DE3929029A1

DE3929029A1 - Schaltungsanordnung zum betrieb einer gasentladungslampe

Info

Publication number: DE3929029A1
Application number: DE3929029A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Ing Gademann; Ulrich Dipl Ing Drews; Wolfgang Jacob; Anton Dipl Phys Dr Mindl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1991-03-07
Also published as: DE59009861D1; KR920704546A; CS407490A3; JPH05500727A; AU6052890A; WO1991003919A1; CZ281990B6; ES2080150T3; AU630487B2; US5367227A; BR9007620A; EP0489747B1; EP0489747A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungslampe nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 31 08 548 ist schon eine Zündschaltung für eine Hochdruck metalldampfentladungslampe bekannt, bei der ein LC-Reihenschwing kreis auf die schaltbare Primärwicklung eines Transformators ein wirkt. Dadurch wird in der Sekundärwicklung eine hohe Spannung indu ziert, die die Gasentladungslampe zündet.

Bei dieser Schaltungsanordnung bleibt die Sekundärwicklung des Transformators auch nach der Zündung der Gasentladungslampe im Brennkreis geschaltet. Dadurch ergeben sich zusätzliche Verluste, die das Zündgerät unnötig aufheizen. Hinzu kommt, daß die Anstiegs geschwindigkeit der Zündspannungsimpulse durch die Induktivitäten relativ langsam ist, wodurch die sofortige Zündung insbesondere einer warmen Gasentladungslampe behindert wird.

Auch muß der LC-Reihenschwingkreis auf Resonanz abgestimmt werden, was relativ eng tolerierte Bauelemente hoher Güte erfordert, die entsprechend teuer sind.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß der Transformator nur während der Zündphase mit der Gasentladungslampe aktiv verbunden ist, so daß die Verlustleistung der Schaltungsanord nung sehr gering ist.

Besonders vorteilhaft ist auch, daß die Anstiegsgeschwindigkeit der Zündspannungsimpulse sehr groß ist. Dadurch wird die im Transforma tor gespeicherte Zündenergie nahezu verlustfrei zur Zündung der Gas entladungslampe nutzbar, so daß insbesondere auch eine warme Gasent ladungslampe sicher gezündet werden kann.

Ein weiterer Vorteil ist auch in der Entkopplung des Zündkreises mit dem Brennkreis zu sehen, die durch den spannungsgesteuerten Schalter erreicht wird. Ein unerwünschtes Übersprechen der Zündspannungsim pulse auf den Brennkreis wird dadurch vermieden. Besonders vorteil haft ist auch, daß zur Erhöhung der Zündspannung kein Resonanz schwingkreis benötigt wird. Dadurch ist der Schaltungsaufbau kosten günstig herstellbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß im Brennbetrieb der Zündungsteil abgeschaltet wird, da im Brennbetrieb die hohe Zündspannung nicht benötigt wird.

Auch ist vorteilhaft, wenn als Halbleiterschalter eine Kippdiode verwendet wird, die eine hohe Sperrspannung hat und erst bei Erreichen der hohen Zündspannung leitend wird. Derartige Kippdioden haben im gesperrten Zustand einen geringen Reststrom und sind beim Durchbruch in den leitenden Zustand sehr niederohmig.

Ein weiterer Vorteil ist, daß die Zündung mittels eines Lichtsensors überwacht wird. Solange die Lampe nicht brennt, steuert der Licht sensor die Steuerschaltung an, um neue Zündimpulse zu generieren. Nach der Zündung der Gasentladungslampe unterdrückt der Lichtsensor die Erzeugung weiterer Zündimpulse.

Da bei einem Defekt, beispielsweise infolge eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung die Lampe nicht weiterbrennt, kann vorteilhaft das Signal des Lichtsensors zur Überwachung des Lampenkreises, Rege lung der Lampenleistung bzw. der Lichtstärke bzw. zur Abschaltung der Hochspannung verwendet werden. Dies ist aus Sicherheitsgründen be sonders bei einem Lampenwechsel vorteilhaft.

