用于操作低外部温度下的气体放电灯的方法以及针对其设计的操作设备

摘要

本发明涉及操作气体放电灯(3)的方法，该气体放电灯具有取决于温度的电流-/电压特征曲线U(I)。该方法的特征在于，为了防止在低的外部温度下的不稳定操作，通过提高灯电流来防止超过灯点亮电压的预定最大值或者其梯度值。

说明书

技术领域

本发明涉及对气体放电灯的驱动，特别涉及在低的外部温度下对气体放电 灯的驱动。

背景技术

已知，在低的环境温度下特别在低的明暗等级下对气体放电灯的驱动可能 不稳定，即仅通过控制或者调解可能很难保持灯的U/I特征曲线上的工作点。该 不稳定性可导致亮度变化或者甚至导致灯熄灭。

此外已知，在低的温度下气体放电灯的光效率剧烈下降，使得光给出量剧 烈减小。

为避免这些问题可以采取对应措施，同时其前提为：在控制单元方面对在 灯上的低的环境温度进行识别。

然而，直接测量温度可能是非常困难的，因为通常在控制装置的区域中执 行的温度测量可能比在灯的实际重要区域中的温度测量更早。

从现有技术中已知，使用应保持预定的工作点的调节手段来稳定不稳定的 工作点。

然而，在非常低的温度下出现非常高的灯点亮电压。由此保持工作点是不 可能的，此外将损害不同的标准。例如，基于终端接口(Klemmanschlüsse)或 者导线的抗电压强度，可能超过确定的最大允许终端电压(Klemmenspannung)。

发明内容

因此本发明的目的在于，提供针对上述问题的解决方法。

本发明的基本思想为测量与低的温度相关的量值。

这可以是测量灯点亮电压或者测量灯阻抗。

也就是说，本发明提供一种用于驱动气体放电灯的方法，所述气体放电灯 具有取决于温度的电流-/电压特征曲线U(I)。在此，为了在低的外部温度下避免 不稳定的点亮驱动，通过提高灯电流来防止超过灯点亮电压的预定最大值或者 梯度值(Gradientenbetrag)。

所述灯点亮电压的预定最大值或其梯度值优选是取决于电流的。

也就是说，所述预定最大值可以由边界特征曲线G’(I)限定。

边界特征曲线G’(I)在此在考虑到灯特性的情况下表示取决于电流的合适的 界限值。该界限值设计成在室温下气体放电灯的特征曲线U(I)并非由该界限值 限制。

此外，边界特征曲线G’(I)至少对于I＜I_S的值和在点P_S(I_S，U_S)的范围中用作 有效的界限值。该点P_S(I_S，U_S)在此优选为不同的外部温度下的灯特征曲线U(I) 的交点。

边界特征曲线G’(I)和/或边界特征曲线G”(I)(即变化过程)可以取决于直接 或者间接获取的温度。

为补偿在低的外部温度下低的光效率，通过提高灯电流来防止低于灯点亮 电压的预定的最小值。该最小值在此优选是取决于电流的。该最小值可以由边 界特征曲线G”(I)构成。

也就是说，边界特征曲线G”(I)在此在考虑到灯特性的情况下表示取决于电 流的合适的界限值。该界限值优选设计成在室温下气体放电灯的特征曲线U(I) 并非由该界限值限制。

此外，所述边界特征曲线G”(I)可以至少对于I＞I_S的值的受限制的区域和 在点P_S(I_S，U_S)的范围中用作有效的界限值。该点P_S(I_S，U_S)在此优选为不同的外 部温度下的灯特征曲线U(I)的交点。

此外，本发明设计一种用于驱动气体放电灯的方法，所述气体放电灯具有 取决于温度的电流-/电压特征曲线U(I)。为补偿在低的外部温度下低的光效率， 在此通过提高灯电流来防止在预定的电流强度下低于灯点亮电压的预定的最小 值。仅在外部温度在预定的界限值之下时、优选在20℃之下时执行对灯电流 的提高。

预定的电流强度优选限制在I≈I_S至I＝I_L的值的区域上。点P_S(I_S，U_S)在此 优选为不同的外部温度下的灯特征曲线U(I)的交点。I_L可以为I_L＞I_S的电流值。

