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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Hochdruck-Entladungslampe
und einem elektronischen Vorschaltgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben
einer derartigen Hochdruck-Entladungslampe.
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Stand der
Technik
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In
der Lampentechnik sind Hochdruck-Entladungslampen bekannt, welche
mittels elektronischen Vorschaltgeräten eingestellt und betrieben
werden. Für
fest verdrahtete Installationen werden beispielsweise von der Anmelderin
sogenannte Powertronic-Systeme angeboten, welche im Allgemeinen
für relativ
hohe elektrische Leistungen ausgebildet sind.
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Darüber hinaus
werden ebenfalls von der Anmelderin DULUX EL-Systeme angeboten,
welche Niederdruck-Entladungslampen mit integrierten elektronischen
Vorschaltgeräten
umfassen.
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Darstellung
der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruck-Entladungslampe mit
einer zugeordneten Betriebseinheit kompakt aufzubauen sowie einen
zuverlässigen
und verschleißarmen
Betrieb gewährleisten
zu können.
Des Weiteren ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zu schaffen, mit welchem ein sicherer Betrieb einer derartigen elektrischen
Lampe gewährleistet
werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch eine Anordnung, welche die Merkmale nach Patentanspruch
1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch
15 aufweist, gelöst.
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Eine
erfindungsgemäße Anordnung
umfasst eine Hochdruck-Entladungslampe,
welche mit einem elektronischen Vorschaltgerät betreibbar ist. Das elektronische
Vorschaltgerät
weist eine Schutz- und Überwachungsvorrichtung
auf, wobei die Schutz- und Überwachungsvorrichtung
zur Erfassung von nicht zur Zündung
der Hochdruck-Entladungslampe führenden
Zündversuchen
ausgebildet ist und darüber
hinaus bei einem erfolglosen Zündversuch
das Vorschaltgerät
in einen Sicherheitsmodus überführt. Der
Sicherheitsmodus kann insbesondere durch einen Stand-by-Modus oder
sogar durch ein vollständiges
Deaktivieren des Vorschaltgeräts
gekennzeichnet sein. Dadurch kann ein sicherer und verschleißarmer Betrieb
einer Hochdruck-Entladungslampe ermöglicht werden. Darüber hinaus
kann bei dieser Ausgestaltung auch ein relativ preisgünstiges
Vorschaltgerät
eingesetzt werden. Dies ermöglicht
den Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe mit einem kostenreduzierten
elektronischen Vorschaltgerät, welches
bevorzugt mit einer Schraub- oder Stecksockelverbindung ausgebildet
ist. Eine derartige Hochdruck-Entladungslampe ist als Alternative
zu einer Glühlampe
oder einer Niederdruck-Entladungslampe ausgebildet.
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Der
Sicherheitsmodus ist bevorzugt für
eine vorgebbare Zeitdauer einstellbar. Vorteilhafter Weise ist das
elektronische Vorschaltgerät
nach jedem erfolglosen Zündversuch
in den Sicherheitsmodus überführbar.
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Vorzugsweise
ist das Vorschaltgerät
in die Hochdruck-Entladungslampe integriert. Bevorzugt ist das Vorschaltgerät dabei
in einem Sockel der Hochdruck-Entladungslampe unlösbar angeordnet.
Durch die Integration des Vorschaltgeräts in die elektrische Lampe
kann eine sehr kompakte Ausgestaltung eines Gesamtsystems geschaffen
werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Vorschaltgerät lösbar mit
der Hochdruck-Entladungslampe verbunden ist.
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Der
bevorzugte Bereich der erforderlichen elektrischen Leistung der
Hochdruck-Entladungslampe ist kleiner im Vergleich zu elektrischen
Lampen, welche durch separate elektronische Vorschaltgeräte eingestellt
und betrieben werden. Bevorzugt ist der Leistungsbereich kleiner
30 W, insbesondere kleiner 25 W.
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Der
Sicherheitsmodus ist bevorzugter Weise dadurch charakterisiert,
dass die Temperatur zumindest des elektronischen Vorschaltgeräts reduzierbar ist.
