DE102008004787A1

DE102008004787A1 - Zündgerät mit zwei Eingangspolen

Info

Publication number: DE102008004787A1
Application number: DE102008004787A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Franz Dipl.-Ing. Mertens; Tobias Schulte; Reinhard Schauerte
Original assignee: Bag Electronics GmbH
Current assignee: Bag Electronics GmbH
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2009-07-23
Also published as: EP2232954B1; WO2009090147A1; RU2451432C2; RU2010134369A; CN101946565B; PL2232954T3; US8330396B2; ES2374699T3; US20110115398A1; ATE526813T1; EP2232954A1; ZA201004825B; CN101946565A

Abstract

Um den Verdrahtungsaufwand bei herkömmlichen Zündgeräten für Gasentladungslampen zu vermindern, wird eine Zündschaltungsanordnung vorgeschlagen, bei welcher der Lampe zur Bereitstellung einer Wechselstrom-Versorgungsspannung (UN) eine Versorgungsschaltung zugeordnet ist, die zumindest eine seriell zur Gasentladungslampe angeordnete Drossel aufweist, und wobei die Zündschaltungsanordnung umfasst: einen Zündübertrager, welcher primärseitig mit einer Zündauslöseschaltung verbunden und sekundärseitig zur Übertragung eines Zündimpulses mit der Lampe verbindbar ist; eine Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung; ein erstes Schaltermittel in der Zündauslöseschaltung; eine elektronische Steuereinrichtung, welche das erste Schaltermittel ansteuert. Die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass diese versorgungsseitig einen Eingangsanschluss aufweist, der in der Versorgungsschaltung der Lampe zwischen der Drossel und der Lampe anschließbar ist und ein Mittel vorgesehen ist zum Nachbilden des Phasenverlaufs einer Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe während und/oder nach dem Zünden der Lampe, insbesondere zur Ermittlung eines Nulldurchgangs der Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe während und/oder nach dem Zünden der Lampe. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Zündschaltungsanordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltungsanordnung zum Zünden einer Gasentladungslampe, insbesondere zum Zünden einer Hochdruckgasentladungslampe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Zünden einer solchen Lampe.
Herkömmliche Schaltungsanordnungen zum Zünden einer Gasentladungslampe, der zur Bereitstellung einer Wechselstromversorgungsspannung eine Versorgungsschaltung zugeordnet ist, die zumindest eine seriell zur Gasentladungslampe angeordnete Drossel aufweist, sind als Überlagerungszündschaltungen ausgelegt. Eine solche Zündschaltung ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 19531622 offenbart. Diese umfasst einen Impulstransformator, dessen Sekundärseite zur Übertragung eines Zündimpulses mit der Lampe verbindbar ist und dessen Primärseite mit einer den Zündimpuls auslösenden Zündauslöseschaltung verbunden ist. Dabei umfasst die Zündauslöseschaltung eine Eingangsenergiequelle sowie ein erstes Schaltermittel, das mittels einer elektronischen Steuereinrichtung gesteuert wird.
Die Zeitablaufsteuerung des Zündvorgangs, insbesondere die Erzeugung der Zündimpulse wird dabei an die Phasenlage der Wechselstromversorgung gekoppelt um sicherzustellen, dass die Zündimpulse zu solchen Zeiten erzeugt werden bei welchen die Lampe aufgrund der momentanen Versorgungsspannung zünden und brennen kann. Darüber hinaus ist bei herkömmlichen Zündschaltungsanordnungen teilweise auch vorgesehen nach der Erzeugung erster Zündimpulse abgestimmt auf die Wechselstromversorgung weitere Zündimpulse zu erzeugen oder auch andere, den Zündvorgang unterstützende Vorgänge einzuleiten.
Insofern besteht während oder kurz nach dem Zünden bei herkömmlichen Zündschaltungsanordnungen der Bedarf, die momentane Phasenlage der Versorgungsspannung zu erfassen, damit wie beschrieben der Zündvorgang daran angepasst werden kann.
Zu diesem Zweck weisen herkömmliche Zündschaltungsanordnungen in der Regel zumindest drei Eingänge auf, welche direkt an die Phase der Wechselstromversorgung, an den Ausgang der Drossel beziehungsweise an den Nullleiter der Versorgung angeschlossen werden. Das Beschriebene gilt für den Anschluss an ein herkömmliches Einphasen-Netz. Wird die Lampe und damit die Zündschaltungsanordnung an einem Mehrphasen-Netz betrieben, wird dem entsprechend der erste Eingangsanschluss der herkömmlichen Zündschaltungsanordnung mit dem L1-Anschluss des Netzes, der zweite Eingangsanschluss der Zündschaltungsanordnung mit dem Ausgang der Drossel und der dritte Eingangsanschluss der Zündschaltungsanordnung mit dem L2-Anschluss der Versorgung verbunden. In beiden Fällen ist damit die Phase der Versorgungsspannung abtastbar, so dass eine zeitlich auf die Netzspannung angepasste Zündsteuerung bereitgestellt werden kann.
