DE19923237A1

DE19923237A1 - Schaltungsanordnung, zugeordnetes elektrisches System sowie Entladungslampe mit derartiger Schaltungsanordnung und Verfahren zu ihrem Betrieb

Info

Publication number: DE19923237A1
Application number: DE19923237A
Authority: DE
Inventors: Michael Boenigk; Klaus Guenther
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-23
Also published as: US6323604B1; JP2000348884A; CA2308915A1; EP1054579A2; EP1054579A3

Abstract

Eine Hochdruckentladungslampe hat in ihrem Sockel oder Sockelgehäuse eine Schaltungsanordnung (SCH) integriert, die eine Zündeinrichtung und eine Leistungsreduzierungsschaltung, die aus einer Phasenanschnittsteuerung (PS) besteht, kombiniert. Eine parallel zur Lampe (L) liegende Kapazität (C2) stellt eine Übernahmespannung bereit, die deutlich höher als die Eingangsspannung der Anordnung ist.

Description

Diese Anmeldung steht in engem Zusammenhang mit der gleichzeitig eingereichten Anmeldung mit dem internen Aktenzeichen 99 P 5530.

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie von einem zugeordneten elektrischen System, das eine Entla dungslampe umfaßt, die für den Betrieb an einem induktiven Vorschaltgerät geeig net ist. Es handelt sich dabei insbesondere um Hoch- und Höchstdruckentladungs lampen, die wegen ihrer guten Lichtausbeute zunehmend Verbreitung in allen Be reichen der Beleuchtungstechnik finden. Bedingt durch ihre speziellen Eigenschaf ten ist ihre Zündung und ihr Betrieb meist schwierig. Dies gilt insbesondere für Na triumhochdrucklampen mit relativ hohem Xenondruck. Durch ihre hervorragende Lichtausbeute eignen sich diese Lampen besonders gut für Straßenbeleuchtungen. Hierbei ersetzen sie häufig bestehende Systeme mit wesentlich geringerem Wir kungsgrad, beispielsweise Quecksilberdampflampen. Bei dieser Problemstellung ist zusätzlich auch das Problem der Leistungsreduktion (bei gleichem Lichtstrom) zu lösen, wodurch sich insgesamt eine Energieeinsparung ergibt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Zünden und Betreiben einer Entladungslampe. Insbesondere wird eine Schaltungsanordnung beschrieben, die den Betrieb einer Natriumhochdrucklampe mit hohem Edelgasfülldruck (typisch 2 atm Xenon) und geringer Leistung an einer Vorschaltinduktivität für höhere Lei stungen (diese Anordnung ist als Retrofit- oder Plug-In-Technik bekannt) ermöglicht, wobei insbesondere die Zündung der Lampe wegen des sehr hohen Kaltfülldrucks erheblich erschwert ist.

Stand der Technik

Das Problem der erschwerten Zündung von Hochdruckentladungslampen (insbe sondere bei dem Ersatz einer Quecksilberdampflampe durch eine Natriumhoch drucklampe) wurde bisher beispielsweise durch spezielle Zündhilfen, durch Innen zünder oder durch besondere Zündgasgemische versucht zu lösen. In den beiden ersten Fällen wird dabei aber die Vorschaltinduktivität voll mit der Zündspannung belastet, im letzteren Fall werden die lichttechnischen Eigenschaften der Lampe beeinträchtigt.

Die Anpassung von Natriumhochdrucklampen an vorhandene Brennstellen für Quecksilberdampflampen hinsichtlich ihrer elektrischen Daten (z. B. Größe des Drosselstroms) und lichttechnischen Daten (z. B. Lichtstrom) ist mit bisherigen Mit teln noch nicht zufriedenstellend gelöst worden.

Schaltungsanordnungen, die sich insbesondere für Retrofit-Anwendungen eignen, sind z. B. in der DE-A 31 48 821, EP-A 181 666 und EP-A 181 667 und EP 168 087 beschrieben. Die DE-A 31 48 821 beschreibt insbesondere eine auf einem Konden sator beruhende Schaltung für eine Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfs- Elektrode, die eine erhöhte Spannung zwischen den beiden Haupt-Elektroden be reitstellt. Eine Zündung von Lampen mit sehr hohem Kaltfülldruck ist mit diesen Schaltungen aber nicht möglich. US 3 732 460 beschreibt eine Schaltung für schnelles Kalt- und Warmzünden mit Pulsen bis 20 kV. Die Schaltung verwendet einen parallel zu den Elektroden liegenden Kondensator, wodurch die Leerlauf spannung bis zum dreifachen Wert überhöht werden kann.

