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Die
Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe, insbesondere
für eine
Hochdruckentladungslampe, wie eine Metall-Halogen-Lampe oder eine
Quecksilberdampflampe.
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In
JP 7-142182 (A) ist ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe offenbart,
das einen Gleichspannungswandler aufweist, der eine Gleichspannung
von einer Gleichspannungsquelle liefert, ferner einen Wechselrichter,
der von der Gleichspannungsquelle zur Inbetriebnahme der Entladungslampe
eine Wechselspannung erzeugt, eine eine erhöhte Gleichspannung erzeugende
Starterversorgungsschaltung sowie einen die erhöhte Spannung aufnehmenden Starter,
der eine zum Zünden
der Entladungslampe ausreichend hohe Zündspannung liefert. Die Starterversorgungsschaltung
enthält
einen Kondensator, der die erhöhte
Gleichspannung akkumuliert, um sie dem Starter zur Entwicklung der
Zündspannung
zuzuführen.
Bei einem derartigen Vorschaltgerät tritt das Problem auf, daß dann,
wenn das Vorschaltgerät deaktiviert
ist, weil die Entladungslampe nicht zündet, da entweder keine Lampe
eingesetzt ist oder die Lampe ihre Lebensdauer überschritten hat, dennoch die
Restkapazität
des Primärzündspannungskondensators
dazu führen
kann, daß der
Starter die Zündspannung
herstellt oder zumindest die erhöhte
Spannung an den Starter überträgt, wodurch
eine unnötig hohe
Spannung auftritt, die auf der einen Seite die Starterkomponenten
unangemessen belasten und auf der anderen Seite Personen, die zufällig die
Verbindungsstele zwischen der Starterversorgungsschaltung und dem
Starter berühren,
der Gefahr eines elektrischen Schlages aussetzen kann.
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Aus
US 5,486,740 ist ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bekannt. Die Versorgung der Lampe erfolgt über einen
Schutzschalter, der bei Überstrom oder Überspannung
automatisch öffnet.
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Bei
einer weiteren, in
DE
40 02 334 A1 beschriebenen Versorgungsschaltung einer Entladungslampe
ist ein Abnormitätsdetektor
vorgesehen, der bei Kurzschluß der
Lampe ein Relais schaltet.
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US 5,485,059 offenbart ein
Vorschaltgerät für eine Entladungslampe
mit einer den Einschaltzustand der Lampe überwachenden Stufe, wobei die Frequenz
einer Wechselrichter-Ausgangsspannung bei abgeschalteter Lampe kleiner
gemacht wird als bei eingeschalteter Lampe.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sicherheitsvorschaltgerät für eine Entladungslampe
anzugeben, durch das bei Ausbleiben der Zündung die Hochspannungsversorgung
unterbricht, wodurch das unnötige
Auftreten der Hochspannung vermieden wird sowie Personen vor der Gefahr
eines elektrischen Schlages geschützt werden.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät wird dann,
wenn der Nullastzustand über
einen vorbestimmten Zündzeitraum
anhält,
was anzeigt, daß die
Entladungslampe entfernt wurde oder das Ende ihrer Lebensdauer erreicht
hat, der die erhöhte
Spannung tragende Primärzündspannungskondensator vom
Starter getrennt, so daß er
keine Spannung erhält
und somit nicht zur Erzeugung einer unnötigen Zündspannung aktiviert wird.
Da außerdem
die erhöhte
Spannung nicht an die Verbindungsstelle zwischen dem Starter und
der Starterversorgungsschaltung gelegt wird, ist es möglich, die
sonst vorhandene Gefahr eines elektrischen Schlages für Personen,
die zufällig
die Verbindungsstelle berühren,
zu vermeiden.
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Die
Steuerung erzeugt zum Abschalten des einen Schaltelements einen
Sperrimpuls, wenn das Nullastsignal über eine vorbestimmte Zündzeitspanne
anhält,
wodurch dann die Versorgungsstrecke unterbrochen wird. In Zusammenhang
hiermit enthält der
Lastermittler einen Zeitgeber, der den Sperrimpuls dann liefert,
wenn die Entladungslampe nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne
zündet,
wodurch dann angezeigt wird, daß die
Entladungslampe abgetrennt ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind Gleichspannungswandler, Starterversorgungsschaltung und Steuerung
in einem einzigen Ansteuermodul integriert und der Wechselrichter
hat einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß zur Verbindung
des Wechselrichters mit dem Starter, und die Starterversorgungsschaltung
hat einen dritten Ausgangsanschluß, um die Starterversorgungsschaltung mit
dem Starter über
den dritten und den zweiten Ausgangsanschluß zu verbinden. Der Primärzündspannungskondensator
ist mit seinem einen Ende an den dritten Ausgangsanschluß angeschlossen
und ist mit seiner anderen Seite mit dem zweiten Ausgangsanschluß über das
Schaltelement des Wechselrichters verbunden, um die erhöhte Spannung
an den Starter legen zu können.
Das Schaltelement des Wechselrichters ist mit der Steuerung verbunden
und wird durch einen Sperrimpuls ausgeschaltet, wodurch der vom
Primärzündspannungskondensator über den
dritten und den zweiten Ausgangsanschluß verlaufende Entladungskreis
unterbrochen wird.
