EP1054579A2 - Schaltungsanordnung, zugeordnetes elektrisches System sowie Entladungslampe mit derartiger Schaltungsanordnung und Verfahren zu ihrem Betrieb - Google Patents

Schaltungsanordnung, zugeordnetes elektrisches System sowie Entladungslampe mit derartiger Schaltungsanordnung und Verfahren zu ihrem Betrieb Download PDF

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EP1054579A2
EP1054579A2 EP00107630A EP00107630A EP1054579A2 EP 1054579 A2 EP1054579 A2 EP 1054579A2 EP 00107630 A EP00107630 A EP 00107630A EP 00107630 A EP00107630 A EP 00107630A EP 1054579 A2 EP1054579 A2 EP 1054579A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
circuit
voltage
lamp
ignition
circuit arrangement
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Withdrawn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
EP00107630A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1054579A3 (de
Inventor
Michael Bönigk
Klaus Prof.Dr. Günther
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 GmbH
Original Assignee
Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
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Publication date
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Publication of EP1054579A2 publication Critical patent/EP1054579A2/de
Publication of EP1054579A3 publication Critical patent/EP1054579A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H05B41/16—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies
    • H05B41/18—Circuit arrangements in which the lamp is fed by DC or by low-frequency AC, e.g. by 50 cycles/sec AC, or with network frequencies having a starting switch

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement according to the preamble of Claim 1 and an associated electrical system that a discharge lamp comprises suitable for operation on an inductive ballast is.
  • These are, in particular, high and ultra-high pressure discharge lamps, which are increasingly widespread in all areas due to their good light output of lighting technology. Due to their special properties their ignition and operation is usually difficult. This applies in particular to high pressure sodium lamps with relatively high xenon pressure. Because of their excellent Luminous efficacy makes these lamps particularly suitable for street lighting. They often replace existing systems with much lower efficiency, for example mercury vapor lamps. With this problem is additionally the problem of power reduction (with the same luminous flux) solve, resulting in an overall energy saving.
  • the invention also relates to a method for ignition and operation a discharge lamp.
  • a circuit arrangement is described which the operation of a high pressure sodium lamp with high noble gas filling pressure (typically 2 atm xenon) and low power at a ballast inductor for higher powers (this arrangement is known as retrofit or plug-in technology), in particular the ignition of the lamp due to the very high cold filling pressure is considerably more difficult.
  • DE-A 31 48 821 describes in particular one on a capacitor based circuit for a high-pressure discharge lamp with auxiliary ignition electrode, which provides an increased voltage between the two main electrodes. An ignition of lamps with a very high cold filling pressure is with these Circuits are not possible.
  • US 3,732,460 describes a circuit for Fast cold and warm ignition with pulses up to 20 kV. The circuit used a capacitor in parallel with the electrodes, causing the open circuit voltage can be increased to three times the value.
  • circuits with very wide (high-energy) pulses are known, which enable the ignition and takeover of burners with a very high cold filling pressure.
  • very large, voluminous ignition inductors for rectified RF pulses required (DE-A 34 26 491).
  • a so-called internal fuse which short-circuits the series inductance for a short time creates a relatively wide one Firing pulse.
  • a corresponding arrangement can be found in US-A 5 336 974 and US-A 5 185 557.
  • a disadvantage is that the series inductance is loaded with the entire ignition voltage. This is for most ballasts harmful.
  • An additional task is to specify a method for doing so Operate lamp and a compact unit consisting of lamp and circuit arrangement specify.
  • the object was achieved in that a circuit arrangement was developed in which one of the assigned lamps connected in parallel Capacity to a voltage (take-over voltage) higher than the required and So far, only the desired (usual) open circuit voltage has been charged.
  • the Open-circuit voltage corresponds to the input voltage in conventional ballasts. After the breakdown, this voltage is immediately transferred to the plasma made available.
  • the increased voltage is provided by at least one of the following measures: By switching on one Resonance circuit (preferred), by a resonance increase or by a Combination of both.
  • the power is reduced by means of a phase control which is known per se in principle (so.). It can adhere to the maximum permitted Radio interference voltage after the lamp has been ignited and the lamp connected in parallel Capacitance (takeover capacitor) separated from the electrical circuit , which causes the periodic switching of a low-impedance source a capacity is prevented.
  • phase control which is known per se in principle (so.). It can adhere to the maximum permitted Radio interference voltage after the lamp has been ignited and the lamp connected in parallel Capacitance (takeover capacitor) separated from the electrical circuit , which causes the periodic switching of a low-impedance source a capacity is prevented.
  • Discharge lamps with very high filling pressure e.g. high pressure sodium vapor lamps with a very high xenon cold filling pressure of typically 1 to 3 bar
  • Discharge lamps with very high filling pressure are often difficult to close ignite because a high ignition voltage is required for the first breakdown and the takeover was very slow.
  • the invention is particularly suitable for so-called retrofit lamps (plug-in), a typical example is a circuit arrangement for the ignition and the Operation of a 70 W high pressure sodium lamp (with 2 atm xenon cold filling pressure) on one Burning point for originally using a 125 W mercury lamp the original ballast inductance.
  • a particularly preferred embodiment should at the same time adjust the lamp power (preferably reduction) be made possible.
  • a circuit arrangement was developed in which a capacitance (takeover capacitance) connected in parallel with the lamp to a voltage ( Takeover voltage U takeover > ⁇ 2 x U Netz_eff ), which is higher than the required (usual) open circuit voltage. After the breakdown, this voltage is immediately made available to the plasma.
  • the increased voltage is preferably provided by a switch-on process on a resonant circuit.
  • the present circuit can be divided into two networks, namely one for power reduction (by phase cut) and one for the actual ignition circuit.
  • One of the known leading edge control systems is preferably used to reduce the power Application, depending on the discharge vessel used (for example made of ceramic for a high pressure sodium lamp) but not a network for one Simmer power is required (see for example DE-A 34 38 003).
  • the exemplary lamp used (retrofit lamp with sodium vapor and 2 atm xenon) required about half the power to achieve the same lighting data as the mercury lamp originally intended for this burning point.
  • the belittling the power from, for example, 120 W to approx. 60 W is achieved by cutting each sine half-wave with a phase angle of approx. 1 to 2 ms.
  • a switching element serves advantageously a triac.
  • the phase angle is assigned to the triac Ignition circuit (for example RC element with diac) determined.
  • To stabilize the phase angle with changing mains voltage stabilization of the charging voltage for the capacitance of the gate ignition circuit of the diacs
  • the control circuit of the triac can be used with only one-sided DC coupling to the reference potential (see Figure 1b) as well be designed with direct coupling ( Figure 1c, 2b).
  • the ignition device of the circuit arrangement according to the invention preferably represents a superimposed ignition.
  • the takeover capacity of the ignition circuit (C2) is first charged by the current of the series inductance L1 (choke current).
