DE102013200870A1

DE102013200870A1 - Entladungslampe und Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE102013200870A1
Application number: DE201310200870
Authority: DE
Inventors: Udo Mai
Original assignee: Sumida Components and Modules GmbH
Current assignee: Sumida Components and Modules GmbH
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2013-01-21
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: DE102013200870B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Betreiben und Zünden eines Brenners einer Entladungslampe und eine Entladungslampe bereitgestellt. In einer entsprechenden Vorrichtung und in einer entsprechenden Entladungslampe sind eine elektronische Vorschaltung und eine Zündschaltung voneinander galvanisch entkoppelt, teilen sich jedoch ein gemeinsames induktives Element einer Sperrwandlerschaltung. Darüber hinaus weist das induktive Element wenigstens zwei ausgangsseitige Anschlüsse auf, die mit der elektronischen Vorschaltung und der Zündschaltung verbunden sind. Der Zündimpuls wird durch ein gesteuertes Halbleiterelement ausgelöst.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungslampe. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe und eine Entladungslampe, die eine entsprechende Vorrichtung und einen Brenner aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Bei Leuchtmitteln für Entladungslampen, wie Gasentladungslampen auch häufig genannt werden, sind zwei Elektroden innerhalb einer gasgefüllten Glasröhre ohne direkten Kontakt zueinander angeordnet. Wird eine bauartspezifische Mindestspannung an die Elektroden des Leichtmittels angelegt, kommt es zu einer Gasentladung mit einer Aussendung von Licht. Das bei der Gasentladung erzeugte Licht weist Wellenlängen auf, die von dem Gas in der Glasröhre abhängen. Ein illustratives Beispiel für eine derartige Gasentladungslampe stellt eine Xenon-Gasentladungslampe dar. Xenon-Gasentladungslampen weisen in der Regel einen relativ hohen Wirkungsgrad auf. Dabei umfassen Leuchtmittel für Xenon-Gasentladungslampen einen mit Xenon und optional mit weiteren Substanzen, beispielsweise Quecksilber und/oder Metallsalzen, gefüllten Glaskolben und zwei Wolframelektroden, die in dem Glaskolben angeordnet sind. Beim Zünden des Leuchtmittels wird zwischen den Elektroden ein Lichtbogen erzeugt, der im weiteren Betrieb aufrecht erhalten wird und ein für Xenon charakteristisches intensives weißes Licht aussendet.
Im Allgemeinen sind in Entladungslampen ferner elektronische Schaltungen zum Zünden eines Leuchtmittels der Entladungslampe, im Folgenden wird das Leuchtmittel als Brenner bezeichnet, und zum Bereitstellen der Energieversorgung während des Betriebs der Entladungslampe nach dem Zünden vorgesehen. Herkömmlicherweise gehören zu einer Entladungslampe ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) und eine Zündschaltung, die mit den Elektroden im gasgefüllten Glaskolben eines Brenners verbunden sind. Die Zündschaltung stellt zum Zünden des Brenners eine Zündspannung in der Größenordnung von einigen zehntausend Volt bereit, die beim Einschalten der Entladungslampe an die Elektroden des Brenners angelegt wird. Herkömmliche Zündschaltungen erzeugen Zündspannungen zwischen beispielsweise 20 kV und 30 kV.
Zum weiteren Betrieb einer Gasentladungslampe nach dem Zünden wird das EVG verwendet, das den Brenner während des Betriebs mit der zum Betrieb erforderlichen Leistung versorgt und damit den Lichtbogen zwischen den Elektroden im Glaskolben aufrecht erhält. Da der Entladungsstrom im Brenner aufgrund der nach dem Zünden auftretenden Stoßionisation immer weiter ansteigen würde, ist es eine Aufgabe des EVGs, eine geeignete Versorgung des Brenners zu gewährleisten, so dass der Entladungsstrom während des Betriebs der Entladungslampe nicht unbegrenzt ansteigt.
In 1 ist ein Teil einer herkömmlichen Entladungslampe 100 mit einem elektronischen Vorschaltgerät (EVG) 130, einer bekannten Zündschaltung 150 und einem Brenner 180 dargestellt. In dem in 1 dargestellten Anschauungsbeispiel ist das EVG 130 mit der Zündschaltung 150 mittels eines Dreipunktanschlusses verbunden, der durch die Anschüsse H1, H2, H4 auf der Seite des EVGs 130 und der Anschlüsse J1, J2 und J4 auf der Seite der Zündschaltung 150 illustriert ist. Des Weiteren kann der Brenner 180 mittels weiterer Anschlüsse A1 und A2 mit der Zündschaltung verbunden sein.
Abhängig von der Art des Brenners sind heute verschiedene Ausführungen bekannt. Zum Beispiel ist gemäß einer Ausführung einer Entladungslampe der Brenner fest mit dem Zünder verbunden (sogenannte D1/D3 Ausführung) oder aber der Brenner und die Zündschaltung sind über einen Sockel trennbar verbunden (sogenannte D2/D4 Ausführung). In Europa sind die Zündschaltung 150 und das EVG 130 in der Regel mittels einer genormten Schnittstelle verbunden, die drei Anschlusskontakte aufweist.
Die Anschlüsse H1 und H2 sind innerhalb des EVG 130 mit Mittelpunkten (nicht eigens bezeichnet) einer Brückenschaltung 128 verbunden. Die Brückenschaltung 128 ist gemäß der Darstellung in der 1 als eine Parallelschaltung von jeweils zwei Schaltern S1, S2 und S3, S4 ausgeführt. Als Schalter S1, S2, S3 und S4 können auch Transistoren vorgesehen sein.
Das EVG 130 umfasst ferner eine sogenannte Sperrwandlerschaltungstopographie, die eine Sekundärspule 112, eine Primärspule 114, ein schematisch dargestelltes Schaltelement 116 und eine Diode 122 aufweist. An der Sekundärspule 112 wird durch die Anschlüsse H1 und H2 über die Brückenschaltung 128 eine bestimmte Anzahl von Windungen N1 abgegriffen. Zwischen den die Windungszahl N1 abgreifenden Leitungen ist ferner ein Kondensator 126 geschaltet, der sowohl zur Glättung als auch zur Energiespeicherung dient. Durch das Öffnen und Schließen des Schalterelements 116, das entgegen der expliziten Darstellung als mechanischer Schalter auch als ein anderes Schaltelement, wie etwa ein Transistor, realisiert sein kann, wird eine an die Primärspule 114 angelegte Gleichspannung abwechselnd ein- und ausgeschaltet. In einem Ein-Zustand des Schalters 116 ist dieser geschlossen und die Sperrwandlerschaltungstopographie befindet sich in einer Leitphase. Die an die Primärspule 114 angelegte Gleichspannung hat in der Leitphase einen Stromfluss durch die Primärspule 114 zur Folge, der in der Primärspule 114 ein Magnetfeld erzeugt. Für gewöhnlich ist die Primärspule 114 über einen Kern mit der Sekundärspule 112 gekoppelt, wobei der Kern im Gegensatz zu gewöhnlichen Transformatorkernen wenigstens einen Spalt aufweist. Die Diode 122 auf der Sekundärseite verhindert, dass ein elektrischer Strom während der Leitphase auf Seite der Sekundärspule 112 fließt.
Wird nun der Schalter 116 in einen Aus-Zustand gebracht, in dem kein Strom durch die Primärspule 114 fließt, so befindet sich die Sperrwandlerschaltungstopographie in einer sogenannten Sperrphase. In der Sekundärspule wird eine Spannung induziert, die in der Spule einen Strom (in Durchlassrichtung der Diode) erzeugt und der Kondensator 126 wird geladen. Die Energie des im Spalt des Kerns gespeicherten Magnetfelds wird somit auf den Kondensator 126 übertragen und im Kondensator 126 gespeichert, am Kondensator liegt eine Spannung an, die sich aufgrund der Diode in der nächsten Leitphase nicht abbaut, solange der Brenner 180 keinen Strom zieht.