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Somit
wird bei Entfernen der Entladungslampe der für die Versorgung mit der erhöhten Spannung zuständige Primärzündspannungskondensator
mittels des Schaltelements vom zweiten und vom dritten Anschluß abgetrennt,
wodurch die Gefahr eines elektrischen Schlages aufgrund der Primärzündspannung
auch dann verhindert wird, wenn ein Benutzer die Verbindungsstelle
zwischen dem dritten und dem zweiten Anschluß berührt.
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Vorzugsweise
ist die eine Seite des Primärzündspannungskondensators
mit dem dritten Ausgangsanschluß und
die andere Seite über
ein weiteres Schaltelement des Wechselrichters, das auf den Sperrimpuls
hin abgeschaltet wird, mit dem ersten Ausgangsanschluß verbunden.
Selbst im Falle eines Kurzschlusses zwischen dem dritten und dem
ersten Ausgangsanschluß kann
daher verhindert werden, daß der
Primärzündspannungskondensator
den Strom über
diese Anschlüsse
abgibt, wodurch eine weitere mögliche
Gefahr eines elektrischen Schlages beseitigt wird.
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Vorzugsweise
weist der Wechselrichter zwei Paare von in einer Vollbrückenschaltung
angeordneten Schalttransistoren auf, wobei jedes Transistorpaar
auf entgegengesetzten Seiten der Brücke angeordnet ist. Ein Transistorpaar
schaltet abwechselnd mit dem anderen Paar von Schalttransistoren
ein und aus, um die Wechselspannung zu erzeugen. Die Vollbrückenschaltung
hat Eingänge
zur Aufnahme der Gleichspannung des Gleichspannungswandlers und Ausgänge, die
den ersten bzw. zweiten Ausgangsanschluß festlegen. Einer der Schalttransistoren
definiert das mit dem zweiten Ausgangsanschluß verbundene Schaltelement,
während
ein anderer Transistor das mit dem ersten Ausgangsanschluß verbundene
Schaltelement definiert. Somit kann durch Verwendung der Schalttransistoren
des Wechselrichters, der die Wechselspannung an die Entladungslampe
anlegt, sowohl die unnötige
Aktivierung des Starters wie auch die Gefahr eines elektrischen Schlages
verhindert werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sind der DC/DC-Gleichstromwandler,
die Starterversorgungsschaltung, der Wechselrichter und der Lastdetektor
in einem einzigen Gehäuse
untergebracht und bilden ein Ansteuermodul mit einem ersten, einem zweiten
und einem dritten Ausgangsanschluß, wodurch dieses abnehmbar
mit einem Lampenmodul verbunden werden kann, das seinerseits die
Entladungslampe und den Starter integriert. Das Vorschaltgerät kann somit
in Form einer abnehmbaren Verbindung mit dem Lampenmodul leicht
installiert werden.
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Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert,
um die Ziele und Vorteile der Erfindung besser herauszustellen.
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1 zeigt
ein Schaltbild des Vorschaltgeräts
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 bis 4 zeigen
Abbildungen von Wellenformen, die die Arbeitsweise des Vorschaltgeräts verdeutlichen;
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5 bis 7 sind
Schaltbilder des Vorschaltgeräts
gemäß Abwandlungen
des ersten Ausführungsbeispiels;
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8 zeigt
das Schaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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9 zeigt
das Schaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß einer Abwandlung des zweiten
Ausführungsbeispiels;
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10 ist
ein Schaltbild des Vorschaltgeräts gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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11 zeigt
das Schaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß einer Abwandlung des dritten
Ausführungsbeispiels;
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12 ist
das Schaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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13 ist
das Schaltbild eines Vorschaltgeräts gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
und
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14 und 15 zeigen
Schaltbilder zur Verdeutlichung von Abwandlungen des Gleichspannungswandlers,
die im erfindungsgemäßen Vorschaltgerät verwendet
werden können.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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In 1 ist
ein Vorschaltgerät
für eine
Entladungslampe gemäß einem
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
dargestellt. Das Vorschaltgerät
eignet sich zum Betreiben von Hochleistungs-Entladungslampen, die
als Scheinwerferlampen in Automobilen und als Lichtquellen für (LCD)Projektoren
mit Flüssigkristallanzeigen
verwendet werden. Das Vorschaltgerät umfaßt einen Gleichspannungswandler 10,
der an eine Gleichspannungsquelle 1 wie eine Autobatterie
oder eine ähnliche
Festspannungsquelle angeschlossen werden kann, und der eine Gleichspannung
liefert, eine Starterversorgungsschaltung 20, die über den Gleichspannungswandler 10 mit
der Gleichspannungsquelle 1 verbunden ist und eine Primärzündspannung
erzeugt, sowie einen Wechselrichter 40, der die Gleichspannung
des Wandlers 10 aufnimmt und zum Betrieb der Entladungslampe
L Wechselspannung liefert. Die Starterversorgungsschaltung 20 besitzt
einen Anschluß,
um die erhöhte
Gleichspannung an einen Starter 60 abzugeben, der daraufhin
eine Zündspannung
von ausreichend hoher Stärke
erzeugt, um die Entladungslampe L zu zünden. Das Vorschaltgerät weist außerdem eine
Leistungssteuerung 50 auf, die beim Zünden und beim Betrieb der Entladungslampe
auf Grundlage eines bestimmten überwachten
Zustandes der Entladungslampe den Gleichspannungswandler 10 und
den Wechselrichter 40 ansteuert. Der Wandler 10,
die Starterversorgungsschaltung 20, der Wechselrichter 40 und
die Leistungssteuerung 50 sind in einem einzigen Gehäuse untergebracht
und bilden ein Ansteuermodul, während
die Entladungslampe L zusammen mit dem Starter 60 untergebracht
ist und beide ein vom Ansteuermodul abnehmbares Lampenmodul bilden.
