EP0759684A1 - Zündsteuergerät für eine Hochdruck-Entladungslampe - Google Patents

Zündsteuergerät für eine Hochdruck-Entladungslampe Download PDF

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Publication number
EP0759684A1
EP0759684A1 EP95113124A EP95113124A EP0759684A1 EP 0759684 A1 EP0759684 A1 EP 0759684A1 EP 95113124 A EP95113124 A EP 95113124A EP 95113124 A EP95113124 A EP 95113124A EP 0759684 A1 EP0759684 A1 EP 0759684A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure discharge
discharge lamp
ignition
voltage
lamp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP95113124A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Dr. Gloger
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.)
Osram SBT GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Beleuchtungstechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Beleuchtungstechnik GmbH and Co KG filed Critical Siemens AG
Priority to EP95113124A priority Critical patent/EP0759684A1/de
Publication of EP0759684A1 publication Critical patent/EP0759684A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the invention relates to an ignition control device for a high-pressure discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • Such ignition control devices with which high-pressure discharge lamps are operated, which allow immediate, automatic re-ignition of the extinguished high-pressure discharge lamp are, for. B. from DE-A-29 38 529 or from EP-B1-0 252 438 known. Due to their function, ignition control devices of this type are basically similar.
  • the phase of an AC mains voltage is connected behind a ballast to the series circuit of an ignition transformer and the operated high-pressure discharge lamp, this lamp load circuit being closed via the neutral conductor of the AC network.
  • a high-voltage transformer is also provided via a switching network on the primary side at the AC line voltage, the secondary winding of which is connected to an ignition capacitor, optionally also with an auxiliary ignition combination, in order to charge the ignition capacitor, which is connected to the ignition transformer via a spark gap.
  • the ignition capacitor discharges via this spark gap and generates a high-voltage ignition pulse in the ignition transformer, which initiates the ignited operating state of the high-pressure discharge lamp.
  • the known ignition control devices thus quite meet the requirements in normal operating cases. They protect the ignition control unit from unlimited attempts to ignite a high-pressure discharge lamp that does not ignite and thus protect the ignition control unit itself from thermal overload. They take account of mains voltage interruptions or fluctuations that can cause a burning high-pressure discharge lamp to go out briefly and enable automatic re-ignition. Finally, resetting the power supply, i.e. H. the AC mains voltage to put the ignition control device into a defined idle state, from which normal ignition operation is possible again as soon as the high-pressure discharge lamp is to be put into operation again by switching on the mains AC voltage.
  • H. the AC mains voltage to put the ignition control device into a defined idle state
  • high-pressure discharge lamps have the particularly unpleasant property that their operating voltage increases with increasing lamp life at the end of the individual lamp life. This phenomenon can be uncontrolled to extinguish the high-pressure discharge lamp at irregular intervals, e.g. B. result from mains voltage drops. If the aged high-pressure discharge lamp is not yet replaced, the rise in the operating voltage continues to increase, which can lead to the re-ignition voltage of the high-pressure discharge lamp becoming too high and the latter extinguishing. Especially It is unpleasant that this behavior becomes completely uncontrolled at the end of the life of an aged high-pressure discharge lamp and therefore known ignition control devices do not solve this problem satisfactorily and effectively.
  • the invention is therefore based on the object of developing an ignition control device of the type mentioned in such a way that uncontrolled burning operation in the case of aged high-pressure discharge lamps is reliably avoided at the end of their service life and reaching the end of the service life in an aged high-pressure discharge lamp can be determined with minimal effort .
  • the lamp current is also detected in the burning mode, but the burning voltage is also monitored, this monitoring device being equipped in such a way that the ignition control device is locked before a critical threshold value for the re-ignition peak when the burning voltage rises is exceeded. If the high-pressure discharge lamp goes out after the detection of this critical operating state, the ignition control device, which has already been locked, cannot immediately ignite it again. If the mains AC voltage is switched off, this interlock remains for a predetermined period of time, for example 1 s, and only then does it reset itself.
  • Another significant advantage of the solution according to the invention is that the latent risk of failure due to an unknown aging condition of the lamp can be eliminated without the need to accept shorter lamp replacement intervals.
  • This increases the availability and reliability of lights or headlights that are operated with such high-pressure discharge lamps, particularly in the field of object protection and emergency lighting. After all, it is of immediate importance to the maintenance service over a simple one To have tools with which the aging condition of a high-pressure discharge lamp can be determined even before its actual end of life. By briefly interrupting the mains voltage, e.g. B.
  • the maintenance service can determine whether the lamp ignites properly after the short interruption or goes out and can only be re-ignited after a long disconnection of the voltage, ie> 1 s, when the locking circuit is reset. If the latter is the case, this is an essential indicator of an already impermissibly high operating voltage, ie the approaching end of the service life of the checked high-pressure discharge lamp. Because in this case there is a high probability that the monitoring device for detecting the increased operating voltage had already responded before the AC mains voltage was interrupted and the ignition control device had locked for a predetermined period of time.
  • a great advantage of the solution according to the invention is the simple circuit structure, which does not require operational amplifiers or other intermediate amplifiers for the ignition device control, and does not require its own power supplies for the control devices implemented in the ignition control device, as a result of which the fuses which are usually required for this are also eliminated. All of this contributes to the reliability and EMC stability of an ignition control device according to the invention.
  • circuit variants of non-automated or partially automated high-voltage ignitors in symmetrical or asymmetrical design can be upgraded in order to reliably implement even the desired functions for controlling irregular faults at the end of the service life of high-pressure discharge lamps.
