EP2452543B1 - Verfahren zum betrieb von gasentladungslampen bei niedrigen aussentemperaturen und dafür ausgelegtes betriebsgerät - Google Patents

Verfahren zum betrieb von gasentladungslampen bei niedrigen aussentemperaturen und dafür ausgelegtes betriebsgerät Download PDF

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EP2452543B1
EP2452543B1 EP10728238.6A EP10728238A EP2452543B1 EP 2452543 B1 EP2452543 B1 EP 2452543B1 EP 10728238 A EP10728238 A EP 10728238A EP 2452543 B1 EP2452543 B1 EP 2452543B1
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EP
European Patent Office
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lamp
current
characteristic
gas discharge
limit curve
Prior art date
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Not-in-force
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EP10728238.6A
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EP2452543A1 (de
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Dirk FLAX
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Tridonic GmbH and Co KG
Original Assignee
Tridonic GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/292—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2928—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the lamp against abnormal operating conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light

Definitions

  • the present invention relates to the operation of gas discharge lamps, especially at low outside temperatures.
  • the US 6,163,114 discloses an operating circuit for a low-pressure discharge lamp, wherein the lamp current is regulated as a function of the lamp temperature or the luminous flux.
  • the US 6,166,491 A discloses a lighting device that regulates the power for a discharge lamp according to the temperature detected by a lamp sensor.
  • the lamp sensor detects the temperature around the discharge lamp.
  • the discharge lamp has an arc tube and an outer bulb, between which an airtight space is defined. Therefore, even at low temperatures, the lamp can be operated without a reduction in brightness. In addition, the lamp brightness increases quickly.
  • the DE 100 58 529 A1 discloses a driving method for a light source in which the light source temperature is determined.
  • the light source temperature is determined.
  • the light source current is determined as a function of a characteristic, so that a constant brightness of the gas discharge light source for a predetermined temperature range is ensured.
  • the EP 1 732 363 A2 relates to a method of operating a lighting system comprising an electric lamp and an electronic ballast.
  • the operation of the electric lamp is adjusted by the electronic ballast.
  • a measurement process characterizing an ambient temperature of the electric lamp is carried out in which at least one measured value is generated, which is compared with a threshold value. If the measured value deviates from the threshold value, an electric power of the electric lamp is changed.
  • a lighting system is described.
  • the invention has therefore set itself the task of providing a solution to the above-mentioned problems.
  • the basic idea of the invention is the measurement of a size which is correlated to low temperatures.
  • the invention thus proposes a method for operating gas discharge lamps, which has a temperature-dependent characteristic current / voltage characteristic U (I). exhibit.
  • I temperature-dependent characteristic current / voltage characteristic
  • the predetermined maximum value of the lamp burning voltage or its gradient amount is current-dependent.
  • the predetermined maximum value can therefore be defined by a limit characteristic G '(I).
  • the limit characteristic G '(I) preferably represents an adaptive threshold as a function of the current with consideration of the lamp characteristic. This can be designed so that a characteristic characteristic U (I) of a gas discharge lamp at room temperature is not limited by this.
  • the limit characteristic G '(I) can act as an active threshold at least for values I ⁇ I S and in the region of the point P S (I S , U S ).
  • the point P S (I S , U S ) is preferably the intersection of characteristic lamp characteristics U (I) different outside temperatures.
  • the limit characteristic G '(I) and / or the limit characteristic G "(I) may depend on the temperature detected directly or indirectly.
  • the minimum value is preferably current-dependent. It can be formed by a limit characteristic G "(I).
  • the limit characteristic G "(I) can therefore represent an adaptive threshold as a function of the current with consideration of the lamp characteristic. This is preferably designed so that a characteristic curve U (I) of a gas discharge lamp at room temperature is not limited by these.
  • the limit characteristic G "(I) can act as an active threshold for at least a limited range of the values I> I S and in the region of the point PS (IS, US).
  • the point PS (IS, US) is preferably the point of intersection of characteristic lamp characteristics U (I) of different outside temperatures.
  • the invention also relates to a method of operating gas discharge lamps having a temperature-dependent characteristic current / voltage characteristic U (I).
  • I temperature-dependent characteristic current / voltage characteristic
  • the point P S (I S , U S ) is preferably the intersection of characteristic lamp characteristics U (I) different outside temperatures.
  • I L can be a current value I L > I S.
  • the predetermined minimum value of the lamp burning voltage can be current-dependent. It can be defined by a limit characteristic G '' (I).
  • the limit characteristic G "(I) preferably represents an adaptive threshold as a function of the current with consideration of the lamp characteristic. This can be designed so that a characteristic curve U (I) of a gas discharge lamp at room temperature is not limited by these.
  • the predetermined maximum value of the lamp burning voltage or its gradient amount is preferably current-dependent.
  • the predetermined maximum value of the lamp burning voltage can be defined by a limiting characteristic G '(I).
  • the limit characteristic G '(I) can thus represent an adaptive threshold as a function of the current with consideration of the lamp characteristic.
  • this is designed so that a characteristic curve U (I) of a gas discharge lamp at room temperature is not limited by these.
  • the limit characteristic G '(I) can act as an active threshold at least for values I ⁇ I S and in the region of the point P S (I S , U S ).
  • the point P S (I S , U S ) is preferably the intersection of characteristic lamp characteristics U (I) different outside temperatures.
  • the invention further relates to a method for operating gas discharge lamps having a temperature-dependent characteristic current / voltage characteristic U (I).
  • this procedure represents a limit characteristic G (I) for values I ⁇ I S an upper threshold and for values I> I S a lower threshold.
  • the point P S (I S , U S ) is the intersection of characteristic lamp characteristics U (I) different outside temperatures.
  • Exceeding the threshold for values I ⁇ I S by the lamp burning voltage or falling below the threshold for values I> I S by the lamp burning voltage is now prevented by increasing the lamp current.
  • a falling below the limit characteristic G can be prevented by the lamp burning voltage by the lamp current is increased.
  • the limit characteristic G (I) preferably represents an adaptive threshold as a function of the current with consideration of the lamp characteristic. This is preferably also designed so that a characteristic characteristic U (I) of a gas discharge lamp at room temperature is not limited by this.
  • the limit characteristic G (I) can be designed so that the lamp characteristic U 22 (I) of a gas discharge lamp at 22 ° C outside temperature at no adjustable lamp current value exceeds the threshold of the limit characteristic G (I).
  • the limit characteristic G (I) can furthermore be designed so that the lamp characteristic U 10 (I) of a gas discharge lamp at 10 ° C. outside temperature for I ⁇ I S is at least partially above the limit characteristic G (I), and thus an impermissible in this range Has borderline injury.
  • the limit characteristic curve of G (I) can be designed so that the lamp characteristic V -15 (I) of a gas discharge lamp at - 15 ° C external temperature for I ⁇ I S at least partially above and I> I S at least partially below the limiting characteristic curve G ( I) and thus has in two areas inadmissible border violations.
  • a measurement can be made that can at least decide whether very high outside temperatures, for example 35 ° C, or very low outside temperatures, for example -10 ° C, are present.
  • an increase in the lamp current takes place only when there are no very high outside temperatures.
  • control circuit preferably an integrated circuit, which is designed to carry out one of the methods according to the invention.
  • the invention also relates to a control device for gas discharge lamps, which has such a control circuit.
  • the invention relates to a luminaire which has the operating device described above and at least one connected gas discharge lamp.
  • the invention in a final aspect, relates to a dimmable operating device for operating at least one gas discharge lamp.
  • the operating device in this case has a drive circuit for driving the at least one gas discharge lamp, wherein the drive circuit sets an operating point P A (I A , U A ) on the at least one gas discharge lamp, which corresponds to a dimming level.
  • the control circuit preferably an integrated circuit, for controlling the control, wherein the control circuit detects the lamp burning voltage U.
  • the control circuit enforces an increase in the dimming level when the operating point P A (I A , U A ) is outside an allowable range, which is limited by at least one limit characteristic G (I / U).
  • the operating device may also have a memory which has stored at least some points of the limit characteristic G (I / U).
