Beschreibung

Anordnung und Verfahren zum Betreiben einer Hochdruck- Entladungslampe

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Hoch ^¬ druck-Entladungslampe und einem elektronischen Vorschalt- gerät sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Hochdruck-Entladungslampe .

Stand der Technik

In der Lampentechnik sind Hochdruck-Entladungslampen be ^¬ kannt, welche mittels elektronischen Vorschaltgeräten eingestellt und betrieben werden. Für fest verdrahtete Installationen werden beispielsweise von der Anmelderin sogenannte Powertronic-Systeme angeboten, welche im AIl- gemeinen für relativ hohe elektrische Leistungen ausge ^¬ bildet sind.

Darüber hinaus werden ebenfalls von der Anmelderin DULUX EL-Systeme angeboten, welche Niederdruck-Entladungslampen mit integrierten elektronischen Vorschaltgeräten umfas- sen.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hoch ^¬ druck-Entladungslampe mit einer zugeordneten Betriebsein ^¬ heit kompakt aufzubauen sowie einen zuverlässigen und verschleißarmen Betrieb gewährleisten zu können. Des Wei- teren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ver ^¬ fahren zu schaffen, mit welchem ein sicherer Betrieb ei-

ner derartigen elektrischen Lampe gewährleistet werden kann .

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung, welche die Merkma ^¬ le nach Patentanspruch 1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 15 aufweist, ge ^¬ löst.

Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine Hochdruck- Entladungslampe, welche mit einem elektronischen Vor- schaltgerät betreibbar ist. Das elektronische Vorschalt- gerät weist eine Schutz- und überwachungsvorrichtung auf, wobei die Schutz- und überwachungsvorrichtung zur Erfas ^¬ sung von nicht zur Zündung der Hochdruck-Entladungslampe führenden Zündversuchen ausgebildet ist und darüber hin ^¬ aus bei einem erfolglosen Zündversuch das Vorschaltgerät in einen Sicherheitsmodus überführt. Der Sicherheitsmodus kann insbesondere durch einen Stand-by-Modus oder sogar durch ein vollständiges Deaktivieren des Vorschaltgeräts gekennzeichnet sein. Dadurch kann ein sicherer und ver ^¬ schleißarmer Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe er- möglicht werden. Darüber hinaus kann bei dieser Ausges ^¬ taltung auch ein relativ preisgünstiges Vorschaltgerät eingesetzt werden. Dies ermöglicht den Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe mit einem kostenreduzierten e- lektronischen Vorschaltgerät, welches bevorzugt mit einer Schraub- oder Stecksockelverbindung ausgebildet ist. Eine derartige Hochdruck-Entladungslampe ist als Alternative zu einer Glühlampe oder einer Niederdruck-Entladungslampe ausgebildet .

Der Sicherheitsmodus ist bevorzugt für eine vorgebbare Zeitdauer einstellbar. Vorteilhafter Weise ist das elekt-

ronische Vorschaltgerät nach jedem erfolglosen Zündver ^¬ such in den Sicherheitsmodus überführbar.

Vorzugsweise ist das Vorschaltgerät in die Hochdruck- Entladungslampe integriert. Bevorzugt ist das Vorschalt- gerät dabei in einem Sockel der Hochdruck-Entladungslampe unlösbar angeordnet. Durch die Integration des Vorschalt- geräts in die elektrische Lampe kann eine sehr kompakte Ausgestaltung eines Gesamtsystems geschaffen werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Vorschaltgerät lösbar mit der Hochdruck-Entladungslampe verbunden ist.

Der bevorzugte Bereich der erforderlichen elektrischen Leistung der Hochdruck-Entladungslampe ist kleiner im Vergleich zu elektrischen Lampen, welche durch separate elektronische Vorschaltgeräte eingestellt und betrieben werden. Bevorzugt ist der Leistungsbereich kleiner 30 W, insbesondere kleiner 25 W.

