EP1869951A1 - Pulsed igniting device comprising a piezoelectric transformer for a high-pressure discharge lamp - Google Patents

Pulsed igniting device comprising a piezoelectric transformer for a high-pressure discharge lamp

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Publication number
EP1869951A1
EP1869951A1 EP06722774A EP06722774A EP1869951A1 EP 1869951 A1 EP1869951 A1 EP 1869951A1 EP 06722774 A EP06722774 A EP 06722774A EP 06722774 A EP06722774 A EP 06722774A EP 1869951 A1 EP1869951 A1 EP 1869951A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
ignition device
piezoelectric transformer
ignition
pressure discharge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06722774A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernhard Siessegger
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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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102005052555A external-priority patent/DE102005052555A1/en
Application filed by Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH filed Critical Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Priority to EP06722774A priority Critical patent/EP1869951A1/en
Publication of EP1869951A1 publication Critical patent/EP1869951A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2885Static converters especially adapted therefor; Control thereof
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14Circuit arrangements
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    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/2881Load circuits; Control thereof
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to an ignition device according to the preamble of patent claim 1 and a corresponding method.
  • Such an ignition device is disclosed, for example, in WO 98/18297.
  • This document describes a circuit arrangement for operating a high-pressure discharge lamp with a voltage converter designed as an inverter, a load circuit fed by the inverter, which is provided with connections for a high-pressure discharge lamp and with a throttle for limiting the lamp current, and a pulse ignition device for igniting the gas discharge the high pressure discharge lamp has.
  • the circuit also has a transformer for galvanic isolation of the inverter from the load circuit and the Impulszündvorraum.
  • the pulse ignition device comprises a spark gap, a firing capacitor which is charged during the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp to the breakdown voltage of the spark gap, and an ignition transformer, via the primary winding of the ignition capacitor discharges after the breakthrough of the spark gap and the secondary winding high voltage pulses to ignite the gas discharge are generated in the high pressure discharge lamp.
  • the power supply of this pulse ignition device is generated by means of the inverter and the aforementioned, the galvanic isolation transformer.
  • EP-A 1 496 725 discloses an ignition device for a high pressure discharge lamp equipped with a piezoelectric transformer.
  • the primary side of the piezoelectric transformer is energized to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp with an AC voltage whose frequency corresponds to a resonant frequency of the piezoelectric transformer.
  • On the secondary side of the piezoelectric transformer a high voltage is thereby produced.
  • neriert which is supplied to a Zündangeselektrode the high pressure discharge lamp to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp.
  • the ignition device according to the invention is designed as a pulse ignition device and to its power supply, a piezoelectric transformer is provided. Through the use of a piezoelectric transformer for supplying voltage to the pulse ignition device, an ignition device can be used in the pulse ignition device.
  • the piezoelectric transformer to 25th Power supply of a pulse ignition device, when the high-pressure discharge lamp with a high-frequency lamp current, that is, with a frequency greater than 0.1 MHz, operated because thereby the turns number ratio of Secondary to primary winding and the secondary inductance of the ignition transformer of the pulse ignition device and thus the voltage drop across the secondary winding of the ignition transformer through which the high-frequency lamp current flows can be reduced. Otherwise, the efficiency of the entire system would suffer during the lamp operation after ignition of the gas discharge under the high inductance of the secondary winding of the ignition transformer, because even after the ignition of the gas discharge would still occur a high voltage drop at the traversed by the high-frequency lamp current secondary winding of the ignition transformer.
  • the ignition transformer has a design in which the magnetic flux largely in the magnetic material, such as ferrite or iron, the transformer core runs to ensure good electromagnetic compatibility and minimizing the losses caused by the magnetic field outside of the ignition transformer.
  • the ignition transformer therefore preferably has an almost closed core, for example a toroidal core or pot core with an air gap.
  • the use of the piezoelectric transformer for supplying power to a pulse ignition device is also particularly advantageous if the pulse ignition device is only available with a relatively low supply voltage, ie less than 500 V, since this is generated, for example, from the vehicle electrical system voltage.
  • a voltage doubling circuit or a cascade circuit is connected downstream of the voltage output of the piezoelectric transformer in order to further increase the supply voltage for the pulse ignition device.
  • the pulse ignition device comprises a switching means, for example a voltage-dependent switching means with a switching threshold voltage, a charge storage means which can be charged to the switching threshold voltage of the voltage-dependent switching means, and an ignition transformer for generating the ignition voltage required for igniting the gas discharge of the high-pressure discharge lamp.
  • the components of the ignition device are preferably arranged in the interior of the lamp base of the high-pressure discharge lamp.
  • the piezoelectric transformer is preferably also accommodated in the lamp base of the high-pressure discharge lamp.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high pressure discharge lamp according to the first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the second embodiment of the invention
  • Figure 3 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high pressure discharge lamp according to the third embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the fourth embodiment of the invention
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high pressure discharge lamp according to the fifth embodiment of the invention
  • FIG. 6 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the seventh embodiment of the invention
  • FIG. 8 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high pressure discharge lamp according to the eighth embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the ninth embodiment of the invention.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the fourth embodiment of the invention with partial compensation of the input capacitance of the piezoelectric transformer see FIG. 1 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the first exemplary embodiment of the invention.
  • the pulse igniting device comprises a starting capacitor C, a spark gap J FS, or any other voltage-dependent switching means, for example comprising a DIAC or a combination of a DIAC and a thyristor, which is activated or deactivated upon reaching a certain switching threshold voltage, and an ignition transformer Tri Primary winding Lp and secondary winding Ls.
  • the series circuit of spark gap FS and primary winding Lp is
  • the lamp La After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the lamp La by means of
  • the piezoelectric transformer PT is excited on its primary side by means of the alternating voltage source U1 with an alternating voltage frequency which is close to a resonance frequency of the piezoelectric transformer.
  • the ignition capacitor C is a voltage available, which is sufficient for the breakthrough of the spark gap FS, so that the ignition capacitor C intermittently with a Zündwiederholfrequenz of about 100 Hz over the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri discharges.
  • the AC voltage source U1 is either deactivated or the frequency of its AC voltage changed so that it has sufficient distance from the resonance frequencies of the piezoelectric transformer to avoid excitation of the piezoelectric transformer PT or to prevent charging of the ignition capacitor C to the breakdown voltage of the spark gap FS.
  • FIG. 9 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the ninth exemplary embodiment of the invention. It differs from the first exemplary embodiment only in that, instead of the switching-dependent switching means FS, any other switch S, for example a thyristor, an IGBT, a MOSFET or a triggerable spark gap with trigger electrode is used.
  • the switch S is to be provided with a sequence of drive pulses which corresponds to the ignition repetition frequency of the pulse ignition device. It should be ensured that before the arrival of a corresponding drive pulse, the capacitor C is charged to a sufficiently high voltage.
  • FIG. 2 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and of an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the second exemplary embodiment of the invention. It differs from the first embodiment only in that a single, common AC voltage source U1 is provided for supplying voltage to the piezoelectric transformer PT with downstream pulse ignition device and the high-pressure discharge lamp La, so that the voltage source U2 is dispensed with.
  • the first and second embodiments are the same. Therefore, the same reference numerals have been used in Figures 1 and 2 for identical components.
  • the AC voltage source U1 is preferably a voltage converter U1 which generates a high-frequency AC voltage for igniting and operating the high-pressure discharge lamp La from the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle.
  • the high pressure discharge lamp La is in all embodiments Preferably, a metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption of about 35 W, which is provided as a light source in a vehicle headlight.
  • an alternating voltage whose frequency is close to a resonance frequency of the piezoelectric transformer PT to excite the piezoelectric transformer PT is generated by the voltage converter or by the voltage source U1.
  • the alternating voltage generated on the secondary side of the piezoelectric transformer PT is rectified and doubled by means of the diodes D1, D2, so that the starting capacitor C is charged to the rectified, double output voltage of the piezoelectric transformer PT which is greater than the breakdown voltage of the spark gap FS is.
  • the ignition capacitor C discharges via the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri.
  • the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri therefore, high-voltage pulses are induced, which lead to the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La.
  • the frequency of the alternating voltage generated by the voltage transformer or the voltage source Ul is varied so that it has a sufficient distance to the resonance frequencies of the piezoelectric transformer PT, not to stimulate this or a charge of the ignition capacitor C to avoid the breakdown voltage of the spark gap FS.
  • the AC voltage source U1 can be realized as a DC-DC converter (eg boost converter) with a downstream inverter (eg full-bridge inverter).
  • the switching frequency of the full bridge is selected during the ignition phase close to a resonant frequency of the piezoelectric transformer PT to about 100 kHz and reduced to about 400 Hz after ignition.
  • the switching frequency of the full bridge, during the ignition phase of the high pressure discharge • lamp La also be for example only one fifth of the resonance frequency of the piezoelectric transformer PT, to the piezoelectric transformer PT with a contained in the signal of the voltage source Ul harmonic, such as the 5th harmonic to stimulate.
  • a piezoelectric transformer PT with a Resonant frequency of, for example 400 kHz are used, which is excited to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La with an AC voltage of about 400 kHz.
  • the frequency of the AC voltage for the further lamp operation for example, increased to 2 MHz in order not to further stimulate the piezoelectric transformer PT and to operate the high pressure lamp La above their acoustic resonances.
  • a regulation of the lamp power is carried out, for example, by means of a variation of the frequency of the alternating voltage, since in this way the frequency-dependent reactance of the secondary winding Ls through which the lamp current flows is changed accordingly.
  • the secondary winding Ls serves, similar to a throttle, to stabilize the discharge of the high-pressure discharge lamp La.
  • an amplitude modulation is advantageously used to excite the piezoelectric transformer PT, the modulation frequency being equal to the resonance frequency of the piezoelectric transformer PT.
  • an amplitude-modulated AC voltage having a carrier frequency of 4 MHz and a modulation frequency of 100 kHz is used to excite the piezoelectric transformer PT during the ignition phase of the high-pressure discharge lamp La.
  • FIG. 3 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the third exemplary embodiment of the invention.
  • the alternating voltage source U1 is designed as a one-transistor voltage converter by means of which the voltages required for igniting and operating the high-pressure discharge lamp La are generated from the vehicle electrical system voltage U B of the motor vehicle.
  • the one-transistor voltage converter has a clocked switching means, preferably a field effect transistor Ql (for example, a power MOSFET) whose switching clock determines the frequency of the AC voltage generated by the voltage converter Ul, and a capacitor Cs connected in parallel to the switching path of the switching means Ql and a transformer Tr2 whose Primary winding connected in series with the parallel circuit consisting of the switching means Ql and the capacitor Cs.
  • the secondary winding of the transformer Tr2 is connected in parallel to the input of the piezoelectric transformer PT and to the series circuit consisting of the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri and the discharge path of the high-pressure discharge lamp La.
  • the voltage at the secondary winding of the transformer Tr2 is used during the ignition phase for power supply or excitation of the piezoelectric transformer PT and after ignition of the gas discharge fertilg to the power supply of the high pressure discharge lamp La.
  • the frequency of the alternating voltage generated by the voltage converter and thus also the switching frequency of the switching means Q1 during the ignition phase and after completion of the ignition phase is different.
  • FIG. 4 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the fourth exemplary embodiment of the invention.
  • the fourth embodiment differs from the third embodiment only in that the parallel connected to the switching means Ql capacitor Cs ( Figure 3) according to the fourth embodiment ( Figure 4) is replaced by the input capacitance of the piezoelectric transformer PT and the secondary winding of the transformer Tr2 parallel to the series - circuit of capacitor CK, secondary winding Ls of the ignition transformer Tri and discharge path of the high-pressure discharge lamp La is connected.
  • the capacitor CK is optional and serves to partially compensate the inductance of the secondary winding Ls during lamp operation after completion of the ignition phase.
  • the switching means S and the diode D connected in parallel with the switching means S correspond to the field-effect transistor Q1 and its body diode in FIG.