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Der
Wandler 10 enthält
einen Transformator mit einer Primärwicklung 11 und einer
Sekundärwicklung 12.
Die Primärwicklung 11 ist über die
Gleichspannungsquelle 1 mit einem Schalttransistor 14 in Reihe
geschaltet. Die Leistungssteuerung 50 steuert den Schalttransistor 14,
der mit einer Frequenz von etwa einigen zehn bis einigen hundert
kHz abwechselnd ein- und ausgeschaltet wird, wodurch in der Sekundärwicklung
eine Spannung induziert wird. Ein Kondensator 16 wird über eine
Diode 15 mit der induzierten Spannung geladen und gibt
die resultierende Gleichspannung an den Wechselrichter 40.
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Die
Starterversorgungsschaltung 20 enthält eine mit der Primärwicklung 11 des
Wandlers 10 magnetisch gekoppelte Wicklung 22,
um eine entsprechende Spannung über
dieser Wicklung 22 zu induzieren. Die Wicklung 22 und
die Sekundärwicklung 12 sind
in integrierter Form ausgebildet, aber funktional durch einen Mittelabgriff
voneinander getrennt. Die Spannung wird über eine Diode 24 auf
den Kondensator 25 gegeben, der die Primärzündspannung über einen
Widerstand 26 an den Starter 60 überträgt.
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Der
Wechselrichter 40 beinhaltet zwei Paare von Schalttransistoren 41, 42 sowie 43, 44,
die in einer Vollbrückenschaltung
angeordnet und von der Leistungssteuerung 50 derart gesteuert
werden, daß jedes
Paar von Transistoren 41, 42 sowie 43, 44 auf den
gegenüberliegenden
Seiten der Brücke
gleichzeitig ein- und ausgeschaltet wird. In der Regel wird das
Transistorpaar 41 und 42 abwechselnd mit dem anderen
Transistorpaar 43 und 44 mit einer Frequenz von
einigen Hundert kHz ein- und ausgeschaltet, wodurch die zum Betrieb
der Entladungslampe L nötige Wechselspannung
geliefert wird. Die Ausgangsleitungen des Wechselrichters 40 enden
an einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß X1 bzw. X2, über die
der Wechselrichter 40 mit dem die Entladungslampe L enthaltenden
Starter 60 abnehmbar verbunden ist.
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Die
eine Seite des Kondensators 25 der Starterversorgungsschaltung 20 ist über den
Widerstand 26 mit dem dritten Ausgangsanschluß X3 und
die andere Seite ist über
den Schalttransistor 42 mit dem zweiten Ausgangsanschluß X2 sowie über den Schalttransistor 44 mit
dem ersten Ausgangsanschluß X1
verbunden. Über
den zweiten und den dritten Ausgangsanschluß X2 bzw. X3 ist die Starterversorgungsschaltung 20 mit
dem Starter 60 zur Abgabe der Primärzündspannung an den Starter lösbar verbunden.
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Der
Starter 60 enthält
einen mit dem ersten und dem zweiten Anschluß X1 bzw. X2 verbundenen Kondensator 63,
einen mit dem zweiten und dem dritten Ausgangsanschluß X2 bzw.
X3 verbundenen Kondensator 64 sowie einen Transformator
mit einer Primärwicklung 61 und
einer Sekundärwicklung 62. Die
Primärwicklung 61 ist über den
Kondensator 64 mit einer Funkenstrecke 65 in Reihe
geschaltet, während
die Sekundärwicklung 62 über den
Kondensator 63 mit der Entladungslampe L in Reihe geschaltet
ist. Der Kondensator 64 erhält über den Schalttransistor 42 des
Wechselrichters 40 die Primärzündspannung des Kondensators 25 der
Starterversorgungsschaltung 20, um auf diese Weise vom
Kondensator 25 geladen zu werden. Wird der Kondensator 64 bis
auf eine Entladungsspannung der Funkenstrecke aufgeladen, wird diese
elektrisch leitend und induziert über die Sekundärwicklung 62 die
Zündspannung,
die zum Zünden
der Entladungslampe L angelegt wird.
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Ein
Spannungsteiler mit den Widerständen 5 und 6 ist
parallel zum Kondensator 16 geschaltet und legt an die
Leistungssteuerung 50 eine Teilspannung, die ein Maß für die an die
Entladungslampe angelegte Lampenspannung darstellt. Auf der Grundlage
der Lampenspannung erfüllt
die Leistungssteuerung 50 die folgenden Funktionen:
- 1) die Starterversorgungsschaltung 20 wird
aktiviert, damit der Starter 60 die Zündspannung zur Zündung der
Entladungslampe erzeugt, und anschließend wird der Wechselrichter 40 aktiviert, um
die Wechselspannung zum Betrieb der Entladungslampe anzulegen;
- 2) ein Nullastzustand wird ermittelt als Anzeichen dafür, daß die Entladungslampe
nicht in Betrieb genommen oder ausgelöscht wurde, wenn die Lampenspannung
nicht auf einen vorbestimmten Wert absinkt, wobei anschließend die
Entladungslampe gezündet
wird; und
- 3) eine Fehlzündung
der Entladungslampe wird ermittelt als Anzeichen dafür, daß die Entladungslampe
nicht angeschlossen ist oder ihr Lebensende erreicht hat, wenn innerhalb
einer vorgegebenen Zündzeitdauer
das Nullastsignal andauert.