Durch die Verwendung eines Spartransformators, dessen Primärwicklung von einem Kondensator aufladbar ist, wird für die Erzeugung der Zündspannung ein besonders kostengünstiger Aufbau der Schaltungsanordnung erreicht.

Ein weiterer Vorteil ist auch darin zu sehen, daß anstelle des Transformators die Zündspule des Kraftfahrzeugmotors verwendet wird. Dadurch werden vorhandene Bauelemente mehrfach genutzt, so daß der Aufbau der Schaltung sehr kostengünstig wird.

Günstig ist auch die Verwendung einer Gasentladungslampe in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer. Da die Zündung auch bei warmer Lampe ge währleistet ist, ist die Lampe auch zur Verwendung als Lichthupe verwendbar.

Es hat sich auch als günstig gezeigt, wenn dem Vorschaltgerät zur Unterstützung des Zündvorganges ein Kondensator vorgeschaltet ist, dessen Hochspannung mit einer Diode vom Generator entkoppelt ist.

Eine besonders einfache Schaltungsanordnung ergibt sich, wenn anstelle des Transformators ein zweiter Generator verwendet wird.

Weitere Vorteile und Verbesserungen der Erfindung sind der Beschrei bung entnehmbar.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 ein zweites Ausfüh rungsbeispiel, Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel und Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine Gasentladungslampe 1 über die Reihenschaltung eines Vorschalt gerätes 4 und eines Kondensators 3, dem Brennkreis 10 der Schal tungsanordnung, mit dem Spannungsausgang eines Wechselspannungs generators 2 verbunden ist. Der Wechselspannungsgenerator 2 ist mit seinem zweiten Ausgang mit der zweiten Elektrode der Gasentladungs lampe 1 verbunden, die als Masseleitung weitergeführt wird. Parallel zu der Gasentladungslampe 1 ist eine Reihenschaltung angeordnet, die einen spannungsgesteuerten Schalter 5, die Sekundärwicklung 12 eines Transformators 7 sowie einen gesteuerten Schalter 9 aufweist. Die Primärwicklung 11 des Transformators 7 ist mit ihrem einen Anschluß mit der geschalteten Seite der Sekundärwicklung verbunden und mit ihrem zweiten Anschluß mit einem ersten Ausgang 13 einer Steuer schaltung 6 verbunden. Die Steuerschaltung 6 hat einen zweiten Aus gang 14, der auf den Steuereingang des gesteuerten Schalters 9 ge führt ist, der zweckmäßigerweise als Halbleiterschalter ausgebildet ist. Die Steuerschaltung 6 wird von einem Lichtsensor 8 gesteuert, dessen Anordnung so gewählt ist, daß er die Zündung der Gasentla dungslampe 1 erkennen kann. Dieser Schaltungsteil wird als Impulszündungsteil bezeichnet.

Die Spannungsversorgung des Lichtsensors 8, der Steuerschaltung 6 und des Generators 2 erfolgt über gemeinsame Leitungen, die durch die Anschlüsse 15 und 16 gebildet werden.

Im folgenden wird die Wirkungsweise dieser Schaltung beschrieben.

Wie aus dem als Blockschaltbild dargestellten Stromlaufplan der Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Schaltungsanordnung im wesentlichen zwei Stromkreise für den Betrieb der Gasentladungslampe auf. Der erste Stromkreis wird durch den Generator 2, den Kondensator 3 und das Vorschaltgerät 4 in Verbindung mit der Gasentladungslampe 1 ge bildet. In diesem Stromkreis liefert der Generator 2 die zur Auf rechterhaltung des Brennbetriebes der Gasentladungslampe 1 notwen dige Brennspannung. Die notwendige Brennspannung beträgt je nach Lampentyp z.B. 60 bis 120 Volt. Die Arbeitsfrequenz des Generators 2 liegt vorteilhaft im Kilo-Hz-Bereich, weil dadurch die Bauteile sowie der Generator kleiner und kostengünstiger herstellbar sind und zusätzlich die Lichtausbeute der Gasentladungslampe in diesem Frequenzbereich besonders groß ist.

