EP1385358A1 - Schaltungsvorrichtung zum Betrieb von Entladungslampen - Google Patents

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EP1385358A1
EP1385358A1 EP03015030A EP03015030A EP1385358A1 EP 1385358 A1 EP1385358 A1 EP 1385358A1 EP 03015030 A EP03015030 A EP 03015030A EP 03015030 A EP03015030 A EP 03015030A EP 1385358 A1 EP1385358 A1 EP 1385358A1
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EP
European Patent Office
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voltage
diode
ignition
discharge lamp
circuit
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EP03015030A
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English (en)
French (fr)
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EP1385358B1 (de
Inventor
Thomas Hanisch
Arnulf Rupp
Igor Dr. Kartashev
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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    • 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 present invention relates to a circuit device for operating a discharge lamp with an AC generator or pickup device for providing an AC voltage and an ignition voltage generating device connected to the AC voltage generator or recording device is connected and to their Output the discharge lamp can be connected to generate an ignition voltage from the AC voltage. Furthermore, the present invention relates to a corresponding one Method for operating a discharge lamp.
  • a high voltage must first be applied to the lamp be applied to ignite the discharge process of the gas in the lamp. Subsequently a continuous operating voltage must be applied to the electrodes of the lamp.
  • an electrical supply unit or circuit device can be used, which accomplish both the ignition process and the operating state can or two separate voltage sources, one for the ignition and the other is used for the operation.
  • a voltage source that can be used for both states must be able to generate the high voltage for the ignition and then can work permanently with high efficiency during operation.
  • the operating frequency for continuous operation is the Lamp limited by its inductance. This is especially true with high pressure lamps, due to the acoustic resonances that occur only in certain frequency windows can be operated, a major limitation. Beyond that Superimposed ignitors due to the necessary winding quality, switching elements (e.g. spark gaps) and capacitors are relatively expensive.
  • the object of the present invention is therefore a circuit device and to propose a method that enables an inexpensive operation of a discharge lamp enable with high ignition voltage.
  • this object is achieved by a circuit device for operation a discharge lamp with an AC voltage generator or pickup device for providing an AC voltage and an ignition voltage generating device, which are connected to and connected to the AC generator or receiving device the output of which the discharge lamp can be connected to generate an ignition voltage from the AC voltage, the ignition voltage generating device at least one Includes diode connected in parallel to the output of the ignition voltage generating device is.
  • the above-mentioned object is achieved by a method for operating a Discharge lamp by providing an AC voltage and generating an ignition voltage from the AC voltage, the ignition voltage being generated by means of a diode, which is arranged parallel to the discharge lamp.
  • the parallel to the output of the ignition voltage generating device respectively the discharge lamp switched diode in connection with the output capacity of the AC voltage generator is used to increase the voltage amplitude according to the Effect of a pump circuit.
  • a cascade pump circuit that would correspond described a zero-order pump circuit.
  • the ignition voltage generating device therefore preferably comprises a cascade circuit first or higher order in series with the diode as a voltage pump circuit.
  • cascade circuits depending on the level of their order achieve high voltage increases, which is ultimately due to the quality of the components used or their own losses and the growing with increasing order Time constant is limited.
  • a choke coil is connected to limit the current. This allows a current to flow through the reduction in the resistance of the discharge lamp would occur after the ignition process.
  • a switch-off unit for switching off the pumping is preferably connected in series with the diode the voltage used after the ignition process.
  • This shutdown unit can be inexpensive can be realized by a Zener diode or TVS diode (transient voltage suppressor).
  • the nominal voltage of this Zener diode or TVS diode should be greater than the operating voltage the discharge lamp so as not to hinder the burning process or even to prevent.
  • the ignition voltage generating device comprises a piezotransformer.
  • a conventional AC voltage source e.g. Half-bridge
  • a coupling capacitor to generate the supply voltage
  • the circuit topology according to the invention thus enables cost-effective operation of discharge lamps with a high ignition voltage, such as, for example, high-pressure discharge lamps for automotive headlights.