Der Sicherheitsmodus ist bevorzugter Weise dadurch cha ^¬ rakterisiert, dass die Temperatur zumindest des elektro ^¬ nischen Vorschaltgeräts reduzierbar ist. Bevorzugt ist der Sicherheitsmodus solange reaktivierbar, solange eine für die Zündung der Hochdruck-Entladungslampe erforderli ^¬ che Zündspannung größer einer von dem Vorschaltgerät be ^¬ reitstellbaren Zündspannung ist. Bevorzugt ist der Si ^¬ cherheitsmodus nach jedem erfolglosen Zündversuch reakti- vierbar. Es ist gewährleistet, dass das elektronische Vorschaltgerät während der Zündphase nicht überhitzt und dadurch nicht beschädigt oder zerstört wird. In diesem Sicherheitsmodus kann somit erreicht werden, dass nach einem erfolglosen Zündversuch ein weiterer nachfolgender Zündversuch erst dann ermöglicht wird, wenn zumindest das

-A-

elektronische Vorschaltgerät soweit abgekühlt ist, dass im Weiteren keine Beschädigung durch einen nachfolgenden Zündversuch auftritt. Auch bei mehreren erforderlichen Zündversuchen kann dadurch gewährleistet werden, dass zu- mindest das elektronische Vorschaltgerät keinem hohen Verschleiß ausgesetzt sind.

Es kann vorgesehen sein, dass die Schutz- und überwa ^¬ chungsvorrichtung als Mikroprozessor ausgebildet ist. E- benso kann vorgesehen sein, dass die Schutz- und überwa- chungsvorrichtung diskrete Bauelemente aufweist oder vollständig aus diskreten Bauelementen aufgebaut ist.

Bevorzugter Weise ist eine maximale Anzahl von nicht zur Zündung führenden Zündversuchen vorgegeben, wobei bei Er ^¬ reichen dieser Anzahl die Hochdruck-Entladungslampe als nicht funktionsfähig erkennbar ist. Insbesondere ist dies durch die Schutz- und überwachungsvorrichtung erkennbar.

Bei einer zündunwilligen herkömmlichen heißen Lampe würde jedoch ein bekanntes elektronisches Vorschaltgerät nach kurzer Zeit zerstört werden, da die Erzeugung der Hoch- Spannung eine überlast für verschiedene Bauteile bedeu ^¬ tet. Gemäß der Erfindung wird durch die Schutz- und über ^¬ wachungsvorrichtung genau dies verhindert, da jeder er ^¬ folglose Zündversuch erkennbar ist und das elektronische Vorschaltgerät eine vorgebbare Zeitdauer in einen siche- ren Ruhezustand bzw. den Sicherheitsmodus versetzbar ist.

Vorzugsweise umfasst die Hochdruck-Entladungslampe zumin ^¬ dest eine weitere Lichtquelle, welche dann aktivierbar ist, wenn der nicht funktionsfähige Zustand der Hoch ^¬ druck-Entladungslampe erkannt ist, wobei dann durch diese weitere Lichtquelle ein optisches Signal zur Anzeige die-

ses Defektzustands erzeugbar ist. Die weitere Lichtquelle ist vorzugsweise als Leuchtdiode ausgebildet und kann beispielweise zur Erzeugung von Lichtsignalen roter Lichtfarbe ausgebildet sein. Eine defekte Hochdruck- Entladungslampe kann dann einfach und eindeutig erkannt werden .

Vorzugsweise ist ein nicht zur Zündung führender Zündver ^¬ such dadurch erkennbar, dass ein gegenüber dem Betriebs ^¬ strom der im Normalbetrieb brennenden elektrischen Lampe erhöhter Strompegel für zumindest eine vorgebbare Zeit ^¬ dauer am Resonanzkreis, der normalerweise Teil des elekt ^¬ ronischen Vorschaltgeräts ist, anliegt. Die Schutz- und überwachungsvorrichtung kann bevorzugt derart ausgebildet sein, dass die Zeitdauer eines erhöhten Strompegels er- fassbar ist und dann bei Erreichen oder überschreiten dieser Zeitdauer das elektronische Vorschaltgerät in den Sicherheitsmodus überführbar ist. Ist der erhöhte Strom ^¬ pegel zumindest für diese Zeitdauer anliegend und von der Schutz- und überwachungsvorrichtung erfasst, so wird der Sicherheitsmodus eingestellt.