4a zeigt eine solche herkömmliche Zündschaltungsanordnung zur Zündung einer Entladungslampe, welche drei Eingänge B, L, N aufweist. An den Eingangsklemmen L, N liegt die Netzspannung UN an, wobei die Lampendrossel 110 der Eingangsklemme B vorgeschaltet ist. Der L-Eingang des herkömmlichen Zündgeräts 100 dient einerseits zur Versorgung der internen Steuerschaltung und zum anderen zum Abtasten der Versorgungsspannung, damit der Zündvorgang mit der Netzspannung synchronisiert werden kann. Ausgangsseitig weist das Zündgerät 100 zwei Klemmen auf, an welche die Entladungslampe 3, beispielsweise eine Hochdruckgas entladungslampe angeschlossen wird.
Insbesondere bei solchen Anwendungen, bei welchen die jeweiligen Lampen entfernt zur Drossel der Versorgungsschaltung angeordnet sind, weist diese Anordnung mit einer herkömmlichen Zündschaltung Nachteile auf.
Den Verdrahtungsaufwand bei der Verwendung eines solchen herkömmlichen Zündgerätes ist in 4b am Beispiel einer Flutlichtanlage gezeigt. Üblicherweise ist die Lampendrossel 110 in einem Verteilerschrank 105 angeordnet, welcher in der Regel beabstandet zum Leuchtenmast 120 platziert ist und in dem die Versorgungsschaltung der Lampe an die Netzspannung angeschlossen ist. Dabei können der Verteilungsschrank und die Zündschaltung ohne weiteres eine Entfernung von über 100 m aufweisen. Der Mast trägt ein Lampenarray 130, das zugeordnete Zündgerät ist in direkter Nachbarschaft zu den Lampen angeordnet. Wie sich aus der beschriebenen Darstellung ergibt, muss die Leitung 140 zwischen dem Verteilerschrank und der Leuchte 130 dreipolig ausgebildet sein, da das herkömmliche Zündgerät einen Drosselanschluss sowie die Eingangklemmen L, N für die Netzspannung U_N aufweist.
Der Umstand, dass herkömmliche Zündschaltungsanordnungen in der Regel drei Eingangsanschlüsse aufweisen, bedeutet demnach einen hohen Verkabelungsaufwand.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, denn beschriebenen Nachteil herkömmlicher Zündschaltungsanordnungen für Gasentladungslampen, insbesondere für Hochdruck-Gasentladungslampen zu beheben bzw. zumindest zu vermindern.
Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise vorrichtungsseitig schon durch eine Zündschaltungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass diese versorgungsseitig in der Versorgungsschaltung der Lampe zwischen der Drossel und der Lampe anschließbar ist und ein Mittel vor gesehen ist zum Nachbilden des Phasenverlaufs einer Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe während und/oder nach dem Zünden der Lampe, insbesondere zur Ermittlung des Null-Durchgangs der Wechselstrom-Versorgungsgröße. Dabei kann diese Wechselstrom-Versorgungsgröße die Netzspannung oder der Netzstrom sein.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Zündschaltungsanordnung kann eine direkte Kopplung der Zündschaltung an die Wechselstromversorgung entfallen, da die Zündschaltungsanordnung versorgungsseitig innerhalb der Versorgungsschaltung der Lampe zwischen der Drossel und der Lampe anschließbar ist und darüber hinaus der zeitliche Verlauf der Wechselstromversorgung mit entsprechenden Mitteln simuliert werden kann. Durch den Wegfall des L-Anschlusses an der erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung kann eine Leitung eingespart werden, beispielsweise zwischen einem Verteilungsschrank, in welchem die Versorgungsdrossel angeordnet ist und einem Flutlichtmasten, an welchem die Lampen und die zugeordnete Zündschaltungsanordnung angeordnet sind.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es kann zweckmäßig sein, wenn ein Mittel zum Erfassen des momentanen Wertes einer Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe, insbesondere einer Spannung oder eines Stroms an einem Erfassungspunkt in der Versorgungsschaltung vorgesehen ist, welcher zwischen der Drossel und der Lampe liegt. Zweckmäßigerweise ist dabei das Erfassungsmittel signalausgangsseitig mit einem Signaleingang der Steuereinrichtung verbunden, so dass Letztere das Signal verarbeiten kann. Mit dem Erfassungsmittel kann beispielsweise vor dem Zünden der Lampe die Phasenlage der Netzspannung erfasst werden, wobei diese ermittelte Phasenlage nach oder während dem Zünden der Lampe dann zur zeitlichen Steuerung des Zündvorgangs verwendet werden kann. Darüber hinaus können mit dem Erfassungsmittel auch während des Zündvor gangs aktuelle Betriebsparameter wie die Lampenspannung oder der Lampenstrom ermittelt werden.
Um die Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung bei der erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung bereit zu stellen, kann vorgesehen sein, dass in der Versorgungsschaltung der Lampe zwischen der Drossel und der Lampe eine Versorgungsleitung der Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung angeschlossen ist. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass die Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung durch die Steuereinrichtung steuerbar ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn ein die Gasentladungslampe überbrückender Strompfad zum Laden der Drossel vorgesehen ist, wobei der Strompfad ein durch die Steuereinrichtung angesteuertes zweites Steuermittel umfasst. Durch diese vorrichtungsseitige Gestaltung kann über die eigentliche Wechselstromversorgung der Lampe hinaus eine zusätzliche elektrische Versorgung der Lampe während des Zündvorgangs bereit gestellt werden, so dass die Entladung in der Lampe häufig schon beim ersten Zündversuch mit einer höheren Wahrscheinlichkeit erzeugt und aufrecht erhalten werden kann. Dabei wird vorteilhafterweise die Ansteuerung des zweiten Schaltermittels mit dem nachgebildeten Phasenverlauf der Wechselstromversorgungsgröße synchronisiert.
