EP2248393A1 - Vorrichtung und verfahren zur erzeugung einer zündspannung für eine lampe - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur erzeugung einer zündspannung für eine lampe

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EP2248393A1
EP2248393A1 EP08709193A EP08709193A EP2248393A1 EP 2248393 A1 EP2248393 A1 EP 2248393A1 EP 08709193 A EP08709193 A EP 08709193A EP 08709193 A EP08709193 A EP 08709193A EP 2248393 A1 EP2248393 A1 EP 2248393A1
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EP
European Patent Office
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lamp
resonant circuit
switch
voltage
circuit
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Herbert Kästle
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Osram GmbH
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Osram GmbH
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    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit 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
    • H05B41/288—Circuit 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
    • H05B41/2881—Load circuits; Control thereof
    • H05B41/2882—Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter
    • H05B41/2883—Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter the controlled element being a DC/AC converter in the final stage, e.g. by harmonic mode starting
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for generating a starting voltage for a lamp.
  • High intensity discharge lamps are known, e.g. HE-HCI lamps or MF-HCI lamps, which are usually operated at operating frequencies greater than 2OkHz.
  • HE-HCI lamp HCl: mercury lamp
  • Metal halide lamp a sinusoidal
  • the gesweepte AC operating voltage is additionally amplitude modulated, advantageously the modulation according to the geometry of the lamp burner both in frequency, usually between 23kHz to 3OkHz, as well as in the modulation depth between 5% to 30%, is adjustable.
  • the amplitude modulation serves to excite a special longitudinal acoustic resonance in the Plasma arc, which causes an increased mixing of the gas components in the combustion chamber (colormixing).
  • Sweep operation and amplitude modulation result in a more homogeneous luminance along the plasma arc and a significant increase in luminous efficacy, allowing an increase in efficiency, for example, from 80LPW to 150LPW.
  • HE-HCI lamp or a MF-HCI lamp requires an alternating operating voltage in a frequency range between preferably 2OkHz and 10OkHz.
  • An output stage of an electronic ballast is usually a specially tuned
  • Oscillating circuit half-bridge inverter or full-bridge inverter designed for coupling to the lamp.
  • Such a designed for normal operation of the lamp resonant circuit is not suitable for the generation of a high ignition voltage (in particular greater than 1OkV).
  • variable wiring with variable cable length up to a length of, for example, 3m and the limited suitability of the lines for carrying voltages above 1OkV must be considered.
  • This also contradicts a generation of higher ignition voltages directly in or at the output of the electronic ballast.
  • the H michzünddition is usually realized with a separate ignition unit, this ignition unit is looped in the immediate vicinity of the lamp in series in the lamp circuit.
  • serially connected hot ignition voltage modules have a significant residual resistance in normal operation, which causes significant electrical operating losses.
  • the object of the invention is to avoid the above-mentioned disadvantages and in particular to provide a possibility to provide an ignition voltage for a lamp, this measure allows little to no losses during normal operation of the lamp (after the switch-on).
  • a device for generating a starting voltage for a lamp
  • a second resonant circuit is connected upstream.
  • the switch is activated directly and the electrical energy present in the resonant circuit can be used to ignite the lamp.
  • Ignition voltage can be achieved.
  • a Provided supply line over which electrical energy can be efficiently transported in the form of a low voltage the actual transformation takes place in the high voltage in the first resonant circuit.
  • the switch can be activated in the first resonant circuit on the basis of a voltage that rises.
  • the switch comprises at least one of the following components:
  • the second resonant circuit supplies the first resonant circuit with electrical energy for generating the ignition voltage via a line.
  • the second resonant circuit is arranged in an electronic ballast.
  • the electronic ballast in particular for operation of the second resonant circuit comprise a half-bridge circuit or a full-bridge circuit.
  • a microcontroller and / or a processor unit which controls the second resonant circuit and / or the first resonant circuit.
  • the microcontroller or the processor unit controls the control of the half-bridge or the full bridge of the electronic ballast, so as to the first resonant circuit or the second resonant circuit with electrical pulses or signals at adjustable frequency to stimulate.
  • the microcontroller In the context of an additional development, it is possible for the microcontroller to drive the first resonant circuit and / or the second resonant circuit repeatedly, in particular with varying frequencies.
  • a next development is that the first resonant circuit and the switch are arranged in the vicinity of the lamp.
  • the ignition voltage can be given over a short line directly to the lamp.
  • An embodiment is that the first resonant circuit are arranged in a H meetzündmodul.
  • An alternative embodiment is that the first resonant circuit is connected in series with the switch.
  • a next embodiment is that a bypass element is provided parallel to the series circuit of the first resonant circuit and the switch.
  • the bypass element is preferably set up such that the first resonant circuit consumes as little energy as possible during normal operation of the lamp (after its ignition). It is also an embodiment that the bypass element is a longitudinal impedance.
  • bypass element comprises a longitudinal impedance in the lamp lead and / or a longitudinal impedance in the lamp return.
  • An additional embodiment is that the longitudinal impedance in the lamp lead and the longitudinal impedance in the lamp return are arranged in a different orientation on a core.