  • the control circuit preferably increases the lamp current I to increase the dimming level.
  • the operating device may have at least one temperature sensor. This one preferably takes one Measurement, which leads to at least a rough determination of the temperature at the at least one gas discharge lamp, for example, with an inaccuracy of +/- 20 ° C.
  • Fig. 1 shows a current-voltage diagram with characteristics of a gas discharge lamp at different outdoor temperatures, more precisely at 22 ° C, at 10 ° C and at -15 ° C. Under ambient temperature is the ambient temperature of the gas discharge lamp understood. 22 ° C is about the usual temperature in a room dar. 10 ° C and -15 ° C, however, are temperatures that can occur when used outdoors.
  • Fig.1 can be seen that for current values I> I S, the voltage decreases with increasing current. In this area, the characteristics are therefore decreasing.
  • the voltage is at very low temperatures, for example at -15 ° C lower than at higher, such as 10 ° C.
  • Dimming of the gas discharge lamp via an adjustment of the lamp current. For a low dimming level so the lamp current is reduced, increased for a high lamp current. This means that a low dimming level on a characteristic of Fig.1 further to the left, a higher one to the right.
  • an inadmissibly high lamp burning voltage can now be avoided by increasing the dimming level.
  • the operating point P A is also pushed further to the right on a characteristic curve.
  • an operating point can thereby reach an impermissible range by setting the dimming to a level that is too low, in particular at low outside temperatures.
  • an operating point it is also possible for an operating point to fall within an inadmissible range due to the outside temperature dropping while the dimming level remains constant.
  • the maximum allowable lamp voltage can be a constant in the simplest embodiment, ie a horizontal straight line from the diagram Fig.1 , for example at 300V.
  • this threshold is active only in the region I ⁇ I S and in the region of the point P S (I S , U S ), ie only in this region Area is limiting. Alternatively, however, this threshold can also apply to all current values, ie to be independent of the current value.
  • Fig. 2 shows, another lower limit characteristic G '' restrict a minimum allowable lamp voltage to a predetermined value.
  • the limit characteristics G 'and G “have a shape which is adapted to the shape of the lamp characteristic.
  • these are preferably designed so that a characteristic curve U (I) of a gas discharge lamp at room temperature is not limited by these.
  • a possible example of a conceivable embodiment is the characteristic G out Fig. 3 for the ranges I ⁇ I S for G 'and I> I S for G''.
  • the method has at least in the region of the intersection point P S two limit characteristic curves G 'and G ", since the critical point can shift.
  • the limit characteristic G ' represents an upper threshold. This is located preferably above the lamp characteristic at room temperature.
  • a temperature measurement is preferably carried out in the method according to the invention. However, this only has to determine whether the outside temperature is very high or very low.
  • the limit characteristic G It is thus possible to make the activation of the lower limit, ie the limit characteristic G ", flexible. At very high temperatures, the limit should be disabled, while being active at very low temperatures. Due to the fact that the burning voltage is constant over a wide range (0 ° C - + 40 ° C) at high dimming levels, the accuracy of the temperature measurement need not be high. If, for example, an inaccuracy of the measurement of + -20 ° C is given and now the threshold is set to 20 ° C, the result is a range of 0 ° C to 40 ° C by the possibility of activating the lower threshold. Since there is no response in this range, the method only restricts the adjustable dimming levels below 0 ° C. If, on the other hand, one had limited the mechanism of the temperature-dependent dimming level, then one would possibly restrict the dimming range in the normal temperature range undesirably.
  • a measurement as a rough estimate can also be made in the area of the operating device, for example in the area of the control circuit.
  • the maximum permissible lamp voltage is a current-dependent limit characteristic G (I), in Figure 3 marked as "limit".
  • G (I) is as in Figure 3 shown, a first rising and then falling again with increasing current value curve. This takes into account the fact that at normal room temperatures, for example at 22 ° C, the lamp burning voltage has exactly this course, ie starting from an extremely low dimming level first rises a little, then drop again, for example in a range of 5% dimming level.
  • the limit characteristic is thus an adaptive threshold as a function of the current with consideration of the lamp characteristic.
  • the limit characteristic may be formed as a threshold using a lamp voltage signal weighted with the lamp characteristic at nominal ambient temperature.
  • the limit characteristic is preferably a continuous function which always leads to the same reaction (independent of the current).
  • a defined range between reaction and reserve for the reaction is constant over the entire dimming range.
  • the resulting limit characteristic G (I) can be multiplied by a defined negative slope function. This achieves an ever-decreasing function for all currents and temperatures. By adjusting the slope and the reference value, the minimum, temperature-dependent lamp current can now be set.
  • the method may also include the lamp impedance as a measure.
  • the threshold formed by the limit characteristic represents an upper threshold in a range I A ⁇ I S. In a range I A > I S , it represents a lower threshold.
  • the shape of the limit characteristic G ensures that the adjustable dimming range is not restricted at standard room temperatures, such as 22 ° C. It is thus raised for any adjustable dimming level by the process of the set dimming level.
  • the characteristic curve for 10 ° C is too high for small current values above the limit characteristic G and thus too high. At 10 ° C, dimming levels below the critical current value are not allowed.
  • the characteristic for -15 ° C is too high for small current values I A ⁇ I S above the limit characteristic G and thus too high. For at least some current values I A > I S , the characteristic below the limit characteristic G is unduly low. At -15 ° C, therefore, no dimming levels below preferably 0.3A are allowed.
  • a temperature measurement is again carried out in the method according to the invention. So it is possible to make the activation of the lower limit, ie the limit characteristic G for I A > I S , flexible. At very high temperatures, the limit should be disabled, while being active at very low temperatures.
  • FIG. 4 shows a flowchart of a first method according to the invention.
  • a set dimming level is read in step S102.
  • the current value I A corresponding to the dimming level is detected. This is set in S104 on the gas discharge lamp. This results in the operating point P A (I A , U A ) at the gas discharge lamp.
  • S105 it is determined whether the set current value I A is larger or smaller than the current value I S at which the lamp characteristics intersect for different temperatures.
  • the lamp burning voltage U (I A ) is impermissibly small, ie, whether it is smaller than the limit value G (I A ) for this current. If the latter is not true, obviously there is no particularly high or very low outside temperature and the process can be terminated. However, if the lamp burning voltage U (I A ) is impermissibly small, then S107 determined whether the outside temperature is high, for example, around 40 ° C. If this is correct, the procedure can also be terminated. However, if this is not true, it is therefore an extremely low outside temperature. In this case, the dimming level is raised. This is done in order to increase the low light output caused by the cold, which is no longer in correct proportion to the set dimming level. It is freely selectable by how much the dimming level is raised, but preferably only by a small step.
  • the lamp burn voltage U (I A ) is unacceptably high, ie, whether it is greater than the limit value G (I A ) for this current. If the latter is not true, obviously there is no particularly low outside temperature and the process can be terminated. However, if the lamp burning voltage U (I A ) is unacceptably high, it is therefore a low outside temperature. In this case, the dimming level is raised. This is done in order to stabilize the unstable operating point caused by the cold. In addition, an unacceptably high lamp voltage is thereby avoided. Preferably, the dimming level is again increased by only a small step.
  • step S109 is jumped back to the beginning. So is constantly monitored and regulated by. In addition, it is possible that the set operating point, if it is in an impermissible range, gradually approaches an allowable range.
  • a second method according to the invention is explained. This offers a further possibility which can be used in addition to or as an alternative to the above method.
  • the gradients of the lamp voltage are determined via the lamp current.
  • Fig. 5 shows a current-voltage diagram with characteristics of a gas discharge lamp at different outside temperatures. Above all, the two characteristics at 10 ° C and at -15 ° C are of interest.
  • the second method now provides for determining the gradient characteristics, ie the first derivative, of at least part of the characteristic curves. These are in Figure 6 shown. It can be seen that the slope of the low current characteristic curves assumes negative values at low temperatures. A characteristic curve at room temperature, on the other hand, has for small current values a positive to slightly negative slope, or an absolute low slope.
  • the method can be carried out, for example, in an active dimming operation or in another specifically instructed lamp current change.
