EP2127498A1 - Auswertevorrichtung für die zündenergie einer entladungslampe - Google Patents

Auswertevorrichtung für die zündenergie einer entladungslampe

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EP2127498A1 EP08716843A EP08716843A EP2127498A1 EP 2127498 A1 EP2127498 A1 EP 2127498A1 EP 08716843 A EP08716843 A EP 08716843A EP 08716843 A EP08716843 A EP 08716843A EP 2127498 A1 EP2127498 A1 EP 2127498A1
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discharge lamp
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    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices

Definitions

  • Evaluation device for the ignition energy of a discharge lamp Evaluation device for the ignition energy of a discharge lamp.
  • the invention relates to a device for evaluating the ignition energy of a discharge lamp from a signal which is proportional to the voltage applied to the discharge lamp and a signal which is proportional to the current flowing through the discharge lamp during the ignition process.
  • a starter is connected to discharge lamps, in particular high-pressure discharge lamps, for ignition, which generates one or a series of high-voltage pulses in order to ignite the discharge lamp.
  • the high voltage pulses must have a certain deviszündbeginn U z .
  • FIG. 1 shows the time-dependent voltage U L (t) generated on a 400 W high-pressure sodium vapor lamp with a first ignitor.
  • FIG. 2 a shows the current and voltage curve of the discharge lamp and the cumulated introduced energy in a wide time range.
  • the time-dependent voltage U L (t) and the evaluated ignition voltage U z (U z 3.96 kV).
  • the ignition voltage can also be used with a peak voltage detector in be measured in a simple and cost-effective manner.
  • FIG. 1 shows the time-dependent voltage U L (t) generated on a 400 W high-pressure sodium vapor lamp with a first ignitor.
  • FIG. 2 a shows the current and voltage curve of the discharge lamp and the cumulated introduced energy in a wide time range.
  • FIG. 3 shows a peak voltage detector for the evaluation of the positive maximum value of the voltage.
  • An analogue-to-digital converter is used for measuring the measurement. If the peak values of each pulse are to be measured for repeating pulses, then it is necessary to discharge the capacitor between the individual pulses, which can be done, for example, by a high-resistance resistor.
  • the knife detection system must also have a sufficiently large acquisition rate. It is possible to use the signals of the peak voltage detector to control an igniter.
  • the energy can be used, which is coupled into the discharge during the voltage breakdown.
  • the oscilloscope together with the voltage, measures a signal that is proportional to the current.
  • I L (t) the current flowing through the lamp current I L (t), in which the displacement current has been compensated, also registered with.
  • the product of lamp voltage U L (t) and current I L (t) is calculated as the power:
  • the time-dependent energy is then calculated by integrating the power PL (t) for the time t:
  • FIGS. 1 and 2 a, b show the power P L (t) and the calculated time-dependent energy E (t). It can be seen that the energy E (t) remains at a constant value after the voltage breakdown and when the current has returned to zero. Since the high voltage pulses usually decay within a certain time, the energy which is coupled in during this time is the ignition energy E z .
  • This evaluation device should be suitable that it can be integrated in electronic ballasts or ignitors.
  • the object of the invention is to provide a device that meets these requirements.
  • the device consists of a voltage measuring circuit (1), a current measuring circuit (2) and an evaluation circuit (4).
  • the evaluation circuit the current and voltage signals are multiplied together, and the resulting power signal is then integrated to obtain a measure of the ignition energy.
  • This voltage which represents the ignition energy, is measured by a fast analog-to-digital converter.
  • Fig. 1 voltage and current and the evaluated power and energy of a high voltage pulse for the ignition of a discharge lamp in a high time resolution.
  • Fig. 2 a voltage and current and the evaluated power and energy of a high voltage pulse for the ignition of a discharge lamp in a lower time resolution.
  • Fig. 4 structure for measuring the ignition energy of a discharge lamp.
  • Fig. 4 shows the structure of the evaluation device according to the invention.
  • the mains voltage is connected to the discharge lamp via a choke (D) and an ignition device (ZG).
  • a suitable voltage divider (1) a signal voltage U 0 is generated.
  • a suitable current-voltage converter (2) which is preferably in the recirculation is looped line, a signal Ui is generated in proportion to the current flowing through the lamp.
  • the voltage U 0 and the current signal U 1 are connected together with a power supply U 3 to the energy evaluation device (4).
  • the voltage signal is connected to an amplifier which drives the input of the threshold detector and the multiplier with a sufficient bandwidth.
  • the threshold detector or comparator provides a signal when the applied voltage exceeds a certain threshold.
  • the threshold value can be set by means of an adjustable resistor.
  • the threshold detector gives the state to a logic board.
  • the current signal Ui is connected in addition to the amplified voltage signal U 0 .
  • the output is connected to a load resistor and connected to an integration capacitor via a fast switch and a resistor.
  • the logic board after the voltage has exceeded a threshold, turns the fast switch on and off again after a specified time. During this time, the applied power signal is integrated, whereby a signal U E z is applied to the integration capacitor proportional to the ignition energy. This signal can be measured by a voltmeter. Since ignitors usually generate a train of pulses with pulse intervals, it is necessary to measure the energies of the individual pulses to use a measuring system that has a sufficiently large Has collection rate.
  • the integration capacitor must also be reset, which can be realized by a short-circuit switch.
  • This switch may receive its drive signal from the logic board or from the blade detection system.
  • the logic subassembly gives a signal with a short time duration to this short-circuit switch after a defined time after which the voltage has exceeded the threshold value.
  • This device works independently and can be set up as a separate working system. It is also possible to integrate this evaluation device in an ignitor or in an electronic ballast. For these applications, it is necessary to adapt the times of the logic module to the requirements.

