EP0671866A2 - Circuit for operating a discharge lampe; its use and an associated process - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a power supply circuit for a discharge lamp with a current limiter and an ignition device, the ignition device being connected in parallel with the discharge path of the lamp formed by lamp electrodes and having a controllable electronic switch on a semiconductor basis, and the use of such a power supply circuit and a method for operation a discharge lamp.
- an ignition circuit for a high-pressure metal vapor discharge lamp in which the ignition pulses are passed on to the electrodes of the discharge path of the discharge lamp with the aid of a symmetrically switching four-layer diode or a correspondingly controlled triac via a pulse transformer;
- such circuit arrangements can only be used for the ignition of AC-operated discharge lamps, while they are not suitable for DC-operated discharge lamps such as deuterium or hydrogen lamps.
- DE-PS 14 89 350 describes a gas discharge lamp with a gas filling made of deuterium or hydrogen gas, which specifies a device for implementing the method mentioned under (B).
- ignition methods are known by heating a bi-metal strip which, in the cold state, is in electrical contact between the anode and the housing surrounding the anode and lifts off the housing when current flows through preionization and glow discharge, whereupon the gas discharge lamp is ignited; the relatively strong heating of the gas filling in the bulb proves to be problematic in the case of such gas discharge lamps, with the ignition of deuterium lamps being made particularly difficult with smaller diaphragms, for example diaphragms with a diameter of less than 0.5 mm; moreover, it is extremely difficult to re-ignite an already preheated gas discharge lamp.
- the invention has for its object to ignite a discharge lamp, in particular a hydrogen or deuterium discharge lamp with a heatable electrode with high reliability with low heat generation after the start of the heating phase;
- a discharge lamp in particular a hydrogen or deuterium discharge lamp with a heatable electrode with high reliability with low heat generation after the start of the heating phase;
- Deuterium or hydrogen discharge lamps with an aperture diameter of less than 0.5 mm should also be ignited with a high degree of reliability, and the re-ignition of preheated deuterium or hydrogen lamps should also be achievable with high reliability.
- the specification of the heating and ignition phase is possible by digital control by means of a microprocessor, the timing of the heating and ignition phase being retrievable from a read-only memory, so that inexpensive and reliable components for the exact chronological sequence are available To be available.
- the deuterium lamp 1 has two schematically illustrated electrodes 2, 3 in its lamp bulb, of which electrode 2 serves as an anode, while electrode 3 is designed as a glow electrode and serves as a cathode; one end of the coil of the cathode 3 is connected to ground 4, while the other end of the coil is connected to terminal 5 of the power supply circuit 6; the electrode 2 serving as an anode is connected to the power supply circuit 6 via connection 8. Since this is a schematic representation of the lamp structure, reference is made to DE-PS 39 08 553, already mentioned, for a better understanding of the structural design of such a lamp.
- the power supply circuit 6 contains a constant current source as a direct current source 10, a series connection of the ignition voltage generator 12, series resistor 13 and electronic Switches 14 which are connected in series with the discharge path of lamp 1 formed by electrodes 2 and 3; Between output 16 of the ignition voltage generator 12 and series resistor 13, a capacitor 17 is connected in parallel to the output 16, which is connected to ground potential 4 with an electrode plate, ie to the potential of the cathode 3.
- the electronic switch 14 is designed as an optotriac, the switching path located between the connections 18 and 19 being actuated with the aid of a control signal which is fed via the control connections 20, 21 to the control input of the electronic switch 14; the control signal within the switch 14 is optically transmitted by means of the photodiode 29 to the four-layer diode in the radiation region according to the optocoupler principle, so that a potential separation between the control signal and the switching pulse is achieved.
- the switch 14 is controlled via the connection contacts 22, 23 of the power supply circuit 6.
- the ignition voltage generator 12 is supplied with power via connection contact 25, while the on-off signal for the ignition voltage generator is supplied via connection contact 26.
