Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe nach der Gattung des Hauptanspruchs und des nebengeordneten Anspruchs, wobei die Hochdruckentladungslampe von einem Wechselrichter mit einem rechteckförmigen Lampenstrom betrieben wird, der eine positive Phase mit positivem Stromfluss und eine negative Phase mit negativen Stromfluss aufweist, und der Wechselrichter von einer Steuereinheit geregelt wird.

Hochdruckentladungslampen werden oftmals mit einem Rechteckstrom niederer Frequenz betrieben, um einen Gleichstrombetrieb zu simulieren. Dieser Betriebsmodus wird auch als 'wackelnder Gleichstrombetrieb' bezeichnet. Die Frequenz des Rechteckstroms niederer Frequenz ist dabei um maximal eine Potenz höher als die Eingangsnetzfrequenz. Im Prinzip findet also ein Gleichstrombetrieb der Hochdruckentladungslampe statt, der Lampenstrom wird aber regelmäßig umgepolt, um die Lampenelektroden gleichmäßig zu belasten.

Dabei wird im Allgemeinen eine Leistungsregelung implementiert, um die Hochdruckentladungslampe zu betreiben. Bei alten Lampen treten mitunter Asymmetrien in der Lampenspannung auf, die zu unerwünschten Leistungsschwankungen führen können. Diese Schwankungen können durch eine entsprechend schnelle Regelung unterbunden werden.

Aus der DE 100 51 139 A1 ist ein Elektronisches Vorschaltgerät mit einer Vollbrückenschaltung bekannt, welches für jede Brückendiagonale eine eigene Regelung des Lampenstromes aufweist, um Asymmetrien ausgleichen zu können.

Aus der US 2004/0263089 A1 ist ein Elektronisches Vorschaltgerät für Niederdruckentladungslampen mit einer Halbbrückenschaltung bekannt, welches eine Stromregelung mit Überstromerkennung und eine Erkennung von Fehlzuständen der Niederdruckentladungslampe aufweist.

Schnelle Regelungen mit einer kleinen Zeitkonstante weisen aber den Nachteil einer erhöhten Flickerneigung beim Betrieb der Hochdruckentladungslampe auf. Weist die Regelung eine sehr große Zeitkonstante auf, ist die Flickerneigung klein, die Asymmetrien können aber aufgrund der großen Zeitkonstante der Regelung nicht ausgeglichen werden.

Unter einer großen Zeitkonstante der Regelung ist hier ein Wert zu verstehen, der deutlich, z.B. um eine Potenz größer ist als die Zeitkonstante der zugrundeliegenden Betriebsfrequenz des rechteckförmigen Lampenstroms.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe anzugeben, wobei die Hochdruckentladungslampe von einem Wechselrichter mit einem rechteckförmigen Lampenstrom betrieben wird, der eine positive Phase mit positivem Stromfluss und eine negative Phase mit negativen Stromfluss aufweist, und der Wechselrichter von einer Steuereinheit geregelt wird, die mit einer sehr langsamen Regelung mit einer großen Zeitkonstante arbeitet, und die eventuell auftretende Asymmetrien in der Lampenspannung ausregelt.

Die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bewerkstelligt, bei dem die Hochdruckentladungslampe von einem Wechselrichter mit einem rechteckförmigen Lampenstrom betrieben wird, der eine positive Phase mit positivem Stromfluss und eine negative Phase mit negativen Stromfluss aufweist, und der Wechselrichter von einer Steuereinheit geregelt wird, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

• messen eines die Lampenleistung oder den rechteckförmigen Lampenstrom repräsentierenden Wertes für den positiven Stromfluss,
• messen eines die Lampenleistung oder den rechteckförmigen Lampenstrom repräsentierenden Wertes für den negativen Stromfluss,
• berechnen einer Stellwertvorgabe aus je einer Führungsgröße einer Lampenleistung oder des rechteckförmigen Lampenstromes und des gemessenen Wertes für die Phase mit positivem Stromfluss,
• berechnen einer Stellwertvorgabe aus je einer Führungsgröße einer Lampenleistung oder des rechteckförmigen Lampenstromes und des gemessenen Wertes für die Phase mit negativem Stromfluss,
• ausgeben der beiden Stellwertvorgaben an den Wechselrichter.

