EP0374617B1 - Einrichtung zum Zünden und Betreiben elektrischer Gasentladungslampen - Google Patents

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EP0374617B1
EP0374617B1 EP89122638A EP89122638A EP0374617B1 EP 0374617 B1 EP0374617 B1 EP 0374617B1 EP 89122638 A EP89122638 A EP 89122638A EP 89122638 A EP89122638 A EP 89122638A EP 0374617 B1 EP0374617 B1 EP 0374617B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
gas discharge
discharge lamp
circuit
terminal
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP89122638A
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English (en)
French (fr)
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EP0374617A3 (de
EP0374617A2 (de
Inventor
Wolfgang Daub
Ulrich Volker Lange
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0374617A3 publication Critical patent/EP0374617A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2881—Load circuits; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/36—Controlling
    • H05B41/38—Controlling the intensity of light
    • H05B41/382—Controlling the intensity of light during the transitional start-up phase

Definitions

  • the invention relates to a device for igniting and operating electrical gas discharge lamps, in particular in motor vehicles, with an AC voltage source to which a gas discharge lamp is connected, with a transformer whose secondary winding is arranged in series with the gas discharge lamp and which forms a resonant circuit with a first capacitor and whose primary winding is part of an ignition circuit, which contains a second capacitor and a semiconductor switch, with a voltage detection device in the ignition circuit, which is connected to the semiconductor switch via a switching device.
  • an AC voltage source is electrically conductively connected to a gas discharge lamp via a series choke and the secondary winding of a transformer.
  • a first capacitor is arranged in parallel to the series circuit comprising the secondary winding of the transformer and the gas discharge lamp and forms an oscillating circuit with the latter.
  • the primary winding of the transformer is part of an ignition circuit.
  • the ignition circuit consists of the primary winding, a choke, a semiconductor switch and a second capacitor.
  • the ignition circuit is assigned a voltage detection device which, for. B.
  • the voltage detection device is electrically conductive via a switching device with the Semiconductor switch connected. Another capacitor is arranged parallel to this connection and discharges through the switching device at the moment of ignition.
  • the switching device can be a one-sided trigger diode or a two-sided trigger diode.
  • the semiconductor switch can e.g. B. be designed as a thyristor, the control input of which is connected to the switching device.
  • the series connection of the choke and the secondary winding of the transformer represents a large reactive load for the AC voltage source.
  • the reactive load for the AC voltage source In order to keep the reactive load for the AC voltage source as low as possible, it is necessary to choose a low transmission ratio for the transformer.
  • ignition voltages greater than 10 kV are not or difficult to reach with this device.
  • the components of the ignition circuit and in particular the semiconductor switch must be designed as high-voltage-resistant components and no standard components can be used, as a result of which the device can often not be produced cost-effectively.
  • the invention has for its object to provide a device which is simple and inexpensive, which ensures reliable ignition of a gas discharge lamp and which, in addition to safe, inexpensive operation of a gas discharge lamp, enables the reactive load for to minimize the AC voltage source through the transformer.
  • the object is achieved in that the secondary winding of the transformer, the first capacitor and the gas discharge lamp form a first series resonant circuit and that the resonance frequency of the first series resonant circuit corresponds to the fundamental frequency of the voltage of the AC voltage source.
  • the secondary winding of the transformer, the first capacitor and the gas discharge lamp form a first series resonant circuit and that the resonance frequency of the first series resonant circuit corresponds to the fundamental frequency of the voltage of the AC voltage source, because the reactive load for the AC voltage source is as low as possible when the gas discharge lamp is operated is held and thus the AC voltage source does not have to be designed for large reactive loads, which can save costs.
  • the transmission ratio of the transformer can be chosen to be very large without the secondary winding of the transformer being a noticeable reactive load for the AC voltage source and without the ignition circuit having to be supplied with high voltage, which requires that the components of the ignition circuit and in particular the semiconductor switch, are designed to withstand high voltages, as a result of which inexpensive standard components can be used and high-voltage protective measures for the ignition circuit are not required, which contributes to simple and inexpensive manufacture of the device.
  • ignition voltages greater than 10 kV can be generated in a simple and inexpensive manner and that a gas discharge lamp can be operated safely.
  • the AC voltage source is a DC / AC converter results in the advantage that a gas discharge lamp operated with AC voltage can be connected to a DC voltage source, in particular to a DC voltage source in a motor vehicle.
  • a trigger output of the DC / AC converter is connected to the switching device, because a trigger signal or a frequency signal which is in phase with the AC voltage is supplied to the switching device in a simple and inexpensive manner, as a result of which the semiconductor switch is in phase with the Frequency of the AC voltage can be controlled.
  • the switching device has a logic digital component results in the advantage that the semiconductor switch is only controlled in a defined manner when a signal is present at the same time from the voltage detection device and the DC / AC converter.
  • the switching device has a timing element, there is the advantage that the semiconductor switch is actuated by the switching device only at the point in time that enables the gas discharge lamp to be ignited in phase, thereby ensuring a quick and safe ignition of the gas discharge lamp.
  • a voltage multiplier is arranged between the AC voltage source and the ignition circuit, because in a simple and inexpensive manner a sufficiently high voltage is provided for the ignition circuit from a low AC voltage, which ensures that an ignition voltage that is sufficient is achieved to ignite a gas discharge lamp that requires an ignition voltage that is greater than 10 kV.
  • the DC / AC converter supplies a square-wave voltage or a pulse-width-modulated voltage, which makes it possible to control the power in the operation of the gas discharge lamp in a simple and inexpensive manner, and in particular in the start-up phase after the gas discharge lamp has been ignited a higher power can be supplied than is required for the continuous operation of the gas discharge lamp.
  • a second series resonant circuit is arranged in the connection between the first output terminal of the DC / AC converter and the first series resonant circuit, which is formed by a first inductance and a fourth capacitor, that a parallel resonant circuit between the second series resonant circuit and the first series resonant circuit branches second output terminal, which is formed by a second inductor and a fifth capacitor, there is the advantage that the gas discharge lamp is supplied with a sine-like voltage required for its operation even if the DC / AC converter at the first output terminal no square wave voltage, but delivers rectangular pulses with a variable time interval that is too large to maintain the gas discharge without interposing the filter arrangement described.
  • the resonance frequency of the second series resonant circuit and Parallel resonant circuit corresponds in each case to the fundamental frequency of the voltage of the AC voltage source, because large reactive loads for the AC voltage source are avoided in a simple and inexpensive manner, as a result of which an AC voltage source can be used in a cost-effective manner.
  • the capacitances of the first capacitor, the fifth capacitor and the fourth capacitor are of the same size and that the inductances of the first inductor and the second inductor correspond to the inductance of the secondary winding of the transformer, because this avoids the need for large harmonic components
  • the voltage from the pulse-width-modulatable DC / AC converter with a different design of the inductances and capacitances of the second series resonant circuit and / or the parallel resonant circuit creates an excessive reactive load for the pulse-width modulator, especially since the secondary winding is selected in this way that it has the greatest possible inductance in order to achieve a high transmission ratio of the transformer.
  • a first terminal is arranged in the connection between the first output terminal and the voltage multiplier or the secondary winding, that a second terminal is arranged in the connection between the second output terminal and the voltage multiplier or the gas discharge lamp and that in the connection between the Trigger output and the switching device a third terminal is arranged, there is the advantage that the device can be disconnected at these terminals and that at least two gas discharge lamps with the associated ignition circuits can be connected to an AC voltage source, which can reduce costs.
  • the first output terminal is electrically conductively connected to a phase comparator, that a fourth terminal, which is connected to the connection between the first series resonant circuit and the gas discharge lamp, is electrically conductively connected to the phase comparator, that the phase comparator is connected to a voltage-controlled one Oscillator is connected and that the oscillator is electrically conductively connected to a third input terminal of the DC / AC converter, which is a synchronization input, because a phase comparison between the voltage from the AC voltage source and the voltage that is applied to is carried out in a simple and inexpensive manner of the gas discharge lamp, the phase comparison is a measure of whether the inductances and capacitances of the first and / or second series resonant circuit and / or the parallel resonant circuit have tolerances which lead to large reactive loads for the AC voltage source, from the phase ver the same a voltage signal is generated which drives the voltage controlled oscillator in such a way that it generates a frequency signal which synchronizes the DC
  • a first voltage detection circuit is arranged in the connection between the first output terminal and the phase comparator results in the advantage that a voltage signal suitable for further processing is fed to the phase comparator.