Bevorzugt ist der Sicherheitsmodus solange reaktivierbar, solange
eine für
die Zündung
der Hochdruck-Entladungslampe erforderliche Zündspannung größer einer
von dem Vorschaltgerät
bereitstellbaren Zündspannung
ist. Bevorzugt ist der Sicherheitsmodus nach jedem erfolglosen Zündversuch
reaktivierbar. Es ist gewährleistet,
dass das elektronische Vorschaltgerät während der Zündphase nicht überhitzt und
dadurch nicht beschädigt
oder zerstört
wird. In diesem Sicherheitsmodus kann somit erreicht werden, dass
nach einem erfolglosen Zündversuch
ein weiterer nachfolgender Zündversuch
erst dann ermöglicht
wird, wenn zumindest das elektronische Vorschaltgerät soweit
abgekühlt
ist, dass im Weiteren keine Beschädigung durch einen nachfolgenden Zündversuch
auftritt. Auch bei mehreren erforderlichen Zündversuchen kann dadurch gewährleistet werden,
dass zumindest das elektronische Vorschaltgerät keinem hohen Verschleiß ausgesetzt
sind.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Schutz- und Überwachungsvorrichtung als
Mikroprozessor ausgebildet ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die
Schutz- und Überwachungsvorrichtung
diskrete Bauelemente aufweist oder vollständig aus diskreten Bauelementen
aufgebaut ist.
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Bevorzugter
Weise ist eine maximale Anzahl von nicht zur Zündung führenden Zündversuchen vorgegeben, wobei
bei Erreichen dieser Anzahl die Hochdruck-Entladungslampe als nicht
funktionsfähig erkennbar
ist. Insbesondere ist dies durch die Schutz- und Überwachungsvorrichtung
erkennbar.
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Bei
einer zündunwilligen
herkömmlichen
heißen
Lampe würde
jedoch ein bekanntes elektronisches Vorschaltgerät nach kurzer Zeit zerstört werden,
da die Erzeugung der Hochspannung eine Überlast für verschiedene Bauteile bedeutet.
Gemäß der Erfindung
wird durch die Schutz- und Überwa chungsvorrichtung
genau dies verhindert, da jeder erfolglose Zündversuch erkennbar ist und
das elektronische Vorschaltgerät
eine vorgebbare Zeitdauer in einen sicheren Ruhezustand bzw. den
Sicherheitsmodus versetzbar ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Hochdruck-Entladungslampe zumindest eine weitere Lichtquelle,
welche dann aktivierbar ist, wenn der nicht funktionsfähige Zustand
der Hochdruck-Entladungslampe erkannt ist, wobei dann durch diese
weitere Lichtquelle ein optisches Signal zur Anzeige dieses Defektzustands erzeugbar
ist. Die weitere Lichtquelle ist vorzugsweise als Leuchtdiode ausgebildet
und kann beispielweise zur Erzeugung von Lichtsignalen roter Lichtfarbe ausgebildet
sein. Eine defekte Hochdruck-Entladungslampe kann dann einfach und
eindeutig erkannt werden.
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Vorzugsweise
ist ein nicht zur Zündung
führender
Zündversuch
dadurch erkennbar, dass ein gegenüber dem Betriebsstrom der im
Normalbetrieb brennenden elektrischen Lampe erhöhter Strompegel für zumindest
eine vorgebbare Zeitdauer am Resonanzkreis, der normalerweise Teil
des elektronischen Vorschaltgeräts
ist, anliegt. Die Schutz- und Überwachungsvorrichtung
kann bevorzugt derart ausgebildet sein, dass die Zeitdauer eines
erhöhten Strompegels
erfassbar ist und dann bei Erreichen oder Überschreiten dieser Zeitdauer
das elektronische Vorschaltgerät
in den Sicherheitsmodus überführbar ist.
Ist der erhöhte
Strompegel zumindest für diese
Zeitdauer anliegend und von der Schutz- und Überwachungsvorrichtung erfasst,
so wird der Sicherheitsmodus eingestellt.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass nach einer vorgebbaren Zeitdauer
der am Resonanzkreis anliegende momentane Strompegel erfassbar ist
und mit einem Schwellwert-Strompegel verglichen wird. Falls der
zum dem Zeitpunkt am Ende dieser vorgebbaren Zeitdauer erfasste
Strompegel den Schwellwert-Strompegel übersteigt, ist die Hochdruck-Entladungslampe
als zündunfähig erkannt.
Auch dann erfolgt ein Überführen des
elektronischen Vorschaltgeräts
in den Sicherheitsmodus.
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Vorzugsweise
kann vorgesehen sein, dass diese vorgebbare Zeitdauer, für welche
der Strompegel erfassbar oder der Zeitpunkt nach dem ein Strompegel
erfassbar ist, kleiner 70 ms, insbesondere kleiner 60 ms und vorzugsweise
etwa 50 ms beträgt. Prinzipiell
ist diese Zeitdauer des erlaubten erhöhten Strompegels von den Bauelementen
und deren Auslegung abhängig,
insbesondere im Hinblick auf die Zeitdauer, wie lange das System
geeignet ist, im Resonanzzustand betrieben werden zu können, ohne dass
Funktionsbeeinträchtigungen
oder Beschädigungen
auftreten. Abhängig
davon kann daher die vorgebbare Zeitdauer variieren und somit auch
größere oder
kleinere Werte aufweisen.
