DE19531622A1 - Zündschaltung für eine Hochdruck-Gasentladungslampe - Google Patents
Zündschaltung für eine Hochdruck-GasentladungslampeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung für eine Hochdruck-Gasentladungslampe nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine derartige Zündschaltung ist beispielsweise aus der DE 31 08 547 C2 und DE
31 08 548 C2 bekannt.
Fig. 10 zeigt ein Prinzipschaltbild dieser bekannten Zündschaltung. Eine Hochdruck-
Gasentladungslampe bzw. Hochdruckmetalldampf-Entladungslampe 4 (nachfolgend auch
als "Lampe" bezeichnet) ist an die Ausgangsanschlüsse 2 und 2′ der Zündschaltung
angeschlossen. Die Zündschaltung weist einen Impulstransformator 5 auf, dessen
Sekundärwicklung 6 in der spannungsführenden Versorgungsleitung zwischen der Lampe 4
und einem herkömmlichen magnetischen Vorschaltgerät 3, z. B. einer Drossel, geschaltet
ist. Der Reihenschaltung aus der Sekundärwicklung 6 des Impulstransformators 5 der
Lampe 4 ist eine Reihenschaltung aus einem Stoßkondensator 7 und einem
Zündhilfskondensator 11 parallel geschaltet, wobei dem Stoßkondensator 7 eine
Reihenschaltung aus der Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 und einem
symmetrisch schaltenden Schaltelement 9 parallel geschaltet ist. Das symmetrisch
schaltende Schaltelement 9 kann beispielsweise eine Vierschichtdiode, ein Triac oder ein
Sidac sein. Ebenso ist der Einsatz einer Gasfunkenstrecke denkbar. In Fig. 10 ist
beispielhaft das symmetrisch schaltende Schaltelement 9 als Sidac dargestellt. Dem
Zündhilfskondensator 11 ist ein Ladewiderstand 13 parallel geschaltet.
Die Funktion der in Fig. 10 dargestellten Schaltung ist wie folgt:
Der Stoßkondensator 7 wird über die Parallelschaltung des Zündhilfskondensators 11 und des Ladewiderstandes 6 aufgeladen, bis seine Spannung die Schaltspannung des Sidac 9 übersteigt, so daß das Sidac durchbricht und niederohmig wird. Mit Durchbrechen des Sidac wird der Stoßkondensator 7 über die Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 kurzgeschlossen und entlädt sich über die Primärwicklung 8. Der Spannungsabfall in der Primärwicklung 8 wird im Verhältnis der Windungszahl des Impulstransformators 5 hochtransformiert, so daß ein Zündimpuls von ca. 4 KV an der Lampe 4 hervorgerufen wird. Noch während das Sidac 9 leitend geschaltet ist, wird der aus der Drossel 3 und dem Zündhilfskondensator 11 bestehende Serienresonanzkreis mit seiner Eigenfrequenz (ca. 500-2000 Hz) zum Schwingen angeregt, so daß am Zündhilfskondensator 11 und über die Sekundärwicklung 6 des Impulstransformators 4 eine überhöhte Leerlaufspannung entsteht. Nachdem sich der Stoßkondensator 7 entladen hat und dessen Spannung wieder unter die Schaltspannung des Sidac 9 abgesunken ist, sperrt das Sidac 9 mit Umpolung des Stromes und unterbricht den Stromkreis für den aus der Drossel 3 und Zündhilfskondensator 11 bestehenden Serienresonanzkreis. Währenddessen erreicht der Stoßkondensator 7 im Verlaufe der Schwingung wieder die Schaltspannung des Sidac 9 und schaltet diesen erneut durch. Dieser Vorgang erfolgt im Laufe einer Netzhalbwelle wiederholt. Durch die enge Folge der Zündimpulse bei überhöhter Versorgungsspannung wird die Zündung auch schwer zündender Lampen gesichert.
Der Stoßkondensator 7 wird über die Parallelschaltung des Zündhilfskondensators 11 und des Ladewiderstandes 6 aufgeladen, bis seine Spannung die Schaltspannung des Sidac 9 übersteigt, so daß das Sidac durchbricht und niederohmig wird. Mit Durchbrechen des Sidac wird der Stoßkondensator 7 über die Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 kurzgeschlossen und entlädt sich über die Primärwicklung 8. Der Spannungsabfall in der Primärwicklung 8 wird im Verhältnis der Windungszahl des Impulstransformators 5 hochtransformiert, so daß ein Zündimpuls von ca. 4 KV an der Lampe 4 hervorgerufen wird. Noch während das Sidac 9 leitend geschaltet ist, wird der aus der Drossel 3 und dem Zündhilfskondensator 11 bestehende Serienresonanzkreis mit seiner Eigenfrequenz (ca. 500-2000 Hz) zum Schwingen angeregt, so daß am Zündhilfskondensator 11 und über die Sekundärwicklung 6 des Impulstransformators 4 eine überhöhte Leerlaufspannung entsteht. Nachdem sich der Stoßkondensator 7 entladen hat und dessen Spannung wieder unter die Schaltspannung des Sidac 9 abgesunken ist, sperrt das Sidac 9 mit Umpolung des Stromes und unterbricht den Stromkreis für den aus der Drossel 3 und Zündhilfskondensator 11 bestehenden Serienresonanzkreis. Währenddessen erreicht der Stoßkondensator 7 im Verlaufe der Schwingung wieder die Schaltspannung des Sidac 9 und schaltet diesen erneut durch. Dieser Vorgang erfolgt im Laufe einer Netzhalbwelle wiederholt. Durch die enge Folge der Zündimpulse bei überhöhter Versorgungsspannung wird die Zündung auch schwer zündender Lampen gesichert.
Die Zündschaltung muß gemäß den Vorschriften der Lampenhersteller derart ausgebildet
sein, daß mindestens drei Zündimpulse pro Netzhalbwelle mit einem maximalen
Impulsabstand von 0,3 ms erzeugt werden. Des weiteren ist die Schaltung so zu
dimensionieren, daß für eine sichere Lampenzündung die Phasenlage der Zündimpulse
zwischen 60°el und 90°el der betragsmäßig ansteigenden positiven bzw. negativen
Netzhalbwelle gewährleistet ist.
Auch die EP 0 381 083 A1 und EP 0 314 178 A1 der Anmelderin beschreiben ähnliche
Zündschaltungen für Hochdruck-Gasentladungslampen.
Mit der zuvor beschriebenen Schaltung ist jedoch das Zünden von Lampen mit geringer
Leistung, beispielsweise 35 W, problematisch. In diesem Fall kann der vorgeschriebene
Zündimpulsabstand nicht oder nur mit Schwierigkeiten eingehalten werden. Dies hat seine
Ursache darin, daß für geringere Lampenleistungen eine höhere Impendanz für die Drossel
3 vorgeschrieben ist, da die erhöhte Impendanz der Drossel 3 in Verbindung mit dem
Stoßkondensator 7 und dem Zündhilfskondensator 11 eine niedrigere
Reihenresonanzfrequenz bewirkt, so daß der Abstand zwischen den Zündimpulsen
vergrößert wird. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, wurde bereits in der EP 0 314 178
A1 der Anmelderin vorgeschlagen, lediglich einen Teil der Drossel 3 für das Zünden
auszunutzen und nach der Zündung der Lampe den zweiten Teil der Drossel
hinzuzuschalten, so daß nur durch den ersten Teil der Drossel die Reihenresonanzfrequenz
und der zeitliche Impulsabstand bestimmt wird, während der durch die Lampe fließende
Strom durch die in Serie geschalteten Drosselteile nach Zündung der Lampe begrenzt
wird. Auf diese Weise kann eine ausreichend hohe Reihenresonanzfrequenz mit dem
vorgeschriebenen niedrigen Zündimpulsabstand einerseits und eine ausreichend hohe
Lampenstrombegrenzung andererseits gewährleistet werden. Für die in dieser Druckschrift
vorgeschlagene Schaltungsmaßnahme ist jedoch eine Drossel mit Anzapfung erforderlich,
wodurch sich die gesamte Zündschaltung bzw. die Drosselanordnung verteuert.