  • FIG. 1 a first embodiment of the present Invention, which is shown in Figure 1, is at the output of an AC power supply circuit 1 a transformer 2 connected.
  • the output terminals of the transformer 2 are connected to the electrodes of a gas discharge lamp 4.
  • Between the A diode 3 is connected to the electrodes of the gas discharge lamp.
  • the mode of operation of the circuit according to FIG. 1 can correspond to the voltage curve shown in FIG. 6 be removed.
  • the AC voltage at the electrodes of the gas discharge lamp without the diode 3 has the sinusoidal voltage curve in the area A from FIG. 6.
  • the diode 3 connected in parallel with the electrodes of the gas discharge lamp 3 causes that the AC voltage is raised / lowered to positive or negative values is, so that there is a doubling of the voltage amplitude. Depending on the type of discharge lamp, this double voltage amplitude is sufficient for ignition.
  • FIGS. 2 and 3 show alternative embodiments to that in FIG. 1. It the same switching elements or components 1 to 4 are used in each case.
  • a shutdown unit with the diode 3, respectively a threshold switch 5 connected.
  • the diode 3 is a Zener diode.
  • a unidirectional TVS diode can also be used become.
  • the Zener diode acts as a threshold switch 5 in the opposite direction switched to diode 3.
  • the pump circuit is switched off after reached the breakdown of the lamp, the nominal voltage of the diode, i. H. the Zener tension, must be at least as large as the maximum operating voltage of the lamp.
  • the pump function of the Pump circuit of zero order which consists only of the diode 3, switched. Pump circuits of a higher order are shown in connection with FIG. 8.
  • the circuit shown in FIG. 3 essentially has the same components, like that of Figure 2.
  • the transformer 2 in the circuit of Figure 3 is around an electromagnetic transformer.
  • the secondary-side coil becomes simultaneous used as a resonance coil for resonance operation.
  • In series with the secondary coil is one Coupling capacitor 6 connected, which is charged by the pump circuit.
  • the electrical supply circuit or the gas discharge lamp can be a resonance circuit operated very effectively.
  • the Circuit operated without load and the output voltage of the resonance transformer is on highest so that the lamp can be ignited.
  • After ignition when the lamp is in operation, its internal resistance decreases, which also reduces the output voltage of the resonance transformer is reduced due to the detuning, so that the gas discharge lamp with a lower voltage value specific to the lamp type can be operated with high efficiency.
  • This voltage value must be lower than the value of the forward voltage of the diode 3. If this is not the case, the to the Lamp 4 applied voltage limited to the forward voltage of the diode 3.
  • FIG. 4 shows a concrete implementation of the embodiment shown in FIG. 2.
  • the Transformer 2 is designed as a piezo transformer.
  • the primary side is that of the AC voltage supply or the alternating voltage supplied to the generator 1 converted into mechanical vibrations by the piezoelectric element. This about mechanical vibrations transmitted to the piezoelectric element become secondary converted back into electrical signals.
  • This voltage is further increased by the pump circuit with diodes 3 and 5, so that the ignition voltage of the lamp 4 is reached.
  • the generator 1 for generating the primary side AC voltage can include a half bridge.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the circuit according to the present invention shown.
  • the AC voltage generated by the generator 1 is turned off a resonance coil 8 and a resonance capacitor 9 existing series resonance circuit created.
  • the voltage at the resonance capacitor 9 is via a coupling capacitor 10 coupled to the lamp 4.
  • Coupling capacitor 10 to avoid electrophoresis on the electrodes of the gas discharge lamp 4 should have a sufficiently high capacity for the so-called takeover, i.e. H the transition from glow discharge to arc discharge. If necessary, can A series resonance, possibly with low quality, is arranged in front of the coupling capacitor 10 to reach higher voltages.
  • FIG. 7 shows the course of the AC voltage after the discharge lamp has been ignited, i. H. during the burning phase. It can be clearly seen that the amplitude of the AC voltage is reduced compared to that of Figure 6. The reason for this is that the discharge lamp 4 has a significantly lower resistance after ignition, so that the Voltage on it is reduced in the burning phase. Furthermore, FIG. 7 shows that the pump circuit, i.e. H. the diode 3 has no effect during the burning phase, because the signal curve in area A, d. H. when diode 3 is switched off, is identical to the signal curve in area B, d. H. when diode 3 is switched on. The reason for this is the Zener diode 5, through which the pump circuit after the breakdown of the lamp in continuous operation is switched off.