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Die
vorgebbare Zeitdauer des Sicherheitsmodus beträgt vorzugsweise zumindest 1,5
s, insbesondere zumindest 2 s und bevorzugt etwa 2,4 s. Auch diese
Zeitdauer kann jedoch auch länger
oder kürzer
sein. Diese Zeitdauer reicht aus, um zumindest das elektronische
Vorschaltgerät
soweit abzukühlen,
dass ein weiterer Zündversuch
erfolgen kann, ohne dass Komponenten des elektronischen Vorschaltgeräts überhitzen
und somit Schaden nehmen.
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Da
die Hochdruck-Entladungslampe sogar für mehrere Minuten zündunwillig
sein kann und daher auch mehrere Zündversuche fehlschlagen können, wird
in besonders bevorzugter Weise zumindest eine Zusatz-Lichtquelle
angeordnet, welche bevorzugt als Leuchtdiode ausgebildet ist, welche
als Notlichtquelle beispielsweise bis zum erfolgreichen Zünden der
Hochdruck-Entladungslampe
aktivierbar ist. Diese Zusatz-Lichtquelle ist somit bevorzugter
Weise dann aktivierbar, wenn die Hochdruck-Entladungslampe für eine vorgebbare
Zeitdauer und/oder eine vorgebbare Anzahl an Zündversuchen nicht zündet. Bevorzugt
ist die Zusatz-Lichtquelle dann aktivierbar, wenn die Hochdruck-Entladungslampe
aufgrund thermischer Bedingungen zündunfähig ist. Die thermischen Bedingungen
sind dabei dadurch charakterisiert, dass eine für die Zündung der Hochdruck-Entladungslampe
erforderliche Zündspannung
größer einer
von dem Vorschaltgerät
bereitstellbaren Zündspannung
ist.
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Die
vorgebbare Anzahl an Zündversuchen ist
dabei bevorzugt geringer als die maximale Anzahl an vorgebbaren
Zündversuchen,
nach deren Erreichen die Hochdruck-Entladungslampe als defekt erkannt
wird. Die Zusatz-Lichtquelle
wird somit bevorzugt dann als Notlichtquelle aktiviert, wenn diese
vorgebbare Anzahl an Zündversuchen
erreicht wird, aber weitere Zündversuche
durchgeführt
werden können,
da die maximale Anzahl der Zündversuche vor
einer Defekterkennung noch nicht erreicht ist. Die vorgebbare Anzahl
von Zündversuchen,
nach denen die Zusatz-Lichtquelle eingeschaltet wird, kann auch Null
sein, wodurch die Zusatz-Lichtquelle unmittelbar mit dem ersten
Zündversuch
der Hochdruck-Entladungslampe aktivierbar ist.
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Die
Zusatz-Lichtquelle kann auch nach der Defekterkennung der Hochdruck-Entladungslampe weiter
eingeschaltet sein. Dann sind die Zusatz-Lichtquelle und die Lichtquelle
zur Anzeige der defekten Hochdruck-Entladungslampe gleichzeitig eingeschaltet.
Bevorzugt ist die Zusatz-Lichtquelle zur Erzeugung weißen oder
grünen
Lichts ausgebildet und unterscheidet sich in der Lichtfarbe von
der Lichtquelle, welche zur Defektanzeige der Hochdruck-Entladungslampe vorgesehen
ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Lichtquelle zur Defektanzeige
und die Lichtquelle zur Notbeleuchtung als eine Lichtquelle ausgebildet
ist, welche situationsabhängig
zur Erzeugung der farblich unterschiedlichen Lichtsignale ausgebildet
ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Zusatz-Lichtquelle nur
dann aktivierbar ist, wenn das Vorschaltgerät im Sicherheitsmodus ist.