  • the input capacitance of the piezoelectric transformer PT for the voltage converter operation should be too large, can be connected in series to the input of the piezoelectric transformer PT in the circuit noted arguments 4 a capacitor, which together with the input capacitance of the piezoelectric transformer PT, a capacitive voltage divider forms.
  • a capacitor which together with the input capacitance of the piezoelectric transformer PT, a capacitive voltage divider forms.
  • a partial compensation of its input capacitance can be achieved by the parallel connection of a choke L ⁇ p ⁇ to the input of the piezoelectric transformer.
  • a blocking capacitor C ⁇ p ⁇ of sufficient magnitude is to be connected in series with this choke, and this series circuit is connected in parallel with the input to connect the piezoelectric transformer.
  • the blocking capacitor C Bp ⁇ prevents a direct current through the inductor L KPT , it leaves the AC behavior of the described arrangement, however, largely unaffected.
  • the same reference numerals have been used for identical components of the two embodiments.
  • the operation of the fourth embodiment corresponds to the second and third embodiments.
  • FIG. 5 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and a high-pressure discharge lamp control device according to the fifth exemplary embodiment of the invention.
  • the fifth exemplary embodiment differs from the second or fourth exemplary embodiment only in that a current-fed push-pull converter is used as the AC voltage source or voltage converter U 1 instead of the one-transistor voltage converter.
  • the power supply during lamp operation after ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp is ensured by the input inductor Lin, through which then flows an approximately constant current.
  • the current-supplied active clock converter (FIG.
  • the transformer Tr3 has two primary windings which are connected so that when the switch S1 is closed the current can flow from the positive pole of the battery U B via the first primary winding to the ground terminal and with the second switch S2 closed across the second primary winding of the transformer Tr3 to the ground terminal can flow.
  • the switching clock of the switching means Sl and S2 determines the frequency of the alternating voltage which is available at the input of the piezoelectric transformer PT, and the frequency of the alternating voltage which is generated at the secondary winding of the transformer Tr3 for supplying power to the load circuit connected thereto.
  • the input capacitance of the piezoelectric transformer PT analogous to the fourth embodiment, a zero-voltage switching operation (zero voltage switching) of the two switches Sl and S2 safe.
  • the load circuit consists of the series connection of capacitor Ck, secondary winding Ls of the ignition transformer Tri and the discharge path of the high-pressure discharge lamp La.
  • the piezoelectric transformer PT and the voltage transformer Double-circuit-fed igniter of the high-pressure discharge lamp La consists of the ignition capacitor CFS, the spark gap FS and the ignition transformer Tri with its primary winding Lp and its secondary winding Ls.
  • the switching frequency of the switching means Sl, S2 is set so that the piezoelectric transformer PT is excited with an alternating voltage whose frequency corresponds to one of its resonance frequencies.
  • the firing capacitor CFS is charged to the breakdown voltage of the spark gap FS, in order then to discharge via the primary winding Lp of the ignition transformer Tri and the spark gap FS.
  • the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri therefore, high-voltage pulses are induced, which lead to the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La.
  • the switching frequency of the switching means S 1, S2 is varied, so that the piezoelectric transformer PT is no longer excited and the voltage drop across the firing capacitor CFS is no longer sufficient to break the spark gap FS.
  • the high-pressure discharge lamp La is supplied with energy via the secondary winding of the transformer Tr3.
  • the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri acts as a choke for limiting the lamp current.
  • the optional capacitor CK serves, in particular in the case of a high-frequency lamp current, for the partial compensation of the inductance of the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri.
  • the input capacitance of the piezoelectric transformer PT for the operation of the push-pull converter Sl, S2, Tr3 should be too small, may be connected in parallel with the input of the piezoelectric transformer PT, a capacitor with a suitably selected capacity.
  • the input capacitance of the piezoelectric transformer PT for the operation of the push-pull converter S l, S2, Tr3 should be too large, can be connected in series with the input of the piezoelectric transformer PT, a capacitor with suitably selected capacity.
  • a partial compensation of its input capacitance can be achieved by the parallel connection of a choke to the input of the piezoelectric transformer.
  • a blocking capacitor is not required here.
  • FIG. 6 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the sixth exemplary embodiment of the invention. It differs from the first embodiment in that the high pressure discharge lamp La has a Zündanges- electrode ZE, which is acted upon by the Impulszündvorraum during the ignition phase of the high pressure discharge lamp La with the high voltage pulses to ignite the gas discharge in the lamp La.
  • the pulse injection apparatus according to FIG. 6 comprises a starting capacitor C, a spark gap FS, or any other voltage-dependent switching means which is activated or deactivated when a specific switching threshold voltage is reached, and an ignition transformer Tri with primary winding Lp and secondary winding Ls.
  • the series circuit of spark gap FS and primary winding Lp is connected in parallel to the ignition capacitor C.
  • An alternating voltage source U1 a piezoelectric transformer PT and a voltage doubler circuit, which is formed by the diodes D1, D2 and the ignition capacitor C, serve for voltage supply to the pulse ignition device.
  • the lamp La is operated by means of the alternating voltage source U2 and the series resonant circuit LRes, CRes, which generate an alternating current over the discharge path of the high-pressure discharge lamp La.
  • the frequency of the AC voltage source U2 is selected so that at the series resonant circuit LRes, CRes a sufficiently high voltage is generated, which is applied between the two main electrodes of the high pressure discharge lamp La and an ignition of the discharge via the auxiliary ignition electrode ZE allows or supports. Furthermore, the piezoelectric transformer PT on its primary side by means of . AC voltage source Ul excited with an AC voltage frequency which is close to a resonance frequency of the piezoelectric transformer PT.
  • the AC voltage source Ul is either deactivated or the frequency of its AC voltage changed so that it has sufficient distance from the resonant frequencies of the piezoelectric transformer to avoid excitation of the piezoelectric transformer PT or a charge of the ignition capacitor C to prevent the breakdown voltage of the spark gap FS.
  • the lamp operation after completion of the ignition phase is performed by means of the AC voltage source U2 and the series resonant circuit LRes, CRes.
  • FIG. 7 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and a high-pressure discharge lamp control device according to the seventh exemplary embodiment of the invention. It differs from the sixth embodiment in that the second alternating voltage source U2 is dispensed with and the ignition and the operation of the high-pressure discharge lamp La are performed with only one alternating voltage source U1.
  • the capacitor CK is optional and serves for the partial compensation of the inductance LGes during lamp operation after completion of the ignition phase.
  • the inductance LGes denotes the entire inductance of the autotransformer, where LRes denotes only the inductance of the first winding section connected to the voltage source U1 and the Input of the piezoelectric transformer PT is connected.
  • the ignition transformer Tri of the pulse ignition device according to Figure 7 in contrast to the embodiment of Figure 6 is designed as autotransformer.
  • an alternating voltage whose frequency is close to a resonance frequency of the piezoelectric transformer PT in order to excite the piezoelectric transformer PT is generated by the voltage converter or by the voltage source U1.
  • the excitation can also take place by means of a harmonic contained in the signal of the voltage source U1.
  • the series resonant circuit LRes, CRes is dimensioned such that a sufficiently high voltage is generated at it, which is applied between the two main electrodes of the high-pressure discharge lamp La and enables ignition of the discharge via the auxiliary starting electrode ZE or supported.
  • the function of the capacitor CRes may optionally be taken over by the input capacitance of the piezoelectric transformer PT. Therefore, the component CRes is shown in dashed lines in FIG.
  • the alternating voltage generated on the secondary side of the piezoelectric transformer PT is rectified and doubled by means of the diodes D1, D2, so that the starting capacitor C is charged to the rectified, double output voltage of the piezoelectric transformer PT, which is greater than the breakdown voltage of the spark gap FS.
  • the ignition capacitor C discharges via the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri.
  • Tri high-voltage pulses are thus induced se, with which the auxiliary ignition electrode ZE of the high-pressure discharge lamp La is acted upon to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La.
  • the frequency of the alternating voltage generated by the voltage converter or the voltage source U1 is varied so that it has a sufficient distance from the resonance frequencies of the piezoelectric transformer PT so as not to excite it or charge it of the ignition capacitor C to avoid the breakdown voltage of the spark gap FS.
  • the high-pressure discharge lamp La is operated after the ignition phase by means of the series resonant circuit LRes, CRes at the AC voltage source U1.
  • High-pressure discharge lamp La is regulated by varying the frequency of the alternating voltage U1.
  • the high-pressure discharge lamp La can be operated immediately after the ignition phase, in the so-called start-up phase, by means of the LGES and CK series resonant circuit at a multiple of their rated power in order to achieve a rapid evaporation of the discharge medium, for example the metal halides.
  • the inductor LRes also limits the lamp current and thus ensures the stabilization of the discharge.
  • FIG. 8 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the eighth exemplary embodiment of the invention. It differs from the seventh embodiment in that in the eighth embodiment, the AC voltage source Ul is formed as a single-transistor voltage converter and the ignition transformer Tri is not designed as an autotransformer.
  • the alternating voltage for supplying voltage to the piezoelectric transformer PT and the high-pressure discharge lamp La is generated from the vehicle electrical system voltage U B of the motor vehicle by means of the controllable switching means S, the diode D connected in parallel thereto, the capacitor Cs connected in parallel with the switching means S and the transformer Tr2.
  • the switching means S and the diode D are preferably designed as a field-effect transistor with an integrated body diode, as shown in FIG.
  • the switching clock of the switching means S determines the frequency of the AC voltage generated by the voltage converter.
  • the secondary winding of the transformer Tr2 supplies the series resonant circuit LRes, CRes with energy.
  • the input or the primary side of the piezoelectric transformer PT and the discharge path of the high-pressure discharge lamp La are each connected in parallel to the resonant capacitor CRes.
  • the switching frequency of the switching means S and thus the frequency of the alternating voltage generated by the one-transistor voltage converter is tuned to a resonant frequency of the piezoelectric transformer PT.
  • the series resonant circuit formed of LRes, CRes and the input capacitance of the piezoelectric transformer PT is excited, so that between the two main electrodes of the high-pressure discharge lamp La, a peak voltage of about 800 V is formed during ignition.
  • the output voltage of the piezoelectric transformer PT is rectified and doubled by means of a voltage doubler circuit Dl, D2, C, so that the rectified capacitor C of the pulse igniter C, FS, Tri the rectified double output voltage of the piezoelectric transformer PT, which upon excitation of the piezoelectric transformer PT sufficient with its resonant frequency for the breakthrough of the spark gap FS, so that the ignition capacitor C discharges via the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri.
  • the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri thereby high voltage pulses are induced with which the auxiliary ignition electrode ZE of the high pressure discharge lamp La is acted upon to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp La.
  • the switching frequency of the switching means S is changed, so that no excitation of the piezoelectric transformer PT and no breakthrough of the spark gap FS more.
  • the voltage provided by the secondary winding of the transformer Tr2 then serves to supply the series resonant circuit LRes, CRes and the high-pressure discharge lamp La.
  • the power consumption of the high-pressure discharge lamp La is controlled by varying the switching frequency of the switching means S and thus by varying the AC voltage frequency.
  • the high pressure discharge lamp La has a burning voltage in the range of about 40 V to 90 V.

Abstract

The invention relates to a device for igniting the gas discharge in a high-pressure discharge lamp (La). Said igniting device is embodied as a pulsed igniting device (C, FS, Tr1) while a piezoelectric transformer (PT) is provided for supplying the pulsed igniting device (C, FS, Tr1) with voltage.

Description

HOCHDRUCKGASENTLADUNGSLAMPEIMPULSZUENDVORRICHTUNG MIT PIEZOELEKTRISCHEM TRANSFORMATORHIGH-PRESSURE GAS DISCHARGE LAMP PULSE TURNING DEVICE WITH PIEZOELECTRIC TRANSFORMER
Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to an ignition device according to the preamble of patent claim 1 and a corresponding method.