  • Fig. 7 shows a flowchart of the second method according to the invention.
  • the characteristic U (I) in the range around operating point P A is determined in step S202.
  • the gradient for the operating point P A can be determined in S203. If this gradient is greater than the critical threshold value, it jumps back to the start. If the latter does not apply, the dimming level is raised at least by a small step. Afterwards you will jump back to the start.
  • a threshold but one that is dependent on the current I.
  • an adaptive threshold can be advantageously used, which is adapted to the gradient characteristic of a gas discharge lamp at room temperature.
  • this is to be interpreted as that in the above-mentioned cases, in particular those of the description Fig.1-4 The dimming level is raised.
  • Fig. 8 shows a schematic embodiment of an operating device 1 according to the invention in a lamp 9, which is preferably an electronic ballast.
  • the operating device has a drive circuit 2. This is to one Supply current, preferably connected to conventional mains power. In addition, it controls one or more gas discharge lamps 3.
  • the gas discharge lamps can be connected in series and / or in parallel.
  • the operating device also has a control circuit 4.
  • This is preferably an integrated circuit. It can be an ASIC.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • any other form of integrated circuit such as a microcontroller or a hybrid solution, or a conventional circuit can be used.
  • the control circuit is connected to at least one interface 6.
  • This can be a user interface such as a display and / or a keypad. It is also conceivable that the interface establishes a connection with another system, for example a bus system. In this way, the control circuit could communicate, for example, with a central control unit connected to the bus system and / or other connected operating devices.
  • the control unit can receive set dimming commands via the interface. It is also possible that the control circuit exchanges further information or commands via the interface.
  • control unit receives as return signal the lamp burning voltage of one or more gas discharge lamps 3. It is also conceivable that the lamp current I is returned. This can be done via a measuring resistor (shunt) 5.
  • control circuit 4 controls the drive circuit 2.
  • the operating device also has a memory 7. This stores at least some points of the limit characteristic G. Preferably, it is connected to the control circuit.
  • the memory 7 has the point P S (I S , U S ) or at least the current value I S stored.
  • the point P S and the limit characteristic G are already recorded in the memory during the production of the operating device when it is established which gas discharge lamps are to be operated with the operating device. It is also possible that the memory has information of different types of gas discharge lamps.
  • the operating device may also have a temperature sensor 8. This can be used for the method described above.
  • the temperature sensor is connected to the control circuit.
  • both an internal sensor as well as alternatively or additionally an external sensor can be connected to the operating device, in particular the control circuit in the operating device.
  • the temperature can be recorded directly (temperature sensor) or indirectly (via a temperature-dependent parameter).

Landscapes

  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Gasentladungslampen, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen.
  • Es ist bekannt, dass bei niedrigen Umgebungstemperaturen der Betrieb von Gasentladungslampen insbesondere bei niedrigen Dimmstufen instabil werden kann, d.h. es kann durch Steuerung oder Regelung der Arbeitspunkt auf der U/I-Kennlinie der Lampe nur schwer gehalten werden. Die Instabilität kann zu Helligkeitsschwankungen oder gar zum Erlöschen der Lampe führen.
  • Weiterhin ist bekannt, dass die Lichteffizienz der Gasentladungslampe bei tiefen Temperaturen stark abnimmt, sodass die Lichtabgabe stark reduziert wird.
  • Zur Vermeidung dieser Probleme können Gegenmassnahmen ergriffen werden, was indessen voraussetzt, dass seitens einer Steuereinheit erkannt wird, dass niedrige Umgebungstemperaturen an der Lampe vorliegen.
  • Eine direkte Temperaturmessung ist jedoch nur sehr schwierig möglich, da üblicherweise eine Temperaturmessung eher im Bereich des Vorschaltgerätes als im eigentlich relevanten Bereich der Lampe selbst erfolgen kann.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass zur Stabilisierung der instabilen Arbeitspunkte Regelungen verwendet werden, die einen vorgegebene Arbeitspunkt halten sollen.
  • Bei extrem tiefen Temperaturen treten jedoch extrem hohe Lampenbrennspannungen auf. Dadurch wird ein Halten des Arbeitspunktes unmöglich, es werden außerdem verschiedene Normen verletzt. Beispielsweise kann, basierend auf Spannungsfestigkeiten der Klemmanschlüsse oder der Zuleitungen, eine bestimmte maximal zulässige Klemmenspannung überschritten werden.
  • Die US 6,163 114 A offenbart einen Betriebsschaltkreis für eine Niederdruck-Entladungslampe, wobei der Lampenstrom in Abhängigkeit von der Lampentemperatur oder des Lichtstroms geregelt wird.
  • Die US 6,166 491 A offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung, die die Leistung für eine Entladungslampe gemäß der mittels eines Lampensensors detektierten Temperatur regelt. Der Lampensensor erfasst die Temperatur um die Entladungslampe herum. Die Entladungslampe hat eine Bogenröhre ("arc tube") und eine Außenlampe ("outer bulb"), zwischen denen ein luftdichter Raum definiert ist. Daher kann die Lampe selbst bei niedrigen Temperaturen ohne eine Verringerung in der Helligkeit betrieben werden. Zudem steigt die Lampenhelligkeit schnell an.
  • Die DE 100 58 529 A1 offenbart ein Ansteuerungsverfahren für eine Lichtquelle, bei der die Lichtquellentemperatur bestimmt wird. Insbesondere wird mittels eines Tiefpasses der Temperaturverlauf beim Einschalten der Lichtquelle, vorzugsweise einer Kaltkathodenfluoreszenzlichtquelle, nachgebildet. Der Lichtquellenstrom wird in Abhängigkeit von einer Kennlinie bestimmt, sodass eine gleichbleibende Helligkeit der Gasentladungslichtquelle für einen vorgegebenen Temperaturbereich gewährleistet wird.
  • Die EP 1 732 363 A2 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Beleuchtungssystems, welches eine elektrische Lampe und ein elektronisches Vorschaltgerät aufweist. Der Betrieb der elektrischen Lampe wird durch das elektronische Vorschaltgerät eingestellt. Dabei wird ein eine Umgebungstemperatur der elektrischen Lampe charakterisierender Messvorgang durchgeführt, bei dem zumindest ein Messwert erzeugt wird, welcher mit einem Schwellwert verglichen wird. Bei einem Abweichen des Messwerts vom Schwellwert wird eine elektrische Leistung der elektrischen Lampe verändert. Ferner ist ein Beleuchtungssystem beschrieben.
  • Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Lösung für oben genannte Probleme bereit zu stellen.
  • Die Grundidee der Erfindung ist die Messung einer Größe, welche korreliert zu tiefen Temperaturen ist.
  • Das kann die Messung der Lampenbrennspannung oder die Messung der Lampenimpedanz sein.
  • Die Erfindung schlägt also ein Verfahren zum Betrieb von Gasentladungslampen vor, die eine temperaturabhängige charakteristische Strom-/ Spannungskennlinie U(I) aufweisen. Dabei wird zur Vermeidung eines instabilen Brenntriebs bei niedrigen Außentemperaturen ein Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwerts der Lampenbrennspannung oder eines Gradientenbetrags davon verhindert, indem der Lampenstrom erhöht wird.
  • Der vorgegebene Maximalwert der Lampenbrennspannung bzw. dessen Gradientenbetrag ist dabei stromabhängig.
  • Der vorgegebene Maximalwert kann also von einer Grenzkennlinie G'(I) definiert werden.
  • Die Grenzkennlinie G'(I) stellt dabei vorzugsweise eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik dar. Diese kann so ausgelegt sein, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
  • Darüber hinaus kann die Grenzkennlinie G'(I) zumindest für Werte I < IS und im Bereich des Punkts PS (IS, US) als aktive Schwelle fungieren. Der Punkt PS(IS, US) ist dabei vorzugsweise der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen.
  • Die Grenzkennlinie G' (I) und/oder die Grenzkennlinie G'' (I) (d.h. der Verlauf) können von der direkt oder indirekt erfassten Temperatur abhängen.