  • an ignition transformer ZT which is connected in series with a high-pressure discharge lamp L, together with this forms a lamp load circuit which, via an inductive ballast VG which limits the lamp current of the ignited high-pressure discharge lamp L, to AC line voltage u via a line L leading the phase or a neutral conductor N is connected.
  • an ignition generator which is referred to as an ignition generator.
  • This comprises a mains-fed high-voltage transformer HT, the primary winding of which, connected in series with a first switching network S1, is connected to mains alternating voltage u.
  • this first switching network S1 has a triac V1, the switching path of which is connected in parallel to a first capacitor C1 and a varistor R1 as overvoltage protection.
  • the series connection of a first fixed resistor R2 and a further capacitor C2 is also connected in parallel with the triac V1.
  • the control input of the triac V1 is connected to their connection point via a second fixed resistor R3.
  • the secondary winding of the high-voltage transformer HT is assigned an analog second switching network S2, in which the components corresponding to the elements of the first switching network S1 are identified in the same way, but additionally with "'".
  • both the secondary winding of the high-voltage transformer HT and the input of the second switching element S2 are connected, the output of which consists of an auxiliary ignition combination from the series connection of a third fixed resistor R4 and a third capacitor C3, to which the neutral conductor N of the mains AC voltage u is connected.
  • the secondary winding of the high-voltage transformer HT is connected in parallel with a high-voltage-resistant ignition capacitor CZ, which is also connected in parallel via a spark gap FS to the primary winding of the ignition transformer ZT.
  • a capacitor network of high-voltage-resistant charging capacitors C4, C5, C6 of the series connection of ignition transformer ZT and the high-pressure discharge lamp L is connected in parallel, similar to conventional ignition devices.
  • an ignition pulse is generated in the ignition transformer ZT, which first triggers a glow discharge in the high-pressure discharge lamp L and thus lowers its ignition voltage, so that the high-pressure discharge lamp ignites and, after a start-up time, switches to normal burning operation.
  • the high-pressure discharge lamp L is ignited, the triacs V1, V1 'of the switching networks S1 and S2 are deactivated and the ignition generator is thus stopped.
  • the duration of the ignition period is limited by the time constant of the timing element R8, C10, which controls the current flow times of the triacs V1, V1 'of the switching networks S1 and S2 via optocouplers V3, V4.
  • the normal burning operation of the high-pressure discharge lamp L is monitored by detecting the lamp current.
  • the current flowing through the ballast VG is measured as a voltage drop at the ballast, i. H. tapped at a series circuit of a third fixed resistor R5 connected in parallel with a first full-wave rectifier G1 and rectified.
  • a first electrolytic capacitor C7 and a discharge resistor R6 are connected in parallel to its DC voltage outputs, a first Zener diode D1 is provided in the line branch carrying potential, behind which, in turn parallel to the full-wave rectifier G1, a second electrolytic capacitor C8 and the winding K1 of a relay are connected.
  • a DC control voltage is derived from the current in the lamp load circuit and is stored in the first electrolytic capacitor C7. If its charge exceeds the breakdown voltage of the first Zener diode D1, relay current flows.
  • the sensitive relay K1 remains energized as long as the specified amplitude for the current in the lamp load circuit is maintained during normal burning operation. If the high-pressure discharge lamp L goes out, the electrolytic capacitors C7 and C8 discharge and the current monitoring circuit resets itself automatically when the relay K1 drops out.
  • the relay K1 has a normally open contact k11 which, in the rest position, ie when the relay is not activated, connects the AC line voltage u via the series circuit of a fourth fixed resistor R7 and a coupling capacitor C9 to a second full-wave rectifier G2.
  • Parallel to its two DC voltage outputs are a second Zener diode D2 for protection against overvoltages and the series connection of two further electrolytic capacitors C10 and C11 and two further fixed resistors R8 and R9, which form discharge resistors for the parallel electrolytic capacitors.
  • the potential-carrying direct voltage output of the second full-wave rectifier G2 is via a third Zener diode D3 connected to the signal input of a first optocoupler V3, looped through this and serially analogously through a second optocoupler V4 and fed back to the interconnected connection points of the further electrolytic capacitors C10 and C11 and the further fixed resistors R8 and R9.
  • the optocouplers V3 and V4 are each coupled into one of the control signal lines for controlling the triacs V1 and V1 '.
  • a Sidac D4 with a current limiting network in series with it which consists of a seventh fixed resistor R10, in series with a further coupling capacitor C12, and one there is another fixed resistor R11, which is connected in parallel as a discharge resistor for this coupling capacitor C12.
  • the Sidac D4 is connected on the one hand in the current path behind the ballast VG and connected to the second full-wave rectifier G2 with its current limiting network R10, C12, R11 via the normally open operation of the high-pressure discharge lamp L of the relay K1 via the normally open contact L11 and connected to the neutral conductor N.
  • the Sidac D4 together with its current limiting network R10, C12, R11 is in normal burning operation parallel to the lamp load circuit, i.e. H. the series connection of the ignition transformer ZT and the high-pressure discharge lamp L and monitors their operating voltage.
  • the Sidac D4 With the help of the described monitoring circuit for the operating voltage, the occurrence of this critical operating state at the end of the service life of a high-pressure discharge lamp L is reliably avoided.