Des weiteren hat sich bei der bekannten Zündschaltung als schwierig erwiesen, den
Phasenbereich von 60°el-90°el der positiven Netzhalbwelle bzw. von 240°el-270°el
der negativen Netzhalbwelle für das Entstehen der Zündimpulse über den gesamten
Bereich, in dem die Netzspannung schwanken darf, d. h. zwischen 198 V und 264 V,
auszunutzen. An den Randbereichen dieser Netzspannung-Schwankungsbereiche werden
in der Regel die Phasenbereiche nicht wie vorgeschrieben eingehalten. Dies wird weiter
erschwert, wen die Netzspannungsfrequenz nicht nur 50 Hz, sondern - wie beispielsweise
in den USA - 60 Hz beträgt.
Weiterhin ist bei den bekannten Schaltungen zum Erreichen einer möglichst kurzen
Impulsfolge der Einsatz von hochqualitativen Sidac-Typen unerläßlich, wodurch sich
jedoch der Preis der Zündschaltung erhöht. Um eine möglichst große Zündimpulsanzahl zu
erreichen, ist es notwendig, daß die Ladezeit des Stoßkondensators 7 und die
Freiwerdezeit des Schaltelementes 9 möglichst gering gehalten werden. In den bekannten
und zuvor beschriebenen Zündschaltungen ist jedoch eine kurze Freiwerdezeit nur begrenzt
möglich, da dem Zündkreis mit dem Stoßkondensator 7 und dem Schaltelement 9 sowie
der Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 stets ein Strom der
Wechselspannungsversorgung über den Zündhilfskondensator 11 und den Ladewiderstand
13 (vgl. Fig. 10) zugeführt wird. Die Erzeugung einer hohen Zündimpulsanzahl ist daher
bei den bekannten Schaltungen Grenzen gesetzt. Dies gilt insbesondere, wenn die
Zündschaltung zum Zünden von Lampen mit geringer Leistung verwendet werden soll.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile
zu vermeiden und insbesondere eine Zündschaltung anzugeben, die die Erzeugung einer
ausreichend hohen Zündimpulsanzahl auch für Lampen mit geringer Leistung
gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch
1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Zündschaltung weist ein steuerbares Schaltelement auf, das in
Reihe mit der Parallelschaltung aus dem Stoßkondensator einerseits und der
Primärwicklung des Impulstransformators sowie dem Schaltelement andererseits geschaltet
ist. Mit Hilfe des gesteuerten Schalters kann die Freiwerdezeit des Schaltelementes,
welches beispielsweise eine Vierschichtdiode, ein Triac, ein Sidac, eine Gasfunkenstrecke
oder ein in einer Gleichrichterbrücke gesteuerter Transistor ist, deutlich reduziert werden.
Der steuerbare Schalter kann als einpoliger Schalter ausgebildet sein, der unmittelbar nach
Durchbruch des Schaltelementes in der Zündschaltung für eine vorgegebene Zeit
ausgeschaltet, d. h. geöffnet, wird, damit der Strom in dem aus dem Stoßkondensator, dem
Schaltelement und der Primärwicklung des Impulstransformators bestehenden
Schwingkreis sicher und schnell ausschwingen kann. Ebenso kann der gesteuerte Schalter
als zweipoliger Schalter, d. h. als Umschalter ausgeführt sein, wobei in der einen Stellung
die Parallelschaltung aus Stoßkondensator, Primärwicklung und Schaltelement wie bekannt
mit der Wechselspannungsquelle verbunden ist und nach dem Durchbruch des
Schaltelements in der zweiten Stellung die Parallelschaltung kurzgeschlossen und/oder von
der Wechselspannungsquelle getrennt wird, um den Stoßkondensator zeitlich beschleunigt
zu entladen.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Zündschaltung ist wie folgt:
Der steuerbare Schalter befindet sich anfänglich in demjenigen Zustand, der die Parallelschaltung aus Stoßkondensator, Primärwicklung und Schaltelement von der Wechselspannungsquelle trennt. Im Falle eines einpoligen Schalters bedeutet dies, daß der Schalter geöffnet ist. Befindet sich die von der Wechselspannungsquelle gelieferte Wechselspannung in dem geforderten Phasenbereich 60°el-90°el der betragsmäßig ansteigenden positiven oder negativen Netzhalbwelle, d. h. zwischen 60°el-90°el der ansteigenden positiven bzw. zwischen 240°el-270°el der ansteigende negativen Netzhalbwelle, so wird der steuerbare Schalter in einen zweiten Zustand geschaltet, in dem die zuvor genannte Parallelschaltung mit der Wechselspannungsquelle verbunden ist, so daß sich der Stoßkondensator der Parallelschaltung durch die von der Wechselspannungsquelle zugeführte Energie aufladen kann. Im Falle eines einpoligen Schalters bedeutet dies, daß der steuerbare Schalter geschlossen wird. Sobald ein Zündimpuls für die Lampe vorliegt, d. h. sobald das Schaltelement durchbricht und den Stoßkondensator kurzschließt, wird der steuerbare Schalter wieder in den ursprünglichen ersten Zustand geschaltet, und zwar vorzugsweise solange, wie es die Freiwerdezeit des Schaltelementes erfordert, z. B. 80 µs. Nach Ablauf dieses vorbestimmten Zeitintervalles wird der Schalter wieder zurück in den zweiten Zustand geschaltet, so daß ein erneuter Zündimpuls erzeugt werden kann.
Der steuerbare Schalter befindet sich anfänglich in demjenigen Zustand, der die Parallelschaltung aus Stoßkondensator, Primärwicklung und Schaltelement von der Wechselspannungsquelle trennt. Im Falle eines einpoligen Schalters bedeutet dies, daß der Schalter geöffnet ist. Befindet sich die von der Wechselspannungsquelle gelieferte Wechselspannung in dem geforderten Phasenbereich 60°el-90°el der betragsmäßig ansteigenden positiven oder negativen Netzhalbwelle, d. h. zwischen 60°el-90°el der ansteigenden positiven bzw. zwischen 240°el-270°el der ansteigende negativen Netzhalbwelle, so wird der steuerbare Schalter in einen zweiten Zustand geschaltet, in dem die zuvor genannte Parallelschaltung mit der Wechselspannungsquelle verbunden ist, so daß sich der Stoßkondensator der Parallelschaltung durch die von der Wechselspannungsquelle zugeführte Energie aufladen kann. Im Falle eines einpoligen Schalters bedeutet dies, daß der steuerbare Schalter geschlossen wird. Sobald ein Zündimpuls für die Lampe vorliegt, d. h. sobald das Schaltelement durchbricht und den Stoßkondensator kurzschließt, wird der steuerbare Schalter wieder in den ursprünglichen ersten Zustand geschaltet, und zwar vorzugsweise solange, wie es die Freiwerdezeit des Schaltelementes erfordert, z. B. 80 µs. Nach Ablauf dieses vorbestimmten Zeitintervalles wird der Schalter wieder zurück in den zweiten Zustand geschaltet, so daß ein erneuter Zündimpuls erzeugt werden kann.