  • This resonant circuit is excited by switching the switching element S1.
  • connection of the respective phase-cut sine half-wave by the switching element S1 can be regarded as a step function (switch-on process). This can result in a maximum voltage surge of 2 x U 0 at capacitor C2.
  • the voltage of the takeover capacitance C2 is preferably also above one Switching means (S2) of an additional network of an ignition circuit (preferred uses a spark gap). Is the ignition voltage of this spark gap reached, it breaks through and another third capacitor is preferred loaded.
  • the current flowing (approx. 100 A) creates one in the primary winding Ignition transformer T1 a voltage that transforms up through its secondary winding and is applied to the electrodes of the lamp.
  • the takeover capacity C2 blocks this high voltage from the rest of the circuit (especially the ballast inductance) from. Furthermore, the circle is through the takeover capacity closed towards the lamp.
  • This impedance can be preferred through a choke L3 (for AC) or through a resistor or similar. (for DC) be realized.
  • the lamp After ignition and arc acceptance in the lamp, the lamp can capacitance connected in parallel (take-over capacitor C2) by means of a further, switching element S3 connected in series (a spark gap is preferably used) be disconnected from the circuit. This is especially for compliance the legal regulations on permissible radio interference voltages are recommended, wherein the periodic switching of a low-resistance source to a capacitance is prevented.
  • a take-over capacitance C2 connected in parallel to the lamp L is charged by the choke current of the ballast impedance L1 (with associated resistor R D ) after switching through a switching element S1.
  • an additional charging capacitor C3 is connected in parallel with the take-over capacitor via switching element S2.
  • the implementation of a circuit arrangement is shown in Figure 1b.
  • the so too operating lamp L is, for example, a high-pressure sodium lamp with a power of 70 W. It replaces a 125 W mercury lamp with the same lighting technology Data.
  • the circuit arrangement is in the housing of the ballast L1 or housed directly in the lamp base or base housing or as a separate one Device connected behind the ballast L1.
  • the circuit arrangement contains two successive networks, a phase control PS and a superposition ignition circuit ZK.
  • a switching element is used Triac Q1, which is serial to the lamp circuit just behind the ballast impedance L1 is switched.
  • the phase angle is determined by an RC element, consisting of from the RC combination R1, R2, C1 arranged in series. This RC link lies parallel to the main electrodes of the triac Q1.
  • the defined ignition of the Triacs Q1 takes place via a diac Q2, which connects the control electrode of the triac with a contact point connects between R2 and C1.
  • Mains voltage (corresponding to a stabilization of the charging voltage for capacitor C1) is a varistor RV1 between R1 and the second mains voltage contact CE2 inserted.
  • the reduction in performance is carried out by gating each sine half-wave with a phase angle of approx. 1.2 ms.
  • the ignition circuit of the triac (consisting of the RC element R1, R2, C1 and the diac Q2) has only a one-sided direct current coupling to the reference potential. This allows a particularly simple execution.
  • Essential component of the Ignition circuit is an ignition capacitor C2, which is parallel to the electrodes of the lamp bridged the output of the phase control PS.
  • C2 is very advantageous chosen much larger than C1. This provides a coupling to the reference potential (C1 can be charged) and the triac can be ignited.
  • C2 After applying the mains voltage, C2 is charged first by the charging current from C1 and after the triac is switched through by the current of the ballast impedance L1.
  • C2 forms a series resonant circuit with L1 (including the resistance R D of the ballast impedance L1 and the resistance X S1 of the switching element S1).
  • Q1 is the associated switch S1, as explained in the basic circuit diagram (FIG. 1a), in which the series circuit comprising R D / X S1 / L1 / C2 is shown.
  • the circuit arrangement consists of the phase gating network PS, the C2 containing charge circuit LK and the additional ignition circuit ZKZ.
  • a particularly advantageous circuit arrangement SCH is shown in FIG is preferably integrated in the base (threaded part) S of a high-pressure sodium lamp L, see Figure 3a.
  • the lamp has an outer bulb AK and a ceramic discharge vessel EG, in which two electrodes EO face each other.
  • the filling of the Discharge vessel does not use mercury and only uses sodium and approx. 2 bar xenon (cold).
  • the circuit arrangement SCH can, however, also at least partially in a separate one Base housing SG (or in an operating device together with the ballast impedance) be accommodated, see Figure 3b.
  • the circuit arrangement SCH is in Figure 2a as a principle and in Figure 2b in one concrete implementation.
  • the advantage of the circuit according to FIG. 2b is that Defined coupling of the triac Q1 (and its associated gate circuit), whereby Prevents the charge of C2 from swinging back even for slower types and there is a rectangular takeover voltage with possible values also greater than 2 * ⁇ 2 * Uo_eff results.
  • the resistor R3 By means of the resistor R3, the height the takeover voltage can be set.
  • the size of R3 is heavily dependent from the phase angle.
  • the maximum achievable level of the takeover voltage is essentially on the quality of the capacitor C2 and on the reverse voltage of the Triac Q1.
  • the switching element S3 causes decoupling of takeover capacitor C2 after ignition and takeover of Lamp.
  • a spark gap FS2 with a breakdown voltage comes as S3 greater than the lamp voltage used. So an increased radio interference voltage, like when switching a low-impedance source to a capacitor occurs, avoided.
  • the size of R22 depends on the lamp impedance. The voltage across C4 should definitely be symmetrical.
  • the supply of the mains voltage (between the contacts CE1 and CE2) on the circuit arrangement SCH takes place via the separate, already before - namely ballast originally used for a 125 W mercury vapor lamp the impedance L1, which is directly connected to the contact CE1. It is about a common device.
  • a leading edge control PS contains the circuit arrangement another network ZKZ for the generation of a special high high voltage pulse to ignite the lamp, consisting of an ignition transformer T1, a capacitor C3 and an intermediate one Switching element FS1 in the form of a spark gap.
  • the voltage of C2 is also present across the spark gap FS1. Is the ignition voltage reaches the spark gap FS1, it breaks through and C3 is charged.
  • the current now flowing (approx. 100 A) generates one in the primary winding PW of T1 Voltage which is stepped up via the secondary winding SW and on the lamp L is present.
  • the capacitor C2 blocks the high voltage from the rest Switching (in particular from the lamp ballast inductance L1). Of C2 also closes the circle towards the lamp. This process is repeated within a half wave several times, each time a charge division between C2 and C3 (voltage rise at C3, voltage drop at C2). With the help of an additional inductance L2 in the ignition circuit ZKZ, the ignition pulse additionally shaped.
  • Fig. 4 shows the current and voltage curves as a function of time for the Embodiment of Figure 2b over a period of 21 ms.
  • Figure 4a shows the Current (in A) in the series inductance L1.
  • Figure 4b shows the voltage (in kV) on Ignition capacitor C2.
  • the takeover voltage U_C2 is approximately 0.7 kV (700 V).