- the heating winding of the electrode 3 is supplied with power via connection contact 27 of the power supply circuit 6 by an external, also controllable supply unit.
- diagram A shows the time profile of the electrode heating via connection 27 according to FIG. 1, which is referred to as heating phase H
- diagram B shows the drive pulse designated as ignition phase Z via connections 22, 23 according to FIG. 1 and diagram C, the overlap phase U of the heating phase H according to A. and the ignition phase Z according to B over time t.
- a wider overlap pulse U is exemplary 'in diagram D shown, as viewed from a t2 at the time' B results in incipient ignition phase Z 'according to the dashed representation of the diagram; the end of both ignition phases Z and Z 'is the time t4.
- the heating phase H begins by controlling the external supply unit and the heating current flowing via connection 27 for preheating the electrode 3.
- an ignition phase Z is started via the terminals 22, 23 according to diagram B at time t 2 the control inputs 20, 21 of the switch 14, which is in the form of an optotriac, are routed, which by irradiation of the light pulse emitted from the photodiode 29 controls the control base of the triac 30 according to the optocoupler principle irradiated so that the switch path between the connections 18, 19 of the switch 14 is switched through and the capacitor 17 charged by the ignition voltage generator 12 discharges the connecting path 18, 19 of the switch via the electrodes 2 and 3 to the ground 4 via a series resistor 13.
- the ignition phase Z shown in diagram B is shown schematically as a rectangular pulse, the actual curve shape of this pulse resulting from the time constant of capacitor 17 and series resistor 13.
- the time of the actual overlap phase of ignition phase Z and heating phase H can be seen from diagram C, the overlap pulse U starting at time t 2, its pulse duration extending over the time in which the heating phase H and the ignition phase Z each have the symbolic Overlay value 1; if one of the two as the heating phase and ignition phase drops, the overlap pulse according to diagram C is again set to 0, which means that the actual ignition process in the example at time t3, the end of the heating phase H is complete, even if the ignition phase Z is still up to later time t4 extends.
- time sequence of the functional sequence of heating phase H and ignition phase Z is preprogrammed by means of a digital computer and storage system and can be called up in an optimized sequence; the values for the times t1, t2 , t3 and t4 are predetermined in a read-only memory and are called up in succession by the operation of a microprocessor for control purposes via the inputs 27, 26, 22 and 23.
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
- Control Of Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungsschaltung für eine Entladungslampe mit einer Strombegrenzung und einer Zündvorrichtung, wobei die Zündvorrichtung der von Lampen-Elektroden gebildeten Entladungsstrecke der Lampe parallel geschaltet ist und einen steuerbaren elektronischen Schalter auf Halbleiterbasis aufweist, sowie die Verwendung einer solchen Stromversorgungsschaltung und ein Verfahren zum Betrieb einer Entladungslampe.The invention relates to a power supply circuit for a discharge lamp with a current limiter and an ignition device, the ignition device being connected in parallel with the discharge path of the lamp formed by lamp electrodes and having a controllable electronic switch on a semiconductor basis, and the use of such a power supply circuit and a method for operation a discharge lamp.
Aus der DE-PS 31 08 547 ist eine Zündschaltung für eine Hochdruckmetalldampfentladungslampe bekannt, bei der Zündimpulse mit Hilfe einer symetrisch schaltenden Vier-Schicht-Diode oder einem entsprechend gesteuerten Triac über einen Impulstransformator an die Elektroden der Entladungsstrecke der Entladungslampe weitergeleitet wird; in der Praxis sind derartige Schaltungsanordnungen nur für die Zündung von wechselspannungsbetriebenen Entladungslampen anwendbar während sie für gleichspannungsbetriebene Entladungslampen wie Deuterium- bzw. Wasserstofflampen nicht geeignet sind.From DE-PS 31 08 547, an ignition circuit for a high-pressure metal vapor discharge lamp is known, in which the ignition pulses are passed on to the electrodes of the discharge path of the discharge lamp with the aid of a symmetrically switching four-layer diode or a correspondingly controlled triac via a pulse transformer; In practice, such circuit arrangements can only be used for the ignition of AC-operated discharge lamps, while they are not suitable for DC-operated discharge lamps such as deuterium or hydrogen lamps.
