DE69820022T2

DE69820022T2 - Steuerung für eine hochdruckgasentladungslampe

Info

Publication number: DE69820022T2
Application number: DE69820022T
Authority: DE
Inventors: Anthonie Bergman; T. Phuong HUYNH
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1997-10-02
Filing date: 1998-09-14
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2018-09-15
Also published as: CN1171511C; EP0941637B1; WO1999018759A1; DE69820022D1; JP2001508933A; US5859505A; EP0941637A1; CN1246270A

Description

Erfindungsgebiet.
Die Erfindung betrifft eine Steuerung für eine Hochdruckgasentladungslampe zum Vermeiden von Lichtbogeninstabilitäten. Insbesondere betrifft die Erfindung die Erkennung von durch akustische Resonanzen induzierten Lichtbogeninstabilitäten und die Auswahl von Betriebsfrequenzen zum Vermeiden von sichtbaren Flimmern während des Lampenbetriebs.
Stand der Technik.
Hochdruckentladungslampen, wie beispielsweise Queck-silberdampf-, Metallhalogenid- und Hochdrucknatrium-Lampen, werden typischerweise mit einem magnetischen Vorschaltgerät bei oder etwas über normalen Netzstromfrequenzen, z. B. 60–100 Hz betrieben. Es ist wünschenswert, ein elektronisches Vorschaltgerät bereitzustellen, das Hochdruckentladungslampen mit hohen Frequenzen bei über rund 20 kHz betreiben. Hochfrequenzvorschaltgeräte, die zunehmend für Niederdruck-Quecksilberdampf-Leuchtstofflampen Verbreitung gefunden haben, erlauben, daß die Magnetelemente des Vorschaltgeräts im Vergleich zu einem herkömmlichen Niederfrequenz-Magnetvorschaltgerät sehr in ihrer Größe und ihrem Gewicht reduziert werden können.
Ein Haupthindernis für die Verwendung von elektronischen Hochfrequenzvorschaltgeräten für Hochdruckentladungslampen stellen jedoch die akustischen Resonanzen/Lichtbogeninstabilitäten dar, die bei Hochfrequenzbetrieb auftreten können. Zumindest verursachen akustische Resonanzen Flimmern des Lichtbogens, das für Personen sehr lästig sein kann. Schlimmstenfalls kann akustische Resonanz bewirken, daß der Entladungslichtbogen erlischt oder noch schlimmer dauerhaft zur Wand des Entladungsgefäßes hin abgelenkt bleibt und sie beschädigt, wodurch ein Bruch des Entladungsgefäßes verursacht wird.
In dem Artikel „An Autotracking System for Stable Hf Operation of HID Lamps" (Eigennachführungssystem für stabilen HF-Betrieb von Hochdruckentladungslampen), F. Bernitz, Symposium Lichtquellen, Karlsruhe 1986, ist eine Steuerung offenbart, die die Lampenbetriebsfrequenz stufenlos um eine Mittelfrequenz über einen Änderungsbereich verändert. Die Änderungsfrequenz ist die Frequenz, mit der die Betriebsfrequenz über den Änderungsbereich wiederholt wird. Die Steuerung mißt die Lampenspannung zum Auswerten von Lichtbogeninstabilitäten. Aus der gemessenen Lampenspannung wird ein Steuersignal abgeleitet, um die Änderungsfrequenz zwischen 100 Hz und einigen kHz zu verändern, um stabilen Betrieb zu erreichen. Dieses System ist jedoch nie kommerziell eingesetzt worden.
Es ist dementsprechend eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung bereitzustellen, die für das stabile Betreiben einer Hochdruckentladungslampe geeignet ist, mit Mitteln zum Erkennen von Lichtbogeninstabilitäten in Gasentladungslampen, die weithin auf Lampen unterschiedlicher Leistung, Art, Abmessungen oder physikalischer oder chemischer Zusammensetzung anwendbar ist und die in einer großen Reihe von Vorschaltgerät-Topologien realisiert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Steuerung zum Betreiben von Hochdruckentladungslampen mit hohen Frequenzen bereitzustellen, mit Mitteln zum Erkennen und Vermeiden von Frequenzen, bei denen akustische Resonanz auftritt, für eine große Reihe von Lampen, oder mindestens Lampen desselben Entladungsgefäßaufbaus von unterschiedlichen Lampenherstellern.
Beschreibung der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Steuerung wird im beiliegenden Anspruch 1 ausgeführt. Sie enthält Vorschaltmittel zum Betreiben der Gasentladungslampe mit einer vorgewählten Vielzahl von Betriebsfrequenzen. Über in der Steuerung enthaltene Steuermittel wird für jede Betriebsfrequenz ein Stabilitätsfaktor bestimmt, der zum Wählen von nachfolgenden Betriebsfrequenzen aus der Vielzahl von Betriebfrequenzen auf Grundlage von vorgewählten Kriterien für den Stabilitätsfaktor benutzt wird. Der Stabilitätsfaktor wird durch wiederholtes Erfassen einer Vielzahl von Abtastwerten eines elektrischen Lampenparameters und Berechnen einer Abweichung der während jeder Erfassung genommenen Abtastwerte bestimmt. Die Abweichungen von jeder Erfassung werden summiert und die Anzahl von Wiederholungen des Erfassungsschritts werden solange gezählt, bis die Summe von Abweichungen einen ersten Zielwert überschreitet. Dem Stabilitätsfaktor für die gegenwärtige Betriebsfrequenz wird ein aktualisierter Wert gleich dieser Anzahl von Wiederholungen zugewiesen und es wird auf Grundlage der Auswahlkriterien für den Stabilitätsfaktor eine neue Betriebsfrequenz gewählt. Vorzugsweise ist die nachfolgende Betriebsfrequenz die Frequenz mit dem höchsten Stabilitätsfaktor.
Eine entsprechend dem obigen gesteuerte Lampe bleibt länger auf Betriebsfrequenzen, die einen stabilen Lichtbogen bereitstellen, als auf Frequenzen, die einen instabilen Lichtbogen verursachen. Für einen stabilen Lichtbogen werden die Abweichungen des elektrischen Lampenparameters, der während jedes Erfassungsschritts abgetastet wird, klein sein. Umgekehrt werden die Abweichungen für einen instabilen Lichtbogen groß sein. Für einen gegebenen ersten Zielwert durchläuft die Steuerung mehr Erfassungsschritte (und hat daher einen höheren Stabilitätswert), ehe die Summe der Abweichungen den ersten Zielwert überschreitet, als bei einem instabilen Lichtbogen. Wenn eine Frequenz instabil wird, wird ihr Stabilitätsfaktor auf einen niedrigen Wert aktualisiert und im allgemeinen nicht wieder ausgewählt werden. Der erste Zielwert wird so ausgewählt, daß die Lampe nur so kurz auf Betriebsfrequenzen bleibt, die einen instabilen Lichtbogen ergeben, daß keine Beschädigung des Entladungsgefäßes verursacht wird und vorzugsweise daß sichtbares Flimmern vermieden wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Lampe durch die Steuerung mit einer vorgewählten Anzahl von Frequenzen innerhalb eines Bereichs betrieben, von dem allgemein bekannt ist, daß er stabil ist. Vor Zünden der Lampe wird diesen Frequenzen ein Stabilitätsfaktor zugewiesen, der anzeigt, wie stabil die Lampe für jede Frequenz ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Steuerung wird der erste Zielwert in Abhängigkeit von der Betriebsphase der Entladungslampe abgeändert. Hochdruckgasentladungslampen weisen eine Hochlaufphase auf, während der die Betriebstemperatur und der Betriebsdruck steigen, und eine stationäre Phase, in der sich die Betriebstemperatur und der Betriebsdruck in viel geringerem Maß ändern. Die Frequenzen, bei denen Lichtbogeninstabilitäten auftreten, ändern sich schnell in der Hochlaufphase und unterscheiden sich auch von der stationären Phase. Während des Hochlaufens ist die Lampe im allgemeinen weniger stabil, wobei Instabilitäten über einen breiten Bereich von Frequenzen auftreten, wodurch die Stabilitätsfaktoren auf niedrige Werte getrieben werden. Um einen Verlust an Selektivität während des Hochlaufens zu vermeiden, sollte der Stabilitätsfaktor während dieser Phase höher, jedoch während der stationären Phase niedriger sein. Dies kann von der Steuerung auf vorprogrammierte allmähliche Weise oder adaptiv erreicht werden, wobei beide Verfahren hiernach ausführlicher beschrieben werden sollen.