  • Zur Kompensation der geringen Lichtleistung bei niedrigen Außentemperaturen kann das Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwerts der Lampenbrennspannung verhindert werden, indem der Lampenstrom erhöht wird. Der Minimalwert ist dabei vorzugsweise stromabhängig. Er kann von einer Grenzkennlinie G''(I) gebildet werden.
  • Die Grenzkennlinie G''(I) kann also eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik darstellen. Diese ist vorzugsweise so ausgelegt, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
  • Weiterhin kann die Grenzkennlinie G''(I) zumindest für einen begrenzten Bereich der Werte I > IS und im Bereich des Punkts PS(IS, US) als aktive Schwelle fungieren. Der Punkt PS(IS, US) ist dabei vorzugsweise der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betrieb von Gasentladungslampen, die eine temperaturabhängige charakteristische Strom-/ Spannungskennlinie U(I) aufweisen. Zur Kompensierung einer niedrigen Lichtleistung bei niedrigen Außentemperaturen wird dabei ein Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwerts der Lampenbrennspannung bei vorgegebenen Stromstärken verhindert, indem der Lampenstrom erhöht wird. Eine Erhöhung wird nur bei Außentemperaturen unterhalb einer vorbestimmten Schwelle, vorzugsweise unterhalb von 20°C durchgeführt.
  • Die vorgegebenen Stromstärken sind vorzugsweise auf einen Bereich der Werte I ≈ IS bis I = IL beschränkt. Der Punkt PS (IS, US) ist dabei vorzugsweise der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen. IL kann ein Stromwert IL > IS sein.
  • Außerdem kann der vorgegebene Minimalwert der Lampenbrennspannung stromabhängig sein. Er kann von einer Grenzkennlinie G''(I) definiert werden.
  • Die Grenzkennlinie G''(I) stellt dabei vorzugsweise eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik dar. Diese kann so ausgelegt sein, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
  • Des Weiteren kann zur Vermeidung eines instabilen Brenntriebs bei niedrigen Außentemperaturen ein Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwerts der Lampenbrennspannung oder eines Gradientenbetrags davon verhindert werden, indem der Lampenstrom erhöht wird.
  • Der vorgegebene Maximalwert der Lampenbrennspannung bzw. dessen Gradientenbetrag ist dabei vorzugsweise stromabhängig. Der vorgegebene Maximalwert der Lampenbrennspannung kann von einer Grenzkennlinie G'(I) definiert werden.
  • Die Grenzkennlinie G'(I) kann also eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik darstellen. Vorzugsweise ist diese so ausgelegt, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
  • Weiterhin kann die Grenzkennlinie G'(I) zumindest für Werte I < IS und im Bereich des Punkts PS (IS, US) als aktive Schwelle fungieren. Der Punkt PS(IS, US) ist dabei vorzugsweise der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen.
  • Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb von Gasentladungslampen, die eine temperaturabhängige charakteristische Strom-/ Spannungskennlinie U(I) aufweisen. In diesem Verfahren stellt eine Grenzkennlinie G(I) für Werte I < IS eine obere Schwelle und für Werte I > IS eine untere Schwelle dar. Der Punkt PS(IS, US) ist dabei der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien U(I) unterschiedlicher Außentemperaturen. Ein Überschreiten der Schwelle für Werte I < IS durch die Lampenbrennspannung oder ein Unterschreiten der Schwelle für Werte I > IS durch die Lampenbrennspannung wird nun dadurch verhindert, dass der Lampenstrom erhöht wird.
  • Zur Vermeidung eines instabilen Brenntriebs bei niedrigen Außentemperaturen kann also ein Überschreiten eines durch die Grenzkennlinie G definierten, zulässigen Maximalwerts der Lampenbrennspannung oder eines Gradientenbetrags davon verhindert werden, indem der Lampenstrom erhöht wird.
  • Ebenfalls kann so zur Kompensierung einer niedrigen Lichtleistung bei niedrigen Außentemperaturen ein Unterschreiten der Grenzkennlinie G durch die Lampenbrennspannung verhindert werden, indem der Lampenstrom erhöht wird.
  • Die Grenzkennlinie G(I) stellt vorzugsweise eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik dar. Diese ist dabei auch vorzugsweise so ausgelegt, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
  • Darüber hinaus kann die Grenzkennlinie G(I) so ausgelegt sein, dass die Lampenkennlinie U22(I) einer Gasentladungslampe bei 22°C Außentemperatur bei keinem einstellbaren Lampenstromwert die Schwelle der Grenzkennlinie G(I) übertritt.
  • Die Grenzkennlinie G(I) kann weiterhin so ausgelegt sein, dass die Lampenkennlinie U10(I) einer Gasentladungslampe bei 10°C Außentemperatur für I < IS zumindest teilweise oberhalb der Grenzkennlinie G(I) liegt, und somit in diesem Bereich eine unzulässige Grenzverletzung aufweist.
  • Auch kann die Grenzkennlinie G(I) so ausgelegt sein, dass die Lampenkennlinie U-15(I) einer Gasentladungslampe bei - 15°C Außentemperatur für I < IS zumindest teilweise oberhalb und für I > IS zumindest teilweise unterhalb der Grenzkennlinie G(I) liegt und somit in zwei Bereichen unzulässige Grenzverletzungen aufweist.
  • Es werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise nur Lampenstromwerte zugelassen, deren korrespondierende Arbeitspunkte oberhalb aller Grenzverletzungen liegen.
  • Außerdem kann eine Messung erfolgen, die zumindest entscheiden kann, ob sehr hohe Außentemperaturen, beispielsweise 35°C, oder sehr niedrige Außentemperaturen, beispielsweise -10°C, vorliegen.
  • Vorzugsweise erfolgt eine Erhöhung des Lampenstroms nur dann, wenn keine sehr hohen Außentemperaturen vorliegen.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Regelschaltung, vorzugsweise eine integrierte Schaltung, die zur Durchführung eines der erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet ist.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Betriebsgerät für Gasentladungslampen, das eine solche Regelschaltung aufweist.
  • Schließlich betrifft die Erfindung eine Leuchte, die das oben beschriebene Betriebsgerät und wenigstens eine angeschlossene Gasentladungslampe aufweist.
  • In einem letzten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein dimmbares Betriebsgerät zum Betreiben mindestens einer Gasentladungslampe. Das Betriebsgerät weist dabei eine Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern der mindestens einen Gasentladungslampe auf, wobei die Ansteuerungsschaltung einen Arbeitspunkt PA(IA,UA) an der mindestens einen Gasentladungslampe einstellt, der einem Dimmpegel entspricht. Darüber hinaus weist es eine Regelschaltung, vorzugsweise eine integrierte Schaltung, zum Regeln der Ansteuerung auf, wobei die Regelschaltung die Lampenbrennspannung U erfasst. Die Regelschaltung erzwingt dabei eine Anhebung des Dimmpegels, wenn sich der Arbeitspunkt PA(IA,UA) außerhalb eines zulässigen Bereichs befindet, der durch mindestens eine Grenzkennlinie G(I/U) beschränkt wird.
  • Das Betriebsgerät kann außerdem einen Speicher aufweisen, der zumindest einige Punkte der Grenzkennlinie G(I/U) gespeichert hat.
  • Die Regelschaltung erhöht zur Anhebung des Dimmpegels vorzugsweise den Lampenstrom I.
  • Auch kann das Betriebsgerät mindestens einen Temperatursensor aufweisen. Dieser nimmt vorzugsweise eine Messung vor, die zumindest zu einer Grobbestimmung der Temperatur an der mindestens einen Gasentladungslampe führt, beispielsweise mit einer Ungenauigkeit von +/-20°C.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Strom-Spannungs-Diagramm mit Kennlinien einer Gasentladungslampe bei unterschiedlichen Außentemperaturen,
    Fig. 2
    ein Strom-Spannungs-Diagramm mit den Kennlinien aus Fig.1 und zwei erfindungsgemäßen Grenzkennlinien,
    Fig. 3
    ein Strom-Spannungs-Diagramm mit den Kennlinien aus Fig.1 und einer erfindungsgemäßen Grenzkennlinie,
    Fig. 4
    ein Flussdiagramm eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens,
    Fig. 5
    ein Strom-Spannungs-Diagramm mit Kennlinien einer Gasentladungslampe bei unterschiedlichen Außentemperaturen,
    Fig. 6
    ein Diagramm mit der 1. Ableitung der Kennlinien aus Fig.5,
    Fig. 7
    ein Flussdiagramm eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens und
    Fig. 8
    ein schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts.
