DE102008023596A1

DE102008023596A1 - Vorschaltgerät zum Betrieb einer Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampe an einer Gleichspannungsquelle

Info

Publication number: DE102008023596A1
Application number: DE102008023596A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Daub
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-11-19

Abstract

Vorschaltgerät zum Betrieb einer Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampe (GDL) an einer Wechselspannung mit einem Eingang zum Anschließen des Vorschaltgeräts an eine Gleichspannungsquelle, einem Wechselrichter zum Erzeugen einer Wechselspannung mit einem Transformator, an dessen Sekundärseite eine erzeugte Wechselspannung anliegt, einem Ausgang zum Anschließen der Gasentladungslampe (GDL) an das Vorschaltgerät, einem ersten Kondensator (C1) und einer ersten Drossel (L1), die in Reihe geschaltet zwischen einem ersten Anschluss der Sekundärseite des Transformators und einem ersten Anschluss des Ausgangs angeordnet sind, wobei am Ausgang die Wechselspannung zum Betreiben der Gasentladungslampe anliegt, wobei das Vorschaltgerät ein Mittel (I) zur Erzeugung eines Stromimpulses umfasst, das geeignet und eingerichtet ist, zumindest während und/oder nach der Zündung der Gasentladungslampe (GDL) eine zweite Ausgangsspannung bereitzustellen, die geeignet und eingerichtet ist, den Stromimpuls nach dem Zündimpuls über die an den Ausgang anschließbare Gasentladungslampe (GDL) zu treiben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät zum Betrieb einer Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampe an einer Gleichspannungsquelle mit einem Eingang zum Anschließen des Vorschaltgeräts an die Gleichspannungsquelle. Die Gleichspannungsquelle stellt eine Eingangsspannung bereit. Das Vorschaltgerät weist einen Ausgang zum Anschließen der Gasentladungslampe an das Vorschaltgerät auf. An dem Ausgang wird eine Wechselspannung bereitgestellt. Das Vorschaltgerät weist einen Wechselrichter auf, der aus der am Eingang anliegenden Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt. Der Wechselrichter umfasst einen Transformator, an dessen Sekundärseite die von dem Wechselrichter erzeugte Wechselspannung anliegt. Das Vorschaltgerät weist ferner einen ersten Kondensator und eine erste Drossel auf, die in Reihe geschaltet zwischen einem ersten Anschluss der Sekundärseite des Transformators und einem ersten Anschluss des Ausgangs angeordnet sind. Am Ausgang liegt die Wechselspannung zum Betreiben der Gasentladungslampe an.
Vorschaltgeräte dieser Art sind beispielsweise aus den Druckschriften mit den folgenden Veröffentlichungsnummern bekannt: EP 0 294 605 A3 , EP 0 294 604 B1 , DE 37 15 162 C2 .
Vorschaltgeräte der vorgenannten Art werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet. Ein Nachteil von solchen Vorschaltgeräten ist es mitunter, dass in diese häufig sehr oft gezündet werden müssen, bis ein stabiler Lichtbogen entsteht und die Gasentladungslampe in einem stabilen Betrieb übergeht. Der Übergang vom Zünden des Lichtbogens zum stabilen Bogen ist mitunter zufällig.
Der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, ein Vorschaltgerät der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass nach dem Zünden des Lichtbogens dieser stabilisiert wird und ein Wiederholen des Zündens unnötig wird.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass das Vorschaltgerät ein Mittel zur Erzeugung eines Stromimpulses umfasst. Das Mittel zur Erzeugung des Stromimpulses ist geeignet und eingerichtet zumindest während und/oder nach der Zündung der Gasentladungslampe eine zweite Ausgangspannung bereitzustellen. Diese zweite Ausgangspannung ist in der Lage unmittelbar nach dem Zünden einen Stromimpuls über die an dem Ausgang anschließbare Gasentladungslampe zu treiben. Das Mittel zum Erzeugen des Stromimpulses ist parallel zur Reihenschaltung aus Drossel und Ausgang des Vorschaltgeräts und somit im Betrieb parallel zur Drossel und zu Gasentladungslampe angeordnet.
Mit dem Mittel zur Erzeugung des Stromimpulses ist es möglich, einen zusätzlichen Strom durch die Gasentladungslampe zu treiben, der dem ersten Ausgangsstrom überlagert wird. Die zweite Ausgangspannung treibt sofort nach der Zündung kurzzeitig einen großen Stromimpuls in die Gasentladungslampe. Der Stromimpuls stabilisierte den Lichtbogen und garantiert einen sicheren Übergang von der Zündung in den Dauerbetrieb.