  • the internal voltage between the electrodes (in kV) is specified there.
  • the ignition pulses can also be seen there.
  • Figure 4d Voltage (in kV) plotted across choke L1.
  • This circuit arrangement enables an extremely compact implementation, so that they in the usual screw base of a high pressure discharge lamp or in a small one (usual) base housing can be accommodated ( Figure 3). Are there neither auxiliary electrodes on the discharge vessel nor an internal igniter in the outer bulb necessary.
  • FIG. 5 shows the takeover voltage (in kV) with the ignition pulses of the circuit variant according to Figure 2b.
  • the ignition pulses are repeated approximately every 10 ms.
  • FIG. 6 shows a single ignition pulse with a high time resolution of 2 ⁇ s.
  • FIG. 7 shows the result of the radio interference voltage measurement of the circuit according to FIG. 1b.
  • FIG. 8 shows the result of the radio interference voltage measurement of the circuit Fig. 2b.
  • FIGS. 9a and 9b Another exemplary embodiment of a circuit arrangement is shown in FIGS. 9a and 9b shown.
  • the lamp to be operated with it is, for example, a high pressure sodium lamp with a power of 70 W. It replaces a 125 W mercury lamp with the same lighting data.
  • the circuit arrangement is in Housing of the ballast housed or as a separate device behind the Ballast switched.
  • the circuit arrangement consists of two in a row switched parts, a phase control PS and an elementary Ignition circuit ZK.
  • the power is reduced by cutting each sine half-wave with a Phase angle of approx. 1.5 ms.
  • a triac Q1 (serial in the Lamp circuit directly behind the ballast impedance L1).
  • the phase angle is determined by an RC element consisting of the one arranged in series RC combination R1, C1. This RC element is parallel to the main electrodes of the Triac Q1.
  • the defined ignition of the triac takes place via a Diac Q2, which the Control electrode of the triac connects to a contact point between R1 and C1.
  • the ignition circuit of the triac (consisting of the RC element R1, C1 and the diac Q2) has only a one-sided direct current coupling to the reference potential. This not only allows a particularly simple execution of the triac ignition circuit, but this also results in a switch-on process involving the ignition circuit the lamp can be realized.
  • An essential component of the ignition circuit is an ignition capacitor C2, the output of the phase control in parallel with the electrodes of the lamp PS bridged.
  • C2 is advantageously chosen to be much larger than C1 (typically 10 to 100 times larger). This creates a coupling to the reference potential provided (C1 can be charged) and enables the triac to ignite.
  • the lamp ignition circuit ZK of this circuit arrangement also uses networks known per se in addition to C2. It can also take advantage of an overlay ignition.
  • C2 After applying the mains voltage, C2 is charged first by the charging current from C1 and after the triac is switched through by the current of the ballast impedance L1.
  • C2 forms a series resonant circuit with L1 and its resistor R D.
  • Q1 is the associated switch S1, as explained in the basic circuit diagram (FIG. 9b), in which the series connection from R D / L1 / C2 is shown.
  • the step S1 is symbolized by the switch S1. This makes it possible to increase the voltage to twice the mains voltage U o .

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

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

Description

Diese Anmeldung steht in engem Zusammenhang mit der gleichzeitig eingereichten Anmeldung mit dem internen Aktenzeichen 99 P 5530
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie von einem zugeordneten elektrischen System, das eine Entladungslampe umfaßt, die für den Betrieb an einem induktiven Vorschaltgerät geeignet ist. Es handelt sich dabei insbesondere um Hoch- und Höchstdruckentladungslampen, die wegen ihrer guten Lichtausbeute zunehmend Verbreitung in allen Bereichen der Beleuchtungstechnik finden. Bedingt durch ihre speziellen Eigenschaften ist ihre Zündung und ihr Betrieb meist schwierig. Dies gilt insbesondere für Natriumhochdrucklampen mit relativ hohem Xenondruck. Durch ihre hervorragende Lichtausbeute eignen sich diese Lampen besonders gut für Straßenbeleuchtungen. Hierbei ersetzen sie häufig bestehende Systeme mit wesentlich geringerem Wirkungsgrad, beispielsweise Quecksilberdampflampen. Bei dieser Problemstellung ist zusätzlich auch das Problem der Leistungsreduktion (bei gleichem Lichtstrom) zu lösen, wodurch sich insgesamt eine Energieeinsparung ergibt.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Zünden und Betreiben einer Entladungslampe. Insbesondere wird eine Schaltungsanordnung beschrieben, die den Betrieb einer Natriumhochdrucklampe mit hohem Edelgasfülldruck (typisch 2 atm Xenon) und geringer Leistung an einer Vorschaltinduktivität für höhere Leistungen (diese Anordnung ist als Retrofit- oder Plug-In-Technik bekannt) ermöglicht, wobei insbesondere die Zündung der Lampe wegen des sehr hohen Kaltfülldrucks erheblich erschwert ist.
Stand der Technik
Das Problem der erschwerten Zündung von Hochdruckentladungslampen (insbesondere bei dem Ersatz einer Quecksilberdampflampe durch eine Natriumhochdrucklampe) wurde bisher beispielsweise durch spezielle Zündhilfen, durch Innenzünder oder durch besondere Zündgasgemische versucht zu lösen. In den beiden ersten Fällen wird dabei aber die Vorschaltinduktivität voll mit der Zündspannung belastet, im letzteren Fall werden die lichttechnischen Eigenschaften der Lampe beeinträchtigt.
Die Anpassung von Natriumhochdrucklampen an vorhandene Brennstellen für Quecksilberdampflampen hinsichtlich ihrer elektrischen Daten (z.B. Größe des Drosselstroms) und lichttechnischen Daten (z.B. Lichtstrom) ist mit bisherigen Mitteln noch nicht zufriedenstellend gelöst worden.
Schaltungsanordnungen, die sich insbesondere für Retrofit-Anwendungen eignen, sind z.B. in der DE-A 31 48 821, EP-A 181 666 und EP-A 181 667 und EP 168 087 beschrieben. Die DE-A 31 48 821 beschreibt insbesondere eine auf einem Kondensator beruhende Schaltung für eine Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfs-Elektrode, die eine erhöhte Spannung zwischen den beiden Haupt-Elektroden bereitstellt. Eine Zündung von Lampen mit sehr hohem Kaltfülldruck ist mit diesen Schaltungen aber nicht möglich. US 3 732 460 beschreibt eine Schaltung für schnelles Kalt- und Warmzünden mit Pulsen bis 20 kV. Die Schaltung verwendet einen parallel zu den Elektroden liegenden Kondensator, wodurch die Leerlaufspannung bis zum dreifachen Wert überhöht werden kann.