Weiterhin ist aus der DE-PS 39 08 553 eine mit Deuterium- oder Wasserstoffgas gefüllte Gasentladungslampe bekannt, aus deren Beschreibung alternative Verfahren zur Zündung von Gasentladungslampen bekannt sind. Als alternatives Verfahren sind dort beschrieben
- A) Zündung durch Anlegen einer Hochspannung von beispielsweise 350 Volt zwischen Anode und Kathode.
- B) Zündung durch Anlegen einer Hochspannung im Bereich von circa 250 Volt zwischen Anode und Kathode, wobei Anode und Lampengehäuse mittels eines hochomigen Widerstandes miteinander verbunden sind. Solange kein Strom fließt, liegen Anode und Gehäuse auf gleichem Potential, so daß die Bogenlänge beim Zündvorgang verkürzt und die Zündspannung somit reduziert wird.
- C) Die Zündung der Lampe wird durch einen Triggerimpuls an das im Betrieb elektrisch isolierte Lampengehäuse initialisiert, wobei ein elektrischer Überschlag zwischen Kathode und Gehäuse erzielt wird und Ladungsträger erzeugt werden, die dann einen Bogen zwischen Anode und Kathode zünden; hierdurch reduziert sich die notwendige Zündspannung auf einen Wert von ca. 100 Volt.
- A) Ignition by applying a high voltage of, for example, 350 volts between the anode and cathode.
- B) Ignition by applying a high voltage in the range of approximately 250 volts between the anode and cathode, the anode and lamp housing being connected to one another by means of a high-resistance resistor. As long as no current flows, anode and Housing at the same potential, so that the arc length is shortened during the ignition process and the ignition voltage is thus reduced.
- C) The ignition of the lamp is initiated by a trigger pulse on the lamp housing which is electrically insulated during operation, an electrical flashover being achieved between the cathode and the housing and charge carriers being generated which then ignite an arc between the anode and the cathode; this reduces the necessary ignition voltage to a value of approx. 100 volts.
Weiterhin beschreibt die DE-PS 14 89 350 eine Gasentladungslampe mit einer Gasfüllung aus Deuterium- oder Wasserstoffgas, die eine Vorrichtung zur Ausgestaltung des unter (B) genannten Verfahrens angibt. Weiterhin sind in dieser Patentschrift Zündverfahren durch Erwärmung eines Bi-Metallstreifens bekannt, der im kalten Zustand zwischen der Anode und dem die Anode umgebenden Gehäuse elektrisch kontaktierend anliegt und bei Stromdurchfluß mittels Vorionisierung und Glimmentladung von dem Gehäuse abhebt, woraufhin die Gasentladungslampe gezündet wird; als problematisch erweist sich bei solchen Gasentladungslampen die verhältnismäßig starke Erwärmung der im Kolben befindlichen Gasfüllung, wobei insbesondere bei kleineren Blenden, beispielsweise bei Blenden mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm die Zündung von Deuteriumlampen stark erschwert wird; darüberhinaus ist eine erneute Zündung einer bereits vorgewärmten Gasentladungslampe außerordentlich erschwert.Furthermore, DE-PS 14 89 350 describes a gas discharge lamp with a gas filling made of deuterium or hydrogen gas, which specifies a device for implementing the method mentioned under (B). Furthermore, in this patent, ignition methods are known by heating a bi-metal strip which, in the cold state, is in electrical contact between the anode and the housing surrounding the anode and lifts off the housing when current flows through preionization and glow discharge, whereupon the gas discharge lamp is ignited; the relatively strong heating of the gas filling in the bulb proves to be problematic in the case of such gas discharge lamps, with the ignition of deuterium lamps being made particularly difficult with smaller diaphragms, for example diaphragms with a diameter of less than 0.5 mm; moreover, it is extremely difficult to re-ignite an already preheated gas discharge lamp.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Entladungslampe, insbesondere eine Wasserstoff- bzw. Deuteriumentladungslampe mit heizbarer Elektrode mit hoher Zuverlässigkeit unter geringer Wärmeentwicklung nach dem Beginn der Aufheizphase zu zünden; dabei sollen auch Deuterium- oder Wasserstoffentladungslampen mit einem Blendendurchmesser kleiner als 0,5 mm mit hoher Sicherheit gezündet werden.Weiterhin soll die erneute Zündung bereits vorgewärmter Deuterium- oder Wasserstofflampen mit hoher Zuverlässigkeit erreichbar sein.The invention has for its object to ignite a discharge lamp, in particular a hydrogen or deuterium discharge lamp with a heatable electrode with high reliability with low heat generation after the start of the heating phase; Deuterium or hydrogen discharge lamps with an aperture diameter of less than 0.5 mm should also be ignited with a high degree of reliability, and the re-ignition of preheated deuterium or hydrogen lamps should also be achievable with high reliability.