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Zu
diesem Zweck enthält
die Leistungssteuerung 50 einen Zeitgeber, der zur Feststellung
einer Fehlzündung
der Entladungslampe eine vorgegebene Zündzeitdauer mißt.
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Anhand
der 2 bis 4 wird nun die Arbeitsweise
des Vorschaltgeräts
erläutert.
Nach Aktivieren des Vorschaltgeräts
zum Zeitpunkt T0 wird der Wechselrichter 40 dahingehend
gesteuert, daß die Transistoren 41 und 42 eingeschaltet
sind, während die
anderen beiden Transistoren 43 und 44 ausgeschaltet
bleiben (siehe 2). Während dieser Zündzeitdauer
wird die Ausgangsgleichspannung V16 des Kondensators 16 des
Gleichspannungswandlers 10 über die Anschlüsse X1 und
X2 an die Entladungslampe L angelegt. Zur gleichen Zeit wird die
Gleichspannung des Kondensators 25 der Starterversorgungsschaltung 20 über die
Anschlüsse
X2 und X3 angelegt, um den Kondensator 64 des Starters 60 zu
laden. Sobald der Kondensator 64 die Entladungszündspannung
der Funkenstrecke 65 erreicht hat, wird letztere leitend
und über
der Sekundärwicklung 62 wird
ein Spannungspuls VP erzeugt, der sich der Span nung V16 überlagert
und die Zündspannung
ergibt. Um ein Zünden
der Entladungslampe zu ermöglichen,
wird die Zündspannung
zu den Zeitpunkten T1 und T2 an die Entladungslampe angelegt. Ist
die Zündung
der Entladungslampe erfolgreich, sinkt die Lampenspannung VL und
die Leistungssteuerung 50 kann die Zündung der Entladungslampe registrieren.
In dem in den 2 und 3 dargestellten
Fall wird als Zündzeitpunkt
der Entladungslampe die Zeit T2 ermittelt. In Folge schaltet die
Leistungssteuerung 50 die Transistoren 43 und 44 abwechselnd
mit den Transistoren 41 und 42 ein und aus, so
daß der
Wechselrichter 40 die zum Betrieb der Entladungslampe notwendige
Wechselspannung liefert.
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Auch
wenn die Entladungslampe nicht angeschlossen ist, d.h., wenn der
Lampenmodul nicht am Ansteuermodul an den Anschlüssen X1, X2 und X3 angeschlossen
ist, aktiviert die Leistungssteuerung 50 weiterhin den
Starter 60, um die Zündspannung zu
erzeugen, und versucht, die nicht vorhandene Entladungslampe zu
zünden.
Wie in 4 dargestellt, steigt die Spannung V64 über dem
Kondensator 64 immer wieder auf die Entladungszündspannung
oder Zündstreckenspannung
VSG, um wieder auf Null zu fallen, ohne die Entladungslampe zünden zu
können. Die
Lampenspannung VL bleibt somit hoch, was von der Steuerung 50 registriert
wird. Erniedrigt sich die Lampenspannung innerhalb der vom Zeitgeber
festgelegten Zündzeitspanne
TPX nicht auf einen Wert, der die Zündung der Entladungslampe markiert,
so stellt die Steuerung 50 fest, daß der Lampenmodul nicht angeschlossen
ist oder die Entladungslampe das Ende ihrer Lebensdauer erreicht
hat und gibt am Ende zur Zeit TX der Zündzeitdauer TPX einen Sperrimpuls
ab. Als Zündzeitdauer
TPX wird ein Zeitraum gewählt,
der länger
ist als ein vorgegebener Zeitraum TP1, innerhalb dessen die Leistungssteuerung 50 zwei
oder mehr Versuche unternimmt, die Zündspannung zum Zünden der
Entladungslampe zu erzeugen. Auf den Sperrimpuls hin schaltet die
Leistungssteuerung 50 die Transistoren 41 und 42 aus,
während
die Transistoren 43 und 44 ausgeschaltet bleiben,
wodurch der geschlossene Kreis der Spannungsversorgung vom Kondensator 25 zum
Kondensator 64 über
die Anschlüsse
X3 und X2 sowie über den
Transistor 42 unterbrochen wird. Somit wird an den Starter
kein Strom geliefert und es wird verhindert, daß der Starter unnötige Zündspannung
erzeugt, die die Komponenten des Starters unnötig belasten würde. Dies
hat den weiteren Vorteil, daß Personen
von der Gefahr eines möglichen
elektrischen Schlages im Falle des Berührens der Starterkomponenten
verschont bleiben, wenn die Entladungslampe selbst nicht angeschlossen
ist, der Starter jedoch an das Vorschaltgerät angeschlossen bleibt. Weiterhin
wird auch im Falle, daß eine
Person unbeabsichtigt die Anschlüsse
X3 und X2 gleichzeitig berührt, kein
Stromkreis vom die erhöhte
Spannung tragenden Kondensator 25 über die Person gebildet, so
daß diese
Person vor einem elektrischen Schlag geschützt wird, der andernfalls auftreten
würde.
