EP2119323B1 - Zündtransformator für eine entladungslampe - Google Patents

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EP2119323B1
EP2119323B1 EP08708820A EP08708820A EP2119323B1 EP 2119323 B1 EP2119323 B1 EP 2119323B1 EP 08708820 A EP08708820 A EP 08708820A EP 08708820 A EP08708820 A EP 08708820A EP 2119323 B1 EP2119323 B1 EP 2119323B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ignition
transformer
ignition transformer
lamp
discharge lamp
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP08708820A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP2119323A1 (de
Inventor
Bernhard Siessegger
Manfred RÖHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Publication date
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Publication of EP2119323B1 publication Critical patent/EP2119323B1/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches

Definitions

  • the invention is based on an ignition transformer for igniting a discharge lamp, preferably high-pressure gas discharge lamp, by means of pulse ignition, whereby after the ignition a high-frequency lamp operation takes place on an electronic ballast.
  • One in the publication WO2005 / 011338 reproduced circuit arrangement for a high-pressure discharge lamp has an operating part with a DC voltage source and an ignition part with pulse source and a mercury-free metal halide high-pressure discharge lamp.
  • the discharge lamp and a secondary winding of an ignition transformer are connected in series.
  • the primary winding of the ignition transformer is controlled by a pulse source.
  • a particularly low-loss material is preferred.
  • this secondary winding Since the lamp current flows through the secondary winding during operation of the discharge lamp, this secondary winding has an unwanted inductance during lamp operation.
  • a partial compensation of the inductance of the secondary winding can be achieved according to the above-mentioned document be connected in series with the secondary winding, a capacitor.
  • Patent JP 2005340060 (Toshiba) describes a transformer for filament heating, wherein the transformer core is formed so that the Curie temperature is reached after the ignition of the lamp.
  • the object of the present invention is to provide an ignition transformer for a discharge lamp, in which the losses during high-frequency lamp operation are reduced and a low circuit complexity is required, as well as to provide a compact lamp cap.
  • an ignition transformer for a discharge lamp is provided with a transformer core whose material, power and structure are chosen in such a way that the Curie temperature of the material can be achieved by a voltage drop across a secondary winding of the ignition transformer after the ignition caused by the ignition transformer , The heating up to the ignition temperature takes place with the at the secondary winding applied energy, wherein after reaching the Curie temperature, the secondary winding of the ignition transformer is practically ineffective and only a small power and absorption from the lamp circuit is necessary to keep the transformer core to the Curie temperature.
  • the material of the transformer core has a Curie temperature in the range of 60 ° C to 400 ° C, especially between 100 ° C and 220 ° C, thereby overheating the transformer core possibly due to materials in the environment the transformer core could have a negative impact is avoided.
  • the Curie temperature in the range between 100 ° C and 220 ° C is preferred, since with increasing Curie temperature, the efficiency decreases due to heat losses, on the other hand, the Curie temperature must be above the ambient temperature in any case to ensure proper functioning can.
  • the transformer core is preferably configured such that the magnetic length and the magnetic effective cross-section of the transformer core are minimized in such a way that sufficient magnetic ignition between the primary and secondary windings for ignition in the cold state of the ignition transformer.
  • a quick ignition can take place while the secondary winding is virtually ineffective during lamp operation.
  • the transformer core has a ring shape, since with a high-frequency lamp current less electromagnetic interference than an open geometry such as a rod core.
  • the ignition transformer is formed thermally isolated to keep the transformer core at a lower power to be supplied and thus higher efficiency of the entire assembly to Curie temperature and to make the secondary winding virtually ineffective.
  • the transformer core is preferably encapsulated for thermal and electrical insulation, whereby this can be produced economically favorable.
  • the transformer core may be provided in a sealed housing, thereby preventing the convection of air and the associated increased cooling.
  • the ignition transformer is provided in particular for a high-pressure discharge lamp.
  • a compact design with good luminous efficacy can be achieved especially in automotive headlamps.
  • a lamp cap for a discharge lamp is provided with an ignition transformer having the properties described above, wherein due to the small volume of the transformer core, a compact design of the lamp assembly can be implemented.
  • the discharge vessel of the lamp is provided in the hole of the ignition transformer in the lamp base at least partially protruding.
  • the large axial dimension of the discharge lamps can be to provide the transformer core in the vicinity of the discharge vessel of the discharge lamp.
  • FIG. 1 A circuit arrangement 1 with ignition transformer 2 according to the present invention is shown in FIG FIG. 1 shown.
  • a primary winding 4 of the ignition transformer 2 is fed by a pulse source 6 and an ignition voltage U2.
  • the secondary winding 8 of the ignition transformer 2 is connected in series with the discharge lamp 10 and is fed by an operating voltage U Q.