I. Stand der TechnikI. State of the art
Eine derartige Zündvorrichtung ist beispielsweise in der WO 98/18297 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruckent- ladungslampe mit einem als Wechselrichter ausgebildeten Spannungswandler, einen von dem Wechselrichter gespeisten Lastkreis, der mit Anschlüssen für eine Hochdruckentladungslampe und mit einer Drossel zur Begrenzung des Lampenstroms versehen ist, und eine Impulszündvorrichtung zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe aufweist. Die Schaltungsanordnung besitzt außerdem einen Transformator zur galvanischen Trennung des Wechselrichters von dem Lastkreis und der Impulszündvorrichtung. Die Impulszündvorrichtung umfasst eine Funkenstrecke, einen Zündkondensator, der während der zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke aufgeladen wird, und einen Zündtransformator, über dessen Primärwicklung sich der Zündkondensator nach dem Durchbruch der Funkenstrecke entlädt und von dessen Sekundärwicklung Hochspannungsimpulse zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erzeugt werden. Die Spannungsversorgung dieser Impulszündvorrichtung wird mittels des Wechselrichters und des vorgenannten, der galvanischen Trennung dienenden Transformators generiert.Such an ignition device is disclosed, for example, in WO 98/18297. This document describes a circuit arrangement for operating a high-pressure discharge lamp with a voltage converter designed as an inverter, a load circuit fed by the inverter, which is provided with connections for a high-pressure discharge lamp and with a throttle for limiting the lamp current, and a pulse ignition device for igniting the gas discharge the high pressure discharge lamp has. The circuit also has a transformer for galvanic isolation of the inverter from the load circuit and the Impulszündvorrichtung. The pulse ignition device comprises a spark gap, a firing capacitor which is charged during the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp to the breakdown voltage of the spark gap, and an ignition transformer, via the primary winding of the ignition capacitor discharges after the breakthrough of the spark gap and the secondary winding high voltage pulses to ignite the gas discharge are generated in the high pressure discharge lamp. The power supply of this pulse ignition device is generated by means of the inverter and the aforementioned, the galvanic isolation transformer.
Die EP-A 1 496 725 offenbart eine mit einem piezoelektrischen Transformator ausgestattete Zündvorrichtung für eine Hochdruckentladungslampe. Die Primärseite des piezoelektrischen Transformators wird zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe mit einer Wechselspannung gespeist, deren Frequenz einer Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators entspricht. Auf der Sekun- därseite des piezoelektrischen Transformators wird dadurch eine Hochspannung ge- neriert, die einer Zündhilfselektrode der Hochdruckentladungslampe zugeführt wird, um die Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe zu zünden.EP-A 1 496 725 discloses an ignition device for a high pressure discharge lamp equipped with a piezoelectric transformer. The primary side of the piezoelectric transformer is energized to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp with an AC voltage whose frequency corresponds to a resonant frequency of the piezoelectric transformer. On the secondary side of the piezoelectric transformer, a high voltage is thereby produced. neriert, which is supplied to a Zündhilfselektrode the high pressure discharge lamp to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp.
IL Darstellung der ErfindungIL illustration of the invention
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Impulszündvorrichtung für eine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, die für einen Betrieb der Hochdruckent- 5 ladungslampe mit einem hochfrequenten Lampenstrom, d.h., mit einer Frequenz größer als 0,1 MHz, oder bei kleiner Versorgungsspannung der Impulszündvorrichtung, geeignet istIt is an object of the invention to provide an improved pulse ignition device for a high pressure discharge lamp which is suitable for operation of the high pressure discharge lamp with a high frequency lamp current, i.e. at a frequency greater than 0.1 MHz, or at low supply voltage of the pulse ignition device
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen 10 Patentansprüchen beschrieben.This object is achieved by the features of claim 1. Particularly advantageous embodiments of the invention are described in the dependent 10 claims.
Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung ist als Impulszündvorrichtung ausgebildet und zu ihrer Spannungsversorgung ist ein piezoelektrischer Transformator vorgesehen. Durch die Verwendung eines piezoelektrischen Transformators zur Spannungsversorgung der Impulszündvorrichtung kann in der Impulszündvorrichtung ein Zünd-The ignition device according to the invention is designed as a pulse ignition device and to its power supply, a piezoelectric transformer is provided. Through the use of a piezoelectric transformer for supplying voltage to the pulse ignition device, an ignition device can be used in the pulse ignition device.
15 transformator mit einem wesentlich geringeren Spannungsübersetzungsverhältnis eingesetzt werden, da sich mittels des piezoelektrischen Transformators bereits große Spannungsübersetzungsverhältnisse realisieren lassen und somit die an der Sekundärseite des piezoelektrischen Transformators bereitstehende Versorgungsspannung für die Impulszündvorrichtung gegenüber der an seiner Primärseite anliegenden Ein-15 transformer can be used with a much lower voltage translation ratio, as can be realized by means of the piezoelectric transformer already large voltage translation ratios, and thus the waiting on the secondary side of the piezoelectric transformer supply voltage for the pulse igniter against the voltage applied to its primary side
20 gangsspannung deutlich verstärkt ist und nur noch die Differenz von Zündspannung der Hochdruckentladungslampe und Versorgungsspannung der Impulszündvorrichtung von dem Impulszündtransformator generiert werden muss, um die Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe zünden zu können.20 voltage is significantly increased and only the difference between the ignition voltage of the high pressure discharge lamp and the supply voltage of the pulse ignition of the pulse ignition transformer must be generated in order to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des piezoelektrischen Transformators zur 25. Spannungsversorgung einer Impulszündvorrichtung, wenn die Hochdruckentladungslampe mit einem hochfrequenten Lampenstrom, das heißt, mit einer Frequenz größer als 0,1 MHz, betrieben wird, weil dadurch das Windungszahlenverhältnis von Sekundär- zu Primärwicklung und die Sekundärinduktivität des Zündtransformators der Impulszündvorrichtung und damit der Spannungsabfall an der vom hochfrequenten Lampenstrom durchflossenen Sekundärwicklung des Zündtransformators verringert werden kann. Anderenfalls würde die Effizienz des gesamten Systems während des Lampenbetriebs nach erfolgter Zündung der Gasentladung unter der hohen Induktivität der Sekundärwicklung des Zündtransformators leiden, weil auch nach erfolgter Zündung der Gasentladung noch ein hoher Spannungsabfall an der vom hochfrequenten Lampenstrom durchflossenen Sekundärwicklung des Zündtransformators auftreten würde. Daher sind nur verhältnismäßig kleine Windungszahlenver- hältnisse des Zündtransformators von kleiner als 20 zulässig, da anderenfalls die Windungszahl der Primärwicklung sehr klein wird, beispielsweise gleich 1 , und damit eine schlechte magnetische Kopplung von Primär- und Sekundärwicklung des Zündtransformators, ein hoher Strom durch die Primärwicklung während der Zündung mit starker Beanspruchung der Komponenten der Impulszündvorrichtung und nur noch eine ineffiziente Hochspannungserzeugung bewirkt wird. Sollen trotzdem hohe Zündspannungen von ca. 20 kV erzeugt werden, so muss ein Schaltmittel mit einer höheren Sperrspannung als die üblichen 350 V bis 800 V in der Impulszündvorrichtung verwendet werden. Dem entsprechend ergibt sich die Anforderung, die Impulszündvorrichtung mit einer höheren Spannung zu versorgen als das bei einem Lampenbetrieb gemäß dem Stand der Technik. Das wird besonders vorteilhaft mit der erfϊndungsgemäßen Zündvorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Betriebsgerät erreicht.Especially advantageous is the use of the piezoelectric transformer to 25th Power supply of a pulse ignition device, when the high-pressure discharge lamp with a high-frequency lamp current, that is, with a frequency greater than 0.1 MHz, operated because thereby the turns number ratio of Secondary to primary winding and the secondary inductance of the ignition transformer of the pulse ignition device and thus the voltage drop across the secondary winding of the ignition transformer through which the high-frequency lamp current flows can be reduced. Otherwise, the efficiency of the entire system would suffer during the lamp operation after ignition of the gas discharge under the high inductance of the secondary winding of the ignition transformer, because even after the ignition of the gas discharge would still occur a high voltage drop at the traversed by the high-frequency lamp current secondary winding of the ignition transformer. Therefore, only relatively small numbers of turns of the ignition transformer of less than 20 are permissible, otherwise the number of turns of the primary winding becomes very small, for example equal to 1, and thus poor magnetic coupling of the primary and secondary windings of the ignition transformer, a high current through the primary winding during ignition with heavy use of the components of the pulse ignition device and only an inefficient high voltage generation is effected. If, nevertheless, high ignition voltages of approximately 20 kV are to be generated, then a switching means with a higher blocking voltage than the usual 350 V to 800 V in the pulse ignition device must be used. Accordingly, the requirement arises to supply the pulse ignition device with a higher voltage than that in a lamp operation according to the prior art. This is achieved particularly advantageously with the ignition device according to the invention or the operating device according to the invention.
Vorteilhafterweise weist der Zündtransformator eine Bauform auf, bei der der magnetische Fluss weitgehend im Magnetmaterial, beispielsweise Ferrit oder Eisen, des Transformatorkerns verläuft, um eine gute elektromagnetische Verträglichkeit und eine Minimierung der durch das magnetische Feld verursachten Verluste außerhalb des Zündtransformators zu gewährleisten. Der Zündtransformator weist daher vorzugsweise einen nahezu geschlossenen Kern, zum Beispiel einen Ringkern oder Topfkern mit Luftspalt auf. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des piezoelektrischen Transformators zur Spannungsversorgung einer Impulszündvorrichtung darüber hinaus, wenn für die Impulszündvorrichtung nur mit einer verhältnismäßig geringe Versorgungsspannung, d.h. von kleiner 500 V, zur Verfügung steht, da diese beispielsweise aus der Bord- netzspannung eines Kraftfahrzeugs generiert wird.Advantageously, the ignition transformer has a design in which the magnetic flux largely in the magnetic material, such as ferrite or iron, the transformer core runs to ensure good electromagnetic compatibility and minimizing the losses caused by the magnetic field outside of the ignition transformer. The ignition transformer therefore preferably has an almost closed core, for example a toroidal core or pot core with an air gap. The use of the piezoelectric transformer for supplying power to a pulse ignition device is also particularly advantageous if the pulse ignition device is only available with a relatively low supply voltage, ie less than 500 V, since this is generated, for example, from the vehicle electrical system voltage.
Vorteilhafterweise ist dem Spannungsausgang des piezoelektrischen Transformators eine Spannungsverdopplungsschaltung oder eine Kaskadenschaltung nachgeschaltet, um die Versorgungsspannung für die Impulszündvorrichtung weiter zu erhöhen.Advantageously, a voltage doubling circuit or a cascade circuit is connected downstream of the voltage output of the piezoelectric transformer in order to further increase the supply voltage for the pulse ignition device.
Die erfindungsgemäße Impulszündvorrichtung umfasst gemäß den bevorzugten Aus- führungsbeispielen ein Schaltmittel, beispielsweise ein spannungsabhängiges Schaltmittel mit einer Schaltschwellenspannung, ein Ladungsspeichermittel, das auf die Schaltschwellenspannung des spannungsabhängigen Schaltmittels aufladbar ist, und einen Zündtransformator zum Erzeugen der zum Zünden der Gasentladung der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Zündspannung. Die Komponenten der Zündvorrichtung sind vorzugsweise im Inneren des Lampensockels der Hochdruckentladungslampe angeordnet. Zusätzlich ist vorzugsweise auch der piezoelektrische Transformator in dem Lampensockel der Hochdruckentladungslampe untergebracht.According to the preferred exemplary embodiments, the pulse ignition device according to the invention comprises a switching means, for example a voltage-dependent switching means with a switching threshold voltage, a charge storage means which can be charged to the switching threshold voltage of the voltage-dependent switching means, and an ignition transformer for generating the ignition voltage required for igniting the gas discharge of the high-pressure discharge lamp. The components of the ignition device are preferably arranged in the interior of the lamp base of the high-pressure discharge lamp. In addition, the piezoelectric transformer is preferably also accommodated in the lamp base of the high-pressure discharge lamp.
III. Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleIII. Description of the preferred embodiments
Nachstehend wird die Erfindung anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to several preferred embodiments. Show it:
Figur 1 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hochdruckentladungslampe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der ErfindungFigure 1 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high pressure discharge lamp according to the first embodiment of the invention
Figur 2 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hoch- druckentladungslampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung Figur 3 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hochdruckentladungslampe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der ErfindungFigure 2 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the second embodiment of the invention Figure 3 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high pressure discharge lamp according to the third embodiment of the invention
Figur 4 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hoch- druckentladungslampe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der ErfindungFigure 4 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the fourth embodiment of the invention
Figur 5 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hochdruckentladungslampe gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der ErfindungFigure 5 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high pressure discharge lamp according to the fifth embodiment of the invention
Figur 6 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hochdruckentladungslampe gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der ErfindungFigure 6 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the sixth embodiment of the invention
Figur 7 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hochdruckentladungslampe gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfin- dungFigure 7 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the seventh embodiment of the invention
Figur 8 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hochdruckentladungslampe gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der ErfindungFigure 8 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high pressure discharge lamp according to the eighth embodiment of the invention
Figur 9 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hoch- druckentladungslampe gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der ErfindungFigure 9 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the ninth embodiment of the invention
Figur 10 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung und des Betriebsgeräts der Hoch- druckentladungslampe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit partieller Kompensation der Eingangskapazität des piezoelektri- sehen Transformators In Figur 1 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvorrichtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt.Figure 10 is a circuit diagram of the ignition device and the operating device of the high-pressure discharge lamp according to the fourth embodiment of the invention with partial compensation of the input capacitance of the piezoelectric transformer see FIG. 1 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the first exemplary embodiment of the invention.
Die Impulszündvorrichtung umfasst einen Zündkondensator C, eine Funkenstrecke J FS, oder ein beliebiges anderes spannungsabhängiges Schaltmittel, beispielsweise einen DIAC oder eine Kombination aus einem DIAC und einem Thyristor enthält, das beim Erreichen einer bestimmten Schaltschwellenspannung aktiviert bzw. deaktiviert wird, und eine Zündtransformator Tri mit Primärwicklung Lp und Sekundärwicklung Ls. Die Serienschaltung aus Funkenstrecke FS und Primärwicklung Lp istThe pulse igniting device comprises a starting capacitor C, a spark gap J FS, or any other voltage-dependent switching means, for example comprising a DIAC or a combination of a DIAC and a thyristor, which is activated or deactivated upon reaching a certain switching threshold voltage, and an ignition transformer Tri Primary winding Lp and secondary winding Ls. The series circuit of spark gap FS and primary winding Lp is
10 parallel zum Zündkondensator C geschaltet. Zur Spannungsversorgung der Impulszündvorrichtung dienen eine Wechselspannungsquelle Ul, ein piezoelektrischer Transformator PT und eine Spannungsverdopplungsschaltung, die von den Dioden Dl, D2 und dem Zündkondensator C gebildet wird. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La wird die Lampe La mittels der10 connected in parallel to the ignition capacitor C. To power the pulse ignition device serve an AC voltage source Ul, a piezoelectric transformer PT and a voltage doubling circuit, which is formed by the diodes Dl, D2 and the ignition capacitor C. After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the lamp La by means of
/5 Wechselspannungsquelle U2 betrieben, die einen über die Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri fließenden Lampenstrom erzeugt. Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La wird der piezoelektrische Transformator PT auf seiner Primärseite mittels der Wechselspannungsquelle Ul mit einer Wechselspannungsfrequenz angeregt, die nahe bei einer Resonanzfrequenz des pie-/ 5 AC voltage source U2 operated, which generates a current flowing through the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri lamp current. For igniting the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the piezoelectric transformer PT is excited on its primary side by means of the alternating voltage source U1 with an alternating voltage frequency which is close to a resonance frequency of the piezoelectric transformer.
20 zoelektrische Transformator PT liegt. Dadurch wird auf seiner Sekundärseite eine Hochspannung generiert, die mittels der Dioden Dl, D2 der Spannungsverdoppe- lungsschaltung gleichgerichtet wird, so dass am Zündkondensator C die gleichgerichtete, doppelte Ausgangsspitzenspannung des piezoelektrischen Transformators PT anliegt. Wenn der piezoelektrische Transformator PT mittels der Wechselspan-20 zoelektrischen transformer PT is located. As a result, a high voltage is generated on its secondary side, which is rectified by means of the diodes D1, D2 of the voltage doubler circuit, so that the ignition capacitor C is the rectified, double output peak voltage of the piezoelectric transformer PT. When the piezoelectric transformer PT by means of the Wechselspan-
25 nungsquelle Ul mit einer seiner Resonanzfrequenzen angeregt wird, steht am Zünd- kondensator C eine Spannung zu Verfügung, die zum Durchbruch der Funkenstrecke FS ausreicht, so dass sich der Zündkondensator C stoßweise mit einer Zündwiederholfrequenz von ungefähr 100 Hz über die Funkenstrecke FS und die Primärwicklung Lp des Zündtransformators Tri entlädt. Dadurch werden in der Sekundärwick-25 voltage source Ul is excited with one of its resonant frequencies, the ignition capacitor C is a voltage available, which is sufficient for the breakthrough of the spark gap FS, so that the ignition capacitor C intermittently with a Zündwiederholfrequenz of about 100 Hz over the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri discharges. As a result, in the secondary winding
30 hing Ls des Zündtransformators Tri Hochspannungsimpulse induziert, welche die Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La zünden. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La wird die Wechselspan- nungsquelle Ul entweder deaktiviert oder die Frequenz ihrer Wechselspannung geändert, so dass sie ausreichenden Abstand zu den Resonanzfrequenzen des piezo- elektrischen Transformators aufweist, um eine Anregung des piezoelektrischen Transformators PT zu vermeiden bzw. eine Aufladung des Zündkondensators C auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS zu verhindern.30 hung Ls of the ignition transformer Tri high voltage pulses induced, which the Ignite gas discharge in the high-pressure discharge lamp La. After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the AC voltage source U1 is either deactivated or the frequency of its AC voltage changed so that it has sufficient distance from the resonance frequencies of the piezoelectric transformer to avoid excitation of the piezoelectric transformer PT or to prevent charging of the ignition capacitor C to the breakdown voltage of the spark gap FS.
In Figur 9 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvorrichtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem neunten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich von dem ersten Aus- führungsbeispiel nur dadurch, dass anstelle des spaniuingsabhängigen Schaltmittels FS ein beliebiger anderer Schalter S, beispielsweise ein Thyristor, ein IGBT, ein MOSFET oder eine fremdtriggerbare Funkenstrecke mit Triggerelektrode verwendet wird. Der Schalter S ist mit einer Folge von Ansteuerimpulsen zu versehen, die der Zündwiederholfrequenz der Impulszündvorrichtung entspricht. Dabei ist sicherzustellen, dass vor eintreffen eines entsprechenden Ansteuerimpulses der Kondensator C auf eine ausreichend hohen Spannung aufgeladen ist.FIG. 9 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the ninth exemplary embodiment of the invention. It differs from the first exemplary embodiment only in that, instead of the switching-dependent switching means FS, any other switch S, for example a thyristor, an IGBT, a MOSFET or a triggerable spark gap with trigger electrode is used. The switch S is to be provided with a sequence of drive pulses which corresponds to the ignition repetition frequency of the pulse ignition device. It should be ensured that before the arrival of a corresponding drive pulse, the capacitor C is charged to a sufficiently high voltage.
In Figur 2 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvorrichtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem zweiten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass eine einzige, gemeinsame Wechselspannungsquelle Ul zur Spannungsversorgung des piezoelektrischen Transformators PT mit nachgeordneter Impulszündvorrichtung und der Hochdruckentladungslampe La vorgesehen ist, so dass auf die Spannungsquelle U2 verzichtet wird. In allen anderen Details stimmen das erste und zweite Ausführungsbeispiel überein. Daher wurden in den Figuren 1 und 2 für identische Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet. Bei der Wechselspannungsquelle Ul handelt es sich vorzugsweise um einen Spannungswandler Ul, der aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs eine hochfrequente Wechselspannung zum Zünden und Betreiben der Hochdruckentladungslampe La generiert. Die Hochdruckentladungslampe La ist bei allen Ausführungsbeispielen vorzugsweise eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit einer elektrischen Leistungsaufnahme von ca. 35 W, die als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist. Zum Zünden der Hochdruckentladungslampe La wird vom Spannungswandler bzw. von der Spannungsquelle Ul eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz nahe bei einer Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators PT liegt, um den piezoelektrischen Transformator PT anzuregen. Die auf der Sekundärseite des piezoelektrischen Transformators PT generierte Wechsel- Spannung wird mittels der Dioden Dl, D2 gleichgerichtet und verdoppelt, so dass der Zündkondensator C auf die gleichgerichtete, doppelte Ausgangsspannung des piezo- elektrischen Transformators PT aufgeladen wird, die größer als die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS ist. Dadurch entlädt sich der Zündkondensator C über die Funkenstrecke FS und die Primärwicklung Lp des Zündtransformators Tri . In der Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri werden daher Hochspan- nungsimpulse induziert, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentla- dungslampe La führen. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La wird die Frequenz der von dem Spannungswandler bzw. der Spannungsquelle Ul generierten Wechselspannung so variiert, dass sie einen ausreichenden Abstand zu den Resonanzfrequenzen des piezoelektrischen Transformators PT besitzt, um diesen nicht anzuregen bzw. eine Aufladung des Zündkondensators C auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS zu vermeiden. Beispielsweise kann die Wechselspannungsquelle Ul als Gleichspannungswandler (z.B. Hochsetz- steller) mit nachgeschaltetem Wechselrichter (z.B. Vollbrückenwechselrichter) realisiert werden. Die Schaltfrequenz der Vollbrücke wird während der Zündphase nahe bei einer Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators PT zu ca. 100 kHz gewählt und nach erfolgter Zündung auf ca. 400 Hz reduziert. Alternativ kann die Schaltfrequenz der Vollbrücke während der Zündphase der Hochdruckentladungs- lampe La auch beispielsweise nur ein Fünftel der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators PT betragen, um den piezoelektrischen Transformator PT mit einer im Signal der Spannungsquelle Ul enthaltenen Oberschwingung, beispielswei- se der 5. Harmonischen, anzuregen. Wird aber ein hochfrequenter Lampenbetrieb angestrebt, so kann beispielsweise ein piezoelektrischen Transformator PT mit einer Resonanzfrequenz von beispielsweise 400 kHz verwendet werden, der zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La mit einer Wechselspannung von ca. 400 kHz angeregt wird. Nach Beendigung der Zündphase wird die Frequenz der Wechselspannung für den weiteren Lampenbetrieb beispielsweise auf 2 MHz erhöht, um den piezoelektrischen Transformator PT nicht weiter anzuregen und die Hochdrucklampe La oberhalb ihrer akustischen Resonanzen zu betreiben. Eine Regelung der Lampenleistung wird beispielsweise mittels einer Variation der Frequenz der Wechselspannung durchgeführt, da hierdurch der frequenzabhängige Blindwiderstand der vom Lampenstrom durchflossenen Sekundärwicklung Ls entsprechend verändert wird. Die Sekundärwicklung Ls dient, ähnlich wie eine Drossel, zur Stabilisierung der Entladung der Hochdruckentladungslampe La.FIG. 2 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and of an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the second exemplary embodiment of the invention. It differs from the first embodiment only in that a single, common AC voltage source U1 is provided for supplying voltage to the piezoelectric transformer PT with downstream pulse ignition device and the high-pressure discharge lamp La, so that the voltage source U2 is dispensed with. In all other details, the first and second embodiments are the same. Therefore, the same reference numerals have been used in Figures 1 and 2 for identical components. The AC voltage source U1 is preferably a voltage converter U1 which generates a high-frequency AC voltage for igniting and operating the high-pressure discharge lamp La from the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle. The high pressure discharge lamp La is in all embodiments Preferably, a metal halide high-pressure discharge lamp with an electrical power consumption of about 35 W, which is provided as a light source in a vehicle headlight. To ignite the high-pressure discharge lamp La, an alternating voltage whose frequency is close to a resonance frequency of the piezoelectric transformer PT to excite the piezoelectric transformer PT is generated by the voltage converter or by the voltage source U1. The alternating voltage generated on the secondary side of the piezoelectric transformer PT is rectified and doubled by means of the diodes D1, D2, so that the starting capacitor C is charged to the rectified, double output voltage of the piezoelectric transformer PT which is greater than the breakdown voltage of the spark gap FS is. As a result, the ignition capacitor C discharges via the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri. In the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri, therefore, high-voltage pulses are induced, which lead to the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La. After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the frequency of the alternating voltage generated by the voltage transformer or the voltage source Ul is varied so that it has a sufficient distance to the resonance frequencies of the piezoelectric transformer PT, not to stimulate this or a charge of the ignition capacitor C to avoid the breakdown voltage of the spark gap FS. For example, the AC voltage source U1 can be realized as a DC-DC converter (eg boost converter) with a downstream inverter (eg full-bridge inverter). The switching frequency of the full bridge is selected during the ignition phase close to a resonant frequency of the piezoelectric transformer PT to about 100 kHz and reduced to about 400 Hz after ignition. Alternatively, the switching frequency of the full bridge, during the ignition phase of the high pressure discharge lamp La also be for example only one fifth of the resonance frequency of the piezoelectric transformer PT, to the piezoelectric transformer PT with a contained in the signal of the voltage source Ul harmonic, such as the 5th harmonic to stimulate. But if a high-frequency lamp operation is desired, so for example, a piezoelectric transformer PT with a Resonant frequency of, for example 400 kHz are used, which is excited to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La with an AC voltage of about 400 kHz. After completion of the ignition phase, the frequency of the AC voltage for the further lamp operation, for example, increased to 2 MHz in order not to further stimulate the piezoelectric transformer PT and to operate the high pressure lamp La above their acoustic resonances. A regulation of the lamp power is carried out, for example, by means of a variation of the frequency of the alternating voltage, since in this way the frequency-dependent reactance of the secondary winding Ls through which the lamp current flows is changed accordingly. The secondary winding Ls serves, similar to a throttle, to stabilize the discharge of the high-pressure discharge lamp La.