Wenn eine Lampe längere Zeit betrieben wird oder eine instabile Zeit durchläuft können die Stabilitätsfaktoren für alle Frequenzen außer der Antriebsfrequenz niedrig sein. Das bedeutet, daß es unwahrscheinlich ist, daß außer der Antriebsfrequenz andere Frequenzen ausgewählt werden. Wenn sich die Betriebsbedingungen ändern sollten, wäre es wünschenswert, daß mindestens mehrere andere Frequenzen ausgewählt werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß sichergestellt wird, daß der Stabilitätsfaktor für mindestens einige Frequenzen hoch genug ist. In einer Ausführungsform wird ein Durchschnittswert der Stabilitätsfaktoren berechnet und wenn dieser Durchschnittswert ein vorgewähltes Niveau unterschreitet wird der Stabilitätsfaktor für jede Frequenz um einen vorbestimmten Betrag erhöht. In einer anderen Ausführungsform der Steuerung wird eine vorgewählte Mindestdifferenz zwischen dem höchsten Wert und dem nächsthöheren Wert für die Stabilitätsfaktoren aufrechterhalten.
Die aus den Abtastwerten während jeder Erfassung berechnete Abweichung kann die Standardabweichung sein. Als Alternative ist zur Vereinfachung der Berechnungen in einem Mikroprozessor die Abweichung die Höchstabweichung, die durch Abziehen des kleinsten Abtastwertes vom höchsten Abtastwert während des Abtastwert-Erfassungsschritts berechnet wird. Dadurch werden Gleitpunktdivisionen vermieden, die zur Berechnung der Standardabweichung notwendig sind.
Der abgetastete Lampenparameter kann die Lampenleitfähigkeit sein. Als Alternative kann der abgetastete Lampenparameter die Lampenspannung sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der abgetastete Lampenparameter eine durch Gleichrichten und Filtern der Lampenspannung erhaltene Quasieffektivspannung.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der Zeichnungen offenbart werden, die nur beispielhaft und nicht begrenzend sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
1 ist ein Querschnitt eines Niederleistungs-Hochdruckentladungsgefäßes mit zylindrischem PCA-Entladungsgefäß;
2(a) ist eine graphische Darstellung der relativen Standardabweichung von Leitfähigkeit über Frequenz für eine 100-W-Quarzlampe;
2(b) ist eine graphische Darstellung der relativen Standardabweichung von Leitfähigkeit über Frequenz für eine 35-W-PCA-Lampe;
3 ist ein Flußdiagramm zur Bestimmung des Stabilitätswertes m für eine Betriebsfrequenz;
4 ist eine graphische Darstellung von Lichtbogenstabilität als Funktion der Betriebsfrequenz;
5 ist eine graphische Darstellung der Änderung der Lampenspannung aufgrund von Änderungen des spezifischen Widerstands, die bei Lichtbogeninstabilität auftreten würden;
6(a) ist eine graphische Darstellung der Lampenspannung und 7(b) ist eine graphische Darstellung der Quasieffektivspannung;
7 ist eine graphische Darstellung der Wirkung des 120-Hz-Welligkeitsanteils an verschiedenen elektrischen Lampenparametern;
8 ist ein Blockschaltbild einer Steuerung gemäß der Erfindung;
9 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Messen der Quasieffektivspannung und Steuern des Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzers; und
10 ist ein Schaltbild zum Messen der Spannung und Umwandeln derselben in eine Quasieffektivspannung durch Herabsetzen der Spannungshöhe, Gleichrichten und Filtern.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
1 zeigt ein Entladungsgefäß für eine niedrige Leistung, beispielsweise 35 W, wobei die Metallhalogenidlampe eine Lichtbogenröhre 1 aus polykristallinem Aluminiumoxid (PCA – polychrystalline alumina) aufweist. Der Hauptkörper 3 der Lichtbogenröhre ist kreiszylindrisch und weist sich darin erstreckende Elektroden 5 auf, zwischen denen während des Lampenbetriebs eine Gasentladung aufrechterhalten wird. Es ist zu beachten, daß sich ein solches Entladungsgefäß von den herkömmlichen Lichtbogenröhren aus Quarzglas unterscheidet, die für Metallhalogenidlampen höherer Leistung benutzt werden. Ein Vorteil von PCA-Lichtbogenröhren besteht darin, daß enge Abmessungstoleranzen aufrechterhalten werden können, was für Lampen niedriger Leistung kritisch ist. Die PCA-Lichtbogenröhre weist gerade zylindrische Wände 7 auf, die an Endstöpseln 9 enden und scharfe, wohldefinierte innere Ecken aufweist. Dies unterscheidet sich von Lichtbogenröhren aus Quarzglas, die gut abgerundete Enden aufweisen.
Diese geometrischen Unterschiede verursachen bedeutende Unterschiede im Verhalten des Entladungslichtbogens. Für eine allgemeine Besprechung von akustischen Resonanzen in Gasentladungslampen wird auf US-Patent 5,569,984 (Holstlag et al.) verwiesen. Die akustischen Resonanzen in PCA sind allgemein stärker und weisen steilere Einsätze auf. Dies ist einleuchtend, da in dem unregelmäßig geformten Quarzbrenner mehr Resonanzen (bzw. Kombinationen von Radial- und Azimuthresonanzen) möglich sind, während die Resonanzen im beinahe perfekten Zylinder von PCA besser definiert sind.
Obwohl jedoch der PCA-Zylinder perfekter ist, ist das Innere aufgrund des Temperaturprofils im Füllgas und dem verwandten Schallgeschwindigkeitsprofil nicht homogen. Dadurch wird die den Resonanzfrequenzen aufgrund der symmetrischen Eigenschaft des PCA-Zylinders auferlegte Zwangsbedingung gelockert. Wie aus dem zitierten Holstlag-Patent bekannt ist, ist die Standardabweichung der Leitfähigkeit [(G) ein gutes Maß der Lichtbogenstabilität und ist zum Untersuchen von akustischen Resonanzen nützlich.
2(a) zeigt die relative Leitfähigkeit [(G)/G über Frequenz für eine 100-W-Metallampe mit einer Quarz-Lichtbogenröhre während 2(b) für eine 35-W-Metallhalogenidlampe mit einer PCA-Lichtbogenröhre ist. Jede Kurve stellt ein Frequenzfenster dar, in dem Betrieb als relativ sicher, d. h. frei von starken Resonanzen erachtet wird. Die beiden Figuren zeigen zwei bedeutende Unterschiede zwischen diesen zwei Lampenarten. Als erstes sind wie schon erwähnt die Resonanzen für den Quarzbrenner breit und nicht sehr stark während die Resonanzen bei der PCA-Lampe schmal und stark sind. Es hat sich herausgestellt, daß die Resonanz um 47-kHz (aktuelle Frequenz) für diese bestimmte PCA-Lampe gelegentlich stark genug war, um die Lampe auszulöschen. Als zweites neigt die PCA-Lampe dazu, über einen breiten Frequenzbereich (41–46 kHz) äußerst stabil zu sein, während die Quarzlampe in relativ kleinen Gebieten (um 20,8, 22,2 und 23,5 kHz herum) stabil ist. Man beachte, daß eine Lampe ohne sichtbares Flimmern ist, wenn [(G)/G unter 0,005 liegt, wie aus dem oben erwähnten Holstlag-Patent bekannt ist.