Des weiteren sind Schaltungen mit sehr breiten (energiereichen) Impulsen bekannt, die die Zündung und Übernahme von Brennern mit sehr hohem Kaltfülldruck ermöglichen. Hierbei sind aber sehr große, voluminöse Zündinduktivitäten für gleichgerichtete HF-Impulse erforderlich (DE-A 34 26 491). Oder ein sogenannter Innenzünder, der die Vorschaltinduktivität kurzzeitig kurzschließt, erzeugt einen relativ breiten Zündimpuls. Beispielsweise findet sich eine entsprechende Anordnung in US-A 5 336 974 und US-A 5 185 557. Nachteilig ist aber, daß hierbei die Vorschaltinduktivität mit der gesamten Zündspannung belastet wird. Dies ist für die meisten Vorschaltgeräte schädlich.
Hinsichtlich der Leistungsreduzierung von Lampen existiert ebenfalls eine Vielzahl von Vorschlägen. Die übliche Technik basiert auf einer Phasenanschnittsteuerung, wie sie beispielsweise in der US-A 3 925 705 und DE-A 34 38 003 beschrieben ist. In beiden ist einem Halbleiterschaltelement (beispielsweise ein Sidac oder ein mittels Diac gesteuerter Triac) ein RC-Glied parallelgeschaltet. Um den Austausch eines bereits vorhandenen Vorschaltgeräts zu vermeiden, wird eine Retrofit-Lampe verwendet, bei der eine Kapazität parallel zum Entladungsgefäß im Außenkolben angeordnet ist (WO 96/21337 und EP 030 785). Nachteilig dabei ist die schwierige Realisierbarkeit sowie u.U. die aufwendigen Maßnahmen zur Einhaltung der Funkentstörvorschriften.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereitzustellen, die eine elektrodenbehaftete Entladungslampe schnell und einfach zündet und dafür wenig elektronische Bauteile benötigt. Eine zusätzliche Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, um eine derartige Lampe zu betreiben sowie eine kompakte Baueinheit aus Lampe und Schaltungsanordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schaltungsanordnung entwickelt wurde, bei der eine der zugeordneten Lampe parallel geschaltete Kapazität auf eine Spannung (Übernahmespannung) höher als die erforderliche und bisher ausschließlich angestrebte (übliche) Leerlaufspannung aufgeladen wird. Die Leerlaufspannung entspricht bei konventionellen Vorschaltgeräten der Eingangsspannung. Nach erfolgtem Durchschlag wird diese Spannung dem Plasma sofort zur Verfügung gestellt. Die Bereitstellung der erhöhten Spannung erfolgt durch mindestens eine der folgenden Maßnahmen: Durch den Einschaltvorgang an einem Resonanzkreis (bevorzugt), durch eine Resonanzüberhöhung oder durch eine Kombination aus beidem.
Die Leistungsreduzierung erfolgt mittels einer im Prinzip an sich bekannten Phasen(an-)schnittsteuerung (s.o.). Dabei kann zur Einhaltung der maximal zugelassenen Funkstörspannung nach dem Zünden der Lampe die der Lampe parallel geschaltete Kapazität (Übernahmekondensator) aus dem elektrischen Kreis abgetrennt werden, wodurch das periodische Schalten einer niederohmigen Quelle auf eine Kapazität verhindert wird.
Es hat sich gezeigt, daß bei Entladungslampen nach dem ersten Durchschlag die zur Verfügung stehende Spannung für die endgültige Übernahme des Bogens u.U. von entscheidender Bedeutung ist.
Entladungslampen mit sehr hohem Fülldruck (z.B. Natriumdampfhochdrucklampen mit sehr hohem Xenonkaltfülldruck von typisch 1 bis 3 bar) sind oft nur schwer zu zünden, da eine hohe Zündspannung für den ersten Durchschlag erforderlich ist und die Übernahme nur sehr zögerlich erfolgt.
Es sind für deren Zündung und Übernahme Impulse mit sehr hoher Spannung und Leistung erforderlich. Des Weiteren begünstigt eine hohe Übernahmespannung eine erfolgreiche Übernahme des Bogens schon nach dem ersten Durchschlag.
Überraschenderweise konnte eine einfache Schaltungsanordnung gefunden werden, mit der sich auch sehr zündunwillige Lampen zünden und betreiben lassen, wobei der Schaltungsaufwand sehr gering ist und daher kostengünstig und platzsparend ist, so daß die Schaltung zumindest teilweise im Sockel der zugehörigen Lampe untergebracht werden kann. Da die Zündimpulse durch das erfindungsgemäße Schaltungsprinzip relativ schmal gehalten werden können (mindestens zweimal bis zehnmal schmaler als beim o.e. Stand der Technik), sind keine voluminösen Induktivitäten erforderlich. Die Vorschaltinduktivität wird nicht mit der Zündspannung belastet.
Die Erfindung ist insbesondere für sogenannte Retrofit-Lampen (Plug-In) geeignet, wobei ein typisches Beispiel eine Schaltungsanordnung ist für die Zündung und den Betrieb einer 70 W Natriumhochdrucklampe (mit 2 atm Xenon Kaltfülldruck) an einer Brennstelle für ursprünglich eine 125 W Quecksilberdampflampe, unter Verwendung der ursprünglichen Vorschaltinduktivität. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sollte gleichzeitig eine Einstellung der Lampenleistung (bevorzugt Reduzierung) ermöglicht werden.
Erfindungsgemäß wurde eine Schaltungsanordnung entwickelt, bei der eine der Lampe parallel geschaltete Kapazität (Übernahmekapazität) auf eine Spannung (Übernahmespannung UÜbernahme > √2 x UNetz_eff ), die höher als die erforderliche (übliche) Leerlaufspannung ist, aufgeladen wird. Nach erfolgtem Durchschlag wird diese Spannung dem Plasma sofort zur Verfügung gestellt. Die Bereitstellung der erhöhten Spannung erfolgt bevorzugt durch einen Einschaltvorgang an einem Resonanzkreis.
Die vorliegende Schaltung kann in zwei Netzwerke unterteilt werden, nämlich eines für die Leistungsreduktion (per Phasenschnitt) und eines für den eigentlichen Zündkreis.
Zur Leistungsreduktion findet bevorzugt eine der bekannten Phasenanschnittsteuerungen Anwendung, wobei je nach verwendetem Entladungsgefäß (beispielsweise aus Keramik für eine Natriumhochdrucklampe) u.U. aber kein Netzwerk für eine Simmerleistung erforderlich ist (siehe beispielsweise DE-A 34 38 003). Die beispielhaft verwendete Lampe (Retrofit-Lampe mit Natriumdampf und 2 atm Xenon) benötigt etwa die halbe Leistung zum Erzielen der gleichen lichttechnischen Daten wie die ursprünglich für diese Brennstelle gedachte Quecksilber-Lampe. Die Herabsetzung der Leistung von beispielsweise 120 W auf ca. 60 W erfolgt durch Anschnitt jeder Sinushalbwelle mit einem Phasenwinkel von ca. 1 bis 2 ms. Als Schaltelement dient vorteilhaft ein Triac. Der Phasenwinkel wird durch ein dem Triac zugeordneten Zündkreis (beispielsweise RC-Glied mit Diac) bestimmt. Zur Stabilisierung des Phasenwinkels bei veränderlicher Netzspannung (Stabilisierung der Ladespannung für die Kapazität des Gatezündkreises des Diacs) kann beispielsweise noch ein Varistor, Diac, Begrenzerdiode, o.ä. eingefügt werden.