Der rechteckförmige Lampenstrom weist dabei vorzugsweise eine Frequenz kleiner 500Hz, insbesondere kleiner 110Hz auf. Dadurch wird die Lampe quasi mit einem Gleichstrom berieben, und die Elektrodenbelastung ist gleichmäßig und minimal.

Die Führungsgröße einer Lampenleistung oder des rechteckförmigen Lampenstromes für die Steuereinheit ist dabei bevorzugt für beide Phasen gleich. Dadurch wird die Lampe in jeder Phase auf die gleiche Leistung geregelt, was eine gleichmäßige Elektrodenbelastung zur Folge hat.

Wird der die Lampenleistung oder den rechteckförmigen Lampenstrom repräsentierende Wert für die Steuereinheit aus der Eingangsspannung des Wechselrichters, dem Eingangsstrom des Wechselrichters, der Spannung der Hochdruckentladungslampe sowie einem Korrekturfaktor berechnet, so kann die aufwändige Lampenstrommessung entfallen, und trotzdem die Lampenleistung mit ausreichender Genauigkeit berechnet werden.

Zwischen den folgenden Stellwertvorgaben beider Phasen eine Zeitspanne liegt dabei erfindungsgemäß eine Zeitspanne, die zwischen 1ms und wenigen Sekunden, vorzugsweise zwischen 5ms und 50ms lang ist. Damit kann eine langsame und kostengünstige Regelung realisiert werden, die geringe Flickerneigung im Betrieb zeigt.

Die Lösung der Aufgabe bezüglich der Schaltungsanordnung wird durch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe bewerkstelligt, die einen Wechselrichter zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe aufweist, der einen niederfrequenten rechteckförmigen Lampenstrom erzeugt, wobei der rechteckförmige Lampenstrom eine positive Phase mit positivem Stromfluss und eine negative Phase mit negativen Stromfluss aufweist, und der Wechselrichter von einer Steuereinheit geregelt wird, wobei die Steuereinheit die positive Phase und die negative Phase getrennt voneinander regelt, wobei die Steuereinheit einen die Lampenleistung oder den rechteckförmigen Lampenstrom repräsentierenden Wert in jeder Phase einzeln bestimmt, und eine Stellwertvorgabe für jede Phase in einem Abstand, der zwischen 1ms und wenigen Sekunden lang ist, aufgrund des gemessenen Wertes erzeugt.

Damit kann die Steuereinheit mit wenig Aufwand eine ausreichend genaue Stellwertvorgabe für jede Phase erzeugen.

Die Führungsgröße einer Lampenleistung oder des rechteckförmigen Lampenstromes für die Steuereinheit ist dabei bevorzugt für beide Phasen gleich. Dadurch wird die Lampe in jeder Phase auf die gleiche Leistung geregelt, was eine gleichmäßige Elektrodenbelastung zur Folge hat.

Vorzugsweise misst die Steuereinheit dabei die Eingangsspannung des Wechselrichters, den Eingangsstrom des Wechselrichters und die Spannung der Hochdruckentladungslampe, und berechnet einen die Lampenleistung oder den rechteckförmigen Lampenstrom repräsentierenden Wert aus diesen Größen unter Zuhilfenahme eines Korrekturfaktors und der Führungsgröße. Durch diese Maßnahme kann die aufwändige Lampenstrommessung entfallen, und trotzdem die Lampenleistung mit ausreichender Genauigkeit berechnet werden.

Um die Verarbeitung zu vereinfachen speichert die Steuereinheit dabei bevorzugt jeweils einen die Lampenleistung oder den rechteckförmigen Lampenstrom repräsentierenden Wert in voneinander getrennten, den beiden Phasen zugehörigen Speicherzellen ab. Die Steuereinheit erzeugt nun vorzugsweise mittels der abgespeicherten Werte für jede Phase einzeln eine Stellwertvorgabe, die dann an den Wechselrichter ausgegeben wird.

Die Steuereinheit erzeugt die Stellwertvorgaben bevorzugt in einem Abstand, der zwischen 5ms und 50ms lang ist. Damit kann eine langsame und kostengünstige Regelung realisiert werden, die geringe Flickerneigung im Betrieb zeigt. Die Frequenz der Stellwertvorgaben ist dabei bevorzugt um mindestens eine Potenz geringer als die Frequenz des rechteckförmigen Lampenstromes.