  • FIG. 8 shows a variant of the embodiment in FIG. 4.
  • the zero-order pump circuit in FIG. 4 is the circuit of FIG. 8 a second-order pump circuit.
  • a capacitor C1 is located parallel to the diodes 3 and D1 a capacitor C2 to the diodes D1 and D2, a parallel to the diodes D2 and D3 Capacitor C3, a capacitor C4 parallel to the diodes D3 and D4 and parallel to the Diode D5 a capacitor C5.
  • the components of a tier of the cascade are through the Areas I and II marked in Figure 8.
  • a peak voltage ⁇ 2x (U ss -Uz).
  • a peak voltage ⁇ 3x (U ss -U z ) arises.
  • U ss means the peak-to-peak value of the AC voltage on the secondary side of the transformer 2 and U z the Zener voltage.
  • FIG. 9 shows the voltage curve at the gas discharge lamp 4 for the inventive Embodiments shown in Figures 2 to 5. After switching on, it turns the final pump voltage very quickly. After ignition, the pumping process switched off and the voltage drops to the burning voltage, as already related was explained with Figures 6 and 7.
  • the voltage curve over time in a cascade connection is third Order reproduced.
  • the achievable pump voltage is ideally appropriate higher, but the time constant with which this final pump voltage is reached is also significantly higher than for the second-order pump voltage according to FIG. 10. Also according to In this case the final pump value is not reached within 10 ms. For very high ignition voltages This means that this pump technology reaches its natural limit.
  • An advantage of the ignition circuit described is that it is generally essential lower breakdown voltage than is required for pulse ignitors because of the voltage time area is bigger here.

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Abstract

Für Entladungslampen mit besonders hoher Zündspannung wird folgende Schaltung vorgeschlagen. Ein Wechselspannungsgenerator (1) stellt eine entsprechende Wechselspannung zur Verfügung. Eine Zündspannungserzeugungseinrichtung, die einen Piezotransformator (2) umfasst, die an den Wechselspannungsgenerator (1) angeschlossen ist und an deren Ausgang eine Entladungslampe (4) anschließbar ist, erzeugt aus der Wechselspannung eine Zündspannung. Die Zündspannungserzeugungseinrichtung besteht dabei mindestens aus einer Diode (3), die parallel zum Ausgang der Zündspannungserzeugungseinrichtung geschaltet ist. Damit ist eine Pumpschaltung nullter Ordnung in die Zündschaltung integriert. Vorteilhaft ist der Einsatz von Pumpschaltungen höherer Ordnung. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zum Betrieb einer Entladungslampe mit einer Wechselspannungsgenerator- oder -aufnahmeeinrichtung zum Bereitstellen einer Wechselspannung und einer Zündspannungserzeugungseinrichtung, die an die Wechselspannungsgenerator- oder -aufriahmeeinrichtung angeschlossen ist und an deren Ausgang die Entladungslampe anschließbar ist, zur Erzeugung einer Zündspannung aus der Wechselspannung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb einer Entladungslampe.
Stand der Technik
Für den Betrieb einer Gasentladungslampe muss zunächst an die Lampe eine Hochspannung angelegt werden, um den Entladeprozess des Gases in der Lampe zu zünden. Anschließend ist eine kontinuierliche Betriebsspannung an die Elektroden der Lampe anzulegen. Hierfür kann entweder eine elektrische Versorgungseinheit beziehungsweise Schaltungsvorrichtung verwendet werden, die sowohl den Zündvorgang als auch den Betriebszustand bewerkstelligen kann oder aber zwei getrennte Spannungsquellen, wovon eine für die Zündung und die andere für den Betrieb eingesetzt wird. Eine Spannungsquelle, die für beide Zustände einsetzbar ist, muss die Hochspannung für die Zündung erzeugen können und anschließend dauerhaft mit hohem Wirkungsgrad während des Betriebs arbeiten können.