  • the lamp is a high-pressure gas discharge lamp, in particular a HE-HCI lamp.
  • the above object is also achieved by a method for driving the aforementioned device by means of a processor device or by means of a hard-wired logic circuit.
  • the second resonant circuit and / or the first resonant circuit are driven by the processor unit or the hardwired logic circuit (e.g., by an ASIC or an FPGA) such that one or more resonant frequencies can be excited.
  • the processor unit or the hardwired logic circuit e.g., by an ASIC or an FPGA
  • Fig.l a circuit arrangement for operating a gas discharge lamp via an electronic ballast, which is designed as a half-bridge, and connected via a lamp line to the electronic ballast H deviszündmodul, which is preferably provided in the vicinity of the gas discharge lamp;
  • FIG. 2 shows a model circuit diagram comprising two resonant circuits which are connected in series
  • FIG. 3A equations that can be used in particular for determining the resonance frequencies
  • FIG. 3B equations representing voltage curves as a function of the frequency for the coupled resonant circuits according to FIG.
  • FIG. 5 shows a circuit arrangement according to Fig.l with a
  • FIG. 6 shows a circuit arrangement according to Fig.l with a
  • FIG. 7A, 7B show a circuit arrangement according to FIG. 1 with a passage impedance or longitudinal inductance in the lamp lead as well as with a passage impedance or longitudinal inductance in the lamp return line, wherein both passage impedances in opposite windings are arranged on a common core;
  • FIG. 8 shows a circuit arrangement according to FIG. 1 without a passage impedance, wherein a resonance circuit provided in the hot ignition module generates an ignition voltage which is directly generated by means of an ignition electrode (preferably capacitive) is coupled to the lamp.
  • an electronic ballast (ECG) is provided.
  • the output of the electronic ballast preferably has a half-bridge inverter or a full-bridge inverter, by means of which a nominal operation of the lamp at frequencies between 2OkHz and 10OkHz is made possible.
  • a hot ignition module can be advantageously placed in the immediate vicinity of the lamp (preferably at a distance of approximately at most 30 cm) to ignite the lamp.
  • This H mustzündmodul generates the necessary ZündHarspulse> 10kV, but these are preferred
  • Zündnapspulse be set free only to the lamp on the remaining short piece of lamp line and not retroactively over the longer line pieces in the direction of the electronic ballast.
  • the hot ignition module In the normal operation of the lamp, ie after its ignition or switch-on phase, the hot ignition module preferably has a low through-inductance (preferably less than a few 100 ⁇ H) in order to minimize the operating losses.
  • the H exertzündmodul in the immediate vicinity of the lamp in the lamp line is looped and for the high-frequency operating mode of a HE-HCI lamp or MF-HCI lamp is a sufficiently low through impedance.
  • the H accomplishes the following functions:
  • Ignition pulses means for generating voltage pulses, which preferably have a height of about 2OkV.
  • the Htechnikzündmodul itself can be operated directly on the lamp leads via the electronic ballast and thus does not require even active control electronics or an additional external power supply for generating the voltage pulses.
  • the hot ignition module is advantageously decoupled from the electronic ballast and from the lamp by means of a small series inductance (for example of the order of magnitude of 200 ⁇ H).
  • the series inductance is switched between the input and the output of the hot ignition module.
  • HV-PuIs high-voltage pulse
  • the longitudinal inductance has a sufficient length
  • the LC resonant circuit in the hot ignition module is first isolated and operated in a free-running manner, so that the resonance can rise to as low as possible undamped to voltage values of up to 2OkV without the influence of external damping influences at high quality.
  • the oscillating LC resonant circuit is coupled via a switch to the line piece towards the lamp.
  • the switch can be realized in different ways.
  • the switch may comprise a spark gap with a predetermined breakdown voltage, a semiconductor switch or an ignition electrode.
  • the connected spark gap switches at its defined level
  • This ignition voltage hits a high-impedance lamp and generates an ignition breakdown in it.
  • the connected to the Htechnikzündmodul electronic ballast itself is always operatively connected to the lamp via the internal low-inductance L jossinduktterrorism and can immediately after detection of Zünd bebruchs its normal lamp operation, in this case the lamp startup operation record.
  • Fig.l comprises an ECG half-bridge 101, which is connected via a lamp line 103 with a H constitutionzündmodul 102.
  • a lamp 105 is connected to the hot ignition module 102 via a lamp line 104.
  • the lamp line 103 is preferably shorter than 3 meters and the lamp line 104 is preferably made shorter than 30 centimeters.
  • the ECG half-bridge 101 comprises three inputs 106, 107 and 108, two outputs 110 and 111, two semiconductor switches, in particular n-channel MOSFETs, Q1 and Q2, a coil L1 and two capacitors C1 and CB1.
  • the input 106 supplies the ECG half-bridge 101 with a voltage
  • the input 107 is connected to the gate terminal of the MOSFET Q1 and the input 108 is connected to the gate terminal of the MOSFET Q2.
  • the source terminal of the MOSFET Q1 is connected to the drain terminal of the MOSFET Q2 and to a node 109 via the coil L1.