  • Fig. 1 zeigt ein Strom-Spannungs-Diagramm mit Kennlinien einer Gasentladungslampe bei unterschiedlichen Außentemperaturen, genauergesagt bei 22°C, bei 10°C und bei -15°C. Unter Außentemperatur wird die Umgebungstemperatur der Gasentladungslampe verstanden. 22°C stellt dabei in etwa die gewöhnliche Temperatur in einem Zimmer dar. 10°C und -15°C sind dagegen Temperaturen, wie sie beim Einsatz im Freien vorkommen können.
  • Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass sich alle Kennlinien an einem Punkt PS schneiden. Dies bedeutet, dass für die Gasentladungslampe bei alle Temperaturen dieser Arbeitspunkt PA = PS(IS, US) gültig ist.
  • Außerdem kann Fig.1 entnommen werden, dass für Stromwerte I > IS die Spannung mit steigendem Strom abnimmt. In diesem Bereich sind die Kennlinien also fallend. Dabei ist die Spannung bei sehr niedrigen Temperaturen, beispielsweise bei -15°C niedriger als bei höheren, wie 10°C.
  • Für Stromwerte I < IS dagegen ergibt sich ein uneinheitliches Bild. Für 22°C Außentemperatur nimmt die Spannung mit steigendem Strom vorerst zu, um dann in der Nähe des Schnittpunktes PS wieder leicht abzunehmen. Für kleinere Außentemperaturen ist die Kennlinie jedoch in diesem Bereich durchgehend fallend. Dabei ist die negative Steigung, d.h. der negative Gradient, bei besonders tiefen Außentemperaturen besonders groß. Gleichzeitig ist also bei niedrigen Temperaturen die Spannung der Gasentladungslampe bei kleinem Lampenstrom besonders hoch. Unter Spannung wird hier die Lampenbrennspannung verstanden. Daraus ergibt sich, dass sich insbesondere für sehr niedrige Temperaturen bei kleinem Lampenstrom eine unzulässig hohe Lampenbrennspannung ergibt.
  • Ein Dimmen der Gasentladungslampe erfolgt über eine Einstellung des Lampenstroms. Für einen niedrigen Dimmpegel wird also der Lampenstrom reduziert, für einen hohen der Lampenstrom erhöht. Das bedeutet, dass ein niedriger Dimmpegel auf einer Kennlinie von Fig.1 weiter links ist, ein hoher dagegen weiter rechts liegt.
  • Erfindungsgemäß kann also nun eine unzulässig hohe Lampenbrennspannung dadurch vermieden werden, dass der Dimmpegel erhöht wird. Dadurch wird nämlich ebenfalls der Arbeitspunkt PA auf einer Kennlinie weiter nach rechts geschoben. Grundsätzlich kann ein Arbeitspunkt dadurch in einen unzulässigen Bereich gelangen, indem die Dimmung auf einen zu niedrigen Pegel eingestellt wird, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen. Es ist jedoch auch möglich, dass ein Arbeitspunkt dadurch in einen unzulässigen Bereich gelangt, dass die Außentemperatur fällt, während der Dimmpegel konstant bleibt.
  • Zur Kompensierung tritt also eine Regelung in Kraft, die solange höhere Dimmpegel ansteuert, bis die Lampenbrennspannung unterschritten wird. Diese Hochregelung des Dimmpegels hat Priorität beispielsweise über einen von außen eingehenden Dimmpegelbefehl. Im Zuge einer Regelung wird somit die Lampenbrennspannung immer unterhalb der maximal zulässigen Lampenbrennspannung gehalten. Dadurch werden niedrige Dimmpegel also nicht grundsätzlich vermieden, sondern nur bei unzulässig hohen Brennspannungen.
  • Die maximal zulässige Lampenbrennspannung kann in der einfachsten Ausführung eine Konstante sein, d.h. eine waagrechte Gerade dem Diagramm aus Fig.1, beispielsweise bei 300V.
  • Ein Beispiel hierfür wird in Fig.2 gezeigt. Eine obere Grenzkennlinie G' begrenzt die maximal zulässige Lampenbrennspannung auf hier ca. 320 V. Diese Schwelle ist in diesem Ausführungsbeispiel lediglich im Bereich I < IS und im Bereich des Punkts PS (IS, US) aktiv, d.h. lediglich in diesem Bereich wirkt sie begrenzend. Alternativ kann diese Schwelle jedoch auch für alle Stromwerte gelten, d.h. unabhängig vom Stromwert zu sein.
  • Weiterhin kann, wie Fig. 2 zeigt, eine weitere untere Grenzkennlinie G'' eine minimal zulässige Lampenbrennspannung auf einen vorgegeben Wert beschränken. Dabei ist die Schwelle der Grenzkennlinie G'' vorzugsweise jedoch nur für einen vorgegeben Bereich an Stromwerten aktiv, d.h. lediglich in diesem Bereich begrenzend. Dieser Bereich erstreckt sich vorzugsweise vom Bereich des Stromwerts I ≈ IS bis zu einem Stromwert I = IL, wobei diese obere Grenze IL flexibel gehalten werden kann.
  • Bei sehr niedrigen Temperaturen ist indessen zu beachten, dass der Wirkungsgrad der Lampe stark abnimmt, sodass die tatsächlich abgegebene Lichtleistung bei einem identischen Arbeitspunkt niedriger ist als bei höheren Temperaturen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird jedoch diese zu niedrige Lichtleistung kompensiert. Liegt ein Arbeitspunkt unterhalb der Grenzkennlinie G'', so wird der Strom erhöht, bis die Lampenbrennspannung nicht mehr unzulässig zu niedrig ist. So wird, wie das Beispiel aus Fig.2 zeigt, ein Dimmpegel, der bei -15°C Außentemperatur einem Strom von 90 mA entspricht, solange hochgeregelt, bis er in etwa 100 mA entspricht. Da die Grenzkennlinie nur bis zu dem Stromwert IL aktiv ist, können für größere Stromwerte die Lampenbrennspannungen beliebig klein werden. Diese Begrenzung der Schwelle ist daher sinnvoll, da nur kleine Stromwerte herauf geregelt werden sollen.
  • Vorteilhafterweise weisen die Grenzkennlinien G' und G'' eine Form auf, die der Form der Lampencharakteristik angepasst ist. Außerdem sind diese möglichst so ausgelegt, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird. Ein etwaiges Beispiel einer denkbaren Ausführungsform lässt sich der Kennlinie G aus Fig. 3 für die Bereiche I < IS für G' und I > IS für G'' entnehmen.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das Verfahren zumindest im Bereich des Schnittpunktes PS zwei Grenzkennlinien G' und G'' auf, da es zur Verschiebung des Kritischen Punktes kommen kann. Die Grenzkennlinie G' stellt eine obere Schwelle dar. Diese befindet sich vorzugsweise oberhalb der Lampenkennlinie bei Zimmertemperatur. Die zweite Grenzkennlinie G'' stellt eine untere Schwelle dar. Diese befindet sich vorzugsweise unterhalb der Lampenkennlinie bei Zimmertemperatur.
  • Eine mögliche Art der Implementierung kann es also auch sein, einen Korridor mit beiden Grenzen zu schaffen. Außerhalb des Korridors wird herauf gedimmt.
  • Bei sehr hohen und sehr niedrigen Temperaturen ist weiterhin zu beobachten, dass in einem mittleren sowie im oberen Dimmbereich die Lampenbrennspannung unterhalb der Werte für reguläre Temperaturen liegt. Daher kann es sich ergeben, dass für sehr hohe und sehr niedrige Außentemperaturen ein identischer Arbeitspunkt Lampenstrom/Lampenbrennspannung auftritt. Für hohe Temperaturen ist diese Betriebsart jedoch kein Problem. Eine Einschränkung des Dimmbereich ist bei solchen also unerwünscht.
