß der US-PS 3 890 537 vermeidet man akustische Resonanzen bei mit einem pulsierenden Strom betriebenen Quscksilberdampfentladungslampen, indem die Zerhackerfrequenz automatisch gewobbelt wird Bs gibt aber Resonanzfrequenzea, bei denen ein Wobbeln der Zerhackerfrequenz versagt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb von Hochdruck-Metalldampfenladungslampen bei konstanter Frequenz über 500 Hz zu schaffen, bei dem über einen sehr großen Frequenzbereich von z.B.
500 Hz bis 200 kHz in den Lampen praktisch keine akustischen Resonanzen und dadurch verursachte Bogeninstabilitäten auftreten0 Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren eingangs erwähnter Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Betriebsspannung ständig sprunghaft in der Phase geändert wird.
Die ständigen Phasenänderungen stören die Anregung von akustischen Resonanzen, welche die Ursache der Bogeninstabilitäten sind.
Vorzugsweise macht die Betriebs spannung Phasensprünge mit einer Größe von 50 bis 130°, insbesondere von 90°, d.h.
180° in der Leistung.
Die Phasenänderung kann periodisch erfolgen. Hierbei treten aber im Frequenzspektrum der Betriebs spannung Seitenbänder auf, die selbst wieder zu Instabilitäten führen können. Die Amplitude dieser Seitenbänder kann jedoch dadurch reduziert werden, daß die Phasenänderung statistisch, d.h. in unregelmäßigen Abständen, vorgenommen wird. Bogeninstabilitäten benötigen zur Anregung einen gewissen Schwellwert, welcher mit Hilfe statistischer Phasenänderung unterschritten werden kann.
Vorzugsweise erfolgt die Phasenänderung jeweils nach 1/2 bis 20 Perioden der Betriebsspannung.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Schaltungsanordnung zur Ausübung des beschriebenen Verfahrens.
Diese Schaltungsanordnung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein periodisches Signal eines Signalgenerators einmal direkt und einmal über einen Phasenschieber einem Analog-Multiplexer und von dort über einen Leistungsverstärker der Hochdruck-Metalldampfentladungslampe als Betriebsspannung zugeführt wird, wobei mit Hilfe eines digitalen Impulsgenerators- der Analog-Multiplexer entweder periodisch oder statistisch abwechselnd direkt oder über den Phasenschieber den Signalgenerator mit dem Leistungsverstärker verbindet.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe, Fig. 2 den Verlauf der Lampenspannung für den Fall eines 90°-Phasensprunges nach jeweils etwa 1,5 Perioden der sinusförmigen Betriebsspannung, Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Spannungsverlauf mit 90°-Phasensprüngen nach jeweils etwa 5,5 Perioden der sinusförmigen Betriebsspannung.
Bei der Schaltungsanordnung nach Fig0 1 erzeugt ein Signalgenerator 1 eine sinusförmige Ausgangs spannung konstanter Frequenz f, , die vom Knotenpunkt 2 aus einmal über eine Leitung 3 direkt und einmal über einen Phasenschieber 4 einem Analog-Multiplexer 5 zugeführt wird. Der Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5 ist mit einem linearen Leistungsverstärker 7 verbunden, an den eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe 8 in Reihe mit einer Ballastimpedanz 9 angeschlossen ist0 Der Analog-Multiplexer 5 wirkt praktisch wie ein Schalter mit zwei Schaltkontakten S1 und S2. Über Leitungen 10 und 11 wird der Analog-Multiplexer 5 von einem digitalen Impulsgenerator 12 gesteuerte In die Leitung 11 ist ein Inverter 13 zwischengeschaltet. Ist der Ausgang des digitalen Impulsgenerators 12 auf LOW-Signal (L) gesehaltet9 so steht an der Leitung 10 ebenfalls L an, während die Leitung 11 über den Inverter 13 auf HIGH-Signal (H) geschaltet ist. In diesem Zustand schließt der Analog-Multiplexer 5 seinen Schalter S1, so daß am Ausgang 6 direkt die Spannung des Signalgenerators 1 anliegt. Wenn der Ausgang des digitalen Impulsgenerators 12 auf H geschaltet ist, so steht auch an der Leitung 10 H an9 während die Leitung 11 über den Inverter 13 auf L gesetzt wird. In diesem Zustand schließt der Schalter 52 des Analog Multiplexers 59 so daß an seinem Ausgang 6 die phasenverschobene Spannung des Signalgenerators 1 anliegt0 Die Phasenänderung der Ausgangsspannung des Analog- Multiplexers 5 gegenüber der Ausgangsspannung des Signalgenerators 1 kann mit Hilfe des Phasenschiebers 4 durch Phasensprünge von 50 bis 1300, vorzugsweise von 900, erfolgen; die gewünschte Phasenänderung kann am Phasenschieber 4 eingestellt werden.