Mit dem Ladekondensator kann eine Kurzschlußsicherung, beispielsweise ein PTC-
Widerstand in Serie geschaltet sein, um ein Durchbrennen der Zündschaltung bei
Kurzschluß eines jeden Schaltelementes zu vermeiden.
Zur Steuerung des steuerbaren Schalters wird vorzugsweise eine Steuerschaltung
eingesetzt, die insbesondere als kundenspezifische integrierte Schaltung, d. h. als sog.
ASIC, ausgebildet sein kann. Zur zeitlichen Steuerung des steuerbaren Schalters kann das
ASIC einen Zähler beinhalten. Des weiteren kann zur Erkennung eines Zündimpulses das
ASIC eine Zündimpuls-Erkennungsvorrichtung aufweisen. Besonders vorteilhaft ist das
Vorhandensein einer Lampen-Zünderkennungsvorrichtung in dem ASIC, so daß nicht nur
das Auftreten eines Zündimpulses erfaßt werden kann, sondern auch der Zustand, wenn
die Lampe selbst leitend geworden ist, d. h. wenn sich eine Gasentladungsstrecke in der
Lampe ausgebildet hat. Wird das Zünden der Lampe erkannt, so kann durch die
Steuerschaltung (ASIC) der steuerbare Schalter, der beispielsweise ein Bipolartransistor,
ein Feldeffekttransistor oder ein einfaches Relais sein kann, dauerhaft in den ersten oder
zweiten Zustand, im Falle eines einpoligen Schalters also dauerhaft geöffnet oder
geschlossen, werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
- - Fig. 1a und 1b ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündschaltung in Prinzipdarstellung und detaillierter Ansicht,
- - Fig. 2 ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
- - Fig. 3 ein drittes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,
- - Fig. 4 eine detaillierte Ansicht der erfindungsgemäßen Steuerschaltung,
- - Fig. 5-Fig. 7 Zeitverläufe bei der Zündimpulserzeugung mit der erfindungsgemäßen Zündschaltung,
- - Fig. 8 und 9 beispielhafte Zeitverläufe für die erfindungsgemäße Zündimpulssteuerung durch den in der erfindungsgemäßen Steuerschaltung von Fig. 4 vorhandenen intelligenten Timer, und
- - Fig. 10 eine bekannte Zündschaltung.
Fig. 1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zündschaltung.
Wie die in Fig. 10 gezeigte bekannte Zündschaltung weist auch die in Fig. 1a gezeigte
Zündschaltung eine als magnetisches Vorschaltgerät dienende Drossel 3, einen
Impulstransformator 5, dessen Sekundärwicklung 6 in Serie mit der Drossel 3 und der
Hochdruck-Gasentladungslampe 4 geschaltet ist, und dessen Primärwicklung 8 in Serie mit
einem Schaltelement 9 geschaltet ist, sowie einen Stoßkondensator 7 auf, wobei der
Stoßkondensator 7 einerseits sowie die Serienschaltung aus der Primärwicklung 8 und dem
Schaltelement 9 andererseits eine Parallelschaltung bilden, die ihrerseits in Serie mit einem
Ladewiderstand 13 sowie einem steuerbaren Schalter 10 geschaltet ist. Auch wenn in Fig.
1a das symmetrisch schaltende Schaltelement 9 als Sidac, welcher oberhalb einer
bestimmten positiven Schaltspannung und unterhalb einer bestimmten negativen
Schaltspannung durchbricht und im dazwischenliegenden Bereich hochohmig ist,
dargestellt ist, so ist doch ersichtlich, daß auch andere entsprechend gesteuerte
Schaltelemente, wie beispielsweise eine Gasfunkenstrecke, eine Vierschichtdiode, ein
gesteuerter Triac oder ein in einer Gleichrichterbrücke gesteuerter Transistor, verwendet
werden können. Der steuerbare Schalter 10 ist vorzugsweise ein Feldeffekttransistor oder
ein in einer Gleichrichterbrücke angesteuerter Bipolartransistor. Des weiteren ist ein
Zündhilfskondensator 11 sowie eine Steuerschaltung 12 vorhanden, die zur Ansteuerung
des steuerbaren Schalters 10 dient. Die Steuerschaltung 12 steuert den steuerbaren Schalter
10 zeitlich abhängig von dem Auftreten eines Zündimpulses für die Hochdruck-
Gasentladungslampe 4, wobei ein Zündimpuls durch eine entsprechend vorhandende
Zündimpulserkennung 15 erfaßt wird, welche mit dem Impulstransformator 5 durch eine
spezielle Wicklung verbunden ist. Ein Zündimpuls kann jedoch auch an anderer Stelle der
Schaltung abgeleitet werden.
Fig. 1b zeigt eine detaillierte Ansicht der in Fig. 1a als Prinzipschaltbild dargestellten
erfindungsgemäßen Zündschaltung. Wie aus Fig. 1b ersichtlich, ist der steuerbare Schalter
gemäß diesem Ausführungsbeispiel als einpoliger Schalter ausgebildet, der zwischen einer
geöffneten und einer geschlossenen Stellung umschaltbar ist. In Serie mit dem
Ladewiderstand 13 ist ein PTC-Widerstand geschaltet, um bei einem Kurzschluß des Sidac
9 oder des steuerbaren Schalters 10 ein Durchbrennen der Zündschaltung zu vermeiden.
Wäre nur der niederohmige Widerstand 13 vorhanden, so könnte im Falle eines
Kurzschlusses des steuerbaren Schalters 10 die Schaltung durchbrennen. Dieses wird durch
den Kaltleiter 16 verhindert, da der Widerstandswert des Kaltleiters 16 mit steigender
Erwärmung zunimmt. Die Steuerschaltung 12 ist als kundenspezifische integrierte
Schaltung (ASIC oder PAL) ausgebildet, wobei die Spannungsversorgung der
Steuerschaltung 12 an den Eingängen Vcc und Vdd über einen Eingangsvorwiderstand 17,
einen Gleichrichter 21 sowie eine Eingangszenerdiode 24 und einen
Versorgungskondensator 25 gewährleistet ist. Die in Fig. 1a gezeigte
Zündimpulserkennung 15 ist bei der in Fig. 1b gezeigten Schaltung in die Steuerschaltung
12 integriert. Über eine Zenerdiode 22 sowie einen Vorderwiderstand 18 wird in der
Steuerschaltung 12 das Zünden der Lampe überwacht, d. h. eine
Lampenbrennspannungserkennung durchgeführt. Über die Diode 23 und den
Vorderwiderstand 19 wird in der Steuerschaltung 12 mit jeder positiven Netzhalbwelle der
Nulldurchgang der Netzspannung erfaßt.