此外，灯点亮电压的预定的最小值可以是取决于电流的。该预定的最小值 可以由边界特征曲线G”(I)限定。

在此优选地，边界特征曲线G”(I)在考虑到灯特性的情况下表示取决于电流 的合适的界限值。该界限值可以设计成在室温下气体放电灯的特征曲线U(I)并 非由该界限值限制。

此外，为了在低的外部温度下避免不稳定的点亮驱动，通过提高灯电流来 防止超过灯点亮电压的预定最大值或者梯度值。

所述灯点亮电压的预定最大值或其梯度值在此优选是取决于电流的。该预 定最大值可以由边界特征曲线G’(I)限定。

也就是说，边界特征曲线G’(I)可以在考虑到灯特性的情况下表示取决于电 流的合适的界限值。该界限值优选设计成在室温下气体放电灯的特征曲线U(I) 并非由该界限值限制。

此外，边界特征曲线G’(I)可以至少对于I＜I_S的值和在点P_S(I_S，U_S)的范围中 用作有效的界限值。该点P_S(I_S，U_S)在此优选为不同的外部温度下的灯特征曲线 U(I)的交点。

此外，本发明涉及一种用于驱动气体放电灯的方法，所述气体放电灯具有 取决于温度的电流-/电压特征曲线U(I)。在该方法中，边界特征曲线G(I)对于I＜ I_S的值表示上界限值，且对于I＞I_S的值表示下界限值。点P_S(I_S，U_S)在此优选为 不同的外部温度下的灯特征曲线U(I)的交点。通过提高灯电流来防止灯点亮电 压对于I＜I_S的值超过界限值或者灯点亮电压对于I＞I_S的值低于界限值。

也就是说，为了在低的外部温度下避免不稳定的点亮驱动，可以通过提高 灯电流来防止超过由边界特征曲线G限定的、灯点亮电压的允许最大值或者梯 度值。

因此同样地，为了补偿在低的外部温度下低的光效率，通过提高灯电流来 防止灯点亮电压低于边界特征曲线G。

在此优选地，边界特征曲线G(I)在考虑到灯特性的情况下表示取决于电流 的合适的界限值。该界限值在此也优选设计成在室温下气体放电灯的特征曲线 U(I)并非由该界限值限制。

此外，所述边界特征曲线G(I)可以设计成，在22℃的外部温度下气体放 电灯的特征曲线U₂₂(I)在没有可设置的灯电流值的情况下超过边界特征曲线G(I) 的界限值。

此外，边界特征曲线G(I)可以设计成，在10℃的外部温度下气体放电灯 的灯特征曲线U₁₀(I)对于I＜I_S至少部分地位于边界特征曲线G(I)之上，且因此 在该区域中具有不允许的边界损害(Grenzverletzung)。

边界特征曲线G(I)也可以设计成，在-15℃的外部温度下气体放电灯的灯 特征曲线U_-15(I)对于I＜I_S至少部分地位于边界特征曲线G(I)之上，且对于I＞I_S至少部分地位于边界特征曲线G(I)之下，且因此在这两个区域中具有不允许的 边界损害。

对于根据本发明的方法，仅对应的工作点位于所有边界损害之上的灯电流 值被允许。

此外可以实现测量，该测量至少可以判断是否存在非常高的外部温度，例 如35℃，或者是否存在非常低的外部温度，例如-10℃。

优选地，仅当不存在非常高的外部温度时执行对灯电流的提高。

在另一方面中，本发明涉及一种调节电路，该调节电路优选为集成电路， 其构建成用于实施根据本发明的方法。

本发明也涉及一种用于气体放电灯的驱动设备，该驱动设备具有这样的调 节电路。

最后，本发明涉及一种照明系统，该照明系统具有上述的驱动设备和至少 一个连接的气体放电灯。

在最后一方面，本发明涉及一种可改变明暗的驱动设备，用于驱动至少一 个气体放电灯。该驱动设备在此具有用于控制该至少一个气体放电灯的控制电 路，其中该控制电路设置该至少一个气体放电灯上的对应明暗度的工作点P_A(I_A， U_A)。此外该设备具有调节电路，优选为集成电路，用于调节所述控制，其中该 调节电路获取灯点亮电压U。当工作点P_A(I_A，U_A)位于由至少一个边界特征曲线 G(I/U)限制的允许的范围之外时，该调节电路迫使明暗度升高。