Da für die Zündung der Lampe jedoch mehrere Kilovolt (beispielsweise 5 bis 15 KV) benötigt werden, ist der Lampe ein Zündkreis parallel geschaltet, der im wesentlichen den spannungsgesteuerten Schalter 5, den Transformator 7 und den gesteuerten Schalter 9 aufweist. Zur Erzeugung der Zündspannung und Überwachung der Brennfunktion ist die Steuerschaltung 6 vorgesehen, die über den Lichtsensor 8 akti vierbar ist. Die Steuerschaltung 6 enthält Schaltelemente, Taktgeber, die Spannungsversorgung für den Transformator und Überwachungsglieder zur Funktionsüberwachung der Gasentladungslampe und Sicherheitsfunktionen.

Zur Zündung der Gasentladungslampe 1 wird der Schalter 9 zunächst geschlossen, so daß sich die Primärwicklung 11 des Transformators 7 über den ersten Ausgang der Steuerschaltung 6 aufladen kann. Nach dem Laden wird der Schalter 9 geöffnet, so daß in die Sekundärwick lung 12 eine Spannung induziert wird. Bei geeignetem Übersetzungs verhältnis der zwei Wicklungen ist die induzierte Spannung zur Zün dung der Gasentladungslampe 1 ausreichend hoch. Der spannungsgesteu erte Schalter 5 ist zunächst bei geringer induzierter Spannung ge sperrt. Steigt die induzierte Spannung über den Schwellwert des Schalters 2 an, dann wird er praktisch schlagartig leitfähig, so daß an den Brennelektroden eine hohe Spannungsamplitude zur Zündung der Gasentladungslampe zur Verfügung steht. In diesem Ausführungsbei spiel wurde als spannungsgesteuerter Schalter 5 eine Kippdiode ver wendet. Kippdioden haben den Vorteil, daß sie unterhalb ihrer Schwellspannung, die an den Zündspannungsbedarf der Lampe angepaßt wird und beispielsweise bei 20 000 Volt liegt, sehr hochohmig sind, so daß die durch Leckströme bedingten Verluste sehr gering sind. Wird die Schwellspannung überschritten, wird die Kippdiode sehr niederohmig, so daß sie die in dem Transformator 7 gespeicherte Energie auf die Gasentladungslampe 1 übertragen kann. Hierbei wird die Gasentladungslampe 1 durch das Vorschaltgerät 4 vom Wechselspannungsgenerator 2 und Kondensator 3 entkoppelt.

Parallel zum Zündkreis ist zur Unterstützung des Zündvorganges im Brennkreis der Kondensator 3 vorgesehen. Da der Kondensator 3 bei jedem noch nicht erfolgreichen Zündversuch weiter aufgeladen wird, kann er seine Energie während des Zündvorganges über das Vorschalt gerät ebenfalls auf die heiße Elektrode der Gasentladungslampe geben und den erfolgreichen letzten Zündversuch unterstützen. Insbesondere bei einer warmen Gasentladungslampe wird auch hierdurch das sichere Zünden unterstützt und die Ankopplung des Brennkreises begünstigt.

Dem Generator 2 ist auch eine Diode 42 nachschaltbar, von der ein Kondensator 41 gegen eine Anschlußklemme 15, 16, vorzugsweise gegen Masse schaltbar ist (vgl. Fig. 4).