Bei mehreren bekannten Steuerungen einschließlich der im Artikel von Bernitz beschriebenen und der im Holstlag-Patent beschriebenen wird irgendeine Form von breiten Frequenzaussteuerungen eingesetzt, entweder stufenlos oder um zu prüfen, wo Resonanzen auftreten. Bei Lampen, bei denen Resonanzen schmal und stark sind wie bei der PCA-Lampe hat sich herausgestellt, daß diese breiten Aussteuerungen unangenehme Wirkungen haben können, da wenn eine derartige starke Resonanz während der Aussteuerung erreicht, durchsucht und danach wieder durchlaufen wird, die starke Resonanz erregt wird und häufig das Erlöschen der Lampe verursacht. Ein Vorteil der PCA-Lampe besteht jedoch darin, daß sie über einen beträchtlichen Frequenzbereich stabil ist, obwohl sich dieser Bereich sowohl während des Betriebs als auch mit Alterung der Lampe verschiebt. Innerhalb dieses beträchtlichen Bereichs scheint jede Frequenz annehmbar zu sein.
Hiernach wird das in der erfindungsgemäßen Steuerung eingesetzte Grundverfahren beschrieben. Allgemein gesagt betreibt die Steuerung die Lampe mit einer vorgewählten Menge von Frequenzen, weist Steuermittel zur Bestimmung und Aktualisierung eines Stabilitätsfaktors für jede Frequenz auf und betreibt die Lampe mit der Frequenz mit dem höchsten Stabilitätsfaktor. Um den Algorithmus zu beginnen wird eine Menge möglicher Betriebsfrequenzen f_i(i = 1 – n) innerhalb eines Frequenzfensters ausgewählt, von dem bekannt ist, daß es allgemein sicher ist. Jeder dieser Frequenzen wird ein Anfangsstabilitätsfaktor m_i zugewiesen und mindestens eine der Frequenzen weist einen höchsten Stabilitätsfaktor auf, um sicherzustellen, daß die Lampe den Betrieb mit dieser Frequenz beginnt. So gibt es zum Beginn eine Gruppe von Frequenzen und entsprechenden Stabilitätsfaktoren (f_i, m_i)(i = 1 – n).
Die Schleife kann gleich von Beginn während des Hochlaufens gefahren werden. Es ist nicht notwendig, daß die Lampe warm und stabilisiert ist. Der Algorithmus paßt sich während des Hochlaufens und stationären Zustandes an sich ändernde Situationen an, wie aus der nachfolgenden Besprechung klar sein wird.
Die Lampe wird gezündet und anfänglich mit der Frequenz mit dem höchsten zugewiesenen Stabilitätsfaktor betrieben. Es wird eine Menge von Messungen eines elektrischen Lampenparameters wie beispielsweise der Lampenspannung und/oder des Lampenstroms abgetastet. Für Besprechungszwecke wird angenommen, daß Spannung und Strom abgetastet werden, wodurch die Leitfähigkeit G = I/V bereitgestellt wird. Daraus ergibt sich eine Menge von Leitfähigkeitsabtastwerten G, aus denen ein Wert für [(G)/G (relative Standardabweichung der Leitfähigkeit) berechnet wird. Dieses Verfahren des Abtastens und Berechnens der relativen Abweichung wird als eine „Erfassung" (1 Erf.) bezeichnet. Dieser Wert [(G)/G wird mit einem ersten, hiernach „;" bezeichneten Zielwert verglichen. Wenn der Wert von [(G)/G kleiner als ; ist, wird eine weitere Erfassung durchgeführt und ihr Wert [(G)/G dem vorherigen Wert hinzugefügt. Diese Summe wird wieder mit dem ersten Zielwert ; verglichen, und es werden weitere Erfassungen durchgeführt, bis die laufende Summe der relativen Standardabweichung [(G)/G für die Erfassungen ; überschreitet. Die Anzahl von Erfassungen, die bis zur Überschreitung des Wertes des ersten Ziels ; durchgeführt worden sind, wird gespeichert. Diese Anzahl von Erfassungen ist der aktualisierte Stabilitätsfaktor m_i für diese Frequenz f_i. Diese kleine Schleife ist in 4 dargestellt.
Jedesmal wenn der erste Zielwert ; erreicht oder überschritten wird, wird eine neue Frequenz f_i ausgewählt und eine Schleife wie beschrieben durchgeführt. Daraus ergibt sich eine neue Anzahl von mit der ausgewählten Frequenz verbundenen Erfassungen (Erf.-Zahl), die zum aktualisierten Stabilitätsfaktor m für diese neue Frequenz wird. Infol gedessen wird eine Menge (oder Gruppe) von Frequenzen (f₁ – m₁, f₂ – m₂ ... f_n – m_n) mit zugehörigen Werten für den Stabilitätsfaktor erhalten, die aktualisiert werden, wenn diese Frequenz ausgewählt wird.
Nach Aktualisierung eines Stabilitätswertes m_i wird die Gruppe von Werten m_i entsprechend vorgewählten Kriterien wie beispielsweise dem Höchstwert von m untersucht. Für gleiche Werte des Stabilitätsfaktors m_i besteht eine Wahlmöglichkeit darin, den ersten in der Gruppe auftretenden auszuwählen. Wenn jedoch die Werte gleich sind, ist eine zufallsmäßige Auswahl zu bevorzugen, um eine Bevorzugung der ersten Frequenzen in der Gruppe zu vermeiden. Die entsprechende Frequenz für diesen Höchstwert des Stabilitätsfaktors wird dann als die nächste Antriebsfrequenz ausgewählt und die Schleife geschlossen. Die neu gewählte Frequenz kann sehr wohl wieder dieselbe Frequenz sein und wird es für eine stabile Frequenz wahrscheinlich sein.
Der erste Zielwert ; wird normalerweise so ausgewählt, daß ein stabiler Lichtbogen einen Wert für den Stabilitätsfaktor ergibt, der Selektivität ermöglicht, beispielsweise von m ≈ 7. Ein instabiler Lichtbogen muß m = 1 oder 2 ergeben, um die auf dieser bestimmten Frequenz verbrachte Zeit kurz zu halten, um Flimmern zu vermeiden. 5 gibt ein typisches Ergebnis bei Verwendung dieses Verfahren zum Messen von Lichtbogenstabilität wieder. Im wesentlichen ist es in bezug auf 2(b) invertiert, da niedrige Werte von [(G)/G hohe Werte für m ergeben. Der betrachtende Leser wird bemerken, daß die Werte von m in der 5 keine Ganzzahlen sind. Alle Meßwerte waren Ganzzahlen, aber die Kurve ist durch Durchschnittsbildung von Nachbarwerten geglättet worden.