  • the discharge lamp used is preferably a high-pressure gas discharge lamp, for example a mercury-containing metal halide lamp of the "OSRAM HQI" type.
  • FIG. 2 a discharge lamp 10 is shown in a lamp cap 12.
  • the lamp cap 12 has the Impulsqüelle 6, through which the primary winding 4 of the ignition transformer 2 is fed.
  • the ignition transformer 2 is, as in FIG. 2 shown, preferably annular and has a transformer core 14, as in FIG. 3 shown has an air gap 15. On the transformer core 14, the secondary winding 8 is applied, which is surrounded by the primary winding 4.
  • a terminal 16 of the discharge lamp 10 is connected to one end of the secondary winding 8, while another terminal 18 of the discharge lamp 10 is supplied with the operating voltage U Q via the lamp cap.
  • the pulse source 6 is supplied with the ignition voltage U2.
  • the lamp base 12 is preferably filled with a potting compound, such as silicone, so that a high voltage insulation is present around the ignition transformer and at the same time a thermal insulation of the transformer core 14 is provided. It is a casting with a foam structure or a hollow body filling conceivable. Alternatively, the core may be provided in a sealed housing, which prevents convection of the air and thus prevents cooling.
  • the connections for the ignition voltage U2 and the operating voltage Ü Q are led out of the lamp base as electrical connections to the operating device.
  • the discharge vessel 20 of the discharge lamp 10 is immersed in a central hole in the ignition transformer 2, whereby, as already in the published patent application DE 19610385 set out, a small-volume gas discharge lamp with short power supplies can be implemented in an integrated design. In addition to the advantageous compact design losses in the ignition voltage can be kept low due to this compact design.
  • FIG. 3 the exemplary perspective view of the transformer core 14 is shown with an air gap 15.
  • the core material used is a ferrite.
  • material N30 from manufacturer Epcos having an outer diameter of 25mm, an inner diameter of 15mm, a height of 3.8mm and an air gap of 3.5mm is used.
  • the material for the transformer core is chosen in such a way that the Curie temperature directly after ignition is achieved by utilizing a portion of the energy provided by the transducer to heat the transformer core.
  • the secondary winding of the transformer is substantially ineffective, but low power absorption from the lamp circuit is required to maintain the transformer core or parts of the transformer core at the Curie temperature.
  • a Curie temperature is preferably sought in the range between 60 ° C and 400 ° C of the material, since from the viewpoint of the prior art due to poor ferrite properties of the desired effect in the secondary winding already occurs at an early stage ,
  • the transformer core is to be chosen so large that the transformer can perform its functions, ie in the cold state allows sufficient magnetic coupling between the primary and the secondary winding.
  • core form is particularly the in FIG. 3 shown ring shape, since at such a temperature and high-frequency lamp currents less electromagnetic interference than in a rod core caused, which occurs especially at temperatures near or at the Curie temperature.
  • FIG. 4 It can be seen that the permeability reaches a value of about 1 at a temperature of about 143 ° C, the Curie temperature, with the core material N30 used. If now, during operation after ignition, the temperature of the transformer core is kept close to 143 ° C or slightly above that temperature, the transformer core loses its ferrimagnetic properties and shows only paramagnetic properties, whereby the secondary winding is effectively ineffective.
  • a transformer core made from the material N30 as described above is used.
  • FIG. 5 shows a pulse source 26 according to the first embodiment, instead of the pulse source 6 from FIG. 1 is used.
  • the secondary winding 8 has 30 turns of Teflon-insulated wire and has an impedance of 39 ⁇ H at 20 ° C.
  • the primary winding has two turns. The middle turns of both the primary winding 4 and the secondary winding 8 are arranged on the transformer core 14 with respect to the air gap.
  • the transformer core is insulated by vacuum encapsulation by means of silicone heat and high voltage.
  • the primary winding 4 is connected in series via a resistor 28 of 100 k ⁇ and a spark gap 30 with a switching voltage of 2 kV.
  • a capacitor 32 of 27nF is connected in parallel via the resistor 28 to the ignition voltage U2.
  • the ignition voltage U2 is 2.5kV.
  • Discharge lamp 10 is a mercury-containing metal halide lamp of the "OSRAM HQI" type with a nominal power of 35W.
  • FIG. 1 An operation of the discharge lamp 10 via the operating voltage U Q with a frequency of 2 MHz.
  • the discharge lamp 10 is operated with an operating current of 400mA, thereby initially an ohmic-inductive voltage drop across the secondary winding 8 of about 200V occurs. Due to this voltage drop, the transformer core 14 is heated. The lamp voltage is initially 20V.