  • the Sidac D4 With regard to its breakdown voltage, the Sidac D4 is dimensioned such that it switches on when the predetermined critical value for the re-ignition peak of the high-pressure discharge lamp L is exceeded.
  • the current flow through the Sidac D4 charges via the second full-wave rectifier G2 the network R8, C10 and R9, C11 connected downstream, which blocks the optocouplers V3 and V4 in the charged state.
  • the switching networks S1 and S2 are deactivated for renewed ignition attempts after a brief interruption in the power supply or after the high-pressure discharge lamp L has gone out.
  • This monitoring circuit offers the further possibility of forcing a brief interruption of the mains AC voltage u to determine whether the high-pressure discharge lamp L then ignites again immediately.
  • the operated lamps no longer have to be replaced preventively, as is often the case, in good time before a medium lamp life has expired in order to avoid a latent risk of failure. Rather, maintenance and usage costs can be reduced by using the full lamp service life.
  • the solution described for a hot-igniter for operating a high-pressure discharge lamp L has the further advantage of a high level of operational reliability achieved with little effort.
  • the igniter control unit does not require a separate power supply, which is why no separate protection is required.

Abstract

Das Zündsteuergerät besitzt ein an Netzwechselspannung (u) liegendes Vorschaltgerät (VG), einen in Reihe zur Hochdruck-Entladungslampe (L) angeordneten Zündtransformator (ZT), einen Zündkondensator (CZ) und eine Funkenstrecke (FS) zum Entladen des Zündkondensators über den Zündtransformator sowie einen primärseitig an Netzwechselspannung liegenden, über Schaltnetzwerke (S1, S2) zum Zünden der Hochdruck-Entladungslampe gesteuert aktivierbaren Hochspannungstransformator (HT), an den sekundärseitig der Zündkondensator und gegebenenfalls außerdem eine Zündhilfskombination angeschlossen sind. Weiterhin ist zum Überwachen der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe dieser parallel liegend eine Schaltungseinrichtung (D4, R10, C12, R11) vorgesehen, die eine der kritischen Wiederzündspitze der Hochdruck-Entladungslampe entsprechend vorgegebene Schaltschwelle zum Sperren der dem Hochspannungstransformator (HT) zugeordneten Schaltnetzwerke (S1, S2) besitzt, um, solange die Netzwechselspannung ansteht, kurzzeitig aufeinanderfolgende Zündversuche zu unterbinden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Zündsteuergerät für eine Hochdruck-Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Derartige Zündsteuergeräte, mit denen Hochdruck-Entladungslampen betrieben werden, die ein sofortiges, automatisches erneutes Zünden der erloschenen Hochdruck-Entladungslampe gestatten, sind z. B. aus DE-A-29 38 529 oder aus EP-B1-0 252 438 bekannt. Funktionsbedingt sind derartige Zündsteuergeräte grundsätzlich ähnlich aufgebaut. Hinter einem Vorschaltgerät ist die Phase einer Netzwechselspannung mit der Serienschaltung eines Zünd-Transformators und der betriebenen Hochdruck-Entladungslampe verbunden, wobei dieser Lampenlastkreis über den Nulleiter des Wechselstromnetzes geschlossen ist. Üblicherweise ist weiterhin ein über ein Schaltnetzwerk primärseitig an Netzwechselspannung liegender Hochspannungstransformator vorgesehen, dessen Sekundärwicklung mit einem Zündkondensator, gegebenenfalls zusätzlich mit einer Zündhilfskombination verbunden ist, um den Zündkondensator, der über eine Funkenstrecke an den Zündtransformator angeschlossen ist, pumpend aufzuladen. Sobald das am Zündkondensator ansteigende Potential die Durchbruchspannung der Funkenstrecke überschreitet, entlädt sich der Zündkondensator über diese Funkenstrecke und erzeugt im Zündtransformator einen Hochspannungs-Zündimpuls, der den gezündeten Betriebszustand der Hochdruck-Entladungslampe einleitet.
  • Insbesondere aus EP-B1-0 252 438 ist es bekannt, derartige Zündsteuergeräte derart auszugestalten, daß beim korrekten Zünden der Hochdruck-Entladungslampe weitere Zündversuche nach kürzester Zeit unterbunden werden. Zündet dagegen die Hochdruck-Entladungslampe während einer vorbestimmten Zeitdauer nicht, so wird der Hochspannungstransformator des Zündsteuergerätes verriegelt; weitere Zündversuche sind dann nicht mehr möglich. Zündet die Hochdruck-Entladungslampe nur kurzzeitig, werden erneute Zündversuche zugelassen, dann aber die Schaltung verriegelt, wenn diese Versuche in einem vorgegebenen Zeitraum nicht zum normalen Brennbetrieb der Hochdruck-Entladungslampe führen. Um ein automatisches erneutes Starten der Zündung einer Hochdruck-Entladungslampe zu ermöglichen, wird jegliche Verriegelung des Zündsteuergerätes automatisch zurückgesetzt, wenn die Netzspannung unterbrochen wird.
  • Die bekannten Zündsteuergeräte genügen damit durchaus den Anforderungen in normalen Betriebsfällen. Sie schützen das Zündsteuergerät vor unbegrenzt durchgeführten Zündversuchen bei zündunwilligen Hochdruck-Entladungslampe und damit das Zündsteuergerät selbst vor thermischer Überlastung. Sie berücksichtigen Netzspannungsunterbrechungen bzw. -schwankungen, die zu kurzzeitigem Erlöschen einer brennenden Hochdruck-Entladungslampe fuhren können und ermöglichen ein automatisches Wiederzünden. Schließlich dient ein Rücksetzen der Stromversorgung, d. h. der Netzwechselspannung dazu, das Zündsteuergerät in einen definierten Ruhezustand zu versetzen, aus dem heraus ein normaler Zündbetrieb wieder möglich ist, sobald die Hochdruck-Entladungslampe durch Anschalten der Netzwechselspannung erneut in Betrieb genommen werden soll.