此外，驱动设备可以具有存储器，该存储器存储了边界特征曲线G(I/U)的 至少几个点。

调节电路优选提高灯电流I以提高明暗度。

驱动设备也可以具有至少一个温度传感器，该传感器执行至少导致大致确 定至少一个气体放电灯上的温度的测量，例如具有+/-20℃不准确性。

附图说明

在下文中根据附图更加详细地描述本发明。附图中：

图1示出具有在不同的外部温度下的气体放电灯的特征曲线的电流-电压图 表，

图2示出具有图1所示的特征曲线和两条根据本发明的边界特征曲线的电 流-电压图表，

图3示出具有图1所示的特征曲线和一条根据本发明的边界特征曲线的电 流-电压图表，

图4示出根据本发明的第一方法的流程图，

图5示出具有在不同的外部温度下的气体放电灯的特征曲线的电流-电压图 表，

图6示出具有图5所示的特征曲线的一阶导数的图表，

图7示出根据本发明的第二方法的流程图，以及

图8示出根据本发明的驱动设备的示意性实施例。

具体实施方式

图1示出具有在不同的外部温度下，确切的说在22℃、10℃和-15℃下的 气体放电灯的特征曲线的电流-电压图表。外部温度理解为气体放电灯的环境温 度。在此，22℃近似为室内所希望的温度。相反地，10℃和-15℃为气体放电 灯在室外使用时可能出现的温度。

从图表中可以看到，所有特征曲线在P_S点相交。这意味着，该工作点P_A＝ P_S(I_S，U_S)在所有温度下都对于气体放电灯有效。

此外，从图1中可看到，对于I＞I_S的电流值，电压随着电流的增大而减小。 也就是说特征曲线在该区域中下降。在此，非常低的温度(例如-15℃)下的电 压小于温度较高(例如10℃)时的电压。

相反地，对于I＜I_S的电流值，出现不一致的图形。对于22℃的外部温度， 电压随着电流的升高而首先升高，随后在交点P_S附近又略微下降。然而，对于 更低的外部温度，特征曲线在该区域中连续下降。在此，在特别低的外部温度 下，负斜率也就是负斜度特别大。同时也就是说，在低温下，气体放电灯的电 压在灯电流很小时特别高。在此，所述电压理解为灯点亮电压。由此得出，特 别对于非常低的温度，在灯电流很小的情况下，出现不允许的高的灯点亮电压。

通过调节灯电流来实现气体放电灯的明暗变化。也就是说，为了低明暗度 减小灯电流，为了高明暗度增加灯电流。这表示，低明暗度在图1所示的特征 曲线的左边，相反地，高明暗度在特征曲线的右边。

也就是说，现在根据本发明可以通过升高明暗度来避免不允许的高的灯点 亮电压。由此特征曲线上的工作点P_A同样进一步向右推移。因此，原则上通过 特别是在低的外部温度下将明暗度设置成低水平，使得工作点可以进入不允许 的区域。然而，通过外部温度下降而明暗度保持不变，也可以使得工作点进入 不允许的区域。

也就是说，为了补偿而进行如下控制：调节为更高的明暗度直至低于灯点 亮电压。该明暗度的变大调节的优先权大于例如通过从外部进入的明暗度命令。 因此在控制过程中，灯点亮电压总保持在最大允许灯点亮电压之下。由此，原 则上不避免低明暗度，而仅仅避免不允许的高的点亮电压。

在最简单的实施方式中，最大灯点亮电压可以是恒定的，即图1所示的图 表中的水平直线，例如在300V时。

对此，在图2中示出一个示例。上边界特征曲线G’限定了最大允许灯点亮 电压在此为大约320V。在该实施例中，该界限值仅在I＜I_S的区域中且在点P_S(I_S， U_S)的区域中有效，即该界限值仅在该区域中起限制作用。可替选地，该界限值 也可以对于所有电流值有效，即与电流值无关。