Mit jedem Wechsel aus der Leitphase in die Sperrphase wird der Kondensator 126 nun weiter geladen, so dass die an dem Kondensator 126 anliegende Spannung sich mit jeder Sperrphase erhöht. Es ist ersichtlich, dass, bei einer beispielsweise anfänglich von der Primärspule 114 auf die Sekundärspule 112 übertragenen Spannung von 52 Volt, nach einer bestimmten Anzahl von Leitphasen-/Sperrphasen-Wechsel eine über dem Kondensator 126 anliegende Kondensatorspannung von beispielsweise 400 Volt oder mehr aufgebaut werden kann, sofern der Kondensator 126 eben nicht entladen wird. Es baut sich also eine im Vergleich zu der normalen Betriebsspannung viel größere Spannung am Kondensator 126 auf, solange der Brenner 180 nach dem Einschalten nicht gezündet ist. Diese sich am Kondensator 126 aufbauende Spannung ist jedoch nicht hoch genug, um den Brenner zu zünden.
Für gewöhnlich erzeugt die Sperrwandlerschaltungstopographie eine Spannung mit stark unterschiedlichen Amplituden, beispielsweise von 42 Volt und 450 Volt. Vor dem Zünden kann also eine mit dem Anschluss H1 verbundenen Leitung einen Spannungsbetrag von mehr als 400 Volt und insbesondere von bis zu 450 Volt führen. Während des Betriebs des Brenners wird dann die Brennspannung von beispielsweise plus/minus 42 Volt an den Anschlüssen H1 und H2 bereitgestellt, wenn der Kondensator 126 entladen ist. Es wird angemerkt, dass die Primärspule mittels des Schalters 116 und die Sekundärspule 112 mittels eines Anschlusses 132 auf ein Bezugspotential gelegt sind.
In der Sperrwandlerschaltungstopographie ist ferner ein weiterer Abgriff an der Sekundärspule 112 bei einer Windungszahl N2 vorgesehen, der über eine Diode 124 über einen nicht eigens bezeichneten optionalen Widerstand mit dem Anschluss H4 des EVG verbunden ist. Die Windungszahl N2 ist größer als die Windungszahl N1.
Die Anschlüsse H1 und H2 sind mit den entsprechenden Anschlüssen J1 und J2 der Zündschaltung 150 verbunden. Der Anschluss H4 des EVGs ist mit dem entsprechenden Anschluss J4 der Zündschaltung verbunden. Mit dem Anschluss J4 der Zündschaltung ist eine Parallelschaltung eines Zündkondensators 154 mit einer Reihenschaltung einer Funkenstrecke 152 und einer Primärspule 159 eines Transformators 156 verbunden. Die Parallelschaltung des Zündkondensators 154 und der Reihenschaltung aus der Funkenstrecke 152 und der Primärspule 159 stellt einen Zündkreis in der Zündschaltung 150 dar, der ferner mit einer Leitung verbunden ist, die sich von dem Anschluss J1 der Zündschaltung 150 zu einem Anschluss einer Sekundärspule 158 des Transformators 156 erstreckt. Ein weiterer Anschluss der Sekundärspule 158 ist mit einem Eingang des Brenners 180 über einen Anschluss A1 verbunden. Der andere Anschluss des Brenners 180 wird über den Anschluss A2 an der Zündschaltung, den Anschluss J2 der Zündschaltung zum Anschluss H2 des EVGs zurückgeführt und ist mit einem Mittelpunkt der Brückenschaltung 128 verbunden. Demgemäß wird an den Zündkondensator 154 eine Spannung angelegt, die von den Abgriffen N2 und N1 an der Sekundärspule 112 abhängt und demzufolge wird der Zündkondensator mittels der mit einer Seite des Zündkondensators 154 verbundenen Anschlusspaares H4, I4 und der mit der anderen Seite des Zündkondensators verbundenen Anschlusspaares H1, J1 geladen (in Analogie zum Kondensator 126). Damit baut sich eine von den Wicklungszahlen N1 und N2 abhängige Spannung am Zündkondensator 154 auf, die mit jedem Leitphasen/Sperrphasen-Zyklus weiter ansteigt.
Aufgrund der im Vergleich zu N1 groß zu wählenden Windungszahl N2 wird an der Sekundärspule 112 der Sperrwandlerschaltungstopographie eine Spannung abgegriffen, die größer ist als die aus dem Abgriff mit Windungszahl N1 resultierende Spannung. Beispielsweise werden entsprechend der Windungszahl N2 Spannung von mehr als 600 Volt oder auch bis zu 850 Volt abgegriffen. Der Zündkondensator 154 wird nun durch diese Spannung bei jedem Leitphase/Sperrphase-Zyklus weiter aufgeladen, bis er auf eine einer Durchbruchspannung der Funkenstrecke 152 entsprechenden Spannung aufgeladen ist und sich beim Durchbrechen der Funkenstrecke 152 entlädt. Der Entladungsstrom des Zündkondensators 154 fließt durch die Primärwicklung 159 des Transformators 156 und die dabei an der Primärwicklung 159 abfallende Spannung wird auf eine sehr hohe Spannung an der Sekundärwicklung 158 des Transformators 156 transformiert. Bei einer geeigneten Wahl der Wicklungsübersetzung des Transformators 156 werden hier Hochspannungen von einigen kV, insbesondere von 20 bis 30 kV erreicht. Damit stellt die Funkenstrecke 152 ein Steuerelement für die Zündschaltung 150 dar, die bei Erreichen der Durchbruchspannung der Funkenstrecke 152 die Zündung aktiviert. Damit ist sichergestellt, dass die Zündschaltung nur bei hohen Spannungen gegenüber der normalen Betriebsspannung aktiviert wird und Fehlfunktionen der Zünderschaltung während des Normalbetriebs verhindert werden.
Der von der Zündschaltung erzeugte Zündimpuls, den der Transformator 156 auf Hochspannung transformiert, zündet den Brenner 180, so dass durch den Brenner ein Stromfluss erfolgt. Dabei kann sich ferner der Kondensator 126 über den Brenner 180 entladen, wobei die Elektroden des Brenners 180 aufgeheizt werden. Anschließend geht der Brenner, gesteuert durch das EVG 130 in den Normalbetrieb über. Es ist ersichtlich, dass mit dem Zünden des Brenners 180, die an den Ausgängen H1 und H2 der EVG bereitgestellte Spannung auf die normale Betriebsspannung, beispielsweise 42 Volt, absinken kann.
Es wird angemerkt, dass mittels der drei Anschlüsse H1, H2 und H4 des EVGs 130 eine sehr hohe Ladespannung für den Zündkondensator 154 bereitgestellt wird. Dabei wird mittels der Anschlüsse H1 und H4 an dem Ladekondensator die Summe der beiden Spannungsamplituden als Ladespannung angelegt. In konkreten Beispielen ergeben sich Ladespannungen von 450 Volt (über dem Kondensator 126 aufgebaut) plus 850 Volt (Abgriff N2 an Anschluss H4 bereitgestellt) gleich 1300 Volt. Bei der herkömmlichen Entladungslampe 100 sind also zwei relativ hohe Spannungen (450 V und 850 V) zum Laden des Zündkondensators notwendig, so dass im Normalbetrieb (beispielsweise 42 Volt oder 85 Volt) das Zünden der Funkenstrecke sicher verhindert wird.