Bislang wurden für die Zündung von Entladungslampen entweder Überlagerungszündgeräte oder Resonanzkreise verwendet. Für Entladungslampen mit besonders hoher Zündspannung ergeben sich dabei jedoch folgende Nachteile:
Bei einem Überlagerungszündgerät wird die Betriebsfrequenz für den Dauerbetrieb der Lampe durch deren Induktivität nach oben begrenzt. Dies ist insbesondere bei Hochdrucklampen, die aufgrund der auftretenden akustischen Resonanzen nur in bestimmten Frequenzfenstem betrieben werden können, eine wesentliche Einschränkung. Darüber hinaus sind Überlagerungszündgeräte aufgrund der notwendigen Wickelgüte, Schaltelemente (z. B. Funkenstrecken) und Kondensatoren verhältnismäßig teuer.
Im Serienresonanzkreis erfordert die Zündung durch Spannungsüberhöhung bei Entladungslampen mit besonders hoher Zündspannung eine sehr hohe Güte und damit entsprechend hohe Kosten. Der Schaltungsaufwand, um die Resonanzfrequenz eines solchen Resonanzkreises sicher zu treffen, ist erheblich. Auch bei Serienresonanzkreisen begrenzt die Induktivität die Betriebsfrequenz für den Dauerbetrieb der Lampe. Die Verwendung kostengünstiger Betriebsgeräte mit hoher Frequenz ist daher nur sehr eingeschränkt möglich.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Schaltungsvorrichtung und eine Verfahren vorzuschlagen, die einen kostengünstigen Betrieb einer Entladungslampe mit hoher Zündspannung ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsvorrichtung zum Betrieb einer Entladungslampe mit einer Wechselspannungsgenerator- oder -aufnahmeeinrichtung zum Bereitstellen einer Wechselspannung und einer Zündspannungserzeugungseinrichtung, die an die Wechselspannungsgenerator- oder -aufnahmeeinrichtung angeschlossen und an deren Ausgang die Entladungslampe anschließbar ist, zur Erzeugung einer Zündspannung aus der Wechselspannung, wobei die Zündspannungserzeugungseinrichtung mindestens eine Diode umfasst, die parallel zum Ausgang der Zündspannungserzeugungseinrichtung geschaltet ist.
Ferner wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe durch Bereitstellen einer Wechselspannung und Erzeugen einer Zündspannung aus der Wechselspannung, wobei die Zündspannung mittels einer Diode erzeugt wird, die parallel zu der Entladungslampe angeordnet ist.
Die parallel zu dem Ausgang der Zündspannungserzeugungseinrichtung beziehungsweise der Entladungslampe geschaltete Diode in Zusammenhang mit der Ausgangskapazität des Wechselspannungsgenerators dient zum Erhöhen der Spannungsamplitude entsprechend der Wirkung einer Pumpschaltung. Im Hinblick auf eine Kaskadenpumpschaltung entspräche die beschriebene Schaltung einer Pumpschaltung nullter Ordnung.
Vorzugsweise umfasst die Zündspannungserzeugungseinrichtung daher eine Kaskadenschaltung erster oder höherer Ordnung in Serie zu der Diode als Spannungspumpschaltung. Mit derartigen Kaskadenschaltungen lassen sich je nach Höhe ihrer Ordnung entsprechend hohe Spannuhgsüberhöhungen erzielen, was letztlich durch die Güte der verwendeten Bauelemente beziehungsweise deren Eigenverluste und die mit steigender Ordnung wachsende Zeitkonstante begrenzt ist.
In der Kaskadenschaltung sind insbesondere pro Ordnung zwei Kondensatoren und zwei Dioden in bekannter gegenseitiger Verschaltung vorgesehen. Somit kann mit verhältnismäßig kostengünstigen Bauelementen eine wirksame Spannungsüberhöhung erzielt werden.