Außer einer Stromversorgungsschaltung für Entladungslampen soll auch deren Verwendung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Entladungslampe angegeben werden.In addition to a power supply circuit for discharge lamps, their use and a method for operating a discharge lamp are also to be specified.
Die Aufgabe wird vorrichtungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Stromversorgungsschaltung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.The object is achieved according to the device by the features of
Die Verwendung einer Stromversorgungsschaltung erfolgt gemäß Anspruch 6 bei einer Deuterium- und Wasserstoffentladungslampe.The use of a power supply circuit takes place according to claim 6 in a deuterium and hydrogen discharge lamp.
Die Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 7 gelöst.The object is achieved according to the method by the features of claim 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 8 bis 10 angegeben.Advantageous embodiments of the method are specified in
Als vorteilhaft erweist sich beim Gegenstand der Erfindung die Möglichkeit einer exakten zeitlichen Vorgabe der Zündung, wobei durch exakte zeitliche Definition der Überlappungsphase von Heiz- und Zündphase ein Zündvorgang mit hoher Präzision auch für Deuteriumlampen mit einer Blende im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm und kleiner sichergestellt ist; weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß die Lampe auch im Heißzustand mit hoher Sicherheit wiedergezündet werden kann und daß auch bei Exemplarstreuungen in vorgegebenen Fertigungstoleranzen eine zuverlässige Zündung möglich ist.The possibility of an exact timing of the ignition proves to be advantageous in the subject matter of the invention, with an ignition process with high precision also for deuterium lamps with an aperture in the range from 0.3 to 0.5 due to the precise timing of the overlap phase of the heating and ignition phases mm and smaller is ensured; Furthermore, it proves to be advantageous that the lamp can be re-ignited with high certainty even in the hot state and that reliable ignition is possible even in the event of specimen variations within predetermined manufacturing tolerances.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, daß die Vorgabe von Heiz- und Zündphase durch digitale Ansteuerung mittels Mikroprozessor möglich ist, wobei die zeitliche Vorgabe von Heiz- und Zündphase aus einem Festwertspeicher abrufbar ist, so daß kostengünstige und zuverlässige Bauelemente für den exakten zeitlichen Ablauf zur Verfügung stehen.Furthermore, it proves to be advantageous that the specification of the heating and ignition phase is possible by digital control by means of a microprocessor, the timing of the heating and ignition phase being retrievable from a read-only memory, so that inexpensive and reliable components for the exact chronological sequence are available To be available.
Im vorgenannten ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Figur 1- zeigt eine Stromversorgungsschaltung für eine Deuteriumlampe;
- Figur 2
- zeigt ein Zeitdiagramm für Heiz- und Zündphase der Deuteriumlampe.
- Figure 1
- shows a power supply circuit for a deuterium lamp;
- Figure 2
- shows a time diagram for the heating and ignition phase of the deuterium lamp.