Des weiteren sind Schaltungen mit sehr breiten (energiereichen) Impulsen bekannt, die die Zündung und Übernahme von Brennern mit sehr hohem Kaltfülldruck ermög lichen. Hierbei sind aber sehr große, voluminöse Zündinduktivitäten für gleichge richtete HF-Impulse erforderlich (DE-A 34 26 491). Oder ein sogenannter Innenzün der, der die Vorschaltinduktivität kurzzeitig kurzschließt, erzeugt einen relativ breiten Zündimpuls. Beispielsweise findet sich eine entsprechende Anordnung in US-A 5 336 974 und US-A 5 185 557. Nachteilig ist aber, daß hierbei die Vorschaltindukti vität mit der gesamten Zündspannung belastet wird. Dies ist für die meisten Vor schaltgeräte schädlich.

Hinsichtlich der Leistungsreduzierung von Lampen existiert ebenfalls eine Vielzahl von Vorschlägen. Die übliche Technik basiert auf einer Phasenanschnittsteuerung, wie sie beispielsweise in der US-A 3 925 705 und DE-A 34 38 003 beschrieben ist. In beiden ist einem Halbleiterschaltelement (beispielsweise ein Sidac oder ein mit tels Diac gesteuerter Triac) ein RC-Glied parallelgeschaltet. Um den Austausch ei nes bereits vorhandenen Vorschaltgeräts zu vermeiden, wird eine Retrofit-Lampe verwendet, bei der eine Kapazität parallel zum Entladungsgefäß im Außenkolben angeordnet ist (WO 96/21337 und EP 030 785). Nachteilig dabei ist die schwierige Realisierbarkeit sowie u. U. die aufwendigen Maßnahmen zur Einhaltung der Fun kentstörvorschriften.

Darstellung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine elektrodenbehaftete Entla dungslampe schnell und einfach zündet und dafür wenig elektronische Bauteile be nötigt. Eine zusätzliche Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, um eine derartige Lampe zu betreiben sowie eine kompakte Baueinheit aus Lampe und Schaltungs anordnung anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schaltungsanord nung entwickelt wurde, bei der eine der zugeordneten Lampe parallel geschaltete Kapazität auf eine Spannung (Übernahmespannung) höher als die erforderliche und bisher ausschließlich angestrebte (übliche) Leerlaufspannung aufgeladen wird. Die Leerlaufspannung entspricht bei konventionellen Vorschaltgeräten der Eingangs spannung. Nach erfolgtem Durchschlag wird diese Spannung dem Plasma sofort zur Verfügung gestellt. Die Bereitstellung der erhöhten Spannung erfolgt durch min destens eine der folgenden Maßnahmen: Durch den Einschaltvorgang an einem Resonanzkreis (bevorzugt), durch eine Resonanzüberhöhung oder durch eine Kombination aus beidem.

Die Leistungsreduzierung erfolgt mittels einer im Prinzip an sich bekannten Pha sen(an-)schnittsteuerung (s. o.). Dabei kann zur Einhaltung der maximal zugelasse nen Funkstörspannung nach dem Zünden der Lampe die der Lampe parallel ge schaltete Kapazität (Übernahmekondensator) aus dem elektrischen Kreis abge trennt werden, wodurch das periodische Schalten einer niederohmigen Quelle auf eine Kapazität verhindert wird.

Es hat sich gezeigt, daß bei Entladungslampen nach dem ersten Durchschlag die zur Verfügung stehende Spannung für die endgültige Übernahme des Bogens u. U. von entscheidender Bedeutung ist.

Entladungslampen mit sehr hohem Fülldruck (z. B. Natriumdampfhochdrucklampen mit sehr hohem Xenonkaltfülldruck von typisch 1 bis 3 bar) sind oft nur schwer zu zünden, da eine hohe Zündspannung für den ersten Durchschlag erforderlich ist und die Übernahme nur sehr zögerlich erfolgt.

Es sind für deren Zündung und Übernahme Impulse mit sehr hoher Spannung und Leistung erforderlich. Des weiteren begünstigt eine hohe Übernahmespannung eine erfolgreiche Übernahme des Bogens schon nach dem ersten Durchschlag.

Überraschenderweise konnte eine einfache Schaltungsanordnung gefunden wer den, mit der sich auch sehr zündunwillige Lampen zünden und betreiben lassen, wobei der Schaltungsaufwand sehr gering ist und daher kostengünstig und platz sparend ist, so daß die Schaltung zumindest teilweise im Sockel der zugehörigen Lampe untergebracht werden kann. Da die Zündimpulse durch das erfindungsge mäße Schaltungsprinzip relativ schmal gehalten werden können (mindestens zwei mal bis zehnmal schmaler als beim o. e. Stand der Technik), sind keine voluminösen Induktivitäten erforderlich. Die Vorschaltinduktivität wird nicht mit der Zündspannung belastet.

Die Erfindung ist insbesondere für sogenannte Retrofit-Lampen (Plug-In) geeignet, wobei ein typisches Beispiel eine Schaltungsanordnung ist für die Zündung und den Betrieb einer 70 W Natriumhochdrucklampe (mit 2 atm Xenon Kaltfülldruck) an einer Brennstelle für ursprünglich eine 125 W Quecksilberdampflampe, unter Verwendung der ursprünglichen Vorschaltinduktivität. In einer besonders bevorzugten Ausfüh rungsform sollte gleichzeitig eine Einstellung der Lampenleistung (bevorzugt Redu zierung) ermöglicht werden.