Aktualisieren der Werte von m
Es ist zu beachten, daß vom Beginn des Algorithmus ab die Werte von m_i als Gruppe nur abnehmen können. Wenn eine Frequenz ausgewählt wird, weist sie den Höchstwert in der Gruppe auf (weshalb sie an erster Stelle gewählt wurde). Wenn der Wert von m der Antriebsfrequenz der größte ist, wird er wiedergewählt. Die Frequenz wird nur dann geändert, wenn ihr Stabilitätsfaktor nicht mehr der höchste ist. Nach Wahl einer neuen Frequenz wird der mit der alten Frequenz verbundene Wert von m niedriger als sein vorheriger Wert sein. Wenn alle Werte dasselbe Minimum erreichen und wenn der Algorithmus zum Finden des Höchstwertes die erste auftretende Frequenz in der Gruppe, die aus einer Menge derselben Werte angetroffen wird, bevorzugt, wird nur diese erste Frequenz von da an ausgewählt. Es ist demnach nützlich, daß die Frequenz jedesmal, wenn die Werte von m_i in der Gruppe dieselben sind, zufallsmäßig ausgewählt wird.
Wenn zusätzlich eine Frequenz f_i für eine gewisse Zeitdauer instabil ist und einen Wert von m_i von 1 ergibt, wird sie niemals wieder gewählt werden (oder die Frequenz muß zuerst in der Gruppenzeile auftreten, wobei alle Werte gleich 1 sind). Das Erlangen eines Wertes von 1 ist gut, wenn die Frequenz mit einer akustischen Resonanz verbunden ist, aber wenn der Wert wegen eines Natriumblitzes oder eines Lichtbogensprungs bei einer ansonsten stabilen Frequenz 1 beträgt, ist dies unerwünscht, da dies im allgemeinen zufallsmäßige Vorkommnisse und nicht frequenzabhängige sind. Es ist daher ein weiteres Verfahren zur Aktualisierung der Werte von m wünschenswert.
Ein leicht realisierbares Verfahren zur Aktualisierung der Werte von m besteht darin, einfach eine ganzzahlige Konstante, beispielsweise „2", zum zuletzt gemessenen Wert hinzuzufügen. Dies sollte nach Bestimmung des Höchstwertes in der Schleife geschehen. Ansonsten ist die letztgewählte Frequenz überbevorzugt. Wenn eine Frequenz nach Aktualisierung ihres Wertes von m ausgewählt wird, wird der Wert von m wieder gemessen und dieser Wert ersetzt den aktualisierten Wert. Das bedeutet, daß sich der Einfluß dieser Aktualisierung nicht summiert. Aktualisierung verhindert wiederum, daß ein Wert von m auf sehr niedrigen Werten bleibt. Wenn ein Wert von m „1" werden würde, wäre es praktisch unmöglich, daß diese Frequenz wiedergewählt wird. Bei einer Aktualisierung gleich „2" beträgt der Mindestwert „3". Bei einem Wert von „3" ist es unwahrscheinlich, daß die Frequenz gewählt wird, aber nicht unmöglich. Dies ist besonders dann wahr, wenn die Frequenz in der Nähe des Beginns der Gruppe liegt, in Annahme eines Algorithmus zur Suche nach dem Höchstwert, der den zuerst angetroffenen Wert bevorzugt. Aus diesem Grund sollten die Frequenzen und ihre Reihenfolge mit Verstand ausgewählt werden.
Bei ausgeklügelteren Mitteln besteht die Aktualisierung nur darin, zum alten Wert hinzuzufügen, wenn die Werte unterhalb eines gewissen Niveaus bleiben, oder noch besser eine Nachschlagetabelle zu benutzen, die beispielsweise gezielt aktualisiert.
Eine noch weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Steuermittel einen vorgewählten Mindestwert zwischen dem höchsten und zweithöchsten Wert von m_i in der Gruppe aufrechterhalten, indem sie einem oder mehreren der Werte von m in der Gruppe eine Konstante hinzufügen. Dies wird durch Bestimmen der zwei höchsten Werte von m, Bestimmen der Differenz zwischen ihnen und Vergleichen der Differenz mit der Solldiffe renz erreicht. Wenn sich die Differenz von der Solldifferenz unterscheidet, wird, wie in folgenden Beispielen dargestellt, ein Wert hinzugefügt oder abgezogen.
Tabelle

– Bei diesem Verfahren erhöht das Steuermittel die niedrigen Werte nur dann, wenn es erforderlich ist.
– Es gibt stets eine Frequenz in der Nähe, die darauf wartet, bei der geringsten Lichtbogenbewegung den Betrieb zu übernehmen.
– Dieses Verfahren verhindert das wiederholte Umschalten zwischen gleich stabilen Frequenzen (induziert durch Rauschen). Ein Beispiel dafür ist in der Tabelle als Beispiel 2 gegeben.
– Bei diesem Verfahren aktualisieren die Steuermittel selbständig alle m, wenn der Durchschnittswert zu niedrig wird. Ein Beispiel ist als Beispiel 3 in der Tabelle gegeben.
– Durch Zufügen einer Konstante wird Multiplikation/Division im Mikroprozessor vermieden.

Ändern des ersten Zielwertes
Lampenstabilität ist während des Hochlaufens und des stationären Zustandes unterschiedlich. Während des Hochlaufens steigt die Temperatur des Brenners wie auch die Gastemperatur und der Druck. Dadurch ändert sich die Geschwindigkeit von Schallwellen und damit die Resonanzfrequenzen. Da die vorgeschlagene Steuerung die Frequenz gegebenenfalls verstellt, kann sie diese sich ändernde Umgebung bewältigen. Es ist jedoch eine weitere Verfeinerung zu bevorzugen. Da die Lampe während des Hochlaufens weniger stabil ist, werden die Werte von m in der Gruppe im allgemeinen während dieser Phase niedrig. Die Werte können so niedrig werden, daß der Algorithmus Selektivität verliert, das heißt, es treten nur Werte von m von „1", „ 2" und „ 3" auf, was bedeutet, daß viele Frequenzen denselben Wert von m aufweisen, wodurch es schwierig wird, eine stabile Frequenz zu wählen. Um diesen Verlust an Selektivität zu umgehen, besteht eine Lösung darin, während des Hochlaufens einen höheren Wert für den ersten Stabilitätsfaktor ; als während des stationären Zustandes aufzuweisen. Ob sich die Lampe im Hochlaufzustand oder im stationären Zustand befindet, kann durch den Wert der Lampenspannung bestimmt werden. Eine typische Effektivspannung während des stationären Zustandes für eine Metallhalogenidlampe beträgt ca. 90 V, während die Lampenspannung kurz nach Zündung so niedrig wie 20 V ist. Das kann beispielsweise schrittweise mit den folgenden Werten realisiert werden:
bei V < 60 V (als Hochlaufen erachtet) wird ; gleich 0,02 gesetzt
bei V ≥ 60 V (stationärer Zustand) wird ; gleich 0,01 gesetzt.
Wenn jedoch der Wert des ersten Zielstabilitätsfaktors ; auf solch abrupte Weise geändert wird, neigt der Grundalgorithmus dazu, die meisten Frequenzen in der Gruppe in einer kurzen Zeit auszuwählen, wodurch Flimmern verursacht werden kann. Entsprechend sollte der Wert für ; allmählich verringert werden, während die Lampe von der Hochlauf- zur stationären Phase übergeht.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren stellen die Steuermittel eine adaptive Änderung des ersten Zielwertes ; bereit, wenn der Wert für einen Stabilitätsfaktor m_i zu niedrig oder zu hoch wird. Dies kann durch Einstellen eines zweiten Zielwertes geschehen, mit dem der aktualisierte Stabilitätsfaktor m_i verglichen wird. Man stelle beispielsweise einen zweiten Zielwert auf 7 Erfassungen ein. Wenn ein aktualisierter Faktor m₁ = 5 ist, wird der alte erste Zielwert ; durch Multiplizieren mit einer größeren Zahl als Eins erhöht. Wenn ein aktualisierter Stabilitätsfaktor m größer als der zweite Zielwert ist (beispielsweise m = 8), wird ; mit einer kleineren Zahl als Eins multipliziert. In der Steuerung kann eine Nachschlagetabelle für den Multiplikationsfaktor benutzt werden. Dies weist auch den Vorteil auf, daß die Division des Sollwertes und des Istwertes zum Erhalten des Multiplikationsfaktors nicht notwendig ist. Dies ist besonders für einen einfachen Mikroprozessor von Vorteil.