Der Ansteuerkreis des Triacs (Gatezündkreis) kann sowohl mit nur einseitiger gleichstrommäßiger Ankopplung an das Bezugspotential (siehe Figur 1b) als auch mit direkter Ankopplung (Figur 1c, 2b) ausgelegt sein.
Die Zündeinrichtung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung stellt bevorzugt eine Überlagerungszündung dar. Nach Anlegen einer Netzspannung U0 und Durchschalten eines Schaltelements S1 (beispielsweise ein Triac Q1) wird zuerst die Übernahmekapazität des Zündkreises (C2) durch den Strom der Vorschaltinduktivität L1 (Drosselstrom) geladen. Die Übernahmekapazität (C2) bildet mit der Lampen-Vorschaltinduktivität L1 einen Reihenschwingkreis, wobei die Resonanzfrequenz fr bestimmt ist durch: fr = 1/(2π√L1C2).
Durch das Durchschalten des Schaltelements S1 wird dieser Schwingkreis angeregt.
Das Zuschalten der jeweils phasenangeschnittenen Sinushalbwelle durch das Schaltelement S1 kann als eine Sprungfunktion (Einschaltvorgang) betrachtet werden. Hierbei kann es am Kondensator C2 zu einer Spannungsüberhöhung von maximal 2 x U0 kommen.
Bei Verwendung eines relativ langsamen Schaltelements (langsamer Thyristortyp oder auch Triac oder zusätzliches Netzwerk über dem Schaltelement S1) kann es beim Abfallen der Versorgungsspannung (abfallender Teil des Netzsinus) zum Zurückfließen der auf dem Kondensator C2 gespeicherten Energie kommen. Unter diesen Bedingungen findet jede neue Netzhalbwelle, die wieder einen Einschaltsprung verursacht, eine definierte Anfangsbedingung mit UC2 ≈ 0V vor.
Bei Verwendung eines schnellen Schaltelements (beispielsweise Frequenz-Thyristor oder Triac mit entsprechender Beschaltung zur Ausräumung des Gatekreises, siehe Figur 2b) bleibt die Ladung auf dem Kondensator C2 erhalten. Jede neue Netzhalbwelle (Einschaltsprung) findet somit eine negative Vorladung auf dem Kondensator C2 vor, welche bei der Um- bzw. Aufladung von C2 einen höheren Strom zur Folge hat. Dieser bewirkt an L1 eine resonante Spannungsüberhöhung, welche wiederum auf C2 übertragen wird. Dieser Mechanismus führt dazu, daß sich die Spannungsüberhöhung bei jeder Netzhalbwelle noch weiter steigert. Dadurch sind Spannungsüberhöhungen möglich, die größer als das Zweifache der Netzspannung sind.
Durch das Verhindern des Zurückschwingens der Ladung von C2 wird eine fast rechteckförmige Übernahmespannung mit einer Halbperiode von typisch 1 bis 100 ms erzeugt. Eine Halbperiode von 5 bis 15 ms ist für die Übernahme besonders günstig.
Bevorzugt liegt die Spannung der Übernahmekapazität C2 ebenfalls über einem Schaltmittel (S2) eines zusätzlichen Netzwerkes eines Zündkreises (bevorzugt wird eine Funkenstrecke verwendet) an. Ist die Zündspannung dieser Funkenstrecke erreicht, bricht sie durch und es wird bevorzugt ein weiterer, dritter Kondensator geladen. Der jetzt fließende Strom (ca. 100 A) erzeugt in der Primärwicklung eines Zündübertragers T1 eine Spannung, die über seine Sekundärwicklung hochtransformiert wird und an den Elektroden der Lampe anliegt. Die Übernahmekapazität C2 blockt diese Hochspannung von der restlichen Schaltung (insbesondere der Vorschaltinduktivität) ab. Des weiteren wird durch die Übernahmekapazität der Kreis zur Lampe hin geschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich innerhalb einer Halbwelle mehrmals, wobei jedesmal eine Ladungsteilung zwischen der Übernahmekapazität C2 (dort resultiert ein Spannungsabfall) und der dritten Kapazität C3 (dort resultiert ein entsprechender Spannungsanstieg) stattfindet. Im Verlaufe einer Netzhalbwelle wird die Kapazität C2 dadurch schließlich auf eine weiter erhöhte Spannung geladen. Diese Spannung steht als Übernahmespannung für die Lampe bereit, wobei die Ladungsmenge der Übernahmekapazität (mit der erhöhten Übernahmespannung) niederohmig zum Aufheizen des Plasmas zur Verfügung steht. Dagegen ist der bloße durch die Vorschaltimpedanz begrenzte Strom (wie er beim Stand der Technik benutzt wird) für eine Übernahme des Bogens oftmals nicht ausreichend.
Mit Hilfe einer weiteren Impedanz im Primärkreis des Zündübertragers kann eine zusätzliche Formung des Zündimpulses erfolgen. Diese Impedanz kann bevorzugt durch eine Drossel L3 (für AC) oder aber auch durch einen Widerstand o.ä. (für DC) realisiert sein.
Nach erfolgter Zündung und Bogenübernahme in der Lampe kann die der Lampe parallel geschaltete Kapazität (Übernahmekondensator C2) mittels eines weiteren, seriell dazu liegenden Schaltelements S3 (bevorzugt wird eine Funkenstrecke verwendet) aus dem Schaltkreis abgetrennt werden. Dies ist insbesondere zur Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften über zulässige Funkstörspannungen empfehlenswert, wobei das periodische Schalten einer niederohmigen Quelle auf eine Kapazität verhindert wird.
Figuren
Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1a
Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung
Figur 1b
Realisierung der Schaltungsanordnung nach Figur 1a
Figur 1c
Realisierung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung nach Figur 1a
Figur 2a
Schaltbild zum Wirkprinzip mit Abschaltung des Übernahmekondensators und gleichstrommäßiger Ankopplung des Triac-Zündkreises
Figur 2b
Schaltungsanordnung eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles
Figur 3a
eine Lampe mit im Sockel integrierter Schaltungsanordnung
Figur 3b
eine Lampe mit im Sockelgehäuse integrierter Schaltungsanordnung
Figur 4
der Strom- und Spannungsverlauf gemäß Figur 2b
Figur 5
Übernahmespannung und Zündimpuls der Schaltung nach Fig. 2
Figur 6
zeitaufgelöster Zündimpuls
Figur 7
Funkstörspannungsmessung der Schaltung nach Fig. 1b
Figur 8
Funkstörspannungsmessung der Schaltung nach Fig. 2b
Figur 9a
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung
Figur 9b
das Prinzip der Schaltung von Figur 9a
Beschreibung der Zeichnungen
Fig.1a stellt den grundlegenden Stromlaufplan dar. Eine der Lampe L parallel geschaltete Übernahmekapazität C2 wird durch den Drosselstrom der Vorschaltimpedanz L1 (mit zugehörigem Widerstand RD) nach Durchschalten eines Schaltelements S1 geladen. Zur weiteren Spannungserhöhung ist ein zusätzlicher Ladekondensator C3 über Schaltelement S2 dem Übernahmekondensator parallel geschaltet.