Günstigerweise ist zwischen dem Ausgang der Zündspannungserzeugungseinrichtung und der Diode, d. h. vor die Entladungslampe, eine Drosselspule zur Strombegrenzung geschaltet. Damit kann ein Strom, der durch die Reduzierung des Widerstands der Entladungslampe nach dem Zündvorgang auftreten würde, limitiert werden.
Seriell zu der Diode wird vorzugsweise eine Abschalteinheit zum Abschalten des Pumpens der Spannung nach dem Zündvorgang eingesetzt. Diese Abschalteinheit kann kostengünstig durch eine Zener-Diode oder TVS-Diode (transient voltage suppressor) realisiert werden. Die Nennspannung dieser Zener-Diode oder TVS-Diode sollte dabei größer als die Brennspannung der Entladungslampe sein, um den Brennvorgang nicht zu behindern oder sogar zu verhindern.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Schaltungsvorrichtung umfasst die Zündspannungserzeugungseinrichtung einen Piezotransformator. Mit diesem kann eine hohe Spannungsübersetzung bei geringer Baugröße erzielt werden.
Alternativ kann jedoch auch eine herkömmliche Wechselspannungsquelle, z.B. Halbbrücke, mit Koppelkondensator für die Erzeugung der Speisespannung verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Schaltungstopologie ermöglicht damit einen kostengünstigen Betrieb von Entladungslampen mit hoher Zündspannung, wie beispielsweise bei Hochdruckentladungslampen für Automobilscheinwerfer.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
Figur 1
ein Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung;
Figur 2
ein Prinzipschaltbild einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 3
ein Prinzipschaltbild einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 4
ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 5
ein Schaltbild einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 6
den Spannungsverlauf an den Elektroden einer Gasentladungslampe ohne (A) und mit einer Diode (B) vor der Zündung;
Figur 7
den Spannungsverlauf an den Elektroden einer Gasentladungslampe ohne (A) und mit einer Diode (B) während der Brennphase;
Figur 8
ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 9
den Spannungsverlauf an den Elektroden einer Gasentladungslampe, der sich durch eine Pumpschaltung nullter Ordnung gemäß Figur 4 vor der Zündung und nach der Zündung ergibt;
Figur 10
den Spannungsverlauf an den Elektroden einer Gasentladungslampe, der sich durch eine Pumpschaltung zweiter Ordnung gemäß Figur 8 vor der Zündung und nach der Zündung ergibt; und
Figur 11
den Spannungsverlauf an den Elektroden einer Gasentladungslampe, der sich durch eine Pumpschaltung dritter Ordnung vor der Zündung und nach der Zündung ergibt.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in Figur 1 dargestellt ist, ist an den Ausgang einer Wechselspannungsversorgungsschaltung 1 ein Transformator 2 angeschlossen. Die Ausgangsklemmen des Transformators 2 sind mit den Elektroden einer Gasentladungslampe 4 verbunden. Zwischen die Elektroden der Gasentladungslampe ist eine Diode 3 geschaltet.
Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Figur 1 kann dem in Figur 6 dargestellten Spannungsverlauf entnommen werden. Die Wechselspannung an den Elektroden der Gasentladungslampe hat ohne die Diode 3 den sinusförmigen Spannungsverlauf im Bereich A von Figur 6. Die parallel zu den Elektroden der Gasentladungslampe 3 geschaltete Diode 3 bewirkt, dass die Wechselspannung auf positive beziehungsweise negative Werte angehoben/gesenkt wird, so dass sich eine Verdoppelung der Spannungsamplitude ergibt. Je nach dem Typ der Entladungslampe genügt diese doppelte Spannungsamplitude zum Zünden.