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Abstract

Auswertevorrichtung für die Messung der Zündenergie einer Entladungslampe eines Überlagerungszündgerätes, mit einem Messsignal, das proportional der Spannung an der Entladung ist und einem Messsignal, das proportional dem durch die Lampe fließenden Strom ist, wobei die Energie die während des eines Hochspannungsimpulses in eine Entladungslampe eingekoppelt wird, mittels einer Kombination aus einer analogen (4) und einer digitalen (5) Schaltung geeignet ausgewertet wird.

Description

Beschreibung
Auswertevorrichtung für die Zündenergie einer Entladungslampe .
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Auswertung der Zündenergie einer Entladungslampe aus einem Sig- nal das proportional der an der Entladungslampe anliegenden Spannung und einem Signal das proportional dem durch die Entladungslampe fließenden Stromes während des Zündvorganges ist.
An Entladungslampen, insbesondere Hochdruckentladungslam- pen wird zur Zündung ein Zündgerät angeschlossen, dass ein oder eine Folge von Hochspannungsimpulsen erzeugt, um die Entladungslampe zu zünden. Für eine erfolgreiche Zündung müssen die Hochspannungsimpulse eine gewisse Mindestzündspannung Uz haben.
Stand der Technik
Für die Messung der der Hochspannungsimpulses wird üblicherweise ein Hochspannungstastkopf und ein Oszilloskop verwendet. In Figur 1 wird die an einer 400 W Natriumdampf-Hochdrucklampe mit einem ersten Zündgerät erzeugte zeitabhängige Spannung UL(t) gezeigt. Die Zündspannung Uz ist der Maximalwert der Spannung (Uz = 3.55 kV) . Fig. 2a stellt den Strom- und Spannungsverlauf der Entladungslampe und die kumulierte eingebrachte Energie in einem weiten Zeitbereich dar. In Figur 2b ist für ein zweites Zündgerät die zeitabhängige Spannung UL(t) und die ausge- wertete Zündspannung Uz (Uz = 3.96 kV) gezeigt. Die Zündspannung kann auch mit einem Spitzenspannungsdetektor in einfacher und kostengünstiger Art und Weise gemessen werden. In Figur 3 ist ein Spitzenspannungsdetektor für die Auswertung des positiven Maximalwertes der Spannung gezeigt. Zur Messerfassung wird ein Analog-Digital-Wandler eingesetzt. Sollen die Spitzenwerte der eines jeden Impulses für wiederholende Impulse gemessen werden, so ist es erforderlich den Kondensator zwischen den einzelnen Impulsen wieder zu entladen, was z.B. durch einen hochoh- migen Widerstand erfolgen kann. Das Messerfassungssystem muss zudem eine ausreichend große Erfassungsrate haben. Es ist möglich die Signale des Spitzenspannungsdetektors zur Regelung einer Zündvorrichtung zu benutzen.
Als zweite Messgröße zur Beschreibung der Zündung kann die Energie benutzt werden, die während des Spannungszu- sammenbruches in die Entladung eingekoppelt wird. Hierzu wird mit dem Oszilloskop zusammen mit der Spannung ein Signal, das proportional des Stromes ist, gemessen. In Figur 1 und Figur 2a und b ist der durch die Lampe fließende Strom IL(t), bei dem der Verschiebungsstrom kompen- siert wurde, ebenfalls mit eingetragen. Als Produkt aus Lampenspannung UL(t) und Strom IL(t) wird die Leistung berechnet :
PL{t) = UL(t)lL(t) (1)
Die zeitabhängige Energie wird dann durch die Integration der Leistung PL(t) für die die Zeit t berechnet:
In Figur 1 und Figur 2 a, b sind die Leistung PL(t) und die berechnete zeitabhängige Energie E (t) mit eingetra- gen. Es ist erkennbar, dass die Energie E (t) nach dem Spannungszusammenbruch und wenn der Strom auf Null zurückgegangen ist auf einen konstanten Wert verbleibt. Da die Hochspannungsimpulse in der Regel innerhalb einer be- stimmten Zeit abklingen, ist die Energie die während dieser Zeit eingekoppelt wird die Zündenergie Ez.
Aufgabe
Für die Auswertung der Zündenergie beliebiger Entladungslampen soll ein kostengünstiges Messsystem geschaffen werden. Diese Auswertevorrichtung soll geeignet sein, dass es in elektronischen Vorschaltgeräten oder in Zündgeräten integriert werden kann. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin eine Vorrichtung zur schaffen, die diesen Anforderungen genügt.