Die Realisierung einer Schaltungsanordnung ist in Figur 1b gezeigt. Die damit zu betreibende Lampe L ist beispielsweise eine Natriumhochdrucklampe mit einer Leistung von 70 W. Sie ersetzt eine 125 W Quecksilberdampflampe mit gleichen lichttechnischen Daten. Die Schaltungsanordnung ist im Gehäuse des Vorschaltgeräts L1 oder direkt im Lampensockel bzw. Sockelgehäuse untergebracht oder als separates Gerät hinter das Vorschaltgerät L1 geschaltet. Die Schaltungsanordnung enthält zwei hintereinander liegende Netzwerke, eine Phasenanschnittsteuerung PS und einen Überlagerungszündkreis ZK.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel (Figur 1c) dient als Schaltelement ein Triac Q1, der seriell in den Lampenstromkreis direkt hinter der Vorschaltimpedanz L1 geschaltet ist. Der Phasenwinkel wird durch ein RC-Glied bestimmt, bestehend aus der in Serie angeordneten RC-Kombination R1, R2, C1. Dieses RC-Glied liegt parallel zu den Hauptelektroden des Triac Q1. Die definierte Zündung des Triacs Q1 erfolgt über einen Diac Q2, der die Kontrollelektrode des Triac mit einem Kontaktpunkt zwischen R2 und C1 verbindet. Zur Stabilisierung des Phasenwinkels bei veränderlicher Netzspannung (entsprechend einer Stabilisierung der Ladespannung für den Kondensator C1) ist ein Varistor RV1 zwischen R1 und dem zweiten Netzspannungskontakt CE2 eingefügt. Die Reduktion der Leistung erfolgt durch Anschnitt jeder Sinushalbwelle mit einem Phasenwinkel von ca. 1,2 ms.
Der Zündkreis des Triac (bestehend aus dem RC-Glied R1, R2, C1 und dem Diac Q2) besitzt nur eine einseitige gleichstrommäßige Ankopplung an das Bezugspotential. Dies erlaubt eine besonders einfache Ausführung. Wesentliches Bauteil des Zündkreises ist ein Zündkondensator C2, der parallel zu den Elektroden der Lampe den Ausgang der Phasenanschnittsteuerung PS überbrückt. Vorteilhaft ist C2 sehr viel größer als C1 gewählt . Dadurch wird eine Kopplung zum Bezugspotential bereitgestellt (C1 kann geladen werden) und die Durchzündung des Triacs ermöglicht.
Nach Anlegen der Netzspannung wird zuerst C2 durch den Ladestrom von C1 und nach Durchschalten des Triacs durch den Strom der Vorschaltimpedanz L1 geladen. C2 bildet mit L1 (einschließlich des Widerstands RD der Vorschaltimpedanz L1 und des Widerstands XS1 des Schaltelements S1) einen Reihenschwingkreis. Dabei ist Q1 der zugehörige Schalter S1, wie im Prinzipschaltbild (Fig. 1a) erläutert, in dem die Reihenschaltung aus RD/XS1/L1/C2 dargestellt ist.
Insgesamt besteht die Schaltungsanordnung also aus dem Phasenanschnittsnetzwerk PS, dem C2 enthaltenden Ladekreis LK und dem zusätzlichen Zündkreis ZKZ.
In Figur 2 ist eine besonders vorteilhafte Schaltungsanordnung SCH gezeigt, die bevorzugt im Sockel (Gewindeteil) S einer Natriumhochdrucklampe L integriert ist, siehe Figur 3a. Die Lampe hat einen Außenkolben AK und ein keramisches Entladungsgefäß EG, in dem sich zwei Elektroden EO gegenüberstehen. Die Füllung des Entladungsgefäßes verzichtet auf Quecksilber und verwendet nur Natrium und ca. 2 bar Xenon (kalt).
Die Schaltungsanordnung SCH kann aber auch zumindest teilweise in einem separaten Sockelgehäuse SG (oder in einem Betriebsgerät zusammen mit der Vorschaltimpedanz) untergebracht sein, siehe Figur 3b.
Die Schaltungsanordnung SCH ist in Figur 2a als Prinzip und in Figur 2b in einer konkreten Realisierung dargestellt. Der Vorteil der Schaltung nach Fig. 2b ist die definierte Ankopplung des Triacs Q1 (und seines zugehörigen Gatekreises), wodurch auch für langsamere Typen ein Zurückschwingen der Ladung von C2 verhindert wird und sich eine rechteckförmige Übernahmespannung mit möglichen Werten auch größer als 2*√2 *Uo_eff ergibt. Mittels des Widerstandes R3 kann die Höhe der Übernahmespannung eingestellt werden. Die Größe von R3 ist stark abhängig vom Phasenwinkel. Die maximal erreichbare Höhe der Übernahmespannung wird im wesentlichen von der Güte des Kondensators C2 sowie von der Sperrspannung des Triacs Q1 bestimmt. Des weiteren bewirkt das Schaltelement S3 eine Abkopplung des Übernahmekondensators C2 nach erfolgter Zündung und Übernahme der Lampe. Es kommt als S3 eine Funkenstrecke FS2 mit einer Durchbruchspannung größer als die Lampenbrennspannung zum Einsatz. So wird eine erhöhte Funkstörspannung, wie sie beim Schalten einer niederohmigen Quelle auf einen Kondensator auftritt, vermieden. Die Größe von R22 ist von der Lampenimpedanz abhängig. Die Spannung über C4 sollte auf jeden Fall symmetrisch sein.
Die Zufuhr der Netzspannung (zwischen den Kontakten CE1 und CE2 anliegend) an die Schaltungsanordnung SCH erfolgt über das separate, bereits vorher-- nämlich ursprünglich für eine 125 W Quecksilberdampflampe-- benutzte Vorschaltgerät mit der Impedanz L1, das direkt mit dem Kontakt CE1 verbunden ist. Es handelt sich um ein übliches Gerät.
Neben den schon beschriebenen Teile einer Phasenanschnittsteuerung PS enthält die Schaltungsanordnung ein weiteres Netzwerk ZKZ für die Erzeugung eines besonders hohen Hochspannungsimpulses zur Zündung der Lampe, bestehend aus einem Zündübertrager T1, einem Kondensator C3 und einem dazwischen liegenden Schaltelement FS1 in Gestalt einer Funkenstrecke.