Die Funkenstrecke stellt ein bipolares Schaltelement dar, das aufgrund der unterschiedlichen Polarität der vom EVG bereitgestellten Spannung notwendig ist. Genauer gesagt wird dadurch eine von der Polarität des EVGs 130 unabhängige Zündschaltung 150 bereitgestellt. Funkenstrecken haben in der Regel jedoch stark schwankende Durchbruchspannungen, die nominal in der Hohe von ca. 800 Volt liegen, jedoch aufgrund der Schwankungen zwischen 700 Volt und mehr als 1000 Volt betragen können. Dies macht eine hohe Ladespannung von bis zu 1300 Volt für den Zündkondensator erforderlich, um einen Durchbruch der Funkenstrecke sicher zu stellen.
Herkömmliche Entladungslampen, wie sie entsprechend der in 1 dargestellten Entladungslampe 100 bekannt sind, müssen aufgrund der hohen Ladespannung hohe Anforderungen an Isolierungen und Spannungsfestigkeit der Bauteile im EVG und in der Zündschaltung erfüllen. Beispielsweise müssen die Dioden und die Schaltelemente der Brückenschaltung entsprechend ausgelegt sein. Es ist leicht ersichtlich, dass damit die Anfälligkeit der Entladungslampen für Störungen und auch die Kosten für die Herstellung der Lampe mit elektronischen Bauteilen, die die erforderlichen Eigenschaften bezüglich Isolierung und Spannungsfestigkeit aufweisen, entsprechend hoch sind.
Weiterhin bedeuten die Unterschiede in der Ausgangsspannung des EVGs, beispielsweise 42 Volt gegenüber 450 Volt vor der Zündung, einen hohen Aufwand bei der Gleichrichtung und Siebung. Der Grund ist, dass die Entladungslampe für die hohen Spannungen und für die bei der niederen Ausgangsspannung auftretenden hohen Ströme ausgelegt sein muss. Gleiches gilt für den Kondensator, der ferner bei der im Betrieb auftretenden niedrigen Spannung eine hohe Kapazität aufweisen sollte.
Ein weiterer Nachteil der mit der Funkenstrecke einhergehenden Schwankungen der Durchbruchspannung ist, dass sich dadurch schwankende Zündspannungen ergeben. Dies ist bei der Dimensionierung des Zünders von großer Bedeutung, der bezüglich der geringsten Durchbruchspannung ausgelegt sein muss und damit im Zweifel größer auszulegen ist. Dies hat eine Überdimensionierung des Zünders zur Folge, der bei immer kompakteren Ausführungen für Entladungslampen einen großen Nachteil darstellt.
Zwar ist aus der Druckschrift DE 698 05 021 T2 eine Zündschaltung bekannt, in der die Funkenstrecke durch ein Halbleiterschaltelement mit einer dazu antiparallel geschalteten Diode ersetzt ist, jedoch ist die Starterschaltung zwischen einem Mittelpotentialpunkt einer H-Brücke einer Gleichstromversorgungsquelle geschaltet, die eine hohe Gleichspannung bereitstellt. Damit kann diese bekannte Hochspannungsentladungslampe ebenfalls nicht die vorangehend erläuterten Probleme und Nachteile der im Zusammenhang mit 1 dargestellten herkömmlichen Entladungslampe beseitigen. Es wird ferner angemerkt, dass das aus der Druckschrift DE 698 05 021 T2 bekannte Gerät für eine Hochspannungsentladungslampe nicht der europäischen Norm der Schnittstelle zwischen EVG und Zünder genügt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für eine Entladungslampe und eine Entladungslampe bereitzustellen, die gegenüber den bekannten EVGs und Zündern geringere Ladespannungen aufweisen.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die vorangehend genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe, wobei die Vorrichtung ein induktives Element mit zwei eingangsseitigen Anschlüssen und mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen, eine Zündschaltung mit einem Zündkondensator und einem Schaltbauteil und einen Transformator umfasst. Die eingangsseitigen Anschlüsse des induktiven Elements sind zum Aufnehmen eines Spannungssignals für das Zünden und Betreiben des Brenners vorgesehen. Der Transformator ist über einen ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss mit einem ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements verbunden. Weiterhin ist der Transformator über einen ersten primärseitigen Transformatoranschluss mit dem Zündkondensator und einem weiteren ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements verbunden, wobei der erste primärseitige Transformatoranschluss zwischen dem Kondensator und dem weiteren ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements angeordnet ist. Ferner ist der Transformator mit dem Schaltbauteil über einen zweiten primärseitigen Transformatoranschluss verbunden.
Die erfindungsgemäß bereitgestellte Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe ermöglicht damit die Bereitstellung einer Zündschaltung, die von einer den normalen Betrieb der Lampe steuernden Schaltung eines elektronischen Vorschaltgeräts galvanisch entkoppelt ist. Damit ist es möglich, elektronische Vorschaltgeräte unter Verwendung kostengünstiger Bauteile herzustellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe kann das Schaltbauteil einen gesteuerten Thyristor und eine zum Thyristor antiparallel geschaltete Diode umfassen. Es ist ersichtlich, dass nun eine Zündung bei einer konstanten Spannung sichergestellt sein kann und damit die aus dem Stand der Technik erforderliche Überdimensionierung von bekannten Zündern keine Beschränkung mehr darstellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hierin kann der Thyristor durch einen Mikroprozessor auf Basis eines Spannungswerts einer mit einem ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements verbundenen Leitung gesteuert sein. Dadurch kann auf eine einfache und vorteilhafte Weise sichergestellt sein, dass die Entladung des Zündkondensators bei einer vorbestimmten konstanten Spannung erfolgt und folglich Schwankungen vermieden werden.
Gemäß einer hierzu alternativen vorteilhaften Ausgestaltung kann der Thyristor durch eine Zenerdiode gesteuert sein. Eine Zenerdiode stellt den Vorteil einer einfachen und platzsparenden Steuerung des Thyristors bereit.
Gemäß einer hierzu alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann das Schaltbauteil ein Halbleiterelement mit einer Kennlinie gemäß einem Diac sein. Demgemäß können Zündimpulse mit vergleichsweise steilen Flanken erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das induktive Element eine Spule mit oder ohne Kern sein. In illustrierenden Beispielen können induktive Elemente als Spartransformator (kurz Spartrafo), auch Autotransformator genannt, bereitgestellt werden. Gemäß dieser Ausgestaltung lässt sich Masse und Material einsparen und damit Herstellungskosten senken.