Die Steuereinheit weist dabei vorzugsweise einen digitalen Regler mit einem Mikrocontroller auf. Da in vielen modernen Schaltungsanordnungen zum Betreiben von Entladungslampen ein Mikrocontroller implementiert ist, kann die erfindungsgemäße Steuereinheit als reine Software implementiert werden, was Kosten spart.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
• Fig. 2 Die schematisierten Ansteuerspannungen der Schalttransistoren der Vollbrücke, die von der Steuereinheit angesteuert werden.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Schaltungsanordnung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Die Schaltungsanordnung weist einen Wechselrichter 30 mit allen Teilen, die für den Normalbetrieb benötigt werden, auf. Zusätzliche Bauteile, wie Zünddrossel, Zündkondensator, Treiberschaltungen etc., die für einen Start einer Hochdruckentladungslampe 5 und für vorstellbare andere Betriebszustände notwendig sind, wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Die Der Wechselrichter 30 besteht aus einer Vollbrücke mit 2 parallel geschalteten Halbbrücken 33 und 35, die jeweils je zwei Schalttransistoren Q1, Q2 sowie Q3, Q4 aufweisen. Die Schalttransistoren Q1-Q4 besitzen antiparallele Freilaufdioden D1-D4. Zwischen die Mittelpunkte der beiden Halbbrücken 33, 35 ist eine Serienschaltung der Hochdruckentladungslampe 5 und einer Lampendrossel L₁ geschaltet. Zwischen dem Verbindungspunkt der Hochdruckentladungslampe 5 und der Lampendrossel L₁ und dem Verbindungspunkt der unteren Vollbrückentransistoren Q2 und Q4, der im weiteren als Punkt 7 bezeichnet wird, ist ein Kondensator C₂ geschaltet. Zwischen dem oberen Eingang E1, der auf dem gleichen Potential wie Punkt 6 liegt, und dem unteren Eingang E2, der auf dem gleichen Potential wie Punkt 8 liegt, ist ein Eingangskondensator C1 geschaltet. Zwischen Punkt 8 und Punkt 7 ist ein Strommesswiderstand R_s geschaltet.

Der Wechselrichter 30 wird von einer Steuereinheit 20 unter Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert. Die Steuereinheit 20 misst die Eingangsspannung des Wechselrichters 30, also die Spannung zwischen Punkt 6 und Punkt 7. Dabei wird eine starke RC-Filterung verwendet, um Störungen und Kurzzeitschwankungen der Eingangsspannung des Wechselrichters 30 auszublenden.

Die Steuereinheit 20 misst ebenfalls die Spannung über dem Strommesswiderstand R_s, die ein Äquivalent zum Strom durch den Wechselrichter 30 ist. Dieser Wert wird in der positiven Phase des rechteckförmigen Lampenstroms und in der negativen Phase des rechteckförmigen Lampenstroms einzeln gemessen. Da die Vollbrücke des Wechselrichters 30, wie später noch erläutert wird, tiefsetzende Eigenschaften aufweist, ist der rechteckförmige Lampenstrom ein Faktor des Stroms durch die Vollbrücke. Für jede Messung speichert die Steuereinheit 20 den Stromwert in voneinander getrennten, den einzelnen Phasen zugehörigen Speicherzellen 210, 211 ab.

Die Steuereinheit 20 errechnet nun unter Zuhilfenahme der gespeicherten Stromwerte für jede Phase einzeln die Leistung des Wechselrichters 30 und gibt je einen Stellwert für Q1 und Q2 aus. Damit spielen Asymmetrien der Lampe oder verschiedene Impedanzen in den verschiedenen Phasen oder verschiedene Treiberlaufzeiten nun keine Rolle mehr, da die positive Phase und die negative Phase des Stromes je einen 'eigenen' Stellwert bekommen. Die Stellwerte werden dabei nicht für jede niederfrequente Vollwelle neu ausgerechnet, sondern sie werden lediglich bei jeder n-ten niederfrequenten Vollwelle neu ausgerechnet. n kann dabei einen Wert zwischen 5 und mehreren hundert annehmen. Die Stellwertvorgaben werden also in einem zeitlichen Abstand von 1ms bis zu einigen Sekunden an den Wechselrichter ausgegeben. Die Stellwertvorgabe kann unter Umständen also auch nur alle 2-3 Sekunden ausgegeben werden. Dadurch, dass die Regelung zwischen positiver Halbwelle und negativer Halbwelle unterscheidet und diese Halbwellen getrennt geregelt werden, kann eine sehr langsame und damit kostengünstige Regelung verwendet werden, ohne die Lampe asymmetrisch zu betreiben. Ein Gleichstromanteil im Lampenstrom wird so sicher vermieden.