Es kann auch vorgesehen sein, dass nach einer vorgebbaren Zeitdauer der am Resonanzkreis anliegende momentane Strompegel erfassbar ist und mit einem Schwellwert- Strompegel verglichen wird. Falls der zum dem Zeitpunkt am Ende dieser vorgebbaren Zeitdauer erfasste Strompegel den Schwellwert-Strompegel übersteigt, ist die Hochdruck- Entladungslampe als zündunfähig erkannt. Auch dann er ^¬ folgt ein überführen des elektronischen Vorschaltgeräts in den Sicherheitsmodus.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass diese vorgebbare Zeitdauer, für welche der Strompegel erfassbar oder der Zeitpunkt nach dem ein Strompegel erfassbar ist, kleiner 70 ms, insbesondere kleiner 60 ms und vorzugsweise etwa 50 ms beträgt. Prinzipiell ist diese Zeitdauer des er ^¬ laubten erhöhten Strompegels von den Bauelementen und de ^¬ ren Auslegung abhängig, insbesondere im Hinblick auf die Zeitdauer, wie lange das System geeignet ist, im Reso ^¬ nanzzustand betrieben werden zu können, ohne dass Funkti- onsbeeinträchtigungen oder Beschädigungen auftreten. Ab ^¬ hängig davon kann daher die vorgebbare Zeitdauer variie ^¬ ren und somit auch größere oder kleinere Werte aufweisen.

Die vorgebbare Zeitdauer des Sicherheitsmodus beträgt vorzugsweise zumindest 1,5 s, insbesondere zumindest 2 s und bevorzugt etwa 2,4 s. Auch diese Zeitdauer kann je ^¬ doch auch länger oder kürzer sein. Diese Zeitdauer reicht aus, um zumindest das elektronische Vorschaltgerät soweit abzukühlen, dass ein weiterer Zündversuch erfolgen kann, ohne dass Komponenten des elektronischen Vorschaltgeräts überhitzen und somit Schaden nehmen.

Da die Hochdruck-Entladungslampe sogar für mehrere Minu ^¬ ten zündunwillig sein kann und daher auch mehrere Zünd ^¬ versuche fehlschlagen können, wird in besonders bevorzug ^¬ ter Weise zumindest eine Zusatz-Lichtquelle angeordnet, welche bevorzugt als Leuchtdiode ausgebildet ist, welche als Notlichtquelle beispielsweise bis zum erfolgreichen Zünden der Hochdruck-Entladungslampe aktivierbar ist. Diese Zusatz-Lichtquelle ist somit bevorzugter Weise dann aktivierbar, wenn die Hochdruck-Entladungslampe für eine vorgebbare Zeitdauer und/oder eine vorgebbare Anzahl an Zündversuchen nicht zündet. Bevorzugt ist die Zusatz-

Lichtquelle dann aktivierbar, wenn die Hochdruck- Entladungslampe aufgrund thermischer Bedingungen zündunfähig ist. Die thermischen Bedingungen sind dabei dadurch charakterisiert, dass eine für die Zündung der Hochdruck- Entladungslampe erforderliche Zündspannung größer einer von dem Vorschaltgerät bereitstellbaren Zündspannung ist.