  • a second voltage detection circuit is arranged in the connection between the fourth terminal and the phase comparator.
  • phase comparator and the oscillator are combined in an integrated component results in the advantage of a simple and inexpensive construction of the device.
  • a power meter is electrically conductively connected to the fourth terminal via a third voltage detection circuit, that the power meter is connected via a fifth terminal to a current detection circuit which is in the connection between the second output terminal and the gas discharge lamp, in close proximity to the Gas discharge lamp is arranged, because in a simple and inexpensive way, a power determination and power detection during the operation of a gas discharge lamp is made possible, which is the basis for a power control of the gas discharge lamp.
  • the power meter is connected to a fourth input terminal of the pulse-width-modulatable DC / AC converter, because a signal is supplied to the DC / AC converter, the size of which is a measure of that of the Gas discharge lamp is power consumed and that the DC / AC converter can be used to control the power to be made available to the gas discharge lamp.
  • the fact that the power meter is a multiplying pulse width pulse height modulator and that the power meter is connected to a frequency output of the DC / AC converter, which is connected to a sawtooth oscillator, has the advantage that the power meter is supplied with a frequency signal that corresponds to the frequency corresponds to the voltage of the AC voltage source and which can be used as a reference voltage for the multiplication.
  • the third voltage detection circuit Because the third voltage detection circuit generates a voltage signal which corresponds to the mean value of the voltage at the fourth terminal, a voltage signal is supplied to the power meter for the power determination, which enables an exact determination of the power, since the gas discharge lamp is supplied with a low-harmonic, sine-like voltage , the current through the
  • Gas discharge lamp is also sinusoidal and the current and voltage at the gas discharge lamp are only slightly out of phase in their fundamental waves.
  • the same advantage results from the fact that the current detection circuit generates a voltage signal that corresponds to the mean value of the current at the gas discharge lamp.
  • the active power consumption of the gas discharge lamp can thus be determined by the product of the rectified mean values of current and voltage.
  • the device can be disconnected via the terminals results in the advantage that at least two gas discharge lamps can be connected to an AC voltage source, which can contribute to an inexpensive construction of the device.
  • Figure 1 shows a DC / AC converter (W), which has two input terminals (E1, E2).
  • the input terminals (E1, E2) can be electrically conductive with a Be connected to a DC voltage source, which can in particular be the battery of a motor vehicle.
  • the DC / AC converter (W) has two output terminals (AC, 0V).
  • the first output terminal (AC), to which an AC voltage is applied, is connected to a gas discharge lamp (G) via a secondary winding (LS) of a transformer (U) and a first capacitor (C1).
  • the gas discharge lamp (G) is also connected to the second output terminal (0V) of the DC / AC converter (W).
  • the secondary winding (LS), the first capacitor (C1) and the gas discharge lamp (G) form a first series resonant circuit, the resonance frequency of which corresponds to the fundamental frequency of the AC voltage which is present at the first output terminal (AC) of the DC / AC converter (W).
  • a third capacitor (C3.) Is to be found in the connection between the first output terminal (AC) and the second output terminal (0V) of the DC / AC converter (W) ) arranged.
  • a first resistor (R1) is arranged in series with the third capacitor (C3).
  • the device has an ignition circuit. So that the ignition circuit can generate an ignition voltage via the transformer (U), which ensures that the gas discharge lamp (G) ignites, a voltage multiplier (SV) is provided, which is electrically conductive with the first output terminal (AC) of the DC / AC converter ( W) is connected and has an output that outputs an increased voltage to the ignition circuit.
  • the voltage multiplier (SV) has an output which is electrically conductively connected to the second output terminal (0V) of the DC / AC converter (W).
  • the ignition circuit consists of a second capacitor (C2), the first electrode of which is electrically conductive with the second Output terminal (0V) of the DC / AC converter (W) is connected and the second electrode is electrically conductively connected to the output of the voltage multiplier (SV), to which an increased voltage is applied, and to the primary winding (LP) of the Transmitter (U) is connected, which is also part of the ignition circuit.
  • the ignition circuit also has a semiconductor switch (H), which is connected on the one hand to the primary winding (LP) of the transformer (U) and on the other hand to the second output terminal (0V) of the DC / AC converter (W).
  • the voltage multiplier (SV) supplies the second capacitor (C2) with a DC voltage.
  • a voltage detection device (SP) is arranged in parallel with the second capacitor (C2) in the ignition circuit.
  • the voltage detection device (SP) is connected in an electrically conductive manner to the semiconductor switch (H) via a switching device (S).
  • the switching device (S) is also electrically conductively connected to a trigger output (T) of the DC / AC converter (W). So that the semiconductor switch (H) is only closed and thus causes the gas discharge lamp (G) to ignite when the second capacitor (C2) has a predetermined voltage and at the same time a trigger signal at the trigger output (T) of the DC / AC converter (W) is present, the switching device (S) has a logical component that only then sends a signal to the Semiconductor switch (H) switches through when the two signals mentioned are present simultaneously.
  • the switching device (S) can have a timing element that fixes the point in time at which the semiconductor switch (H) is switched to a point in time that ensures that the ignition voltage is in the phase of the gas discharge lamp (G) the transformer (U) is supplied.
  • the semiconductor switch (H) can advantageously be designed as a thyristor, as a TRIAC or, with a slight modification of the circuit, as a transistor.
  • the gas discharge lamp (G) can in particular be a high-pressure alternating current gas discharge lamp which requires an ignition voltage greater than 10 kV for reliable ignition.
  • the transmission factor of the transformer (U) is approximately 50.
  • the transmission factor can be chosen larger or smaller depending on the specified requirements.
  • the components used in the ignition circuit, in particular the semiconductor switches (H), can thus be designed as non-high-voltage-resistant standard components in order to save costs.
  • the resonance frequency of the first series resonant circuit corresponds to the frequency of the AC voltage from the DC / AC converter (W) during operation of the gas discharge lamp (G)
  • the secondary winding (LS) of the transformer (U) has a minimum reactive load for the DC / AC Converter (W) on, which means that it does not have to be designed for high reactive loads, and thus an economical manufacture of the device according to the invention is ensured.
  • the DC / AC converter (W) converts the DC voltage into a high-frequency AC voltage, which in this example has a frequency of approximately 10 kHz. The frequency can be selected higher or lower depending on the requirements.
  • the second capacitor (C2) which serves as an ignition capacitor, is charged to a predetermined voltage via a voltage multiplier (SV), which contains a rectification circuit.
  • a voltage multiplier (SV) is not required, depending on the design of the transformer (U) and / or the ignition voltage required to ignite the gas discharge lamp (G). If a predetermined voltage is present at the second capacitor (C2) and is recognized by the voltage detection device (SP), the voltage detection device (SP) outputs a control signal to the switching device (S).
  • the semiconductor switch (H) is only activated by the switching device (S) if, in addition to the control signal from the voltage detection device (SP), a predetermined trigger signal from the trigger output (T) of the DC / AC converter (W) is present.
  • the switching device (S) can have a timing element that determines the time of switching of the semiconductor switch (H) in such a way that any switching delays that may be present due to the semiconductor switch (H) or the transformer ( U) are balanced so that the ignition voltage from the ignition circuit is supplied to the gas discharge lamp (G) in the correct phase becomes.
  • the semiconductor switch (H) If the semiconductor switch (H) is switched to the closed state, the voltage stored in the second capacitor (C2) discharges through the primary winding (LP) of the transformer (U) and generates a predetermined ignition voltage in the lamp circuit, the required ignition energy being used Protection of people can be kept as small as possible.
  • the gas discharge lamp (G) After the gas discharge lamp (G) has been successfully ignited, it is operated by the AC voltage which is present at the first output terminal (AC) of the DC / AC converter (W). Because the resonance frequency of the first series resonant circuit corresponds to the fundamental frequency of the AC voltage, the reactive load for the DC / AC converter (W) is kept as low as possible, which can lead to energy savings.
  • FIG. 2 shows an expanded circuit arrangement of the device according to the invention, which makes it possible to carry out a power control of the gas discharge lamp.
  • the DC / AC converter can supply a square-wave voltage or a pulse-width-modulated voltage.
  • An AC voltage is present at the first output terminal (AC).
  • B. can be a square wave voltage.