  • the capacitor Cl is connected on the one hand to the node 109 and on the other hand to the source terminal of the MOSFET Q2 and to the output 111.
  • the capacitor CB1 is connected on the one hand to the node 109 and on the other hand to the output 110.
  • the drain terminal of the mosql Ql is connected to the input 106.
  • the hot ignition module 102 includes inputs 112 and 113 and outputs 114 and 115. Further, the hot ignition module 102 includes an LC resonant circuit 116, a switch 117 and a coil LR2 (longitudinal inductance).
  • the LC resonant circuit 116 includes a coil L2 and a capacitor C2.
  • the switch 117 is preferably designed as a spark gap (eg 17 kV).
  • the coil L2 is connected on the one hand to the input 112 and on the other hand to a terminal of the capacitor C2 and to a terminal of the switch 117.
  • the other terminal of the capacitor C2 is connected to the input 113, which in turn is connected to the output 115.
  • the other terminal of the switch 117 is connected to the output 114 and via the coil LR2 to the input 112.
  • the lamp 105 is connected to the outputs 114 and 115 of the hot igniter module 102.
  • the lamp 105 is preferably designed as a high-pressure gas discharge lamp.
  • the LC resonant circuit 116 is excited via the electronic ballast half-bridge 101 until it transmits via the switch 117 a voltage> 15 kV via the output 114 to the lamp 105 and preferably ignites the lamp 105.
  • the lamp 105 After being ignited by the hot ignition module 102, the lamp 105 can be detected from the ECG half-bridge 101 via the
  • Longitudinal inductance LR2 are operated (normal operation of the lamp 105).
  • the lamp 105 is preferably operated in a frequency range (e.g., less than 10 kHz) in which the LC resonant circuit 116 is almost completely passive. Accordingly, in particular no Zündditionsüberhöhungen arise.
  • the inputs 107 and 108 of the ECG half-bridge are suitably controlled, in particular via a microcontroller or a processor, in order to excite the resonant circuits with specific frequencies. It is possible that the frequency change itself is modulated and / or certain frequency sweeps are generated to the
  • Cover resonant frequency (s) of the resonant circuits It is also possible that several ignition events in a row be performed to ensure that the lamp ignites. Furthermore, it is possible for the control device (processor, microcontroller or the like) to check after a predetermined number of ignition events whether the lamp is burning. Possibly. a non-burning lamp can be detected as a fault and the system shut down.
  • the capacitor CB1 ("blocking capacitor") of the ECG half-bridge 101 is preferably of large dimensions and serves to block a DC component from the half-bridge. This capacitor CB1 hardly influences the position of the resonance points. Alternatively, the capacitor CB1 may also be located elsewhere, e.g. in the lamp return, be provided.
  • the LC resonance circuit 116 of the hot ignition module 102 is preferably designed such that it has no resonance points in nominal lamp operation (in particular at an operating frequency of less than 10OkHz).
  • a natural resonant frequency of the LC resonant circuit 116 is greater than 10OkHz to specify. Consequently
  • L2 values of up to 3OmH can be provided.
  • the natural resonance frequency of the LC resonance circuit 116 in the hot ignition module 102 results
  • the external LC resonance circuit 116 in the hot ignition module 102 has a low impedance. An operation at this frequency is preferably to be avoided, since here the output voltage of the resonant circuit of the electronic ballast half-bridge based on the coil Ll and the capacitor Cl would be kept at zero and loaded short-circuit.
  • FIG. 2 an equivalent circuit diagram of two series-connected resonant circuits according to FIG. 2 is suitable.
  • the structure of Figure 2 largely corresponds to Fig.l. It only accounts for the capacitor CBl, the switch 117 and the longitudinal inductance LR2 and the lamp 105. This results in the two resonant circuits LlCl and L2C2, the center tap between L2 and C2 is referred to as a node 201 and at this node, a voltage U2 is applied (In Fig.l the switch 117 is connected to this node).
  • the resonant circuit LIC1 represents a source resonance in the ECG half-bridge, and the resonant circuit L2C2 represents a hot-firing resonance in the hot-start module.
  • Equations (G.1) to (G.6) are shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the double resonance cycle resulting from FIG. 2 can be described by the differential equation (G.1).
  • the associated characteristic polynomial has degree 4 and is given in equation (G.2).
  • the four associated pairwise conjugate complex zeroes yield the two resonance frequencies f ⁇ m and / ⁇ according to equations (G.3) and (G.4).
  • the resonance frequencies are too
  • the voltage curve Ul (f) corresponds to the voltage curve over the frequency for the output of the inner oscillating circuit directly at the output of the ECG half-bridge and the voltage curve U2 (f) corresponds to the voltage curve over the frequency for the output of the outer oscillating circuit directly at the input of the 15 kV Spark gap.
  • the lamp is operated (see above in connection with Fig.l) in a frequency range from 2OkHz to 9OkHz.
  • the frequency /; OJ TM 102.7 kHz is the first resonant frequency of the double-resonance circuit, where a lamp at the output of the ignition module can be excited.