Gemäß einer hierzu alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann das induktive Element eine Primärspule und eine Sekundärspule umfassen, wobei Primärspule und Sekundärspule induktive gekoppelt sind. Die eingangsseitigen Anschlüsse sind hierbei an der Primärspule vorgesehen, während die ausgangsseitigen Anschlüsse an der Sekundärspule bereitgestellt werden. Gemäß dieser Ausgestaltung können Gefahren, die von einem Stromabfluss bei Berührung der Vorrichtung während des Betriebs hervorgerufen durch einen Fehlzustand der Vorrichtung verringert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorangehenden Ausführungsform der Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe kann die Sekundärspule wenigstens einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss verbunden mit dem ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss und einen dritten Anschluss verbunden mit dem ersten primärseitigen Transformatoranschluss aufweisen, wobei an den ersten Anschluss ein Bezugspotential angelegt wird. Hierdurch wird ein optimaler Ladevorgang des Zündkondensators sichergestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorangehend dargestellten Ausführungsform kann das Bezugspotential gleich Masse sein. Dadurch kann auf einfache Weise ein sicherer Betrieb beim Einsatz der Vorrichtung in einer Entladungslampe gewährt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann an den mit dem ersten primärseitigen Transformatoranschluss und dem ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss verbundenen ausgangsseitigen Anschlüssen des induktiven Elements ein bezüglich Masse positives Potential anliegen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zwischen dem ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss und dem induktiven Element eine Vollbrückenschaltung angeordnet sein. Dadurch wird ein stabilerer Betrieb des Brenners bereitgestellt, so dass dessen Lebensdauer, und damit die Zuverlässigkeit einer Entladungslampe, erhöht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der erste primärseitige Transformatoranschluss von dem ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss galvanisch entkoppelt sein. Damit wird vermieden, dass die zum Betrieb des Brenners bereitgestellte Schaltung beim Laden des Zündkondensators hohen Potentialen ausgesetzt ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Zündschaltung mit der Primärspule, der Sekundärspule und dem Transformator in eine Baueinheit integriert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Entladungslampe bereitgestellt, die eine Vorrichtung gemäß einem der vorangehend dargestellten Ausführungsformen und einen Brenner umfasst, der mit einem zweiten sekundärseitigen Transformatoranschluss verbunden ist. Ferner ist ein Sockel vorgesehen, in den die Zündschaltung als Baueinheit integriert ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Entladungslampe kann der Brenner fest mit dem Transformator verbunden sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird sichergestellt, dass die Zündung bei einer konstanten Spannung erfolgt, so dass kompaktere Ausführungen für Zündschaltungen möglich sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Fall der Bereitstellung von Spannungen für ein EVG und für eine Zündschaltung mit gleicher Polarität eine einfache Ansteuerung ohne Spannungswandlung bei der Ansteuerung des Thyristors bereitgestellt.
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Hochspannungen im Netzteil auf eine einfache und effektive Weise vermieden. Dadurch kann eine flexible Umsetzung von Zündschaltungsmodulen hinsichtlich EVGs in Entladungslampen erreicht werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 ein EVG, eine Zündschaltung und einen Brenner in einer herkömmlichen Entladungslampe;
2a eine beispielhafte Ausführungsform einer Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung;
2b eine andere beispielhafte Ausführungsform einer Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung
3 Strom-/Spannungs-Zeit-Beziehungen während verschiedener Phasen beim Zünden und Betreiben einer Entladungslampe am Brenner;
4 ein alternatives Steuerelement für eine Zündschaltung gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Detaillierte Beschreibung
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Dabei zeigen die 2a und 2b schematisch alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2a zeigt eine schematische Ansicht eines Teils einer Schaltung zum Zünden und Betreiben eines Brenners 280 einer Entladungslampe, wie sie in einer Vorrichtung zum Zünden und Betreiben des Brenners 280 der Entladungslampe implementiert sein kann. Die in 2a dargestellte Schaltungstopographie zeigt eine Topographie einer Vorschaltung 230a und eine Topographie einer Zündschaltung 250. Wie aus der folgenden Beschreibung im Detail ersichtlich sein wird, zeigt die in 2a dargestellte Ausführungsform eine Zündschaltung 250, die von der zum Normalbetrieb des Brenners 280 vorgesehenen Betriebsschaltung (ein Teil davon ist in Form der Vorschaltung 230a in 2a dargestellt) galvanisch entkoppelt ist.
Die Vorschaltung 230 weist eine Sekundärspule 212a und eine Primärspule 214a auf, die mittels eines Kerns gekoppelt sein können. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung hierin kann der Kern ein oder mehrere Luftspalte aufweisen. Es ist ersichtlich, dass unter Inkaufnahme einer schlechten Kopplung der Primärspule 214a und der Sekundärspule 212a auch kein Kern vorgesehen sein kann. In Ausführungsformen ohne Kern können die Primärspule 214a und die Sekundärspule 212a beispielsweise nebeneinander oder ineinander angeordnet sein, um eine ausreichende Kopplung zu ermöglichen. Es wird angemerkt, dass der in 2a dargestellte Teil der Vorschaltung 230a von weiteren vorangestellten Schaltungsteilen, z. B. einer Verpolungsschutzschaltung (nicht dargestellt) und/oder einer Glättungsschaltung (nicht dargestellt) etc., und einer nicht dargestellten Spannungsquelle galvanisch entkoppelt ist.
Die Primärspule 214a weist zwei Eingangsanschlüsse ES1a und ES2a auf, wobei jedoch auch mehr als zwei Anschlüsse vorgesehen sein können. Mittels des Eingangsanschlusses ES1a wird die Primärspule 214a mit einem Spannungssignal durch eine nicht dargestellte Spannungsquelle versorgt, wobei ein Schaltelement 216 an dem Eingangsanschluss ES2a der Spule vorgesehen sein kann bzw. damit verbunden sein kann. Es wird angemerkt, dass die Spannungsquelle (nicht dargestellt) in Form einer Gleichspannungsquelle oder in Form einer Wechselspannungsquelle mit nachgeschalteter Gleichrichtungsschaltung realisiert sein kann. Gemäß einem speziellen Beispiel kann als Spannungsquelle (nicht dargestellt) eine 12 V Quelle, wie etwa eine Autobatterie und dergleichen, vorgesehen sein. Des Weiteren können zwischen der Spannungsquelle und der Primärspule 214a weitere Schaltungen vorgesehen sein, die im Folgenden nicht näher beschrieben sind, um den Rahmen der vorliegenden Offenbarung nicht zu sprengen.
In 2a ist das Schaltelement 216 schematisch als mechanischer Schalter dargestellt. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und es ist ersichtlich, dass das Schaltelement 216 auch durch ein elektronisches Schaltelement gebildet sein kann. Der Fachmann wird erkennen, dass mögliche Beispiele für Schaltelemente durch Transistoren, Thyristoren und jegliche bekannte Schalter, Schaltbauteile oder Schaltelemente gegeben sein können. Auch sind komplexere Schaltungsstrukturen denkbar, die anstelle des schematisch dargestellten Schaltelements 216 vorgesehen sein können.
Die Sekundärspule 212a weist drei Anschlüsse auf, die mit den Bezugszeichen AS1a, AS2a und AS3a versehen sind. Dies stellt keine Beschränkung dar und es können auch mehr als drei Anschlüsse an der Sekundärspule vorgesehen sein. Es wird ferner angemerkt, dass durch die Bezeichnung „Anschluss” keine Beschränkung auf eine bestimmte Struktur beabsichtigt ist. Es soll lediglich darunter verstanden werden, dass mittels der als „Anschlüsse” bezeichneten Elemente eine bestimmte Anzahl von Windungen einer Spule abgegriffen werden und damit entsprechend der abgegriffenen Anzahl von Windungen Spannungssignale abgegriffen werden können. Genauer gesagt wird durch die Anschlüsse AS1a und AS2a eine erste Anzahl von Windungen der Primärspule 212a festgelegt, im Folgenden mit N1 bezeichnet, und durch die Anschlüsse AS1a und AS3a wird dementsprechend eine bestimmte Anzahl von Windungen, im Folgenden mit N2 bezeichnet, definiert. Es ist ersichtlich, dass eine Amplitude eines Spannungssignals, das zwischen je zwei Anschlüssen abgegriffen wird von einem Verhältnis der Anzahl von Windungen auf der Sekundärspule 212a zu einer Anzahl von Windungen auf der Primärspule 214a abhängt. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform der Offenbarung ist N2 größer als N1. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen ist N2 = 2·N1 oder N2 = 3·N1 oder N2 = 10·N1 oder N2 = 15·N1. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, in denen folgende Relationen gelten:
N2 ≥ 2·N1 oder N2 ≥ 3·N1 oder N2 ≥ 10·N1 oder N2 ≥ 15·N1.
Gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform ist der Anschluss AS1a mit einem Bezugspotential verbunden. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann das Bezugspotential ein vorbestimmtes konstantes Potential ungleich Masse sein. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Anschluss AS1a mit Masse verbunden sein. Das Bezugspotential ist im Folgenden mit dem Bezugszeichen 232 bezeichnet. Die Darstellung in 2 stellt ersichtlicher Maßen keine Beschränkung dar, denn stattdessen kann in alternativen Ausführungsformen der Anschluss AS2a mit dem Bezugspotential verbunden sein.
Das Schaltelement 216 ist derart mit dem Bezugspotential 232 verbunden, dass der Schalter in einem geschlossenen Zustand bzw. Ein-Zustand (Leitphase) ist, der die Primärspule 214a mit dem Bezugspotential 232 verbindet. Damit fließt während der Leitphase ein Strom durch die Primärspule 214a, wenn eine Gleichspannung an der Spule 214a anliegt. Der Anschluss AS2a der Sekundärspule 212a ist mit einer Diode 222 derart verbunden, dass in der Leitphase kein Strom von dem Anschluss AS2a durch die Sekundärspule 212a über den Anschluss AS1a zum Bezugspotential fließt. Wird das Schaltelement 216 geöffnet, bzw. in den Aus-Zustand gebracht (Sperrphase), so wird in der Sekundärwicklung 212a in Durchlassrichtung der Diode 222 ein Strom erzeugt, der einen der Diode 222 nachgeschalteten und mit dem Anschluss AS1a verbundenen Kondensator 226 lädt. Damit wird der Kondensator 226 entsprechend der an den Anschlüssen AS1a und AS2a der Sekundärspule 212a bereitgestellten Spannung geladen und es baut sich eine Spannung über dem Kondensator 226 auf. Falls der Kondensator 226 vor der nächsten Sperrphase nicht entladen wird, so erfolgt eine weitere Aufladung des Kondensators 226 und die Spannung über dem Kondensator 226 wird weiter erhöht. Insbesondere kann durch wiederholtes Schalten von Leitphase und Sperrphase (gemäß einer Vielzahl von Leitphase/Sperrphase-Zyklen mit einer bestimmten Frequenz oder zeitlichen Periode) ein über dem Kondensator 226 abfallender Spannungswert sukzessive erhöht werden, solange der Kondensator keine Entladung erfährt.
Es wird angemerkt, dass das Schaltelement 216, die Primärspule 214a, die Sekundärspule 212a, die Diode 222 und der Kondensator 226 folglich eine Sperrwandlertopographie bilden. Der Fachmann erkennt, dass der Kondensator 226 eine Speicherung und Glättung ermöglicht. Es sind jedoch auch alternative Ausführungsformen denkbar sind, in denen der Kondensator 226 nicht vorgesehen ist.
Parallel zum Kondensator 226 und diesem nachgeschaltet ist eine Brückenschaltung 228 vorgesehen, in der ein in Reihe geschaltetes Paar von Schaltelementen S1, S2 mit einem anderen Paar von Schaltelementen S3, S4 parallel geschaltet ist. Es wird angemerkt, dass im Gegensatz zu der schematischen Darstellung der Schaltelemente S1 bis S4 als mechanische Schalter auch andere Schaltelemente, Schalter, Schaltbauteile vorgesehen sein können. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können Transistoren oder Thyristoren oder andere geeignete Schaltelemente vorgesehen sein.
Zwischen den in Reihe geschalteten Schaltelementen S1 und S2 ist ein Mittelpunktsanschluss PT2 vorgesehen und zwischen den in Reihe geschalteten Schaltelemente S3 und S4 ist ein Mittelpunktsanschluss PT1 vorgesehen. Die Mittelpunktsanschlüsse PT1 und PT2 sind mit entsprechenden Anschlüssen B1 und B2 des Brenners 280 verbunden. Die Verbindung der Anschlüsse PT1 und B1 bzw. PT2 und B2 können gemäß konkreten Design- bzw. Bauteilanforderungen fest oder lösbar ausgebildet sein. Dem Fachmann sind entsprechende Typen von Anschlüssen bekannt. Zwischen dem Anschluss PT1 und dem Anschluss B1 ist ferner eine Sekundärwicklung 259 eines Transformators 256 angeordnet. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und in alternativen Ausführungsformen kann die Sekundärwicklung 259 auch zwischen den Anschlüssen PT2 und B2 vorgesehen sein. Es wird angemerkt, dass die Anschlüsse PT1 und B1 bzw. PT2 und B2 auch als erste und zweite sekundärseitige Transformatoranschlüsse des Transformators 256 ausgebildet sein können.
Eine Primärwicklung 258 des Transformators 256 ist mittels einer Diode 224 mit dem Anschluss AS3a der Sekundärspule 212a verbunden. Die Diode 224 ist derart mit der Primärwicklung 258 und dem Anschluss AS3a verbunden, dass sie einen Stromfluss durch die Sekundärspule 212a während einer Sperrphase ermöglicht und einen Strom durch die Sekundärspule 212a während einer Leitphase unterdrückt. Ein mit dem Anschluss AS3a verbundenes Ende der Primärwicklung 258 ist mit dem Bezugszeichen ST1 versehen und kann als erster primärseitiger Transformatoranschluss des Transformators 256 ausgebildet sein, während das andere Ende der Primärwicklung 258 mit dem Bezugszeichen ST2 versehen ist und als zweiter primärseitiger Transformatoranschluss ausgebildet sein kann. Ferner ist ein Zündkondensator 254 mit dem Anschluss AS3a der Sekundärspule 212a und dem ersten primärseitigen Transformatoranschluss ST1 der Primärwicklung 258 verbunden, wobei der erste primärseitige Transformatoranschluss ST1 zwischen dem Kondensator 254 und dem Anschluss AS3a der Sekundärspule 212a angeordnet ist. Der zweite primärseitige Transformatoranschluss ST2 der Primärwicklung 258 ist mit einem Steuerelement 290 verbunden. Das Steuerelement kann gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen als steuerbares Halbleiterelement ausgebildet sein oder ein steuerbares Halbleiterelement aufweisen. Dies wird weiter unten näher beschrieben. Des Weiteren sind der Zündkondensator 254 und das Steuerelement 290 mit dem Bezugspotential 232 verbunden.
Es ist ersichtlich, dass der Zündkondensator 254 in jeder Sperrphase entsprechend der abgegriffenen Anzahl von Windungen N2 der Sekundärspule 212a geladen wird, solange sich das Steuerelement 290 in einem Aus-Zustand befindet, d. h. keine Entladung des Zündkondensators 254 über die Primärwicklung 258 des Transformators 256 zum Bezugspotential 232 hin ermöglicht. Wird das Steuerelement 290 in einen Ein-Zustand geschaltet, so entlädt sich der Zündkondensator 254 über die Primärwicklung 258 des Transformators 256 und wird entsprechend eines Windungsverhältnisses von Sekundärwicklung 259 zu Primärwicklung 258 auf eine hohe Spannung transformiert, die an einer Elektrode des Brenners 280 gegen das Bezugspotential 232 angelegt wird. Es ist ersichtlich, dass die Brückenschaltung 228 hierbei vorteilhafterweise in einem Zustand sein kann, in dem das Schaltelement S2 geschlossen ist, während das Schaltelement S3 offen ist, so dass über dem Brenner eine große Spannung aufgebaut werden kann. Weiterhin kann das Schaltelement 51 der Brückenschaltung 228 offen und das Schaltelement S4 der Brückenschaltung 228 geschlossen sein, so dass sich die Spannungsamplitude an den Anschlüssen AS1 uns AS2 zu der vom Transformator 256 hochtransformierten Spannung addiert. Es wird angemerkt, dass die Spannungsamplitude an den Anschlüssen AS1a und AS2a gegenüber der am Transformator 256 hochtransformierten Zündspannung um mindestens einen Faktor der Größenordnung 100 geringer sein kann und damit zur Zündung keinen wesentlichen Beitrag liefert. Dies ist eine Folge davon, dass der Zündimpuls alleine durch die Zündschaltung 250 bereitgestellt wird und in der Vorschaltung 230a von der Zündschaltung galvanisch entkoppelt ist und keine hohen Spannungen in der Vorschaltung 230a auftreten. Sind die Schaltelemente S1 und S4 offen, so wird effektiv während der Zündung eine Trennung der hohen Spannung von der Vorschaltung 230a erreicht.