Erfindungsgemäß wurde eine Schaltungsanordnung entwickelt, bei der eine der Lampe parallel geschaltete Kapazität (Übernahmekapazität) auf eine Spannung (Übernahmespannung U_Übernahme < √2 × U_{Netz_eff}), die höher als die erforderliche (übliche) Leerlaufspannung ist, aufgeladen wird. Nach erfolgtem Durchschlag wird diese Spannung dem Plasma sofort zur Verfügung gestellt. Die Bereitstellung der erhöhten Spannung erfolgt bevorzugt durch einen Einschaltvorgang an einem Re sonanzkreis.

Die vorliegende Schaltung kann in zwei Netzwerke unterteilt werden, nämlich eines für die Leistungsreduktion (per Phasenschnitt) und eines für den eigentlichen Zünd kreis.

Zur Leistungsreduktion findet bevorzugt eine der bekannten Phasenanschnittsteue rungen Anwendung, wobei je nach verwendetem Entladungsgefäß (beispielsweise aus Keramik für eine Natriumhochdrucklampe) u. U. aber kein Netzwerk für eine Simmerleistung erforderlich ist (siehe beispielsweise DE-A 34 38 003). Die beispiel haft verwendete Lampe (Retrofit-Lampe mit Natriumdampf und 2 atm Xenon) benö tigt etwa die halbe Leistung zum Erzielen der gleichen lichttechnischen Daten wie die ursprünglich für diese Brennstelle gedachte Quecksilber-Lampe. Die Herabset zung der Leistung von beispielsweise 120 W auf ca. 60 W erfolgt durch Anschnitt jeder Sinushalbwelle mit einem Phasenwinkel von ca. 1 bis 2 ms. Als Schaltelement dient vorteilhaft ein Triac. Der Phasenwinkel wird durch ein dem Triac zugeordneten Zündkreis (beispielsweise RC-Glied mit Diac) bestimmt. Zur Stabilisierung des Pha senwinkels bei veränderlicher Netzspannung (Stabilisierung der Ladespannung für die Kapazität des Gatezündkreises des Diacs) kann beispielsweise noch ein Vari stor, Diac, Begrenzerdiode, o. ä. eingefügt werden.

Der Ansteuerkreis des Triacs (Gatezündkreis) kann sowohl mit nur einseitiger gleichstrommäßiger Ankopplung an das Bezugspotential (siehe Fig. 1b) als auch mit direkter Ankopplung (Fig. 1c, 2b) ausgelegt sein.

Die Zündeinrichtung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung stellt bevorzugt eine Überlagerungszündung dar. Nach Anlegen einer Netzspannung U_o und Durch schalten eines Schaltelements S1 (beispielsweise ein Triac Q1) wird zuerst die Übernahmekapazität des Zündkreises (C2) durch den Strom der Vorschaltinduktivi tät L1 (Drosselstrom) geladen. Die Übernahmekapazität (C2) bildet mit der Lampen- Vorschaltinduktivität L1 einen Reihenschwingkreis, wobei die Resonanzfrequenz f_r bestimmt ist durch:

f_r = 1/(2π√L1C2).

Durch das Durchschalten des Schaltelements S1 wird dieser Schwingkreis ange regt.

Das Zuschalten der jeweils phasenangeschnittenen Sinushalbwelle durch das Schaltelement S1 kann als eine Sprungfunktion (Einschaltvorgang) betrachtet wer den. Hierbei kann es am Kondensator C2 zu einer Spannungsüberhöhung von ma ximal 2 × U_o kommen.

Bei Verwendung eines relativ langsamen Schaltelements (langsamer Thyristortyp oder auch Triac oder zusätzliches Netzwerk über dem Schaltelement S1) kann es beim Abfallen der Versorgungsspannung (abfallender Teil des Netzsinus) zum Zu rückfließen der auf dem Kondensator C2 gespeicherten Energie kommen. Unter diesen Bedingungen findet jede neue Netzhalbwelle, die wieder einen Einschalt sprung verursacht, eine definierte Anfangsbedingung mit U_C2 ≈ 0 V vor.

Bei Verwendung eines schnellen Schaltelements (beispielsweise Frequenz- Thyristor oder Triac mit entsprechender Beschaltung zur Ausräumung des Gatekrei ses, siehe Fig. 2b) bleibt die Ladung auf dem Kondensator C2 erhalten. Jede neue Netzhalbwelle (Einschaltsprung) findet somit eine negative Vorladung auf dem Kon densator C2 vor, welche bei der Um- bzw. Aufladung von C2 einen höheren Strom zur Folge hat. Dieser bewirkt an L1 eine resonante Spannungsüberhöhung, welche wiederum auf C2 übertragen wird. Dieser Mechanismus führt dazu, daß sich die Spannungsüberhöhung bei jeder Netzhalbwelle noch weiter steigert. Dadurch sind Spannungsüberhöhungen möglich, die größer als das Zweifache der Netzspannung sind.