  • Nun haben aber Hochdruck-Entladungslampen die besonders unangenehme Eigenschaft, daß ihre Brennspannung am Ende der individuellen Lampenlebensdauer mit zunehmender Brenndauer ansteigt. Diese Erscheinung kann unkontrolliert zum Löschen der Hochdruck-Entladungslampe in unregelmäßigen Abständen, z. B. infolge von Netzspannungseinbrüchen führen. Wird die gealterte Hochdruck-Entladungslampe dann noch nicht ausgewechselt, so nimmt der Anstieg der Brennspannung weiter zu, was dazu führen kann, daß die Wiederzündspannung der Hochdruck-Entladungslampe zu hoch wird und letztere erlischt. Besonders unangenehm ist, daß sich dieses Verhalten am Ende der Lebensdauer einer gealterten Hochdruck-Entladungslampe völlig unkontrolliert zeigt und deshalb bekannte Zündsteuergeräte dieses Problem nicht befriedigend und wirkungsvoll lösen. Um eine schädigende Rückwirkung gealterter Hochdruck-Entladungslampen auf die Zündsteuergeräte zu vermeiden, ist es gerade z. B. im kommunalen Bereich bei der Verkehrsbeleuchtung vielfach üblich, derartige Hochdruck-Entladungslampen nach einer mittleren Lebensdauer, die in Abhängigkeit von den Einschaltzeiten abgeschätzt wird, präventiv auszuwechseln, d. h. die an sich verfügbare individuelle Lebensdauer der HochdruckEntladungslampe nicht voll auszunutzen, um Wartungsaufwand und Instandhaltungskosten in Grenzen zu halten.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zündsteuergerät der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein unkontrollierter Brennbetrieb bei gealterten Hochdruck-Entladungslampen am Ende ihrer Lebensdauer mit Sicherheit vermieden wird sowie das Erreichen des Lebensdauerendes bei einer gealterten Hochdruck-Entladungslampe mit minimalem Aufwand feststellbar ist.
  • Bei einem Zündsteuergerät der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 beschriebenen Merkmalen gelöst.
  • Bei bekannten Zündsteuergeräten ist es üblich, den während des Brennbetriebes im Lampenlastkreis fließenden Strom durch ein Vorschaltgerät zu begrenzen sowie darüber hinaus den Lampenstrom selbst zu messen, um daraus eine Schutzfunktion für die Hochdruck-Entladungslampe, aber auch das Zündsteuergerät abzuleiten. Auch bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der Lampenstrom im Brennbetrieb detektiert, darüber hinaus wird aber ebenso die Brennspannung überwacht, wobei diese Überwachungseinrichtung derart ausgestattet ist, daß das Zündsteuergerät verriegelt wird, bevor beim Anstieg der Brennspannung ein kritischer Schwellwert für die Wiederzündspitze überschritten wird. Erlischt die Hochdruck-Entladungslampe nach der Detektion dieses kritischen Betriebszustandes, so ist sie durch das bereits verriegelte Zündsteuergerät nicht sofort wieder zündbar. Wird die Netzwechselspannung abgeschaltet, so hält sich diese Verriegelung noch für eine vorgegebene Zeitdauer von beispielsweise 1 s und setzt sich dann erst selbständig zurück.
  • Mit dieser Lösung werden erfolglose Heißzündversuche im Fall gealterter, im Betrieb ausfallender Lampen und damit einhergehender erhöhter Zündgeräteverschleiß vermieden. Auch kann eine thermische Überlastung und eine unter Umständen darauf zurückzuführende Zerstörung von Zündsteuergeräten nicht auftreten. Mit Sicherheit wird auch eine mechanische Zerstörung der Hochdruck-Entladungslampe durch unzulässig lange oder repetierend an ihr anstehender Hochspannung ausgeschlossen, wodurch die Ursache für Sekundärschäden innerhalb der Leuchte oder des Scheinwerfers ausgeschaltet wird. Durch die erfindungsgemäße Losung wird auch die bekannte Erscheinung vermieden, daß Elektroden und Brenner gealterter Hochdruck-Entladungslampen als Folge der Zufuhr von zu hoher Zündenergie beschädigt werden, was zum sogenannten anomalen Lampenbetrieb führen kann. Dessen Folge ist, daß Vorschalt- und Zündgerät durch den länger anhaltend fließenden Lampenstrom mit hohem Gleichstromanteil thermisch hoch belastet werden und schließlich ausfallen können.