Um eine Versorgung der elektronischen Steuereinrichtung unabhängig vom Betriebszustand der Lampe bereit zu stellen, kann es zweckmäßig sein, wenn eine Versorgungsleitung der elektronischen Steuereinrichtung in der Versorgungsschaltung der Lampe zwischen Drossel und Lampe anschließbar und mit einer die Steuereinrichtung speisenden Umrichterschaltung verbunden ist. Diese Umrichterschaltung kann zweckmäßigerweise eingerichtet sein, die vor dem Zünden der Lampe anliegende Netzspannung als auch die nach dem Zünden anliegende, vom Lampenbetrieb abhängige Spannung, in eine vorgegebene, konstante Versorgungsspannung der Steuereinrichtung umzuwandeln.
Wie schon erläutert kann es zweckmäßig sein, wenn die Drossel zur Unterstützung des Zündvorgangs zusätzliche elektrische Energie bereit stellt. Hierzu kann es zweckmäßig sein, wenn der zweite Schalter nach dem Zünden der Lampe zum Schließen angesteuert ist, wenn die nachgebildete Wechselstromversorgungsgröße etwa den Null-Durchgang erreicht und danach vor Ablauf einer Viertelperiode wieder zum Öffnen angesteuert ist. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn 10 bis 20 Grad vor oder nach Erreichen des Null-Durchgangs der zweite Schalter zum Schließen, höchst zweckmäßigerweise 0 bis 10 Grad vor oder nach Erreichen des Null-Durchgangs der zweite Schalter zum Schließen angesteuert ist. Idealerweise wird der zweite Schalter nach dem Zünden der Lampe zum Schließen etwa 0 bis 5 Grad vor oder nach Erreichen des Null-Durchgangs angesteuert. Die Steuerung des Schalters ist demnach mit der nachgebildeten Wechselstromversorgungsgröße, beispielsweise mit der nachgebildeten Netzspannung synchronisiert.
Es hat sich als zweckmäßig heraus gestellt, wenn der zweite Schalter nach dem Zünden der Lampe über mehrere Perioden im Bereich des Nulldurchgangs der nachgebildeten Wechselstrom-Versorgungsgröße jeweils zum Schließen und vor Ablauf einer Viertelperiode zum Öffnen angesteuert ist. In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform kann der zweite Schalter wie beschrieben über bis zu 20 Perioden derartig angesteuert werden.
Zweckmäßigerweise kann das Mittel zum Nachbilden des Phasenverlaufs der Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe einen einstellbaren Frequenzgenerator umfassen, der beispielsweise signalseitig mit der Steuereinrichtung verbunden oder in dieser integriert ist. Zweckmäßigerweise kann die Taktfrequenz des Generators vor dem eigentlichen Zündvorgang auf die Netzfrequenz eingestellt und der Generator mit der Netzspannung synchronisiert werden, so dass der Generator während bzw. nach dem Zündvorgang an seinem Ausgang eine Nachbildung der Netzspannung bereit stellt. In diesem Zeitraum, in welchem die Versorgungsspannung der Lampe durch das erfindungsgemäße Zündgerät nicht gemessen werden kann, ist trotzdem sichergestellt, dass die Steuerung des Zündvorgangs mit der Versorgungsspannung der Lampe, d. h. mit der Netzspannung synchronisiert werden kann.
Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung genau zwei, mit unterschiedlichen Eingangspotentialen zu verbindende Eingangsanschlüsse aufweisen, der bei herkömmlichen Zündschaltungsanordnungen vorzusehende L-Anschluss kann entfallen. Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, wenn die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung auch nur zwei ausgangsseitige Anschlüsse aufweist, an welche die Lampe anschließbar ist.
Verfahrensseitig löst die Erfindung die obige Aufgabe mit einem Verfahren zum Zünden einer Gasentladungslampe mit den Merkmalen von Anspruch 10. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Zündschaltungsanordnung versorgungsseitig zwischen der Drossel und der Lampe angeschlossen wird, wobei während und/oder nach dem Zünden der Lampe der Phasenverlauf einer Wechselstrom-Versorgungsgröße, insbesondere die an der Versorgungsschaltung anliegende Wechselspannung nachgebildet wird, z. B. Null-Durchgänge der Wechselstrom-Versorgungsgröße ermittelt werden und die Zeitablaufsteuerung des Zündvorgangs in Abhängigkeit des nachgebildeten Phasenverlaufs der Wechselstrom-Versorgungsgröße gesteuert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren muss zur Steuerung des Zündvorgangs die Netzspannung, mit welcher die Versorgungsschaltung der Lampe betrieben wird, nicht direkt abgetastet werden, da die nachgebildete Versorgungsgröße hierzu bereit steht.