In den Figuren 2 und 3 sind alternative Ausführungsformen zu der in Figur 1 dargestellt. Es sind jeweils die gleichen Schaltelemente beziehungsweise Bauelemente 1 bis 4 verwendet. Zusätzlich ist in der Schaltung von Figur 2 seriell mit der Diode 3 eine Abschalteinheit beziehungsweise ein Schwellwertschalter 5 verbunden. Im vorliegenden Fall handelt es sich dabei um eine Zener-Diode. Alternativ kann auch eine unidirektionale TVS-Diode verwendet werden. Dabei ist die Zener-Diode als Schwellwertschalter 5 in entgegengesetzter Richtung zur Diode 3 geschaltet. Mit der Diode 5 wird die Abschaltung der Pumpschaltung nach dem Durchbruch der Lampe erreicht, wobei die Nennspannung der Diode, d. h. die Zenerspannung, mindestens so groß sein muss, wie die maximale Brennspannung der Lampe. Durch die Serienschaltung der Zener-Diode als Abschaltelement wird die Pumpfünktion der Pumpschaltung nullter Ordnung, die lediglich aus der Diode 3 besteht, geschaltet. Pumpschaltungen höherer Ordnung sind im Zusammenhang mit Figur 8 dargestellt.
Die in Figur 3 dargestellte Schaltung weist im Wesentlichen die gleichen Bauelemente auf, wie die von Figur 2. Bei dem Transformator 2 in der Schaltung von Figur 3 handelt es sich um einen elektromagnetischen Transformator. Die sekundärseitige Spule wird gleichzeitig als Resonanzspule für den Resonanzbetrieb verwendet. In Serie zu der Sekundärspule ist ein Koppelkondensator 6 geschaltet, der durch die Pumpschaltung aufgeladen wird. Mit dieser Resonanzschaltung kann die elektrische Versorgungsschaltung beziehungsweise die Gasentladungslampe sehr wirksam betrieben werden. Vor der Zündung der Lampe wird die Schaltung lastfrei betrieben und die Ausgangsspannung des Resonanztransformators ist am höchsten, so dass die Lampe gezündet werden kann. Nach der Zündung, wenn sich die Lampe in Betrieb befindet, geht ihr innerer Widerstand zurück, womit auch die Ausgangsspannung des Resonanztransformators wegen der Verstimmung reduziert wird, so dass die Gasentladungslampe mit einem für den Lampentyp spezifischen, niedrigeren Spannungswert mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Dieser Spannungswert muss geringer sein als der Wert der Vorwärtsspannung der Diode 3. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die an die Lampe 4 angelegte Spannung auf die Vorwärtsspannung der Diode 3 begrenzt.
Figur 4 zeigt eine konkrete Realisation der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform. Der Transformator 2 ist als Piezotransformator ausgestaltet. Primärseitig wird die von der Wechselspannungsversorgung beziehungsweise dem Generator 1 gelieferte Wechselspannung durch das piezoelektrische Element in mechanische Schwingungen umgesetzt. Diese über das piezoelektrische Element übertragenen mechanischen Schwingungen werden sekundärseitig wieder in elektrische Signale umgesetzt. Im Falle der mechanischen Resonanz des Piezoelements kommt es zu einer entsprechenden Resonanzüberhöhung der Sekundärspannung. Durch die Pumpschaltung mit den Dioden 3 und 5 wird diese Spannung weiter erhöht, so dass die Zündspannung der Lampe 4 erreicht wird. Beim Zünden und während des Betriebs der Gasentladungslampe ist diese sehr niederohmig, so dass der Strom gegebenenfalls durch eine Drosselspule 7 begrenzt werden muss. Der Generator 1 zur Erzeugung der primärseitigen Wechselspannung kann dabei eine Halbbrücke umfassen.
In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform der Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die von dem Generator 1 erzeugte Wechselspannung wird an einen aus einer Resonanzspule 8 und einem Resonanzkondensator 9 bestehenden Serienresonanzkreis angelegt. Die Spannung am Resonanzkondensator 9 wird über einen Koppelkondensator 10 an die Lampe 4 gekoppelt. Parallel zu der Lampe 4 liegt die bereits im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren beschriebene Pumpschaltung mit den Dioden 3 und 5. Der Koppelkondensator 10 zur Vermeidung von Elektrophorese an den Elektroden der Gasentladungslampe 4 sollte eine ausreichend hohe Kapazität für die sogenannte Übernahme, d. h dem Übergang von der Glimmentladung zur Bogenentladung, besitzen. Im Bedarfsfall kann dem Koppelkondensator 10 eine Serienresonanz, gegebenenfalls mit geringer Güte, vorgelagert werden, um höhere Spannungen zu erreichen.