Durch das Verhindern des Zurückschwingens der Ladung von C2 wird eine fast rechteckförmige Übernahmespannung mit einer Halbperiode von typisch 1 bis 100 ms erzeugt. Eine Halbperiode von 5 bis 15 ms ist für die Übernahme besonders günstig.

Bevorzugt liegt die Spannung der Übernahmekapazität C2 ebenfalls über einem Schaltmittel (S2) eines zusätzlichen Netzwerkes eines Zündkreises (bevorzugt wird eine Funkenstrecke verwendet) an. Ist die Zündspannung dieser Funkenstrecke erreicht, bricht sie durch und es wird bevorzugt ein weiterer, dritter Kondensator geladen. Der jetzt fließende Strom (ca. 100 A) erzeugt in der Primärwicklung eines Zündübertragers T1 eine Spannung, die über seine Sekundärwicklung hochtrans formiert wird und an den Elektroden der Lampe anliegt. Die Übernahmekapazität C2 blockt diese Hochspannung von der restlichen Schaltung (insbesondere der Vor schaltinduktivität) ab. Des weiteren wird durch die Übernahmekapazität der Kreis zur Lampe hin geschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich innerhalb einer Halb welle mehrmals, wobei jedesmal eine Ladungsteilung zwischen der Übernahmeka pazität C2 (dort resultiert ein Spannungsabfall) und der dritten Kapazität C3 (dort resultiert ein entsprechender Spannungsanstieg) stattfindet. Im Verlaufe einer Netz halbwelle wird die Kapazität C2 dadurch schließlich auf eine weiter erhöhte Span nung geladen. Diese Spannung steht als Übernahmespannung für die Lampe bereit, wobei die Ladungsmenge der Übernahmekapazität (mit der erhöhten Übernahme spannung) niederohmig zum Aufheizen des Plasmas zur Verfügung steht. Dagegen ist der bloße durch die Vorschaltimpedanz begrenzte Strom (wie er beim Stand der Technik benutzt wird) für eine Übernahme des Bogens oftmals nicht ausreichend.

Mit Hilfe einer weiteren Impedanz im Primärkreis des Zündübertragers kann eine zusätzliche Formung des Zündimpulses erfolgen. Diese Impedanz kann bevorzugt durch eine Drossel L3 (für AC) oder aber auch durch einen Widerstand o. ä. (für DC) realisiert sein.

Nach erfolgter Zündung und Bogenübernahme in der Lampe kann die der Lampe parallel geschaltete Kapazität (Übernahmekondensator C2) mittels eines weiteren, seriell dazu liegenden Schaltelements S3 (bevorzugt wird eine Funkenstrecke ver wendet) aus dem Schaltkreis abgetrennt werden. Dies ist insbesondere zur Einhal tung der gesetzlichen Vorschriften über zulässige Funkstörspannungen empfeh lenswert, wobei das periodische Schalten einer niederohmigen Quelle auf eine Ka pazität verhindert wird.

Figuren

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher er läutert werden. Es zeigen:

Fig. 1a Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung,

Fig. 1b Realisierung der Schaltungsanordnung nach Fig. 1a,

Fig. 1c Realisierung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Schal tungsanordnung nach Fig. 1a,

Fig. 2a Schaltbild zum Wirkprinzip mit Abschaltung des Übernahmekonden sators und gleichstrommäßiger Ankopplung des Triac-Zündkreises,

Fig. 2b Schaltungsanordnung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbei spieles,

Fig. 3a eine Lampe mit im Sockel integrierter Schaltungsanordnung,

Fig. 3b eine Lampe mit im Sockelgehäuse integrierter Schaltungsanordnung,

Fig. 4 der Strom- und Spannungsverlauf gemäß Fig. 2b,

Fig. 5 Übernahmespannung und Zündimpuls der Schaltung nach Fig. 2,

Fig. 6 zeitaufgelöster Zündimpuls,

Fig. 7 Funkstörspannungsmessung der Schaltung nach Fig. 1b,

Fig. 8 Funkstörspannungsmessung der Schaltung nach Fig. 2b,

Fig. 9a ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung,

Fig. 9b das Prinzip der Schaltung von Fig. 9a.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a stellt den grundlegenden Stromlaufplan dar. Eine der Lampe L parallel ge schaltete Übernahmekapazität C2 wird durch den Drosselstrom der Vorschaltimpe danz L1 (mit zugehörigem Widerstand R_D) nach Durchschalten eines Schaltele ments S1 geladen. Zur weiteren Spannungserhöhung ist ein zusätzlicher Ladekon densator C3 über Schaltelement S2 dem Übernahmekondensator parallel geschal tet.