  • the pulse-width-modulatable DC / AC converter (W) can generate a periodic alternating voltage which has a variable pulse-to-space ratio.
  • the circuit arrangement has an extension to the circuit arrangement shown in FIG. 1, which ensures that the Gas discharge lamp (G) is continuously supplied with a sine-like voltage that ensures safe, continuous operation of the Guaranteed gas discharge lamp (G).
  • the filter arrangement here consists, for example, of a second series resonant circuit, which is arranged between the first output terminal (AC) and the first series resonant circuit, consisting of the secondary winding (LS), the first capacitor (C1) and the gas discharge lamp (G), and a parallel resonant circuit, which is arranged between the second series resonant circuit and the first series resonant circuit.
  • the second series resonant circuit consists of a first inductance (L1) and a fourth capacitor (C4) and is arranged between the first output terminal (AC) of the AC voltage source and a first terminal (K1), which is on the one hand electrically conductive with the first series resonant circuit and on the other is electrically connected to the voltage multiplier (SV).
  • the parallel resonant circuit consists of a fifth capacitor (C5) and a second inductance (L2), each branching off between the second series resonant circuit and the first terminal (K1) to the second output terminal (0V).
  • the resonance frequencies of the second series resonant circuit and the parallel resonance circuit correspond to the fundamental frequency of the voltage of the AC voltage source (AV, 0V).
  • the capacitances of the first capacitor (C1), the fifth capacitor (C5) and the fourth capacitor (C4) are the same size and that Inductances of the first inductance (L1) and the second inductance (L2) correspond to the inductance of the secondary winding (LS) of the transformer (U) in order to avoid large reactive loads for the AC voltage source (AC, 0V) caused by the second series resonant circuit and the parallel resonant circuit can be generated due to the harmonic components of the voltage.
  • a second terminal (K2) is arranged in the connection between the second output terminal (0V) and the gas discharge lamp (G) in such a way that it lies between the parallel resonant circuit and the gas discharge lamp (G) or the voltage multiplier (SV).
  • a third terminal (K3) is arranged in the connection between the trigger output (T) of the DC / AC converter (W) and the switching device (S).
  • FIG. 3 shows a circuit arrangement of the device according to the invention for igniting and operating a gas discharge lamp that has been expanded to the exemplary embodiment shown in FIG.
  • the resonant circuits of the device according to the invention described in the exemplary embodiment in FIG. 2 have capacitances and inductors which inevitably have tolerances when the device is constructed inexpensively and which can fluctuate greatly, particularly when operated in a motor vehicle, since large temperature differences can occur, in particular if if the components are arranged near the gas discharge lamp (G) or a reflector which contains the gas discharge lamp (G), which can result in a shift in the resonance frequencies of the resonant circuits to the fundamental frequency from the AC voltage source (AC, 0V).
  • AC AC voltage source
  • a phase comparator (P) is electrically connected to the first output terminal (AC) on the one hand via a first voltage detection circuit (V1) and on the other hand via a second voltage detection circuit (V2) electrically connected to a fourth terminal (K4) which is connected to the connection between the first series resonant circuit and the gas discharge lamp (G).
  • the first and second voltage detection circuits (V1, V2) are used to supply the phase comparator (P) with prepared voltages suitable for further processing.
  • the first and second voltage detection circuits (V1, V2) can be dispensed with if the phase comparator (P) can process the voltage signals from the first output terminal (AC) and the fourth terminal (K4) directly.
  • the phase comparator (P) forms a direction-dependent voltage signal from the two phase-dependent voltage signals from the first output terminal (AC) and the fourth terminal (K4) Phase comparator (P) connected, voltage-controlled oscillator (A) is supplied.
  • the voltage-controlled oscillator (A) is electrically conductively connected to a third input terminal (E3) of the DC / AC converter (W) and supplies a direction-dependent frequency signal.
  • the third input terminal (E3) of the DC / AC converter (W) is a synchronization input.
  • the direction-dependent frequency signal from the voltage-controlled oscillator (A) changes the frequency of the AC voltage via the synchronization input of the DC / AC converter (W) until a phase difference in the voltages from the first output terminal (AC) and the fourth terminal (K4) is no longer present and thus the frequency of the AC voltage source (AC, 0V) corresponds to the resonance frequency of the resonant circuits of the device according to the invention.
  • phase comparator (P) and the voltage-controlled oscillator (A) can be combined in one integrated component.
  • the circuit arrangement has a power meter (M) which is connected in an electrically conductive manner to a fourth input terminal (E4) of the pulse-width-modulatable DC / AC converter (W).
  • the power meter (M) is also electrically conductively connected to the fourth terminal (K4) via a third voltage detection circuit (V3), as a result of which the power meter (M) is supplied with a voltage which corresponds to the mean value of the voltage at the fourth terminal (K4).
  • the power meter (M) In order to supply the power meter (M) with a voltage which corresponds to the mean value of the current at the gas discharge lamp (G), the power meter (M) is electrically conductively connected via a fifth terminal (K5) to a current detection circuit (I) which is in the connection is arranged between the second output terminal (0V) and the gas discharge lamp (G) in the immediate vicinity of the gas discharge lamp (G). Another one The third voltage detection circuit (V3) can be omitted if the second voltage detection circuit (V2) can supply the power meter (M) with a corresponding voltage signal from the fourth terminal (K4).
  • the power meter (M) is electrically conductively connected to a frequency output (FA) of the DC / AC converter (W), which supplies the power meter (M) with an AC voltage signal, in particular a sawtooth voltage , which serves as a reference voltage for multiplication in a known manner by means of a pulse width pulse height modulator and whose frequency can correspond to the fundamental frequency of the AC voltage source (AC, 0V).
  • FA frequency output
  • W DC / AC converter
  • the terminals (K1, K2, K3, K4, K5) also ensure here, as in the exemplary embodiment in FIG. 2, that the device according to the invention can be separated at these terminals (K1, K2, K3, K4, K5), whereby it is achieved that at least two gas discharge lamps (G) with their ignition circuits can be connected to an AC voltage source (AC, 0V), in particular in time-division multiplexing, and that the part of the circuit arrangement in which a high voltage can be generated is separated from the rest of the part the circuit arrangement is made possible, whereby the safety during possible maintenance work and during the operation of the gas discharge lamp (G) is increased.
  • AC AC voltage source

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Zünden und Betreiben elektrischer Gasentladungslampen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einer Wechselspannungsquelle, an die eine Gasentladungslampe angeschlossen ist, mit einem Übertrager, dessen Sekundärwicklung in Reihe zu der Gasentladungslampe angeordnet ist und die mit einem ersten Kondensator einen Schwingkreis bildet und dessen Primärwicklung Teil eines Zündkreises ist, der einen zweiten Kondensator und einen Halbleiterschalter enthält, mit einer Spannungserkennungseinrichtung in dem Zündkreis, die über eine Schalteinrichtung mit dem Halbleiterschalter verbunden ist.
  • Aus der deutschen Patentschrift DE-C-15 89 306 ist eine Einrichtung zum Zünden und Betreiben von elektrischen Gasentladungslampen, insbesondere solchen mit Zündspannungen von mehr als 1000 Volt, bekannt. Hierbei ist eine Wechselspannungsquelle über eine Vorschaltdrossel und die Sekundärwicklung eines Übertragers mit einer Gasentladungslampe elektrisch leitend verbunden. Ein erster Kondensator ist dabei parallel zu der Reihenschaltung aus der Sekundärwicklung des Übertragers und der Gasentladungslampe angeordnet und bildet mit diesem einen Schwingkreis. Die Primärwicklung des Übertragers ist Teil eines Zündkreises. Der Zündkreis besteht aus der Primärwicklung, einer Drossel, einem Halbleiterschalter und einem zweiten Kondensator. Dem Zündkreis ist eine Spannungserkennungsreinrichtung zugeordnet, die z. B. aus einem Spannungsteiler, bestehend aus zwei Widerständen, aufgebaut sein kann, der parallel zu dem zweiten Kondensator angeordnet ist. Die Spannungserkennungseinrichtung ist elektrisch leitend über eine Schalteinrichtung mit dem Halbleiterschalter verbunden. Parallel zu dieser Verbindung ist ein weiterer Kondensator angeordnet, der sich im Zündmoment über die Schalteinrichtung entlädt. Die Schalteinrichtung kann dabei eine einseitig schaltende Triggerdiode oder aber eine zweiseitig schaltende Triggerdiode sein. Der Halbleiterschalter kann z. B. als ein Thyristor ausgebildet sein, dessen Steuereingang mit der Schalteinrichtung verbunden ist.