Falls die Frequenz der von der Spannungsquelle Ul generierten Wechselspannung immer oberhalb der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators PT liegt, so wird zum Anregen des piezoelektrischen Transformators PT vorteilhafter- weise eine Amplitudenmodulation verwendet, wobei die Modulationsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators PT ist. Beispielsweise wird bei einem piezoelektrischen Transformator PT mit einer Resonanzfrequenz von 100 kHz eine amplitudenmodulierte Wechselspannung mit einer Trägerfrequenz von 4 MHz und einer Modulationsfrequenz von 100 kHz verwendet, um den piezoelekt- rischen Transformator PT während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe La anzuregen. Nach Beendigung der Zündphase wird die Modulation entweder abgeschaltet oder die Modulationsfrequenz und bzw. oder der Modulationsgrad so variiert, dass die vom piezoelektrischen Transformator PT erzeugte Spannung nicht mehr zum Durchbruch der Funkenstrecke FS führt. Nach der Beendigung der Zündphase wird beispielsweise eine Amplitudenmodulation der von dem Spannungswandler Ul generierten Wechselspannung beibehalten, um damit eine Begradigung des aufgrund der Konvektion im Entladungsplasma gekrümmten Entladungsbogens der Hochdruckentladungslampe La zu erreichen, indem mittels der Amplitudenmodulation akustische Resonanzen im Entladungsplasma angeregt werden. In Figur 3 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvorrichtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass die Wechselspan- nungsquelle Ul als Ein-Transistor-Spannungswandler ausgebildet ist, mittels dem aus der Bordnetzspannung UB des Kraftfahrzeugs die zum Zünden und Betreiben der Hochdruckentladungslampe La erforderlichen Spannungen erzeugt werden. Der EinTransistor-Spannungswandler besitzt ein getaktetes Schaltmittel, vorzugsweise einen Feldeffekttransistor Ql (beispielsweise einen Power-MOSFET), dessen Schalttakt die Frequenz der vom Spannungswandler Ul erzeugten Wechselspannung bestimmt, und einen parallel zur Schaltstrecke des Schaltmittels Ql geschalteten Kondensator Cs sowie einen Transformator Tr2, dessen Primärwicklung in Serie zu der Parallelschaltung bestehend aus dem Schaltmittel Ql und dem Kondensator Cs geschaltet ist. Die Sekundärwicklung des Transformators Tr2 ist parallel zum Eingang des pie- zoelektrischen Transformators PT und zur Serienschaltung bestehend aus Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri und Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe La geschaltet. Die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators Tr2 dient während der Zündphase zur Spannungsversorgung bzw. Anregung des piezoelektrischen Transformators PT und nach erfolgter Zündung der Gasentla- düng zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe La. Wie bereits oben erläutert wurde, ist die Frequenz der vom Spannungswandler generierten Wechselspannung und damit auch die Schaltfrequenz des Schaltmittels Ql während der Zündphase und nach Beendigung der Zündphase unterschiedlich.If the frequency of the alternating voltage generated by the voltage source U1 always lies above the resonance frequency of the piezoelectric transformer PT, an amplitude modulation is advantageously used to excite the piezoelectric transformer PT, the modulation frequency being equal to the resonance frequency of the piezoelectric transformer PT. For example, in a piezoelectric transformer PT having a resonance frequency of 100 kHz, an amplitude-modulated AC voltage having a carrier frequency of 4 MHz and a modulation frequency of 100 kHz is used to excite the piezoelectric transformer PT during the ignition phase of the high-pressure discharge lamp La. After completion of the ignition phase, the modulation is either switched off or the modulation frequency and / or the degree of modulation varied so that the voltage generated by the piezoelectric transformer PT no longer leads to the breakthrough of the spark gap FS. After completion of the ignition phase, an amplitude modulation of the AC voltage generated by the voltage converter Ul is maintained, for example, in order to achieve a straightening of the discharge arc of the high-pressure discharge lamp La curved by the convection in the discharge plasma, by exciting acoustic resonances in the discharge plasma by means of the amplitude modulation. FIG. 3 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the third exemplary embodiment of the invention. This exemplary embodiment differs from the second exemplary embodiment only in that the alternating voltage source U1 is designed as a one-transistor voltage converter by means of which the voltages required for igniting and operating the high-pressure discharge lamp La are generated from the vehicle electrical system voltage U B of the motor vehicle. The one-transistor voltage converter has a clocked switching means, preferably a field effect transistor Ql (for example, a power MOSFET) whose switching clock determines the frequency of the AC voltage generated by the voltage converter Ul, and a capacitor Cs connected in parallel to the switching path of the switching means Ql and a transformer Tr2 whose Primary winding connected in series with the parallel circuit consisting of the switching means Ql and the capacitor Cs. The secondary winding of the transformer Tr2 is connected in parallel to the input of the piezoelectric transformer PT and to the series circuit consisting of the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri and the discharge path of the high-pressure discharge lamp La. The voltage at the secondary winding of the transformer Tr2 is used during the ignition phase for power supply or excitation of the piezoelectric transformer PT and after ignition of the gas discharge fertilg to the power supply of the high pressure discharge lamp La. As already explained above, the frequency of the alternating voltage generated by the voltage converter and thus also the switching frequency of the switching means Q1 during the ignition phase and after completion of the ignition phase is different.
In Figur 4 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvorrichtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom dritten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass der parallel zum Schaltmittel Ql geschaltete Kondensator Cs (Figur 3) gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel (Figur 4) durch die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT ersetzt ist und die Sekundärwicklung des Transformators Tr2 parallel zur Serien- schaltung aus Kondensator CK, Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri und Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe La geschaltet ist. Der Kondensator CK ist optional und dient zur partiellen Kompensation der Induktivität der Sekundärwicklung Ls während des Lampenbetriebs nach Beendigung der Zündpha- se. Das Schaltmittel S und die parallel zum Schaltmittel S geschaltete Diode D entsprechen dem Feldeffekttransistors Ql und seiner Body-Diode in Figur 3. Die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT stellt, ebenso wie der Kondensator Cs im Ausführungsbeispiel drei, einen schaltentlasteten Betrieb (zero volta- ge switching) des Schaltmittels sicher. Falls die Eingangskapazität des piezoelektri- sehen Transformators PT für den Spannungswandlerbetrieb zu klein sein sollte, kann in der Schaltungsanordnung gemäß Figur 4 parallel zum Eingang des piezoelektrischen Transformators PT und dem Schaltmittel S ein weiterer Kondensator geschaltet sein. Falls die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT für den Spannungswandlerbetrieb zu groß sein sollte, kann in der Schaltungsanordnung ge- maß Figur 4 in Serie zu dem Eingang des piezoelektrischen Transformators PT ein Kondensator geschaltet sein, der zusammen mit der Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT einen kapazitiven Spannungsteiler bildet. Alternativ kann, gemäß Fig. 10, bei einer zu großen Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT durch die Parallelschaltung einer Drossel Lκpτ zum Eingang des piezoelektrischen Transformators eine partielle Kompensation von dessen Eingangskapazität erreicht werden. Um in diesem Fall ein Kurzschluss der Eingangsspannungsquelle Ug über die Primärwicklung des Transformators Tr2 und die zur partielle Kompensation hinzugefügte Drossel zu verhindern, ist in Reihe zu dieser Drossel ein Abblock-Kondensator Cßpτ ausreichender Größe zu schalten und diese Reihen- Schaltung parallel mit dem Eingang des piezoelektrischen Transformators zu verbinden. Der Abblock-Kondensator CBpτ verhindert einen Gleichstrom durch die Drossel LKPT, er lässt das Wechselstromverhalten der beschriebenen Anordnung dagegen weitgehend unbeeinflusst. In den Figuren 3 und 4 wurden für identische Bauteile der beiden Ausführungsbeispiele dieselben Bezugszeichen verwendet. Die Betriebsweise des vierten Ausführungsbeispiels entspricht dem zweiten und dritten Ausführungs- beispiel. In Figur 5 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvonϊchtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom zweiten oder vierten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass als Wech- selspannungsquelle bzw. Spannungswandler Ul anstelle des Ein-Transistor-Span- nungswandlers ein stromgespeister Gegentaktwandler verwendet wird. Die Stromspeisung während des Lampenbetriebs nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe wird durch die Eingangsdrossel Lin gewährleistet, durch die dann ein näherungsweise konstanter Strom fließt. Der stromgespeiste Ge- gentaktwandler (Figur 5) besteht aus zwei alternierend schaltenden Schaltmitteln Sl, S2, die vorzugsweise als Feldeffekttransistoren (Power-MOSFET) mit integrierter Body-Diode Dl, D2 ausgebildet sind, aus der Induktivität Lin, der Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT und dem Transformator Tr3. Der Transformator Tr3 besitzt zwei Primärwicklungen, die so geschaltet sind, dass bei ge- schlossenem Schalter Sl der Strom vom Pluspol der Batterie UB über die erste Primärwicklung zum Masseanschluss fließen kann und bei geschlossenem zweiten Schalter S2 über die zweite Primärwicklung des Transformators Tr3 zum Masseanschluss fließen kann. Der Schalttakt der Schaltmittel Sl und S2 bestimmt die Frequenz der Wechselspannung, die am Eingang des piezoelektrischen Transformators PT zur Verfügung steht, und die Frequenz der Wechselspannung, die an der Sekundärwicklung des Transformators Tr3 zur Spannungsversorgung des daran angeschlossenen Lastkreises erzeugt wird. Die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT stellt, analog zum vierten Ausführungsbeispiel, einen schaltentlasteten Betrieb (zero voltage switching) der beiden Schalter Sl und S2 sicher. Der Lastkreis besteht aus der Serienschaltung von Kondensator Ck, Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri und der Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe La. An den Spannungsausgang des piezoelektrischen Transformators PT ist die Spannungsverdopplungsschaltung, bestehend aus den Dioden Dl, D2 und dem Zündkondensator CFS angeschlossen, so dass am Zündkondensator CFS die gleich- gerichtete doppelte Ausgangsspitzenspannung des piezoelektrischen Transformators PT anliegt. Die vom piezoelektrischen Transformator PT und der Spannungsver- dopplungsschaltung gespeiste Zündvorrichtung der Hochdruckentladungslampe La besteht aus dem Zündkondensator CFS, der Funkenstrecke FS und dem Zündtrans- formator Tri mit seiner Primärwicklung Lp und seiner Sekundärwicklung Ls. Während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe La wird die Schaltfrequenz der Schaltmittel Sl, S2 so eingestellt, dass der piezoelektrische Transformator PT mit einer Wechselspannung angeregt wird, deren Frequenz einer seiner Resonanzfrequenzen entspricht. Dadurch wird der Zündkondensator CFS auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS aufgeladen, um sich dann über die Primärwicklung Lp des Zündtransformators Tri und die Funkenstrecke FS zu entladen. In der Sekun- därwicklung Ls des Zündtransformators Tri werden daher Hochspannungsimpulse induziert, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La führen. Nach Beendigung der Zündphase wird die Schaltfrequenz der Schaltmittel S 1 , S2 variiert, so dass der piezoelektrische Transformator PT nicht mehr angeregt wird und der Spannungsabfall an dem Zündkondensator CFS nicht mehr zum Durch- bruch der Funkenstrecke FS ausreicht. Die Hochdruckentladungslampe La wird über die Sekundärwicklung des Transformators Tr3 mit Energie versorgt. Die vom Lampenstrom durchflossene Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri wirkt dabei als Drossel zur Begrenzung des Lampenstroms. Der optionale Kondensator CK dient, insbesondere bei einem hochfrequenten Lampenstrom, zur partiellen Kompen- sation der Induktivität der Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri .FIG. 4 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the fourth exemplary embodiment of the invention. The fourth embodiment differs from the third embodiment only in that the parallel connected to the switching means Ql capacitor Cs (Figure 3) according to the fourth embodiment (Figure 4) is replaced by the input capacitance of the piezoelectric transformer PT and the secondary winding of the transformer Tr2 parallel to the series - circuit of capacitor CK, secondary winding Ls of the ignition transformer Tri and discharge path of the high-pressure discharge lamp La is connected. The capacitor CK is optional and serves to partially compensate the inductance of the secondary winding Ls during lamp operation after completion of the ignition phase. The switching means S and the diode D connected in parallel with the switching means S correspond to the field-effect transistor Q1 and its body diode in FIG. The input capacitance of the piezoelectric transformer PT, as well as the capacitor Cs in the embodiment three, a zero voltage switching operation (zero volta- ge switching) of the switching means safely. If the input capacitance of the piezoelectric transformer PT should be too small for the voltage converter operation, a further capacitor can be connected in parallel with the input of the piezoelectric transformer PT