此外，如图2所示的，另一下边界特征曲线G”将最小允许灯点亮电压限定 为预定值。然而在此，边界特征曲线G”的界限值优选仅对于电流值的预定的区 域有效，即仅在该区域中起限制作用。该区域优选从电流值I≈I_S的区域延伸至 电流值I＝I_L的区域，其中该上边界I_L可以保持为可变的。

同时在非常低的温度下注意到，灯的效率剧烈下降，使得在相同工作点处 相比于在更高的温度下实际给出的光效率更低。然而，通过根据本发明的方法 将补偿该过低的光效率。如果工作点位于下边界特征曲线G”之下，则升高电流， 直至灯点亮电压不再不允许过低。由此，如图2所示的示例，向大调节在-15℃ 的外部温度下对应于90mA的电流的明暗度，直至其近似对应于100mA的电 流。因为边界特征曲线仅至电流值I_L有效，所以对于更大的电流值，灯点亮电 压可以任意变小。因此，界限值的限定是有意义的，因为应仅向上调节小的电 流值。

有利地，边界特征曲线G’和G”具有的形状匹配于灯特征的形状。此外，边 界特征曲线G’和G”尽可能设计成，通过边界特征曲线G’和G”不限定在室温下 气体放电灯的特征曲线U(I)。从图3所示的特征曲线G中，可针对G’的I＜I_S的区域和针对G”的I＞I_S的区域推到出可考虑的实施方式的一可能示例。

在本发明的另一实施方式中，所述方法至少在交点P_S的区域中具有两个边 界特征曲线G’和G”，因为该方法可以用于转移临界点。边界特征曲线G’描述 了上界限值。该上界限值优选位于室温下的灯特征曲线之上。第二边界特征曲 线G”描述了下界限值，该下界限值优选位于室温下的灯特征曲线之下。

也就是说，一种可能的实施方式也可以实现具有两个界限的通道。在该通 道之外向上调节明暗度。

此外，在非常高和非常低的温度下注意到，在中间以及在上部的明暗区域 中，灯点亮电压在常规温度的值之下。因此可以得出，对于非常高和非常低的 外部温度出现相同的工作点(灯电流/灯点亮电压)。然而，该驱动方式对于高温 没有问题。也就是说，在这种情况下不希望明暗区域的限制。

与此相应地，在根据本发明的方法中优选执行温度测量。然而，这仅确定 外部温度是否为非常高或非常低的温度。

因此可以灵活地设计下界限，即边界特征曲线G”的激活。对于非常高的温 度，该界限应是无效的，反之对于非常低的温度应是有效的。由于在高的明暗 度的情况下点亮电压在宽范围(0℃至+40℃)上是不变的这一现实，温度测量 的精度不必很高。当例如测量的不准确性为+-20℃且界限值设为20℃时，则出 现0℃至40℃的区域，在该区域中存在激活下界限值的可能性。因为了在该区 域中不可能判断，所以仅在0℃以下通过所述方法实施对可设置的明暗度的限 制。

相反地，若设有用于取决于温度地限制明暗度的装置，则可能已经在普通 温度范围内以不希望的方式限制了明暗范围。

对此，也可以在驱动设备的区域中例如在控制电路区域中将测量实施成大 致估算。

在图3中示出一扩展方案。在此，最大允许灯点亮电压为取决于电流的边 界特征曲线G(I)，在图3中标记为“界限”。如图3中所示的，G(I)优选是首先 上升的且然后随着电流值增大而再次下降的曲线。这具有下述状态：在普通的 室温的情况下，例如在22℃的情况下，灯点亮电压严格具有该变化过程，即从 最低的明暗度开始首先略微升高，然后明暗度例如在5％的范围内再次下降。也 就是说，边界特征曲线是在考虑到灯特性的情况下取决于电流的合适的界限值。

可替选地，边界特征曲线可以形成为使用灯电压信号的界限值，该灯电压 信号以普通环境温度下的灯特征曲线加权平均。

边界特征曲线优选是连续的函数，该连续的函数总(不取决于电流地)导 致相同的反应。

此外，现在产生在反应与储存之间的限定的区域，用于在整个明暗范围上 不变的反应。

此外，因此产生的边界特征曲线G(I)与限定的负斜率函数相乘。因此，实 现了对于所有电流和温度总是持续下降的函数。现在可以通过设置斜率和参考 值来设置最小的、取决于温度的灯电流。