  • the frequency / os TM 112.5 kHz corresponds to the natural resonance frequency of the LC resonance circuit 116 according to FIG. 1, in which the inner resonance circuit (LCl1 in FIG. 1) is subjected to a short-circuit.
  • the double-resonance circuit has its second resonant frequency, which can also be used to excite the lamp at the output of the ignition module.
  • FIG. 5 shows a circuit arrangement comprising the ECG half-bridge 101 and the H deviszündmodul 102 according to Fig.l.
  • the longitudinal inductance LR2 provided in the hot ignition module 102 is in this case arranged in the lamp feed line, the high voltage generated in the hot ignition module 102 is coupled into the lamp feed line.
  • FIG. 6 shows a circuit arrangement comprising the electronic ballast half-bridge 101, which is connected via the lamp line 103 to a hot ignition module 601 (comprising inputs 602 and 603 and outputs 604 and 605), in particular to the inputs 602 and 603 of the hot ignition module 601.
  • the lamp 105 is connected via the lamp line 104.
  • the input 602 is connected to the output 604.
  • the input 602 is further connected to a node 606 via a coil L2B.
  • a capacitor C2B is provided between the accounts 606 and the input 603 and between the node 606 and the output 605 is a switch, in particular a spark gap (15kV) arranged.
  • the input 603 is connected to the output 605 via a coil LR2B (longitudinal inductance).
  • the longitudinal impedance LR2B is located in the lamp return line in FIG. 6, and the high voltage generated in the hot ignition module 601 is coupled into the lamp return conductor (at the output 605 of the hot ignition module 601).
  • FIG. 7A shows an alternative circuit arrangement comprising the ECG half bridge 101 according to FIG. 1 and a hot ignition module 701 (with inputs 702, 703 and outputs 704, 705).
  • the ECG half-bridge 101 is connected via the lamp line 103 to the inputs 702 and 703 of the hot ignition module 701.
  • the lamp 105 is connected via the lamp line 104.
  • the input 702 of the hot ignition module 701 is connected to a node 707 via a coil L2C.
  • a capacitor C2C is connected between the input 703 and the node 707.
  • Spark gap (15 kV) is connected on the one hand to the node 707 and on the other hand to the output 704.
  • an inductance LR2C1 is provided and between the input 703 and the output 705, an inductance LR2C2 is provided, wherein the
  • Inductors LR2C1 and LR2C2 are arranged in a differential arrangement sense on the same core, whereby the total effective longitudinal impedance quadruples according to
  • L ⁇ , 2 • ⁇ LR2Ci 4-LR2C-2) - i - LR2C-.
  • the continuous longitudinal impedance is arranged symmetrically both in the lamp lead and in the lamp return line.
  • An advantage of this switching arrangement is that the ignition voltage across the spark gap in the Lamp lead is injected or coupled, due to the transformation effect on the lamp in double height is effective.
  • FIG. 7B shows an alternative circuit arrangement according to FIG.
  • Fig.7A in which the ignition voltage is coupled via the spark gap in the lamp return line and is effective as a result of the transformation effect on the lamp in double height.
  • FIG. 8 shows an alternative circuit arrangement comprising the ECG half bridge 101 according to FIG. 1 and a hot ignition module 801 (with inputs 802, 803 and outputs 804, 805 and 806).
  • the ECG half bridge 101 is connected via the lamp line 103 to the inputs 802 and 803 of the hot ignition module 801.
  • a lamp 807 is connected via the lamp line 104.
  • the lamp 807 has an ignition electrode, which is fed via the output 806 of the hot ignition module 801.
  • the input 802 is connected to the output 804 and the input 803 is connected to the output 805.
  • a coil L2D is provided and between the input 803 and the output 806, a capacitor C2D is arranged.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung angegeben zur Erzeugung einer Zündspannung für eine Lampe umfassend einen ersten Resonanzkreis, der über einen Schalter mit der Lampe verbunden ist, wobei dem ersten Resonanzkreis ein zweiter Resonanzkreis vorgeschaltet ist. Ferner wird ein Verfahren zur Ansteuerung der Vorrichtung vorgeschlagen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer Zündspannung für eine Lampe
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer Zündspannung für eine Lampe.
Bekannt sind Hochdruckgasentladungslampen (sog. High Intensity Discharge (HID) Lampen), z.B. HE-HCI-Lampen oder MF-HCI-Lampen, die in der Regel mit Betriebsfrequenzen größer als 2OkHz betrieben werden.
Beispielsweise wird zum Betrieb einer Hocheffizienz (HE) Lampe, insbesondere einer HE-HCI-Lampe (HCl: Quecksilber-
Keramik-Iodid) oder einer quecksilberfreien
Metallhalogenidlampe eine sinusförmige
Betriebswechselspannung benötigt, deren Betriebsfrequenz je nach Geometrie des Lampenbrenners in einem Bereich zwischen 45kHz bis 55kHz meist in einem 100Hz-Takt sägezahnförmig verändert (gewobbelt bzw. gesweept) wird.