and the switching means S in the circuit arrangement according to FIG. If the input capacitance of the piezoelectric transformer PT for the voltage converter operation should be too large, can be connected in series to the input of the piezoelectric transformer PT in the circuit Maßmaß 4 a capacitor, which together with the input capacitance of the piezoelectric transformer PT, a capacitive voltage divider forms. Alternatively, as shown in FIG. 10, if the input capacitance of the piezoelectric transformer PT is too large, a partial compensation of its input capacitance can be achieved by the parallel connection of a choke L κ pτ to the input of the piezoelectric transformer. In order to prevent in this case a short circuit of the input voltage source Ug via the primary winding of the transformer Tr2 and the throttle added for partial compensation, a blocking capacitor C βpτ of sufficient magnitude is to be connected in series with this choke, and this series circuit is connected in parallel with the input to connect the piezoelectric transformer. The blocking capacitor C Bpτ prevents a direct current through the inductor L KPT , it leaves the AC behavior of the described arrangement, however, largely unaffected. In Figures 3 and 4, the same reference numerals have been used for identical components of the two embodiments. The operation of the fourth embodiment corresponds to the second and third embodiments. FIG. 5 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and a high-pressure discharge lamp control device according to the fifth exemplary embodiment of the invention. The fifth exemplary embodiment differs from the second or fourth exemplary embodiment only in that a current-fed push-pull converter is used as the AC voltage source or voltage converter U 1 instead of the one-transistor voltage converter. The power supply during lamp operation after ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp is ensured by the input inductor Lin, through which then flows an approximately constant current. The current-supplied active clock converter (FIG. 5) consists of two alternating switching switching means S1, S2, which are preferably designed as field-effect transistors (power MOSFET) with integrated body diode D1, D2, from the inductance Lin, the input capacitance of the piezoelectric transformer PT and the transformer Tr3. The transformer Tr3 has two primary windings which are connected so that when the switch S1 is closed the current can flow from the positive pole of the battery U B via the first primary winding to the ground terminal and with the second switch S2 closed across the second primary winding of the transformer Tr3 to the ground terminal can flow. The switching clock of the switching means Sl and S2 determines the frequency of the alternating voltage which is available at the input of the piezoelectric transformer PT, and the frequency of the alternating voltage which is generated at the secondary winding of the transformer Tr3 for supplying power to the load circuit connected thereto. The input capacitance of the piezoelectric transformer PT, analogous to the fourth embodiment, a zero-voltage switching operation (zero voltage switching) of the two switches Sl and S2 safe. The load circuit consists of the series connection of capacitor Ck, secondary winding Ls of the ignition transformer Tri and the discharge path of the high-pressure discharge lamp La. Connected to the voltage output of the piezoelectric transformer PT is the voltage doubler circuit consisting of the diodes D1, D2 and the firing capacitor CFS, so that the rectified double output peak voltage of the piezoelectric transformer PT is applied to the firing capacitor CFS. The piezoelectric transformer PT and the voltage transformer Double-circuit-fed igniter of the high-pressure discharge lamp La consists of the ignition capacitor CFS, the spark gap FS and the ignition transformer Tri with its primary winding Lp and its secondary winding Ls. During the ignition phase of the high pressure discharge lamp La, the switching frequency of the switching means Sl, S2 is set so that the piezoelectric transformer PT is excited with an alternating voltage whose frequency corresponds to one of its resonance frequencies. As a result, the firing capacitor CFS is charged to the breakdown voltage of the spark gap FS, in order then to discharge via the primary winding Lp of the ignition transformer Tri and the spark gap FS. In the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri, therefore, high-voltage pulses are induced, which lead to the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La. After completion of the ignition phase, the switching frequency of the switching means S 1, S2 is varied, so that the piezoelectric transformer PT is no longer excited and the voltage drop across the firing capacitor CFS is no longer sufficient to break the spark gap FS. The high-pressure discharge lamp La is supplied with energy via the secondary winding of the transformer Tr3. The secondary winding Ls of the ignition transformer Tri, through which the lamp current flows, acts as a choke for limiting the lamp current. The optional capacitor CK serves, in particular in the case of a high-frequency lamp current, for the partial compensation of the inductance of the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri.
Falls die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT für den Betrieb des Gegentaktwandlers Sl, S2, Tr3 zu klein sein sollte, kann parallel zum Eingang des piezoelektrischen Transformators PT ein Kondensator mit passend gewählter Kapazität geschaltet sein. Falls hingegen die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT für den Betrieb des Gegentaktwandlers S l , S2, Tr3 zu groß sein sollte, kann in Serie zum Eingang des piezoelektrischen Transformators PT ein Kondensator mit passend gewählter Kapazität geschaltet sein. Alternativ kann bei einer zu großen Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT durch die Parallelschaltung einer Drossel zum Eingang des piezoelektrischen Transformators eine partielle Kompensation von dessen Eingangskapazität erreicht werden. Im Gegensatz zur Ausführung gemäß Ausführungsbeispiel vier ist hier ein Abblock-Kondensator nicht erforderlich.If the input capacitance of the piezoelectric transformer PT for the operation of the push-pull converter Sl, S2, Tr3 should be too small, may be connected in parallel with the input of the piezoelectric transformer PT, a capacitor with a suitably selected capacity. In contrast, if the input capacitance of the piezoelectric transformer PT for the operation of the push-pull converter S l, S2, Tr3 should be too large, can be connected in series with the input of the piezoelectric transformer PT, a capacitor with suitably selected capacity. Alternatively, if the input capacitance of the piezoelectric transformer PT is too large, a partial compensation of its input capacitance can be achieved by the parallel connection of a choke to the input of the piezoelectric transformer. In contrast for execution according to embodiment four, a blocking capacitor is not required here.
In Figur 6 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvorrichtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem sechsten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Hochdruckentladungslampe La eine Zündhilfs- elektrode ZE besitzt, die von der Impulszündvorrichtung während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe La mit den Hochspannungsimpulsen zum Zünden der Gasentladung in der Lampe La beaufschlagt wird. Die Inipulszündvorrichtung ge- maß Figur 6 umfasst einen Zündkondensator C, eine Funkenstrecke FS, oder ein beliebiges anderes spannungsabhängiges Schaltmittel, das beim Erreichen einer bestimmten Schaltschwellenspannung aktiviert bzw. deaktiviert wird, und einen Zünd- transformator Tri mit Primärwicklung Lp und Sekundärwicklung Ls. Die Serien- schaltung aus Funkenstrecke FS und Primärwicklung Lp ist parallel zum Zündkon- densator C geschaltet. Zur S pannungs Versorgung der Impulszündvorrichtung dienen eine Wechselspannungsquelle Ul, ein piezoelektrischer Transformator PT und eine Spannungsverdopplungsschaltung, die von den Dioden Dl, D2 und dem Zündkon- densator C gebildet wird. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hoch- druckentladungslampe La wird die Lampe La mittels der Wechselspannungsquelle U2 und dem Serienresonanzkreis LRes, CRes betrieben, die einen Wechselstrom über die Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe La erzeugen. Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladuiigslampe La wird die Frequenz der Wechselspannungsquelle U2 so gewählt, dass an dem Serienresonanzkreis LRes, CRes eine ausreichend hohe Spannung erzeugt wird, die zwischen den beide Haupt- elektroden der Hochdruckentladungslampe La anliegt und eine Zündung der Entladung über die Zündhilfselektrode ZE ermöglicht bzw. unterstützt. Weiterhin wird der piezoelektrische Transformator PT auf seiner Primärseite mittels der. Wechselspannungsquelle Ul mit einer Wechselspannungsfrequenz angeregt, die nahe bei einer Resonanzfrequenz des piezoelektrische Transformator PT liegt. Dadurch wird auf seiner Sekundärseite eine Hochspannung generiert, die mittels der Dioden Dl, D2 der Spannungsverdoppelungsschaltung gleichgerichtet wird, so dass am Zündkondensator C die gleichgerichtete, doppelte Ausgangsspitzenspannung des piezoelektrischen Transformators PT anliegt. Wenn der piezoelektrische Transformator PT mittels der Wechselspannungsquelle Ul mit einer seiner Resonanzfrequenzen angeregt wird, steht am Zündkondensator C eine Spannung zu Verfügung, die zum Durchbruch der Funkenstrecke FS ausreicht, so dass sich der Zündkondensator C stoßweise über die Funkenstrecke FS und die Primärwicklung Lp des Zündtransformators Tri entlädt. Dadurch werden in der Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri Hochspannungsimpulse induziert, die der Zündhilfselektrode ZE zugeführt werden und mittels der Zündhilfselektrode ZE kapazitiv in das Entladungsmedium der Hochdruckentladungslampe La eingekoppelt werden, um die Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La zu zünden. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La wird die Wechselspannungsquelle Ul entweder deaktiviert oder die Frequenz ihrer Wechselspannung geändert, so dass sie ausreichenden Abstand zu den Resonanzfrequenzen des piezoelektrischen Transformators aufweist, um eine Anregung des piezoelektrischen Transformators PT zu vermeiden bzw. eine Aufladung des Zündkondensators C auf die Durchbruchsspan- nung der Funkenstrecke FS zu verhindern. Der Lampenbetrieb nach Beendigung der Zündphase wird mittels der Wechselspannungsquelle U2 und des Serienresonanz- kreises LRes, CRes durchgeführt.FIG. 6 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the sixth exemplary embodiment of the invention. It differs from the first embodiment in that the high pressure discharge lamp La has a Zündhilfs- electrode ZE, which is acted upon by the Impulszündvorrichtung during the ignition phase of the high pressure discharge lamp La with the high voltage pulses to ignite the gas discharge in the lamp La. The pulse injection apparatus according to FIG. 6 comprises a starting capacitor C, a spark gap FS, or any other voltage-dependent switching means which is activated or deactivated when a specific switching threshold voltage is reached, and an ignition transformer Tri with primary winding Lp and secondary winding Ls. The series circuit of spark gap FS and primary winding Lp is connected in parallel to the ignition capacitor C. An alternating voltage source U1, a piezoelectric transformer PT and a voltage doubler circuit, which is formed by the diodes D1, D2 and the ignition capacitor C, serve for voltage supply to the pulse ignition device. After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the lamp La is operated by means of the alternating voltage source U2 and the series resonant circuit LRes, CRes, which generate an alternating current over the discharge path of the high-pressure discharge lamp La. For igniting the gas discharge in the Hochdruckentladuiigslampe La, the frequency of the AC voltage source U2 is selected so that at the series resonant circuit LRes, CRes a sufficiently high voltage is generated, which is applied between the two main electrodes of the high pressure discharge lamp La and an ignition of the discharge via the auxiliary ignition electrode ZE allows or supports. Furthermore, the piezoelectric transformer PT on its primary side by means of . AC voltage source Ul excited with an AC voltage frequency which is close to a resonance frequency of the piezoelectric transformer PT. As a result, a high voltage is generated on its secondary side, by means of the diodes Dl, D2 the voltage doubler circuit is rectified, so that the rectified capacitor C, the rectified, double output peak voltage of the piezoelectric transformer PT is applied. If the piezoelectric transformer PT is excited by means of the AC voltage source U1 with one of its resonant frequencies, a voltage is available at the ignition capacitor C, which is sufficient for the breakthrough of the spark gap FS, so that the ignition capacitor C intermittently on the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri unloads. As a result, high voltage pulses are induced in the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri, which are supplied to the auxiliary ignition electrode ZE and are capacitively coupled by means of the auxiliary ignition ZE in the discharge medium of the high pressure discharge lamp La to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp La. After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the AC voltage source Ul is either deactivated or the frequency of its AC voltage changed so that it has sufficient distance from the resonant frequencies of the piezoelectric transformer to avoid excitation of the piezoelectric transformer PT or a charge of the ignition capacitor C to prevent the breakdown voltage of the spark gap FS. The lamp operation after completion of the ignition phase is performed by means of the AC voltage source U2 and the series resonant circuit LRes, CRes.