Gemäß Figur 1 weist die Deuteriumlampe 1 in Ihrem Lampenkolben zwei schematisch dargestellte Elektroden 2, 3 auf, von denen Elektrode 2 als Anode dient, während Elektrode 3 als Glühelektrode ausgebildet ist und als Kathode dient; ein Ende der Wendel der Kathode 3 ist mit der Masse 4 verbunden, während das andere Ende der Wendel mit Anschluß 5 der Stromversorgungsschaltung 6 verbunden ist; die als Anode dienende Elektrode 2 ist über Anschluß 8 mit der Stromversorgungsschaltung 6 verbunden. Da es sich hier um eine schematische Darstellung des Lampenaufbaus handelt, wird zum besseren Verständnis der konstruktiven Ausgestaltung einer solchen Lampe auf die bereits eingangs erwähnte DE-PS 39 08 553 verwiesen.According to FIG. 1, the
Die Stromversorgungsschaltung 6 enthält eine Konstantstromquelle als Gleichstromquelle 10, eine Reihenschaltung von Zündspannungsgenerator 12, Vorwiderstand 13 und elektronischem Schalter 14, welche in Reihe mit der von den Elektroden 2 und 3 gebildeten Entladungsstrecke der Lampe 1 verbunden sind; zwischen Ausgang 16 des Zündspannungsgenerators 12 und Vorwiderstand 13 ist parallel zum Ausgang 16 ein Kondensator 17 geschaltet, der mit einer Elektrodenplatte auf Massepotential 4, d.h. auf dem Potential der Kathode 3 liegt.The
Der elektronische Schalter 14 ist als Optotriac ausgebildet, wobei die zwischen den Anschlüssen 18 und 19 liegende Schaltstrecke mit Hilfe eines Steuersignals betätigt wird, welches über die Steueranschlüsse 20, 21 dem Steuereingang des elektronischen Schalters 14 zugeführt wird; dabei wird das Steuersignal innerhalb des Schalters 14 mittels Photodiode 29 optisch auf die im Strahlungsbereich liegende Vierschichtdiode nach dem Optokoppler-Prinzip übertragen, so daß eine Potentialtrennung zwischen Steuersignal und Schaltimpuls erzielt wird. Die Ansteuerung des Schalters 14 erfolgt über die Anschlußkontakte 22, 23 der Stromversorgungsschaltung 6. Die Stromversorgung des Zündspannungsgenerators 12 erfolgt über Anschlußkontakt 25, während das Ein-Ausschaltsignal für den Zündspannungsgenerator überAnschlußkontakt 26 zugeführt wird. Die Stromversorgung der Heizwicklung der Elektrode 3 erfolgt über Anschlußkontakt 27 der Stromversorgungsschaltung 6 durch eine externe, ebenfalls steuerbare Versorgungseinheit.The
Die Funktionsweise der Schaltungsvorrichtung gemäß Figur 1 wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der Zeitdiagramme gemäß Figur 2 näher erläutert.The mode of operation of the circuit device according to FIG. 1 is explained in more detail below with the aid of the time diagrams according to FIG. 2.