Die Realisierung einer Schaltungsanordnung ist in Fig. 1b gezeigt. Die damit zu betreibende Lampe L ist beispielsweise eine Natriumhochdrucklampe mit einer Lei stung von 70 W. Sie ersetzt eine 125 W Quecksilberdampflampe mit gleichen licht technischen Daten. Die Schaltungsanordnung ist im Gehäuse des Vorschaltgeräts L1 oder direkt im Lampensockel bzw. Sockelgehäuse untergebracht oder als sepa rates Gerät hinter das Vorschaltgerät L1 geschaltet. Die Schaltungsanordnung enthält zwei hintereinander liegende Netzwerke, eine Phasenanschnittsteuerung PS und einen Überlagerungszündkreis ZK.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel (Fig. 1c) dient als Schaltelement ein Triac Q1, der seriell in den Lampenstromkreis direkt hinter der Vorschaltimpedanz L1 geschaltet ist. Der Phasenwinkel wird durch ein RC-Glied bestimmt, bestehend aus der in Serie angeordneten RC-Kombination R1, R2, C1. Dieses RC-Glied liegt parallel zu den Hauptelektroden des Triac Q1. Die definierte Zündung des Triacs Q1 erfolgt über einen Diac Q2, der die Kontrollelektrode des Triac mit einem Kontakt punkt zwischen R2 und C1 verbindet. Zur Stabilisierung des Phasenwinkels bei ver änderlicher Netzspannung (entsprechend einer Stabilisierung der Ladespannung für den Kondensator C1) ist ein Varistor RV1 zwischen R1 und dem zweiten Netzspan nungskontakt CE2 eingefügt. Die Reduktion der Leistung erfolgt durch Anschnitt jeder Sinushalbwelle mit einem Phasenwinkel von ca. 1,2 ms.

Der Zündkreis des Triac (bestehend aus dem RC-Glied R1, R2, C1 und dem Diac Q2) besitzt nur eine einseitige gleichstrommäßige Ankopplung an das Bezugspo tential. Dies erlaubt eine besonders einfache Ausführung. Wesentliches Bauteil des Zündkreises ist ein Zündkondensator C2, der parallel zu den Elektroden der Lampe den Ausgang der Phasenanschnittsteuerung PS überbrückt. Vorteilhaft ist C2 sehr viel größer als C1 gewählt. Dadurch wird eine Kopplung zum Bezugspotential be reitgestellt (C1 kann geladen werden) und die Durchzündung des Triacs ermöglicht.

Nach Anlegen der Netzspannung wird zuerst C2 durch den Ladestrom von C1 und nach Durchschalten des Triacs durch den Strom der Vorschaltimpedanz L1 gela den. C2 bildet mit L1 (einschließlich des Widerstands R_D der Vorschaltimpedanz L1 und des Widerstands X_S1 des Schaltelements S1) einen Reihenschwingkreis. Dabei ist Q1 der zugehörige Schalter S1, wie im Prinzipschaltbild (Fig. 1a) erläutert, in dem die Reihenschaltung aus R_D/X_S1/L1/C2 dargestellt ist.

Insgesamt besteht die Schaltungsanordnung also aus dem Phasenanschnittsnetz werk PS, dem C2 enthaltenden Ladekreis LK und dem zusätzlichen Zündkreis ZKZ.

In Fig. 2 ist eine besonders vorteilhafte Schaltungsanordnung SCH gezeigt, die bevorzugt im Sockel (Gewindeteil) S einer Natriumhochdrucklampe L integriert ist, siehe Fig. 3a. Die Lampe hat einen Außenkolben AK und ein keramisches Entla dungsgefäß EG, in dem sich zwei Elektroden EO gegenüberstehen. Die Füllung des Entladungsgefäßes verzichtet auf Quecksilber und verwendet nur Natrium und ca. 2 bar Xenon (kalt).

Die Schaltungsanordnung SCH kann aber auch zumindest teilweise in einem sepa raten Sockelgehäuse SG (oder in einem Betriebsgerät zusammen mit der Vorschal timpedanz) untergebracht sein, siehe Fig. 3b.

Die Schaltungsanordnung SCH ist in Fig. 2a als Prinzip und in Fig. 2b in einer konkreten Realisierung dargestellt. Der Vorteil der Schaltung nach Fig. 2b ist die definierte Ankopplung des Triacs Q1 (und seines zugehörigen Gatekreises), wo durch auch für langsamere Typen ein Zurückschwingen der Ladung von C2 verhin dert wird und sich eine rechteckförmige Übernahmespannung mit möglichen Werten auch größer als 2.√2.U_{o_eff} ergibt. Mittels des Widerstandes R3 kann die Höhe der Übernahmespannung eingestellt werden. Die Größe von R3 ist stark abhängig vom Phasenwinkel. Die maximal erreichbare Höhe der Übernahmespannung wird im wesentlichen von der Güte des Kondensators C2 sowie von der Sperrspannung des Triacs Q1 bestimmt. Des weiteren bewirkt das Schaltelement S3 eine Abkopp lung des Übernahmekondensators C2 nach erfolgter Zündung und Übernahme der Lampe. Es kommt als S3 eine Funkenstrecke FS2 mit einer Durchbruchspannung größer als die Lampenbrennspannung zum Einsatz. So wird eine erhöhte Funkstör spannung, wie sie beim Schalten einer niederohmigen Quelle auf einen Kondensa tor auftritt, vermieden. Die Größe von R22 ist von der Lampenimpedanz abhängig. Die Spannung über C4 sollte auf jeden Fall symmetrisch sein.