Beispielsweise kann die Erzeugung eines Zündimpulses mit der nachgebildeten Wechselstromversorgungsspannung synchronisiert werden, derartig dass der Zündimpuls erzeugt wird, wenn der Momentanwert der Versorgungsspannung oberhalb der Lampenbrennspannung liegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich das erfindungsgemäße Verfahren automatisch an die jeweilige Frequenz des Versorgungsnetzes der Entladungslampe anpasst. Hierzu kann vorgesehen sein, dass vor dem Zünden der Lampe die Frequenz der Wechselstrom-Versorgungsspannung abgetastet wird. Diese Abtastung kann vor dem Zünden der Lampe an einem Messpunkt erfolgen, der zwischen der zueinander in Reihe angeordneten Drossel und der Lampe vorgesehen ist, da dann kein Lampenstrom fließt und insofern der Sinus der Versorgungsfrequenz unverfälscht versorgungsseitig auch hinter der Drossel abgetastet werden kann. Mit dem gleichen Vorteil kann es auch zweckmäßig sein, vor dem Zünden der Lampe die Phasenlage einer Wechselstrom-Versorgungsgröße, beispielsweise die Phasenlage der Netzspannung abzutasten. Auch hier kann aufgrund des fehlenden Lampenstroms vor dem Zünden der Lampe die Versorgungsspannung zwischen Lampe und Drossel abgegriffen werden, so dass die ansonsten notwendige L-Leitung zwischen der Zündschaltungsanordnung und dem die Versorgungsdrossel aufnehmenden Verteilerschrank entfallen kann.
Zweckmäßigerweise kann die abgetastete Phasenlage der Wechselstrom-Versorgungsgröße, insbesondere der Wechselstrom-Versorgungsspannung sowie die abgetastet Frequenz genutzt werden, um die Wechselstrom-Versorgungsgröße nachzubilden, so dass diese Nachbildung dann zur Steuerung des Zeitablaufs des Zündvorgangs zur Verfügung steht. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn ein Frequenzgenerator gestartet wird, der mit der Frequenz der Wechselstrom-Versorgungsspannung betrieben wird, wobei der Frequenzgenerator vor dem Zünden der Lampe mit der Phasenlage der Wechselstrom-Versorgungsgröße, insbesondere mit dem Null-Durchgang der Wechselstrom-Versorgungsgröße synchronisiert wird. Hierzu wird zweckmäßigerweise der Frequenzgenerator mit der abgetasteten Phasenlage und der Frequenz der Wechselstrom-Versorgungsgröße angesteuert, so dass der Ausgang des Frequenzgenerators eine Nachbildung der Wechselstrom-Versorgungsgröße, insbesondere der Versorgungsspannung abgibt, wobei die Nachbildung Wechselstrom-Versorgungsgröße für die Zeitablaufsteuerung des Zündvorgangs verwendet wird.
Neben der Synchronisation der Zündimpulse an die nachgebildete Wechselstrom-Versorgungsgröße bzw. deren Phasenlage können darüber hinaus auch andere Vorgänge während des Zündens der Lampe mit der nachgebildeten Wechselstrom-Versorgungsgröße synchronisiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der Begriff „synchronisieren" allgemein das zeitliche Aufeinander-Abstimmen von Vorgängen bezeichnet. Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, wenn zur Unterstützung des Zündvorgangs vor der Erzeugung eines Zündimpulses eine in der Versorgungsschaltung seriell zur Lampe angeordnete Drossel aufgeladen wird und zumindest ein Teil der in der Drossel gespeicherten Energie beim Zündvorgang der Wechselstromversorgung der Lampe überlagert wird. Dabei wird zweckmäßigerweise auch der Beginn bzw. das Ende der Aufladung der Drossel an den nachgebildeten Verlauf der Wechselstrom-Versorgungsgröße angepasst bzw. mit diesem synchronisiert. Hierzu kann es zweckmäßig sein, wenn während und/oder nach dem Zünden der Lampe ein Ladepfad für die Drossel geschaltet wird, wenn der Momentanwert der nachgebildeten Wechselstrom-Versorgungsgröße einen vorgegebenen Wert, insbesondere den Wert Null erreicht, und innerhalb einer Viertelperiode wieder geöffnet wird.
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einiger Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei
1 in einer Blockschaltdarstellung eine erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung mit zwei Eingangs- und zwei Ausgangspolen,
2 eine erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung in einer Detaildarstellung,
3 eine Oszillograph-Darstellung einer realen Versorgungsspannung und der in der erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung nachgebildeten Versorgungsspan nung;
4a in einer Blockschaltdarstellung eine herkömmliche mit drei Eingangs- und zwei Ausgangspolen, und
4b den Verdrahtungsaufwand für eine Flutlichtanlage bei der Verwendung einer herkömmlichen Zündschaltungsanordnung
zeigt.
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Zündgerät 1 zeigt 1. Wie dargestellt weist es nur zwei Eingangsklemmen auf, namentlich zur Verbindung mit der Lampendrossel 10 sowie mit dem N-Leiter der Wechselstromversorgung. Da die Verbindung mit dem L-Leiter der Wechselstromversorgung entfällt, kann bei der in 4b für ein herkömmliches Zündgerät dargestellten Verdrahtung die Leitung 140 statt dreipolig, zweipolig ausgebildet sein.