Die Ansteuerung des Wechselrichters 30 wird dabei so vorgenommen, dass die Transistoren der Vollbrücke mit einer niederfrequenten Rechteckspannung angesteuert werden. Dabei wird in der ersten Halbbrücke 33 der niederfrequenten Ansteuerspannung der Transistoren Q1 und Q2 eine hochfrequente Ansteuerspannung überlagert. Die zweite Halbbrücke 35 der Vollbrücke 30 wird dabei lediglich mit einer niederen Rechteckspannung angesteuert. Die hochfrequente Überlagerung kann dabei eine Pulsweitenmodulation sein oder eine andere geeignete Ansteuerung. Als niederfrequenter Betrieb wird hier der Betrieb mit einer Frequenz angesehen, die allgemein maximal eine Potenz über der Eingangsnetzfrequenz liegt. Die Frequenz des niederfrequenten Betriebs liegt vorzugsweise zwischen 50 Hz und 900 Hz. Als hochfrequenter Betrieb wird demzufolge der Betrieb mit einer Frequenz angesehen, die mindestens um eine Potenz höher liegt als die Frequenz des niederfrequenten Betriebs. Die Frequenz des hochfrequenten Betriebs liegt vorzugsweise zwischen 3 kHz und 120 kHz

Die Treiber für die oberen Transistoren Q1 und Q3 sowie die Hochfrequenzansteuerungen für die Halbbrücke 33 sind der Übersichtlichkeit halber in der schematischen Darstellung der Fig. 1 nicht gezeigt.

Fig. 2 zeigt die schematisierten Ansteuerspannungen der Schalttransistoren Q1-Q4 des Wechselrichters 30, die von der Steuereinheit 20 angesteuert werden. Die Transistoren Q3 und Q4 der Halbbrücke 35 werden mit einer niederfrequenten Spannung angesteuert, so dass sie in jeder Halbwelle jeweils komplett durchgeschaltet sind. Die Transistoren werden komplementär geschaltet, um eine positive und eine negative Stromphase durch die Hochdruckentladungslampe zu erzeugen. Die Transistoren Q1 und Q2 der Halbbrücke 33 werden ebenfalls von einer niederfrequenten Spannung betrieben. Dieser niederfrequenten Spannung ist zusätzlich eine hochfrequente Rechteckspannung überlagert, wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist. Die hochfrequente Überlagerungs- beziehungsweise Ansteuerspannung kann durch eine Pulsweitenmodulation oder ein anderes geeignetes Verfahren erzeugt werden. Während also Q3 durchgeschaltet ist, wird Q2 mit einer hochfrequenten Spannung angesteuert. Q1 und Q4 sind ausgeschaltet. Während Q4 durchgeschaltet ist, wird Q1 mit einer hochfrequenten Spannung angesteuert. Während dieser Zeit sind Q2 und Q3 ausgeschaltet.

Durch diese hochfrequente Ansteuerspannung kann der rechteckförmige Lampenstrom auf eine eventuell vorhandene Unsymmetrie der Hochdruckentladungslampe 5 angepasst werden. Dadurch, dass der Lampenstrom in jeder Phase einzeln geregelt wird, kann sich auch die Frequenz der Überlagerungs- beziehungsweise Ansteuerspannung beziehungsweise das Tastverhältnis dieser Spannung von der positiven zur negativen Phase unterscheiden, was einen unterschiedlichen Lampenstrom in der positiven wie in der negativen Phase zur Folge hat. Zusammen mit der unsymmetrischen Lampenspannung ergibt sich hieraus eine vollkommen symmetrische Leistungsaufnahme in beiden Phasen, die eine gleichmäßige Elektrodenbeanspruchung der Hochdruckentladungslampe 5 zur Folge hat, und die Lebensdauer der Hochdruckentladungslampe somit verlängert.