Gemäß der Erfindung kann das Mittel zur Erzeugung des Stromimpulses einen Kondensator aufweisen. Dieser wird nachfolgend als zweiter Kondesator bezeichnet. Der zweite Kondensator ist geeignet und eingerichtet, die elektrische Energie für den Stromimpuls zu speichern. Das Mittel zur Erzeugung des Stromimpulses kann eine Gleichspannungsquelle zum Aufladen des zweiten Kondensators vor der Zündung der Gasentladungslampe aufweisen.
Die Gleichspannungsquelle kann eine Hochspannungskaskade, insbesondere eine Villard-Vervielfacherschaltung aufweisen. Mit einer solchen Hochspannungskaskade kann die die an der Sekundärseite des Transformators bereitgestellte Wechselspannung vervielfacht und gleichgerichtet werden, um als Aufladespannung den Kondensator aufzuladen. Die Gleichspannungsquelle kann zur Energieversorgung an die an der Sekundärseite des Transformators bereitgestellte Wechselspannung angeschlos sen sein. Denkbar ist allerdings auch eine separate Energieversorgung der Gleichspannungsquelle aus einem Energiespeicher.
Der zweite Kondensator kann mit einer ersten Elektrode unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Schalters oder eines Widerstandsbauelements mit der Gleichspannungsquelle verbunden sein.
Die erste Elektrode des zweiten Kondensators kann gemäß der Erfindung unter Zwischenschaltung einer Diode oder eines Schalters mit dem Knoten zwischen dem ersten Kondensator und der Drossel verbunden sein.
Das Vorschaltgerät kann einen dritten Kondensator aufweisen, der parallel zum Ausgang des Vorschaltgeräts geschaltet ist. Dieser dritte Kondensator bildet mit dem ersten Kondensator und der Drossel einen Reihenschwingkreis zum Zünden der Gasentladungslampe.
Ebenso ist es möglich, dass das Vorschaltgerät eine Impulsüberlagerungszündschaltung mit einem zweiten Transformator aufweist. Dann kann die Drossel des Vorschaltgeräts durch die Sekundärwicklung des zweiten Transformators gebildet sein. Die Primärwicklung des zweiten Transformators kann dann an die Gleichspannungsquelle angeschlossen sein. Das Vorschaltgerät mit einer im Impulsüberlagerungszündschaltung kann parallel zum Eingang eine bidirektionale Supressordiode aufweisen, mit welcher ein im Gegentaktwandler vor rückwirkenden Zündimpulsen geschützt wird.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Schaltbild eines ersten, einfachen Vorschaltgeräts gemäß der Erfindung,
2 ein Schaltbild eines zweiten erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts,
3 ein Schaltbild eines dritten erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts,
4 ein Schaltbild eines vierten erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts mit einer Hochspannungskaskade und
5 ein Schaltbild eines fünften erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts mit einer Hochspannungskaskade und eine Impulsüberlagerungszündschaltung.
Das erste, einfache Vorschaltgerät, wie es in der 1 dargestellt ist, weist einen Reihenschwingkreis aus einen ersten Kondensator C1 und einer Drossel L1 auf, der an einer Wechselspannungsquelle V1 angeschlossen ist. Die Wechselspannungsquelle wird durch einen Wechselrichter gebildet. Der Wechselrichter weist einen Transformator auf. An einer Sekundärseite des Transformators wird die Wechselspannung V1 bereitgestellt.
An einen Ausgang des Vorschaltgeräts ist eine Wechselspannungs-Hochdruck-Gasentladungslampe GDL angeschlossen, die über das Vorschaltgerät mit elektrischer Energie versorgt wird. Dazu liegt am Ausgang eine erste Ausgangspannung an. Diese erste Ausgangspannung ergibt sich aus der Eingangsspannung, die von der Wechselspannungsquelle V1, d. h. von dem Wechselrichter zur Verfügung gestellt wird.
An einem Knoten zwischen dem ersten Kondensator C1 und der Drossel L1 ist ein Mittel I zur Erzeugung eines Stromimpulses angeschlossen. Dieses Stromimpuls-Erzeugungsmittel I ist Teil des Vorschaltgeräts und bewirkt nach dem Zünden der GDL einen kurzzeitigen Stromimpuls durch die an den Ausgang des Vorschaltgeräts angeschlossenen Gasentladungslampe GDL. Das Mittel I zur Erzeugung des Stromimpulses liefert am Ausgang des Vorschaltgeräts einen zweiten Strom, der sich mit dem ersten Ausgangsstrom überlagert. Die zweite Ausgangspannung, die nur für kurze Zeit aufrechterhalten wird, treibt den Stromimpuls, der dafür Sorge trägt, dass in die Gasentladungslampe GDL gezündet bleibt und in einem stabilen Betrieb übergeht.