  • Als nachteilig erweist sich hierbei, daß die Reihenschaltung aus der Drossel und der Sekundärwicklung des Übertragers eine große Blindlast für die Wechselspannungsquelle darstellt. Um die Blindlast für die Wechselspannungsquelle möglichst gering zu halten, ist es hier erforderlich, ein kleines Übersetzungsverhältnis des Übertragers zu wählen. Dies bedingt jedoch, daß Zündspannungen größer 10kV mit dieser Einrichtung nicht oder schwer erreichbar sind. Um Zündspannungen größer 10kV erreichen zu können, ist es hier erforderlich, dem Zündkreis eine hohe Primärspannung zuzuführen. Dabei erweist sich jedoch als nachteilig, daß die Bauelemente des Zündkreises und insbesondere der Halbleiterschalter als hochspannungsfeste Bauelemente ausgebildet sein müssen und keine Standardbauteile verwendet werden können, wodurch eine kostengünstige Herstellbarkeit der Einrichtung häufig nicht gegeben ist. Weiterhin erweist sich bei der vorbekannten Einrichtung als nachteilig, daß obwohl der Halbleiterschalter in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Spannungswert des zweiten Kondensators angesteuert wird, ein phasenrichtiges Zünden der Gasentladungslampe nicht oder nur zufällig gewährleistet ist, wodurch ein schnelles und sicheres Zünden der Gasentladungslampe häufig nicht erfolgt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die einfach und kostengünsig ist, die ein zuverlässiges Zünden einer Gasentladungslampe gewährleistet und die es neben einem sicheren, kostengünstigen Betreiben einer Gasentladungslampe ermöglicht, die Blindbelastung für die Wechselspannungsquelle durch den Übertrager zu minimieren.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sekundärwicklung des Übertragers, der erste Kondensator und die Gasentladungslampe einen ersten Reihenschwingkreis bilden und daß die Resonanzfrequenz des ersten Reihenschwingkreises der Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle entspricht.
  • Es ist von Vorteil, daß die Sekundärwicklung des Übertragers, der erste Kondensator und die Gasentladungslampe einen ersten Reihenschwingkreis bilden und daß die Resonanzfrequenz des ersten Reihenschwingkreises der Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle entspricht, weil so die Blindlast für die Wechselspannungsquelle bei dem Betreiben der Gasentladungslampe möglichst gering gehalten wird und somit die Wechselspannungsquelle nicht für große Blindlasten ausgelegt werden braucht, wodurch Kosten gespart werden können. Zudem erweist sich hierbei als vorteilhaft, daß das Übertragungsverhältnis des Übertragers sehr groß gewählt werden kann, ohne daß die Sekundärwicklung des Übertragers eine merkliche Blindlast für die Wechselspannungsquelle darstellt und dem Zündkreis keine Hochspannung zugeführt werden muß, die es erforderlich macht, daß die Bauelemente des Zündkreises und insbesondere der Halbleiterschalter, hochspannungsfest ausgelegt sind, wodurch hier kostengünstige Standard-Bauteile verwendet werden können und Hochspannungs-Schutzmaßnahmen für den Zündkreis nicht erforderlich sind, was zu einer einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit der Einrichtung beiträgt. In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft, daß auf einfache und kostengünstige Weise Zündspannungen größer 10kV erzeugt werden können und ein sicheres Betreiben einer Gasentladungslampe gewährleistet ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Dadurch, daß die Wechselspannungsquelle ein DC/AC-Wandler ist, ergibt sich der Vorteil, daß eine mit Wechselspannung betriebene Gasentladungslampe an eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, insbesondere an eine Gleichspannungsquelle in einem Kraftfahrzeug.
  • Vorteilhaft ist, daß ein Triggerausgang des DC/AC-Wandlers mit der Schalteinrichtung verbunden ist, weil so auf einfache und kostengünstige Weise der Schalteinrichtung ein Triggersignal bzw. ein Frequenzsignal zugeführt wird, das in Phase mit der Wechselspannung liegt, wodurch der Halbleiterschalter phasenrichtig zu der Frequenz der Wechselspannung angesteuert werden kann.
  • Dadurch, daß die Schalteinrichtung ein logisches digitales Bauelement aufweist, ergibt sich der Vorteil, daß der Halbleiterschalter nur dann definiert angesteuert wird, wenn von der Spannungserkennungseinrichtung und dem DC/AC-Wandler gleichzeitig ein Signal anliegt.
  • Dadurch, daß die Schalteinrichtung ein Zeitglied aufweist, ergibt sich der Vorteil, daß der Halbleiterschalter von der Schalteinrichtung nur zu dem Zeitpunkt angesteuert wird, der ein phasenrichtiges Zünden der Gasentladungslampe ermöglicht, wodurch ein schnelles und sicheres Zünden der Gasentladungslampe gewährleistet wird.
  • Es ist von Vorteil, daß zwischen der Wechselspannungsquelle und dem Zündkreis ein Spannungsvervielfacher angeordnet ist, weil so auf einfache und kostengünstige Weise aus einer niedrigen Wechselspannung eine ausreichend hohe Spannung für den Zündkreis bereit gestellt wird, die sicherstellt, daß eine Zündspannung erreicht wird, die ausreicht, eine Gasentladungslampe zu zünden, die eine Zündspannung benötigt, die größer 10kV ist.
  • Dadurch, daß zwischen den Anschlüssen der Wechselspannungsquelle eine Reihenschaltung aus einem dritter Kondensator und einem ersten Widerstand angeordnet ist, ergibt sich der Vorteil, daß die Wechselspannungsquelle auf einfache und kostengünstige Weise vor Rückwirkungen durch die hohe Zündspannung geschützt wird, wodurch die Sicherheit bei dem Betrieb der Einrichtung erhöht wird und zudem mögliche schädliche Überschwinger der Schaltflanken des DC/AC-Wandlers bedämpft werden.
  • Besonders vorteilhaft ist, daß der DC/AC-Wandler eine Rechteckspannung oder eine puls-weiten-modulierte Spannung liefert, wodurch auf einfache und kostengünstige Art und Weise eine Leistungssteuerung bei dem Betrieb der Gasentladungslampe möglich wird und insbesondere in der Anlaufphase nach dem Zünden der Gasentladungslampe eine höhere Leistung zugeführt werden kann als für den Dauerbetrieb der Gasentladungslampe erforderlich ist.
  • Dadurch, daß in der Verbindung zwischen der ersten Ausgangsklemme des DC/AC-Wandlers und dem ersten Reihenschwingkreis ein zweiter Reihenschwingkreis angeordnet ist, der durch eine erste Induktivität und einen vierten Kondensator gebildet wird, daß zwischen dem zweiten Reihenschwingkreis und dem ersten Reihenschwingkreis ein Parallelschwingkreis zur zweiten Ausgangsklemme abzweigt, der durch eine zweite Induktivität und einen fünften Kondensator gebildet wird, ergibt sich der Vorteil, daß der Gasentladungslampe auch dann eine zu ihrem Betrieb erforderliche sinusähnliche Spannung zugeführt wird, wenn der DC/AC-Wandler an der ersten Ausgangsklemme keine Rechteckspannung, sondern Rechteckpulse mit einem variablen Zeitabstand liefert, der zu groß ist, um ohne Zwischenschaltung der geschilderten Filteranordnung die Gasentladung aufrecht zu halten.
  • In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß die Resonanzfrequenz des zweiten Reihenschwingkreises und des Parallelschwingkreises jeweils der Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle entspricht, weil so auf einfache und kostengünstige Weise große Blindlasten für die Wechselspannungsquelle vermieden werden, wodurch eine Wechselspannungsquelle in kostengünstiger Ausführung verwendet werden kann.
  • Es ist von Vorteil, daß die Kapazitäten des ersten Kondensators, des fünften Kondensators und des vierten Kondensators gleich groß sind und daß die Induktivitäten der ersten Induktivität und der zweiten Induktivität der Induktivität der Sekundärwicklung des Übertragers entsprechen, weil so vermieden wird, daß bei großen Oberwellenanteilen der Spannung von dem puls-weiten-modulierbaren DC/AC-Wandler bei einer anderen Auslegung der Induktivitäten und Kapazitäten des zweiten Reihenschwingkreises und/oder des Parallelschwingkreises eine zu große Blindbelastung für den Puls-Weiten-Modulator entsteht, insbesondere da die Sekundärwicklung so gewählt wird, daß sie eine möglichst große Induktivität aufweist, um ein großes Übersetzungsverhältnis des Übertragers zu erreichen.