Ein auf diese Weise angepaßter erster Zielwert ; wird automatisch das Hochlaufen und auch weniger stabile Lampen, wie beispielsweise sich ihrem Lebensende nähernde Lampen, bewältigen. Bei diesem adaptiven Verfahren muß jedoch Sorgfalt ausgeübt werden, da, wenn eine mit einer Resonanz verbundene Frequenz ausgewählt wird, die Anzahl von Erfassungen sich „1" nähert und der neu angepaßte erste Zielwert ; sehr hoch wird, 7mal der alte ; in diesem Beispiel. Wenn die neu ausgewählte Frequenz auch instabil ist, kann der hohe Wert von ; bewirken, daß diese instabile Frequenz zu oft ausgewählt wird, da der Stabilitätsfaktor m_i für diese instabile Frequenz trotz hoher Abweichungen künstlich hoch bleibt. Der erste Zielwert von ; sollte daher auf a ;max (beispielsweise = 0,05) begrenzt sein. Durch eine gute Nachschlagetabelle wird dies nicht so notwendig sein. Wenn der Multiplikationsfaktor sehr zurückhaltend gewählt wird, wird der Algorithmus nicht überreagieren. Er könnte mehrere Schleifen zur Anpassung erfordern, aber dies ist annehmbar.
Mindest-Durchschnittswert für M
Wenn eine Lampe sehr lange Zeit eingeschaltet ist oder eine lange instabile Zeit erlitten hat (manchmal während des Hochlaufens), könnten alle Werte für die Stabilitätsfaktoren m_i in der Gruppe niedrig sein. Das bedeutet, daß es unwahrscheinlich ist, daß außer der Antriebsfrequenz irgendwelche Frequenzen ausgewählt werden. Um diese Frequenzen wieder einzuführen, stellen die Steuermittel ein zusätzliches Verfahren bereit, bei dem der Durchschnittswert der Stabilitätsfaktoren m_i in der Gruppe überprüft und alle Werte m_i um eine Ganzzahl wie beispielsweise (1) Eins erhöht werden, wenn dieser Durchschnittswert einen gewissen Schwellwert (beispielsweise 3,5) unterschreitet. Auf diese Weise nehmen wieder mehr Frequenzen an der Auswahl teil. Instabile Frequenzen werden nach ihrer Auswahl automatisch auf niedrigere Werte zurückgesetzt.
Abtasten der elektrischen Lampenparameter
Nach hiesigem Gebrauch ist ein abgetasteter „elektrischer Lampenparameter" ein Lampenparameter, der zurückgekoppelt und gemessen werden kann. Dazu gehören Lampenleitfähigkeit, Impedanz, Spannung und Strom und auch Signale, die indirekt durch Messen einer Ausgabe der Lampe wie beispielsweise durch Messen von Änderungen der Lichtausgabe der Lampe durch einen optischen Sensor und Erzeugen eines Änderungen der Lichtausgabe anzeigenden Signals erhalten werden. Obwohl indirekt erhaltene Signale benutzt werden können, wird es allgemein hinsichtlich einer Implementierung von Lampen vorschaltgerät/Steuerung kostengünstiger sein, Spannung und/oder Strom der Entladungslampe direkt zu messen.
Ausgewählte Abweichung; Abtasten; Berechnungen
Während des Schritts des Abtastens und Bestimmens einer Abweichung wird eine große Vielzahl von Abtastwerten, beispielsweise 400, von dem ausgewählten elektrischen Lampenparameter entnommen. Eine Wahlmöglichkeit besteht im Unterteilen der Abtastwerte in eine Mehrzahl von Gruppen von beispielsweise je 50 Abtastwerten. Dann wird innerhalb jeder Gruppe die Standardabweichung bestimmt und aus der Standardabweichung aller Gruppen der größeren Probe eine relative Standardabweichung bestimmt. Das erfordert jedoch typischerweise Multiplikation wie auch Speichern von Daten, was allgemein eine größere Rechenzeit wie auch eine teurere Mikrosteuerung zur Folge hat. Eine Alternative zur Verwendung der Standardabweichung ist die Verwendung der Höchstabweichung innerhalb jeder Gruppe, die einfach die Differenz zwischen dem größten und kleinsten Abtastwert in der Gruppe ist. Dadurch wird Multiplikation innerhalb jeder Gruppe vermieden und eine einfache Subtraktion benutzt, die eine viel leichtere Operation für die Mikrosteuerung darstellt.
Ein weiteres Verfahren ist die Verwendung von gleitender Abtastung. Abtastung ist im allgemeinen ein Kompromiß zwischen Abtastung mit hoher Abtastrate mit vielen Punkten oder mit niedrigerer Abtastrate mit weniger Punkten, wobei die Abtastgeschwindigkeit durch die Fähigkeiten einer gegebenen Mikrosteuerung bestimmt wird. Wenn die Abtastrate zu schnell ist, wird die maximale Differenz oder die Standardabweichung klein sein. Das bedeutet, daß die Lichtbogenbewegung u. U. nicht leicht erkannt wird, da die Abweichungen innerhalb jeder Gruppe klein sind. Wenn die Abtastrate zu langsam ist, wird die Differenz groß sein, aber es wird eine relativ lange Zeit für eine Gruppengröße einer gegebenen Probe in Anspruch nehmen, da die Abtastrate niedrig ist. Selbst wenn die erkannten Abweichungen groß und leicht zu erkennen sind, nimmt daher die Erkennung zuviel Zeit in Anspruch, und die Lampe kann erlöschen oder beschädigt werden, da der Lichtbogen zu lange an der Wand des Entladungsgefäßes bleibt. Das letzte Problem kann jedoch durch Verwendung von gleitender Abtastung mit langsamer Rate vermieden werden. Bei gleitender Abtastung benutzt nach Abtastung einer ersten Gruppe die nächste Berechnung der Höchstabweichung oder Standardabweichung zumindest einige Daten von der vorhergehenden Gruppe. So wird die nächste Gruppe durch eine ausgewählte Anzahl neuer Abtastwerte von der vorhergehenden Gruppe erhöht und benutzt Abtastwerte von der vor hergehenden Gruppe. Beispielsweise könnte bei einer Gruppengröße von fünfzig die nächste Gruppe einen neuen Abtastwert und neunundvierzig Abtastwerte von der vorhergehenden Gruppe oder drei neue Abtastwerte und siebenundvierzig Abtastwerte von der vorhergehenden Gruppe benutzen. Die Folge ist, daß gleitende Abtastung dieselbe große Differenz wie bei einer ähnlichen langsamen Abtastrate zeigt, jedoch ist die Zeit, sie aufzufinden, viel kürzer.