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In
diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß der Wandler 10 auf
den Sperrimpuls hin deaktiviert werden kann. In diesem Fall bleibt
jedoch aufgrund der verbleibenden elektrischen Ladung im Kondensator 25 die
Gefahr des oben erwähnten elektrischen
Schlages bestehen. Deshalb ist die Unterbrechung des Entladungsweges
des Kondensators 25 wesentlich dafür, die unnötige Erzeugung der Zündspannung
wie auch die Möglichkeit
eines elektrischen Schlages zu vermeiden.
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5 zeigt
eine Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels, die mit dem
ersten Ausführungsbeispiel
identisch ist, mit der Ausnahme, daß die Wicklung 22A der
Starterversorgungsschaltung 20A von der Sekundärwicklung 12A des
Wandlers 10A getrennt ausgeführt ist. Gleiche Teile sind
mit gleichen Bezugsziffern mit dem Zusatzbuchstaben "A" bezeichnet.
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6 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels, die mit dem
ersten Ausführungsbeispiel
bis auf die Tatsache identisch ist, daß die Starterversorgungsschaltung 20B zur
Erzeugung einer erhöhten
Spannung über
dem Kondensator 25B einen Spannungsdoppler 21 aufweist. Gleiche
Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern mit dem Zusatzbuch staben "B" versehen. Der Spannungsdoppler 21 enthält die Wicklung 22B,
eine parallel zur Wicklung 22B geschaltete Diode 27 sowie eine
zwischen dem Kondensator 25B und der Wicklung 22B geschaltete
Diode 24B. Die Wicklung 22B besitzt einen Mittelabgriff,
der derart in den Kreis geschaltet ist, daß der Kondensator 25B über jede
der Dioden 24B und 27 parallel zu jedem Halbstück der Wicklung
geschaltet ist, wodurch die erhöhte
Gleichspannung über
dem Kondensator 25B akkumuliert wird.
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7 zeigt
eine weitere Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels, die bis auf
die Konfiguration der Starterversorgungsschaltung 20C mit
dem ersten Ausführungsbeispiel
identisch ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen mit
dem Zusatzbuchstaben "C" bezeichnet. Die
Starterversorgungsschaltung 20C nimmt die Gleichspannung
vom Kondensator 16C des Wandlers auf und enthält eine
Reihenschaltung eines Widerstandes 31 und eines Kondensators 32,
die parallel zum Kondensator 16C geschaltet sind, sowie
einen Transformator mit einer Primärwicklung 33 und einer
Sekundärwicklung 34. Die
Primärwicklung 33 ist
mit einem bidirektionalen Thyristor 35 parallel zum Kondensator 32 geschaltet, während die
Sekundärwicklung 34 mit
einer Diode 36 parallel zum Kondensator 25C geschaltet
ist. Wenn der Kondensator 32 auf die Durchbruchspannung des
Thyristors 35 geladen ist, wird dieser leitend und verursacht
eine Schwingung in dem geschlossenen Kreis bestehend aus Kondensator 32,
Thyristor 35 und Primärwicklung 33,
wodurch über
der Sekundärwicklung 34 eine
Spannung induziert wird, die von der Diode 36 gleichgerichtet
wird, um die resultierende Gleichspannung auf den zwischen den Anschlüssen X2
und X3 geschalteten Kondensator 25C zu akkumulieren. Der
Kondensator 25C liefert somit die erhöhte Gleichspannung über die
Anschlüsse
X2 und X3 an den (nicht dargestellten) Starter. Die Durchbruchspannung
des Thyristors 35 wird auf einen höheren Wert als die Ausgangsspannung
des Wandlers 10C festgelegt, wenn der Wechselrichter zum
Betrieb der Entladungslampe aktiviert ist, so daß der Thyristor 35 nur
während
der Zündzeitdauer
leitend wird, in der die Transistoren 41C und 42C eingeschaltet
sind und die übrigen
Transistoren 43C und 44C ausgeschaltet bleiben.
Wenn somit einmal die Entladungslampe gezündet hat, wird der Thyristor 35 nicht
mehr leitend, wodurch die Spannung des Kondensators 25C herabgesetzt
wird, so daß der
Starter inaktiviert und die Möglichkeit
einer unnötig
erzeugten Zündspannung
ausgeräumt
wird.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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8 zeigt
ein Vorschaltgerät
gemäß einem zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, das
bis auf die Tatsache mit dem ersten Ausführungsbeispiel identisch ist,
daß die
Starterversorgungsschaltung 20D mit dem Wechselrichter 40D integriert
ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern mit dem Zusatzbuchstaben "D" versehen. Die Starterversorgungsschaltung 20D beinhaltet
eine Reihenschaltung einer Diode 37, eines Widerstandes 31D und
eines Kondensators 32D parallel zum Transistor 44D geschaltet,
sowie einen Transformator mit einer Primärwicklung 33D und
einer Sekundärwicklung 34D.
Die Primärwicklung 33D ist
in Reihe mit einem bidirektionalen Thyristor 35D parallel
zum Kondensator 32D geschaltet, während die Sekundärwicklung 34D in
Reihe mit einer Diode 36D parallel zum Kondensator 25D geschaltet
ist. Solange der Transistor 41D eingeschaltet ist, wird
der Kondensator 32D über
die Diode 37 und den Widerstand 31D von der Gleichspannung
des Kondensators 16D des Wandlers 10D aufgeladen.