2 zeigt die erfindungsgemäß ausgebildete Zündschaltungsanordnung in einer detaillierteren Darstellung. Eingangsseitig weist sie die Eingangsklemmen B, N auf. Die Lampendrossel 10 ist in der beschriebenen Ausführungsform außerhalb des Zündgeräts zwischen der Eingangsklemme L der Wechselstromversorgung und der Eingangsklemme B des Zündgeräts 1 angeschlossen. Ausgangsseitig weist das Zündgerät 1 wiederum zwei Klemmen LP, N auf, an welche die Lampe 3 angeschlossen ist.
Die Zündschaltungsanordnung umfasst einen Zündübertrager 20, welcher mit seiner Primärwicklung 21 Teil einer Zündauslöseschaltung ist, die als wesentliche Bestandteile einen steuerbaren Gleichrichter 31 als Eingangsenergiequelle, die primärseitige Spule 21 sowie den Schalter 40 aufweist. Sowohl die Eingangsenergiequelle 31 als auch der Schalter 40 werden durch einen Controller 50 mittels der Steuerleitungen ST1 bzw. ST2 angesteuert. Der Controller 50 stellt den Ausgang der Eingangsenergiequelle 31 ein und initiiert das Erzeugen eines Impulses in der Zündauslöseschaltung durch das Schließen des Schalters 40.
Die primärseitige Spulenwicklung 21 ist über den Zündübertrager 23 an die sekundärseitige Spulenwicklung 22 gekoppelt, welche zur Übertragung und Transformation des Impulses dient und mit der Lampe und der Drossel 10 in Reihe geschaltet ist. Demnach umfasst die Versorgungsschaltung der Lampe in der beschriebenen Ausführungsform die Reihenschaltung der Drossel 10, der sekundärseitigen Spulenwicklung 22 und die Lampe selbst.
Die Eingangsenergiequelle 31 der Zündauslöseschaltung ist in der beschriebenen Ausführungsform mit dem Eingang B des Zündgeräts 1 gekoppelt, d. h. mit dem Ausgang der Drossel 10. Die als steuerbarer Gleichrichter 31 ausgebildete Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung (31, 21, 40) ist so dimensioniert, dass sie die notwendige Energie zur Erzeugung des Zündimpulses bereit stellen kann. In ähnlicher Weise ist der Umrichter 32 mit dem Eingang B der Zündschaltungsanordnung verbunden, welcher die Betriebsversorgung für den Controller 50 bereit stellt.
Der Controller 50 tastet mit der Sensorleitung SL1 zwischen der Drossel 10 und der Lampe, in der beschriebenen Ausführungsform an der Klemme B die Momentanspannung ab und mit der Sensorleitung SL2 den Momentanstrom, beispielsweise den fließenden Lampenstrom IL, nachdem die Lampe gezündet hat.
Darüber hinaus weist die in 2 dargestellte Zündschaltungsanordnung einen die Lampe 3 überbrückenden Strompfad (V3, V4) auf, mit dem unabhängig von der Lampe und der Auslöseschaltung die Drossel 10 durch Betätigung des Schalters 61 mittels der Netzspannung U_n aufladbar ist. Hierzu ist der Controller 50 über den Steuerausgang ST3 mit dem Gate des Schalters 61 verbunden.
Darüber hinaus ist eine Parallelschaltung eines Kondensators C3 zur Lampe 3 vorgesehen, welche als Hochfrequenz-Rückschluss kondensatoreinrichtung dient, um die Drossel 10 nicht mit dem Hochspannungszündimpuls zu belasten. Darüber hinaus wird vor der Zündung und nach Ladung der Drossel 10 ein Teil der dort gespeicherten Energie in den Kondensator C3 umgeladen, wobei diese zusätzliche Energie zur Unterstützung des Aufbaus der Entladung in der Lampe 3 während des Zündvorgangs dient.
Die Funktionsweise der in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung soll im Folgenden beschrieben werden. Wie schon oben stehend erläutert wird sowohl der Controller 50 als auch die Eingangsenergiequelle 31 der Zündauslöseschaltung nicht direkt über die Netzversorgungsspannung L betrieben, sondern über einen Anschluss in der Versorgungsschaltung der Lampe, der zwischen der Drossel 10 und der Lampe 3 angeordnet ist. Dieser Anschluss ist in der beschriebenen Ausführungsform am Ausgang der Drossel 10 angeordnet, der zur Lampe 3 gerichtet ist. Das an diesem Ausgang vorliegende Potential wird erfindungsgemäß zur elektrischen Versorgung der Zündschaltungsanordnung verwendet.
Die Netzspannung bzw. deren Phasenlage ist über die Sensorleitung SL1 nur abtastbar, solange die Lampe 3 noch nicht gezündet ist. Nach dem Zünden erfasst SL1 im Wesentlichen die Lampenspannung der Entladungslampe. Zur Steuerung des gesamten Zündvorgangs werden jedoch Informationen über die Phasenlage der Netzspannung benötigt, insbesondere Information über den Null-Durchgang der Netzspannung. Zu diesem Zweck bildet in der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung der Controller 50 die Phasenlage der Versorgungsspannung nach.