Lampen-Leitfähigkeit
In 8 ist eine erfindungsgemäße und daher zur Implementierung des oben beschriebenen Verfahrens geeignete Lampensteuerung offenbart. Bezugnehmend auf 8 enthält die Lampensteuerung eine Gleichstromquelle 10, einen Verstärkungswandler 20 mit Speicherkapazität Cp (der auch allgemein als Voraufbereitungsstufe bekannt ist), einen Hochfrequenz-Rechteckwellen-Wechselrichter 30 und einen Zündstift 40. Der Wechselrichter 30 und Zündstift 40 bilden Vorschaltmittel. Die gesteuerte Lampe ist mit 50 bezeichnet. Die Steuermittel C enthalten einen Mikroprozessor 100, der mit Software programmierbar ist, um die Funktionsweise des Wechselrichters 30 zu steuern, einen Lampenparameter zu messen und die Betriebsfrequenz einzustellen, um akustische Resonanz zu vermeiden.
Das zitierte Patent US 55 699 84 offenbart Schaltungen zum Messen der Lampenspannung und des Lampenstroms zum Abtasten der Lampen-Leitfähigkeit, die zum Eingeben der Lampen-Leitfähigkeit als abgetasteter Lampenparameter in den Mikroprozessor 100 benutzt werden können. Zur Leitfähigkeitsmessung ist es von wesentlicher Bedeutung, sowohl Spannung als auch Strom abzutasten und dies gleichzeitig durchzuführen. Das erfordert zwei Analog-Digitalwandler, die relativ hohe Kosten aufweisen.
Lampenspannung
Es können nur die Lampenspannung oder der Strom abgetastet werden, die auch beide durch Lichtbogenbewegung beeinflußt werden. Der Nachteil der Verwendung von nur Strom wird später in dieser Beschreibung besprochen. Um jedoch eine mit [(G) vergleichbare Standardabweichung zu erhalten, müssen die Spannungsdaten sorgfältig abgetastet werden, da die Spannungsdaten ein geringeres Signal-Rauschverhältnis als die Leitfähigkeit aufweisen. Die Spannungsabtastung muß so getriggert werden, daß sie zum gleichen Zeitpunkt im Lampenspannungssignal auftritt, sonst erscheint durch die Sinuswellenform des Lampenspannungssignals das Signal ungeachtet der Lampensituation instabil. Triggern kann relativ leicht durchgeführt werden, da das Triggersignal schon in der Form des Antriebssignals für die Schalter des Wechselrichters 30 in dem Vorschaltgerät zur Verfügung steht. Zweitens kann durch gute Zeitgabe das Signal-Rauschverhältnis viel besser werden. Was eigentlich von Bedeutung ist, ist das Informations-Rauschverhältnis. Der beste Augenblick zur Abtastung ist die Phase der Wellenform, wo die größte Abweichung auftritt, wenn sich der Lichtbogen zu bewegen beginnt.
Wenn sich der Lichtbogen bewegt, steigt der spezifische Lampenwiderstand. Um die beste Phase der Spannungswellenform zum Erhalten des besten Informations-Rauschverhältnisses zu bestimmen, wurde eine Messung unter Verwendung einfacher Widerstände als Annäherung erster Ordnung einer Lichtbogenbewegung durchgeführt. Mit einer Halbrücke und einem LCC-Zündstift wurden drei Wellenformen unter Verwendung von 200-, 300- bzw. 400-Ohm-A-Widerständen aufgenommen. Diese Wellenformen sind in 5 dargestellt. Die Zeitpunkte, zu denen die Schalter der Wechselrichter schalten, sind mit „S" bezeichnet. Der beste Zeitpunkt zum Abtasten trifft deutlich nicht mit dem Zeitpunkt zusammen, zu dem die Schalter schalten, da die Spannung für alle drei Kurven an dieser Stelle im wesentlichen die gleiche ist (z. B. bei 11 Ts). Es ist daher eine Verzögerungszeit in bezug auf die Schaltzeit der Schalter notwendig. Ohne weiteres ist eine feste Verzögerungszeit nicht geeignet, da sich die Lampenbetriebsfrequenz während des Lampenbetriebs ändert, um Lichtbogeninstabilitäten zu vermeiden, so wie sie durch akustische Resonanz verursacht werden. Um für jede Frequenz bei derselben Phase abzutasten, wird die Verzögerungszeit zu einer Funktion der Frequenz. Eine sich mit der Frequenz ändernde Verzögerungszeit würde jedoch zusätzliche Schaltungen und/oder Software und/oder eine teurere Mikrosteuerung erfordern und bedeutet im allgemeinen ein kostspieligeres Vorschaltgerät.
Quasieffektivspannung
Um die Notwendigkeit eines frequenzabhängigen Abtastverfahrens zu umgehen, ist es ein vorteilhafteres Verfahren gemäß der Erfindung, die Lampenspannung in eine Quasieffektivspannung umzuwandeln. Als erstes wird die Lampenspannungsamplitude unter Verwendung eines einfachen ohmschen Spannungsteiles herabgesetzt. Danach wird diese niedrige Spannung gleichgerichtet und gefiltert, um die Quasieffektivspannung zu ergeben. Die Wahl der Grenzfrequenz für das Filter ist sehr wichtig. Im allgemeinen steht die Grenzfrequenz des Filters mit der Ansprechzeit in Beziehung, die zum Erkennen und Reagieren auf Lichtbogenbewegungen notwendig ist, um ein Erlöschen der Lampe zu verhindern. Die Grenzfrequenzen müssen niedrig genug sein, so daß die Hochfrequenzsignale (35–40 kHz), mit denen der Wechselrichter die Lampe antreibt, genügend abgeschwächt sind, um eine genaue Erkennung von Lichtbogenbewegungen aus dem abgetasteten Lampenspannungssignal zu ermöglichen. Die Grenzfrequenz kann nicht zu niedrig sein, sonst werden Lampenänderungen zu langsam erkannt. Wenn anderseits die Frequenz zu hoch ist, wird das Signal nicht gefiltert. Es hat sich herausgestellt, daß Grenzfrequenzen von 2 kHz und 5 kHz für eine 39-W-CDM-Lampe annehmbar sind.
6(a) ist eine graphische Darstellung der Lampenspannung (V_LAMPE) für eine 39-W-CDM-Lampe (ceramic discharge vessel) während 6(b) die entsprechende Quasieffektivspannung V_Quasieff zeigt. In der 6(b) sind die Schaltpunkte mit „S" bezeichnet. 6(b) zeigt, daß die Quasieffektivspannung in der Nähe dieser Schaltpunkte ein Gebiet von mit „N" bezeichnetem Störrauschen aufweist, das durch das Schalten der Wechselrichterschalter verursacht wird. In diesen Gebieten „N" würde es nicht günstig sein abzutasten, um ein hohes Informations-Rauschverhältnis zu erhalten. Zwischen diesen Gebieten von Störrauschen befinden sich jedoch relativ rauschfreie Zonen, die mit NF bezeichnet sind, in denen Abtastwerte mit relativ hohem Informations-Rauschverhältnis erhalten werden können. Man beachte, daß die Auslenkungen in den NF-Zonen klein sind, angesichts des sehr verringerten Spannungsmaßstabes der 6(b) im Vergleich mit 6(a).
Aufgrund der relativ breiten NF-Zone in der Quasieffektivspannung können Abtastwerte an beliebiger Stelle in dieser Zone entnommen werden. Dies erteilt dem Triggern des Abtastens eine beträchtliche Toleranz. So kann zum Triggern des Abtastens der Quasieffektivspannung durch den Mikroprozessor eine feste Verzögerungszeit benutzt werden, und trotz einiger Änderungen der Betriebsfrequenz zum Vermeiden von akustischer Resonanz wird der Abtastwert immer noch innerhalb der relativ breiten NF-Zone erscheinen. So kann Festzeittriggern benutzt werden, was die Signalverarbeitung vereinfacht und einen kostengünstigeren Mikroprozessor zuläßt. Dies steht im Gegensatz zum Fall, wo die Lampenspannung direkt abgetastet wird, was eine sich mit der Frequenz ändernde Verzögerungszeit erfordert.