Die Spannung von C2 liegt auch über der Funkenstrecke FS1 an. Ist die Zündspannung der Funkenstrecke FS1 erreicht, bricht diese durch und es wird C3 geladen. Der jetzt fließende Strom (ca. 100 A) erzeugt in der Primärwicklung PW von T1 eine Spannung, welche über die Sekundärwicklung SW hochtransformiert wird und an der Lampe L anliegt. Der Kondensator C2 blockt die Hochspannung von der restlichen Schaltung (insbesondere von der Lampenvorschaltinduktivität L1) ab. Des weiteren wird durch C2 der Kreis zur Lampe hin geschlossen. Dieser Vorgang wiederholt sich innerhalb einer Halbwelle mehrmals, wobei jedesmal eine Ladungsteilung zwischen C2 und C3 stattfindet (Spannungsanstieg an C3, Spannungsabfall an C2). Mit Hilfe einer zusätzlichen Induktivität L2 im Zündkreis ZKZ wird der Zündimpuls zusätzlich geformt.
Fig. 4 zeigt die Strom- und Spannungsverläufe in Abhängigkeit von der Zeit für das Ausführungsbeispiel der Figur 2b über einen Zeitraum von 21 ms. Figur 4a zeigt den Strom (in A) in der Vorschaltinduktivität L1. Figur 4b zeigt die Spannung (in kV) am Zündkondensator C2. Die Übernahmespannung U_C2 ist etwa 0,7 kV (700 V). Sie liegt gleichermaßen auch zwischen den Elektroden der Lampe L an, wie Figur 4c verdeutlicht. Dort ist die Brennspannung zwischen den Elektroden (in kV) angegeben. Dort sind auch die Zündimpulse erkennbar. Schließlich ist in Figur 4d die Spannung (in kV) über der Drossel L1 aufgetragen.
Diese Schaltungsanordnung ermöglicht eine äußerst kompakte Realisierung, so daß sie im üblichen Schraubsockel einer Hochdruckentladungslampe bzw. in einem kleinen (üblichen) Sockelgehäuse untergebracht werden kann (Figur 3). Dabei sind weder Hilfselektroden am Entladungsgefäß noch ein Innenzünder im Außenkolben notwendig.
Konkrete Werte für die verwendeten Bauteile finden sich in der beigefügten Liste 1 und 2.
Figur 5 zeigt die Übernahmespannung (in kV) mit den Zündimpulsen der Schaltungsvariante gemäß Figur 2b. Die Zündimpulse wiederholen sich etwa alle 10 ms.
Figur 6 zeigt einen einzelnen Zündimpuls mit hoher Zeitauflösung von 2 µs.
Figur 7 zeigt das Ergebnis der Funkstörspannungsmessung der Schaltung nach Fig. 1b. Figur 8 zeigt das Ergebnis der Funkstörspannungsmessung der Schaltung nach Fig. 2b.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung ist in Figur 9a und 9b gezeigt. Die damit zu betreibende Lampe ist beispielsweise eine Natriumhochdrucklampe mit einer Leistung von 70 W. Sie ersetzt eine 125 W Quecksilberdampflampe mit gleichen lichttechnischen Daten. Die Schaltungsanordnung ist im Gehäuse des Vorschaltgeräts untergebracht oder als separates Gerät hinter das Vorschaltgerät geschaltet. Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei hintereinander geschalteten Teilen, einer Phasenanschnittsteuerung PS und einem elementaren Zündkreis ZK.
Die Reduktion der Leistung erfolgt durch Anschnitt jeder Sinushalbwelle mit einem Phasenwinkel von ca. 1,5 ms. Als Schaltelement dient ein Triac Q1 (seriell in den Lampenstromkreis direkt hinter der Vorschaltimpedanz L1 geschaltet). Der Phasenwinkel wird durch ein RC-Glied bestimmt, bestehend aus der in Serie angeordneten RC-Kombination R1, C1. Dieses RC-Glied liegt parallel zu den Hauptelektroden des Triac Q1. Die definierte Zündung des Triacs erfolgt über einen Diac Q2, der die Kontrollelektrode des Triac mit einem Kontaktpunkt zwischen R1 und C1 verbindet.
Der Zündkreis des Triac (bestehend aus dem RC-Glied R1, C1 und dem Diac Q2) besitzt nur eine einseitige gleichstrommäßige Ankopplung an das Bezugspotential. Dies erlaubt nicht nur eine besonders einfache Ausführung des Triaczündkreises, sondern dadurch ist auch ein Einschaltvorgang unter Einbeziehung des Zündkreises der Lampe realisierbar. Wesentliches Bauteil des Zündkreises ist ein Zündkondensator C2, der parallel zu den Elektroden der Lampe den Ausgang der Phasenanschnittsteuerung PS überbrückt. Vorteilhaft ist C2 sehr viel größer als C1 gewählt (typisch 10- bis 100fach größer). Dadurch wird eine Kopplung zum Bezugspotential bereitgestellt (C1 kann geladen werden) und die Durchzündung des Triacs ermöglicht.
Der Lampenzündkreis ZK dieser Schaltungsanordnung verwendet insbesondere noch zusätzlich zu C2 an sich bekannte Netzwerke. Er kann zusätzlich auch eine Überlagerungszündung ausnützen. Nach Anlegen der Netzspannung wird zuerst C2 durch den Ladestrom von C1 und nach Durchschalten des Triacs durch den Strom der Vorschaltimpedanz L1 geladen. C2 bildet mit L1 und dessen Widerstand RD einen Reihenschwingkreis. Dabei ist Q1 der zugehörige Schalter S1, wie im Prinzipschaltbild (Fig. 9b) erläutert, in dem die Reihenschaltung aus RD/L1/C2 dargestellt ist. Das sprunghafte Zuschalten ist durch den Schalter S1 symbolisiert. Damit ist eine Spannungsüberhöhung auf das Doppelte der Netzspannung Uo möglich.
Liste 1 (zu Figur 1c)
R1 =
56k
R2 =
680k
RV1 =
Varistor 60V
C1 =
10nF
C2 =
470nF /400V B32522 MKT
C3 =
470nF /400V B32522 MKT
L1 =
üblich (HQ 125W)
T1 =
R36, N30 , 4/100 Wdgn (Siemens)
L2 =
6 µH, 1,5A Siemens 565-2
Q1 =
z.B. BTB12BW
Q2 =
DB3 o.ä.