  • the core temperature reaches a value close to the Curie temperature in the same time range as the ramp-up of the lamp. In practice, this period may be a few seconds to a few minutes. During this time, the lamp voltage increases from initially 20V to 85V. Due to the reduced voltage drop across the secondary winding 8 only a low operating voltage U Q is necessary.
  • a regulation of the lamp power is now carried out by increasing the frequency, for example from 2.5MHz to 3.5MHz.
  • This residual inductance depends on the inductance of the air coil formed by the secondary winding 8, and the temperature conditions during steady-state operation.
  • This residual inductance is preferably adjusted so that the resulting impedance in the range of 1/5 is up to five times the impedance of the discharge lamp.
  • the residual inductance has been 8 ⁇ H. Under the impedance of the discharge lamp should Here, the quotient of the two of the two RMS values of lamp voltage and current at rated power are understood.
  • FIG. 6 a pulse source 46 according to the second embodiment is shown.
  • This pulse source 26 of the first embodiment has a spark gap 50 and a capacitor 52.
  • a resistance comparable to the resistor 28 in the first embodiment is not provided in the second embodiment.
  • the capacitor 52 has a capacitance of 70nF and the spark gap has a switching voltage of 800V.
  • FIG. 7 In the upper diagram, the voltage generated by the secondary winding 8 is shown, while in the lower diagram the voltage across the capacitor 52 can be seen.
  • circuit arrangement according to the first and second embodiments can be achieved for a lamp operation after ignition, a low inductance of the secondary winding and lower losses during operation of the discharge lamp.
  • the discharge lamps are preferably used for video projection, in the motor vehicle headlight and for general lighting. Compared to that in the WO2005 / 011338 In the case of a circuit arrangement for the operation of a discharge lamp according to the present invention, there is no additional component, such as the partial compensation capacitor, for example from this mentioned document necessary. As a result, with the present invention, a good overall efficiency can be achieved in the circuit arrangement.
  • FIG. 8 shows a circuit arrangement 54 according to the third embodiment wherein a symmetrical ignition is realized by the two secondary windings 8a and 8b.
  • a ferrite having a Curie temperature of only about 109 ° C and a maximum initial permeability of only 2500 is used, as opposed to about 143 ° C and 5400 ⁇ m FIG. 4 in the two previous embodiments.
  • a pulse source 56 and a driver 58 which provides the voltages U2 and UQ.
  • the connections for the power supply (eg 12 V DC or 230 V AC are designated 60.
  • the circuit 54 is located in the lamp base
  • the geometric dimensions of the core which has no gap, shows FIG. 9 .
  • the two secondary windings 8a and 8b are wound on the two 30mm long core sides.
  • the primary winding was wound in half over the secondary windings 8a and down on the two long core sides.
  • the transformer is encapsulated in the lamp socket together with the pulse source and the operating device.
  • Parts of the control gear which are particularly hot during operation were thereby be arranged, such as power semiconductors, in close proximity to the ignition transformer to use their waste heat to heat the transformer core can. During operation, therefore, very little energy must be removed from the lamp circuit in order to keep the transformer core close to the Curie temperature.
  • An ignition transformer for a discharge lamp with a transformer core is provided.
  • the material and dimension of the transformer core are selected in such a manner that the Curie temperature of the material after ignition by the ignition transformer is achievable by a voltage drop across a secondary winding of the ignition transformer. In this way, only one residual inductance remains for the secondary winding.
  • a lamp base for a discharge lamp is provided with such an ignition transformer, the discharge vessel of the lamp preferably protruding at least in sections into the center hole of the ignition transformer in the lamp base, resulting in a compact lamp base with discharge lamp.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung geht aus von einem Zündtransformator zur Zündung einer Entladungslampe, vorzugsweise Hockdruckgasentladungslampe, mittels Impulszündung, wobei nach der Zündung ein hochfrequenter Lampenbetrieb an einem elektronischen Vorschaltgerät erfolgt.
    • Stand der Technik
  • Eine in der Druckschrift WO2005/011338 wiedergegebene Schaltungsanordnung für eine Hochdruckentladungslampe weist ein Betriebsteil mit einer Gleichspannungsquelle und ein Zündteil mit Impulsquelle und einer quecksilberfreien Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe auf. Im Zündteil sind die Entladungslampe und eine Sekundärwicklung eines Zündtransformators in Reihe geschaltet. Die Primärwicklung des Zündtransformators wird über eine Impulsquelle angesteuert. Als Material für den Zündtransformatorkern wird ein besonders verlustarmes Material bevorzugt. Nach der Zündung der Entladungslampe über Impulsquelle und Zündtransformator liegt die Sekundärwicklung mit der Entladungslampe im Betriebskreis in Reihe.