Wenn der Kondensator 32D auf eine Durchbruchspannung des
Thyristors 35D geladen ist, wird dieser leitend und verursacht eine
Schwingung im geschlossenen Kreis bestehend aus Kondensator 32D,
Thyristor 35D und Primärwicklung 33D,
wodurch über
der Sekundärwicklung 34D eine
Spannung induziert wird, die von der Diode 36D gleichgerichtet
wird, um die sich ergebende Spannung auf dem zwischen die Anschlüsse X2 und X3
geschalteten Kondensator 25D zu akkumulieren. Der Kondensator 25D liefert
somit die erhöhte Gleichspannung über die
Anschlüsse
X2 und X3 an den (nicht dargestellten) Starter während der von der Leistungssteuerung 50 vorgegebenen
Zündzeitspanne,
in der die Transistoren 41D und 42D eingeschaltet
sind und die übrigen
Transistoren 43D und 44D ausgeschaltet bleiben.
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Da
der Kondensator 32D nur während der Zündzeitspanne, in der der Transistor 41D für eine lange
Zeit eingeschaltet bleibt, ausreichend aufgeladen wird, um die Schwingung
zu verursachen und die erhöhte
Gleichspannung an den Kondensator 25D zu liefern, wird
der Kondensator 32D nicht mehr ausreichend geladen, wenn
der Wechselrichter 40D mit dem Betrieb der Entladungslampe
beginnt, indem die Transistoren 41D und 42D abwechselnd
mit den Transistoren 43D und 44D ein- und ausgeschaltet werden.
Sobald die Entladungslampe einmal gezündet ist, kann somit die Starterversorgungsschaltung 20D inaktiviert
werden, wozu keine zusätzlichen Schaltkreiskomponenten
notwendig sind.
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In
diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß ein Thyristor 35D mit
einer höheren
Durchbruchspannung als die Ausgangsspannung des Wandlers 10D,
wenn der Wechselrichter 40D zum Betrieb der Entladungslampe
aktiviert ist, gewählt
werden kann, wie dies im Schaltkreis der 7 der Fall
ist.
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Auch
in diesem Ausführungsbeispiel
werden auf den Sperrimpuls der Leistungssteuerung hin die Transistoren 41D und 42D ausgeschaltet
und die Transistoren 43D und 44D bleiben ausgeschaltet, wodurch
eine Entladungsstrecke des Kondensators 25D zwischen den
Anschlüssen
X3 und X2 sowie eine andere Entladungsstrecke des Kondensators 25D zwischen
den Anschlüssen
X3 und X1 unterbrochen wird.
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9 zeigt
eine Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels, die mit dem
zweiten Ausführungsbeispiel
bis auf die Verbindungen der Starterversorgungsschaltung 20E mit
dem Wechselrichter 40E identisch ist. Gleiche Teile sind
mit gleichen Bezugszeichen mit dem Zusatzbuchstaben "E" versehen. Die Starterversorgungsschaltung 20E enthält parallel
geschaltet zu den hintereinandergeschalteten Transistoren 44E und 42E eine
Reihenschaltung einer Diode 37E, eines Widerstands 31E und
eines Kondensators 32E, sowie einen Transformator mit einer
Primärwicklung 33E und
einer Sekundärwicklung 34E.
Die Primärwicklung 33E ist
in Reihe mit einem bidirektionalen Thyristor 35E und parallel
zum Kondensator 32E geschaltet, während die Sekundärwicklung 34E in
Reihe mit einer Diode 36E und parallel zum Kondensator 25E geschaltet
ist. Solange die Transistoren 41D und 42E eingeschaltet
sind, wird der Kondensator 32E über die Diode 37E und den
Widerstand 31E von der Gleichspannung des Kondensators 16E des
Wandlers 10E aufgeladen. Wenn der Kondensator 32E auf
eine Durchbruchspannung des Thyristors 35E aufgeladen ist,
wird dieser leitend und verursacht eine Schwingung in dem geschlossenen
Kreis aus Kondensator 32E, Thyristor 35E und Primärwicklung 33E,
wodurch über der
Sekundärwicklung 34E eine
Spannung induziert wird, die von der Diode 36E gleichgerichtet
wird, so daß die
resultierende Spannung im zwischen den Anschlüssen X2 und X3 geschalteten
Kondensator 25E gesammelt wird. Der Kondensator 25E liefert
somit die erhöhte
Gleichspannung über
die Anschlüsse
X2 und X3 an den (nicht dargestellten) Starter während der von der Leistungssteuerung
vorgegebenen Zündzeitdauer,
in der die Transistoren 41E und 42E eingeschaltet
sind und die übrigen
Transistoren 43E und 44E ausgeschaltet bleiben.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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10 zeigt
ein Vorschaltgerät
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel,
das bis auf die Starterversorgungsschaltung 20F, die in
unterschiedlicher Art mit dem Wechselrichter 40F verbunden
ist, mit dem zweiten Ausführungsbeispiel
identisch ist. Gleiche Teile sind durch gleiche Bezugsziffern mit dem
Zusatzbuchstaben "F" bezeichnet. Der
Verstärke 20F enthält eine
parallel zu einem Transistor 43F geschaltete Reihenschaltung
bestehend aus einer Diode 37F, einem Widerstand 31F und
einem Kondensator 32F, sowie einen Transformator mit einer Primärwicklung 33F und
einer Sekundärwicklung 34F.