In Figur 6 im Bereich A ist die Signalwellenform der Wechselspannung am Ausgang des Transformators dargestellt, die an der Entladungslampe 4 anliegen würde, wenn die Diode 3 nicht vorhanden wäre. Im Bereich B von Figur 6 ist die Signalform dargestellt, die sich an der Entladungslampe 4 durch die Diode 3 ergibt. Es stellt sich damit eine Verdoppelung der Amplitude der Spannung an den Elektroden der Entladungslampe 4 ein. Die Diode 3 kann somit als Pumpschaltung nullter Ordnung, wie dies bereits erwähnt wurde, betrachtet werden.
In Figur 7 ist der Verlauf der Wechselspannung nach dem Zünden der Entladungslampe, d. h. während der Brennphase, dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Amplitude der Wechselspannung gegenüber der von Figur 6 reduziert ist. Ursache hierfür ist, dass die Entladungslampe 4 nach dem Zünden einen deutlich geringeren Widerstand hat, so dass die Spannung an ihr in der Brennphase reduziert ist. Weiterhin ist der Figur 7 zu entnehmen, dass die Pumpschaltung, d. h. die Diode 3, während der Brennphase keine Wirkung hat, da der Signalverlauf im Bereich A, d. h. bei abgeschalteter Diode 3, identisch ist mit dem Signalverlauf im Bereich B, d. h. bei zugeschalteter Diode 3. Ursache hierfür ist die Zener-Diode 5, durch die die Pumpschaltung nach dem Durchbruch der Lampe im Dauerbetrieb abgeschaltet wird.
In Figur 8 ist eine Variante der Ausführungsform von Figur 4 dargestellt. Anstelle der Pumpschaltung nullter Ordnung in Figur 4 handelt es sich bei der Schaltung von Figur 8 um eine Pumpschaltung zweiter Ordnung. Dies bedeutet, dass zwischen die Diode 3 und die Zener-Diode 5 eine Kaskadenschaltung aus Dioden und Kondensatoren geschaltet ist. Im konkreten Fall sind die Dioden D1 bis D5 in Serie zwischen die Diode 3 und die Zener-Diode 5 geschaltet. Parallel zu den Dioden 3 und D1 befindet sich ein Kondensator C1, parallel zu den Dioden D1 und D2 ein Kondensator C2, parallel zu den Dioden D2 und D3 ein Kondensator C3, parallel zu den Dioden D3 und D4 ein Kondensator C4 und parallel zur Diode D5 ein Kondensator C5. Die Bauelemente einer Stufe der Kaskade sind durch die Bereiche I und II in Figur 8 gekennzeichnet.
Durch die Kaskade nullter Ordnung ergibt sich eine Scheitelspannung Û=USS-UZ. Nach der ersten Stufe der Kaskade, d. h. der Pumpschaltung erster Ordnung ergibt sich eine Scheitelspannung Û=2x(Uss-Uz). Schließlich stellt sich nach der zweiten Stufe der Kaskadenschaltung, d. h. der Pumpschaltung zweiter Ordnung eine Scheitelspannung Û=3x(Uss-Uz) ein. Dabei bedeutet Uss den Spitze-Spitze-Wert der Wechselspannung an der Sekundärseite des Transformators 2 und Uz die Zener-Spannung.
In Figur 9 ist der Spannungsverlauf an der Gasentladungslampe 4 für die erfindungsgemäßen Ausführuhgsformen gemäß den Figuren 2 bis 5 dargestellt. Nach dem Anschalten stellt sich die endgültige Pumpspannung sehr rasch ein. Nach dem Zünden wird der Pumpvorgang abgeschaltet und die Spannung sinkt auf die Brennspannung, wie dies bereits im Zusammenhang mit den Figuren 6 und 7 erläutert wurde.