Die Funktion der in Fig. 1a und 1b gezeigten Schaltung ist wie folgt:
Zunächst ist der steuerbare Schalter 10 offen, so daß die aus dem Stoßkondensator 7, der Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 und dem Sidac 9 gebildete Parallelschaltung von der an den Anschlüssen 1 und 1′ anliegenden Wechselspannungsversorgung getrennt ist. Die Steuerschaltung, d. h. das ASIC, enthält vorzugsweise einen Zähler, der in Betrieb gesetzt wird, wenn ein Nulldurchgang der Netzspannung erfolgt oder die Netzspannung eine bestimmte Höhe erreicht hat, was einem bestimmten Schaltwinkel entspricht. Durch das Abzählen kann festgestellt werden, wann der geforderte Schaltwinkel, d. h. die Phasenlage zwischen 60°el-90°el bzw. 240°el-270°el, erreicht ist.
Zunächst ist der steuerbare Schalter 10 offen, so daß die aus dem Stoßkondensator 7, der Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 und dem Sidac 9 gebildete Parallelschaltung von der an den Anschlüssen 1 und 1′ anliegenden Wechselspannungsversorgung getrennt ist. Die Steuerschaltung, d. h. das ASIC, enthält vorzugsweise einen Zähler, der in Betrieb gesetzt wird, wenn ein Nulldurchgang der Netzspannung erfolgt oder die Netzspannung eine bestimmte Höhe erreicht hat, was einem bestimmten Schaltwinkel entspricht. Durch das Abzählen kann festgestellt werden, wann der geforderte Schaltwinkel, d. h. die Phasenlage zwischen 60°el-90°el bzw. 240°el-270°el, erreicht ist.
Ist die gewünschte Phasenlage erreicht, so wird der steuerbare Schalter 10 geschlossen,
wobei die an dem Zündhilfskondensator 11 anliegende Spannung kurzzeitig reduziert wird,
da durch das Schließen des steuerbaren Schalters 10 der Stoßkondensator 7 dem
Zündhilfskondensator 11 parallel geschaltet wird. Der Impulstransformator 5 selbst ist
niederohmig. Nach dem Schließen des steuerbaren Schalters 10 kommt es zu dem
normalen Zündverhalten, d. h. die an dem Stoßkondensator 7 anliegende Spannung steigt
durch Aufladen des Stoßkondensators 7 über den Ladewiderstand 13 und ggf. den PTC-
Widerstand an, so daß auch die an der Lampe 4 bzw. dem Zündhilfskondensator 11
anliegende Spannung ansteigt. Ist die Schaltspannung des Sidac 9 erreicht, so schließt
dieser kurz und der Stoßkondensator 7 wird über die Primärwicklung 8 des
Impulstransformators 5 und das Sidac 9 entladen, wodurch an der Hochdruck-
Gasentladungslampe 4 ein Zündimpuls erzeugt wird, der über die gekoppelte Wicklung 14
und die Zündimpulserkennung 15 der Steuerschaltung 12 mitgeteilt wird.
Mit Erfassen eines Zündimpulses öffnet die Steuerschaltung 12 sofort den steuerbaren
Schalter 10, so daß der aus dem Stoßkondensator 7, dem Sidac 9 und der Primärwicklung
8 des Impulstransformators 5 gebildete Schwingkreis sehr schnell ausschwingt, da diesem
Schwingkreis keine neue Energie zugeführt wird. Dadurch wird die Schaltspannung des
Sidac 9 sehr schnell unterschritten. Dies erlaubt es, in sehr kurzer Zeit nach dem Öffnen
des Schalters 10 erneut den Schalter 10 wieder zu schließen, so daß erfindungsgemäß eine
sehr kurze Impulsfolge gewährleistet werden kann. Die Zeit, in der der steuerbare Schalter
10 geöffnet ist, wird solange gewählt, bis eine ausreichende Erholung des Sidac 9
gewährleistet ist. In der Regel ist hierfür eine Zeitspanne von 80 µs ausreichend. Diese
Zeitdauer, d. h. die Sperrzeit des Schalters 10, ist jedoch abhängig von dem Typ des
Schaltelementes 9. Es ist daher ggf. eine andere Sperrzeit einzustellen.
Nach Abzählen der 80 µs durch das ASIC wird der steuerbare Schalter 10 wieder
geschlossen, so daß sich der Zündvorgang auf bekannte Art und Weise erneut wiederholen
kann.
Fig. 4 zeigt in detaillierter Ansicht den Innenaufbau des in Fig. 1b dargestellten ASIC 12.
Neben der bereits erwähnten Zündimpulserkennung 15 weist die Steuerschaltung 12
(ASIC) folgende weitere Funktionsblöcke auf:
Über den "Power on reset"-Funktionsblock 28 werden nach jedem Einschalten der Zündschaltung sämtliche Funktionsblöcke zurückgesetzt. Der Oszillator 35, über dessen Eingangsanschlüsse e1 oder e2 ein oder mehrere externe Bauteile zur Steuerung des Oszillators 35 angeschlossen werden können, erzeugt ein internes Taktsignal im kHz- Bereich, mit dem die internen Funktionsblöcke gespeist werden. Die Lampenbrennspannungserkennung 26 erhält am Eingang a ein digitales Signal bei brennender Lampe, d. h. nach erfolgreicher Zündung der Hochdruck-Gasentladungslampe, und leitet dies nach einer festgelegten Zeit an den Startzähler 33 weiter. Die Nulldurchgangserkennung 27 erhält bei jeder positiven Netzhalbwelle am Eingang b ein digitales Signal, durch das die Steuerschaltung 12 voreingestellt und synchronisiert wird. Die Zündimpulserkennung 15 dient - wie bereits erwähnt - zur Einleitung der sog. Sperrzeit des steuerbaren Schalters, welche durch den Sperrzeit-Funktionsblock 31 gesteuert wird. Die 50/60 Hz-Auswertung 29 dient zur Erkennung der Frequenz der Netzspannung und leitet die erkannte Netzspannungsfrequenz an die Puls-Phasen-Logik 30 weiter. Diese Puls-Phasen-Logik 30 erzeugt während jeder Netzhalbwelle mit Hilfe der Eingangssignale zwei Fenster im Phasenbereich 60°el-90°el bzw. 240°el-270°el mit hohem Pegel, in denen die UND-Logik 34 angesteuert wird. Der Sperrzeit-Funktionsblock 31 schaltet unmittelbar nach Meldung eines Zündimpulses durch die Zündimpulserkennung 15 den Steuerausgang d über die UND-Logik 34 für eine definierte Zeit auf niedrigen Pegel. Die Sparschaltung 32 ist dafür verantwortlich, daß nach einem Zündbetrieb von 5 s eine Pause von 25 s erfolgt (Stand-by-Betrieb). Der intelligente Timer 33 hat die Aufgabe, den Ausgang d der Steuerschaltung 12 abzuschalten, wenn sich das Eingangssignal a, d. h. der Lampenzustand, für eine definierte Zeit nicht ändert oder über den Eingang a bereits eine mehrmalige erfolgreiche Zündung der Lampe, beispielsweise eine dreimalige Zündung, gemeldet worden ist. Die UND-Logik 34 verknüpft schließlich die Ausgangssignale der Sparschaltung 32, des Sperrzeit-Funktionsblocks 31 sowie des intelligenten Timers und Startzählers 33 und erzeugt das Steuersignal d für den steuerbaren Schalter.