  • Vorzugsweise wird dementsprechend in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Temperaturmessung durchgeführt. Diese hat jedoch lediglich zu bestimmen, ob es sich bei der Außentemperatur um eine sehr hohe oder seht tiefe handelt.
  • So ist es möglich, die Aktivierung des unteren Limits, d.h. der Grenzkennlinie G'', flexibel zu gestalten. Bei sehr hohen Temperaturen soll das Limit deaktiviert sein, hingegen bei sehr geringen Temperaturen aktiv sein. Durch den Fakt, dass die Brennspannung bei hohen Dimmpegeln über einen weiten Bereich (0°C - +40°C) konstant ist, muss die Genauigkeit der Temperaturmessung nicht hoch sein. Wenn z.B. eine Ungenauigkeit der Messung von +-20°C gegeben ist und nun der Schwellwert auf 20°C gesetzt wird, so ergibt sich ein Bereich von 0°C bis 40°C indem die Möglichkeit der Aktivierung der unteren Schwelle besteht. Da es in diesem Bereich nie zum Ansprechen kommen kann, wird nur unter 0°C eine Einschränkung der einstellbaren Dimmpegel durch das Verfahren vorgenommen. Hätte man hingegen einen Mechanismus der temperaturabhängig das Dimmpegel limitiert, so würde man möglicherweise schon im normalen Temperaturbereich den Dimmbereich unerwünscht einschränken.
  • Eine Messung als Grobeinschätzung kann hierfür auch im Bereich des Betriebsgeräts, beispielsweise im Bereich der Regelschaltung, vorgenommen werden.
  • Eine Weiterbildung wird in Fig.3 gezeigt. Hier ist die maximal zulässige Lampenbrennspannung eine stromabhängige Grenzkennlinie G(I), in Fig.3 als "Limit" gekennzeichnet. Vorzugsweise ist G(I), wie in Fig.3 gezeigt, eine erst ansteigende und dann mit zunehmendem Strom-Wert wieder abfallende Kurve. Dies trägt dem Umstand Rechnung, dass bei üblichen Zimmertemperaturen, beispielsweise bei 22°C, die Lampenbrennspannung genau diesen Verlauf hat, d.h. ausgehend von einem äußerst geringen Dimmpegel zuerst ein wenig ansteigt, um dann beispielsweise in einem Bereich von 5% Dimmpegel wieder abzufallen. Die Grenzkennlinie ist also eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik.
  • Alternativ kann die Grenzkennlinie als Schwelle gebildet werden, die ein Lampenspannungs-Signal verwendet, das mit der Lampenkennlinie bei nominaler Umgebungstemperatur gewichtet wird.
  • Die Grenzkennlinie ist vorzugsweise eine stetige Funktion, welche immer (unabhängig vom Strom) zur gleichen Reaktion führt.
  • Weiterhin ergibt sich nun ein definierter Bereich zwischen Reaktion und Reserve zur Reaktion konstant über den gesamten Dimmbereich.
  • Im Weiteren kann die so entstandene Grenzkennlinie G(I) mit einer definiert negativen Steigungsfunktion multipliziert werden. Somit erreicht man eine immer stetig fallende Funktion für alle Ströme und Temperaturen. Über die Einstellung der Steigung und des Referenzwertes lässt sich nun der minimale, temperaturabhängige Lampenstrom einstellen.
  • Das Verfahren kann auch die Lampenimpedanz als Messgröße beinhalten.
  • Im Beispiel aus Fig.3 wird die Anwendung der Grenzkennlinie G verdeutlicht. Die durch die Grenzkennlinie gebildete Schwelle stellt erfindungsgemäß in einem Bereich IA < IS eine obere Schwelle dar. In einem Bereich IA > IS stellt sie eine untere Schwelle dar.
  • Wird eine Schwelle übertreten, findet also eine Grenzverletzung statt, so wird der eingestellte Dimmpegel und so der Lampenstrom angehoben.
  • Durch die Form der Grenzkennlinie G wird erreicht, dass der einstellbare Dimmbereich bei üblichen Zimmertemperaturen, wie beispielsweise bei 22°C, nicht eingeschränkt wird. Es wird dabei also für keinen einstellbaren Dimmpegel vom Verfahren der eingestellte Dimmpegel angehoben.
  • Die Kennlinie für 10°C ist für kleine Stromwerte oberhalb der Grenzkennlinie G und damit unzulässig zu hoch. Bei 10 °C werden also Dimmpegel unter dem kritischen Stromwert nicht zugelassen.
  • Die Kennlinie für -15°C ist für kleine Stromwerte IA < IS oberhalb der Grenzkennlinie G und damit unzulässig zu hoch. Für zumindest einige Stromwerte IA > IS ist die Kennlinie unterhalb der Grenzkennlinie G und damit unzulässig zu niedrig. Bei -15°C werden folglich keine Dimmpegel unter vorzugsweise 0,3A zugelassen.
  • Dank des Verfahrens kann so völlig frei festgelegt werden, ab welcher Temperatur welche Dimmpegel zugelassen werden sollen.
  • Durch die oben angeführte Vorgehensweise kann wie gesagt der stabile Betrieb bei niedrigen Temperaturen und niedrigen Dimmpegeln vermieden werden.
  • Bei sehr niedrigen Temperaturen ist indessen zu beachten, dass der Wirkungsgrad der Lampe stark abnimmt, sodass die tatsächlich abgegebene Lichtleistung bei einem identischen Arbeitspunkt niedriger ist als bei höheren Temperaturen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird jedoch diese zu niedrige Lichtleistung kompensiert. So wird, wie das Beispiel aus Fig. 3 zeigt, ein Dimmpegel, der bei -15°C Außentemperatur ein Strom von 0,2A entspricht, auf etwa 0,3A hochgeregelt.
  • Vorzugsweise wird erneut, wie oben beschrieben, in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Temperaturmessung durchgeführt. So ist es möglich, die Aktivierung des unteren Limits, d.h. der Grenzkennlinie G für IA > IS, flexibel zu gestalten. Bei sehr hohen Temperaturen soll das Limit deaktiviert sein, hingegen bei sehr geringen Temperaturen aktiv sein.
  • Fig.4 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start in Schritt S101 des Verfahrens wird in Schritt S102 ein eingestellter Dimmpegel gelesen. In S103 wird der zu dem Dimmpegel korrespondierende Stromwert IA ermittelt. Dieser wird in S104 an der Gasentladungslampe eingestellt. Damit ergibt sich der Arbeitspunkt PA (IA,UA) an der Gasentladungslampe. In S105 wird ermittelt, ob der eingestellte Stromwert IA größer oder kleiner als der Stromwert IS ist, an dem sich die Lampenkennlinien für unterschiedliche Temperaturen schneiden.
  • Ist der eingestellte Stromwert größer, so wird nun in S106 ermittelt, ob die Lampenbrennspannung U(IA) unzulässig klein ist, d.h. ob sie kleiner ist als der Grenzwert G(IA) für diesen Strom. Falls letzteres nicht zutrifft, herrscht offensichtlich keine besonders hohe oder besonders niedrige Außentemperatur vor und das Verfahren kann beendet werden. Falls jedoch die Lampenbrennspannung U(IA) unzulässig klein ist, so wird in S107 festgestellt, ob die Außentemperatur hoch, beispielsweise um die 40°C ist. Ist dies zutreffend, so kann dass Verfahren ebenfalls beendet werden. Trifft dies jedoch nicht zu, so handelt es sich folglich um eine extrem niedrige Außentemperatur. In diesem Fall wird der Dimmpegel hochgesetzt. Dies erfolgt, um die durch die Kälte bedingte niedrige Lichtleistung, die nicht mehr mit dem eingestellten Dimmpegel in korrektem Verhältnis steht, zu erhöhen. Dabei ist es frei wählbar, um wie viel der Dimmpegel angehoben wird, vorzugsweise jedoch nur um einen kleinen Schritt.