该方法也可以包括作为测量值的灯阻抗。

在图3所示的示例中说明对边界特征曲线G的使用。根据本发明，通过边 界特征曲线形成的界限值在I_A＜I_S的区域中描述了上界限值。在I_A＞I_S的区域 中描述了下界限值。

如果超过界限值，也就是说发生边界损害时，则提高设置的明暗度和灯电 流。

通过边界特征曲线G的形状实现，在普通室温下例如在22℃时，不限制可 设置的明暗区域。在此也就是说，对于低的可设置的明暗度，由所述方法提高 所设置的明暗度。

针对10℃的特征曲线对于小的电流值在边界特征曲线G之上，且因此不 允许过高。也就是说，在10℃的情况下，不允许明暗度在临界电流值之下。

针对-15℃的特征曲线对于I_A＜I_S的小的电流值在边界特征曲线G之上，且 因此不允许过高。特征曲线对于I_A＞I_S的至少部分电流值在边界特征曲线G之 下，且因此不允许过低。因此在-15℃的情况下不允许明暗度低于优选0.3A。

由于所述方法，因此可以完全自由地确定，从多高的温度开始应允许多大 的明暗度。

通过上述的操作方法可以在低温下和低的明暗度下避免不变的驱动。

同时在非常低的温度下注意到，灯的效率剧烈下降，使得在相同工作点处 相比于在更高的温度下实际给出的光效率更低。然而，通过根据本发明的方法 补偿该过低的光效率。因此如图3的示例所示，向高调节在-15℃的外部温度下 对应于0.2A的电流的明暗度直至对应于大致0.3A的电流。

优选再次如上所述地在根据本发明的方法中执行温度测量。因此，可以灵 活地设计下界限，即I_A＞I_S的边界特征曲线G的激活。对于非常高的温度，该 界限应是无效的，反之对于非常低的温度是有效的。

图4示出根据本发明的第一方法的流程图。在本发明的步骤S101中的开始 之后，在步骤S102中读取所设置的明暗度。在S103中得到与所述明暗度相应 的电流值I_A。该电流值在S104中设置给气体放电灯。因此在气体放电灯上出现 工作点P_A(I_A，U_A)。在S105中确定，所设置的电流值I_A是大于还是小于电流值 I_S，在所述电流值I_S处针对不同温度的灯特征曲线相交。

如果所设置的电流值较大，则在S106中确定灯点亮电压U(I_A)是否是不允 许地过低，即是否其小于针对该电流的界限值G(I_A)。如果灯点亮电压U(I_A)未不 允许地过低，则特别高或者特别低的外部温度明显地未起主导作用，所述方法 结束。然而，如果灯点亮电压U(I_A)是不允许地很小，则在S107中确定外部温 度是否是高的，例如大致为40℃。当外部温度是高的时，则本方法同样结束。 然而当外部温度不高时，则外部温度因此是非常低的外部温度。在这种情况下 向高设定明暗度。这实现了对由低温导致的与所设置的明暗度不再成正确关系 的低的光效率的提高。在此可自由选择提高多少明暗度，然而优选仅以小幅提 高。

如果在S105中所设置的电流值I_A小于I_S时，则在S110中确定灯点亮电压 U(I_A)是否不允许地很大，即灯点亮电压U(I_A)是否大于针对该电流的界限值 G(I_A)。如果灯点亮电压U(I_A)未不允许地过大，则特别低的外部温度明显未起主 导作用，所述方法结束。然而，如果灯点亮电压U(I_A)是不允许地过大，则外部 温度因此是低的外部温度。在这种情况下向高设定明暗度。这实现了使由低温 导致的不稳定的工作点的稳定。此外，由此避免了不允许的高的灯点亮电压。 也优选地仅以小幅提高明暗度。

从步骤S109再次返回至开始。因此连续执行监测和控制。此外，假如所设 置的工作点在不允许的区域中，则其可以逐步接近允许的范围。

在图5至图7中描述了根据本发明的第二方法。这提供了另一方案，其可 以额外于或者替选上文中的方法而使用。对于该第二方法，通过灯电流确定灯 电压的梯度(Gradienten)。