  • Ein anderer, wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß das latente Ausfallrisiko durch einen unbekannten Alterungszustand des Leuchtmittels ausgeschaltet werden kann, ohne daß präventiv kürzer festgelegte Lampenwechselintervalle in Kauf genommen werden müssen. Damit erhöht sich die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Leuchten bzw. Scheinwerfern, die mit derartigen Hochdruck-Entladungslampen betrieben werden gerade auch im Bereich der Objektschutz- und Notbeleuchtung. Schließlich ist es für den Wartungsdienst von unmittelbarer Bedeutung, über ein einfaches Hilfsmittel zu verfügen, mit dem der Alterungszustand einer Hochdruck-Entladungslampe noch vor ihrem eigentlichen Lebensdauerende feststellbar ist. Durch kurzzeitige Unterbrechung der Netzspannung, z. B. < 1 s, einer brennenden Hochdruck-Entladungslampe kann der Wartungsdienst feststellen, ob das Leuchtmittel ordnungsgemäß nach der Kurzunterbrechung wieder zündet oder erlischt und sich erst nach längerem Abschalten der Spannung, d. h. > 1 s wieder zünden läßt, wenn die Verriegelungsschaltung rückgesetzt ist. Ist letzteres der Fall, so ist dies ein wesentliches Indiz für eine bereits unzulässig hohe Brennspannung, d. h. das nahende Lebensdauerende der überprüften Hochdruck-Entladungslampe. Denn in diesem Fall ist die hohe Wahrscheinlichkeit gegeben, daß die Überwachungseinrichtung zur Detektion der erhöhten Brennspannung bereits vor der Unterbrechung der Netzwechselspannung angesprochen und das Zündsteuergerät für eine vorbestimmte Zeitdauer verriegelt hatte.
  • Von großem Vorteil ist bei der erfindungsgemäßen Lösung schließlich der einfache Schaltungsaufbau, der für die Zündgerätesteuerung weder Operations- oder andere Zwischenverstärker benötigt, ohne eigene Stromversorgungen für die im Zündsteuergerät realisierten Steuereinrichtungen auskommt, wodurch auch die dafür üblicherweise notwendigen Sicherungen entfallen. Dies alles trägt zur Zuverlässigkeit und EMV-Festigkeit eines erfindungsgemäßen Zündsteuergerätes bei.
  • Schließlich lassen sich nach der Lehre der Erfindung im wesentlichen alle Schaltungsvarianten von nicht- oder teilautomatisierten Hochspannungszündgeräten in symmetrischer oder asymmetrischer Ausführung ertüchtigen, um sogar die gewünschten Funktionen zur Beherrschung unregelmäßig auftretender Störungen am Ende der Lebensdauer von Hochdruck-Entladungslampen mit Sicherheit zu realisieren.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung naher beschrieben.
  • Wie bei an sich bekannten Zündgerätesteuerungen bildet ein in Serie zu einer Hochdruck-Entladungslampe L liegender Zündtransformator ZT mit dieser zusammen einen Lampenlastkreis, der über ein den Lampenstrom der gezündeten Hochdruck-Entladungslampe L begrenzendes induktives Vorschaltgerät VG an Netzwechselspannung u über eine die Phase führende Leitung L bzw. einen Nulleiter N angeschlossen ist. Mit dieser Betriebsschaltung kann allerdings nur eine bereits gezündete Hochdruck-Entladungslampe L betrieben, nicht aber gezündet werden.
  • Übliche Zündgerätesteuerungen besitzen daher weiterhin eine Geräteeinheit, die man als Zündgenerator bezeichnet. Dieser umfaßt einen netzgespeisten Hochspannungstransformator HT, dessen Primärwicklung, in Serie mit einem ersten Schaltnetzwerk S1 liegend, an Netzwechselspannung u angeschlossen ist. Dieses erste Schaltnetzwerk S1 weist als gesteuertes Schaltglied einen Triac V1 auf, dessen Schaltstrecke ein erster Kondensator C1 und als Überspannungsschutz ein Varistor R1 parallel geschaltet sind. Dem Triac V1 parallel geschaltet ist weiterhin die Reihenschaltung eines ersten Festwiderstandes R2 und eines weiteren Kondensators C2. An deren Verbindungspunkt ist der Steuereingang des Triac V1 über einen zweiten Festwiderstand R3 angeschlossen. Der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators HT ist ein analog ausgebildetes zweites Schaltnetzwerk S2 zugeordnet, in dem die den Elementen des ersten Schaltnetzwerks S1 entsprechenden Bauelemente in gleicher Weise, jedoch zusätzlich mit "'" bezeichnet sind. An einem Verbindungspunkt des induktiven Vorschaltgeräts VG mit der Primärwicklung des Zündtransformators ZT ist sowohl die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators HT als auch der Eingang des zweiten Schaltgliedes S2 angeschlossen, dessen Ausgang über eine Zündhilfskombination, bestehend aus der Reihenschaltung eines dritten Festwiderstandes R4 und eines dritten Kondensators C3, mit dem Nulleiter N der Netzwechselspannung u verbunden ist. Weiterhin liegt der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators HT ein hochspannungsfester Zündkondensator CZ parallel, der außerdem über eine Funkenstrecke FS der Primärwicklung des Zündtransformators ZT parallel geschaltet ist. Schließlich ist analog üblicher Zündgeräte ein Kondensatornetzwerk aus hochspannungsfesten Ladekondensatoren C4, C5, C6 der Reihenschaltung von Zündtransformator ZT und der Hochdruck-Entladungslampe L parallel geschaltet.