Darstellung der Erfindung
Die Vorrichtung besteht aus einer Spannungsmesschaltung (1), aus einer Strommessschaltung (2) und aus einer Auswerteschaltung (4). In der Auswerteschaltung werden das Strom- und das Spannungssignal miteinander multipliziert, und das resultierende Leistungssignal dann integriert, um ein Maß für die Zündenergie zu erhalten. Diese Spannung, die die Zündenergie repräsentiert, wird von einem schnellen Analog/Digitalwandler gemessen. Kurze Beschreibung der Zeichnung (en)
Fig. 1 Spannung und Strom und die ausgewertete Leistung und Energie eines Hochspannungsimpulses für die Zündung einer Entladungslampe in einer hohen Zeitauflösung.
Fig. 2a Spannung und Strom und die ausgewertete Leistung und Energie eines Hochspannungsimpulses für die Zündung einer Entladungslampe in einer geringeren Zeitauflösung.
Fig. 2b Spannung und Strom und die ausgewertete Leistung und Energie eines Hochspannungsimpulses für die
Zündung einer Entladungslampe in einer höheren Zeitauflösung dargestellt in einem bestimmten Bereich.
Fig. 3 Aufbau zur Auswertung der positiven Spitzenspan- nung bei der Zündung einer Entladungslampe.
Fig. 4 Aufbau zur Messung der Zündenergie einer Entladungslampe .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Fig. 4 zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau der Auswerte- Vorrichtung. Die Netzspannung wird über eine Drossel (D) und ein Zündgerät (ZG) an die Entladungslampe angeschlossen. Mit einem geeigneten Spannungsteiler (1) wird eine Signalspannung U0 erzeugt. Mit einem geeigneten Strom- Spannungs-Wandler (2), der vorzugsweise in die rückfüh- rende Leitung eingeschleift wird, wird ein Signal Ui proportional dem durch die Lampe fließenden Stromes erzeugt.
Das Spannungs- U0 und das Stromsignal U1 werden zusammen mit einer Spannungsversorgung U3 an die Energieauswertevorrichtung (4) angeschlossen. Das Spannungssignal wird an einem Verstärker angeschlossen, der den Eingang des Schwellenwertdetektors und den Multiplizierer mit einer ausreichenden Bandbreite treibt. Der Schwellenwertdetek- tor oder Komparator liefert ein Signal wenn die anliegende Spannung einen gewissen Schwellenwert überschreitet. Durch einen einstellbaren Widerstand kann der Schwellenwert eingestellt werden. Der Schwellenwertdetektor gibt den Zustand an eine Logikbaugruppe.
Am Eingang des Multiplizierers wird neben dem verstärkten Spannungssignal U0 das Stromsignal Ui angeschlossen. Der Ausgang ist an einen Lastwiderstand angeschlossen und ü- ber einen schnellen Schalter und einen Widerstand an ei- nen Integrationskondensator angeschlossen. Die Logikbaugruppe schaltet, nachdem die Spannung einen Schwellenwert überschritten hat, den schnellen Schalter ein und nach einer festgelegten Zeit wieder aus. In dieser Zeit wird das anliegende Leistungssignal integriert, womit am In- tegrationskondensator ein Signal UEz proportional der Zündenergie anliegt. Dieses Signal kann von einem Spannungsmesser gemessen werden. Da Zündgeräte in der Regel eine Folge von Pulsen mit Pulsabständen erzeugen, ist es erforderlich, um die Energien der Einzelpulse zu messen, ein Meßsystem einzusetzen, dass eine ausreichend große Erfassungsrate hat. Zudem muss der Integrationskondensator auch zurückgesetzt werden, was durch einen Kurzschlussschalter realisiert werden kann. Dieser Schalter kann sein Ansteuersignal von der Logikbaugruppe oder von dem Messerfassungssystem erhalten. Die Logikbaugruppe gibt hierzu eine festgelegte Zeit nach dem die Spannung den Schwellenwert überschritten hat ein Signal mit einer kurzen Zeitdauer an diesen Kurzschlussschalter.
Diese Vorrichtung arbeitet selbstständig und kann als separat arbeitendes System aufgebaut werden. Es ist ebenso möglich diese Auswertevorrichtung in ein Zündgerät oder in ein elektronisches Vorschaltgerät zu integrieren. Für diese Anwendungen ist es erforderlich die Zeiten der Lo- gikbaugruppe an die Erfordernisse anzupassen.