Hierzu wird zuerst vor dem Zünden der Lampe über die Leitung SL1 vom Controller die Netzfrequenz abgetastet und ein interner Frequenzgenerator des Controllers 50 mit der erfassten Netzfrequenz betrieben. Danach erfolgt eine Synchronisation der internen, nachgebildeten Versorgungswechselgröße mit der über die Sensorleitung SL1 abgetasteten Netzspannung. Die Netzspannung U_n, beispielsweise eine sinusförmige Wechselspannung mit 50 Hz, wird vollsynchron im Controller 50 nachgebildet, so dass der interne Frequenzgenerator eine entsprechende 50 Hz Sinusfrequenzschwingung abgibt, die zu jedem Zeitpunkt mit der Netzschwingung übereinstimmt.
Danach kann der eigentliche Zündvorgang gestartet werden. In der in 2 dargestellten Ausführungsform wird zur Unterstützung des Zündvorgangs die Lampendrossel 10 über einen vorgegebenen Zeitraum und damit mit einer vorgegebenen elektrischen Energie aufgeladen, indem der Schalter 61 zum Schließen des Ladepfades (10, V3, 61) angesteuert wird. Dabei steuert der Controller 50 über die Steuerleitung ST3 das Gate des Schalters 61 an. Es fließt ein Ladestrom über den Schalter 61 in die Drossel 10, welche Energie aufnimmt. Nach dem Erreichen einer vorgegebenen Energiemenge wird der Schalter 61 wieder geöffnet. Nachfolgend kann der Kondensator C3 über das Netz und die vorher in der Drossel 10 gespeicherte Energie aufgeladen werden.
Die zeitliche Steuerung der Ladung der Drossel 10 über den Ladepfad mittels des Schalters 61 sowie die nachfolgende Ladung des Speicherkondensators C3 erfolgt synchron, d. h. in zeitlicher Abstimmung mit der im Controller 50 nachgebildeten Netzspannung U_n. Zu einem Zeitpunkt, zu welchem die im Controller 50 nachgebildete Netzspannung oberhalb der Lampenbrennspannung liegt, wird der Schalter 40 zum einmaligen Schließen und Öffnen über einen Zeitraum von etwa einer Mikrosekunde an- und wieder ausgeschaltet. Hierdurch treibt der als Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung arbeitende Umrichter 31 die Zündauslöseschaltung über die primärseitige Spulenwicklung 21 des Zündübertragers 20, wodurch ein primärseitiger Impuls erzeugt wird. Die Magnetisierung der primärseitigen Spulenwicklung wird über den Zündübertragerkern 23 auf die sekundärseitige Spulenwicklung 22 mit dem Übertragungsverhältnis des Zündübertragers transformiert und der Netzspannung als Zündimpuls überlagert. Ein sekundärseitiger Impuls liegt somit an der Lampe 3 an, so dass diese zünden kann.
Je nach Ausführungsform ist es bei der erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung auch ohne weiteres möglich, mehrere einzelne primärseitige Impulse zeitlich abgestimmt auf die im Controller 50 nachgebildete Wechselstrom-Versorgungsgröße zu erzeugen, um den Zündvorgang der Lampe 3 zu erleichtern. Dabei ist es beispielsweise möglich innerhalb einer Halbperiode der nachgebildeten Netzspannung mehrere Zündimpulse zu erzeugen oder auch jeweils mehrere Zündimpulse innerhalb aufeinander folgender Perioden der im Controller 50 nachgebildeten Wechselstrom-Versorgungsgröße zu erzeugen. Ein solches Vorgehen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der erste Zündimpuls nur eine Teilionisierung des Gases der Entladungslampe 3 erzeugt hat, jedoch noch keine vollständige Entladung.
Darüber hinaus kann über den Controller 50 durch Einstellen der Ladezeit zum gesteuerten Laden der Drossel 10 abhängig von der Dimensionierung der Drossel und des Kondensators C3 die Energie festgelegt werden, welche zusätzlich beim Zündvorgang für die Entladung bereit steht. Insofern sind die verschiedenen Zündparameter in Abhängigkeit von der angeschlossenen Lampe sehr genau einstellbar, was wiederum ein sicheres Zünden der Lampe mit geringst möglichem Energie- und damit Schaltungsaufwand ermöglicht, unabhängig davon, ob die Lampe kalt oder heiß zu zünden ist. Dabei kann das Zündgerät so ausgebildet sein, dass die Steuerung erkennt, wenn eine Heißzündung notwendig ist und stellt darauf hin Zündparameter wie die Schaltzeiten der beiden Schalter 40, 61, die Anzahl der primärseitigen Impulse, die Höhe der Eingangsspannung der Auslöseschaltung, etc, ein.
Die in 2 dargestellte Zündschaltungsanordnung ist eingerichtet, Zündimpulse innerhalb einer positiven Halbwelle der Versorgungsspannung UN zu erzeugen. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zündgerätes werden Zündimpulse zu aufeinander folgenden und benachbarten Halbwellen der nachgebildeten Versorgungsspannung erzeugt.