  • Ist der eingestellte Stromwert IA in S105 kleiner als IS, so wird nun in S110 ermittelt, ob die Lampenbrennspannung U(IA) unzulässig groß ist, d.h. ob sie größer ist als der Grenzwert G(IA) für diesen Strom. Falls letzteres nicht zutrifft, herrscht offensichtlich keine besonders niedrige Außentemperatur vor und das Verfahren kann beendet werden. Falls jedoch die Lampenbrennspannung U(IA) unzulässig groß ist, so handelt es sich folglich um eine niedrige Außentemperatur. In diesem Fall wird der Dimmpegel hochgesetzt. Dies erfolgt, um den durch die Kälte bedingten instabilen Arbeitspunkt zu stabilisieren. Außerdem wird dadurch eine unzulässig hohe Lampenbrennspannung vermieden. Vorzugsweise wird der Dimmpegel wieder nur um einen kleinen Schritt erhöht.
  • Von Schritt S109 wird wieder zum Anfang zurückgesprungen. So wird laufend eine Überwachung und Regelung durch geführt. Außerdem ist es so möglich, dass sich der eingestellte Arbeitspunkt, falls er in einem unzulässigem Bereich ist, sich stufenweise einem zulässigen Bereich annähert.
  • In Fig.5 - Fig.7 wird ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren erläutert. Diese bietet eine weitere Möglichkeit, die zusätzlich oder alternativ zu dem obigen Verfahren eingesetzt werden kann. Bei dem zweiten Verfahren werden die Gradienten der Lampenspannung über den Lampenstrom ermittelt.
  • Fig. 5 zeigt dabei ein Strom-Spannungs-Diagramm mit Kennlinien einer Gasentladungslampe bei unterschiedlichen Außentemperaturen. Dabei sind vor Allem die beiden Kennlinien bei 10°C und bei -15°C von Interesse. Das zweite Verfahren sieht nun vor, zumindest von einem Teil der Kennlinien die Gradientenkennlinien, d.h. die 1. Ableitung zu bestimmen. Diese werden in Fig.6 gezeigt. Es ist daraus ersichtlich, dass die Steigung der Kennlinien für kleine Stromwerte bei niedrigen Temperaturen negative Werte annimmt. Eine Kennlinie bei Zimmertemperatur hingegen weist für kleine Stromwerte eine positive bis gering negative Steigung, bzw. eine betragsmäßig niedrige Steigung auf.
  • Dadurch lässt sich bestimmen, ob ein niedriger Dimmpegel auf Grund einer niedrigen Außentemperatur angehoben werden muss. Dies kann durch eine untere Schwelle, im Beispiel aus Fig.6 möglicherweise bei -1000, erfolgen. Diese Schwelle ist natürlich so gesetzt, dass sie bei regulären Temperaturen oder auch hohen Temperaturen nie erreicht wird, sondern nur bei niedrigen Dimmpegeln und niedrigen Temperaturen unterschritten werden kann.
  • Es ist jedoch auch denkbar, dass diese Gradientenerfassung lediglich zur Plausibilisierung einer weiteren Temperaturabschätzung, beispielsweise der Temperaturmessungen im Bereich des Vorschaltgeräts eingesetzt wird.
  • Das Verfahren kann beispielsweise bei einem aktiven Dimmbetrieb ausgeführt werden oder bei einer sonstigen gezielt angewiesenen Lampenstromveränderung.
  • Fig. 7 zeigt ein Flussdiagramm des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem wird nach dem Start in Schritt S201 die Kennlinie U(I) im Bereich um Arbeitspunkt PA in Schritt S202 bestimmt. Daraus kann in S203 der Gradient für den Arbeitspunkt PA ermittelt werden. Ist dieser Gradient größer als der kritische Schwellwert, so wird zum Start zurückgesprungen. Falls letzteres jedoch nicht zutrifft, so wird der Dimmpegel zumindest um einen kleinen Schritt angehoben. Anschließend wird ebenfalls zum Start zurückgesprungen. Es ist natürlich bei dem zweiten Verfahren ebenfalls möglich keine Schwelle einzusetzen, sondern eine, die vom Strom I abhängig ist. So kann auf vorteilhafte Weise eine adaptive Schwelle eingesetzt werden, die auf die Gradientenkennlinie einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur angepasst ist. Hierbei ist diese so auszulegen, dass in den oben geschilderten Fällen, insbesondere denen der Beschreibung zu Fig.1-4, der Dimmpegel angehoben wird.
  • Fig. 8 zeigt ein schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Betriebsgeräts 1 in einer Leuchte 9, bei dem es sich vorzugsweise um ein elektronisches Vorschaltgerät handelt. Das Betriebsgerät weist eine Ansteuerungsschaltung 2 auf. Diese ist an einen Versorgungsstrom, vorzugsweise an konventionellen Netzstrom angeschlossen. Außerdem steuert sie eine oder mehrere Gasentladungslampen 3 an. Die Gasentladungslampen können dabei in Reihe und/oder parallel geschaltet sein.
  • Das Betriebsgerät weist darüber hinaus eine Regelschaltung 4 auf. Bei dieser handelt es sich vorzugsweise um eine integrierte Schaltung. Dabei kann es sich um einen ASIC handeln. Alternativ zum ASIC kann jedoch auch jede andere Form einer integrierten Schaltung wie ein Mikrocontroller oder eine Hybridlösung, oder eine konventionelle Schaltung verwendet werden.
  • Die Regelschaltung ist mit mindestens einer Schnittstelle 6 verbunden. Dabei kann es sich um eine Benutzerschnittstelle wie ein Display und/oder ein Tastenfeld handeln. Denkbar ist auch, dass die Schnittstelle eine Verbindung mit einem anderem System, beispielsweise einem Bussystem herstellt. Auf diese Weise könnte die Regelschaltung beispielsweise mit einer am Bussystem angeschlossenen zentralen Steuereinheit und/oder anderen angeschlossenen Betriebsgeräten kommunizieren. Über die Schnittstelle kann die Regeleinheit eingestellte Dimmbefehle empfangen. Ebenfalls ist es möglich, dass die Regelschaltung über die Schnittstelle weitere Informationen bzw. Befehle austauscht.
  • Die Regeleinheit erhält darüber hinaus als Rückführsignal die Lampenbrennspannung der einen oder mehreren Gasentladungslampen 3. Außerdem ist denkbar dass ihr der Lampenstrom I zurückgeführt wird. Dies kann über einen Messwiderstand (Shunt) 5 erfolgen.
  • Entsprechend den erfindungsgemäßen Verfahren und den über die Schnittstelle eingehenden Dimmbefehlen steuert die Regelschaltung 4 die Ansteuerungsschaltung 2.
  • Zum Vergleich eines Strom-Spannungs-Arbeitspunktes mit einem Schwellenwert, d.h. der Grenzkennlinie G, weist das Betriebsgerät außerdem einen Speicher 7 auf. Dieser speichert zumindest einige Punkte der Grenzkennlinie G. Vorzugsweise ist er mit der Regelschaltung verbunden. Außerdem ist es für die Erfindung wichtig, dass der Speicher 7 den Punkt PS (IS, US) oder zumindest den Stromwert IS gespeichert hat. Vorteilhafterweise wird der Punkt PS sowie die Grenzkennlinie G bereits bei der Herstellung des Betriebsgeräts in den Speicher aufgenommen, wenn feststeht, welche Gasentladungslampen mit dem Betriebsgerät betrieben werden sollen. Möglich ist auch, dass der Speicher Informationen von verschieden Typen von Gasentladungslampen aufweist.
  • Optional kann das Betriebsgerät noch einen Temperatursensor 8 aufweisen. Dieser kann für das oben beschriebene Verfahren eingesetzt werden. Vorzugsweise ist auch der Temperatursensor mit der Regelschaltung verbunden.
  • Als Temperatursensor 8 kann sowohl ein interner Sensor wie auch alternativ oder zusätzlich ein externer Sensor (bspw. an der Lampe) mit dem Betriebsgerät, insbesondere der Regelschaltung in dem Betriebsgerät, verbunden sein kann.