Das Steuerelement 290 ist gemäß der in 2a dargestellten Ausführungsform durch einen Thyristor 254 und einer dazu antiparallel geschalteten Diode 296 gebildet. Dies stellt den Vorteil bereit, dass für den Thyristor vorab festgelegte Bedingungen zur Schaltung führen und damit gegenüber der Funkenstrecke unvorhersehbare Schwankungen vermieden werden. Die Ansteuerung des Thyristors 294 kann über eine Ansteuerschaltung 300 erfolgen, die ebenfalls mit dem Bezugspotential 232 gekoppelt sein kann. Es wird angemerkt, dass die Ansteuerschaltung 300 gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen als Mikroprozessor ausgebildet sein kann, der den Thyristor 294 aufgrund von Spannungsmessungen steuert. Gemäß einigen speziellen beispielhaften Ausführungsformen kann der Mikroprozessor in einem elektronischen Vorschaltgerät vorgesehen sein. Durch Steuerung des Thyristors 294 können im Vorschaltgerät gemessene Spannungswerte und/oder in der Zündschaltung gemessene Spannungswerte verwendet werden, um den Thyristor innen einzuschalten. Beispielsweise kann bei Erreichen eines bestimmten Spannungsabfalls am Zündkondensator 254 eine Ansteuerung des Thyristors 294 erfolgen. Es ist auch denkbar, dass eine Ansteuerung des Thyristors 254 in Abhängigkeit eines Entladestroms des Kondensators 226 oder eines Stroms durch den Brenner 280 gesteuert wird, insbesondere um den Thyristor 254 in den Ein- bzw. Aus-Zustand zu schalten. Es ist ferner möglich, dass der Thyristor 254 bei Unterschreiten eines Spannungswertes am Zündkondensator 254 oder am Kondensator 226 in den Auszustand geschaltet wird.
Es wird angemerkt, dass in der Zündschaltung und in der Vorschaltung Lasten bzw. Widerstände vorgesehen sein können, an denen auch Spannungs- und Strommessungen erfolgen können. Dies ist in 2a lediglich schematisch mittels eines Widerstands bei der Diode 224 angedeutet, im Zuge einer vereinfachten Darstellung jedoch in den Figuren und in dieser Beschreibung nicht detaillierter ausgeführt.
Im Rahmen der in 2a dargestellten Ausführungsform weisen die Zündschaltung 250 und die Vorschaltung 230 die gleiche Polarität, im vorliegenden Fall insbesondere „positiv” auf. Es ist ersichtlich, dass bei einer entsprechenden Orientierung der Dioden 224 und 222 auch eine negative Polarität vorgesehen sein kann. Im Falle einer vorgesehenen negativen Polarität ist der Thyristor 294 in einer dementsprechend gedrehten Konfiguration vorzusehen.
Es wird nun mit Bezug auf die 2b eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben, die eine Alternative zu der in 2a schematisch dargestellten Ausführungsform darstellt. Elemente der 2b, die Elementen entsprechen, welche im Zusammenhang mit 2a beschrieben wurden, sind mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Hinsichtlich dieser Elemente wird auf die entsprechend Beschreibung im Zusammenhang mit 2a verwiesen. So gelten zum Beispiel die obigen Ausführungen uneingeschränkt für die Brückenschaltung 228, und die Zündschaltung 250.
2b zeigt schematisch eine Ansicht eines Teils einer Schaltung zum Zünden und Betreiben eines Brenners 280 (vgl. auch entsprechende Beschreibung zu 2a oben) einer Entladungslampe gemäß einer alternativen Ausführungsform. Insbesondere zeigt die 2b eine Topographie einer Vorschaltung 230b und eine Topographie der Zündschaltung 250 (vgl. auch entsprechend Beschreibung zu 2a oben). Die Zündschaltung 250 ist von der zum Normalbetrieb des Brenners 280 vorgesehenen Betriebsschaltung (ein Teil davon ist in Form der Vorschaltung 230b in 2b dargestellt) galvanisch entkoppelt.
Die Vorschaltung 230b weist ein induktives Element 212b auf, das z. B. in Form einer kernfreien Spule oder als Spule mit Kern bereit gestellt sein kann. Gemäß einem illustrativen Beispiel kann das induktive Element 212b als sogenannter Spartransformator ausgeführt sein. Im Gegensatz zu anderen Transformatoren umfasst ein Spartransformator (oder Spartrafo bzw. Autotransformator) gemeinhin nur eine Spule (mit oder ohne Kern), die zur Entnahme einer oder mehrer Ausgangsspannungen geeignete Anschlüsse bereitstellt. Prinzipiell werden Primär- und Sekundärseite durch ein einziges induktives Element bereitgestellt, ohne Primär- und Sekundärseite galvanisch zu entkoppeln.
Das in 2b schematisch als Spule dargestellte induktive Element 212b repräsentiert damit ein induktives Bauteil mit eingangsseitigen Anschlüssen ES1b, ES2b und ausgangsseitigen Anschlüssen AS1b und AS2b, wobei die eingangsseitigen Anschlüsse ES1b, ES2b und ausgangsseitigen Anschlüsse AS1b und AS2b galvanisch gekoppelt sind. Mittels des eingangsseitigen Anschlusses ES1b wird das induktive Element 212b mit einem Spannungssignal durch eine nicht dargestellte Spannungsquelle versorgt, wobei ein Schaltelement 216 an dem eingangsseitigen Anschluss ES2b vorgesehen sein kann bzw. damit verbunden sein kann. Es wird angemerkt, dass die Spannungsquelle (nicht dargestellt) in Form einer Gleichspannungsquelle oder in Form einer Wechselspannungsquelle mit nachgeschalteter Gleichrichtungsschaltung realisiert sein kann. Gemäß einem speziellen Beispiel kann als Spannungsquelle (nicht dargestellt) eine 12 V Quelle, wie etwa eine Autobatterie und dergleichen, vorgesehen sein. Ferner können zwischen der Spannungsquelle und dem induktiven Element 212b weitere Schaltungen vorgesehen sein, die im Folgenden nicht näher beschrieben sind, um den Rahmen der vorliegenden Offenbarung nicht zu sprengen. Für eine Beschreibung des Schaltelements 216 wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit 2a verwiesen. Hinsichtlich der Bezeichnung „Anschluss” wird auf die entsprechenden Ausführungen im Zusammenhang mit der Beschreibung von 2a verwiesen.