In einem sog. Sweepbetrieb werden in der Lampe stabilisierende akustische Resonanzen angeregt und somit zusätzlich der Plasmabogen stabilisiert (sog. Arc- Straightening) .
Neben dem Sweepbetrieb wird die gesweepte Betriebswechselspannung zusätzlich noch amplitudenmoduliert, wobei vorteilhaft die Modulation entsprechend der Geometrie des Lampenbrenners sowohl in der Frequenz, meist zwischen 23kHz bis 3OkHz, als auch in der Modulationstiefe zwischen 5% bis 30%, einstellbar ist.
Die Amplitudenmodulation dient zur Anregung einer speziellen longitudinalen akustischen Resonanz im Plasmabogen, die eine verstärkte Durchmischung der Gaskomponenten im Brennraum bewirkt (Colormixing) .
Sweepbetrieb und Amplitudenmodulation führen zu einer homogeneren Leuchtdichte entlang des Plasmabogens und zu einer beträchtlichen Steigerung der Lichtausbeute, wobei eine Effizienzsteigerung beispielsweise von 80LPW auf 150LPW ermöglicht wird.
Der Betrieb eine HE-HCI-Lampe oder einer MF-HCI-Lampe erfordert eine wechseiförmige Betriebsspannung in einem Frequenzbereich zwischen vorzugsweise 2OkHz und 10OkHz.
Eine Ausgangsstufe eines elektronischen Vorschaltgeräts (EVGs) ist meist über einen speziell abgestimmten
Schwingkreis (Halbbrücken-Inverter oder Vollbrücken- Inverter) zur Ankopplung an die Lampe ausgeführt.
Ein derartiger für den Normalbetrieb der Lampe ausgelegter Schwingkreis ist nicht für die Erzeugung einer hoher Zündspannung (insbesondere größer als 1OkV) geeignet.
Da die Spannung zum Zünden der Lampe (Heißzündspannung) betragsmäßig in einem Bereich größer als 1OkV liegt, sollte auch aus isolationstechnischer Sicht eine derartig hohe
Spannung nicht direkt in dem elektronischen Vorschaltgerät erzeugt werden.
Weiterhin müssen bei der Allgemeinbeleuchtung als zusätzliche Randbedingung die Möglichkeit einer variablen Leitungsführung bei veränderlicher Leitungslänge bis zu einer Länge von bspw. 3m und die beschränkte Tauglichkeit der Leitungen zur Führung von Spannungen oberhalb von 1OkV berücksichtigt werden. Dies widerspricht ebenfalls einer Erzeugung höherer Zündspannungen direkt im oder am Ausgang des elektronischen Vorschaltgeräts. Die Heißzündspannung wird meist mit einer separaten Zündeinheit realisiert, wobei diese Zündeinheit in unmittelbarer Nähe zur Lampe seriell in den Lampenkreis eingeschleift wird.
Solch seriell eingeschleifte Heißzündspannungsmodule weisen jedoch eine im Normalbetrieb einen deutlichen Restwiderstand auf, der signifikante elektrische Betriebsverluste bedingt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Möglichkeit zu schaffen, eine Zündspannung für eine Lampe bereitzustellen, wobei diese Maßnahme geringe bis keine Verluste während des Normalbetriebs der Lampe (nach deren Einschaltphase) ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung angegeben zur Erzeugung einer Zündspannung für eine Lampe
- umfassend einen ersten Resonanzkreis, der über einen Schalter mit der Lampe verbunden ist,
- wobei dem ersten Resonanzkreis ein zweiter Resonanzkreis vorgeschaltet ist.
Insoweit ist es möglich, dass anhand des ersten Resonanzkreises direkt der Schalter aktiviert wird und die in dem Resonanzkreis vorliegende elektrische Energie zum Zünden der Lampe verwendet werden kann.
Durch die Hintereinanderschaltung von dem zweiten und dem ersten Resonanzkreis kann auf effiziente Weise eine hohe
Zündspannung erreicht werden. Vorzugsweise ist zwischen dem zweiten Resonanzkreis und dem ersten Resonanzkreis eine Zuleitung vorgesehen, über die elektrische Energie effizient in Form einer Niederspannung transportiert werden kann, wobei die eigentliche Transformation in die Hochspannung in dem ersten Resonanzkreis erfolgt.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Schalter anhand einer aufschwingenden Spannung in dem ersten Resonanzkreis aktivierbar ist.
Eine Weiterbildung ist es, dass der Schalter mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst:
- eine Funkenstrecke;
- einen Halbleiterschalter;
- eine Zündelektrode.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass der zweite Resonanzkreis über eine Leitung den ersten Resonanzkreis mit elektrischer Energie zum Erzeugen der Zündspannung versorgt .
Auch ist es eine Weiterbildung, dass der zweite Resonanzkreis in einem elektronischen Vorschaltgerät angeordnet ist.
Dabei kann das elektronische Vorschaltgerät insbesondere für einen Betrieb des zweiten Resonanzkreises eine Halbbrückenschaltung oder eine Vollbrückenschaltung umfassen .