  • Da der Lampenstrom während des Betriebes der Entladungslampe durch die Sekundärwicklung fließt, weißt diese Sekundärwicklung während des Lampenbetriebes eine unerwünschte Induktivität auf. Eine partielle Kompensation der Induktivität der Sekundärwicklung kann entsprechend der vorstehend genannten Druckschrift dadurch erreicht werden, dass mit der Sekundärwicklung ein Kondensator in Reihe geschaltet wird.
  • Patentschrift JP 2005340060 (Toshiba) beschreibt einen Transformator zur Wendelheizung, wobei der Transformatorkern so ausgebildet ist, daß die Curie-Temperatur erreicht wird nach der Zündung der Lampe.
  • Bei einem hochfrequenten Lampenbetrieb verbleibt jedoch auch unter Verwendung des vorstehend genannten Kondensators die Induktivität der Sekundärwicklung im Lampenstromkreis, sodass sowohl Verluste im Zündtransformator als auch in dem den hochfrequenten Lampenstrom liefernden Wandler auftreten.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zündtransformator für eine Entladungslampe, bei dem die Verluste während eines hochfrequenten Lampenbetriebes verringert sind und ein geringer schaltungstechnischer Aufwand erforderlich ist, sowie einen kompakten Lampensockel vorzusehen.
  • Diese Aufgabe wird durch den Zündtransformator für die Entladungslampe nach Anspruch 1 und einen Lampensockel nach Anspruch 9 gelöst.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Zündtransformator für eine Entladungslampe mit einem Transformatorkern vorgesehen, dessen Material, Leistung und Aufbau in einer solchen Weise gewählt sind, dass die Curie-Temperatur des Materials nach der für mittels des Zündtransformators bewirkten Zündung durch einen Spannungsabfall über einer Sekundärwicklung des Zündtransformators erreichbar ist. Die Aufheizung auf die Zündtemperatur erfolgt mit der an der Sekundärwicklung anliegenden Energie, wobei nach Erreichen der Curie-Temperatur die Sekundärwicklung des Zündtransformators praktisch unwirksam ist und nur eine geringe Leistung und Absorption aus dem Lampenkreis notwendig ist, um den Transformatorkern auf der Curie-Temperatur zu halten.
  • Es wird bevorzugt, dass das Material des Transformatorkerns eine Curie-Temperatur im Bereich von 60°C bis 400°C, insbesondere zwischen 100°C und 220°C aufweist, wodurch eine zu starke Erwärmung des Transformatorkerns, die möglicherweise auf Materialien in der Umgebung des Transformatorkern negative Auswirkungen haben könnte, vermieden wird.
  • Es wird die Curie-Temperatur im Bereich zwischen 100°C und 220°C bevorzugt, da mit zunehmender Curie-Temperatur die Effizienz durch Wärmeverluste sinkt, andererseits die Curie-Temperatur in jedem Fall über der Umgebungstemperatur liegen muss, um eine einwandfrei Funktion gewährleisten zu können.
  • Ferner ist der Transformatorkern bevorzugt so gestaltet, dass die magnetische Länge und der magnetische wirksame Querschnitt von dem Transformatorkern in einer solchen Weise minimiert sind, dass eine für die Zündung ausreichende magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung im kalten Zustand des Zündtransformators vorliegt. Somit kann eine schnelle Zündung erfolgen und gleichzeitig während des Lampenbetriebes die Sekundärwicklung praktisch unwirksam sein.
  • In einer besonderen Ausgestaltung hat der Transformatorkern Ringform, da bei einem hochfrequenten Lampenstrom weniger elektromagnetische Störungen verursacht werden, als bei einer offenen Geometrie wie etwas einem Stabkern.
  • Ferner wird bevorzugt, wenn der Zündtransformator thermisch isoliert ausgebildet ist, um den Transformatorkern bei geringerer zuzuführender Leistung und damit höherer Effizienz der gesamten Anordnung auf Curie-Temperatur zu halten und die Sekundärwicklung praktisch unwirksam zu machen.
  • Der Transformatorkern wird bevorzugt zur thermischen und elektrischen Isolation vergossen, wodurch sich dieser ökonomisch günstig herstellen lässt.
  • Alternativ dazu kann der Transformatorkern in einem augeschlossenen Gehäuse vorgesehen sein, wodurch sich die Konvektion von Luft und die damit einhergehende verstärkte Kühlung unterbinden lassen.
  • Der Zündtransformator ist insbesondere für eine Hochdruckentladungslampe vorgesehen. Dabei lässt sich insbesondere bei Automobilscheinwerfern eine kompakte Bauform bei guter Lichtausbeute erzielen.
  • Ferner wird ein Lampensockel für eine Entladungslampe mit einem Zündtransformator mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften vorgesehen, wobei sich aufgrund des geringen Volumens des Transformatorkerns eine kompakte Bauform der Lampenanordnung umsetzen lässt.