Ferner hat sich herausgestellt, dass der Zündvorgang dadurch weiter verbessert werden kann, dass der zweite Schalter 61 nach dem Zünden der Lampe zum Schließen angesteuert wird, wenn die nachgebildete Wechselstrom-Versorgungsgröße etwa den Null-Durchgang erreicht und danach vor Ablauf einer Viertelperiode der Schalter 61 wieder zum Öffnen angesteuert wird. Hierdurch kann die Energie, welche zum Starten bzw. Aufrechterhalten des Entladevorgangs in der Lampe 3 zur Verfügung steht, erhöht werden, so dass sich letztlich das Einstellen der Entladung auch unter widrigen Bedingungen vereinfacht. Bei besonders schwierigen Zündbedingungen kann dieser Vorgang auch über mehrere Perioden der im Controller nachgebildeten Versorgungsspannung durchgeführt werden, d. h. das Ansteuern des Schalters 61 zum Schließen wenn die nachgebildete Wechselgröße etwa den Null-Durchgang erreicht und danach zum Öffnen vor Ablauf einer Viertelperiode. Da während des Zündvorgangs an der Sensorleitung SL1 die Netzspannung nicht anliegt, sondern dort in etwa die Lampenspannung abtastbar ist, wird erfindungsgemäß die Zeitsteuerung der Zündphase mit der im Controller 50 nachgebildeten Versorgungsspannung UN synchronisiert, d. h. der Zeitablauf wird an die nachgebildete Wechselgröße angepasst, so dass die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung ohne einen L-Eingang auskommt.
3 zeigt ein Oszillogramm der am Punkt B, siehe 2, abgreifbaren Lampenspannung (CH 2) sowie der im Controller 50 nachgebildete Wechselstrom-Versorgungsgröße (CH 1), welche der Netzspannung UN entspricht. Vor der Aufnahme der Oszillogramme wurde die nachgebildete Wechselstrom-Versorgungsgröße (CH 1) mit der Netzspannung UN synchronisiert. Innerhalb des Zeitraums T1 laufen die nachgebildete Wechselstrom-Versorgungsgröße sowie die an B abgetastete Spannung synchron, d. h. die Lampe 3 brennt in diesem Zeitraum nicht. Der Zeitraum T2 beschreibt den eigentlichen Zündvorgang. Wie aus 4 ersichtlich ist ein Zeitraum von vielen Netzperioden notwendig, bis die Lampe am Ende von T2 stabil brennt. Innerhalb dieses Zeitraums T2 werden die Schalter 40, 61 der erfindungsgemäßen Zündschaltungsanord nung zum Einstellen der Entladung synchron, d. h. zeitlich abgestimmt mit der im Controller 50 nachgebildeten Versorgungsspannung angesteuert. Nach Ablauf des Zeitraums T2 hat sich eine stabile Lampenentladung aufgebaut.

1: Zündschaltungsanordnung/Zündgerät
3: Gasentladungslampe
10: Energiespeicher, Lampendrossel
20: Zündübertrager
21: Primärseitige Spulenwicklung/Spule
22: Sekundärseitige Spulenwicklung/Spule
23: Zündübertragerkern
31: Steuerbarer Gleichrichter
32: Steuerbarer Gleichrichter
40: Erstes Schaltermittel
50: Steuermittel, Controller
61: Zweites Schaltermittel, Feldeffekttransistor
70: Erfassungsmittel für den Momentanwert der Netzspannung
80: Erfassungsmittel für den Ladestrom/Lampenstrom
105: Verteilerschrank
110: Lampendrossel
120: Mast
130: Lampenarray I_L Lampenstrom
140: Dreipolige Leitung
SL1, SL2: Sensorleitung
ST1, ST2, ST3: Steuerleitung
T1: Zeitraum vor dem Zünden der Lampe
T2: Zeitraum nach dem Zünden der Lampe
U_L: Lampenspannung
U_N: Netzspannung (sinusförmig)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19531622 A [0002]

Claims

Zündschaltungsanordnung (1) zum Zünden einer Gasentladungslampe (3), insbesondere zum Zünden einer Hochdruckgasentladungslampe, wobei der Lampe zur Bereitstellung einer Wechselstrom-Versorgungsspannung (U_N) eine Versorgungsschaltung zugeordnet ist, die zumindest eine seriell zur Gasentladungslampe angeordnete Drossel (10) aufweist, wobei die Zündschaltungsanordnung umfasst: – einen Zündübertrager (20), welcher primärseitig mit einer Zündauslöseschaltung (31, 21, 40) verbunden und sekundärseitig zur Übertragung eines Zündimpulses mit der Lampe (3) verbindbar ist; – eine Eingangsenergiequelle (31) für die Zündauslöseschaltung; – ein erstes Schaltermittel (40) in der Zündauslöseschaltung; – eine elektronische Steuereinrichtung (50), welche das erste Schaltermittel (40) ansteuert; dadurch gekennzeichnet, dass die Zündschaltungsanordnung versorgungsseitig einen Eingangsanschluss (B) aufweist, der in der Versorgungsschaltung der Lampe (3) zwischen der Drossel (10) und der Lampe anschließbar ist und ein Mittel vorgesehen ist zum Nachbilden des Phasenverlaufs einer Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe während und/oder nach dem Zünden der Lampe, insbesondere zur Ermittlung eines Nulldurchgangs der Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe während und/oder nach dem Zünden der Lampe.
Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Erfassen des Momentanwertes einer Wechselstrom-Versorgungsgröße (Spannung/Strom) der Lampe an einem Erfassungspunkt in der Versorgungsschaltung, welcher zwischen der Drossel (3) und der Lampe liegt.
Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Versorgungsschaltung der Lampe zwischen der Drossel (10) und der Lampe (3) eine Versorgungsleitung der Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung angeschlossen ist und die Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung durch die Steuereinrichtung steuerbar ist.
Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Gasentladungslampe (3) überbrückender Strompfad (V3, V4) zum Laden der Drossel vorgesehen ist, welcher ein durch die Steuereinrichtung (50) angesteuertes zweites Schaltermittel (61) umfasst.
Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsleitung der elektronischen Steuereinrichtung in der Versorgungsschaltung der Lampe zwischen Drossel und Lampe anschließbar ist und mit einer die Steuereinrichtung speisenden Umrichterschaltung (32) verbunden ist, welche eine vom Lampenbetrieb abhängige Spannung in eine vorgegebene, konstante Versorgungsspannung der Steuereinrichtung (50) umwandelt.
Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schalter nach dem Zünden der Lampe zum Schließen angesteuert ist, wenn die nachgebildete Wechselstrom-Versorgungsgröße (Spannung/Strom) etwa den Nulldurchgang erreicht und danach vor Ablauf einer viertel Periode wieder zum Öffnen angesteuert ist.
Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schalter (61) nach dem Zünden der Lampe über mehrere Perioden im Bereich des Nulldurchgangs der nachgebildeten Wechselstromversorgungsgröße jeweils zum Schließen und vor Ablauf einer viertel Periode zum Öffnen angesteuert ist.
Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Nachbilden des Phasenverlaufs einer Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe einen einstellbaren Generator umfasst.
Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündschaltungsanordnung genau zwei, mit unterschiedlichen Eingangspotentialen zu verbindende Eingangsanschlüsse (B, N) aufweist.
Verfahren zum Zünden einer Gasentladungslampe (3), insbesondere einer Hochdruckgasentladungslampe die im Betrieb mittels einer, eine Lampendrossel (10) umfassenden Wechselstrom-Versorgungsschaltung mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei mittels einer einen Zündübertrager (20) aufweisenden Zündschaltungsanordnung zumindest ein Zündimpuls erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündschaltungsanordnung versorgungsseitig zwischen der Drossel und der Lampe angeschlossen wird, und während und/oder nach dem Zünden der Lampe der Phasenverlauf einer Wechselstrom-Versorgungsgröße der Lampe nachgebildet wird, insbesondere Nulldurchgänge ermittelt werden und die Zeitablaufsteuerung des Zündvorgangs in Abhängigkeit des nachgebildeten Phasenverlaufs der Wechselstrom-Versorgungsgröße gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung eines Zündimpulses mit dem nachgebildeten Phasenverlauf der Wechselstromversorgungsgröße synchronisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zünden der Lampe an einem zwischen Drossel und Lampe angeordneten Messpunkt die Phasenlage einer Wechselstrom-Versorgungsgröße abgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zünden der Lampe an einem zwischen Drossel und Lampe angeordneten Messpunkt die Frequenz der Wechselstrom-Versorgungsspannung abgetastet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Frequenzgenerator gestartet wird, welcher mit der Frequenz der Wechselstrom-Versorgungsspannung betrieben wird, wobei der Frequenzgenerator vor dem Zünden der Lampe mit der Phasenlage einer Wechselstrom-Versorgungsgröße, insbesondere mit einem Nulldurchgang der Wechselstrom-Versorgungsgröße synchronisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass unter Berücksichtigung der vor dem Zünden der Lampe (3) abgetasteten Phasenlage und der Frequenz einer Wechselstrom-Versorgungsgröße ein Frequenzgenerator zum Nachbilden der Phasenlage der Wechselstrom-Versorgungsgröße während und/oder nach dem Zünden der Lampe angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach dem Zünden der Lampe unter Berücksichtigung der nachgebildeten Phasenlage der zeitliche Verlauf eines Momentanwertes einer zeitbehafteten Wechselstrom-Versorgungsgröße, insbesondere der zeitliche Verlauf der Wechselstrom-Versorgungsspannung, nachgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung des Zündvorganges vor der Erzeugung des zumindest einen Zündimpulses eine in der Versorgungsschaltung angeordnete Drossel (10) aufgeladen wird, und zumindest ein Teil der in der Drossel gespeicherten Energie beim Zündvorgang der Wechselstromversorgung der Lampe (3) überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach dem Zünden der Lampe ein Ladepfad für die Drossel geschaltet, wenn der Momentanwert einer nachgebildeten Wechselstrom-Versorgungsgröße einen vorgegebenen Wert, insbesondere den Wert Null erreicht, und innerhalb einer viertel Periode wieder geöffnet wird.