EP1385358B1 - Schaltungsvorrichtung zum Betrieb von Entladungslampen - Google Patents

Schaltungsvorrichtung zum Betrieb von Entladungslampen Download PDF

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EP1385358B1
EP1385358B1 EP03015030A EP03015030A EP1385358B1 EP 1385358 B1 EP1385358 B1 EP 1385358B1 EP 03015030 A EP03015030 A EP 03015030A EP 03015030 A EP03015030 A EP 03015030A EP 1385358 B1 EP1385358 B1 EP 1385358B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
diode
discharge lamp
circuit
ignition
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03015030A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1385358A1 (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
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Osram GmbH filed Critical Osram GmbH
Publication of EP1385358A1 publication Critical patent/EP1385358A1/de
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Expired - Lifetime 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

Definitions

  • the present invention relates to a circuit device for operating a discharge lamp with a Konditionsgenerator- or recording device for providing an AC voltage and a Zündnapsser Wegungs Surprise, which is connected to the AC voltage generator or -issue worn and at the output of the discharge lamp is connected, for generating an ignition voltage from the AC voltage. Moreover, the present invention relates to a corresponding method for operating a discharge lamp.
  • a high voltage For the operation of a gas discharge lamp, a high voltage must first be applied to the lamp to ignite the discharge process of the gas in the lamp. Subsequently, a continuous operating voltage is applied to the electrodes of the lamp.
  • an electrical supply unit or circuit device can be used, which can accomplish both the ignition and the operating state or two separate power sources, one of which is used for the ignition and the other 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 be able to work permanently with high efficiency during operation.
  • the operating frequency for the continuous operation of the lamp is limited by the inductance upwards. This is a significant limitation, especially in high-pressure lamps, which can only be operated in certain frequency windows due to the acoustic resonances that occur.
  • superposition ignitors are relatively expensive due to the necessary winding quality, switching elements (eg spark gaps) and capacitors.
  • the object of the present invention is therefore to propose a circuit device and a method which enable cost-effective operation of a discharge lamp with high ignition voltage.
  • this object is achieved by a circuit device for operating a discharge lamp with a Konditionsgenerator- or recording device for providing an AC voltage and a Zündnapsser Wegungs adopted connected to the AC voltage generator or recording device and at the output of the discharge lamp is connected, for generating an ignition voltage the AC voltage, wherein the ignition voltage generating means comprises at least one diode which is connected in parallel to the output of the ignition voltage generating means.
  • a turn-off unit for shutting off the pumping of the voltage after the ignition is used in series with the diode.
  • This switch-off unit can be realized cost-effectively by a Zener diode or TVS diode (transient voltage suppressor).
  • the rated voltage of this Zener diode or TVS diode should be greater than the burning voltage of the discharge lamp, so as not to hinder or even prevent the burning process.
  • the above object is achieved by a method for operating a discharge lamp by providing an alternating voltage and generating an ignition voltage from the alternating voltage, wherein the ignition voltage is generated by means of a diode which is arranged parallel to the discharge lamp.
  • a turn-off unit for shutting off the pumping of the voltage after the ignition is used in series with the diode.
  • the diode connected in parallel with the output of the ignition voltage generating device or the discharge lamp in conjunction with the output capacitance of the AC voltage generator serves to increase the voltage amplitude in accordance with the effect of a pump circuit.
  • the described circuit would correspond to a zero-order pump circuit.
  • the ignition voltage generating means therefore comprises a first or higher order cascade circuit in series with the diode as the voltage pumping circuit.
  • cascade circuits of this type depending on the level of their order, correspondingly high voltage peaks can be achieved, which is ultimately limited by the quality of the components used or their intrinsic losses and the time constant increasing with increasing order.
  • a choke coil for current limiting.
  • the ignition voltage generating device comprises a piezotransformer.
  • a conventional alternating voltage source for example half-bridge, with a coupling capacitor for generating the supply voltage.
  • the circuit topology according to the invention thus enables a cost-effective operation of discharge lamps with high ignition voltage, such as in high-pressure discharge lamps for automobile headlights.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a circuit device.
  • a transformer 2 To the output of an AC power supply circuit 1, a transformer 2 is connected. The output terminals of the transformer 2 are connected to the electrodes of a gas discharge lamp 4. Between the electrodes of the gas discharge lamp, a diode 3 is connected.
  • the operation of the circuit according to FIG. 1 can the in FIG. 6 shown voltage waveform are taken.
  • the alternating voltage at the electrodes of the gas discharge lamp without the diode 3 has the sinusoidal voltage profile in the region A of FIG. 6 .