  • Dadurch, daß eine erste Klemme in der Verbindung zwischen der ersten Ausgangsklemme und dem Spannungsvervielfacher bzw. der Sekundärwicklung angeordnet ist, daß in der Verbindung zwischen der zweiten Ausgangsklemme und dem Spannungsvervielfacher bzw. der Gasentladungslampe eine zweite Klemme angeordnet ist und daß in der Verbindung zwischen dem Triggerausgang und der Schalteinrichtung eine dritte Klemme angeordnet ist, ergibt sich der Vorteil, daß die Einrichtung an diesen Klemmen auftrennbar ist und daß an eine Wechselspannungsquelle mindestens zwei Gasentladungslampen mit den zugehörigen Zündkreisen anschließbar sind, wodurch Kosten herabgesetzt werden können.
  • Es ist von Vorteil, daß die erste Ausgangsklemme elektrisch leitend mit einem Phasenvergleicher verbunden ist, daß eine vierte Klemme, die mit der Verbindung zwischen dem ersten Reihenschwingkreis und der Gasentladungslampe verbunden ist, elektrisch leitend mit dem Phasenvergleicher verbunden ist, daß der Phasenvergleicher mit einem spannungsgesteuerten Oszillator verbunden ist und daß der Oszillator elektrisch leitend mit einer dritten Eingangsklemme des DC/AC-Wandlers verbunden ist, die ein Synchronisationseingang ist, weil so auf einfache und kostengünstige Weise ein Phasenvergleich zwischen der Spannung von der Wechselspannungsquelle und der Spannung durchgeführt wird, die an der Gasentladungslampe anliegt, der Phasenvergleich ein Maß dafür ist, ob die Induktivitäten und Kapazitäten des ersten und/oder zweiten Reihenschwingkreises und/oder des Parallelschwingkreises Toleranzen aufweisen, die zu großen Blindlasten für die Wechselspannungsquelle führen, von dem Phasenvergleicher ein Spannungssignal erzeugt wird, das den spannungsgesteuerten Oszillator derart ansteuert, daß dieser ein Frequenzsignal erzeugt, das den DC/AC-Wandler über die dritte Eingangsklemme synchronisiert, so daß die Phasendifferenz zu Null geregelt wird.
  • Dadurch, daß in der Verbindung zwischen der ersten Ausgangsklemme und dem Phasenvergleicher eine erste Spannungserfassungsschaltung angeordnet ist, ergibt sich der Vorteil, daß dem Phasenvergleicher ein für die Weiterverarbeitung geeignetes Spannungssignal zugeführt wird. Der gleiche Vorteil ergibt sich dadurch, daß in der Verbindung zwischen der vierten Klemme und dem Phasenvergleicher eine zweite Spannungsverfassungsschaltung angeordnet ist.
  • Dadurch, daß der Phasenvergleicher und der Oszillator in einem integrierten Bauteil zusammengefaßt sind, ergibt sich der Vorteil eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus der Einrichtung.
  • Es ist von Vorteil, daß ein Leistungsmesser elektrisch leitend über eine dritte Spannungserfassungsschaltung mit der vierten Klemme verbunden ist, daß der Leistungsmesser über eine fünfte Klemme mit einer Stromerfassungsschaltung verbunden ist, die in der Verbindung zwischen der zweiten Ausgangsklemme und der Gasentladungslampe, in unmittelbarer Nähe zur Gasentladungslampe angeordnet ist, weil so auf einfache und kostengünstige Weise eine Leistungsbestimmung und Leistungserfassung bei dem Betrieb einer Gasentladungslampe ermöglicht wird, die Grundlage für eine Leistungssteuerung der Gasentladungslampe ist.
  • In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß der Leistungsmesser mit einer vierten Eingangsklemme des puls-weiten-modulierbaren DC/AC-Wandlers verbunden ist, weil so dem DC/AC-Wandler ein Signal zugeführt wird, dessen Größe ein Maß für die von der Gasentladungslampe aufgenommene Leistung ist und daß für eine Steuerung der der Gasentladungslampe zur Verfügung zu stellenden Leistung von dem DC/AC-Wandler herangezogen werden kann.
  • Dadurch, daß der Leistungsmesser ein multiplizierender Pulsweiten-Pulshöhenmodulator ist und daß der Leistungsmesser mit einem Frequenzausgang des DC/AC-Wandlers verbunden ist, der an einen Sägezahnoszillator angeschlossen ist, ergibt sich der Vorteil, daß dem Leistungsmesser ein Frequenzsignal zugeführt wird, das der Frequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle entspricht und das als Referenzspannung für die Multiplikation herangezogen werden kann.
  • Dadurch, daß die dritte Spannungserkennungsschaltung ein Spannungssignal erzeugt, das dem Mittelwert der Spannung an der vierten Klemme entspricht, wird dem Leistungsmesser für die Leistungsbestimmung ein Spannungssignal zugeführt, das eine exakte Bestimmung der Leistung ermöglicht, da die Gasentladungslampe mit einer oberwellenarmen, sinusähnlichen Spannung versorgt wird, der Strom durch die
  • Gasentladungslampe auch sinusähnlich ist und Strom und Spannung an der Gasentladungslampe nur geringfügig in ihren Grundwellen phasenverschoben sind. Der gleiche Vorteil ergibt sich daraus, daß die Stromerkennungsschaltung ein Spannungssignal erzeugt, daß dem Mittelwert des Stroms an der Gasentladungslampe entspricht. Die aufgenommene Wirkleistung der Gasentladungslampe kann somit durch das Produkt der gleichgerichteten Mittelwerte von Strom und Spannung bestimmt werden.
  • Dadurch, daß die Einrichtung über die Klemmen auftrennbar ist, ergibt sich der Vorteil, daß mindestens zwei Gasentladungslampen an eine Wechselspannungsquelle anschließbar sind, was zu einem kostengünstigen Aufbau der Einrichtung beitragen kann.
  • Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es zeigen
    • Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung,
    • Figur 2 ein zweites erweitertes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Zünden und Betreiben elektrischer Gasentladungslampen.
    • Figur 3 ein drittes erweitertes Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung.
  • Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt einen DC/AC-Wandler (W), der zwei Eingangsklemmen (E1, E2) aufweist. Die Eingangsklemmen (E1, E2) können elektrisch leitend mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sein, die insbesondere die Batterie eines Kraftfahrzeugs sein kann.
  • Der DC/AC-Wandler (W) weist zwei Ausgangsklemmen (AC, 0V) auf. Die erste Ausgangsklemme (AC), an der eine Wechselspannung anliegt, ist über eine Sekundärwicklung (LS) eines Übertragers (U) und einen ersten Kondensator (C1) mit einer Gasentladungslampe (G) verbunden. Die Gasentladungslampe (G) ist zudem mit der zweiten Ausgangsklemme (0V) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden. Die Sekundärwicklung (LS), der erste Kondensator (C1) und die Gasentladungslampe (G) bilden einen ersten Reihenschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz der Grundfrequenz der Wechselspannung entspricht, die an der ersten Ausgangsklemme (AC) des DC/AC-Wandlers (W) anliegt. Um den DC/AC-Wandler (W) vor Rückwirkungen durch hohe Zündspannungen zu schützen, ist in der Verbindung zwischen der ersten Ausgangsklemme (AC) und der zweiten Ausgangsklemme (0V) des DC/AC-Wandlers (W) ein dritter Kondensator (C3) angeordnet. Um mögliche schädliche Überschwinger der Schaltflanken des DC/AC-Wandler (W) zu bedämpfen, ist in Reihe zu dem dritten Kondensator (C3) ein erster Widerstand (R1) angeordnet.
  • Um die Gasentladungslampe sicher zünden zu können, verfügt die erfindungsgemäße Einrichtung über einen Zündkreis. Damit der Zündkreis über den Übertrager (U) eine Zündspannung erzeugen kann, die sicherstellt, daß die Gasentladungslampe (G) zündet, ist ein Spannungsvervielfacher (SV) vorgesehen, der elektrisch leitend mit der ersten Ausgangsklemme (AC) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden ist und über einen Ausgang verfügt, der eine erhöhte Spannung an den Zündkreis abgibt. Zudem weist der Spannungsvervielfacher (SV) einen Ausgang auf, der elektrisch leitend mit der zweiten Ausgangsklemme (0V) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden ist.