Das Mittel I zur Erzeugung des Stromimpulses umfasst eine Gleichspannungsquelle V2. Die Gleichspannungsquelle V2 ist in Reihe zu einem zweiten Schalter S2 geschaltet. Diese Reihenschaltung V2, S2 ist parallel zu einer zweiten Kondensator C2 ge schaltet. Die Parallelschaltung V2, S2, C2 ist einerseits in Reihe zu einem ersten Schalter S1 geschaltet, der mit dem Knoten zwischen dem ersten Kondensator C1 und der Drossel L1 verbunden ist. Andererseits ist die Parallelschaltung mit Masse verbunden.
Solange der erste Schalter S1 geöffnet ist und der zweite Schalter S2 geschlossen ist, wird der zweite Kondensator C2 von der Gleichspannungsquelle V2 aufgeladen. Werden dagegen der zweite Schalter S2 geöffnet und der erste Schalter S1 geschlossen, kann sich der zweite Kondensator C2 über die Drossel L1 und die Gasentladungslampe GDL entladen.
Das Vorschaltgerät, wie es in 2 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Vorschaltgerät dadurch, dass der erste Schalter S1 durch eine Diode D1 ersetzt ist, deren Anode mit dem Knoten zwischen dem ersten Kondensator C1 und der Drossel L1 verbunden ist.
Das Vorschaltgerät, wie es in 3 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Vorschaltgerät dadurch, dass ebenso wie bei dem Vorschaltgerät in 2 der erste Schalter S1 durch eine Diode D1 ersetzt ist. Ein weiterer Unterschied ist, dass der zweite Schalter S2 entfällt und ein Widerstandsbauelement R1 in Reihe zu der Gleichspannungsquelle V2 geschaltet ist.
Das in der 4 dargestellte Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Vor schaltgerät entspricht im Grunde genommen dem in 3 dargestellten Beispiel. Die Wechselspannungsquelle V1 und die Gleichspannungsquelle V2 sind jedoch näher dargestellt. Bei der Wechselspannungsquelle V1 handelt es sich um einen Gegentaktwechselrichter, der an eine Gleichspannung UB angeschlossen ist. Die Gleichspannung wird von einer Batterie, zum Beispiel einer Kraftfahrzeugbatterie bereitgestellt. Der Gegentaktwechselrichter umfasst einen Transformator Tr1, einen ersten Transistor T1 und einen zweiten Transistor T2. Die Mittelanzapfung der Primärwicklung des Transformators Tr1 ist mit der Gleichspannung UB verbunden. Von der Mittelanzapfung geht ein erster Strompfad über einen ersten Teil der Primärwicklung und den ersten Transistor T1 zur Masse und ein zweiter Strompfad über einen zweiten Teil der Primärwicklung und den zweiten Transistor T2 ebenfalls zur Masse. Der erste Transistor T1 der zweite Transistor T2 werden im Gegentakt von einer Steuerung S angesteuert. Dadurch wird aus der Gleichspannung UB eine Wechselspannung erzeugt. Dieses ist aus dem Stand der Technik bekannt.
Das Mittel I zur Erzeugung des Stromimpulses weist eine Gleichspannungsquelle V2 mit einer Hochspannungskaskade auf. Mittels der Hochspannungskaskade wird aus der Eingangsspannung eine Gleichspannung erzeugt. Die Eingangspannung wird von der Wechselspannungsquelle V1 geliefert. Bei der Hochspannungskaskade handelt es sich um eine Villard-Vervielfacherschaltung. Die Villard-Vervielfacherschaltung ist auf herkömmliche Art und Weise aufgebaut und weist dazu eine Vielzahl von Dioden D2, D3, D4, D5 und Kondensatoren C4, C5, C6, C7 auf. Der Betrag der Gleichspannung am Ausgang der Hochspannungskaskade ist deutlich höher als die Amplitude der Wechselspannung der Wechselspannungsquelle V1. Die Gleichspannungsquelle V2 kann dadurch eine zweite Ausgangspannung liefern, die deutlich höher ist als die erste Ausgangspannung.
Der in 5 dargestellte fünften Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Vorschaltgerät unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 durch eine Impulsüberlagerungszündschaltung. Die Impulsüberlagerungszündschaltung ist auf einen Transformator Tr2, einen Kondensator C9 und aus einer Funkenstrecke FS1 aufgebaut.
Eine Sekundärwicklung des Transformators Tr2 ersetzt die Drossel L1 aus dem Ausführungsbeispiel gemäß 4. Die zweite Primärwicklung des Transformators Tr2 ist einerseits über die Funkenstrecke FS1 mit Masse verbunden. Andererseits ist die Primärwicklung des Transformators Tr2 sowohl mit dem Ausgang der Hochspannungskaskade als auch über den Kondensator C9 mit Masse verbunden. Derartige Impulsüberlagerungszündschaltungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine parallel zum Ausgang des Gegentaktwandlers geschaltete Supressordiode D6 schützt den Gegentaktwandler vor rückwirkenden Zündimpulsen.
Der von der zweiten Ausgangspannung getriebene Stromimpuls bleibt bei allen Ausführungsbeispielen solange aufrecht, bis die Gasentladungslampe nach dem Zünden in einen stabilen Betrieb übergegangen ist.