Claims

Ansprüche
1. Auswertevorrichtung für die Messung der Zündenergie einer Entladungslampe, die mittels eines Überlagerungszündgerätes gezündet wird, mit einem Messsig- nal, das proportional der Spannung an der Entladung ist und einem Messsignal, das proportional dem durch die Lampe fließenden Strom ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie die während eines Hochspannungsimpulses in eine Entladungslampe ein- gekoppelt wird, mittels einer Kombination aus einer analogen (4) und einer digitalen (5) Schaltung geeignet ausgewertet wird.
2. Auswertevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schaltungsanordnung zur Auswertung der Leistung aus dem Spannungs- und Stromsignal enthält.
3. Auswertevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schaltungsanordnung für die Integration des Leistungssignals enthält.
4. Auswertevorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ersten Schalter zwischen der Schaltungsanordnung zur Auswertung der Leistung und der Schaltungsanordnung für die Integration enthält.
5. Auswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen zweiten Schalter am Ausgang der Schaltungsanordnung für die Integration des Leistungssignals zum Zurücksetzen desselben enthält.
6. Auswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vorrichtung enthält, die das Anliegen des Hochspannungspulses detektiert.
7. Auswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einem Komparator enthält, der an das Spannungssignal angeschlossen ist, und ab einer einstellbaren Schwellenspannung ein Signal ausgibt.
8. Auswertevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Logikbaugruppe enthält, die an die Vorrichtung zur Detektion des Hochspannungspulses und an dem ersten Schalter und an dem zweiten Schalter angeschlossen ist.
9. Auswertevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikbaugruppe den ersten Schalter, sofort nach der Detektion des Hochspan- nungspulses einschaltet und nach einer festgelegten Zeit wieder ausschaltet.
10. Auswertevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Logikbaugruppe den zweiten Schalter nach einer festgelegten Zeit nach Öffnen des ersten Schalters für eine bestimmte Zeit schließt.
11. Auswertevorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messerfassungssystem angeschlossen wird, dass die anlie- genden Spannungswerte in der zeitlichen Abfolge messen kann.
12. Auswertevorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie insbeson- dere für die Zündung von Hochdruckentladungslampen eingesetzt wird.
13. Auswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dieser Vorrichtung ein Spitzenspannungsdetektor eingesetzt wird, dessen Signale von einem Messerfassungssystem gemessen werden.
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