Die 9 zeigt schematisch das Messen einer Quasieffektivspannung der Lampe in einer Steuerung nach 8 zum Bestimmen von Lichtbogeninstabilitäten. Das gezeigte Vorschaltgerät enthält eine Gleichstromquelle 10 zum Umwandeln von Netzwechselstrom in 120-Hz-Gleichstrom und eine (auch als Aufwärtswandler bekannte) Voraufbereitungsschaltung 20 zum Zuführen einer Gleichspannung zum Gleichstrom-Wechselstrom-Wechselrichter 30. In der 9 ist der Zündstift 40 ein durch Kondensatoren C6, C7 und Induktor L2 gebildeter LCC-Zündstift. Der Gleichstrom-Wechselstrom-Wechselrichter enthält an den Steuergattern der Schalter SW1, SW2 durch Antriebssignale DRS1, DRS2 angetriebene Schalter SW1, SW2. Weiter dargestellt sind Steuermittel bildende Mittel 200, 240, 250. Mit diesen Mitteln wird die sinusförmige Lampenspannung an der Lampe gemessen und in ihrer Amplitude verringert (Block 210), halbbrückengleichgerichtet (Block 220) und mit einem Tiefpaß gefiltert (Block 230), die sich alle im Block 200 befinden. Die Ausgabe des Tiefpasses 230 ist die Quasieffektivspannung, die in einen A-D-Wandler 240 eingegeben wird, der die Quasieffektivspannung in ein Digitalsignal umwandelt. Dieses Digitalsignal wird in eine Mikrosteuerung 250 eingegeben, die die oben beschriebenen Schritte des zeitveränderlichen Verfahrens in Software implementiert und damit Mittel zum Auswählen einer nachfolgenden Betriebsfrequenz bildet. Die Ausgabe der Mikrosteuerung ist ein Rechtecksignal, das in einen Halbbrückentreiber 260 eingegeben wird, der die Schaltsignale DRS1, DRS2 für die Halbbrückenschalter SW1, SW2 bereitstellt. Der A-D-Wandler kann ein ADC 0820 von Analog Devices, die Mikrosteuerung ein 40-MHz-87C750 von Philips und der Halbbrückentreiber ein IR 2111 von International Rectifier sein.
Die 10 zeigt eine Schaltung zum Ausführen der Funktionen des Blocks 200 der Steuerung der 9. Die Lampenspannung wird an den Vorschaltgerät-Ausgangsanschlüssen O1, O2 gemessen und in ihrer Größe durch einen Spannungsteiler mit den Widerständen R211, R212 verringert. Diese verringerte Lampenspannung V_RL wird dann mit Dioden D221 gleichgerichtet. Die Diode D222 ist eine Zenerdiode zum Schützen gegen Übergangsspannungen. Das in dieser Ausführungsform gezeigte Filter 230 ist ein Tiefpaß-Chebyshev-Filter zweiter Ordnung. Das Filter enthält den Operationsverstärker OA1, bei dem der invertierende Eingang über Widerstand R236 mit Erde verbunden und der nicht invertierende Eingang über Widerstände R233, R234 mit der Kathode der Diode D221 verbunden ist. Der Widerstand R233 liefert weitere Abschwächung der Amplitude der gemessenen Lampenspannungen und ist zwischen Erde und einen Knotenpunkt zwischen der Diode D221 und dem Widerstand R234 geschaltet. Der Kondensator C232 ist zwischen Erde und einen Knoten zwischen dem Widerstand R235 und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA1 geschaltet. Der Ausgang O3 des Filters 126 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OA1 und einem Ende des Kondensators C231 verbunden, dessen anderes Ende mit einem Knotenpunkt zwischen den Widerständen R233 und R234 verbunden ist. Eine ausgewählte Grenzfrequenz für das Chebyshev-Filter ist auf wohlbekannte Weise durch Auswahl der Werte der Widerstände R236, R237, R234, R235 und des Kondensators C231 und C232 implementiert. Dieser Welligkeitsanteil pflanzt sich durch den Zündstift (wie beispielsweise ein LCC-Netzwerk) fort und erscheint an den Lampenanschlüssen und moduliert die Hochfrequenz-Umhüllung der Lampenspannung und des Lampenstroms.
Eine in 8 beschriebene Steuerung wurde an einer standardmäßigen Netzleitung betrieben und mit einer Voraufbereitungsschaltung, das heißt einer Blindleistungskompensationsschaltung versehen. In der Praxis bedeutet dies, daß die der Brücke auf Leitung RL1 zugeführte Gleichspannung einen bedeutenden Welligkeitsanteil mit 120 Hz (100 Hz in Europa) aufweisen wird. Dieser Welligkeitsanteil wird sich durch den Zündstift (wie beispielsweise das LCC-Netzwerk) fortpflanzen und erscheint an den Lampenanschlüssen. Durch diese Welligkeit wird die Quasieffektivspannung beeinflußt, da die Grenzfrequenz viel höher als 120 Hz ist.
Die Folgen des Welligkeitsanteils für die Lampenspannung und den Lampenstrom sind unterschiedlich. In 7 stellt die dicke Linie AA die Spannung an RL1 da und zeigt, daß sich der Welligkeitsanteil mit zunehmender Speicherkapazität Cp verringert. Die Lampenintensität BB folgt dieser Welligkeit eng. Die 7 zeigt auch deutlich, daß die Lampe selbst bei niedrigen Werten der Speicherkapazität Cp in der Lage ist, eine beständige Spannung aufrechtzuerhalten (Lampenspannungskurve CC), während der Lampenstrom (Kurve DD) sehr große Welligkeit aufweist. Dies stimmt mit der Spannungsquelleneigenschaft einer Hochentladungslampe überein und hat eine sehr bedeutende Folge. Durch die relativ große Stromwelligkeit ist es günstiger, die Quasieffektivspannung anstelle der Leitfähigkeit als das bedeutende Signal zur Bestimmung von Lichtbogenstabilität zu benutzen und dadurch die Wirkungen von Stromwelligkeit zu vermeiden, die in der Leitfähigkeit vorhanden sein würde.
Die Amplitude dieses Welligkeitsanteils wird stark durch den Wert des Speicherkondensators der Voraufbereitungsschaltung bestimmt. Der Algorithmus sollte eine durch diese Welligkeit verursachte Änderung nicht mit einer Lampeninstabilität verwechseln. Infolgedessen sollte zum Abschwächen der Welligkeit ein großer Speicherkondensator ausgewählt werden. Beste Leistung wird erreicht, wenn die Welligkeit unter der Auflösung des A-D-Wandlers 240 liegt. Da Preis und Größe des Speicherkondensators mit seinem Kapazitätswert steigen, gibt es einen Kompromiß zwischen der Auswahl eines großen Speicherkondensators für beste Leistung gegenüber Größe und Kosten der Steuerung.
Durch den oben offenbarten Algorithmus wird eine Welligkeit durch Steigern des Wertes von ; behandelt. Das bedeutet, er wird weniger für Lichtbogenbewegung empfindlich sein. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich bei Verwendung eines Speicherkondensators Cp mit einer Kapazität von 47 TF und einer Quasieffektivspannung keine Fehler im zeitveränderlichen Verfahren ergaben, die sich durch Lampenerlöschen oder -bruch erwiesen haben könnten, selbst bei Verwendung von sehr alten Lampen über lange Zeiten.