GDL: Gasentladungslampe
I: Mittel zur Erzeugung eines Stromimpulses
V1: Wechselspannungsquelle
V2: Gleichspannungsquelle
S1: erster Schalter
S2: zweiter Schalter
Tr2, C9, Fs1: Impulsüberlagerungszündschaltung
C4 bis C7, D2 bis D5: Villard-Vervielfacherschaltung
UB, L2, C8, Tr1, T1, T2: Gegentaktwechselrichter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0294605 A3 [0002]
- EP 0294604 B1 [0002]
- DE 3715162 C2 [0002]

Claims

Vorschaltgerät zum Betrieb einer Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampe (GDL) an einer Wechselspannung mit einem Eingang zum Anschließen des Vorschaltgeräts an eine Gleichspannungsquelle, einem Wechselrichter zum Erzeugen einer Wechselspannung mit einem Transformator, an dessen Sekundärseite eine erzeugte Wechselspannung anliegt, einem Ausgang zum Anschließen der Gasentladungslampe (GDL) an das Vorschaltgerät, einem ersten Kondensator (C1) und einer ersten Drossel (L1), die in Reihe geschaltet zwischen einem ersten Anschluss der Sekundärseite des Transformators und einem ersten Anschluss des Ausgangs angeordnet sind, wobei am Ausgang die Wechselspannung zum Betreiben der Gasentladungslampe anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät ein Mittel (I) zur Erzeugung eines Stromimpulses umfasst, dass geeignet und eingerichtet ist zumindest während und/oder nach der Zündung der Gasentladungslampe (GDL) eine zweite Ausgangspannung bereitzustellen, die geeignet und eingerichtet ist den Stromimpuls unmittelbar nach dem Zünden über die an den Ausgang anschließbare Gasentladungslampe (GDL) zu treiben, und dass das Mittel zum Erzeugen des Stromimpulses parallel zur Reihenschaltung aus Drossel (L1) und Ausgang des Vorschaltgeräts angeordnet ist.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (I) zur Erzeugung des Stromimpulses einen zweiten Kondensator (C2) aufweist, der geeignet und eingerichtet die elektrische Energie für den Stromimpuls zu speichern.
Vorschaltgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (I) zur Erzeugung des Stromimpulses eine Gleichspannungsquelle (V2) zum Aufladen des zweiten Kondensators (C2) vor der Zündung der Gasentladungslampe (GDL) aufweist.
Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (V2) eine Hochspannungskaskade, insbesondere eine Villard-Vervielfacherschaltung (D2, D3, D4, D5, C4, C5, C6, C7) umfasst.
Vorschaltgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle (V2) zur Energieversorgung an den Wechselrichter angeschlossen ist.
Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensator (C2) mit einer ersten Elektrode unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Schalters (S2) oder eines Widerstandsbauelements (R1) mit der Gleichspannungsquelle (V2) verbunden ist.
Vorschaltgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode des zweiten Kondensators (C2) unter Zwischenschaltung einer Diode (D1) oder eines Schalters (S1) mit dem Knoten zwischen dem ersten Kondensator (C1) und der Drossel (L1) verbunden ist.
Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät einen dritten Kondensator (C3) aufweist, der parallel zum Ausgang des Vorschaltgeräts geschaltet ist.
Vorschaltgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät eine Impulsüberlagerungszündschaltung (Tr2, C9, Fs1) mit einem zweiten Transformator aufweist.
Vorschaltgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel des Vorschaltgeräts durch eine Sekundärwicklung des zweiten Transformators (Tr2) gebildet wird.
Vorschaltgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Primärwicklung des zweiten Transformators (Tr2) an die Gleichspannungsquelle (V2) angeschlossen ist.
Vorschaltgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorschaltgerät eine Supressordiode (D6) aufweist, die parallel zum Eingang des Vorschaltgeräts angeordnet ist.