  • the diode 3 connected in parallel with the electrodes of the gas discharge lamp 3 causes the AC voltage to be raised / lowered to positive or negative values, thus resulting in a doubling of the voltage amplitude.
  • this double voltage amplitude suffices for ignition.
  • FIGS. 2 and 3 Embodiments of the present invention are illustrated.
  • the same switching elements or components 1 to 4 are used.
  • the invention is in the circuit of FIG. 2 connected in series with the diode 3, a shutdown unit or a threshold value switch 5.
  • this is a Zener diode.
  • a unidirectional TVS diode can also be used.
  • the Zener diode is connected as a threshold value switch 5 in the opposite direction to the diode 3.
  • the diode 5 With the diode 5, the shutdown of the pump circuit is achieved after the breakthrough of the lamp, wherein the nominal voltage of the diode, ie the zener voltage, must be at least as large as the maximum operating voltage of the lamp.
  • the series connection of the zener diode as a shutdown element, the pumping function of the pump circuit zero order, consisting only of the diode 3, is switched. Pump circuits of higher order are associated with FIG. 8 shown.
  • FIG. 3 shown circuit has substantially the same components as that of FIG. 2 ,
  • the transformer 2 in the circuit of FIG. 3 it is an electromagnetic transformer.
  • the secondary-side coil is simultaneously used as a resonance coil for the resonance mode.
  • a coupling capacitor 6 is connected, which is charged by the pump circuit.
  • FIG. 4 shows a concrete realization of in FIG. 2 illustrated embodiment.
  • the transformer 2 is designed as a piezoelectric transformer.
  • the AC voltage supplied by the AC voltage supply or the generator 1 is converted by the piezoelectric element into mechanical vibrations. These transmitted via the piezoelectric element mechanical vibrations are secondary side again converted into electrical signals.
  • a corresponding resonance increase in the secondary voltage occurs.
  • the generator 1 for generating the primary-side AC voltage may comprise a half-bridge.
  • FIG. 5 another embodiment of the circuit according to the present invention is shown.
  • the AC voltage generated by the generator 1 is applied to a series resonant circuit consisting of a resonance coil 8 and a resonance capacitor 9.
  • the voltage at the resonance capacitor 9 is coupled to the lamp 4 via a coupling capacitor 10.
  • Parallel to the lamp 4 is already described in connection with the preceding figures pumping circuit with the diodes 3 and 5.
  • the coupling capacitor 10 to avoid electrophoresis at the electrodes of the gas discharge lamp 4 should have a sufficiently high capacity for the so-called takeover, d. h the transition from the glow discharge to the arc discharge possess. If necessary, the coupling capacitor 10, a series resonance, optionally with low quality, be pre-stored to achieve higher voltages.
  • FIG. 6 in the area A, the signal waveform of the AC voltage at the output of the transformer is shown, which would be applied to the discharge lamp 4, if the diode 3 were not present.
  • area B of FIG. 6 the waveform is shown, which results at the discharge lamp 4 through the diode 3. This sets a doubling of the amplitude of the voltage at the electrodes of the discharge lamp 4.
  • the diode 3 can thus be considered as a zero-order pump circuit, as already mentioned.
  • FIG. 7 is the course of the AC voltage after the ignition of the discharge lamp, ie during the burning phase, shown. It can be clearly seen that the amplitude of the AC voltage compared to that of FIG. 6 is reduced. The reason for this is that the discharge lamp 4 after ignition has a much lower resistance, so that the voltage is reduced to her in the burning phase. Furthermore, the FIG. 7 can be seen that the pump circuit, ie the diode 3, during the firing phase has no effect, since the waveform in the region A, ie when switched off diode 3, is identical to the waveform in area B, ie when the diode is connected 3. The reason for this the Zener diode 5, through which the pump circuit is switched off after the breakthrough of the lamp in continuous operation.
  • FIG. 8 is a variant of the embodiment of FIG. 4 shown.
  • the circuit of FIG. 8 around a second order pump circuit.
  • a cascade circuit of diodes and capacitors is connected between the diode 3 and the Zener diode 5.
  • the diodes D1 to D5 are connected in series between the diode 3 and the Zener diode 5.
  • Parallel to the diodes 3 and D1 is a capacitor C1
  • parallel to the diodes D1 and D2 is a capacitor C2
  • the components of one stage of the cascade are represented by the regions I and II in FIG FIG. 8 characterized.
  • a peak voltage ⁇ 2x (U SS -U Z ) results.
  • a peak voltage ⁇ 3x (U SS -U Z ) is established.
  • 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 is the voltage curve at the gas discharge lamp 4 for the embodiments according to the invention according to the FIGS. 2 to 5 shown. After switching on, the final pumping voltage sets in very quickly. After ignition, the pumping process is switched off and the voltage drops to the burning voltage, as already mentioned in connection with FIGS. 6 and 7 was explained.
  • FIG. 10 reproduced voltage curve.
  • the AC voltage is superimposed with a DC voltage whose value is about twice as high as compared with the zero order pump circuit. After about 4 ms, the final pump value is reached. After ignition, the pumping process is also terminated and it turns on the lamp, the burning voltage as in FIG. 9 one.
  • An advantage of the described ignition circuit is that in general a much lower breakdown voltage is required than with pulse ignitors, since the voltage time area is greater here.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