  • Der Zündkreis besteht aus einem zweiten Kondensator (C2), dessen erste Elektrode elektrisch leitend mit der zweiten Ausgangsklemme (0V) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden ist und dessen zweite Elektrode zum einen elektrisch leitend mit dem Ausgang des Spannungsvervielfachers (SV) verbunden ist, an dem eine erhöhte Spannung anliegt und zum anderen mit der Primärwicklung (LP) des Übertragers (U) verbunden ist, die ebenfalls Teil des Zündkreises ist. Der Zündkreis weist zudem einen Halbleiterschalter (H) auf, der zum einen mit der Primärwicklung (LP) des Übertragers (U) und zum anderen mit der zweiten Ausgangsklemme (0V) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden ist.
  • Um den zweiten Kondensator (C2) auf ein hohes Ladungspotential aufladen zu können, führt der Spannungsvervielfacher (SV) dem zweiten Kondensator (C2) eine Gleichspannung zu.
  • Zur Erzeugung eines Steuersignals, daß besagt, daß der zweite Kondensator (C2) eine für das Zünden der Gasentladungslampe (G) ausreichende Spannung aufweist, ist parallel zu dem zweiten Kondensator (C2) in dem Zündkreis eine Spannungserkennungseinrichtung (SP) angeordnet. Zur Ansteuerung des Halbleiterschalters (H) zu dem Zeitpunkt, zu dem die Spannungserkennungseinrichtung (SP) ein Steuersignal erzeugt hat, ist die Spannungserkennungseinrichtung (SP) elektrisch leitend über eine Schalteinrichtung (S) mit dem Halbleiterschalter (H) verbunden.
  • Um ein phasenrichtiges Ansteuern des Halbleiterschalters (H) zu gewährleisten, ist die Schalteinrichtung (S) zudem elektrisch leitend mit einem Triggerausgang (T) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden. Damit der Halbleiterschalter (H) nur geschlossen wird und damit ein Zünden der Gasentladungslampe (G) bewirkt, wenn der zweite Kondensator (C2) eine vorgegebene Spannung aufweist und gleichzeitig ein Triggersignal an dem Triggerausgang (T) des DC/AC-Wandlers (W) anliegt, verfügt die Schalteinrichtung (S) über ein logisches Bauelement, das nur dann ein Signal an den Halbleiterschalter (H) durchschaltet, wenn die beiden genannten Signale gleichzeitig vorliegen.
  • Um ein phasenrichtiges Zünden der Gasentladungslampe (G) zu gewährleisten, kann die Schalteinrichtung (S) ein Zeitglied aufweisen, daß den Zeitpunkt des Schaltens des Halbleiterschalters (H) auf einen Zeitpunkt festlegt, der sicherstellt, daß die Zündspannung phasenrichtig der Gasentladungslampe (G) über den Übertrager (U) zugeführt wird.
  • Der Halbleiterschalter (H) kann dabei vorteilhaft als Thyristor, als TRIAC oder aber auch unter leichter Abänderung der Schaltung als Transistor ausgebildet sein.
  • Die Gasentladungslampe (G) kann insbesondere eine Hochdruck-Wechselstrom-Gasentladungslampe sein, die für ein sicheres Zünden eine Zündspannung größer 10kV benötigt. Um eine Zündspannung dieser Größenordnung zu erzeugen, liegt der Übertragungsfaktor des Übertragers (U) bei etwa 50. Der Übertragungsfaktor kann dabei je nach den vorgegebenen Anforderungen größer oder kleiner gewählt werden. Die verwendeten Bauelemente des Zündkreises, insbesondere der Halbleiterschalter (H), können dadurch, um Kosten zu sparen, als nicht hochspannungsfeste Standart-Bauelemente ausgebildet sein. Da bei dem Betrieb der Gasentladungslampe (G) die Resonanzfrequenz des ersten Reihenschwingkreises der Frequenz der Wechselspannung von dem DC/AC-Wandler (W) entspricht, weist die Sekundärwicklung (LS) des Übertragers (U) eine minimale Blindlast für den DC/AC-Wandler (W) auf, wodurch dieser nicht auf hohe Blindlasten ausgelegt werden braucht, und somit eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung gewährleistet wird.
  • Im folgenden wird kurz anhand eines Anwendungsbeispiels die Funktion der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben.
  • Bei einer Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Einrichtung, die zum Zweck hat, die Gasentladungslampe (G) zu zünden und zu betreiben, wird an den beiden Eingangsklemmen (E1, E2) des DC/AC-Wandlers (W) eine Gleichspannung angelegt, die einen vorgegebenen Wert aufweist. Da die Gasentladungslampe (G) zum Zünden und Betreiben eine hochfrequente Wechselspannung benötigt, wandelt der DC/AC-Wandler (W) die Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung um, die hier beispielhaft eine Frequenz von etwa 10 kHz aufweist. Die Frequenz kann dabei je nach den gestellten Anforderungen höher oder tiefer gewählt werden.
  • Um das Zünden der Gasentladungslampe (G) zu erreichen, wird der zweite Kondensator (C2), der als Zündkondensator dient, über einen Spannungsvervielfacher (SV), der eine Gleichrichtungsschaltung enthält, auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist in Abhängigkeit von der Auslegung des Übertragers (U) und/oder der zum Zünden der Gasentladungslampe (G) erforderlichen Zündspannung ein Spannungsvervielfacher (SV) nicht erforderlich. Liegt an dem zweiten Kondensator (C2) eine vorgegebene Spannung an, die durch die Spannungserkennungseinrichtung (SP) erkannt wird, so gibt die Spannungserkennungseinrichtung (SP) ein Steuersignal an die Schalteinrichtung (S) ab. Um ein phasenrichtiges Schalten des Halbleiterschalters (H) zu erreichen, wird der Halbleiterschalter (H) von der Schalteinrichtung (S) nur dann angesteuert, wenn gleichzeitig neben dem Steuersignal von der Spannungserkennungseinrichtung (SP) auch ein vorgegebenes Triggersignal von dem Triggerausgang (T) des DC/AC-Wandlers (W) anliegt. Damit ein phasenrichtiges Zünden der Gasentladungslampe (G) ermöglicht wird, kann die Schalteinrichtung (S) ein Zeitglied aufweisen, daß den Zeitpunkt des Schaltens des Halbleiterschalters (H) derart festlegt, daß evtl. vorliegende Schaltverzögerungen durch den Halbleiterschalter (H) oder den Übertrager (U) ausgeglichen werden, so daß die Zündspannung von dem Zündkreis phasenrichtig der Gasentladungslampe (G) zugeführt wird. Wird der Halbleiterschalter (H) in den geschlossenen Zustand geschaltet, so entlädt sich die in dem zweiten Kondensator (C2) gespeicherte Spannung über die Primärwicklung (LP) des Übertragers (U) und erzeugt in dem Lampenkreis eine vorgegebene Zündspannung, wobei die erforderliche Zündenergie zum Schutz von Personen möglichst klein gehalten werden kann.
  • Nach dem erfolgreichen Zünden der Gasentladungslampe (G) wird diese durch die Wechselspannung betrieben, die an der ersten Ausgangsklemme (AC) des DC/AC-Wandlers (W) anliegt. Dadurch, daß die Resonanzfrequenz des ersten Reihenschwingkreises der Grundfrequenz der Wechselspannung entspricht, wird die Blindlast für den DC/AC-Wandler (W) möglichst klein gehalten, was zu Energieeinsparungen führen kann.
  • Figur 2 zeigt eine erweiterte Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung, die es ermöglicht, eine Leistungssteuerung der Gasentladungslampe durchzuführen. Um die Leistung der Gasentladungslampe steuern zu können, kann der DC/AC-Wandler eine Rechteckspannung oder eine puls-weiten-modulierte Spannung liefern.
    An der ersten Ausgangsklemme (AC) steht eine Wechselspannung an, die z. B. eine Rechteckspannung sein kann. Zur Reduzierung der an die Gasentladungslampe (G) zu leitenden Leistung kann der puls-weiten-modulierbare DC/AC-Wandler (W) eine periodische Wechselspannung erzeugen, die ein variables Pulspausenverhältnis aufweist.