Die Zufuhr der Netzspannung (zwischen den Kontakten CE1 und CE2 anliegend) an die Schaltungsanordnung SCH erfolgt über das separate, bereits vorher - nämlich ursprünglich für eine 125 W Quecksilberdampflampe - benutzte Vorschaltgerät mit der Impedanz L1, das direkt mit dem Kontakt CE1 verbunden ist. Es handelt sich um ein übliches Gerät.

Neben den schon beschriebenen Teile einer Phasenanschnittsteuerung PS enthält die Schaltungsanordnung ein weiteres Netzwerk ZKZ für die Erzeugung eines be sonders hohen Hochspannungsimpulses zur Zündung der Lampe, bestehend aus einem Zündübertrager T1, einem Kondensator C3 und einem dazwischen liegenden Schaltelement FS1 in Gestalt einer Funkenstrecke.

Die Spannung von C2 liegt auch über der Funkenstrecke FS1 an. Ist die Zündspan nung der Funkenstrecke FS1 erreicht, bricht diese durch und es wird C3 geladen. Der jetzt fließende Strom (ca. 100 A) erzeugt in der Primärwicklung PW von T1 eine Spannung, welche über die Sekundärwicklung SW hochtransformiert wird und an der Lampe L anliegt. Der Kondensator C2 blockt die Hochspannung von der restli chen Schaltung (insbesondere von der Lampenvorschaltinduktivität L1) ab. Des weiteren wird durch C2 der Kreis zur Lampe hin geschlossen. Dieser Vorgang wie derholt sich innerhalb einer Halbwelle mehrmals, wobei jedesmal eine Ladungstei lung zwischen C2 und C3 stattfindet (Spannungsanstieg an C3, Spannungsabfall an C2). Mit Hilfe einer zusätzlichen Induktivität L2 im Zündkreis ZKZ wird der Zündim puls zusätzlich geformt.

Fig. 4 zeigt die Strom- und Spannungsverläufe in Abhängigkeit von der Zeit für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2b über einen Zeitraum von 21 ms. Fig. 4a zeigt den Strom (in A) in der Vorschaltinduktivität L1. Fig. 4b zeigt die Spannung (in kV) am Zündkondensator C2. Die Übernahmespannung U_C2 ist etwa 0,7 kV (700 V). Sie liegt gleichermaßen auch zwischen den Elektroden der Lampe L an, wie Fig. 4c verdeutlicht. Dort ist die Brennspannung zwischen den Elektroden (in kV) angege ben. Dort sind auch die Zündimpulse erkennbar. Schließlich ist in Fig. 4d die Spannung (in kV) über der Drossel L1 aufgetragen.

Diese Schaltungsanordnung ermöglicht eine äußerst kompakte Realisierung, so daß sie im üblichen Schraubsockel einer Hochdruckentladungslampe bzw. in einem klei nen (üblichen) Sockelgehäuse untergebracht werden kann (Fig. 3). Dabei sind weder Hilfselektroden am Entladungsgefäß noch ein Innenzünder im Außenkolben notwendig.

Konkrete Werte für die verwendeten Bauteile finden sich in der beigefügten Liste 1 und 2.

Fig. 5 zeigt die Übernahmespannung (in 1 W) mit den Zündimpulsen der Schal tungsvariante gemäß Fig. 2b. Die Zündimpulse wiederholen sich etwa alle 10 ms.

Fig. 6 zeigt einen einzelnen Zündimpuls mit hoher Zeitauflösung von 2 µs.

Fig. 7 zeigt das Ergebnis der Funkstörspannungsmessung der Schaltung nach Fig. 1b. Fig. 8 zeigt das Ergebnis der Funkstörspannungsmessung der Schaltung nach Fig. 2b.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung ist in Fig. 9a und 9b gezeigt. Die damit zu betreibende Lampe ist beispielsweise eine Natriumhoch drucklampe mit einer Leistung von 70 W. Sie ersetzt eine 125 W Quecksilber dampflampe mit gleichen lichttechnischen Daten. Die Schaltungsanordnung ist im Gehäuse des Vorschaltgeräts untergebracht oder als separates Gerät hinter das Vorschaltgerät geschaltet. Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei hintereinan der geschalteten Teilen, einer Phasenanschnittsteuerung PS und einem elementa ren Zündkreis ZK.