Gemäß der in 2b dargestellten Ausführungsform wird an das induktive Element 212b mittels der eingangsseitigen Anschlüsse ES1b und ES2b ein Spannungssignal angelegt. Durch die ausgangsseitigen Anschlüsse AS1b und AS2b wird ein Spannungssignal vom induktiven Element 212b ausgegeben. In illustrativen Beispielen, die einen Spartrafo bereitstellen, wird durch die eingangsseitigen Anschlüsse ES1b, ES2b eine erste Anzahl von Windungen des induktiven Elements 212b festgelegt, im Folgenden mit N1 bezeichnet, und durch die ausgangsseitigen Anschlüsse AS1b und AS2b wird dementsprechend eine bestimmte Anzahl von Windungen, im Folgenden mit N2 bezeichnet, definiert. Es ist ersichtlich, dass eine Amplitude eines abgegriffenen Spannungssignals von einem Verhältnis der Anzahl von Windungen auf der Ausgangsseite zu einer Anzahl von Windungen auf der Eingangsseite abhängt. Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform der Offenbarung ist N2 größer als N1. Gemäß bevorzugter Ausführungsformen ist N2 = 2·N1 oder N2 = 3·N1 oder N2 = 10·N1 oder N2 = 15·N1. Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, in denen folgende Relationen gelten:
N2 ≥ 2·N1 oder N2 ≥ 3·N1 oder N2 ≥ 10·N1 oder N2 ≥ 15·N1.
Der ausgangsseitige Anschluss AS1b des induktiven Elements 212b ist über eine Diode 222 mit der Brückenschaltung 228 verbunden, ähnlich zu der in 2a dargestellten Struktur hinsichtlich des Anschlusses AS2a dort. Es wird auf die entsprechende Beschreibung von 2a in diesem Zusammenhang verwiesen.
Der in 2a mit dem Anschluss AS1a verbundene Teil der Brückenschaltung 228 ist in der in 2b dargestellten Ausführungsform mit dem Potential 232 verbunden und vom induktiven Element 212b in 2b getrennt. Damit wird der Kondensator 226 mittels eines durch den ausgangsseitigen Anschluss AS1b bereitgestellten Potentials gegenüber dem Potential 232 geladen.
Hinsichtlich der weiteren Elemente der in 2b dargestellten Schaltung wird auf die entsprechende Beschreibung im Zusammenhang mit 2a verwiesen. Der Zündkondensator 254 der Zündschaltung 250 wird mittels des ausgangsseitigen Anschluss AS2b des induktiven Elements 212b bezüglich des Potentials 232 geladen. Zwischen dem Zündkondensator 254 und dem Anschluss AS2b des induktiven Elements 212b ist ein primärseitiger Transformatoranschluss ST1 eines Transformators 256 angeordnet. Es wird hierzu auf die Beschreibung der in 2a dargestellten Ausführungsform verwiesen.
Es wird angemerkt, dass es zur Sicherstellung der Kompatibilität der Polaritäten der Vorschaltung 230a bzw. 230b mit der Zündschaltung 250 zweckmäßig ist, diese in einer Baueinheit integral auszubilden. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können die Zündschaltung 250 und die Vorschaltung 230a gemäß der Ausführungsform in 2a und die Vorschaltung 230b gemäß der Ausführungsform in 2b einteilig ausgeführt sein und in eine Baueinheit integriert sein. Gemäß besonderen beispielhaften Ausführungsformen können die Vorschaltung 230a bzw. 230b und die Zündschaltung 250 in einen Sockel einer Entladungslampe integriert sein. Es sind weitere vorteilhafte beispielhafte Ausführungsformen denkbar, in denen die Vorschaltung 230a bzw. 230b und die Zündschaltung 250 auf einer Leiterplatte und insbesondere auf der gleichen Seite einer Leiterplatte oder auf gegenüberliegenden Seiten einer Leiterplatte zur Sicherstellung einer ausreichenden Isolierung zwischen den Schaltungen bereitgestellt sind. Diese Ausführungsformen stellen Verpolungssichere Ausgestaltungen bereit, wobei der Fehler einer Verbindung von Vorschaltung und Zündschaltung bei falscher Polung der Anschlüsse H1, H2 H4 bezüglich J1, J2 und J4 durch einen Benutzer ausgeschlossen wird.
Die verpolungssicheren Ausführungsformen stellen jedoch keine Beschränkung dar. Bei einer Sicherstellung der richtigen Polarität von Zündschaltung 250, insbesondere des Steuerelements 290 kann auch eine Trennung der Vorschaltung 230a bzw. 230b und der Zündschaltung 250 oder insbesondere eines Lampenmoduls umfassend Zündschaltung 250 und Brenner 280 (beispielsweise Realisierung der Zündschaltung in einem Sockel einer Entladungslampe, Sockel nicht dargestellt) vorgesehen sein. In diesen Fällen können jedoch mehr als drei Leitungen nötig sein.
In 3 sind zeitliche Verläufe der Spannung und des Stroms am Brenner 280 während der verschiedenen Phasen bei Zündung und im Betrieb einer Entladungslampe dargestellt. Es wird angemerkt, dass die Darstellung in 3 nicht masstabsgerecht ist und nur dem Zweck der Anschauung des Betriebs und der Zündung der vorliegenden Offenbarung dient.
In 3 ist ein Graph 310 dargestellt, in dem die Spannung am Brenner (U_Brenner, Ordinate) gegen die Zeit aufgetragen ist (Abszisse). Darunter ist ein Graph 320 dargestellt, in dem der Strom am Brenner (I_Brenner, Ordinate) gegen die Zeit (Abszisse) aufgetragen ist. Die Zeitachse der Graphen 310 und 320 ist in sechs Abschnitte bzw. Phasen aufgeteilt. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 1 die Phase 1, in der die Ladung des Zündkondensators erfolgt. Die Phase 2, versehen mit dem Bezugszeichen 2, stellt die Zündphase dar. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet Phase 3, welche der Übernahmephase entspricht. Das Aufheizen der Elektroden ist in Phase 4 dargestellt, was mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet ist. Phase 5 ist mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet und bezeichnet die Hochlaufphase des Brenners, während die stabile Brennphase (Phase 6) mit dem Bezugszeichen 6 versehen ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann sich in Phase 1 am Brenner eine Spannung U1 = –400 Volt aufbauen, wie vorangehend mit Bezug auf die Sperrwandlertopographie erläutert ist. Da noch keine Zündung erfolgt, ist der Brennerstrom I_Brenner in Phase 1 gleich Null. Bei der Entladung des Zündkondensators 254 in Phase 2 kann ein Spitzenwert von maximal –23 kV (vgl. U2) auftreten, wobei durch den Brenner ein sehr hoher Entladestrom von maximal 30 A (siehe I1) fließen kann. Mit dem Zünden, d. h. der Ausbildung des Entladestroms durch den Brenner, fällt die am Brenner anliegende Spannung auf kleine Werte, beispielsweise –20 V, ab (vgl. U3), die in der Übernahmephase (vgl. 3) auf die Betriebsspannung von –40 V ansteigen kann. Es folgt die Aufheizphase in der die Elektroden aufgeheizt werden, wobei in der Hochlaufphase, in der die Vollbrücke in den normalen Betriebsteil übergegangen ist, die Brennerspannung U_Brenner auf die normale Betriebsspannungsamplitude von beispielsweise 85 V (vgl. U6) ansteigt. In der stabilen Brennphase (vgl. 6) wird die Spannung derart geregelt, dass sich eine konstante Brennerleistung einstellt, wie z. B. 35 W. Der anhand der 3 dargestellte Betrieb gemäß einer anschaulichen Ausführungsform zeigt eine Nominalspannung eines Brennertyps von beispielsweise 85 V (vgl. U7), der bei Alterung des Brenners auf bis zu 120 V ansteigen kann. Mit dem Ansteigen der Spannungsamplitude in der Hochlaufphase nimmt die Amplitude des Stromflusses durch den Brenner von 2,6 Ampere zu Beginn der Hochlaufphase (vgl. I4) auf die normale Amplitude des Betriebsstromes von beispielsweise 0,4 Ampere (vgl. I5) bei 85 Volt ab. Mit Abnahme der Stromamplitude von Phase 4 (aufheizende Elektroden) bis Normalbetrieb nimmt die vom Brenner gezogene Leistung trotz des leichten Anstiegs der Brennerspannung ab, beispielsweise von 90 Watt in Phase 4 auf 35 Watt in Phase 6.