  • In einer Weiterbildung ist das Entladungsgefäß der Lampe in das Loch des Zündtransformators im Lampensockel zumindest abschnittsweise hineinragend vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich die große Axialabmessung der Entladungslampen zum Vorsehen des Transformatorkerns in der Umgebung des Entladungsgefäßes der Entladungslampe nutzen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
    • Fig. 1
    Eine Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe mit einem Zündtransformator entsprechend der vor- liegenden Erfindung,
    Fig. 2
    Eine schematische Ansicht eines Lampensockels mit Zündtransformator, Impulsquelle und Entladungslam- pe entsprechend der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 3
    Eine Perspektivansicht eines Transformatorkerns mit Spalt für einen Zündtransformator entsprechend der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 4
    Eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Anfangspermeabilität von der Temperatur bei einem Material für den Transformatorkern entsprechend der vorliegenden Erfindung,
    Fig. 5
    Den Aufbau der Impulsquelle zur Ansteuerung eines Zündtransformators entsprechend dem ersten Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung,
    Fig. 6
    Den Aufbau einer Impulsquelle für einen Zündtrans- formator entsprechend dem zweiten Ausführungsbei- spiel der Erfindung, und
    Fig. 7
    Eine graphische Darstellung der Spannung an der Sekundärwicklung und am Kondensator entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel.
    Fig. 8
    Eine Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe unter Verwendung einer symmetrischen Zündung ent- sprechend dem dritten Ausführungsbeispiel.
    Fig. 9
    zeigt eine Abwandlung eines Transformatorkerns mit beispielhaften Maßen.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Eine Schaltungsanordnung 1 mit Zündtransformator 2 entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in Figur 1 gezeigt.
  • Eine Primärwicklung 4 des Zündtransformators 2 wird durch eine Impulsquelle 6 und eine Zündspannung U2 gespeist. Die Sekundärwicklung 8 des Zündtransformators 2 ist mit der Entladungslampe 10 in Reihe geschaltet und wird durch eine Betriebsspannung UQ gespeist. Als Entladungslampe gelangt bevorzugt eine Hochdruckgasentladungslampe, beispielsweise eine quecksilberhaltige Halogen-Metalldampflampe vom Typ "OSRAM HQI" zum Einsatz.
  • In Figur 2 ist eine Entladungslampe 10 in einem Lampensockel 12 dargestellt. Der Lampensockel 12 weist die Impulsqüelle 6 auf, durch die die Primärwicklung 4 des Zündtransformators 2 gespeist wird. Der Zündtransformator 2 ist, wie in Figur 2 gezeigt, bevorzugt ringförmig ausgebildet und hat einen Transformatorkern 14, der wie in Figur 3 gezeigt einen Luftspalt 15 hat. Auf dem Transformatorkern 14 ist die Sekundärwicklung 8 aufgebracht, die von der Primärwicklung 4 umgeben ist.
  • Wie bereits in Figur 1 gezeigt ist ein Anschluss 16 der Entladungslampe 10 mit einem Ende der Sekundärwicklung 8 verbunden, während ein anderer Anschluss 18 der Entladungslampe 10 über den Lampensockel mit der Betriebsspannung UQ versorgt wird. Wie bereits in Figur 1 gezeigt, wird die Impulsquelle 6 mit der Zündspannung U2 gespeist. Der Lampensockel 12 ist bevorzugt mit einer Vergussmasse, wie z.B. Silikon, gefüllt, damit eine hohe Spannungsisolation um den Zündtransformator vorliegt und gleichzeitig eine thermische Isolation des Transformatorkerns 14 vorgesehen wird. Es ist ein Verguss mit einer Schaumstruktur oder einer Hohlkörperfüllung denkbar. Alternativ dazu kann der Kern in einem abgeschlossenem Gehäuse vorgesehen sein, durch das eine Konvektion der Luft verhindert und somit eine Kühlung unterbunden wird.
  • Die Anschlüsse für die Zündspannung U2 und die Betriebsspannung ÜQ sind als elektrische Anschlüsse zum Betriebsgerät aus dem Lampensockel herausgeführt.
  • Das Entladungsgefäß 20 der Entladungslampe 10 taucht in ein mittleres Loch im Zündtransformator 2 ein, wodurch, wie bereits in der Offenlegungsschrift DE 19610385 dargelegt, eine kleinvolumige Gasentladungslampe mit kurzen Spannungszuführungen in integrierter Bauweise umgesetzt werden kann. Neben der vorteilhaften kompakten Bauweise können Verluste bei der Zündspannung aufgrund dieser kompakten Bauweise gering gehalten werden.