In dem Ausführungsbeispiel wurde die Zündschaltung so dimensioniert, daß ein einzelner Zündimpuls etwa einige Mikrosekunden aufweist. Hat dieser Impuls zur Zündung der Lampe nicht ausgereicht, dann werden weitere Zündimpulse generiert, wobei sich bei jedem Zündimpuls die Spannung am Kondensator 3 wie auch an der Gasentladungslampe 1 kontinuierlich erhöht. Die Ladespannung des Kondensators 3 wird durch die während des Zündvorgangs vom spannungsgesteuerten Schalter 5 übertragene Zündenergie bestimmt. Die Ladespannung des Kondensa tors 3 wird kontinuierlich erhöht, da bei einem fruchtlosen Zündver such der Kondensator nicht entladen wurde.

Nach der Zündung der Gasentladungslampe 1, die vom Lichtsensor 8 überwacht wird, hält die Steuerschaltung 6 den Schalter 9 geöffnet, so daß ein erneutes Aufladen der Primärwicklung 11 des Transforma tors 7 verhindert wird. Der spannungsgesteuerte Schalter 5 kehrt, wie auch nach jedem Zündimpuls, in seinen hochohmigen Zustand zurück und koppelt damit den Zündkreis von der Gasentladungslampe 1 ab. Der Brennbetrieb wird nun von dem Generator 2 aufrechterhalten. Das Vorschaltgerät 4 bewirkt in Verbindung mit dem Kondensator 3 eine Strombegrenzung, da die Gasentladungslampe 1 während des Brennvor ganges niederohmig ist. Eine Resonanzabstimmung zwischen dem Konden sator 3 und dem Vorschaltgerät 4, die in bekannten Zündschaltungen notwendig ist, ist hier nicht erforderlich. Anstelle des Trans formators 7 sind auch Zündspulen oder entsprechende Übertrager eines Kraftfahrzeugmotors vorsehbar.

Als Lichtsensor 8 sind Fototransistoren oder Fotowiderstände ver wendbar. Sie erkennen die optische Strahlung der Gasentladungs lampe 1 und geben ein entsprechendes elektrisches Signal ab, das zum Steuern der Steuerschaltung 6 verwendbar ist. Die Steuerschaltung 6 weist weiterhin Schalteinrichtungen , beispielsweise Komparatoren zur Strommessung auf, die bei einer fehlenden Gasentladungslampe 1 oder einem Kurzschluß der Leitungen ein ungewolltes Zünden verhindern. Dieses ist aus Sicherheitsgründen erforderlich, wenn diese Schaltungsanordnung zum Betrieb des Schein werfers eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.

Mit einem nicht dargestellten Regler kann die Steuerschaltung 6 den Brennstrom der Gasentladungslampe lichtabhängig regeln.

Als spannungsgesteuerter Schalter ist auch ein Thyristor oder eine Vorfunkenstrecke verwendbar. Vorfunkenstrecken haben jedoch den Nachteil, daß sie eine hohe Störstrahlung senden, die unter Umstän den unerwünscht ist, zudem unterliegen sie einem Verschleiß. Dagegen hat die Verwendung einer Kippdiode den Vorteil, daß die Kippdiode bei Erreichen der Kippspannung hinreichend schnell, d.h. innerhalb einiger Nanosekunden, in den leitenden Zustand übergeht. Derartige Kippdioden sind bereits in der Patentanmeldung EP 88/00 456 vorge schlagen.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Schal tungsanordnung ist hier die Ansteuerung des Transformators 7 geän dert. Der Primärwicklung 11 des Transformators 7 ist ein zweiter Kondensator 20 vorgeschaltet, der über eine Diode 21 vom Ausgang 13 der Steuerschaltung 6 aufgeladen wird. Zwischen dem Kondensator 20 und der Diode 21 ist ein Schalter 9 gegen Masse geschaltet. Nach dem Aufladen des Kondensators 20 wird dieser Schalter 9 über den Aus gang 14 der Steuerschaltung 6 geschlossen, wodurch in die Sekundär wicklung 12 des Transformators 7 die Zündspannung induziert wird. Nach Erreichen der Kippspannung wird der spannungsgesteuerte Schal ter 5 leitend und überträgt die im Transformator 7 gespeicherte Energie sehr schnell auf die Gasentladungslampe 1. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung so dimensioniert, daß der Kondensator 3 mehrere Ladeimpulse erhalten kann, bis die Zündspannung für die Gasentladungslampe 1 erreicht ist. Nach der Zündung übernimmt der Generator 2 die Energieversorgung für die Gasentladungslampe 1, während der Transformator 7 abgeschaltet bleibt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, gemäß der Fig. 3 einen Hochspannungsgenerator 30, beispielsweise einen Zünd übertrager zu verwenden, der über eine Diode 31 einen zur Gasentla dungslampe 1 über den spannungsgesteuerten Schalter 5 parallel schaltbaren Kondensator 32 auflädt. Die im Kondensator 32 gespei cherte Energie schaltet bei Erreichen der Kippspannung den steuer baren Schalter 5 zur Zündung der Gasentladungslampe 1 durch. Im übrigen arbeitet diese Schaltungsanordnung wie die zuvor beschrie benen Ausführungsbeispiele.