Schlußbemerkungen
Die Höchstzeit, die bei einer Frequenz verbracht wird, die eine Resonanz erregt, ist entscheidend, um eine Beschädigung der Lichtbogenröhre zu vermeiden. Die zulässige Höchstzeit beträgt rund 80–100 ms. Es sollte daher klar sein, daß schnelle Mikroprozessoren schneller reagieren können, so daß der Wert des ersten Zielwertes von ; bei gesteigerter Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden kann, ohne die sichere Zeit auf einer mit einem instabilen Lichtbogen verbundenen Frequenz zu überschreiten. Das bedeutet wiederum, daß die Werte für den Stabilitätsfaktor (m) größer sein werden, was zwei nützliche Folgen mit sich bringt, von denen eine eine erhöhte Selektivität ist. Der zweite Vorteil besteht darin, daß ein sich ändernder oder adaptiver Wert für ; im Algorithmus nicht mehr benötigt wird, da die Stabilitätsfaktoren m_i selbst für instabile Ereignisse oder Lampen nicht auf solch niedrige Zahlen abfallen werden, daß die Selektivität verschwindet. Die oben besprochene Steuerung gibt eine Lösung für das Problem starker Resonanzen in dem relativ breiten und flachen Gebiet allgemein stabilen Betriebs für Hochdruckentladungslampen mit keramischen Lichtbogenröhren. Es hat sich auch herausgestellt, daß die Steuerung flimmerfreien Betrieb für Hochdruckentladungslampen mit Lichtbogenröhren aus Quarzglas bereitstellen, die typischerweise kein so breites stabiles Frequenzfenster aufweisen.
Der in die Steuerung aufgenommene Algorithmus ist relativ einfach und kann unterschiedliche Lampenbetriebsbedingungen bewältigen, ohne geändert werden zu müssen. Das bedeutet keine Unterprogramme und eine leichte Implementierung in einen kostengünstigen Mikroprozessor.
Aufgrund der begrenzten Anzahl von Betriebsfrequenzen, die zum Erhalten eines stabilen Betriebes notwendig sind, ist der Betrag an benötigtem Speicher viel geringer als bei anderen Algorithmen der abtastenden Art.
Der Algorithmus ist selbstanpassend und auf einen breiten Bereich von Hochdruckentladungslampen anwendbar.

Claims

Lampensteuerung für eine Hochdruckentladungslampe mit folgendem: a) Vorschaltmitteln zum Betreiben der Gasentladungslampe mit einer vorgewählten Mehrzahl von Betriebsfrequenzen; b) Steuermitteln zum Bestimmen und Aktualisieren eines Stabilitätsfaktors für jede Betriebsfrequenz, wobei die Steuerung die Lampe mit der Frequenz mit dem höchsten Stabilitätsfaktor betreibt, durch (i) wiederholtes Erfassen einer Mehrzahl von Abtastwerten eines elektrischen Lampenparameters bei einer entsprechenden Betriebsfrequenz und Berechnen einer relativen Standardabweichung der Abtastwerte, (ii) Summieren der berechneten relativen Standardabweichungen nach jedem Schritt (i), (iii) Zählen der Anzahl von Wiederholungen des Schrittes (i), bis die Summe der Abweichungen einen ersten Zielwert überschreitet, und Zuweisen eines der Anzahl von Wiederholungen gleichen Wertes zum Stabilitätsfaktor; und c) Mitteln zum Auswählen einer nachfolgenden Betriebsfrequenz aus der Mehrzahl von Betriebsfrequenzen auf Grundlage eines vorgewählten Kriteriums für den Stabilitätsfaktor.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei das vorgewählte Kriterium der Stabilitätsfaktor mit dem höchsten Wert ist.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei die Steuermittel weiterhin Mittel zum Erhöhen des Wertes des Stabilitätsfaktors einer entsprechenden Betriebsfrequenz, wenn der Stabilitätsfaktor einen gewählten Mindestwert erreicht, umfassen.
Lampensteuerung nach Anspruch 3, wobei die Mittel zum Erhöhen den Stabilitätsfaktor auf einen geringeren Wert als einen ausgewählten Höchstwert erhöhen.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei die Steuermittel den ersten Zielwert, mit dem die Summe der Abweichungen verglichen wird, in Abhängigkeit von der Betriebsphase der Entladungslampe abändern.
Lampensteuerung nach Anspruch 5, wobei die Gasentladungslampe eine Hochlaufphase und eine stationäre Phase aufweist und das Steuermittel den Wert des ersten Zielwertes allmählich verringert, wenn die Lampe von der Hochlaufphase in die stationäre Phase übergeht.
Lampensteuerung nach Anspruch 6, wobei das Steuermittel den ersten Zielwert während des Lampenbetriebes adaptiv durch Vergleichen des aktuellen Stabilitätsfaktors mit einem zweiten Zielwert ändert und, wenn der Stabilitätsfaktor unter dem zweiten Zielwert liegt, den Wert des ersten Zielwertes erhöht und, wenn der Stabilitätsfaktor über dem zweiten Zielwert liegt, den Wert des ersten Zielwerts verringert.
Lampensteuerung nach Anspruch 7, wobei der erste Zielwert auf einen Höchstwert begrenzt ist.
Lampensteuerung nach Anspruch 7, wobei das Steuermittel den Zielwert durch Addieren oder Subtrahieren eines Ganzzahlwertes zum zweiten Zielwert hin erhöht bzw. erniedrigt.
Lampensteuerung nach Anspruch 5, wobei das Steuermittel einen Durchschnittwert der Stabilitätsfaktoren berechnet und, wenn der Durchschnittswert eine vorgewählte Höhe unterschreitet, den Wert des Stabilitätsfaktors für jede Frequenz um einen vorbestimmten Betrag erhöht.
Lampensteuerung nach Anspruch 5, wobei das Steuermittel eine vorgewählte Mindestdifferenz zwischen dem Höchstwert und dem nächsthöheren Wert für die Stabilitätsfaktoren aufrechterhält.
Lampensteuerung nach Anspruch 11, wobei das Steuermittel die Differenz zwischen dem höchsten und dem nächsthöheren Wert der Stabilitätsfaktoren bestimmt, den Wert des nächsthöheren Stabilitätsfaktors um eine konstante Summe verstellt, um eine vorbestimmte Differenz zum höchsten Stabilitätsfaktor aufzuweisen, und mindestens einen anderen Stabilitätsfaktor um die konstante Summe verstellt.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei der durch das Steuermittel abgetastete Lampenparameter die Lampenleitfähigkeit ist.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei der durch das Steuermittel abgetastete Lampenparameter die Lampenspannung ist.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei die Lampenspannung durch Verwenden der Schaltsignale zum Antreiben eines Schalters einer die Lampe antreibenden Wechselrichterschaltung abgetastet wird.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei der abgetastete Lampenparameter die Quasieffektivspannung ist.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei die vom Steuermittel berechnete Abweichung die Standardabweichung ist.
Lampensteuerung nach Anspruch 1, wobei die durch das Steuermittel berechnete Abweichung die Höchstabweichung ist, die durch Subtrahieren der kleinsten Abweichung von der größten Abweichung berechnet wurde, die während des Schrittes des Messens und Bestimmens der Abweichung für eine Betriebsfrequenz berechnet wurde.
Lampensteuerung nach Anspruch 18, wobei die durch das Steuermittel während einer aktuellen Betriebsfrequenz berechnete Höchstabweichung unter Verwendung von mindestens einigen der Abweichungen von der unmittelbar vorhergehenden Betriebsfrequenz berechnet wird.