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass ein Mikrokontroller und/oder eine Prozessoreinheit vorgesehen ist, der den zweiten Resonanzkreis und/oder den ersten Resonanzkreis ansteuert .
Insbesondere erfolgt durch den Mikrokontroller bzw. die Prozessoreinheit die Ansteuerung der Halbbrücke bzw. der Vollbrücke des elektronischen Vorschaltgeräts, um somit den ersten Resonanzkreis bzw. den zweiten Resonanzkreis mit elektrischen Impulsen oder Signalen bei einstellbarer Frequenz anzuregen.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung ist es möglich, dass der Mikrokontroller den ersten Resonanzkreis und/oder den zweiten Resonanzkreis wiederholt, insbesondere mit variierenden Frequenzen, ansteuert.
Somit können mehrere Durchläufe insbesondere mit variierenden Frequenzen zur Erzeugung der Zündspannung vorgesehen sein.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der erste Resonanzkreis und der Schalter in der Nähe der Lampe angeordnet sind.
Vorzugsweise kann somit die Zündspannung über eine kurze Leitung direkt auf die Lampe gegeben werden.
Eine Ausgestaltung ist es, dass der erste Resonanzkreis in einem Heißzündmodul angeordnet sind.
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass der erste Resonanzkreis mit dem Schalter in Reihe geschaltet ist .
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass ein Bypass-Element parallel zu der Reihenschaltung aus dem erstem Resonanzkreis und dem Schalter vorgesehen ist.
Das Bypass-Element ist vorzugsweise derart eingerichtet, dass der erste Resonanzkreis während des normalen Betriebs der Lampe (nach deren Zündung) möglichst wenig Energie verbraucht. Auch ist es eine Ausgestaltung, dass das Bypass-Element eine Längsimpedanz ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass das Bypass-Element eine Längsimpedanz in der Lampenzuleitung und/oder eine Längsimpedanz in der Lampenrückleitung umfasst.
Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass die Längsimpedanz in der Lampenzuleitung sowie die Längsimpedanz in der Lampenrückleitung in unterschiedlicher Orientierung auf einem Kern angeordnet sind.
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass die Lampe eine Hochdruckgasentladungslampe, insbesondere eine HE-HCI-Lampe ist.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Ansteuerung der vorgenannten Vorrichtung mittels einer Prozessoreinrichtung oder mittels einer festverdrahteten Logikschaltung.
Insbesondere werden der zweite Resonanzkreis und/oder der erste Resonanzkreis anhand der Prozessoreinheit oder anhand der festverdrahteten Logikschaltung (z.B. mittels eines ASICs oder eines FPGAs) derart angesteuert, dass eine oder mehrere Resonanzfrequenzen angeregt werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
Fig.l eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Gasentladungslampe über ein elektronisches Vorschaltgerät, das als eine Halbbrücke ausgeführt ist, und ein über eine Lampenleitung mit dem elektronischen Vorschaltgerät verbundenes Heißzündmodul, das bevorzugt in der Nähe der Gasentladungslampe vorgesehen ist;
Fig.2 ein Modellschaltbild umfassend zwei Resonanzkreise, die hintereinander geschaltet sind;
Fig.3A Gleichungen, die insbesondere zur Bestimmung der Resonanzfrequenzen herangezogen werden können;
Fig.3B Gleichungen, die Spannungsverläufe in Abhängigkeit von der Frequenz für die gekoppelten Resonanzkreise gemäß Fig.2 darstellen;
Fig.4 Verläufe und Lage von Resonanzstellen abhängig von der Frequenz für das über die EVG-Halbbrücke betriebene Heißzündmodul;
Fig.5 eine Schaltungsanordnung gemäß Fig.l mit einer
Durchgangsimpedanz bzw. Längsinduktivität in einer Lampenzuleitung;
Fig.6 eine Schaltungsanordnung gemäß Fig.l mit einer
Durchgangsimpedanz bzw. Längsinduktivität in einer Lampenrückleitung;
Fig.7A, Fig.7B eine Schaltungsanordnung gemäß Fig.l mit einer Durchgangsimpedanz bzw. Längsinduktivität in der Lampenzuleitung als auch mit einer Durchgangsimpedanz bzw. Längsinduktivität in der Lampenrückleitung, wobei beide Durchgangsimpedanzen in entgegengesetzten Wicklungen auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind;
Fig.8 eine Schaltungsanordnung gemäß Fig.l ohne Durchgangsimpedanz, wobei ein in dem Heißzündmodul vorgesehener Resonanzkreis eine Zündspannung erzeugt, die mittels einer Zündelektrode direkt (vorzugsweise kapazitiv) an die Lampe angekoppelt ist .
Zum Betrieb einer Gasentladungslampe (HID-Lampe) ist ein elektronisches Vorschaltgerät (EVG) vorgesehen.
Der Ausgang des elektronischen Vorschaltgeräts weist vorzugsweise einen Halbbrückeninverter oder einen Vollbrückeninverter auf, anhand dessen ein Nominalbetrieb der Lampe bei Frequenzen zwischen 2OkHz und 10OkHz ermöglicht wird.