  • In Figur 3 ist die beispielhafte Perspektivansicht des Transformatorkerns 14 mit einem Luftspalt 15 dargestellt.
  • Als Kernmaterial kommt ein Ferrit zur Anwendung. In diesem Beispiel wird als Material N30 vom Hersteller Epcos mit einem Außendurchmesser von 25mm, einem Innendurchmesser von 15mm, einer Höhe von 3,8mm und einem Luftspalt von 3,5mm verwendet. Das Material für den Transformatorkern wird in einer solchen Weise gewählt, dass die Curie-Temperatur direkt nach der Zündung dadurch erreicht wird, dass ein Anteil der vom Wandler zur Verfügung gestellten Energie zur Aufheizung des Transformatorkerns genutzt wurde. Wenn der Transformatorkern zumindest teilweise die Curie-Temperatur erreicht hat, ist die Sekundärwicklung des Transformators im Wesentlichen unwirksam, wobei jedoch eine geringe Leistungsabsorption aus dem Lampenkreis benötigt wird, um den Transformatorkern oder Teile des Transformatorkerns auf der Curie-Temperatur zu halten.
  • Beim Stand der Technik wurde eine hohe Curie-Temperatur angestrebt, damit das magnetische Bauelement bei einer hohen Leistung betrieben werden kann. Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung eine Curie-Temperatur vorzugsweise im Bereich zwischen 60°C und 400°C des Materials angestrebt, da dieser aus Sicht des Stands der Technik aufgrund schlechten Ferriteigenschaften der gewünschte Effekt bei der Sekundärwicklung bereits zu einem frühen Zeitpunkt eintritt.
  • Während beim Stand der Technik im Hinblick auf angestrebte geringe Verluste ein großer Querschnitt des Transformatorkerns von Vorteil war, wird bei der vorliegenden Erfindung ein besonders geringer Kernquerschnitt angestrebt. Darüber hinaus sollte auch die magnetische Länge gering gehalten werden. Dadurch kann die zur Aufheizung des Transformatorkerns erforderliche Energie gering gehalten werden. Zusammenfassend kann somit gesagt werden, dass ein geringes Kernvolumen für die vorliegende Erfindung von Vorteil ist. Der Transformatorkern ist jedoch so groß zu wählen, dass der Transformator seine Funktionen wahrnehmen kann, d.h. im kalten Zustand eine ausreichende magnetische Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung ermöglicht.
  • Als Kernform ist besonders die in Figur 3 gezeigt Ringform geeignet, da bei einer derartigen Temperatur und hochfrequenten Lampenströmen weniger elektromagnetische Störungen als bei einem Stabkern verursacht werden, wobei dieses insbesondere bei Temperaturen nahe oder bei der Curie-Temperatur auftritt.
  • Aus Figur 4 geht hervor, dass die Permeabilität ab einer Temperatur von ungefähr 143°C, der Curie-Temperatur, bei dem verwendeten Kernmaterial N30 ungefähr den Wert 1 erreicht. Wenn nun während des Betriebes nach der Zündung die Temperatur des Transformatorkerns nahe 143°C oder etwas oberhalb dieser Temperatur gehalten wird, so verliert der Transformatorkern seine ferrimagnetischen Eigenschaften und zeigt nur noch paramagnetische Eigenschaften, wodurch die Sekundärwicklung faktisch unwirksam wird.
  • Bei dem nachfolgend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiel gelangt ein Transformatorkern aus dem Material N30 gemäß Vorbeschreibung zum Einsatz.
  • Figur 5 zeigt eine Impulsquelle 26 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, die statt der Impulsquelle 6 aus Figur 1 verwendet wird.
  • Die Sekundärwicklung 8 weist 30 Windungen aus teflonisoliertem Draht auf und hat eine Impedanz von 39µH bei 20°C. Die Primärwicklung weist zwei Windungen auf. Die mittleren Windungen sowohl der Primärwicklung 4 als auch der Sekundärwicklung 8 sind auf dem Transformatorkern 14 gegenüber dem Luftspalt angeordnet. Der Transformatorkern ist durch Vakuumverguss mittels Silikon wärme- und hochspannungsisoliert. Die Primärwicklung 4 ist über einen Widerstand 28 vom 100kΩ und einer Funkenstrecke 30 mit einer Schaltspannung von 2kV in Reihe geschaltet. Eine Kondensator 32 von 27nF ist über den Widerstand 28 zur Zündspannung U2 parallel geschaltet. Die Zündspannung U2 beträgt 2,5kV.
  • Nachfolgend wird der Betrieb eines Zündtransformators mit der Impulsquelle 26 aus Figur 5 beschrieben.