在此图5示出具有在不同的外部温度下气体放电灯的特征曲线的电流-电压 图表。在此尤其关注10℃和-15℃下的两个特征曲线。第二方法在于，至少从 特征曲线的一部分确定梯度特征曲线，即确定一阶导数。这在图6中示出。通 过图6明显看到，在低温下对于小的电流值特征曲线的斜率为负值。相反地， 在室温下特征曲线对于小的电流值具有正的斜率至小的负斜率或者量值小的斜 率。

由此可以确定，是否由于低的外部温度而必须提高明暗度。这可以通过下 界限值，例如在图6的示例中可能为-1000而实现。该界限值当然要以下述方式 设置，即在普通温度下或者也在高温下不会达到该界限值，而仅在低的明暗度 的情况下和低温下可以低于该界限值。

然而也可以考虑的是，该梯度获取仅用于另一温度估计的可信度测试，例 如用于控制装置的区域中的温度测量的可信度测试。

该方法例如可以在有效的明暗驱动的情况下实施，或者在另外适当指定的 灯电流变化时实施。

图7示出根据本发明的第二方法的流程图。对于该流程图，在步骤S201中 的开始之后，在S202中确定工作点P_A附近区域中的特征曲线U(I)。由此可以 在S204中确定针对工作点P_A的梯度。如果该梯度大于临界的界限值，则返回 至开始。如果该梯度并非大于临界的界限值，则至少以小幅提高明暗度。随后 同样返回至开始。对于第二方法当然同样可以不置界限值，而设置取决于电流I 的值。因此可以以有利的方式设置合适的界限值，该合适的界限值匹配室温下 的气体放电灯的梯度特征曲线。在此该界限值设置成：在上文中描述的情况下 特别是在针对图1至图4描述的情况下，提高明暗度。

图8示出照明系统(Leuchte)9中的根据本发明的驱动设备1的示意性实 施例，其在此优选涉及电子控制装置。该驱动设备具有控制电路2。该控制电路 与电源、优选与常规市电连接。此外，该控制电路控制一个或者多个气体放电 灯3。在此，气体放电灯可以是串联或者并联的。

此外，所述驱动设备具有调节电路4。该调节电路4优选为集成电路。在此， 可以是ASIC。然而替选于ASIC，也可以使用集成电路的其他各种形式，如微 控制器或者混合方案或者常规电路。

调节电路与至少一个接口6相连。在此接口可以是用户接口，如显示器和/ 或键盘。还可以设想的是，该接口形成与其他系统，例如数据总线系统的连接。 调节电路可以通过该方式例如与连接至数据总线系统的中心控制单元和/或其他 相连的驱动设备通信。调节单元可以通过该接口接收所设置的明暗命令。调节 电路通过该接口交换其他信息或者命令同样是可能的。

此外，调节单元获得一个或者多个气体放电灯3的灯点亮电压作为反馈信 号。还可设想的是其将灯电流I回馈。这可以通过测量电阻(分路)5实现。

调节电路4对应于根据本发明的方法和对应于通过所述接口进入的明暗命 令来控制控制电路2。

此外，驱动设备具有存储器7，用于比较电流-电压工作点与界限值，即边 界特征曲线G。该存储器存储边界特征曲线G的至少几个点。优选地，该存储 器与调节电路连接。此外，对于本发明是重要的是存储器7存储了点P_S(I_S，U_S) 或者至少存储了电流值I_S。当确定哪些气体放电灯应通过驱动设备驱动时，有 利的是在生产驱动设备时已经将点P_S以及边界特征曲线G存入存储器中。所述 存储器也可以具有不同类型的气体放电灯的信息。

任选地，驱动设备还可以具有温度传感器8。该传感器可用于上文中描述的 方法。优选地，该温度传感器与调节电路连接。

内部传感器以及可替选或者额外的(例如在灯上的)外部传感器可以作为 温度传感器8与驱动设备、特别与驱动设备中的调节电路相连。

温度可以直接(从温度传感器)或者间接(通过取决于温度的参数)获得。

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