Die Reduktion der Leistung erfolgt durch Anschnitt jeder Sinushalbwelle mit einem Phasenwinkel von ca. 1,5 ms. Als Schaltelement dient ein Triac Q1 (seriell in den Lampenstromkreis direkt hinter der Vorschaltimpedanz L1 geschaltet). Der Phasen winkel wird durch ein RC-Glied bestimmt, bestehend aus der in Serie angeordneten RC-Kombination R1, C1. Dieses RC-Glied liegt parallel zu den Hauptelektroden des Triac Q1. Die definierte Zündung des Triacs erfolgt über einen Diac Q2, der die Kontrollelektrode des Triac mit einem Kontaktpunkt zwischen R1 und C1 verbindet.

Der Zündkreis des Triac (bestehend aus dem RC-Glied R1, C1 und dem Diac Q2) besitzt nur eine einseitige gleichstrommäßige Ankopplung an das Bezugspotential. Dies erlaubt nicht nur eine besonders einfache Ausführung des Triaczündkreises, sondern dadurch ist auch ein Einschaltvorgang unter Einbeziehung des Zündkreises der Lampe realisierbar. Wesentliches Bauteil des Zündkreises ist ein Zündkonden sator C2, der parallel zu den Elektroden der Lampe den Ausgang der Phasenan schnittsteuerung PS überbrückt. Vorteilhaft ist C2 sehr viel größer als C1 gewählt (typisch 10- bis 100fach größer). Dadurch wird eine Kopplung zum Bezugspotential bereitgestellt (C1 kann geladen werden) und die Durchzündung des Triacs ermög licht.

Der Lampenzündkreis ZK dieser Schaltungsanordnung verwendet insbesondere noch zusätzlich zu C2 an sich bekannte Netzwerke. Er kann zusätzlich auch eine Überlagerungszündung ausnützen. Nach Anlegen der Netzspannung wird zuerst C2 durch den Ladestrom von C1 und nach Durchschalten des Triacs durch den Strom der Vorschaltimpedanz L1 geladen. C2 bildet mit L1 und dessen Widerstand R_D einen Reihenschwingkreis. Dabei ist Q1 der zugehörige Schalter S1, wie im Prin zipschaltbild (Fig. 9b) erläutert, in dem die Reihenschaltung aus R_D/L1/C2 darge stellt ist. Das sprunghafte Zuschalten ist durch den Schalter S1 symbolisiert. Damit ist eine Spannungsüberhöhung auf das Doppelte der Netzspannung U_o möglich.

Liste 1 (zu Fig. 1c)

R1 56 k
R2 680 k
RV1 Varistor 60 V
C1 10 nF
C2 470 nF/400 V B32522 MKT
C3 470 nF/400 V B32522 MKT
L1 üblich (HQ 125 W)
T1 R36, N30, 4/100 Wdgn (Siemens)
L2 6 µH, 1,5 A Siemens 565-2
Q1 z. B. BTB12BW
Q2 DB3 o. ä.
FS1 -380 V

Liste (zu Fig. 2b)

R21 56 k
R22 680 k (Phasenwinkel 1,2 ms)
R3 -6,8 M für Übernahmespannung = 600 V
R24 680 k
RV2 Varistor 60 V
C5 10 nF
C2 100 nF/630 V B32652 MKT
C3 100 nF/630 V B32652 MKT
C4 6,8 nF/400 V (200 V~)
C7 1 nF (230 V~)
C6 100 pF
L1 üblich (HQ 125 W)
T1 R25/10, N27, 4/90 Wdgn (Siemens)
L2 6 µH, 1,5 A Siemens 565-2
Q1 z. B. BTA12BW
Q2 DB3 o. ä.
FS1 ~550 V
FS2 ~230 V