In Figur 7 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvonϊchtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem siebten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich von dem sechsten Ausführungsbeispiel dadurch, dass auf die zweite Wechselspannungsquelle U2 verzichtet wird und die Zündung sowie der Betrieb der Hochdruckentladungslampe La mit nur einer Wechselspannungsquelle Ul durchgeführt werden. Der Kondensator CK ist optional und dient zur partiellen Kompensation der Induktivität LGes während des Lampenbetriebs nach Beendigung der Zündphase. Die Induktivität LGes bezeichnet die gesamte Induktivität der Spartransformators, wobei LRes nur die Induktivität des ersten Wicklungsabschnitts bezeichnet, der mit der Spannungsquelle Ul und dem Eingang des piezoelektrischen Transformator PT verbunden ist. Außerdem ist der Zündtransformator Tri der Impulszündvorrichtung gemäß Figur 7 im Gegensatz zur Ausführung nach Figur 6 als Spartransformator ausgebildet. Zum Zünden der Hochdruckentladungslampe La wird vom Spannungswandler bzw. von der Spannungs- quelle Ul eine Wechselspannung erzeugt, deren Frequenz nahe bei einer Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators PT liegt, um den piezoelektrischen Transformator PT anzuregen. Die Anregung kann auch mittels einer im Signal der Spannungsquelle Ul enthaltenen Oberschwingung erfolgen. Der Serienresonanzkreis LRes, CRes wird so dimensioniert, dass an ihm eine ausreichend hohe Spannung erzeugt wird, die zwischen den beide Hauptelektroden der Hochdruckentladungslampe La anliegt und eine Zündung der Entladung über die Zündhilfselektrode ZE ermöglicht bzw. unterstützt. Die Funktion des Kondensators CRes kann gegebenenfalls von der Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT übernommen werden. Daher ist das Bauteil CRes in Figur 7 gestrichelt dargestellt. Die auf der Sekundärseite des piezoelektrischen Transformators PT generierte Wechselspannung wird mittels der Dioden Dl, D2 gleichgerichtet und verdoppelt, so dass der Zündkondensator C auf die gleichgerichtete, doppelte Ausgangsspannung des piezoelektrischen Transformators PT aufgeladen wird, die größer als die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS ist. Dadurch entlädt sich der Zündkondensator C über die Fun- kenstrecke FS und die Primärwicklung Lp des Zündtransformators Tri . In der Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri werden daher Hochspannungsimpul- se induziert, mit denen die Zündhilfselektrode ZE der Hochdruckentladungslampe La beaufschlagt wird, um die Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La zu zünden. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslam- pe La wird die Frequenz der von dem Spannungswandler bzw. der Spannungsquelle Ul generierten Wechselspannung so variiert, dass sie einen ausreichenden Abstand zu den Resonanzfrequenzen des piezoelektrischen Transformators PT besitzt, um diesen nicht anzuregen bzw. eine Aufladung des Zündkondensators C auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS zu vermeiden. Die Hochdruckentladungslam- pe La wird nach der Zündphase mittels des Serienresonanzkreises LRes, CRes an der Wechselspannungsquelle Ul betrieben. Die elektrische Leistungsaufnahme der Hochdruckentladungslampe La wird durch Variation der Frequenz der Wechselspan- nung Ul geregelt. Insbesondere kann die Hochdruckentladungslampe La unmittelbar nach der Zündphase, in der so genannten Anlaufphase, mittels des aus LGes und CK Serienresonanzkreises mit einem Vielfachen ihrer Nennleistung betrieben werden, um ein schnelles Verdampfen des Entladungsmediums, beispielsweise der Metallhalogenide, zu erreichen. Die Induktivität LRes begrenzt außerdem den Lampenstrom und bewerkstelligt damit die Stabilisierung der Entladung.FIG. 7 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and a high-pressure discharge lamp control device according to the seventh exemplary embodiment of the invention. It differs from the sixth embodiment in that the second alternating voltage source U2 is dispensed with and the ignition and the operation of the high-pressure discharge lamp La are performed with only one alternating voltage source U1. The capacitor CK is optional and serves for the partial compensation of the inductance LGes during lamp operation after completion of the ignition phase. The inductance LGes denotes the entire inductance of the autotransformer, where LRes denotes only the inductance of the first winding section connected to the voltage source U1 and the Input of the piezoelectric transformer PT is connected. In addition, the ignition transformer Tri of the pulse ignition device according to Figure 7 in contrast to the embodiment of Figure 6 is designed as autotransformer. To ignite the high-pressure discharge lamp La, an alternating voltage whose frequency is close to a resonance frequency of the piezoelectric transformer PT in order to excite the piezoelectric transformer PT is generated by the voltage converter or by the voltage source U1. The excitation can also take place by means of a harmonic contained in the signal of the voltage source U1. The series resonant circuit LRes, CRes is dimensioned such that a sufficiently high voltage is generated at it, which is applied between the two main electrodes of the high-pressure discharge lamp La and enables ignition of the discharge via the auxiliary starting electrode ZE or supported. The function of the capacitor CRes may optionally be taken over by the input capacitance of the piezoelectric transformer PT. Therefore, the component CRes is shown in dashed lines in FIG. The alternating voltage generated on the secondary side of the piezoelectric transformer PT is rectified and doubled by means of the diodes D1, D2, so that the starting capacitor C is charged to the rectified, double output voltage of the piezoelectric transformer PT, which is greater than the breakdown voltage of the spark gap FS. As a result, the ignition capacitor C discharges via the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri. In the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri high-voltage pulses are thus induced se, with which the auxiliary ignition electrode ZE of the high-pressure discharge lamp La is acted upon to ignite the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La. After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the frequency of the alternating voltage generated by the voltage converter or the voltage source U1 is varied so that it has a sufficient distance from the resonance frequencies of the piezoelectric transformer PT so as not to excite it or charge it of the ignition capacitor C to avoid the breakdown voltage of the spark gap FS. The high-pressure discharge lamp La is operated after the ignition phase by means of the series resonant circuit LRes, CRes at the AC voltage source U1. The electrical power consumption of High-pressure discharge lamp La is regulated by varying the frequency of the alternating voltage U1. In particular, the high-pressure discharge lamp La can be operated immediately after the ignition phase, in the so-called start-up phase, by means of the LGES and CK series resonant circuit at a multiple of their rated power in order to achieve a rapid evaporation of the discharge medium, for example the metal halides. The inductor LRes also limits the lamp current and thus ensures the stabilization of the discharge.