  • Solange eine Zündspannung U2 anliegt, werden durch den Zündtransformator 2 an der Sekundärwicklung 8 Impulse mit Spitzenspannung von 21kV erzeugt. Dieses führt zum Zünden der in Figur 5 nicht dargestellten Entladungslampe 10. Als Entladungslampe kommt eine quecksilberhaltige Halogen-Metalldampflampe vom Typ "OSRAM HQI" mit einer Nennleistung von 35W zur Anwendung.
  • Nach der Zündung der Entladungslampe 10 erfolgt ein Abschalten der Zündspannung U2, sodass über den Zündtransformator 2 keine weiteren Zündimpulse erzeugt werden. Entsprechend Figur 1 erfolgt ein Betrieb der Entladungslampe 10 über die Betriebsspannung UQ mit einer Frequenz von 2 MHz. Die Entladungslampe 10 wird mit einem Betriebsstrom von 400mA betrieben, wodurch zunächst ein ohmsch-induktiver Spannungsabfall über der Sekundärwicklung 8 von etwa 200V auftritt. Durch diesen Spannungsabfall erfolgt eine Erwärmung des Transformatorkerns 14. Die Lampenspannung beträgt zunächst 20V.
  • Wenn die Temperatur des Transformatorkerns 14 in die Nähe der Curie-Temperatur von etwa 143°C gelangt, so verringert sich entsprechend Figur 4 die Induktivität drastisch, sodass sich der Spannungsabfall über der Sekundärwicklung auf etwa 40V einstellt. Durch eine geeignete thermische Isolierung und eine entsprechende Auslegung der Schaltung erreicht die Kerntemperatur einen Wert nahe der Curie-Temperatur im gleichen Zeitbereich wie das Hochlaufen der Lampe. In der Praxis kann diese Zeitdauer wenige Sekunden bis einige Minuten betragen. In dieser Zeit erhöht sich die Lampenspannung von anfangs 20V auf 85V. Aufgrund des verringerten Spannungsabfalls über der Sekundärwicklung 8 ist nur eine geringe Betriebsspannung UQ notwendig.
  • Eine Regelung der Lampenleistung erfolgt nun durch eine Erhöhung der Frequenz, beispielsweise von 2,5MHz auf 3,5MHz. Diese Regelung der Lampenleistung und die Stabilisierung der Entladung erfolgt über die verbleibende Restinduktivität der Sekundärwicklung 8. Diese Restinduktivität hängt von der Induktivität der von der Sekundärwicklung 8 gebildeten Luftspule, sowie den Temperaturverhältnissen während des stationären Betriebes ab. Diese Restinduktivität wird bevorzugt so eingestellt, dass die sich ergebende Impedanz im Bereich von 1/5 bis zum fünffachen der Impedanz der Entladungslampe liegt. Beim ersten Ausführungsbeispiel hat die Restinduktivität 8µH betragen. Unter der Impedanz der Entladungslampe soll hier der Quotient der beiden der beiden Effektivwerte von Lampenspannung und -strom bei Nennleistung verstanden werden.
  • In Figur 6 ist eine Impulsquelle 46 entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel dargestellt. Diese Impulsquelle 26 des ersten Ausführungsbeispiels weist eine Funkenstrecke 50 und einen Kondensator 52 auf. Ein dem Widerstand 28 beim ersten Ausführungsbeispiel vergleichbarer Widerstand ist beim zweiten Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen. Der Kondensator 52 hat eine Kapazität von 70nF und die Funkenstrecke eine Schaltspannung von 800V.
  • In Figur 7 ist in der oberen graphischen Darstellung die durch die Sekundärwicklung 8 erzeugte Spannung dargestellt, während in der unteren Darstellung die Spannung am Kondensator 52 erkennbar ist.
  • Der sich an die Zündung der Lampe anschließende Betrieb erfolgt wie der bei der Schaltungsanordnung entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Durch die Schaltungsanordnung entsprechend dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel lassen sich für einen Lampenbetrieb nach der Zündung eine geringe Induktivität der Sekundärwicklung und auch geringere Verluste während des Betriebes der Entladungslampe erzielen.
  • Die Entladungslampen kommen bevorzugt für die Videoprojektion, im Kraftfahrzeugscheinwerfer und für die Allgemeinbeleuchtung zum Einsatz. Im Vergleich zu dem in der WO2005/011338 gezeigten Stand der Technik, ist bei einer Schaltungsanordnung für den Betrieb einer Entladungslampe entsprechend der vorliegenden Erfindung kein zusätzliches Bauelement, wie z.B. der Kondensator zur partiellen Kompensation aus dieser genannten Druckschrift notwendig. Im Ergebnis lässt sich mit der vorliegenden Erfindung ein guter Gesamtwirkungsgrad bei der Schaltungsanordnung erzielen.