  • Die Funktion des insoweit beschriebenen Zündgenerators ist an sich bekannt. Wird Netzwechselspannung u angelegt, fließt zunächst noch kein Strom im Lampenlastkreis, da die HochdruckEntladungslampe L noch nicht gezündet hat. An den Steuereingängen der Triacs V1, V1' der Schaltnetzwerke S1 bzw. S2 steigt das Potentiaal des Steuersignales rasch an, sobald es die Durchbruchspannung der Triacs V1, V1' erreicht, schalten diese durch und es fließt Ladestrom, mit dem insbesondere der Zündkondensator CZ pumpend aufgeladen wird. Sobald das sich am Zündkondensator CZ aufbauende Potential die Durchbruchspannung der Funkenstrecke FS überschreitet, entlädt sich der Zündkondensator CZ über diese. Damit wird im Zündtransformator ZT ein Zündimpuls erzeugt, der zunächst eine Glimmentladung in der Hochdruck-Entladungslampe L auslost und damit deren Zündspannung herabsetzt, sodaß die Hochdruck-Entladungslampe zündet und nach einer Anlaufzeit in den normalen Brennbetrieb übergeht. Mit dem Zünden der Hochdruck-Entladungslampe L werden die Triacs V1, V1' der Schaltnetzwerke S1 bzw. S2 deaktiviert und damit der Zündgenerator stillgesetzt. Bei einer zündunwilligen Hochdruck-Entladungslampe L wird die Dauer der Zündperiode durch die Zeitkonstante des Zeitgliedes R8, C10 begrenzt, das über Optokoppler V3, V4 die Stromflußzeiten der Triacs V1, V1' der Schaltnetzwerke S1 bzw. S2 steuert.
  • Der normale Brennbetrieb der Hochdruck-Entladungslampe L wird durch Detektieren des Lampenstromes überwacht. Hierzu wird der durch das Vorschaltgerät VG fließende Strom als Spannungsabfall am Vorschaltgerät gemessen, d. h. an einer diesem parallel geschalteten Serienschaltung eines dritten Festwiderstandes R5 mit einem ersten Vollweggleichrichter G1 abgegriffen und gleichgerichtet. An dessen Gleichspannungsausgänge sind ein erster Elektrolytkondensator C7 sowie ein Entladewiderstand R6 parallel angeschlossen, im Potential führenden Leitungszweig ist eine erste Z-Diode D1 vorgesehen, hinter der, wiederum parallel zum Vollweggleichrichter G1, ein zweiter Elektrolytkondensator C8 und die Wicklung K1 eines Relais angeschlossen sind.
  • Auf diese Weise wird aus dem Strom im Lampenlastkreis eine Steuergleichspannung abgeleitet, die im ersten Elektrolytkondensator C7 gespeichert wird. Übersteigt dessen Ladung die Durchbruchspannung der ersten Z-Diode D1, fließt Relaisstrom. Das sensitive Relais K1 bleibt angezogen, solange die vorgegebene Amplitude für den Strom im Lampenlastkreis wahrend des normalen Brennbetriebs erhalten bleibt. Erlischt die Hochdruck-Entladungslampe L, entladen sich die Elektrolytkondensatoren C7 und C8 und die Stromüberwachungsschaltung setzt sich durch Abfallen des Relais K1 selbsttätig zurück.
  • Das Relais K1 besitzt einen Arbeitskontakt k11, der in Ruhestellung, d. h. bei nicht aktiviertem Relais, die Netzwechselspannung u über die Reihenschaltung eines vierten Festwiderstandes R7 und eines Koppelkondensators C9 auf einen zweiten Vollweggleichrichter G2 durchschaltet. Parallel zu dessen beiden Gleichspannungsausgängen liegen eine zweite Z-Diode D2 zum Schutz gegen Überspannungen sowie jeweils die Reihenschaltung zweier weiterer Elektrolytkondensatoren C10 und C11 und zweier weiterer Festwiderstände R8 und R9, die Entladewiderstände für die ihnen parallel liegenden Elektrolytkondensatoren bilden. Der Potential führende Gleichspannungsausgang des zweiten Vollwegleichrichters G2 ist über eine dritte Z-Diode D3 an den Signaleingang eines ersten Optokopplers V3 angeschlossen, durch diesen und seriell dazu analog durch einen zweiten Optokoppler V4 durchgeschleift und auf die untereinander verbundenen Verbindungspunkte der weiteren Elektrolytkondensatoren C10 bzw. C11 sowie der weiteren Festwiderstände R8 bzw. R9 zurückgeführt. Ausgangsseitig sind die Optokoppler V3 bzw. V4 jeweils in eine der Steuersignalleitungen für die Ansteuerung der Triacs V1 bzw. V1' eingekoppelt. Mit dieser Einfügung der Optokoppler V3 bzund V4 in die Steuersignalleitungen der Triacs V1 bzw. V1' besteht die Möglichkeit, galvanisch entkoppelt, die Schaltnetzwerke S1 und S2 zusätzlich unabhängig von den bereits beschriebenen Sachverhalten zu deaktivieren. In welcher Weise diese Funktion insbesondere ausgenutzt wird, wird nachfolgend erläutert.
  • Zur Überwachung auch der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe L - zusätzlich zu dem Lampenstrom - ist eine Vierschichtdiode, ein Sidac D4 mit einem damit in Reihe liegenden Strombegrenzungsnetzwerk vorgesehen, das aus einem siebten Festwiderstand R10, in Reihe mit einem weiteren Koppelkondensator C12 liegend, sowie einem weiteren Festwiderstand R11 besteht, der als Entladungswiderstand für diesen Koppelkondensator C12 diesem parallel geschaltet ist. Der Sidac D4 ist einerseits im Strompfad hiner dem Vorschaltgerät VG angeschlossen und mit seinem Strombegrenzungsnetzwerk R10, C12, R11 über den im normalen Brennbetrieb der Hochdruck-Entladungslampe L geschlossenen Arbeitskontakt k11 des Relais K1 an den zweiten Vollweggleichrichter G2 angeschlossen und darüber mit dem Nulleiter N verbunden. Damit liegt der Sidac D4 zusammen mit seinem Strombegrenzungsnetzwerk R10, C12, R11 im normalen Brennbetrieb parallel zum Lampenlastkreis, d. h. der Reihenschaltung von Zündtransformator ZT und Hochdruck-Entladungslampe L und überwacht deren Brennspannung.