In Figur 8 ist schematisch die Schaltskizze einer Impulszündvorrichtung und eines Betriebsgerätes für eine Hochdruckentladungslampe gemäß dem achten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es unterscheidet sich von dem siebten Ausführungsbeispiel dadurch, dass bei dem achten Ausführungsbeispiel die Wechselspannungsquelle Ul als Ein-Transistor-Spannungswandler ausgebildet ist und der Zündtransformator Tri nicht als Spartransformator ausgeführt ist. Die Wechselspannung zur Spannungsversorgung des piezoelektrischen Transformators PT und der Hochdruckentladungslampe La wird mit Hilfe des steuerbaren Schaltmittels S, der parallel dazu geschalteten Diode D, dem parallel zum Schaltmittel S geschalteten Kondensator Cs und dem Transformator Tr2 aus der Bordnetzspannung UB des Kraftfahrzeugs generiert. Das Schaltmittel S und die Diode D sind vorzugsweise als Feldeffekttransistor mit integrierter Body-Diode ausgebildet, wie in Figur 3 darge- stellt. Der Schalttakt des Schaltmittels S bestimmt die Frequenz der vom Spannungswandler erzeugten Wechselspannung. Die Sekundärwicklung des Transformators Tr2 versorgt den Serienresonanzkreis LRes, CRes mit Energie. Der Eingang bzw. die Primärseite des piezoelektrischen Transformators PT und die Entladungs- strecke der Hochdruckentladungslampe La sind jeweils parallel zum Resonanzkon- densator CRes geschaltet. Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La wird die Schaltfrequenz des Schaltmittels S und damit die Frequenz der vom Ein-Transistor-Spannungswandler generierten Wechselspannung auf eine Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Transformators PT abgestimmt. Darüber hinaus wird der aus LRes, CRes und der Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators PT gebildete Serienresonanzkreis angeregt, so dass zwischen den beiden Hauptelektroden der Hochdruckentladungslampe La eine Spitzenspannung von etwa 800 V während der Zündung entsteht. Die Ausgangsspannung des piezoelektrischen Transformators PT wird mittels einer Spannungsverdoppelungsschal- tung Dl, D2, C gleichgerichtet und verdoppelt, so dass an dem Zündkondensator C der Impulszündvorrichtung C, FS, Tri die gleichgerichtete doppelte Ausgangsspannung des piezoelektrischen Transformators PT anliegt, die bei Anregung des piezoelektrischen Transformators PT mit seiner Resonanzfrequenz zum Durchbruch der Funkenstrecke FS ausreicht, so dass sich der Zündkondensator C über die Funkenstrecke FS und die Primärwicklung Lp des Zündtransformators Tri entlädt. In der Sekundärwicklung Ls des Zündtransformators Tri werden dadurch Hochspannungsimpulse induziert, mit denen die Zündhilfselektrode ZE der Hochdruckentladungs- lampe La beaufschlagt wird, um die Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La zu zünden. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung wird die Schaltfrequenz des Schaltmittels S geändert, so dass keine Anregung des piezoelektrischen Transforma- tors PT und kein Durchbruch der Funkenstrecke FS mehr erfolgt. Die von der Sekundärwicklung des Transformators Tr2 bereitgestellte Spannung dient dann zur Versorgung des Serienresonanzkreises LRes, CRes und der Hochdruckentladungs- lampe La. Wie bereits oben beim siebten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, wird die Leistungsaufnahme der Hochdruckentladungslampe La durch Variation der Schaltfrequenz des Schaltmittels S und damit durch Variation der Wechselspannungsfrequenz geregelt. Im stationären Betrieb besitzt die Hochdruckentladungslampe La eine Brennspannung im Bereich von ca. 40 V bis 90 V. FIG. 8 schematically shows the circuit diagram of a pulse ignition device and an operating device for a high-pressure discharge lamp according to the eighth exemplary embodiment of the invention. It differs from the seventh embodiment in that in the eighth embodiment, the AC voltage source Ul is formed as a single-transistor voltage converter and the ignition transformer Tri is not designed as an autotransformer. The alternating voltage for supplying voltage to the piezoelectric transformer PT and the high-pressure discharge lamp La is generated from the vehicle electrical system voltage U B of the motor vehicle by means of the controllable switching means S, the diode D connected in parallel thereto, the capacitor Cs connected in parallel with the switching means S and the transformer Tr2. The switching means S and the diode D are preferably designed as a field-effect transistor with an integrated body diode, as shown in FIG. The switching clock of the switching means S determines the frequency of the AC voltage generated by the voltage converter. The secondary winding of the transformer Tr2 supplies the series resonant circuit LRes, CRes with energy. The input or the primary side of the piezoelectric transformer PT and the discharge path of the high-pressure discharge lamp La are each connected in parallel to the resonant capacitor CRes. For igniting the gas discharge in the high-pressure discharge lamp La, the switching frequency of the switching means S and thus the frequency of the alternating voltage generated by the one-transistor voltage converter is tuned to a resonant frequency of the piezoelectric transformer PT. In addition, the series resonant circuit formed of LRes, CRes and the input capacitance of the piezoelectric transformer PT is excited, so that between the two main electrodes of the high-pressure discharge lamp La, a peak voltage of about 800 V is formed during ignition. The output voltage of the piezoelectric transformer PT is rectified and doubled by means of a voltage doubler circuit Dl, D2, C, so that the rectified capacitor C of the pulse igniter C, FS, Tri the rectified double output voltage of the piezoelectric transformer PT, which upon excitation of the piezoelectric transformer PT sufficient with its resonant frequency for the breakthrough of the spark gap FS, so that the ignition capacitor C discharges via the spark gap FS and the primary winding Lp of the ignition transformer Tri. In the secondary winding Ls of the ignition transformer Tri thereby high voltage pulses are induced with which the auxiliary ignition electrode ZE of the high pressure discharge lamp La is acted upon to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp La. After ignition of the gas discharge, the switching frequency of the switching means S is changed, so that no excitation of the piezoelectric transformer PT and no breakthrough of the spark gap FS more. The voltage provided by the secondary winding of the transformer Tr2 then serves to supply the series resonant circuit LRes, CRes and the high-pressure discharge lamp La. As already described above in the seventh embodiment, the power consumption of the high-pressure discharge lamp La is controlled by varying the switching frequency of the switching means S and thus by varying the AC voltage frequency. In stationary operation, the high pressure discharge lamp La has a burning voltage in the range of about 40 V to 90 V.

Claims

Patentansprüche claims
1. Zündvorrichtung zum Zünden der Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe (La), wobei die Zündvorrichtung als Impulszündvorrichtung (C, FS, Tri) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein piezoelektrischer Transformator (PT) zur Spannungsversorgung der Impulszündvorrichtung (C, FS, Tri) vorgesehen ist.1. ignition device for igniting the gas discharge in a high-pressure discharge lamp (La), wherein the ignition device is designed as a pulse ignition device (C, FS, Tri), characterized in that a piezoelectric transformer (PT) for supplying power to the pulse ignition device (C, FS, Tri) is provided.
2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Impulszündvorrichtung ein Schaltmittel (FS), ein Ladungsspeichermittel (C), und einen Zündtransformator (Tri) zum Erzeugen der zum Zünden der Gasentladung der Hochdruckentladungslampe (La) erforderlichen Zündspannung aufweist.2. Ignition device according to claim 1, wherein the pulse ignition device comprises a switching means (FS), a charge storage means (C), and an ignition transformer (Tri) for generating the ignition voltage required for igniting the gas discharge of the high-pressure discharge lamp (La).
3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei dem Spannungsausgang des piezoelektrischen Transformators (PT) eine Spannungsverdopplungsschal- tung (Dl, D2, C) nachgeschaltet ist.3. Ignition device according to claim 1 or 2, wherein the voltage output of the piezoelectric transformer (PT) a voltage doubling circuit (Dl, D2, C) is connected downstream.
4. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Schaltmittel (FS) ein spannungsabhängiges Schaltmittel ist.4. Ignition device according to claim 2, wherein the switching means (FS) is a voltage-dependent switching means.
5. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Schaltmittel (FS) eine Schalt- schwellenspannung größer 800 V besitzt.5. Ignition device according to claim 2, wherein the switching means (FS) has a switching threshold voltage greater than 800 V.
6. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Zündvorrichtung mit einer Versorgungsspannung von kleiner 500 V gespeist wird.6. Ignition device according to claim 2, wherein the ignition device is supplied with a supply voltage of less than 500 volts.
7. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Zündung der Lampe mittels ei- ner Zündhilfselektrode (ZE) erfolgt.7. Ignition device according to claim 2, wherein the ignition of the lamp takes place by means of a Zündhilfselektrode (ZE).
8. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 7, wobei die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators (PT) Teil eines Schwingkreises ist, der während der Zündung angeregt wird, um eine ausreichend hohe Spannung zwischen den Hauptelektroden der Lampe zu erzeugen. An igniter according to claim 1, 2 or 7, wherein the input capacitance of the piezoelectric transformer (PT) is part of a resonant circuit which is excited during ignition to produce a sufficiently high voltage between the main electrodes of the lamp.
9. Zündvorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Kondensator (CK) in Reihe zur Induktivität (LGes) des Schwingkreises, der eine ausreichend hohe Spannung zwischen den Hauptelektroden der Lampe während der Zündung gewährleistet, angeordnet ist und nach der Zündung zu einer partiellen Kompensation der Induktivität (LGes) dient.9. Ignition device according to claim 8, wherein a capacitor (CK) in series with the inductance (LGes) of the resonant circuit, which ensures a sufficiently high voltage between the main electrodes of the lamp during ignition, is arranged and after the ignition to a partial compensation of the inductance (LGes) serves.
10. Zündvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, wobei Komponenten der Zündvorrichtung (C, FS, Tri) oder bzw. und der piezoelektrische Transformator (PT) im Lampensockel der Hochdruckentladungslampe (La) untergebracht sind.10. Ignition device according to one or more of the preceding claims, wherein components of the ignition device (C, FS, Tri) or or and the piezoelectric transformer (PT) in the lamp base of the high-pressure discharge lamp (La) are housed.
1 1. Betriebsgerät für eine Hochdruckentladungslampe (La) mit einer Impuls- zündvorrichtung (C, FS, Tri) und einem piezoelektrischen Transformator (PT) zur Spannungsversorgung der Impulszündvorrichtung (C, FS, Tri).1 1. Control gear for a high pressure discharge lamp (La) with a pulse ignition device (C, FS, Tri) and a piezoelectric transformer (PT) for supplying power to the pulse ignition device (C, FS, Tri).
12. Betriebsgerät nach Anspruch 1 1 , das die Hochdruckentladungslampe mit einem Lampenstrom versorgt, dessen Frequenz größer als 0,1 MHz ist.12. Operating device according to claim 1 1, which supplies the high-pressure discharge lamp with a lamp current whose frequency is greater than 0.1 MHz.
13. Betriebsgerät nach Anspruch 1 1, wobei die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators (PT) einen funktionalen Bestandteil des Spannungswandlers, der die Lampe (La) mit Energie versorgt, darstellt.13. Operating device according to claim 1 1, wherein the input capacitance of the piezoelectric transformer (PT) is a functional part of the voltage converter, which supplies the lamp (La) with energy.
14. Betriebsgerät nach Anspruch 13, wobei die Eingangskapazität des piezoelektrischen Transformators (PT) zur Schaltentlastung eines oder mehrerer der verwendeten Halbleiterschalter dient.14. Operating device according to claim 13, wherein the input capacitance of the piezoelectric transformer (PT) is used for switching discharge of one or more of the semiconductor switches used.
15. Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, wobei zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe (La), eine als Impulszündvorrichtung (C, FS, Tri) ausgebildete Zündeinrichtung dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsversorgung der Impulszündvor- richtung (C, FS, Tri) mit Hilfe eines piezoelektrischen Transformators (PT) erfolgt. 15. A method for operating a high-pressure discharge lamp, wherein for igniting the gas discharge in the high-pressure discharge lamp (La), as a pulse ignition device (C, FS, Tri) formed ignition device, characterized in that the voltage supply of the Impulszündvor- direction (C, FS, Tri ) by means of a piezoelectric transformer (PT).
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Abschaltung der Impulszündvorrichtung (C, FS, Tri) dadurch erfolgt, dass am Spannungsausgang des piezoelektrischen Transformators (PT) eine Versorgungsspannung für die Impuls- zündvorrichtung (C, FS, Tri) bereitgestellt wird, die nicht zum Umschalten eines spannungsabhängigen Schaltmittels (FS) der Impulszündvorrichtung16. The method according to claim 15, wherein the shutdown of the pulse ignition device (C, FS, Tri) takes place in that at the voltage output of the piezoelectric transformer (PT), a supply voltage for the pulse ignition device (C, FS, Tri) is provided, not for switching a voltage-dependent switching means (FS) of the pulse ignition device
(C, FS, Tri) ausreicht.(C, FS, Tri) is sufficient.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei die Abschaltung der Impulszündvorrichtung dadurch erfolgt, dass das Frequenzspektrum der den piezoelektrischen Transformator (PT) anregenden Spannung so verändert wird, dass am Spannungsausgang des piezoelektrischen Transformators (PT) eine Versorgungsspannung für die Impulszündvorrichtung (C,FS, Tri) erzeugt wird, die nicht zum Umschalten eines spannungsabhängigen Schaltmittels (FS) der Impulszündvorrichtung (C, FS, Tri) ausreicht.17. The method according to any one of claims 15 to 16, wherein the shutdown of the pulse ignition device takes place in that the frequency spectrum of the piezoelectric transformer (PT) exciting voltage is changed so that at the voltage output of the piezoelectric transformer (PT) a supply voltage for the pulse ignition device ( C, FS, Tri) is generated, which is not sufficient for switching a voltage-dependent switching means (FS) of the pulse ignition device (C, FS, Tri).
18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Anregung des piezoelektrischen Transformators (PT) durch ein amplitudenmoduliertes Signal erfolgt.18. The method according to claim 15, wherein the excitation of the piezoelectric transformer (PT) is effected by an amplitude-modulated signal.
19. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Anregung des piezoelektrischen Transformators durch eine Oberschwingung einer seiner Resonanzfrequenzen erfolgt, die im Frequenzspektrum der an dem Spannungseingang des piezoelektrischen Transformators (PT) anliegenden Spannung enthalten ist. 19. The method of claim 15, wherein the excitation of the piezoelectric transformer is effected by a harmonic of one of its resonant frequencies, which is included in the frequency spectrum of the voltage applied to the voltage input of the piezoelectric transformer (PT) voltage.
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