Die Primärwicklung 33F ist
parallel zum Kondensator 32F in Reihe mit einem bidirektionalen
Thyristor 35F geschaltet, während die Sekundärwicklung parallel
zum Kondensator 25F in Reihe mit einer Diode 36F geschaltet
ist. Solange der Transistor 42F eingeschaltet ist, wird
der Kondensator 32F über
die Diode 37F und den Widerstand 31F von der Gleichspannung
des Kondensators 16F des Wandlers 10F aufgeladen.
Wenn der Kondensator 32F bis auf eine Durchbruchspannung
des Thyristors 35F geladen ist, wird dieser leitend und
verursacht eine Schwingung in dem geschlossenen Kreis bestehend
aus Kondensator 32F, Thyristor 35F und Primärwicklung 33F, wodurch über der
Sekundärwicklung 34F eine
Spannung induziert wird, die von der Diode 36F gleichgerichtet
wird, um auf dem zwischen den Anschlüssen X2 und X3 geschalteten
Kondensator 25F gesammelt zu werden. Der Kondensator 25F liefert
somit über
die Anschlüsse
X2 und X3 die erhöhte
Gleichspannung an den (nicht dargestellten) Starter, während der
von der Leistungssteuerung vorgegebenen Zündzeitdauer, in der die Transistoren 41F und 42F eingeschaltet
sind, während
die übrigen
Transistoren 43F und 44F ausgeschaltet bleiben.
Nach Auftreten des Sperrimpulses werden die Transistoren 41F und 42F ausgeschaltet,
wobei die Transistoren 43F und 44F ausgeschaltet
bleiben, wodurch eine Entladungsstrecke des Kondensators 25F zwischen
den Anschlüssen
X3 und X2 sowie eine weitere Entladungsstrecke des Kondensators 25F zwischen
den Anschlüssen
X3 und X1 unterbrochen wird.
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11 zeigt
eine Ausgestaltung des dritten Ausführungsbeispiels, die mit dem
dritten Ausführungsbeispiel
bis auf die Tatsache identisch ist, daß die Diode 37F aus
dem Schaltkreis der 10 entfernt ist. Gleiche Teile
werden mit gleichen Bezugsziffern mit dem Zusatzbuchstaben G bezeichnet.
Wenn einmal die Entladungslampe gezündet hat und durch Ein- und
Ausschalten der Transistoren 41G und 42G abwechselnd
mit den Transistoren 43G und 44G betrieben wird,
bleibt aufgrund der entfernten Diode der Kondensator 32G immer
wieder geladen und entladen, so daß er nicht die Durchbruchspannung
des Thyristors 35G erreicht, wodurch der Kondensator 25G die
Primärzündspannung
nicht akkumulieren kann. Daher ist die Starterversorgungsschaltung 20G nach
Zünden
der Entladungslampe im wesentlichen inaktiviert.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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12 zeigt
ein Vorschaltgerät
gemäß einem
vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
das mit dem ersten Ausführungsbeispiel
im wesentlichen identisch ist bis auf die Tatsache, daß der Kondensator 25H der
Starterversorgungsschaltung 20H mit dem Kondensator 16H des
Wandlers 10H zwischen den Anschlüssen X3 und X2 über den
Transistor 42H und außerdem
zwischen den Anschlüssen X3
und X1 über
den Transistor 44H in Reihe geschaltet ist. Der Wandler 10H enthält einen
Transformator mit einer Primärwicklung 11H und
einer Sekundärwicklung 12H,
die von der Primärwicklung
elektrisch isoliert aber magnetisch mit dieser gekoppelt ist. Die Primärwicklung 11H ist
parallel zur Gleichspannungsquelle 1 mit einem Schalter 14H in
Reihe geschaltet, während
der Kondensator 16H parallel zur Sekundärwicklung 12H mit
einer Diode 15H in Reihe geschaltet ist. Der Schalter 14H wird
von der Leistungssteuerung 50H derart gesteuert, daß er wiederholt
ein- und ausschaltet,
um über
der Sekundärwicklung
eine entsprechende Spannung zu induzieren, die von der Diode 15H zum
Laden des Kondensators 16H gleichgerichtet wird. Die Starterversorgungsschaltung 20H enthält eine
Nebenwicklung 22H, die mit der Primärwicklung 11H magnetisch
gekoppelt ist, um eine Spannung zu induzieren, die von der Diode 24H zum
Laden des Kondensators 25H gleichgerichtet wird. Der Kondensator 25H wirkt
somit zusätzlich
zum Kondensator 16H, um die erhöhte Spannung zum Laden des
Kondensators 64H an den Starter 60H zu liefern.
Dies hat zur Folge, daß der
Kondensator 25H kleiner ausgeführt werden kann und weniger
Spannung akkumuliert als der entsprechende in den vorigen Ausführungsbeispielen
verwendete Kondensator.
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Die
Verbindungsstelle zwischen den Kondensatoren 25H und 16H ist
geerdet, so daß nur
ein Teil der erhöhten
Spannung, d.h. nur die Spannung des Kondensators 25H, einen
Kurzschluß strom
auslösen
kann, wenn eine geerdete Person den einzelnen Anschluß X3 berühren sollte.