  • In den bisher dargestellten Ausführungsformen wurde immer eine unsymmetrische Zündanordnung betrachtet, bei der der Zündtransformator nur eine Sekundärwicklung besitzt. Die Figur 8 zeigt eine Schaltungsanordnung 54 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wobei durch die beiden Sekundärwicklungen 8a und 8b eine symmetrische Zündung realisiert wird. Als Kernmaterial wird ein Ferrit mit einer Curie-Temperatur von nur ungefähr 109°C und einer maximalen Anfangspermeabilität von nur 2500 verwendet, im Gegensatz zu ungefähr 143°C und 5400 gemäß Figur 4 bei den beiden bisherigen Ausführungsbeispielen. Ferner sind in Fig. 8 eine Impulsquelle 56 und ein Betriebsgerät 58, das die Spannungen U2 und UQ zur Verfügung stellt, gezeigt. Die Anschlüsse für die Stromzuführung (z.B. 12 V Gleichstrom oder 230 V Wechselstrom sind mit 60 bezeichnet. Die Schaltungsanordnung 54 befindet sich im Lampensockel
  • Die geometrischen Abmessungen des Kerns, welcher keinen Spalt aufweist, zeigt Figur 9. Die beiden Sekundärwicklungen 8a und 8b sind dabei auf den beiden 30mm langen Kernseiten gewickelt. In einem weiteren Arbeitsschritt wurde die Primärwicklung jeweils zur Hälfte über die Sekundärwicklungen 8a und ab auf den beiden langen Kernseiten gewickelt.
  • Der Transformator ist zusammen mit der Impulsquelle und dem Betriebsgerät im Lampensockel vergossen. Dabei wurden Teile des Betriebsgeräts welche im Betrieb besonders heiß werden, wie beispielsweise Leistungshalbleiter, in unmittelbarer Nähe zum Zündtransformator angeordnet, um deren Abwärme zur Erwärmung des Transformatorkerns nutzen zu können. Während des Betriebs muss daher besonders wenig Energie dem Lampenstromkreis entzogen werden, um den Transformatorkern nahe der Curie-Temperatur zu halten.
  • Es wird ein Zündtransformator für eine Entladungslampe mit einem Transformatorkern vorgesehen. Das Material und die Abmessung des Transformatorkerns sind in einer solchen Weise gewählt, dass die Curie-Temperatur des Materials nach der mittels des Zündtransformators bewirkten Zündung durch einen Spannungsabfall über einer Sekundärwicklung des Zündtransformators erreichbar ist. Auf diese Weise verbleibt für die Sekundärwicklung nur eine Restinduktivität. Es wird ferner ein Lampensockel für eine Entladungslampe mit einem derartigen Zündtransformator vorgesehen, wobei bevorzugt das Entladungsgefäß der Lampe in das Mittelloch des Zündtransformators im Lampensockel zumindest abschnittsweise hineinragt, woraus sich ein kompakter Lampensockel mit Entladungslampe ergibt.

Claims (10)

  1. Zündtransformator (2) für eine Entladungslampe mit einem Transformatorkern (14), dadurch gekennzeichnet daß, dessen Material und Abmessungen in einer solchen Weise gewählt sind, dass die Curie-Temperatur des Materials nach der mittels des Zündtransformators (2) bewirkten Zündung durch einen Spannungsabfall über einer Sekundärwicklung (8) des Zündtransformators erreichbar ist.
  2. Zündtransformator nach Anspruch 1, wobei die Curie-Temperatur des Materials im Bereich von 60°C bis 400°C liegt.
  3. Zündtransformator nach Anspruch 1 oder 2, wobei die magnetische Länge und der magnetisch wirksame Querschnitt von dem Transformatorkern (14) in einer solchen Weise minimiert ist, dass eine für die Zündung ausreichende magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung (4, 8) im kalten Zustand des Zündtransformators vorliegt.
  4. Zündtransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Transformatorkern ringförmig ausgebildet ist.
  5. Zündtransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zündtransformator thermisch isoliert ausgebildet ist.
  6. Zündtransformator nach Anspruch 5, wobei der Transformatorkern (14) zur thermischen und beziehungsweise oder elektrischen Isolation vergossen ist.
  7. Zündtransformator nach Anspruch 5, wobei der Transformatorkern (14) in einem abgeschlossenen Gehäuse vorgesehen ist, durch das eine Konvektion von Luft verringert ist.
  8. Zündtransformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der für eine Hochdruckentladungslampe vorgesehen ist.
  9. Lampensockel (12) für eine Entladungslampe gekennzeichnet durch einem Zündtransformator (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Lampensockel nach Anspruch 9, wobei das Entladungsgefäß (20) der Lampe in das Mittelloch des Zündtransformators im Lampensockel (12) zumindest abschnittweise hineinragt.
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