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Durch
die vorgeschlagene Anordnung einer Hochdruck-Entladungslampe, welche
bevorzugt ein integriertes elektronisches Vorschaltgerät aufweist, kann
eine energieeffiziente Realisierung des Lampenbetriebs erreicht
werden und zusätzlich
eine kompakte und kostengünstige
Konstruktion ermöglicht
werden. Situationsabhängig
kann dabei deren annähernd
punktförmige
Lichtquelle vorteilhaft sein, wobei dann beispielsweise eine Reflektorlampe
im Vergleich zu einer Kompaktleuchtstofflampe mit ähnlicher
elektrischer Leistung mit kompakteren Abmessungen realisiert werden
kann. Darüber hinaus
kann auch eine sehr hohe Farbwiedergabe mit einem Ra-Wert größer 90 %
ermöglicht
werden.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe, welche
mit einem elektronischen Vorschaltgerät betrieben wird, wird ein
nicht zur Zündung
der Hochdruck-Entladungslampe führender
Zündversuch
von einer Schutz- und Überwachungsvorrichtung
des Vorschaltgeräts
erfasst, wobei das Vorschaltgerät
bei einem erfolglosen Zündversuch
für eine
vorgebbare Zeitdauer in einen Sicherheitsmodus übergeführt wird. Die Überführung des
Vorschaltgeräts
in den Sicherheitsmodus wird dabei durch die Schutz- und Überwachungsvorrichtung
gesteuert und eingestellt. Das Vorschaltgerät kann bevorzugt in einen Stand-by-Modus
geschaltet werden oder sogar ganz deaktiviert werden. Bevorzugt
ist das Vorschaltgerät in
die Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere in einen Sockel dieser,
unlösbar
integriert. Dies ermöglicht
eine kompakte Ausführung
der gesamten Anordnung.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochdruck-Entladungslampe sind als
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung(en)
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Im
Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand schematischer Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Blockbilddarstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung; und
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer Schaltungsanordnung der Hochdruck-Entladungslampe mit einem
integrierten Vorschaltgerät.
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Bevorzugte
Ausführung
der Erfindung
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In 1 ist
in schematischer Blockbilddarstellung ein Prinzipschaltbild einer
Anordnung I dargestellt, welche eine als Hochdruck-Entladungslampe 1 ausgebildete
elektrische Lampe und ein in die Hochdruck-Entladungslampe 1 integriertes
elektronisches Vorschaltgerät 2 aufweist.
Das elektronische Vorschaltgerät 2 ist
in einen Lampensockel (nicht dargestellt) integriert und unlösbar mit
der Hochdruck-Entladungslampe 1 verbunden. Die Hochdruck-Entladungslampe 1 ist
im Ausführungsbeispiel als
niederwattige elektrische Lampe ausgebildet und für einen
Leistungsbereich kleiner 25 W konzipiert.
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Das
integrierte elektronische Vorschaltgerät 2 umfasst in der
gezeigten Blockbilddarstellung einen AC/DC-Wandler 21 und
einen nachgeschalteten Hochfrequenz-Inverter 22. Darüber hinaus
weist das elektronische Vorschaltgerät 2 eine integrierte
Steuer- und Überwachungsvorrichtung 23 auf,
welche zur bidirektionalen Kommunikation zumindest mit dem Hochfrequenz-Inverter 22 ausgebildet
ist. Darüber
hinaus umfasst das elektronische Vorschaltgerät 2 einen Resonanzkreis 24,
welcher mit der Hochdruck-Entladungslampe 1 elektrisch
verbunden ist.
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Die
Anordnung I kann des Weiteren eine nicht gezeigte erste Lichtquelle
aufweisen, welche zur Anzeige einer als defekt erkannten Hochdruck-Entladungslampe 1 ausgebildet
ist. Ferner kann eine nicht gezeigte weitere Zusatz-Lichtquelle vorgesehen
sein, welche als Notlichtquelle ausgebildet ist und beispielsweise
nach einem ersten fehlgeschlagenen Zündversuch aktiviert wird und
solange aktiviert bleibt, bis die Hochdruck-Entladungslampe 1 zündet oder
als defekt erkannt wird.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Schaltungsanordnung dargestellt, welche die Hochdruck-Entladungslampe 1 und
das integrierte elektronische Vorschaltgerät 2 zeigt. Das elektronische
Vorschaltgerät 2 ist
zum direkten Anschluss an eine Netzspannungsversorgung ausgebildet.
Dazu ist das Vorschaltgerät 2 mit
Anschlüssen
L und N verbunden. Im Anschlusspfad L ist eine Sicherung SI geschaltet,
wobei im Anschlusspfad N ein Seitenanschlussdraht SD geschaltet
ist. Die vom Netz bereitgestellte Wechselspannung wird über eine
dem elektronischen Vorschaltgerät 2 zugeordnete
Gleichrichtereinheit, welche die Dioden D10, D11, D12 und D13 enthält, gleichgerichtet.
Darüber
hinaus umfasst das Vorschaltgerät 2 einen
Glättungskondensator
C2.