Das in 2a und 2b dargestellte Steuerelement 290 stellt jedoch keine Beschränkung dar. 4 stellt ein alternatives Steuerelement 490 dar, welches anstelle des in 2a und 2b dargestellten Steuerelements 290 in 2a und 2b vorgesehen sein kann. Das Steuerelement 490 weist einen Thyristor 494 und eine dazu antiparallel geschaltete Diode 496 auf. Der Thyristor 494 wird durch eine antiparallel zum Thyristor 494 geschaltete und mit dem Steuer- oder Gate-Eingang des Thyristors 494 verbundene Zenerdiode 498 gesteuert. Ein derart gebildetes Steuerelement 490 wird auch als Break-over-diode bezeichnet. Das Steuerelement 490 weist hinsichtlich der Schaltspannung, d. h. der Spannung zur Schaltung des Thyristors 494, geringe Toleranzen auf, insbesondere sind die Toleranzen geringer als plus/minus 50 Volt. Aufgrund der geringen Toleranzen werden auch durch das Steuerelement 490 kompakte Ausführungen für Zündschaltungen ermöglicht. Es wird angemerkt, dass gemäß der in den 2a und 2b dargestellten Ausführungsformen die Polung des Steuerelements 490 derart ausgebildet sein kann, dass der +Pol des Steuerelements 490 in der Darstellung von 4 über dem Steuerelement 490 angeordnet ist und der –Pol gemäß der Darstellung in 4 unter dem Steuerelement 490 liegt. Dies stellt jedoch keine Beschränkung dar und es ist ersichtlich, dass eine entsprechende Umpolung durch eine Umbildung des Steuerelements 490 erreicht werden kann.
Es wird angemerkt, dass die anhand der 2a, 2b und 4 erläuterten Ausführungsformen nicht durch die jeweils beschriebenen expliziten Ausgestaltungen des Steuerelements (s. 290 in 2a, 2b und 490 in 4) beschränkt sind. In alternativen Ausführungsformen können anstelle der jeweils beschriebenen Steuerelemente auch Halbleiterschalter vorgesehen sein, die eine Kennlinie gemäß einem Diac aufweisen.
Es wird angemerkt, dass, obwohl das in den Figuren dargestellte Bezugspotential 232 jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen versehen ist, dies keine Beschränkung der vorliegenden Beschreibung darstellt. Es sind Ausführungsformen denkbar, in denen jedes mit dem Bezugszeichen 232 versehen Bezugspotential von den jeweils anderen Bezugspotentialen verschieden ist, beispielsweise kann mindestens ein Bezugspotential gleich Masse sein oder höchstens ein Bezugspotential gleich Masse sein.
Es wird angemerkt, dass gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform eine Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe derart konfiguriert sein kann, dass ein Ausgang des Schaltbauteils und ein parallel angeordneter Anschluss des Zündkondensators auf gleichem Bezugspotential liegen können und beispielsweise auf Masse liegen.
Es sind Ausführungsformen einer Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe denkbar, wobei jeweils eine Diode an einem ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements angeordnet ist, so dass diese dem induktiven Element direkt nachgeschaltet sind.
Gemäß verschiedener Ausgestaltungen der Vorrichtungen, die durch die vorliegende Beschreibung bereitgestellt werden, kann die Zündschaltung diskrete Bauteile aufweisen, so dass bei einem Defekt eines Bauteils dieses auf einfache Weise ausgetauscht werden kann.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Vorrichtung zum Betreiben und Zünden eines Brenners einer Entladungslampe und eine Entladungslampe bereit. In einer entsprechenden Vorrichtung und in einer entsprechenden Entladungslampe sind eine elektronische Vorschaltung, beispielsweise in Form einer Brückenschaltung, und eine Zündschaltung voneinander galvanisch entkoppelt, teilen sich jedoch ein gemeinsames induktives Element einer Sperrwandlerschaltung. Darüber hinaus weist das induktive Element wenigstens zwei ausgangsseitige Anschlüsse auf, die jeweils mit der elektronischen Vorschaltung und der Zündschaltung verbunden sind. Der Zündimpuls wird durch ein gesteuertes Halbleiterelement ausgelöst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69805021 T2 [0021, 0021]

Claims

Vorrichtung zum Zünden und Betreiben eines Brenners einer Entladungslampe, umfassend: ein induktives Element mit zwei eingangsseitigen Anschlüssen und mindestens zwei ausgangsseitigen Anschlüssen, wobei die eingangsseitigen Anschlüsse zum Aufnehmen eines Spannungssignals für das Zünden und Betreiben des Brenners einer Entladungslampe vorgesehen sind; eine Zündschaltung, die einen Zündkondensator und ein Schaltbauteil aufweist; und einen Transformator; wobei der Transformator über einen ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss mit einem ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements verbunden ist, wobei der Transformator über einen ersten primärseitigen Transformatoranschluss mit dem Zündkondensator und einem weiteren ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements verbunden ist, wobei der Transformator über einen zweiten primärseitigen Transformatoranschluss mit dem Schaltbauteil verbunden ist, und wobei der erste primärseitige Transformatoranschluss zwischen dem Zündkondensator und dem weiteren ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schaltbauteil einen gesteuerten Thyristor und eine zum Thyristor antiparallel geschaltete Diode umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Thyristor durch einen Mikroprozessor auf Basis eines Spannungswerts einer mit einem ausgangsseitigen Anschluss des induktiven Elements verbundenen Leitung gesteuert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Thyristor durch eine Zener-Diode gesteuert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Schaltbauteil ein Halbleiterelement mit einer Kennlinie gemäß einem Diac ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das induktive Element eine Spule mit oder ohne Kern ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das induktive Element eine Primärspule und eine mit der Primärspule induktive gekoppelte Sekundärspule umfasst, wobei die eingangsseitigen Anschlüsse an der Primärspule und die ausgangsseitigen Anschlüsse an der Sekundärspule angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Sekundärspule wenigstens einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss verbunden mit dem ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss und einen dritten Anschluss verbunden mit dem ersten primärseitigen Transformatoranschluss aufweist, wobei an dem ersten Anschluss ein Bezugspotential anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Bezugspotential gleich Masse ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei an den mit dem ersten primärseitigen Transformatoranschluss und dem ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss verbundenen ausgangsseitigen Anschlüssen des induktiven Elements ein bezüglich Masse positives Potential anliegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zwischen dem ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss und dem induktiven Element eine Vollbrückenschaltung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der erste primärseitige Transformatoranschluss von dem ersten sekundärseitigen Transformatoranschluss galvanisch entkoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Zündschaltung mit dem induktiven Element und dem Transformator in eine Baueinheit integriert ist.
Entladungslampe, umfassend: eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13; und einen Brenner, der mit einem zweiten sekundärseitigen Transformatoranschluss verbunden ist; und einen Sockel, in den die Zündschaltung als Baueinheit integriert ist.
Entladungslampe nach Anspruch 14, wobei der Brenner fest mit dem Transformator verbunden ist.