FS1 =
∼380V
Liste 2 (zu Figur 2b)
R21 =
56k
R22 =
680k (Phasenwinkel 1,2 ms)
R3 =
∼ 6,8M für Übernahmespannung=600V
R24 =
680k
RV2 =
Varistor 60V
C5 =
10nF
C2 =
100nF /630V B32652 MKT
C3 =
100nF/630V B32652 MKT
C4 =
6,8nF /400V (200V∼)
C7 =
1nF (230V∼)
C6 =
100pF
L1 =
üblich (HQ 125W)
T1 =
R25/10, N27, 4/90 Wdgn (Siemens)
L2 =
6 µH, 1,5A Siemens 565-2
Q1 =
z.B. BTA12BW
Q2 =
DB3 o.ä.
FS1 =
∼550V
FS2 =
∼230V

Claims (23)

  1. Schaltungsanordnung zum Zünden und für den Betrieb einer elektrodenbehafteten Hochdruckentladungslampe an einer Vorschaltimpedanz (L1), wobei die Schaltungsanordnung mindestens eine Zündeinrichtung und eine der Lampe mittelbar oder unmittelbar parallel geschaltete Kapazität (Übernahmekapazität C2) umfaßt, die im Betrieb zusammen mit der Vorschaltimpedanz (L1) einen Resonanzkreis bildet, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel in der Schaltungsanordnung dazu geeignet sind, die der Lampe parallel geschaltete Kapazität (C2) auf eine Spannung aufzuladen, die höher ist als die Eingangsspannung der Schaltungsanordnung, wodurch bewirkt wird, daß den Elektroden neben dem Zündimpuls eine Übernahmespannung bereitgestellt werden kann, die deutlich höher als die Eingangsspannung der Schaltung ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Übernahmespannung durch einen Einschaltvorgang, ausgelöst durch eine Schaltelement (S1), oder durch Resonanzüberhöhung oder durch eine Kombination aus beiden Maßnahmen bereitgestellt wird.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übernahmekapazität (C2) mittelbar oder unmittelbar ein oder mehrere weitere Kapazitäten (C3) eines zusätzlichen Zündkreises ZKZ, insbesondere über ein weiteres Schaltelement (S2), parallel geschaltet sind, welche auf eine höhere Spannung als die Eingangsspannung der Anordnung aufgeladen sind und daß daraus resultierend an den Elektroden eine erhöhte Übernahmespannung bereit stehen kann.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung als Überlagerungskreis ausgebildet ist.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mindestens einen weiteren Schaltkreis zur Leistungsreduzierung (PS) besitzt, der insbesondere eine Phasenschnittsteuerung umfaßt.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Schaltkreis eine Phasenanschnittsteuerung beinhaltet, mit einem Schaltelement (Q1) und einem den Phasenwinkel bestimmenden Zündkreis, insbesondere einem RC-Glied (R1, R2, C1).
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenwinkel zusätzlich durch ein weiteres elektronisches Bauteil stabilisiert ist.
  8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündkreis (ZKZ) als Schaltelement S2 eine Funkenstrecke (FS1) oder einen Halbleiterschalter benützt.
  9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die der Lampe mittelbar oder unmittelbar parallel geschaltete Übernahmekapazität (C2) nach erfolgter Übernahme der Lampe durch ein seriell liegendes Schaltelement (S3) von einer oder beiden Lampenelektroden getrennt werden kann.
  10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß das Schaltelement (S3) zur elektrischen Abtrennung der Übernahmekapazität (C2) eine Funkenstrecke (FS2) oder ein Halbleiterschalter ist.
  11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschaltimpedanz L1 als ein separates Bauteil (induktives Vorschaltgerät) ausgebildet ist.
  12. Hochdruckentladungslampe für den Betrieb an einer Vorschaltimpedanz (L1), mit einem Sockel (S) und mit einem Entladungsgefäß (EG), in dem zwei Elektroden (EO) angeordnet sind, die mit einer Schaltung (SOH) im Sockel (S) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung mindestens einen Zündkreis (ZK) umfaßt, wobei eine dem Entladungsgefäß (EG) parallelgeschaltete Kapazität (Übernahmekapazität C2) im Zündkreis, die im Betrieb zusammen mit der Vorschaltimpedanz einen Resonanzkreis bildet, auf eine Spannung aufgeladen wird, die höher ist als die Eingangsspannung der elektrischen Schaltung und damit bewirkt, daß den Elektroden in dem Entladungsgefäß (EG) eine Übernahmespannung bereitgestellt wird, die deutlich höher als die Eingangsspannung ist.
  13. Hochdruckentladungslampe mit einem Sockel und einer zumindest teilweise im Sockel untergebrachten Schaltung, wobei diese Schaltung eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt.
  14. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (S) ein Gewindeteil und evtl. zusätzlich eine Gehäuseteil (SG) umfaßt, wobei die Schaltung zumindest teilweise im Gewindeteil und/oder im Gehäuseteil untergebracht ist.
  15. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (EG) der Lampe eine Füllung enthält mit zumindest einem Metalldampf und einem Edelgas, wobei das Edelgas einen Kaltfülldruck von mindestens 1 bar besitzt.
  16. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12, insbesondere mit sehr hohem Kaltfülldruck zwischen 1 und 3 bar im Entladungsgefäß, gekennzeichnet dadurch, daß der Lampe mittelbar oder unmittelbar ein oder mehrere Ladungsspeicher (Kapazitäten) parallelgeschaltet sind, welche auf eine höhere Spannung als die Eingangsspannung der Anordnung aufgeladen sind und diese so als Übernahmespannung bereit steht, wobei die Zündeinrichtung als Überlagerungskreis ausgebildet ist.
  17. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Lampen- und Zündkreis von einer Phasenschnittsteuerung versorgt werden, welche u.U. eine Leistungsreduzierung erlaubt.
  18. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungserhöhung für die Übernahmespannung durch einen Einschaltsprung an einer R / L / C -Reihenschaltung und / oder durch Resonanzüberhöhung an der Übernahmekapazität (C2) erzielt wird.
  19. Hochdruckentladungslampe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschnittsteuerung durch einen Steuer- oder Regelkreis in Auswertung der Lampenspannung und / oder des Lampenstromes und/oder der Lampenleistung beeinflußt wird.
  20. Verfahren zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe an einer Vorschaltimpedanz, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lampe parallel liegende Übernahmekapazität (C2) auf eine Spannung aufgeladen wird, die höher ist als die Eingangsspannung der Anordnung, wodurch bewirkt wird, daß der Lampe eine Übernahmespannung bereitgestellt werden kann, die deutlich höher als die Eingangsspannung der Anordnung ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erhöhte Übernahmespannung durch einen Einschaltvorgang oder durch Resonanzüberhöhung oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen bereitgestellt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 20 , dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches Netzwerk (ZKZ), das als Zündkreis wirkt, mittels eines zweiten Schalters (S2) einen zweiten Einschaltvorgang induziert.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Zündeinrichtung gleichzeitig dazu verwendet werden, um eine Leistungsreduzierung, bezogen auf die vorgegebene Vorschaltimpedanz (L1), zu bewirken.
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