  • Damit die Gasentladungslampe (G) nach einem erfolgreichen Zünden durch eine zu geringe Spannung während der Pausenzeiten von dem Puls-Pausen-Modulator nicht erlischt, weist die Schaltungsanordnung in Erweiterung zu der in Figur 1 gezeigten Schaltungsanordnung eine Filteranordnung auf, die dafür sorgt, daß der Gasentladungslampe (G) kontinuierlich eine sinusähnliche Spannung zugeführt wird, die einen sicheren, fortwährenden Betrieb der Gasentladungslampe (G) gewährleistet. Die Filteranordnung besteht hier beispielhaft aus einem zweiten Reihenschwingkreis, der zwischen der ersten Ausgangsklemme (AC) und dem ersten Reihenschwingkreis, bestehend aus der Sekundärwicklung (LS), der ersten Kapazität (C1) und der Gasentladungslampe (G), angeordnet ist und einem Parallelschwingkreis, der zwischen dem zweiten Reihenschwingkreis und dem ersten Reihenschwingkreis angeordnet ist. Der zweite Reihenschwingkreis besteht aus einer ersten Induktivität (L1) und einem vierten Kondensator (C4) und ist zwischen der ersten Ausgangsklemme (AC) der Wechselspannungsquelle und einer ersten Klemme (K1) angeordnet, die zum einen elektrisch leitend mit dem ersten Reihenschwingkreis und zum anderen elektrisch leitend mit dem Spannungsvervielfacher (SV) verbunden ist. Der Parallelschwingkreis besteht aus einem fünften Kondensator (C5) und einer zweiten Induktivität (L2), die jeweils zwischen dem zweiten Reihenschwingkreis und der ersten Klemme (K1) zur zweiten Ausgangsklemme (0V) abzweigen.
  • Um die Blindlasten für die Wechselspannungsquelle (AC, 0V) gering zu halten, entsprechen die Resonanzfrequenzen des zweiten Reihenschwingkreises und des Parallelschwingkreises ebenso wie die Resonanzfrequenz des ersten Reihenschwingkreises der Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle (AV, 0V). Da bei einem Betrieb mit einem puls-weiten-modulierten Spannungssignal große Oberwellenanteile auftreten, ist es zudem erforderlich, daß die Kapazitäten des ersten Kondensators (C1), des fünften Kondensators (C5) und des vierten Kondensators (C4) gleich groß sind und daß die Induktivitäten der ersten Induktivität (L1) und der zweiten Induktivität (L2) der Induktivität der Sekundärwicklung (LS) des Übertragers (U) entsprechen, um große Blindlasten für die Wechselspannungsquelle (AC, 0V) zu vermeiden, die durch den zweiten Reihenschwingkreis und den Parallelschwingkreis aufgrund der Oberwellenanteile der Spannung erzeugt werden können. Diese Dimensionierung der Induktivitäten und Kapazitäten ist insbesondere deswegen wichtig, da die Induktivität der Sekundärwicklung (LS) des Übertragers (U) möglichst groß gewählt werden muß, um ein großes Übersetzungsverhältnis des Übertragers (U) zu erhalten, wodurch bei einer kleinen Zündspannung in dem Zündkreis eine hohe Zündspannung für die Gasentladungslampe (G) bereitgestellt werden kann.
  • Eine zweite Klemme (K2) ist in der Verbindung zwischen der zweiten Ausgangsklemme (0V) und der Gasentladungslampe (G) derart angeordnet, daß sie zwischen dem Parallelschwingkreis und der Gasentladungslampe (G) bzw. dem Spannungsvervielfacher (SV) liegt. Eine dritte Klemme (K3) ist in der Verbindung zwischen dem Triggerausgang (T) des DC/AC-Wandlers (W) und der Schalteinrichtung (S) angeordnet. Durch diese Anordnung der Klemmen (K1, K2, K3) ist es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, die Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung an dieser Stelle aufzutrennen, wobei der Bereich, in dem eine Hochspannung vorliegen kann, aus Gründen der Sicherheit von dem Bereich der Spannungsversorgung getrennt werden kann und wodurch es zudem möglich ist, mindestens zwei Gasentladungslampen (G) mit ihren Zündkreisen an eine Wechselspannungsquelle (AC, 0V), insbesondere im Zeitmultiplexverfahren, anzuschließen, was eine erhebliche Kosteneinsparung bewirken kann.
  • Figur 3 zeigt eine, zu dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, erweiterte Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Zünden und Betreiben einer Gasentladungslampe.
  • Die in dem Ausführungsbeispiel unter Figur 2 beschriebenen Schwingkreise der erfindungsgemäßen Einrichtung weisen Kapazitäten und Induktivitäten auf, die unvermeidlich bei einem kostengünstigen Aufbau der Einrichtung Toleranzen aufweisen, die insbesondere bei einem Betrieb in einem Kraftfahrzeug stark schwanken können, da große Temperaturdifferenzen auftreten können, insbesondere dann, wenn die Bauteile nahe der Gasentladungslampe (G) oder einem Reflektor angeordnet sind, der die Gasentladungslampe (G) enthält, wodurch eine Verschiebung der Resonanzfrequenzen der Schwingkreise zu der Grundfrequenz von der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) entstehen kann. Um zu vermeiden, daß aus einer derartigen Veschiebung der Resonanzfrequenzen der Schwingkreise zu der Grundfrequenz der Spannung von der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) hohe Blindlasten für die Wechselspannungsquelle (AC, 0V) entstehen, ist zur Minimierung der Blindlasten durch die Schwingkreise eine Regelung der Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) vorgesehen, durch die die Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) der Resonanzfrequenz der Schwingkreise angepaßt wird.
  • Um eine solche Regelung der Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) zu erreichen, ist ein Phasenvergleicher (P) zum einen elektrisch leitend über eine erste Spannungserfassungsschaltung (V1) mit der ersten Ausgangsklemme (AC) elektrisch leitend verbunden und zum anderen über eine zweite Spannungserfassungsschaltung (V2) elektrisch leitend mit einer vierten Klemme (K4) verbunden, die mit der Verbindung zwischen dem ersten Reihenschwingkreis und der Gasentladungslampe (G) verbunden ist. Die erste und die zweite Spannungserfassungsschaltung (V1, V2) dienen dabei dazu, dem Phasenvergleicher (P) für eine Weiterverarbeitung geeignete aufbereitete Spannungen zuzuführen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann auf die erste und die zweite Spannungserfassungsschaltung (V1, V2) verzichtet werden, wenn der Phasenvergleicher (P) die Spannungssignale von der ersten Ausgangsklemme (AC) und der vierten Klemme (K4) direkt verarbeiten kann.
  • Der Phasenvergleicher (P) bildet aus den beiden genannten phasenabhängigen Spannungssignalen von der ersten Ausgangsklemme (AC) und der vierten Klemme (K4) ein richtungsabhängiges Spannungssignal, das einem, mit dem Phasenvergleicher (P) verbundenen, spannungsgesteuerten Oszillator (A) zugeführt wird. Der spannungsgesteuerte Oszillator (A) ist elektrisch leitend mit einer dritten Eingangsklemme (E3) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden und liefert ein richtungsabhängiges Frequenzsignal. Die dritte Eingangsklemme (E3) des DC/AC-Wandlers (W) ist ein Synchronisationseingang. Durch das richtungsabhängige Frequenzsignal von dem spannungsgesteuerten Oszillator (A) wird über den Synchronisationseingang des DC/AC-Wandlers (W) die Frequenz der Wechselspannung solange verändert, bis ein Phasenunterschied der Spannungen von der ersten Ausgangsklemme (AC) und der vierten Klemme (K4) nicht mehr vorliegt und somit die Frequenz der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) der Resonanzfrequenz der Schwingkreise der erfindungsgemäßen Einrichtung entspricht.
  • Um einen einfachen und kostengünstigen Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung zu erreichen, können der Phasenvergleicher (P) und der spannungsgesteuerte Oszillator (A) in einem integrierten Bauteil zusammengefaßt sein.