Bei einer Pumpschaltung zweiter Ordnung, die in Figur 8 dargestellt ist, ergibt sich der in Figur 10 wiedergegebene Spannungsverlauf. In diesem Fall wird die Wechselspannung mit einer Gleichspannung überlagert, deren Wert verglichen mit der Pumpschaltung nullter Ordnung etwa doppelt so hoch ist. Etwa nach 4 ms ist der endgültige Pumpwert erreicht. Nach dem Zünden wird ebenfalls der Pumpvorgang beendet und es stellt sich an der Lampe die Brennspannung wie in Figur 9 ein.
In Figur 11 ist schließlich der zeitliche Spannungsverlauf bei einer Kaskadenschaltung dritter Ordnung wiedergegeben. Die erreichbare Pumpspannung ist zwar im Idealfall entsprechend höher, aber die Zeitkonstante mit der diese endgültige Pumpspannung erreicht wird, ist ebenfalls deutlich höher als bei der Pumpspannung zweiter Ordnung gemäß Figur 10. Auch nach 10 ms ist in diesem Fall der endgültige Pumpwert nicht erreicht. Für sehr hohe Zündspannungen stößt diese Pumptechnik damit an ihre natürliche Grenze.
Ein Vorteil der beschriebenen Zündschaltung liegt darin, dass im Allgemeinen eine wesentlich geringere Durchbruchspannung als bei Impulszündgeräten erforderlich ist, da die Spannungszeitfläche hier größer ist.

Claims (15)

  1. Schaltungsvorrichtung zum Betrieb einer Entladungslampe (4) mit
    einer Wechselspannungsgenerator- oder -aufnahmeeinrichtung (1) zum Bereitstellen einer Wechselspannung und
    einer Zündspannungserzeugungseinrichtung, die an die Wechselspannungsgeneratoroder -aufnahmeeinrichtung (1) angeschlossen und an deren Ausgang die Entladungslampe (4) anschließbar ist, zur Erzeugung einer Zündspannung aus der Wechselspannung,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündspannungserzeugungseinrichtung mindestens eine Diode (3) umfasst, die parallel zum Ausgang der Zündspannungserzeugungseinrichtung geschaltet ist.
  2. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zündspannungserzeugungseinrichtung eine Kaskadenschaltung (D1 bis D5, C1 bis C5) erster oder höherer Ordnung in Serie zu der Diode (3) als Spannungspumpschaltung umfasst.
  3. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Kaskadenschaltung (D1 bis D5, C1 bis C5) pro Ordnung zwei Kondensatoren und zwei Dioden aufweist.
  4. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Spule (7), welche zwischen den Ausgang der Zündspannungserzeugungseinrichtung und die Diode (3) geschaltet ist, zur Strombegrenzung aufweist.
  5. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die seriell zu der Diode (3) eine Abschalteinheit (5) zum Abschalten der Zündspannung für den Brennbetrieb der Entladungslampe (4) aufweist.
  6. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Abschalteinheit (5) eine Zener-Diode oder eine TVS-Diode aufweist.
  7. Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Zenerspannung der Zener-Diode größer oder gleich der maximalen Brennspannung der Entladungslampe (4) ist.
  8. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zündspannungserzeugungseinrichtung einen Piezotransformator (2) aufweist.
  9. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zündspannungserzeugungseinrichtung einen magnetischen Transformator, an den sekundärseitig ein Koppelkondensator (6) angeschlossen ist, aufweist.
  10. Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe (4) durch
    Bereitstellen einer Wechselspannung und
    Erzeugen einer Zündspannung aus der Wechselspannung,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündspannung mittels einer Diode (3) erzeugt wird, die parallel zu der Entladungslampe (4) angeordnet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Zündspannung durch eine Kaskadenschaltung (D1 bis D5, C1 bis C5) erster oder höherer Ordnung in Serie zu der Diode (3) als Spannungspumpschaltung erzeugt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Strom durch die Entladungslampe (4) durch eine Drosselspule (7) begrenzt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Pumpen der Zündspannung nach dem Zündvorgang automatisch anhand einer Bauelementekennlinie abgeschaltet wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Wechselspannung durch einen Piezotransformator (2) erzeugt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Wechselspannung durch einen magnetischen Transformator mit nachgeschaltetem Koppelkondensator (6) erzeugt wird.
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