Über den "Power on reset"-Funktionsblock 28 werden nach jedem Einschalten der Zündschaltung sämtliche Funktionsblöcke zurückgesetzt. Der Oszillator 35, über dessen Eingangsanschlüsse e1 oder e2 ein oder mehrere externe Bauteile zur Steuerung des Oszillators 35 angeschlossen werden können, erzeugt ein internes Taktsignal im kHz- Bereich, mit dem die internen Funktionsblöcke gespeist werden. Die Lampenbrennspannungserkennung 26 erhält am Eingang a ein digitales Signal bei brennender Lampe, d. h. nach erfolgreicher Zündung der Hochdruck-Gasentladungslampe, und leitet dies nach einer festgelegten Zeit an den Startzähler 33 weiter. Die Nulldurchgangserkennung 27 erhält bei jeder positiven Netzhalbwelle am Eingang b ein digitales Signal, durch das die Steuerschaltung 12 voreingestellt und synchronisiert wird. Die Zündimpulserkennung 15 dient - wie bereits erwähnt - zur Einleitung der sog. Sperrzeit des steuerbaren Schalters, welche durch den Sperrzeit-Funktionsblock 31 gesteuert wird. Die 50/60 Hz-Auswertung 29 dient zur Erkennung der Frequenz der Netzspannung und leitet die erkannte Netzspannungsfrequenz an die Puls-Phasen-Logik 30 weiter. Diese Puls-Phasen-Logik 30 erzeugt während jeder Netzhalbwelle mit Hilfe der Eingangssignale zwei Fenster im Phasenbereich 60°el-90°el bzw. 240°el-270°el mit hohem Pegel, in denen die UND-Logik 34 angesteuert wird. Der Sperrzeit-Funktionsblock 31 schaltet unmittelbar nach Meldung eines Zündimpulses durch die Zündimpulserkennung 15 den Steuerausgang d über die UND-Logik 34 für eine definierte Zeit auf niedrigen Pegel. Die Sparschaltung 32 ist dafür verantwortlich, daß nach einem Zündbetrieb von 5 s eine Pause von 25 s erfolgt (Stand-by-Betrieb). Der intelligente Timer 33 hat die Aufgabe, den Ausgang d der Steuerschaltung 12 abzuschalten, wenn sich das Eingangssignal a, d. h. der Lampenzustand, für eine definierte Zeit nicht ändert oder über den Eingang a bereits eine mehrmalige erfolgreiche Zündung der Lampe, beispielsweise eine dreimalige Zündung, gemeldet worden ist. Die UND-Logik 34 verknüpft schließlich die Ausgangssignale der Sparschaltung 32, des Sperrzeit-Funktionsblocks 31 sowie des intelligenten Timers und Startzählers 33 und erzeugt das Steuersignal d für den steuerbaren Schalter.
Nachfolgend wird die Funktion der Puls-Phasen-Logik 30 sowie der Sparschaltung 32
anhand Fig. 5a und 5b näher beschrieben. Die Puls-Phasen-Logik 30 benötigt neben der
Oszillatorfrequenz als weitere Eingangssignale das Nulldurchgangserkennungssignal der
Nulldurchgangserkennung 27 sowie die Information der 50/60 Hz-Auswertung 29, die die
Netzfrequenz mitteilt. Diese Eingangssignale werden in der Puls-Phasen-eLogik 30
verknüpft und ausgewertet. Nach Feststellen eines Nulldurchgangs der Netzspannung
(Punkt 1 in Fig. 5) erzeugt die Puls-Phasen-Logik 30 Fenster im Phasenbereich 60°el-90°el
und 240°el-270°el der Netzspannung (Punkt 2). Dadurch wird die Ansteuerung des
Zündkreises nur innerhalb der von den Lampenherstellern gewünschten Phasenwinkeln
ermöglicht. Bevor das Ausgangssignal der Puls-Phasen-Logik 30 an den Ausgang d der
Steuerschaltung 12 gelangt, durchquert es noch die Sparschaltung 32, welche die Aufgabe
hat, das Ausgangssignal der Puls-Phasen-Logik 30 zu takten, d. h. das Ausgangssignal der
Puls-Phasen-Logik 30 kann 5 Sekunden lang ungehindert passieren, danach erfolgt eine
Sperrung von 25 Sekunden. Dieses Ein- und Ausschalten wird benötigt, um die
elektrischen Verluste im Zündkreis klein zu halten. Durch dieses Takten des Zündbetriebes
kann eine die Lampe schädigende Glimmentladung an den Elektroden der Hochdruck-
Gasentladungslampen vermieden werden, wenn die Lampe für eine Zündungen noch nicht
ausreichend abgekühlt ist.
Fig. 6 dient zur Erläuterung der in Fig. 4 dargestellten UND-Logik 34 und des
intelligenten Timers 33. Fig. 6a entspricht Fig. 5a und zeigt die mit der
erfindungsgemäßen Zündschaltung erzeugten Zündimpulse einer Netzhalbwelle. Fig. 6b
zeigt das Ausgangssignal der Steuerschaltung 12, die als kundenspezifische integrierte
Schaltung (ASCI, PAL etc.) ausgebildet ist. Das Ausgangssignal d der Steuerschaltung 12
setzt sich aus den Fenstern der Puls-Phasen-Logik 30 (vgl. Fig. Sb) und der sog.
Sperrzeit, die durch den in Fig. 4 gezeigten Sperrzeit-Funktionsblock 31 gesteuert wird,
zusammen. Der in Fig. 4 dargestellte UND-Logik-Funktionsblock 34 verknüpft die
Ausgangssignale der sog. Sparschaltung 32 und des Sperrzeit-Funktionsblocks 31. Diese
beiden Signale sind für die Funktion des Zündbetriebes notwendig. Das dritte
Eingangssignal der UND-Logik 34 ist das Ausgangssignal des intelligenten Timers und
Startzählers 33.
Die Funktionen des in Fig. 4 dargestellten Sperrzeit-Funktionsblocks 31 und des
intelligenten Timers 33 sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 7 bzw. Fig. 8 und
9 näher erläutert werden.
Fig. 7a zeigt einen an der Lampe anliegenden Zündimpuls in zeitlich gedehnter
Darstellung, Fig. 7b zeigt das Ausgangssignal d der UND-Logik der Steuerschaltung 12,
d. h. das Steuersignal für den steuerbaren Schalter, ebenfalls in zeitlich gedehnter
Darstellung. Nimmt das Ausgangssignal d der UND-Logik den hohen Pegel an, so wird
der steuerbare Schalter eingeschaltet, d. h. geschlossen. An Punkt 1 erkennt man, daß
unmittelbar nach dem Einschalten des steuerbaren Schalters 10 die Spannung am
Zündhilfskondensator 11 sehr stark abfällt. Die Energie des Zündhilfskondensators 11
fließt über den steuerbaren Schalter 10 und den Ladewiderstand 13 in den Stoßkondensator
7, wodurch dieser aufgeladen wird bis die an dem Stoßkondensator anliegende Spannung
eine bestimmte Schaltspannung am Punkt 2 erreicht. Daraufhin bricht der steuerbare
Schalter 9 durch und induziert in dem Impulstransformator 5 eine Spannung, wodurch an
den Anschlußpunkten 2 und 2′ der Lampe 4 ein Hochspannungsimpuls und an der
Meßwicklung 14 ein Niederspannungsimpuls induziert wird (Punkt 3). Das von der
Meßwicklung 14 erfaßte Zündimpuls-Erkennungssignal gelangt über den Eingang c zu dem
Sperrzeit-Funktionsblock 31 in der Steuerschaltung 12. Dieser Funktionsblock wird
daraufhin aktiviert und automatisch der Steuerausgang d über die UND-Logik 34 auf einen
niedrigen Pegel gesetzt (Punkt 4). Während dieser vorgegebenen Sperrzeit schwingt der
aus dem Stoßkondensator 7, der Primärwicklung 8 und dem Schaltelement 9 gebildete
Schwingkreis sicher aus, da der steuerbare Schalter 10 geöffnet ist (Punkt 5) und die
Spannung am Zündhilfskondensator steigt wieder an. Nach Ablauf der Sperrzeit wird der
steuerbare Schalter wieder eingeschaltet (Punkt 6). Danach wiederholt sich der
Zündvorgang an Punkt 7 wie bereits bezüglich Punkt 1 beschrieben. Die Sperrzeit ist dabei
immer größer zu wählen als die für das Ausschwingen benötigte Zeit des Schwingkreises.