Die vorgebbare Anzahl an Zündversuchen ist dabei bevorzugt geringer als die maximale Anzahl an vorgebbaren Zündversuchen, nach deren Erreichen die Hochdruck- Entladungslampe als defekt erkannt wird. Die Zusatz- Lichtquelle wird somit bevorzugt dann als Notlichtquelle aktiviert, wenn diese vorgebbare Anzahl an Zündversuchen erreicht wird, aber weitere Zündversuche durchgeführt werden können, da die maximale Anzahl der Zündversuche vor einer Defekterkennung noch nicht erreicht ist. Die vorgebbare Anzahl von Zündversuchen, nach denen die Zusatz-Lichtquelle eingeschaltet wird, kann auch Null sein, wodurch die Zusatz-Lichtquelle unmittelbar mit dem ersten Zündversuch der Hochdruck-Entladungslampe aktivierbar ist.

Die Zusatz-Lichtquelle kann auch nach der Defekterkennung der Hochdruck-Entladungslampe weiter eingeschaltet sein. Dann sind die Zusatz-Lichtquelle und die Lichtquelle zur Anzeige der defekten Hochdruck-Entladungslampe gleichzei- tig eingeschaltet. Bevorzugt ist die Zusatz-Lichtquelle zur Erzeugung weißen oder grünen Lichts ausgebildet und unterscheidet sich in der Lichtfarbe von der Lichtquelle, welche zur Defektanzeige der Hochdruck-Entladungslampe vorgesehen ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Lichtquelle zur Defektanzeige und die Lichtquelle zur Notbeleuchtung als eine Lichtquelle ausgebildet ist, wel-

che situationsabhängig zur Erzeugung der farblich unter ^¬ schiedlichen Lichtsignale ausgebildet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Zusatz-Lichtquelle nur dann ak ^¬ tivierbar ist, wenn das Vorschaltgerät im Sicherheitsmo- dus ist.

Durch die vorgeschlagene Anordnung einer Hochdruck- Entladungslampe, welche bevorzugt ein integriertes elekt ^¬ ronisches Vorschaltgerät aufweist, kann eine energieeffi ^¬ ziente Realisierung des Lampenbetriebs erreicht werden und zusätzlich eine kompakte und kostengünstige Konstruk ^¬ tion ermöglicht werden. Situationsabhängig kann dabei de ^¬ ren annähernd punktförmige Lichtquelle vorteilhaft sein, wobei dann beispielsweise eine Reflektorlampe im Ver ^¬ gleich zu einer Kompaktleuchtstofflampe mit ähnlicher e- lektrischer Leistung mit kompakteren Abmessungen reali ^¬ siert werden kann. Darüber hinaus kann auch eine sehr ho ^¬ he Farbwiedergabe mit einem Ra-Wert größer 90 % ermög ^¬ licht werden.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe, welche mit einem elektroni ^¬ schen Vorschaltgerät betrieben wird, wird ein nicht zur Zündung der Hochdruck-Entladungslampe führender Zündver ^¬ such von einer Schutz- und überwachungsvorrichtung des Vorschaltgeräts erfasst, wobei das Vorschaltgerät bei ei- nem erfolglosen Zündversuch für eine vorgebbare Zeitdauer in einen Sicherheitsmodus übergeführt wird. Die überfüh ^¬ rung des Vorschaltgeräts in den Sicherheitsmodus wird da ^¬ bei durch die Schutz- und überwachungsvorrichtung gesteu ^¬ ert und eingestellt. Das Vorschaltgerät kann bevorzugt in einen Stand-by-Modus geschaltet werden oder sogar ganz deaktiviert werden. Bevorzugt ist das Vorschaltgerät in

die Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere in einen So ^¬ ckel dieser, unlösbar integriert. Dies ermöglicht eine kompakte Ausführung der gesamten Anordnung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemä- ßen Hochdruck-Entladungslampe sind als vorteilhafte Aus ^¬ gestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin ^¬ dung anhand schematischer Figuren näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine Blockbilddarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung; und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung der Hochdruck-Entladungslampe mit einem integrier ^¬ ten Vorschaltgerät .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist in schematischer Blockbilddarstellung ein Prinzipschaltbild einer Anordnung I dargestellt, welche eine als Hochdruck-Entladungslampe 1 ausgebildete elekt ^¬ rische Lampe und ein in die Hochdruck-Entladungslampe 1 integriertes elektronisches Vorschaltgerät 2 aufweist. Das elektronische Vorschaltgerät 2 ist in einen Lampenso ^¬ ckel (nicht dargestellt) integriert und unlösbar mit der Hochdruck-Entladungslampe 1 verbunden. Die Hochdruck- Entladungslampe 1 ist im Ausführungsbeispiel als nieder ^¬ wattige elektrische Lampe ausgebildet und für einen Leis- tungsbereich kleiner 25 W konzipiert.

Das integrierte elektronische Vorschaltgerät 2 umfasst in der gezeigten Blockbilddarstellung einen AC/DC-Wandler 21 und einen nachgeschalteten Hochfrequenz-Inverter 22. Dar ^¬ über hinaus weist das elektronische Vorschaltgerät 2 eine integrierte Steuer- und überwachungsvorrichtung 23 auf, welche zur bidirektionalen Kommunikation zumindest mit dem Hochfrequenz-Inverter 22 ausgebildet ist. Darüber hinaus umfasst das elektronische Vorschaltgerät 2 einen Resonanzkreis 24, welcher mit der Hochdruck- Entladungslampe 1 elektrisch verbunden ist.

Die Anordnung I kann des Weiteren eine nicht gezeigte erste Lichtquelle aufweisen, welche zur Anzeige einer als defekt erkannten Hochdruck-Entladungslampe 1 ausgebildet ist. Ferner kann eine nicht gezeigte weitere Zusatz- Lichtquelle vorgesehen sein, welche als Notlichtquelle ausgebildet ist und beispielsweise nach einem ersten fehlgeschlagenen Zündversuch aktiviert wird und solange aktiviert bleibt, bis die Hochdruck-Entladungslampe 1 zündet oder als defekt erkannt wird.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsan ^¬ ordnung dargestellt, welche die Hochdruck-Entladungslampe 1 und das integrierte elektronische Vorschaltgerät 2 zeigt. Das elektronische Vorschaltgerät 2 ist zum direk ^¬ ten Anschluss an eine Netzspannungsversorgung ausgebil- det . Dazu ist das Vorschaltgerät 2 mit Anschlüssen L und N verbunden. Im Anschlusspfad L ist eine Sicherung SI ge ^¬ schaltet, wobei im Anschlusspfad N ein Seitenanschluss- draht SD geschaltet ist. Die vom Netz bereitgestellte Wechselspannung wird über eine dem elektronischen Vor- schaltgerät 2 zugeordnete Gleichrichtereinheit, welche die Dioden DlO, Dil, D12 und D13 enthält, gleichgerich-

tet . Darüber hinaus umfasst das Vorschaltgerät 2 einen Glättungskondensator C2.

Das elektronische Vorschaltgerät 2 umfasst eine Steuer- und überwachungsvorrichtung 23, welche in der Ausführung gemäß Fig. 2 als Mikroprozessor ICl realisiert ist. Der Mikroprozessor ICl wird über einen Eingang VCC mit Ener ^¬ gie versorgt, wobei die Eingangsspannung des Mikroprozes ^¬ sors ICl durch eine Zener-Diode D20 begrenzt und mit ei ^¬ nem Kondensator C20 geglättet wird.