  • Die Temperatur kann direkt (Temperatursensor) oder indirekt (über einen temperaturabhängigen Parameter) erfasst werden.
    • Bezugszeichenliste:
    • PA (IA,UA)
    Arbeitspunkt auf der Strom-Spannungskennlinie einer Gasentladungslampe
    IA
    Stromwert am Arbeitspunkt PA(IA,UA)
    UA
    Spannungswert am Arbeitspunkt PA(IA,UA)
    PS (IS,US)
    Schnittpunkt der Lampenkennlinien in unterschiedlichen Temperaturen
    IS
    Stromwert am Schnittpunkt PS(IS, US)
    US
    Spannungswert am Schnittpunkt PS(IS, US)
    G (I)
    stromabhängige Grenzkennlinie
    G' (I)
    stromabhängige obere Grenzkennlinie
    G" (I)
    stromabhängige untere Grenzkennlinie
    IL
    maximaler Stromwert von G(I) bzw. G''(I)
    1
    Betriebsgerät
    2
    Ansteuerungsschaltung
    3
    Gasentladungslampe
    4
    Regelschaltung
    5
    Messshunt
    6
    Schnittstelle
    7
    Speicher
    8
    Temperatursensor
    9
    Leuchte

Claims (16)

  1. Verfahren zum Betrieb von Gasentladungslampen (3), die eine temperaturabhängige charakteristische Strom-/ Spannungskennlinie (U(I)) aufweisen,
    wobei zur Vermeidung eines instabilen Brenntriebs bei niedrigen Außentemperaturen ein Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwerts der Lampenbrennspannung oder eines Gradientenbetrags davon verhindert wird, indem der Lampenstrom erhöht wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der vorgegebene Maximalwert der Lampenbrennspannung bzw. dessen Gradientenbetrag stromabhängig ist und der vorgegebene Maximalwert von einer Grenzkennlinie (G'(I)) definiert wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Grenzkennlinie (G'(I)) eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik darstellt und diese so ausgelegt ist, dass eine charakteristische Kennlinie (U(I)) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
  3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Grenzkennlinie (G'(I)) zumindest für Werte I < IS und im Bereich eines Punkts (PS(IS, U) als aktive Schwelle fungiert, wobei der Punkt (PS(IS, US)) der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien (U(I)) unterschiedlicher Außentemperaturen ist.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Kompensierung einer niedrigen Lichtleistung bei niedrigen Außentemperaturen ein Unterschreiten eines vorgegebenen Minimalwerts der Lampenbrennspannung bei vorgegebenen Stromstärken verhindert wird, indem der Lampenstrom erhöht wird, wobei eine Erhöhung nur bei Außentemperaturen unterhalb einer vorbestimmten Schwelle, vorzugsweise unterhalb von 20°C durchgeführt wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die vorgegebenen Stromstärken auf einen Bereich der Werte I ≈ IS bis I = IL beschränkt sind, wobei der Punkt PS (IS, US) der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien (U(I)) unterschiedlicher Außentemperaturen ist und IL ein Stromwert IL > IS ist.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der vorgegebene Minimalwert der Lampenbrennspannung stromabhängig ist und von einer Grenzkennlinie (G''(1)) definiert wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Grenzkennlinie (G''(1)) eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik darstellt und diese so ausgelegt ist, dass eine charakteristische Kennlinie U(I) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
  8. Verfahren zum Betrieb von Gasentladungslampen (3), gemäß einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - eine Grenzkennlinie (G(I)) für Werte I < IS eine obere Schwelle und für Werte I > IS eine untere Schwelle darstellt, wobei der Punkt PS (IS, US) der Schnittpunkt von charakteristischen Lampenkennlinien (U(I)) unterschiedlicher Außentemperaturen ist, und
    - ein Überschreiten der Schwelle für Werte I < IS durch die Lampenbrennspannung oder ein Unterschreiten der Schwelle für Werte I > IS durch die Lampenbrennspannung dadurch verhindert wird, dass der Lampenstrom erhöht wird.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Vermeidung eines instabilen Brenntriebs bei niedrigen Außentemperaturen ein Überschreiten eines durch die Grenzkennlinie ((G(I)) definierten, zulässigen Maximalwerts der Lampenbrennspannung oder eines Gradientenbetrags davon verhindert wird, indem der Lampenstrom erhöht wird, und/oder dass
    zur Kompensierung einer niedrigen Lichtleistung bei niedrigen Außentemperaturen ein Unterschreiten der Grenzkennlinie ((G(I)) durch die Lampenbrennspannung verhindert wird, indem der Lampenstrom erhöht wird.
  10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Grenzkennlinie ((G(I)) eine adaptive Schwelle in Abhängigkeit des Stromes mit Berücksichtigung der Lampencharakteristik darstellt, und diese so ausgelegt ist, dass eine charakteristische Kennlinie (U(I)) einer Gasentladungslampe bei Zimmertemperatur durch diese nicht eingeschränkt wird.
  11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Grenzkennlinie (G(I)) so ausgelegt ist, dass eine Lampenkennlinie (U22(I)) einer Gasentladungslampe bei 22°C Außentemperatur bei keinem einstellbaren Lampenstromwert die Schwelle der Grenzkennlinie G(I) übertritt, oder
    dass
    die Grenzkennlinie (G(I)) so ausgelegt ist, dass eine Lampenkennlinie (U10(I)) einer Gasentladungslampe bei 10°C Außentemperatur für I < IS zumindest teilweise oberhalb der Grenzkennlinie (G(I)) liegt und somit in diesem Bereich eine unzulässige Grenzverletzung aufweist, oder
    dass
    die Grenzkennlinie (G(I)) so ausgelegt ist, dass eine Lampenkennlinie (U-15(I)) einer Gasentladungslampe bei -15°C Außentemperatur für I < IS zumindest teilweise oberhalb und für I > IS zumindest teilweise unterhalb der Grenzkennlinie (G(I)) liegt und somit in zwei Bereichen unzulässige Grenzverletzungen aufweist.
  12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    nur Lampenstromwerte zugelassen werden, deren korrespondierende Arbeitspunkte oberhalb aller Grenzverletzungen liegen.
  13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Messung erfolgt, die zumindest entscheiden kann, ob sehr hohe Außentemperaturen, beispielsweise 35°C, oder sehr niedrige Außentemperaturen, beispielsweise -10°C, vorliegen, wobei vorzugsweise eine Erhöhung des Lampenstroms nur dann erfolgt, wenn keine sehr hohen Außentemperaturen vorliegen.
  14. Dimmbares Betriebsgerät (1) zum Betreiben mindestens einer Gasentladungslampe (3), aufweisend
    - eine Ansteuerungsschaltung (2) zum Ansteuern der mindestens einen Gasentladungslampe (3), wobei die Ansteuerungsschaltung einen Arbeitspunkt (PA(IA, UA)) an der mindestens einen Gasentladungslampe (3) einstellt, der einem Dimmpegel entspricht, und
    - eine Regelschaltung (4), vorzugsweise eine integrierte Schaltung, zum Regeln der Ansteuerung, wobei die Regelschaltung eine Lampenbrennspannung (U) erfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Regelschaltung (4) eine Anhebung des Dimmpegels vorzugsweise durch Erhöhung des Lampenstroms erzwingt, wenn sich der Arbeitspunkt (PA(IA, UA)) außerhalb eines zulässigen Bereichs befindet, der durch mindestens eine Grenzkennlinie (G(I/U)) beschränkt wird.
  15. Dimmbares Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Betriebsgerät (1) einen Speicher (7) aufweist, der zumindest einige Punkte der Grenzkennlinie (G(I/U)) gespeichert hat.
  16. Dimmbares Betriebsgerät (1) gemäß Anspruch 14 oder 15,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Betriebsgerät (1) mindestens einen Temperatursensor (8) aufweist, der eine Messung vornimmt, die zumindest zu einer Grobbestimmung der Temperatur an der mindestens einen Gasentladungslampe (3) führt, beispielsweise mit einer Ungenauigkeit von +/-20°C.
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