- - Die Funktion des intelligenten Timers wird nachfolgend anhand Fig. 8 und 9 näher erläutert. Die in Fig. 10 gezeigte bekannte Schaltung legt nach dem Abschalten einer Lampe zum Wiedereinschalten kontinuierlich Zündimpulse an die Lampe an bis diese wieder so weit abgekühlt ist, daß eine erneute Zündung möglich ist. Dabei bildet sich zwischen den Elektroden zwar eine Glimmentladung aus, diese wird jedoch von der Lampe im heißen Zustand nicht angenommen, wobei die Lampe durch die Glimmentladung zusätzlich erwärmt wird. Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, daß im heißen Zustand der Gasdruck in der Lampe höher ist als im kalten Zustand. Durch die Glimmentladung werden die Elektroden der Lampe zusätzlich geschädigt, so daß die Lebensdauer einer Lampe verkürzt wird, wenn die Lampe im heißen Betrieb gezündet werden soll. Um diesem Nachteil entgegenzuwirken wurden bereits Timer-Schaltungen entwickelt, die eine bestimmte Zeit, beispielsweise 11 Minuten, Zündimpulse auf die Hochdruck-Gasentladungslampe schalten und die Zündschaltung abschalten, wenn die Lampe bis zum Ende dieser Zeitspanne nicht in Betrieb ist, d. h. nicht erfolgreich gezündet werden konnte. Falls die Lampe vor Ablauf der 11 Minuten zündet, wird die bis dahin verbrauchte Zündzeit abgespeichert. Sollte die Lampe wieder abschalten, beispielweise aus Alterungsgründen, so wird die restliche Zeit bis zu den vorgegebenen 11 Minuten erneut aufgewendet, um für einen erneuten Zündvorgang Zündimpulse an die Hochdruck-Gasentladungslampe anzulegen. Die Gesamt-Zündzeit von 11 Minuten wird mit dem Einschalten der Lampe gestartet. Ein zwischenzeitliches Abschalten der Lampe kann beispielsweise auch durch eine Spannungsabfall der Netzspannung hervorgerufen werden. Auch in diesem Fall soll ein Neuzünden der Lampe innerhalb der 11 Minuten Gesamt-Zündzeit möglich sein. Das Altern einer Lampe äußert sich beispielsweise darin, daß die Betriebsspannung über die Netzspannung steigt, mit der Folge, daß die Lampe nicht mehr betrieben werden kann und selbst abschaltet. Tritt dieser Fall nach 11 Minuten auf, so bleibt die Lampe dauerhaft abgeschaltet. Die zuvor beschriebenen 11 Minuten Gesamt-Zündzeit ergaben sich aus praktischen Erwägungen, da ein derartiger Timer auf dem Markt zur Verfügung stand. Ebenso sind aber auch an andere Timer angepaßte Gesamt-Zündzeiten denkbar.
Die Funktion des zuvor beschriebenen als bekannten Timers ist in Fig. 8a und b sowie
Fig. 9a dargestellt. Fig. 8a zeigt das dreimalige Zünden einer fehlerhaften Lampe.
Abhängig von der Abkühlung der Lampe ist jedoch auch eine häufigere Zündung der
Lampe möglich. Ein häufiges Abschalten der fehlerhaften Lampe ist jedoch nachteilig, da
dies in ein Blinken der Lampe ausarten kann (sog. Cycling-Betrieb). Durch das häufige
Aus- und Einschalten wird nicht nur das Vorschaltgerät der Lampe in Mitleidenschaft
gezogen, sondern das Blinken kann auch sehr störend bei der Beleuchtung von Räumen
sein. Aus Fig. 8b ist ersichtlich, daß nach dem erstmaligen Zünden der Lampe im Bereich
1 eine Zünd-Restzeit von 10 Minuten 55 Sekunden vorhanden ist. Nach dem erstmaligen
Abschalten der Lampe erfolgt ein Zündbetrieb von 5 Minuten, so daß nach dem erneuten
Zünden der Lampe im Bereich 3 eine Zünd-Restzeit von nur noch 5 Minuten 55 Sekunden
verfügbar ist. Nach dem erneuten Abschalten der Lampe werden für weitere 5 Minuten
Zündimpulse an die Lampe angelegt, bis diese erneut zündet (Bereich 4 und 5). Somit ist
nachfolgend nur noch eine Zünd-Restzeit von 55 Sekunden verfügbar, die nach dem
erneuten Abschalten der Lampe unterhalb des Bereichs 6 ausgenützt wird, wobei keine
erneute Zündung der Lampe möglich ist und der Timer nach Ablauf der Zünd-Restzeit den
Zündbetrieb einstellt. Während Fig. 8 die Funktion des Timers für eine alte Lampe oder
für den Fall des Erlöschens der Lampe durch sog. Netzwischer darstellt, zeigt Fig. 9 die
Funktion des Timers bei einer fehlenden oder defekten Lampe. Fig. 9a zeigt dabei, daß
bei einer fehlenden oder defekten Lampe mit dem bekannten Timer ohne ein erfolgreiches
Zünden der Lampe dauerhaft Zündimpulse bis zum Ablauf der Zünd-Restzeit an die
Lampe angelegt werden.
Mit dieser bekannten Timer-Schaltung kann zwar die Zündzeit, bis eine heiße Lampe
erneut gezündet werden kann, insgesamt verkürzt und die aufgewendete Energie verringert
werden, jedoch werden weiterhin innerhalb längerer Zeitspannen kontinuierlich
Zündimpulse an eine an sich zündunwillige Lampe angelegt, so daß die bezüglich der in
Fig. 10 gezeigten bekannten Schaltung beschriebenen Nachteile grundsätzlich weiterhin
vorhanden sind. Zudem ist nachteilig, daß die Zeitmessung in der Regel durch Zählung
der Netzhalbwellen erfolgt, so daß sich zwischen einer 50 Hz-Netzspannung und einer 60
Hz-Netzspannung ein Unterschied von 20% ergibt. Dies bedeutet, daß abhängig von der
vorliegenden Netzfrequenz unterschiedliche Zünd-Grenzzeiten gemessen werden.
Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Anlegen der Zündimpulse durch den in
Fig. 4 gezeigten intelligenten Timer 33 derart zu steuern, daß eine Lampe im heißen
Zustand nur eine relativ kurze Zeit mit Zündimpulsen beaufschlagt wird (beispielsweise 5
Sekunden), um bis zum nächsten Zündpaket eine längere Zeit (beispielsweise 25
Sekunden) vergehen zu lassen. Auf diese Weise wird die Zeit, bis zu der eine heiße Lampe
wieder zündwillig ist, insgesamt verkürzt und die für die Zündung der Lampe
aufgewendete Energie kann deutlich verringert werden. Des weiteren ist der intelligente
Timer 33 derart ausgestaltet, daß eine einmal eingeschaltete Lampe nicht mehr als eine
bestimmte Zahl (beispielsweise drei) von Wiedereinschaltungen vornehmen soll, wenn
zwischenzeitlich ein ungewolltes Abschalten erfolgt ist. Nach jedem Abschalten wird für
eine bestimmte Zeit mit den zuvor beschriebenen Zündpaketen das Zünden der Lampe
versucht, wobei die Zeit von der Netzfrequenz unabhängig ist. Fig. 8c zeigt die
erfindungsgemäße Timersteuerung, wobei ersichtlich ist, daß nach dem dritten
Lampenstart die Zündschaltung abgeschaltet wird und im Zündbetrieb nur für 5 Sekunden
Zündimpulse an die Lampe angelegt werden. Zwischen den 5s-Imuplspaketen ist ein 25s-
Stand-by-Betrieb vorgesehen. Die in Fig. 8c dargestellte Timersteuerung tritt bei einer
alten Lampe in Funktion.
Fig. 9b zeigt die erfindungsgemäße Timersteuerung für den Fall einer defekten oder
fehlenden Lampe. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Zündschaltung
automatisch nach einem getakteten Zündbetrieb von 22 Minuten abschaltet. Dies bedeutet,
daß für einen Lampenstart maximal 22 Minuten Zündbetrieb zur Verfügung stehen. Durch
die erfindungsgemäße Lampenstarterkennung wirkt die Abschaltung der Zündschaltung im
Fehlerfall unabhängig von der gewählten Lampentechnologie.
Die erzielbaren Gewinne mit dem zuvor beschriebenen ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel sind beispielsweise Fig. 5 und 6 entnehmbar. Es ist ersichtlich, daß
mit der erfindungsgemäßen Zündschaltung im Phasenbereich 60°el-90°el bzw. 240°el-270°el
eine sehr hohe Impulsanzahl von ca. 13 Zündimpulsen erzeugt werden kann, die
auch jeweils die von den Lampenherstellern vorgeschriebene Zündimpulsspannung
aufweisen. Durch ein Zündimpulspaket mit einer derartig hohen Anzahl von Zündimpulsen
wird ein sehr sicheres Zünden der Lampe auch bei Einsatz einer Lampe mit niedriger
Leistung gewährleistet. Da der Abstand der Zündimpulse zueinander kleiner als 0,3 ms ist,
können die Impulsbreiten der einzelnen Zündimpulse zu einem Gesamt-Zündimpulspaket
addiert werden, wobei aus Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, daß die durch das
erfindungsgemäße Zündgerät erreichbare Gesamt-Zündimpulsbreite eines
Zündimpulspaketes größer als die vom Lampenhersteller vorgeschriebenen 2 µs sind.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Steuerschaltung 12 ist das Vorhandensein der
in Fig. 4 gezeigten Lampenbrennspannungserkennung 26, die eine Lampen-
Zünderkennung durchführt und somit anzeigt, wann die Lampe selbstleitend geworden ist,
d. h. eine Gasentladungsstrecke in der Lampe ausgebildet worden ist. Nach dem Zünden
der Lampe fällt über der Lampe eine Spannung ab, so daß sich die Netzspannung auf die
an der Drossel 3 abfallende Spannung sowie die an der Lampe 4 abfallende Spannung
aufteilt, da der Impulstransformator 5 selbst niederohmig ist und somit vernachlässigt
werden kann. Im Betriebszustand fällt an der Lampe eine Spannung von ca. 100 V ab.
Diese Spannung liegt unterhalb der Durchbruchspannung des Sidac 9, so daß im
Betriebszustand der Lampe weitere Zündimpulse nicht erzeugt werden können. Durch das
Erkennen und Anzeigen, daß die Lampe im Betrieb ist, ist es möglich, die Steuerschaltung
zu veranlassen, den steuerbaren Schalter 10 auf Dauer zu öffnen oder zu schließen. Das
dauerhafte Öffnen bzw. Schließen des steuerbaren Schalters 10 ist aus folgenden Gründen
vorteilhaft.
Ist der steuerbare Schalter 10 auf Dauer geschlossen, so liegt die Reihenschaltung aus dem
Stoßkondensator 7, dem Ladewiderstand 13 sowie dem steuerbaren Schalter 10 parallel zu
der Hochdruck-Gasentladungslampe 4. Für den Betrieb einer Hochdruck-
Gasentladungslampe fordern die Lampenhersteller, daß eine kapazative Last der Lampe
parallel geschaltet ist. Dies könnte durch dauerhaftes Schließen des steuerbaren Schalters
10 aufgrund der starken Kapazität des Zündkondensators 7 gewährleistet sein, so daß der
Zündhilfskondensator 11, der an sich als kapazative Belastung für die Lampe 4 vorgesehen
ist, entfallen kann. Der Schaltungsaufbau der Zündschaltung könnte somit vereinfacht
werden.
Wird hingegen der steuerbare Schalter 10 von der Steuerschaltung 12 nach dem Zünden
der Lampe dauerhaft geöffnet, so würde der oberhalb des steuerbaren Schalters 10
liegende Schaltungsteil mit dem Stoßkondensator 7, der Primärwicklung 8 und dem
Schaltelement 9 keine Energie während des Betriebs der Lampe verbrauchen und zudem
keinem Verschleiß unterliegen.
Neben dem Einsatz eines einpoligen Schalters ist erfindungsgemäß auch der Einsatz eines
zweipoligen steuerbaren Schalters möglich. Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Zündschaltung, wobei ein zweipoliger steuerbarer Schalter 10
vorgesehen ist, der zwischen einer Stellung (1) und (2) umschaltbar ist. In der Stellung (1)
wird die aus dem Stoßkondensator 7 einerseits und der Serienschaltung der
Primärwicklung 8 mit dem Sidac 9 andererseits gebildete Parallelschaltung von der
Wechselspannungsversorgung die an den Eingangsanschlüssen 1 und 1′ anliegt, getrennt
und kurzgeschlossen, so daß über den Ladewiderstand 13 eine zeitlich beschleunigte
Entladung des Stoßkondensators 7 möglich ist, wodurch die Entladezeit des
Stoßkondensators 7 verringert wird. In der zweiten Stellung (2) wird die Parallelschaltung
mit dem Stoßkondensator 7 mit der Wechselspannungsversorgung verbunden, so daß die
Aufladung des Stoßkondensators 7 möglich ist. Die Steuerung des steuerbaren Schalters 10
mit Hilfe der Steuerschaltung 12 erfolgt wie bereits bezüglich des ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei die Schalterstellung (1) im
zweiten Ausführungsbeispiel der Öffnung des steuerbaren Schalters im ersten
Ausführungsbeispiel und die Schalterstellung (2) im zweiten Ausführungsbeispiel der
geschlossenen Schalterstellung im ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Während mit dem
ersten Ausführungsbeispiel die Freiwerdezeit des Schaltelements 9, beispielsweise des
Sidac, durch sicheres und schnelles Ausschwingen des aus dem Stoßkondensator 7, der
Primärwicklung 8 und dem Schaltelement 9 gebildeten Schwingkreises erreicht wird, wird
mit dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Verringerung der Entladezeit des
Stoßkondensators 7 angestrebt bzw. erreicht.