Insbesondere in dem Anwendungsgebiet der Allgemeinbeleuchtung sind unterschiedliche Lampenleitungslängen bis zu bspw. 3m zwischen elektronischem Vorschaltgerät und Lampe möglich. Dabei ist es insbesondere aus Gründen der Spannungsfestigkeit nachteilig, über diese gesamte Lampenleitungslänge eine Zündspannung von mehr als 1OkV zu leiten.
Insbesondere kann vorteilhaft zur Zündung der Lampe ein Heißzündmodul in unmittelbarer Nähe der Lampe (bevorzugt in einem Abstand von in etwa höchstens 30cm) platziert werden. Dieses Heißzündmodul erzeugt die notwendigen Zündspannungspulse >10kV, bevorzugt werden jedoch diese
Zündspannungspulse nur zur Lampe hin auf dem verbleibenden kurzen Lampenleitungsstück frei gesetzt werden und nicht rückwirkend über die längeren Leitungsstücke in Richtung des elektronischen Vorschaltgeräts.
Vorzugsweise hat das Heißzündmodul im Normalbetrieb der Lampe, also nach deren Zündung oder Einschaltphase, eine geringe Durchgangsinduktivität (vorzugsweise kleiner als einige lOOμH) , um die Betriebsverluste zu minimieren.
Es wird insbesondere vorgeschlagen, dass das Heißzündmodul in unmittelbarer Nähe der Lampe in die Lampenleitung eingeschleift wird und für den hochfrequenten Betriebsmodus einer HE-HCI-Lampe oder einer MF-HCI-Lampe eine hinreichend niedriger Durchgangsimpedanz darstellt.
Bevorzugt weist das Heißzündmodul zur Erzeugung der
Zündpulse Mittel zur Erzeugung von Spannungspulsen auf, die bevorzugt eine Höhe von ca. 2OkV haben.
Das Heißzündmodul selbst kann direkt über die Lampenzuleitungen über das elektronische Vorschaltgerät betrieben werden und benötigt somit selbst keine aktive Steuerelektronik oder eine zusätzliche externe Stromversorgung zur Erzeugung der Spannungspulse.
Um eine geringe Durchgangsimpedanz des Heißzündmoduls während des Normalbetriebs der Lampe zu erreichen, wird vorteilhaft anhand einer kleinen Längsinduktivität (z.B. in der Größenordnung von 200μH) das Heißzündmodul von dem elektromischen Vorschaltgerät sowie von der Lampe entkoppelt. Die Längsinduktivität wird zwischen den Eingang und den Ausgang des Heißzündmoduls geschaltet.
Parallel zu der Längsinduktivität kann nun im Heißzündmodul ein Hochspannungspuls (HV-PuIs) erzeugt werden, der nach der erwähnten Längsinduktivität in das kürzere Leitungsstück zur Lampe hin eingespeist wird.
Vorzugsweise weist die Längsinduktivität eine ausreichende
Hochspannungsfestigkeit auf.
Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht vorteilhaft die
Erzeugung der Spannungspulse zum Zünden der Lampe ohne
Einsatz weiterer aktiver Elektronik in dem Heißzündmodul.
Dies wird bevorzugt erreicht, indem in dem Heißzündmodul ein geeignet ausgelegter LC-Resonanzkreis hoher Güte vorgesehen ist, der von dem elektronischen Vorschaltgerät direkt über die Lampenzuleitungen betrieben und angeregt werden kann.
Vorzugsweise wird der LC-Resonanzkreis in dem Heißzündmodul zunächst isoliert und freilaufend betrieben, so dass sich die Resonanz weitgehend ohne den Einfluss externer Dämpfungseinflüsse bei hoher Güte möglichst ungedämpft auf Spannungswerte bis zu 2OkV aufschwingen kann.
Bei Erreichen eines bestimmten Spannungspegels oder
Spannungsbereichs, z.B. 15kV bis 2OkV, wird der schwingende LC-Resonanzkreis über einen Schalter an das Leitungsstück zur Lampe hin angekoppelt. Der Schalter kann hierbei auf unterschiedliche Arten realisiert sein. Beispielsweise kann der Schalter eine Funkenstrecke mit einer vorgegebenen Durchbruchspannung, einen Halbleiterschalter oder eine Zündelektrode umfassen.
Sobald der LC-Resonanzkreis des Heißzündmoduls einen Wert zwischen 15kV und 2OkV erreicht hat, schaltet die angeschlossene Funkenstrecke bei ihrer definierten
Durchbruchsspannung durch und koppelt den vorliegenden
Spannungspegel direkt in die kürzere Verbindungsleitung zur
Lampe hin ein.
Diese Zündspannung trifft auf eine hochohmige Lampe und erzeugt in ihr einen Zünddurchbruch.
Das an dem Heißzündmodul angeschlossene elektronische Vorschaltgerät selbst ist über die interne niederinduktive Längsinduktivität stets funktionsfähig mit der Lampe verbunden und kann nach Detektion des Zünddurchbruchs unmittelbar seinen normalen Lampen-Betrieb, in diesem Fall den Lampen-Startup-Betrieb, aufnehmen.