Die gleichgerichtete und geglättete Netzspannung wird an einem Halbbrückenwandler bereitgestellt, welcher als we ^¬ sentliche Komponenten die Transistoren Tl und T2 umfasst. Darüber hinaus umfasst das elektronische Vorschaltgerät 2 einen Transformator, welcher als Primärseite die Indukti- vität bzw. die Komponente RK-A umfasst. Die Sekundärsei ^¬ ten des Transformators werden durch die Induktivitäten bzw. die Komponenten RK-B und RK-C realisiert. Der Halb ^¬ brückenmittelpunkt HBM ist über eine Induktivität L3, welche eine Lampendrossel darstellt, und einen Kondensa- tor C6 an die Hochdruck-Entladungslampe 2 gekoppelt. Eine Resonanzkapazität umfassend Kondensatoren C7 und C8, dient zusammen mit der Induktivität L3 zum Zünden der Hochdruck-Entladungslampe 2. Darüber hinaus ist ein Kon ^¬ densator C5 zur Schaltentlastung der Transistoren Tl und T2 vorgesehen. Der Mikroprozessor ICl kann eine Zündspan ^¬ nung oder hohe elektrische Ströme, welche aus der Erzeu ^¬ gung der hohen Zündspannung resultieren, über einen Emit ^¬ terwiderstand R5, einen Widerstand R21 und den Kondensa ^¬ tor C21 erfassen.

über Widerstände Rl und R6 wird ein Kondensator C4 gela ^¬ den. Wird dann ein Spannungs-Schwellwert erreicht, bricht ein DIAC durch und die Spannung am Kondensator C4 wird reduziert. Der dabei erzeugte Strompuls wird als Basis- ström für den Transistor T2 bereitgestellt und dieser da ^¬ durch eingeschaltet. Bei eingeschaltetem Transistor T2 kann des Weiteren der Kondensator C4 über die Diode Dl weiter entladen werden und ein Strom durch die Komponen ^¬ ten RK-A, RK-B und RK-C des Transformators fließt. Da- durch wird eine Selbstoszillation in Gang gesetzt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Emitterstrom eines Transistors T2 als Spannungsabfall über den Emit ^¬ terwiderstand R5 gemessen. Dieses Signal bzw. der hier gemessene Spannungsabfall wird durch ein RC-Glied, umfas- send den Widerstand R21 und den Kondensator C21, direkt in einen Analogeingang PB4 des Mikroprozessors ICl einge ^¬ lesen. Der Mikroprozessor ICl ist zum Auswerten dieses Eingangssignals ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist der Mikroprozessor ICl derart programmiert, dass für eine vorgegebene Zeitdauer von etwa 50 ms erhöhte Strompegel im Vergleich zum Betriebsstrom der brennenden Hochdruck- Entladungslampe 2 möglich sind. Liegt dieser erhöhte Strompegel für eine längere Zeitdauer als diese 50 ms an, so wird dies vom Mikroprozessor ICl erfasst und erkannt, dass ein nicht zur Zündung der Hochdruck-Entladungslampe 2 führender Zündversuch vorliegt. Das elektronische Vor- schaltgerät 2 wird dann für eine vorgebbare Zeitdauer von dem Mikroprozessor ICl in einen Sicherheitsmodus überge ^¬ führt. Im Ausführungsbeispiel wird das elektronische Vor- schaltgerät 2 für eine Zeitdauer von etwa 2,4 s abge ^¬ schaltet .

Das Abschalten erfolgt im Ausführungsbeispiel durch eine Serienschaltung aus einer Schottky-Diode D4 und einem Niedervolt-MOS-Transistor T3, durch welche die Basisspan ^¬ nung des Transistors T2 der Leistungshalbbrücke kurzge- schlössen wird. Der Transistor T3 erhält sein Steuersig ^¬ nal über den Ausgang PBO des Mikroprozessors ICl.

Ein wesentlicher Vorteil der überwachung des Transistor ^¬ stroms anstelle der im Resonanzkreis erzeugten Hochspan ^¬ nung liegt in der Vermeidung eines ansonsten erforderli- chen, entsprechend hochspannungsfesten Spannungsteilers. Selbstverständlich kann jedoch auch eine Ausgestaltung vorgesehen sein, bei der ein derartiger Spannungsteiler vorgesehen ist.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Halbbrückensteue- rung in den Mikroprozessor ICl integriert ist.