Gemäß Figur 2 zeigt Diagramm A den als Aufheizphase H bezeichnenten zeitlichen Verlauf der Elektrodenheizung über Anschluß 27 gemäß Figur 1, Diagramm B den als Zündphase Z bezeichneten Ansteuerimpuls über die Anschlüsse 22, 23 gemäß Figur 1 und Diagramm C die Überlappungsphase U der Aufheizphase H gemäß A und der Zündphase Z gemäß B über der Zeit t. Weiterhin ist beispielhaft ein breiter Überlappungsimpuls U' in Diagramm D dargestellt, wie er sich aus einer zum Zeitpunkt t₂' beginnenden Zündphase Z' gemäß der gestrichelten Darstellung des Diagramms B ergibt; das Ende beider Zündphasen Z und Z' ist der Zeitpunkt t₄.According to FIG. 2, diagram A shows the time profile of the electrode heating via
Gemäß Diagramm A und Figur 1 beginnt die Aufheizphase H durch Ansteuerung der externen Versorgungseinheit und den über Anschluß 27 fließenden Heizstrom zur Vorheizung der Elektrode 3. Nach Ablauf einer vorgegebenen Vorheizzeit wird gemäß Diagramm B zum Zeitpunkt t₂ eine Zündphase Z über die Anschlußklemmen 22, 23 an die Steuereingänge 20, 21 des als Optotriac ausgebildeten Schalters 14 geleitet, welches durch Bestrahlung des aus Photodiode 29 abgegebenen Lichtimpulses die Steuerbasis des Triacs 30 nach dem Optokopplerprinzip bestrahlt, so daß die Schalterstrecke zwischen den Anschlüssen 18, 19 des Schalters 14 durchgeschaltet wird und der vom Zündspannungsgenerator 12 aufgeladene Kondensator 17 sich über Vorwiderstand 13 die Anschlußstrecke 18, 19 des Schalters über die Elektroden 2 und 3 zur Masse 4 hin entlädt. Die in Diagramm B dargestellte Zündphase Z ist schematisch als Rechteckimpuls dargestellt, wobei sich der eigentliche Kurvenverlauf dieses Impulses aus der Zeitkonstante von Kondensator 17 und Vorwiderstand 13 ergibt. Die Zeit der eigentlichen Überlappungsphase von Zündphase Z und Heizphase H ist dem Diagramm C zu entnehmen, wobei der Überlappungsimpuls U zum Zeitpunkt t₂ beginnt, wobei sich seine Impulsdauer über die Zeit erstreckt, in der sich die Aufheizphase H und die Zündphase Z jeweils mit dem symbolischen Wert 1 überlagern; bei Abfall eines der beiden als Aufheizphase und Zündphase bezeichneten Impulse wird der Überlappungsimpuls gemäß Diagramm C wiederum auf 0 gesetzt, womit der eigentliche Zündvorgang hier im Beispiel zum Zeitpunkt t₃, dem Ende der Aufheizphase H abgeschlossen ist, auch wenn sich die Zündphase Z noch bis zum späteren Zeitpunkt t₄ erstreckt.According to diagram A and FIG. 1, the heating phase H begins by controlling the external supply unit and the heating current flowing via
Je nach Ausgestaltung von Kondensator und Vorwiderstand und Ansteuerungsbeginn ist es auch möglich, die Zündphase Z' gemäß Diagramm B früher zu starten, so daß die eigentliche Überlappungsphase gemäß Diagramm D bereits im Zeitpunkt t₂ beginnt und ebenfalls mit dem Ende der Aufheizphase H gemäß Diagramm A zum Zeitpunkt t₃ endet.Depending on the design of the capacitor and series resistor and start of control, it is also possible to start the ignition phase Z 'according to diagram B earlier, so that the actual overlap phase according to diagram D begins at time t₂ and also with the end of the heating phase H according to diagram A Time t₃ ends.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß mittels eines digitalen Rechner- und Speichersystems die zeitliche Folge des Funktionsablaufes von Aufheizphase H und Zündphase Z vorprogrammiert ist und in einer optimierten Reihenfolge abgerufen werden kann; dabei sind die Werte für die Zeitpunkte t₁, t₂, t₃ und t₄ in einem Festwertspeicher vorgegeben und werden durch den Betrieb eines Mikroprozessors nacheinander zwecks Ansteuerung über die Eingänge 27, 26, 22 und 23 abgerufen.It proves to be particularly advantageous that the time sequence of the functional sequence of heating phase H and ignition phase Z is preprogrammed by means of a digital computer and storage system and can be called up in an optimized sequence; the values for the times t₁, t₂ , t₃ and t₄ are predetermined in a read-only memory and are called up in succession by the operation of a microprocessor for control purposes via the
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