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Zünden und für den Betrieb einer elektrodenbe hafteten Hochdruckentladungslampe an einer Vorschaltimpedanz (L1), wobei die Schaltungsanordnung mindestens eine Zündeinrichtung und eine der Lampe mittelbar oder unmittelbar parallel geschaltete Kapazität (Übernahme kapazität C2) umfaßt, die im Betrieb zusammen mit der Vorschaltimpedanz (L1) einen Resonanzkreis bildet, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel in der Schaltungsanordnung dazu geeignet sind, die der Lampe parallel geschaltete Kapazität (C2) auf eine Spannung aufzuladen, die höher ist als die Eingangs spannung der Schaltungsanordnung, wodurch bewirkt wird, daß den Elektro den neben dem Zündimpuls eine Übernahmespannung bereitgestellt werden kann, die deutlich höher als die Eingangsspannung der Schaltung ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Übernahmespannung durch einen Einschaltvorgang, ausgelöst durch eine Schaltelement (S1), oder durch Resonanzüberhöhung oder durch eine Kombination aus beiden Maßnahmen bereitgestellt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übernahmekapazität (C2) mittelbar oder unmittelbar ein oder mehrere weitere Kapazitäten (C3) eines zusätzlichen Zündkreises ZKZ, insbesondere über ein weiteres Schaltelement (S2), parallel geschaltet sind, welche auf eine höhere Spannung als die Eingangsspannung der Anordnung aufgeladen sind und daß daraus resultierend an den Elektroden eine erhöhte Übernahmespannung be reit stehen kann.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung als Überlagerungskreis ausgebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mindestens einen weiteren Schaltkreis zur Leistungsreduzierung (PS) besitzt, der insbesondere eine Phasenschnittsteuerung umfaßt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Schaltkreis eine Phasenanschnittsteuerung beinhaltet, mit einem Schaltelement (Q1) und einem den Phasenwinkel bestimmenden Zündkreis, insbesondere einem RC-Glied (R1, R2, C1).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel zusätzlich durch ein weiteres elektronisches Bauteil stabilisiert ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis (ZKZ) als Schaltelement S2 eine Funkenstrecke (FS1) oder einen Halbleiterschalter benützt.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die der Lampe mittelbar oder unmittelbar parallel geschaltete Übernahmekapazität (C2) nach erfolgter Übernahme der Lampe durch ein seriell liegendes Schaltelement (S3) von einer oder beiden Lampenelektroden getrennt werden kann.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß das Schaltelement (S3) zur elektrischen Abtrennung der Übernahmekapazität (C2) eine Funkenstrecke (FS2) oder ein Halbleiterschalter ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschaltimpedanz L1 als ein separates Bauteil (in duktives Vorschaltgerät) ausgebildet ist.

12. Hochdruckentladungslampe für den Betrieb an einer Vorschaltimpedanz (L1), mit einem Sockel (S) und mit einem Entladungsgefäß (EG), in dem zwei Elek troden (EO) angeordnet sind, die mit einer Schaltung (SCH) im Sockel (S) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mindestens ei nen Zündkreis (ZK) umfaßt, wobei eine dem Entladungsgefäß (EG) parallel geschaltete Kapazität (Übernahmekapazität C2) im Zündkreis, die im Betrieb zusammen mit der Vorschaltimpedanz einen Resonanzkreis bildet, auf eine Spannung aufgeladen wird, die höher ist als die Eingangsspannung der elek trischen Schaltung und damit bewirkt, daß den Elektroden in dem Entladungs gefäß (EG) eine Übernahmespannung bereitgestellt wird, die deutlich höher als die Eingangsspannung ist.

13. Hochdruckentladungslampe mit einem Sockel und einer zumindest teilweise im Sockel untergebrachten Schaltung, wobei diese Schaltung eine Schal tungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt.

14. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sockel (S) ein Gewindeteil und evtl. zusätzlich eine Gehäu seteil (SG) umfaßt, wobei die Schaltung zumindest teilweise im Gewindeteil und/oder im Gehäuseteil untergebracht ist.

15. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (EG) der Lampe eine Füllung enthält mit zumindest ei nem Metalldampf und einem Edelgas, wobei das Edelgas einen Kaltfülldruck von mindestens 1 bar besitzt.

16. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12, insbesondere mit sehr hohem Kaltfülldruck zwischen 1 und 3 bar im Entladungsgefäß, gekennzeichnet da durch, daß der Lampe mittelbar oder unmittelbar ein oder mehrere Ladungs speicher (Kapazitäten) parallelgeschaltet sind, welche auf eine höhere Span nung als die Eingangsspannung der Anordnung aufgeladen sind und diese so als Übernahmespannung bereit steht, wobei die Zündeinrichtung als Überla gerungskreis ausgebildet ist.

17. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampen- und Zündkreis von einer Phasenschnittsteuerung versorgt wer den, welche u. U. eine Leistungsreduzierung erlaubt.

18. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhöhung für die Übernahmespannung durch einen Einschalt sprung an einer R/L/C-Reihenschaltung und/oder durch Resonanzüber höhung an der Übernahmekapazität (C2) erzielt wird.

19. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschnittsteuerung durch einen Steuer- oder Regelkreis in Auswer tung der Lampenspannung und/oder des Lampenstromes und/oder der Lampenleistung beeinflußt wird.

20. Verfahren zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe an einer Vorschal timpedanz, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lampe parallel liegende Übernahmekapazität (C2) auf eine Spannung aufgeladen wird, die höher ist als die Eingangsspannung der Anordnung, wodurch bewirkt wird, daß der Lampe eine Übernahmespannung bereitgestellt werden kann, die deutlich hö her als die Eingangsspannung der Anordnung ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Über nahmespannung durch einen Einschaltvorgang oder durch Resonanzüberhö hung oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen bereitgestellt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Netzwerk (ZKZ), das als Zündkreis wirkt, mittels eines zweiten Schalters (S2) einen zweiten Einschaltvorgang induziert.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Zündeinrichtung gleichzeitig dazu verwendet werden, um eine Leistungsredu zierung, bezogen auf die vorgegebene Vorschaltimpedanz (L1), zu bewirken.