Die vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele sind auch an einem Gleich spannungsnetz betreibbar, wenn die zur Verfügung stehende Gleich spannung, beispielsweise von der Batterie eines Kraftfahrzeuges, zur Erzeugung einer gepulsten Hochspannung getaktet wird. Derartige Zer hackerschaltungen sind bekannt und müssen nicht näher beschrieben werden.

Werden Gasentladungslampen 1 mit niedriger Brennspannung, beispiels weise für 12 Volt verwendet, dann ist der Generator 2 durch eine Batterie ersetzbar. In diesem Fall ist der Kondensator 3 durch einen gegen Masse geschalteten Kondensator zu ersetzen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungslampe an einem Spannungsgenerator mit einer Induktivität als Vorschaltgerät, einem Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung, die mit der Gasentladungslampe in Verbindung steht, und einer Steuerschaltung, die auf die Primärwicklung des Transformators wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (12) des Transformators (7) mittels eines spannungsgesteuerten Schalters (5) parallel zum Brennkreis der Gasentladungslampe (1) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (7) als Spartransfor mator geschaltet ist und dessen Primärwicklung (11) über einen zwei ten Kondensator (20) schaltbar angeordnet ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (7) eine Zündspule ist.

4. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungslampe an einem Spannungsgenerator mit einer Induktivität als Vorschaltgerät und einer Steuerschaltung für den Zündvorgang der Gasentladungslampe, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6) einen zweiten Generator (30) aufweist, daß der zweite Generator (30) einen zur Gasentladungslampe (1) parallel schaltbaren Kondensator (32) auflädt und daß der Kondensator (32) über einen spannungsgesteuerten Schalter (5) mit der Gasentladungslampe (1) in Verbindung steht.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte Schalter (5) im Brennbetrieb der Gasentladungslampe (1) den Zündungsteil der Schaltungsanordnung vom Generatorteil abkoppelt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsgesteuerter Schalter (5) ein Halbleiterschalter, vorzugsweise eine Kippdiode schaltbar ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (3) vorgesehen ist, der zwischen dem Generator (2) und dem Vorschaltgerät (4) angeordnet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vorschaltgerät (4) eine Diode (42) und ein Kondensator (41) vorgeschaltet sind, wobei der zweite Anschluß der Diode (42) mit dem Generator (2) und der des Kondensators (41) mit einer Anschlußklemme (15, 16), vorzugsweise mit der Masseklemme (16) verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß ein Lichtsensor (8) vorgesehen ist, der das Licht der Gasentladungslampe (1) aufnimmt und der bei Zündung der Gasentladungslampe (1) auf die Steuerschaltung (6) einwirkt, um den Ladevorgang zu beenden.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (6) den Ladevorgang unterbricht, wenn die Gasentladungslampe (1) fehlt oder einen Kurzschluß aufweist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung für einen Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges verwendbar ist.