Die Gefahr eines elektrischen Schlages kann somit unter diesen Umständen gemindert
werden verglichen mit dem Fall, in dem der Kondensator 16H auf
der anderen Seite geerdet ist, wodurch der entsprechende Kurzschlußstrom aus
der Kombination der Kondensatoren 25H und 16H fließen würde.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist zwischen dem Wandler 10H und dem Wechselrichter 40H anstelle
des in den vorigen Ausführungsbeispielen
verwendeten Spannungsteilers ein Strommeßwiderstand 7 vorgesehen.
Der Widerstand 7 führt
den Lampenstrom an die Leistungssteuerung 50H, damit die
Leistungssteuerung 50H daraufhin die Entladungslampe auf
der Grundlage des überwachten Lampenstromes
zünden
und betreiben sowie eine Fehlzündung
der Entladungslampe ermitteln und den Sperrimpuls, der angibt, daß die Entladungslampe nicht
angeschlossen oder beschädigt
ist, abgeben kann. Zwischen dem Wechselrichter 40H und
den Anschlüssen
X1 und X2 ist ein Filter 70 vorgesehen.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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13 zeigt
ein Vorschaltgerät
gemäß einem
fünften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
das mit dem ersten Ausführungsbeispiel
bis auf die Tatsache identisch ist, daß ein Kondensator 16J des
Wandlers 10J auf seiner positiven Seite geerdet ist. Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugsziffern mit dem Zusatzbuchstaben "J" bezeichnet. Der Wandler 10J enthält einen
Transformator mit einer Primärwicklung 11J und
einer Sekundärwicklung 12J,
die von der Primärwicklung
elektrisch isoliert, aber mit dieser magnetisch gekoppelt ist. Die
Primärwicklung 11J ist
parallel zur Gleichstromquelle 1 mit einem Schalter 14J in
Reihe geschaltet, während
der Kondensator 16J parallel zur Sekundärwicklung 12J mit einer
Diode 15J in Reihe geschaltet ist. Der Schalter 14J wird
durch die Leistungssteuerung 50J derart gesteuert, daß dieser
wiederholt ein- und ausschaltet, um über die Sekundärwicklung eine
entsprechende Spannung zu induzieren, die von der Diode 15J zum Laden
des Kondensators 16J gleichgerichtet wird. Die Starterversorgungsschaltung 20J enthält eine Nebenwicklung 22J,
die mit der Primärwicklung 11J magnetisch
gekoppelt ist, um eine Spannung zu induzieren, die von der Diode 24J zum
Laden des Kondensators 25J gleichgerichtet wird. Die Verbindung zwischen
Diode 15J und Kondensator 16J ist geerdet, so
daß der
Kondensator 25J mit dem Kondensator 16J in Gegenreihe
geschaltet sein kann. Wenn daher eine geerdete Person den Anschluß X3 berühren sollte,
würde nur
die Kapazität
des Kondensators 25J abzüglich der des Kondensators 16J zum
Stromfluß durch
die Person führen,
wodurch die Gefahr eines elektrischen Schlages entsprechend reduziert wird.
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Das
Vorschaltgerät
dieses Ausführungsbeispiels
enthält
außerdem
einen Hilfsstarter 80 zwischen dem Wandler 10J und
dem Wechselrichter 40J. Dieser Hilfsstarter 80 beinhaltet
eine parallel zum Kondensator 16J geschaltete Reihenschaltung aus
einem Widerstand 81, einer Diode 82 und einem Kondensator 83 sowie
einen Widerstand 84, der zur Reihe des Widerstands 81 und
der Diode 82 parallel geschaltet ist. Der auf diese Weise
konfigurierte Hilfsstarter 80 hat die Funktion, beim Entladen
der Entladungslampe Kapazität
des Kondensators 83 freizusetzen, wodurch das Zünden der
Entladungslampe erleichtert wird.
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Obwohl
in den obigen Ausführungsbeispielen
und Ausgestaltungen während
des Zündzeitraums
die Transistoren 41 und 42 angeschaltet und die
Transistoren 43 und 44 ausgeschaltet waren, ist es
möglich,
die Transistoren 41 und 42 abwechselnd mit den
Transistoren 43 und 44 ein- und auszuschalten,
vorausgesetzt, der Transistor 42 wird auf den Sperrimpuls
hin ausgeschaltet, d.h., wenn festgestellt wird, daß die Entladungslampe
während
dieses Zeitraums nicht zündet.
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Obwohl
in den obigen Ausführungsbeispielen
und Abwandlungen ein Gleichspannungswandler vom Typus Sperrwandler
verwendet wurde, lassen sich andere Typen von Gleichspannungswandlern
in gleicher Weise einsetzen, wie sie in den 14 und 15 dargestellt
sind. Der in 14 dargestellte Wandler weist
eine Reihenschaltung aus einer Induktionsspule 91 und einem
Schalttransistor 92 auf, die parallel zur Gleichstromquelle 1 geschaltet
ist, sowie einen Kondensator 94, der parallel zum Transistor 92 in
Reihe mit einer Diode 93 geschaltet ist. Der Kondensator 94 liefert
an den Wechselrichter 40 eine Ausgangsspannung. Der Wandler
der 15 weist eine parallel zur Gleichstromquelle 1 geschaltete Reihenschaltung
bestehend aus einem Schalttransistor 95 und einer Diode 96 auf
sowie einen Kondensator 98, der parallel zur Diode 96 mit
einer Induktionsspule 97 geschaltet ist. Der Kondensator 98 liefert eine
Ausgangsspannung an den Wechselrichter 40.