Liefert der digitale Impulsgenerator 12 eine periodische Impulsreihe (a), so erscheint am Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5 abwechselnd die direkte Spannung oder die phasengeänderte Spannung des Signalgenerators 1. Die Frequenz der Phasenänderung der Ausgangsspannung des Analog-Multiplexers 5 ist durch die Grundfrequenz f der periodip schen Impulsreihe (a) des digitalen Impulsgenerators 12 gegeben. Eine Phasenänderung am Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5 tritt also jeweils nach f/f -Perioden der p Signalgeneratorspannung auf, so daß sich durch Wahl dieses Verhältnisses die Zeitfolge der Phasenänderungen einstellen läßt. Erfolgt die H/L-Umschaltung des digitalen Impulsgenerators 12 unregelmäßig, d.h. statistisch verteilt (Impulsreihe b), so ergibt sich eine ebenfalls unregelmäßige Phasenänderung der Spannung am Ausgang 6 des Analog-Multiplexers 5.
Die so erhaltene Ausgangsspannung des Analog-Multiplexers 5 mit periodischen oder statistischen Phasenänderungen in Form von Phasensprüngen wird dann über den linearen Leistungsverstärker 7 der Lampe 8 als Betriebsspannung zugeführt.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel war die Lampe 8 eine 300 W-Quecksilberhochdruckentladungslampe. Der Signalgenerator 1 erzeugte eine Spannung von etwa 3 kHz. Diese Frequenz liegt in einem Instabilitätsgebiet der in Frage stehenden Lampe. Die Fig. 2 und 3 zeigen die zeitlichen Verläufe der Lampenspannung für den Fall eines 90°-Phasensprunges nach jeweils etwa 1,5 bzw. 5,5 Perioden der sinusförmigen Ausgangsspannung des Signalgenerators 1.
(Die einzelnen Phasensprünge sind durch kleine Pfeile unterhalb der Spannungsverläufe gekennzeichnet.) Durch diese Phasenänderungen läßt sich ein stabiler Betrieb der Lampe erreichens Auch bei Phasensprüngen von mehr oder weniger als 900 zoBo zwischen 50 und 1300 lassen sich Bogeninstabilitäten in der Lampe vermeiden, ohne auf die sonstigen Vorteile des Hochdruckfrequenzbetriebes der Lampe zu verzichten.
Bei der Anwendung des Verfahrens auf elektronische Hochfrequenzvorschaltgeräte wird in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 der Leistungsverstärker 7 und die Ballastimpedanz 9 durch die Leistungselektronik des entsprechenden Vorschaltgerätes ersetzt9 die dann vom Ausgangssignal des Analogmultiplexers 5 angesteuert wird.
Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich in Hochdruck-Metalldampfentladungslampen nicht nur longitudinale, sondern auch azimuthale und radiale akustische Resonanzen vermeiden. Die Lampen brauchen keinen zylindrischen Kolben aufzuweisen, sondern können zDBO auch kugel- oder ellipsoidförmig ausgebildet sein.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche.
Verfahren zum Betrieb einer Hochdruck-Metalldampfentladungslampe mit einer periodischen Betriebs spannung konstanter Frequenz von über 500 Hz, , dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung ständig sprung haft in der Phase geändert wird 2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannung Phasensprunge von 50 bis 1300 vorzugsweise von 900, aufweistO 30 Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenänderung periodisch oder statistisch vorgenommen wird0
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenänderung jeweils nach 1/2 bis 20 Perioden der Betriebsspannung erfolgte 50 Schaltungsanordnung zur Ausübung des Verfahm rens nach einem der vorherigen Ansprüche 9 dadurch gekennzeichnet, daß ein periodisches Signal eines Signalgene rators (1) einmal direkt und einmal über einen Phasenschieber (4) einem Analog-Multiplexer (5) und von dort über einen Leistungsverstärker (7) der Hochdruck-Metalldampfentladungslampe (8) als Betriebsspannung zugeführt wird, wobei mit Hilfe eines digitalen Impulsgenerators (12) der Analog-Multiplexer entweder periodisch oder statistisch abwechselnd direkt oder über den Phasenschieber den Signalgenerator mit dem Leistungsverstärker verbindet