  • Wenn bei einer gealterten Hochdruck-Entladungslampe L die Brennspannung während der Brenndauer ansteigt, wird die Wiederzündspitze kritisch. Die Hochdruck-Entladungslampe L kann dann z. B. infolge von kurzzeitigen Einbrüchen der Netzwechelspannung u in unregelmäßigen Abständen zum Erlöschen kommen. Ein ungeschützter Zündgenerator startet dann die Hochdruck-Entladungslampe L erneut und gegebenenfalls in immer kürzeren Abständen, wenn die Hochdruck-Entladungslampe L nicht ausgewechselt wird. Diese Dauerbelastung kann zu Schäden am Zündgenerator, z. B. seiner Funkenstrecke FS oder am Zündtransformator ZT, aber vor allem auch am Zündkondensator CZ führen, so daß nicht nur die Hochdruck-Entladungslampe L sondern darüberhinaus auch das Zündsteuergerät auswechselt werden muß.
  • Mit Hilfe der beschriebenen Überwachungsschaltung für die Brennspannung wird das Auftreten dieses kritischen Betriebszustandes am Lebensdauerende einer Hochdruck-Entladungslampe L mit Sicherheit vermieden. Der Sidac D4 ist im Hinblick auf seine Durchbruchspannung so bemessen, daß er bei Überschreiten eines vorgegebenen kritischen Wertes für die Wiederzündspitze der Hochdruck-Entladungslampe L leitend schaltet. Der Stromfluß durch den Sidac D4 lädt über den zweiten Vollweggleichrichter G2 das ihm nachgeschaltete Netzwerk R8, C10 sowie R9, C11 auf, das im aufgeladenen Zustand die Optokoppler V3 und V4 sperrt. Damit sind die Schaltnetzwerke S1 bzw. S2 in diesem Falle für erneute Zündversuche nach einer kurzzeitigen Unterbrechung der Stromversorgung oder dem Erlöschen der Hochdruck-Entladungslampe L deaktiviert. Ein sogenannter "pulsierender Betrieb", der bei normalen Heißzündgeräten auftreten kann, ist damit sicher vermieden. Wird die Stromversorgung für einen über kurzzeitige Störungen hinausgehenden Zeitraum unterbrochen, z. B. für mehr als 1 s, entladen sich die Elektrolytkondensatoren C10 und C11 über die ihnen parallel liegenden Festwiderstände R8 bzw. R9 soweit, daß die dritte Z-Diode D3 sperrt und die Schaltnetzwerke S1, S2 wieder freigegeben werden. Die Überwachungsschaltung für die Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe L setzt sich also selbsttätig zurück.
  • Diese Überwachungsschaltung bietet die weitere Mögllchkeit, forciert eine kurzzeitige Unterbrechung der Netzwechselspannung u vorzunehmen, um festzustellen, ob danach die Hochdruck-Entladungslampe L sofort wieder zündet. Damit hat man für die Wartung einer mit einer Hochdruck-Entladungslampe L ausgestatteten Leuchte ein einfaches Mittel in der Hand den Alterungszustand des Leuchtmittels zu überprüfen. Die betriebenen Leuchtmittel müssen damit nicht mehr, wie sonst häufig der Fall, präventiv rechtzeitig vor Ablauf einer mittleren Lampenlebensdauer ausgewechselt werden, um ein latentes Ausfallrisiko zu vermeiden. Vielmehr lassen sich Wartungs- und Nutzungskosten durch Ausnutzen der vollen Lampengebrauchsdauer senken. Schaltungstechnisch betrachtet, hat die beschriebene Lösung für ein Heißzündgerät zum Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe L den weiteren Vorteil einer mit niedrigem Aufwand erreichten hohen Betriebssicherheit. Im Gegensatz zu bekannten Heißzündgeräten benötigt die Zündgerätesteuereinheit keine getrennte Stromversorgung, deswegen ist auch keine eigene Absicherung erforderlich. Operationsverstärker und andere Zwischenverstärkerstufen, die konventionell häufiger eingesetzt werden, entfallen. Dies alles trägt zu Zuverlässigkeit und EMV-Festigkeit der Schaltung bei.

Claims (12)

  1. Zündsteuergerät für eine Hochdruck-Entladungslampe (L) mit einem an Netzwechselspannung (u) liegenden Vorschaltgerät (VG), einem im Lampenlastkreis in Reihe zur Hochdruck-Entladungslampe angeordneten Zündtransformator (ZT), einem Zündkondensator (CZ)und einer Funkenstrecke (FS) zum Entladen des Zündkondensators über den Zündtransformator und mit einem primärseitig an Netzwechselspannung liegenden, über Schaltnetzwerke (S1, S2) zum Zünden der Hochdruck-Entladungslampe gesteuert aktivierbaren Hochspannungstransformator (HT), an den sekundärseitig der Zündkondensator angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine zum Überwachen der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe (L) dieser parallel liegend zugeordnete Schaltungseinrichtung (D4, R10, C12, R11) mit einer der kritischen Wiederzündspitze der Hochdruck-Entladungslampe entsprechend vorgegebenen Schaltschwelle zum Sperren der dem Hochspannungstransformator (HT) zugeordneten Schaltnetzwerke (S1, S2) für kurzzeitig aufeinanderfolgende Zündversuche solange die Netzwechselspannung ansteht.