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 -aufnahmeeinrichtung 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
  • In der Schrift US 6,166,492 (Nuckols ) wird ein Betriebsgerät für Entladungslampen offenbart. Die strombegrenzende Wirkung für den Betrieb der Lampen wird durch Kapazitäten in einer Kaskadenstruktur erreicht. Die Zündung erfolgt mittels einer bekannten Pulszündungsvorrichtung.
  • In der Schrift US 5,834,907 (Takehara ) wird ein Betriebsgerät für Kaltkathodenlampen offenbart. Zur Ankopplung wird ein Piezotransformator verwendet.
  • 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 Frequenzfenstern 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.
  • Seriell zu der Diode wird 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.
  • 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. Seriell zu der Diode wird eine Abschalteinheit zum Abschalten des Pumpens der Spannung nach dem Zündvorgang eingesetzt.
  • 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 Spannungsüberhöhungen 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.
  • 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 einer Schaltungsvorrichtung;
    Figur 2
    ein Prinzipschaltbild einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    Figur 3
    ein Prinzipschaltbild einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin- dung;
    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 Zün- dung ergibt.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsvorrichtung. 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 Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es sind jeweils die gleichen Schaltelemente beziehungsweise Bauelemente 1 bis 4 verwendet. Erfindungsgemäß 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 Pumpfunktion 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 Gasentsentladungslampe 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 Ausführungsformen 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 (13)

  1. Schaltungsvorrichtung zum Betrieb einer Entladungslampe (4) mit
    einer Wechselspannungsgenerator- oder -aufnahmeeinrichtung (1) zum Bereitstellen einer Wechselspannung und
    einer Zündspannungserzeugungseinrichtung, die an die Wechselspannungsgenerator- oder -aufnahmeeinrichtung (1) angeschlossen und an deren Ausgang die Entladungslampe (4) anschließbar ist, zur Erzeugung einer Zündspannung aus der Wechselspannung,
    wobei die Zündspannungserzeugungseinrichtung mindestens eine Diode (3) umfasst, die parallel zum Ausgang der Zündspannungserzeugungseinrichtung geschaltet ist,
    dadurch gekennzeichnet ist,
    dass die Schaltungsvorrichtung seriell zu der Diode (3) eine Abschalteinheit (5) zum Abschalten der Zündspannung für den Brennbetrieb der Entladungslampe (4) aufweist.
  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 vorigen Ansprüche, wobei die Abschalteinheit (5) eine Zener-Diode oder eine TVS-Diode aufweist.
  6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Zenerspannung der Zener-Diode größer oder gleich der maximalen Brennspannung der Entladungslampe (4) ist.
  7. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zündspannungserzeugungseinrichtung einen Piezotransformator (2) aufweist.
  8. Schaltungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zündspannungserzeugungseinrichtung einen magnetischen Transformator, an den sekundärseitig ein Koppelkondensator (6) angeschlossen ist, aufweist.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe (4) durch
    Bereitstellen einer Wechselspannung und
    Erzeugen einer Zündspannung aus der Wechselspannung mittels einer Diode (3), die parallel zu der Entladungslampe (4) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Zündspannung nach dem Zündvorgang
    durch eine seriell zu der Diode (3) geschaltete Abschalteinheit (5) abgeschaltet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, 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.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Strom durch die Entladungslampe (4) durch eine Drosselspule (7) begrenzt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Wechselspannung durch einen Piezotransformator (2) erzeugt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Wechselspannung durch einen magnetischen Transformator mit nachgeschaltetem Koppelkondensator (6) erzeugt wird.
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