  • Zur Erfassung der Leistung an der Gasentladungslampe (G) weist die Schaltungsanordnung einen Leistungsmesser (M) auf, der elektrisch leitend mit einer vierten Eingangsklemme (E4) des puls-weiten-modulierbaren DC/AC-Wandlers (W) verbunden ist. Der Leistungsmesser (M) ist zudem elektrisch leitend über eine dritte Spannungserfassungsschaltung (V3) mit der vierten Klemme (K4) verbunden, wodurch dem Leistungsmesser (M) eine Spannung zugeführt wird, die dem Mittelwert der Spannung an der vierten Klemme (K4) entspricht. Um dem Leistungsmesser (M) eine Spannung zuzuführen, die dem Mittelwert des Stroms an der Gasentladungslampe (G) entspricht, ist der Leistungsmesser (M) elektrisch leitend über eine fünfte Klemme (K5) mit einer Stromerfassungsschaltung (I) verbunden, die in der Verbindung zwischen der zweiten Ausgangsklemme (0V) und der Gasentladungslampe (G) in unmittelbarer Nähe zur Gasentladungslampe (G) angeordnet ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann auf die dritte Spannungserfassungsschaltung (V3) verzichtet werden, wenn die zweite Spannungserfassungsschaltung (V2) dem Leistungsmesser (M) ein entsprechendes Spannungssignal von der vierten Klemme (K4) zuführen kann. Um eine einfache und kostengünstige Leistungserfassung und -bestimmung zu gewährleisten, ist der Leistungsmesser (M) elektrisch leitend mit einem Frequenzausgang (FA) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden, der dem Leistungsmesser (M) ein Wechselspannungssignal, insbesondere eine Sägezahnspannung zuführt, die als Referenzspannung für die Multiplikation in bekannter Weise mittels eines Pulsweiten-Pulshöhenmodulators dient und deren Frequenz der Grundfrequenz der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) entsprechen kann. Man erhält somit auf einfache und kostengünstige Weise die Möglichkeit einer Leistungserfassung an der Gasentladungslampe (G), die Grundlage für die Leistungsregelung ist und wodurch gewährleistet wird, daß die Gasentladungslampe (G) sicher und in unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben werden kann.
  • Über die Klemmen (K1, K2, K3, K4, K5) wird auch hier, wie ebenfalls in dem Ausführungsbeispiel unter Figur 2, gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Einrichtung an diesen Klemmen (K1, K2, K3, K4, K5) auftrennbar ist, wodurch erreicht wird, daß mindestens zwei Gasentladungslampen (G) mit ihren Zündkreisen an einer Wechselspannungsquelle (AC, 0V), insbesondere im Zeitmultiplexverfahren, anschließbar sind und daß eine Trennung des Teils der Schaltungsanordnung, in dem eine Hochspannung erzeugt werden kann, von dem übrigen Teil der Schaltungsanordnung ermöglicht wird, wodurch die Sicherheit bei möglichen Wartungsarbeiten und bei dem Betrieb der Gasentladungslampe (G) erhöht wird.

Claims (21)

  1. Einrichtung zum Zünden und Betreiben elektrischer Gasentladungslampen (G), insbesondere in Kraftfahrzeugen, mit einer Wechselspannungsquelle (W), an die eine Gasentladungslampe (G) angeschlossen ist, mit einem Übertrager (U), dessen Sekundärwicklung (LS) in Reihe zu der Gasentladungslampe (G) angeordnet ist und die mit einem ersten Kondensator (C1) einen Schwingkreis bildet und dessen Primärwicklung (LP) Teil eines Zündkreises ist, der einen zweiten Kondensator (C2) und einen Halbleiterschalter (H) enthält, mit einer Spannungserkennungseinrichtung (SP) in dem Zündkreis, die über eine Schalteinrichtung (S) mit dem Halbleiterschalter (H) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (LS) des Übertragers (U), der erste Kondensator (C1) und die Gasentladungslampe (G) einen ersten Reihenschwingkreis bilden und daß die Resonanzfrequenz des ersten Reihenschwingkreises der Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) entspricht.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle (AC, 0V) ein DC/AC-Wandler (W) ist.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Triggerausgang (T) des DC/AC-Wandlers (W) mit der Schalteinrichtung (S) verbunden ist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (S) ein logisches digitales Bauelement aufweist.
  5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtng (S) ein Zeitglied aufweist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) und dem Zündkreis ein Spannungsvervielfacher (SV) angeordnet ist.
  7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsvervielfacher (SV) eine Gleichspannung erzeugt.
  8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Anschlüssen der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) eine Reihenschaltung aus einem dritten Kondensator (C3) und einem ersten Widerstand (R1) angeordnet ist.
  9. Einrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der DC/AC-Wandler (W) eine Rechteckspannung oder eine puls-weiten-modulierte Spannung liefert.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen der ersten Ausgangsklemme (AC) des DC/AC-Wandlers (W) und dem ersten Reihenschwingkreis ein zweiter Reihenschwingkreis angeordnet ist, der durch eine erste Induktivität (L1) und einen vierten Kondensator (C4) gebildet wird, daß zwischen dem zweiten Reihenschwingkreis und dem ersten Reihenschwingkreis ein Parallelschwingkreis zur zweiten Ausgangsklemme (0V) abzweigt, der durch eine zweite Induktivität (L2) und einen fünften Kondensator (C5) gebildet wird und daß die Resonanzfrequenz des zweiten Reihenschwingkreises und des Parallelschwingkreises jeweils der Grundfrequenz der Spannung der Wechselspannungsquelle (AC, 0V) entspricht.
  11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitäten des ersten Kondensators (C1), des fünften Kondensators (C5) und des vierten Kondensators (C4) gleich groß sind und daß die Induktivitäten der ersten Induktivität (L1) und der zweiten Induktivität (L2) der Induktivität der Sekundärwicklung (LS) des Übertragers (U) entsprechen.
  12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Klemme (K1) in der Verbindung zwischen der ersten Ausgangsklemme (AC) und dem Spannungsvervielfacher (SV) bzw. der Sekundärwicklung (LS) angeordnet ist, daß in der Verbindung zwischen der zweiten Ausgangsklemme (0V) und dem Spannungsvervielfacher (SV) bzw. der Gasentladungslampe (G) eine zweite Klemme (K2) angeordnet ist und daß in der Verbindung zwischen dem Triggerausgang (T) und der Schalteinrichtung (S) eine dritte Klemme (K3) angeordnet ist.
  13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ausgangsklemme (AC) elektrisch leitend mit einem Phasenvergleicher (P) verbunden ist, daß eine vierte Klemme (K4), die mit der Verbindung zwischen dem ersten Reihenschwingkreis und der Gasentladungslampe (G) verbunden ist, elektrisch leitend mit dem Phasenvergleicher (P) verbunden ist, daß der Phasenvergleicher (P) mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (A) verbunden ist und daß der Oszillator (A) elektrisch leitend mit einer dritten Eingangsklemme (E3) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden ist, die ein Synchronisationseingang ist.
  14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen der ersten Ausgangsklemme (AC) und dem Phasenvergleicher (P) eine erste Spannungserfassungsschaltung (V1) angeordnet ist.
  15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen der vierten Klemme (K4) und dem Phasenvergleicher (P) eine zweite Spannungserfassungsschaltung (V2) angeordnet ist.
  16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenvergleicher (P) und der Oszillator (A) in einem integrierten Bauelement zusammengefaßt sind.
  17. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leistungsmesser (M) elektrisch leitend über eine dritte Spannungserfassungsschaltung (V3) mit der vierten Klemme (K4) verbunden ist, daß der Leistungsmesser (M) über eine fünfte Klemme (K5) mit einer Stromerfassungsschaltung (I) verbunden ist, die in der Verbindung zwischen der zweiten Ausgangsklemme (0V) und der Gasentladungslampe (G), in unmittelbarer Nähe zur Gasentladungslampe (G), angeordnet ist, daß der Multiplizierer (M) mit einer vierten Eingangsklemme (E4) des puls-weiten-modulierbaren DC/AC-Wandlers (W) verbunden ist.
  18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungsmesser (M) ein multiplizierender Pulsweiten-Pulshöhenmodulator ist und daß der Leistungsmesser (M) mit einem Frequenzausgang (FA) des DC/AC-Wandlers (W) verbunden ist, der an einen Sägezahnoszillator angeschlossen ist.
  19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Spannungserkennungsschaltung (V3) ein Spannungssignal erzeugt, das dem Mittelwert der Spannung an der vierten Klemme (K4) entspricht.
  20. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromerkennungsschaltung (I) ein Spannungssignal erzeugt, das dem Mittelwert des Stroms an der Gasentladungslampe (G) entspricht.
  21. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung über die Klemmen (K1, K2, K3, K4, K5) auftrennbar ist.
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