  2. Zündsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (G1, C7, R6, D1, C8, K1) zum Überwachen des Lampenstromes der gezündeten HochdruckEntladungslampe (L) mit einem gesteuerten Schalter (K1, k11) vorgesehen ist, dessen Schaltstrecke (k11) derart im Strompfad der Schaltungseinrichtung (D4, R10, C12, R11) zum Überwachen der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe angeordnet ist, daß letztere nur bei brennender Hochdruck-Entladungslampe aktivierbar ist.
  3. Zündsteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (G1, C7, R6, D1, C8, K1) zum Überwachen des Lampenstromes zum Abgreifen einer dem netzfrequenten Lampenstrom entsprechenden Signalspannung zu einem im Strompfad des Lampenstromes liegenden Widerstandselement (VG) parallel geschaltet ist, einen Gleichrichter (G1) und einen Speicherkondensator (C7) zum Erzeugen einer geglätteten, gleichgerichteten Signalspannung sowie als gesteuerten Schalter ein von dieser gleichgerichteten Signalspannung gespeistes Relais (K1) mit einem Arbeitskontakt (k11) aufweist, der im Strompfad der Schaltungseinrichtung (D4, R10, C12, R11) zum Überwachen der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe (L) angeordnet ist und im betätigten Zustand diesen Strompfad parallel zur Hochdruck-Entladungslampe schließt.
  4. Zündsteuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (G1, C7, R6, D1, C8, K1) zum Überwachen des Lampenstromes eine Z-Diode (D1) aufweist, die dem Relais (K1) vorgeschaltet ist.
  5. Zündsteuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung (D4, R10, C12, R11) zum Überwachen der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe (L) einen in ihrem Strompfad liegenden Schwellwertschalter (D4)aufweist, dessen Schaltschwelle derart bemessen ist, daß er bei Überschreiten eines vorgebenen kritischen Wertes der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe (L) durchschaltet.
  6. Zündsteuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertschalter (D4) als Vierschichtdiode (Sidac) mit vorgegebener, auf den kritischen Wert der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe (L) bezogener Durchbruchspannung ausgebildet ist.
  7. Zündsteuergerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Strompfad der Schaltungseinrichtung (D4, R10, C12, R11) zum Überwachen der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe (L) ein Strombegrenzungsnetzwerk (R10, C12, R11) angeordnet ist.
  8. Zündsteuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Strombegrenzungsnetzwerk, mit dem Schwellwertschalter (D4) in Reihe liegend, einen Festwiderstand (R10) und einen Kondensator (C12) aufweist und diesem Kondensator parallel ein weiterer Widerstand (R11) zugeordnet ist.
  9. Zündsteuergerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Strompfad der schaltungseinrichtung (D4, R9, C12, R10) zum Überwachen der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe (L) eine in deren durchgeschaltetem Zustand aktivierbare, sich bei Stromunterbrechnung nach einer vorgegebenen Zeitdauer selbsttätig rücksetzende Speichereinrichtung (G2, R8, C10, R9, C11) vorgesehen ist und daß an diese Speichereinrichtung ausgangsseitig eine Schalteinrichtung (V3, V4) zum Sperren der Schaltnetzwerke (S1, S2) des Hochspannungstransformators (HT) angeschlossen ist, solange die Speichereinrichtung aktiviert ist.
  10. Zündsteuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung zum Sperren der Schaltnetzwerke (S1, S2) des Hochspannungstransformators (HT) zwei Optokoppler (V3, V4) besitzt, deren Eingange an die Speichereinrichtung (G2, R8, C10, R9, C11) angeschlossen sind und deren Schaltstrecken auf der Ausgangsseite jeweils in eine Steuerleitung der Schaltnetzwerke (S1 bzw. S2) eingeschleift sind, wobei durch Unterbrechen dieser Steuerleitungen die Schaltnetzwerke zu sperren sind.
  11. Zündsteuergerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (G2, R8, C10, R9, C11) eine im Strompfad der Schaltungseinrichtung (D4, R9, C12, R10) zum Überwachen der Brennspannung der Hochdruck-Entladungslampe (L) liegende Gleichrichteranordnung (G2) aufweist, an deren Gleichspannungsausgänge eine Reihenschaltung zweier RC-Glieder (R8, C10 bzw. R9, C11) parallel angeschlossen ist, wobei die RC-Glieder selbst jeweils Parallelschaltungen sind und in einem gemeinsamen Verbindungspunkt untereinander verbunden sind und daß der auf hohem Potential liegende Gleichrichterausgang über die Eingänge der insoweit zueinander in Serie liegenden Optokoppler (V3, V4) auf diesen gemeinsamen Verbindungspunkt der RC-Glieder zurückgeführt ist.
  12. Zündsteuergerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Speichereinrichtung (G2, R8, C10, R9, C11) an die Gleichrichterausgänge eine in Gegenrichtung vorgespannte Z-Diode (D2) angeschlossen ist und daß eine weitere, in Gegenrichtung vorgespannte Z-Diode (D3) in der Leitungsverbindung zwischen der Speichereinrichtung und den Optokopplern (V3, V4) vorgesehen ist.
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