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Das
elektronische Vorschaltgerät 2 umfasst eine
Steuer- und Überwachungsvorrichtung 23,
welche in der Ausführung
gemäß 2 als
Mikroprozessor IC1 realisiert ist. Der Mikroprozessor IC1 wird über einen
Eingang VCC mit Energie versorgt, wobei die Eingangsspannung des
Mikroprozessors IC1 durch eine Zener-Diode D20 begrenzt und mit
einem Kondensator C20 geglättet
wird.
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Die
gleichgerichtete und geglättete
Netzspannung wird an einem Halbbrückenwandler bereitgestellt,
welcher als wesentliche Komponenten die Transistoren T1 und T2 umfasst.
Darüber
hinaus umfasst das elektronische Vorschaltgerät 2 einen Transformator,
welcher als Primärseite
die Induktivität
bzw. die Komponente RK-A umfasst. Die Sekundärseiten des Transformators
werden durch die Induktivitäten bzw.
die Komponenten RK-B und RK-C realisiert. Der Halbbrückenmittelpunkt
HBM ist über
eine Induktivität
L3, welche eine Lampendrossel darstellt, und einen Kondensator C6
an die Hochdruck-Entladungslampe 2 gekoppelt. Eine Resonanzkapazität umfassend
Kondensatoren C7 und C8, dient zusammen mit der Induktivität L3 zum
Zünden
der Hochdruck-Entladungslampe 2. Darüber hinaus ist ein Kondensator
C5 zur Schaltentlastung der Transistoren T1 und T2 vorgesehen. Der
Mikroprozessor IC1 kann eine Zündspannung
oder hohe elektrische Ströme,
welche aus der Erzeugung der hohen Zündspannung resultieren, über einen
Emitterwiderstand R5, einen Widerstand R21 und den Kondensator C21
erfassen.
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Über Widerstände R1 und
R6 wird ein Kondensator C4 geladen. Wird dann ein Spannungs-Schwellwert
erreicht, bricht ein DIAC durch und die Span nung am Kondensator
C4 wird reduziert. Der dabei erzeugte Strompuls wird als Basisstrom
für den
Transistor T2 bereitgestellt und dieser dadurch eingeschaltet. Bei
eingeschaltetem Transistor T2 kann des Weiteren der Kondensator
C4 über
die Diode D1 weiter entladen werden und ein Strom durch die Komponenten
RK-A, RK-B und RK-C des Transformators fließt. Dadurch wird eine Selbstoszillation
in Gang gesetzt.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird der Emitterstrom eines Transistors T2 als Spannungsabfall über den
Emitterwiderstand R5 gemessen. Dieses Signal bzw. der hier gemessene
Spannungsabfall wird durch ein RC-Glied, umfassend den Widerstand
R21 und den Kondensator C21, direkt in einen Analogeingang PB4 des
Mikroprozessors IC1 eingelesen. Der Mikroprozessor IC1 ist zum Auswerten
dieses Eingangssignals ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist der Mikroprozessor
IC1 derart programmiert, dass für
eine vorgegebene Zeitdauer von etwa 50 ms erhöhte Strompegel im Vergleich
zum Betriebsstrom der brennenden Hochdruck-Entladungslampe 2 möglich sind.
Liegt dieser erhöhte Strompegel
für eine
längere
Zeitdauer als diese 50 ms an, so wird dies vom Mikroprozessor IC1
erfasst und erkannt, dass ein nicht zur Zündung der Hochdruck-Entladungslampe 2 führender
Zündversuch vorliegt.
Das elektronische Vorschaltgerät 2 wird dann
für eine
vorgebbare Zeitdauer von dem Mikroprozessor IC1 in einen Sicherheitsmodus übergeführt. Im
Ausführungsbeispiel
wird das elektronische Vorschaltgerät 2 für eine Zeitdauer
von etwa 2,4 s abgeschaltet.
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Das
Abschalten erfolgt im Ausführungsbeispiel
durch eine Serienschaltung aus einer Schottky-Diode D4 und einem
Niedervolt-MOS-Transistor T3, durch welche die Basisspannung des
Transistors T2 der Leistungshalbbrücke kurzgeschlossen wird. Der
Transistor T3 erhält
sein Steuersignal über
den Ausgang PB0 des Mikroprozessors IC1.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Überwachung des
Transistorstroms anstelle der im Resonanzkreis erzeugten Hochspannung
liegt in der Vermeidung eines ansonsten erforderlichen, entsprechend
hochspannungsfesten Spannungs teilers. Selbstverständlich kann
jedoch auch eine Ausgestaltung vorgesehen sein, bei der ein derartiger
Spannungsteiler vorgesehen ist.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Halbbrückensteuerung in den Mikroprozessor
IC1 integriert ist.