Fig. 3 zeigt eine Variante des in Fig. 2 dargestellten zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels, wobei lediglich die Position des Ladewiderstandes 13 verändert ist.
Die Funktion der in Fig. 3 dargestellten Zündschaltung entspricht der Funktion der in Fig.
2 gezeigten Zündschaltung.
Claims (23)
1. Zündschaltung für eine über eine Drosselspule (3) an eine Wechselspannungsquelle
anschließbare Hochdruck-Gasentladungslampe (4),
mit einem Impulstransformator (5), dessen Sekundärwicklung (6) zwischen der Drosselspule (3) und der Lampe (4) angeordnet ist,
mit einem der Sekundärwicklung (6) und der Lampe (4) parallelgeschalteten Stoßkondensator (7), und
mit einer dem Stoßkondensator (7) parallelgeschalteten Reihenschaltung aus einer Primärwicklung (8) des Impulstransformators (5) und einem Schaltelement (9), gekennzeichnet durch
einen in Reihe mit der Parallelschaltung aus dem Stoßkondensator (7) einerseits und der Primärwicklung (8) sowie dem Schaltelement (9) andererseits geschalteten steuerbaren Schalter (10).
mit einem Impulstransformator (5), dessen Sekundärwicklung (6) zwischen der Drosselspule (3) und der Lampe (4) angeordnet ist,
mit einem der Sekundärwicklung (6) und der Lampe (4) parallelgeschalteten Stoßkondensator (7), und
mit einer dem Stoßkondensator (7) parallelgeschalteten Reihenschaltung aus einer Primärwicklung (8) des Impulstransformators (5) und einem Schaltelement (9), gekennzeichnet durch
einen in Reihe mit der Parallelschaltung aus dem Stoßkondensator (7) einerseits und der Primärwicklung (8) sowie dem Schaltelement (9) andererseits geschalteten steuerbaren Schalter (10).
2. Zündschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der steuerbare Schalter (10) bei Vorliegen eines Zündimpulses für die Lampe (4)
für ein bestimmtes Zeitintervall vorübergehend in einen ersten Zustand geschaltet ist, in
dem die Parallelschaltung von der Wechselspannungsquelle getrennt ist.
3. Zündschaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der steuerbare Schalter (10) anfänglich in den ersten Zustand geschaltet ist,
daß der steuerbare Schalter in einen zweiten Zustand geschaltet ist, in dem die
Parallelschaltung mit der Wechselspannungsquelle verbunden ist, wenn sich die von der
Wechselspannungsquelle gelieferte Wechselspannung in dem Phasenbereich 60°el-90°el
der betragsmäßig ansteigenden positiven oder negativen Halbwelle befindet,
daß bei Vorliegen eines Zündimpulses für die Lampe (4) der steuerbare Schalter (10)
vorübergehend für das bestimmte Zeitintervall in den ersten Zustand geschaltet ist, und
daß nach Ablauf des bestimmten Zeitintervalls der steuerbare Schalter (10) wieder in
den zweiten Zustand geschaltet ist.
4. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der steuerbare Schalter (10) als einpoliger Schalter ausgebildet ist, der in dem
ersten Zustand geöffnet und in dem zweiten Zustand geschlossen ist.
5. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der steuerbare Schalter (10) als zweipoliger Schalter ausgebildet ist, wobei in dem
ersten Zustand die Parallelschaltung von der Wechselspannungsquelle getrennt und über
den steuerbaren Schalter (10) kurzgeschlossen und in dem zweiten Zustand über den
steuerbaren Schalter (10) mit der Wechselspannungsquelle verbunden ist.
6. Zündschaltung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Reihe mit der Parallelschaltung und dem steuerbaren Schalter (10) ein
Ladewiderstand (13) geschaltet ist.
7. Zündschaltung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ladewiderstand (13) zwischen den steuerbaren Schalter (10) und die
Wechselspannungsquelle geschaltet ist.
8. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Reihe mit der Parallelschaltung und dem steuerbaren Schalter (10) eine
Sicherungseinrichtung, insbesondere ein PTC-Widerstand (16), geschaltet ist, die bei
Kurzschluß des Schaltelementes (9) oder des steuerbaren Schalters (10) ein
Durchbrennen der Zündschaltung verhindert.
9. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
eine vorzugsweise mit der von der Wechselspannungsquelle gelieferten
Wechselspannung versorgte Steuerschaltung (12) zur Steuerung des Schaltverhaltens des
steuerbaren Schalters (10).
10. Zündschaltung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (12) als kundenspezifische integrierte Schaltung (ASIC, PAL)
ausgebildet ist.
11. Zündschaltung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (12) zur zeitlichen Steuerung des steuerbaren Schalters (10)
einen Zähler (33) beeinhaltet.
12. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 2-11,
gekennzeichnet durch
eine Zündimpuls-Erkennungsvorrichtung (15) zur Erfassung der Erzeugung eines
Zündimpulses.
13. Zündschaltung nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 9-11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zündimpuls-Erkennungsvorrichtung (15) über eine Wicklung mit dem
Impulstransformator (5) verbunden ist und die Erzeugung eines Zündimpulses der
Steuerschaltung (12) mitteilt.
14. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltelement (9) mit einer bestimmten Schaltspannung symmetrisch schaltend
ist.
15. Zündschaltung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltelement (9) eine symmetrisch schaltende Vierschichtdiode, ein Triac, ein
Sidac, ein in einer Gleichrichterbrücke gesteuerter Transistor oder eine
Gasfunkenstrecke ist.
16. Zündschaltung nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bestimmte Zeitintervall, in dem der steuerbare Schalter (10) vorübergehend in
den ersten Zustand geschaltet ist, mindestens solange gewählt ist, daß ein sicheres
Ausschwingen des aus dem Stoßkondensator (7), der Primärwicklung (8) und dem
Schaltelement (9) gebildeten Schwingkreises bzw. eine erneute Zündbereitschaft des
Schaltelementes (9) gewährleistet ist.
17. Zündschaltung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bestimmte Zeitintervall 80 µs beträgt.
18. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 2-17,
gekennzeichnet durch
eine Lampen-Zünderkennungsvorrichtung (26), die das Zünden der Lampe (4)
überwacht und nach dem Zünden der Lampe (4) den steuerbaren Schalter (10) dauerhaft
in den ersten oder zweiten Zustand schaltet.
19. Zündschaltung nach Anspruch 18 und einem der Ansprüche 9-11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lampen-Zünderkennungsvorrichtung (26) in die Steuerschaltung (12) integriert
ist.
20. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 9-11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (12) den Betrieb der Zündschaltung jeweils abwechselnd für
eine erste Zeitspanne unterbricht und anschließend wieder für eine zweite kürzere
Zeitspanne fortsetzt.
21. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 9-11 oder 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (12) die Zündschaltung deaktiviert, wenn sich der Zustand der
Lampe (4) für eine bestimmte Zeit nicht ändert oder die Lampe (4) eine bestimmte
Anzahl von Zündungen erfahren hat.
22. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Zündhilfskondensator (11) vorhanden ist, der zu dem Stoßkondensator (7)
sowie dem steuerbaren Schalter (10) parallel geschaltet ist.
23. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der steuerbare Schalter (10) ein Bipolar-Transistor, ein Feldeffekttransistor oder ein
Relais ist.
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