Die beschriebene Anordnung ist in Fig.l dargestellt. Fig.l umfasst eine EVG-Halbbrücke 101, die über eine Lampenleitung 103 mit einem Heißzündmodul 102 verbunden ist. An das Heißzündmodul 102 ist über eine Lampenleitung 104 eine Lampe 105 angeschlossen.
Die Lampenleitung 103 ist vorzugsweise kürzer als 3 Meter und die Lampenleitung 104 ist vorzugsweise kürzer als 30 Zentimeter ausgeführt.
Die EVG-Halbbrücke 101 umfasst drei Eingänge 106, 107 und 108, zwei Ausgänge 110 und 111, zwei Halbleiterschalter, insbesondere n-Kanal Mosfets, Ql und Q2, eine Spule Ll und zwei Kondensatoren Cl und CBl .
Der Eingang 106 versorgt die EVG Halbbrücke 101 mit einer Spannung versorgt, der Eingang 107 ist mit dem Gate- Anschluss des Mosfets Ql und der Eingang 108 ist mit dem Gate-Anschluss des Mosfets Q2 verbunden. Der Source- Anschluss des Mosfets Ql ist mit dem Drain-Anschluss des Mosfets Q2 und mit über die Spule Ll mit einem Knoten 109 verbunden. Der Kondensator Cl ist einerseits mit dem Knoten 109 und andererseits mit dem Source-Anschluss des Mosfets Q2 sowie mit dem Ausgang 111 verbunden. Der Kondensator CBl ist einerseits mit dem Knoten 109 und anderseits mit dem Ausgang 110 verbunden. Der Drain-Anschluss des Mosfets Ql ist mit dem Eingang 106 verbunden.
Das Heißzündmodul 102 umfasst Eingänge 112 und 113 sowie Ausgänge 114 und 115. Weiterhin umfasst das Heißzündmodul 102 einen LC-Resonanzkreis 116, einen Schalter 117 und eine Spule LR2 (Längsinduktivität) .
Der LC-Resonanzkreis 116 umfasst eine Spule L2 und einen Kondensator C2. Der Schalter 117 ist vorzugsweise als eine Funkenstrecke (z.B. 17kV) ausgeführt. Die Spule L2 ist einerseits mit dem Eingang 112 und andererseits mit einem Anschluss des Kondensators C2 sowie mit einem Anschluss des Schalters 117 verbunden. Der andere Anschluss des Kondensators C2 ist mit dem Eingang 113 verbunden, der wiederum mit dem Ausgang 115 verbunden ist. Der andere Anschluss des Schalters 117 ist mit dem Ausgang 114 sowie über die Spule LR2 mit dem Eingang 112 verbunden.
Die Lampe 105 ist mit den Ausgängen 114 und 115 des Heißzündmoduls 102 verbunden. Die Lampe 105 ist bevorzugt als eine Hochdruckgasentladungslampe ausgeführt.
Zum Zünden der Lampe 105 wird über die EVG-Halbbrücke 101 der LC-Resonanzkreis 116 angeregt bis dieser über den Schalter 117 eine Spannung >15kV über den Ausgang 114 an die Lampe 105 überträgt und vorzugsweise die Lampe 105 zündet .
Nach dem Zünden durch das Heißzündmodul 102 kann die Lampe 105 anhand der EVG-Halbbrücke 101 über die
Längsinduktivität LR2 betrieben werden (Normalbetrieb der Lampe 105) .
Während des Normalbetriebs wird die Lampe 105 vorzugsweise in einem Frequenzbereich (z.B. kleiner als 10OkHz) betrieben, in dem der LC-Resonanzkreis 116 nahezu vollständig passiv ist. Demnach ergeben sich insbesondere keine Zündspannungsüberhöhungen.
Die Eingänge 107 und 108 der EVG-Halbbrücke werden geeignet, insbesondere über einen MikroController oder einen Prozessor, angesteuert, um die Schwingkreise mit bestimmten Frequenzen anzuregen. Es ist möglich, dass die Frequenzveränderung selbst moduliert wird und/oder bestimmte Frequenzdurchläufe erzeugt werden, um die
Resonanzfrequenz (en) der Schwingkreise abzudecken. Auch ist es möglich, dass mehrere Zündvorgänge hintereinander durchgeführt werden, um zu gewährleisten, dass die Lampe zündet. Weiterhin ist es möglich, dass anhand der Steuereinrichtung (Prozessor, MikroController o.a.) nach einer vorgegebenen Anzahl von Zündvorgängen überprüft wird, ob die Lampe brennt. Ggf. kann eine nicht brennende Lampe als ein Fehler detektiert werden und das System abgeschaltet werden.
Der Kondensator CBl ("Blockkondensator") der EVG-Halbbrücke 101 ist vorzugsweise groß dimensioniert und dient einer Blockierung eines DC-Anteils aus der Halbbrücke. Dieser Kondensator CBl beeinflusst die Lage der Resonanzstellen kaum. Alternativ kann der Kondensator CBl auch an einer anderen Stelle, z.B. in der Lampenrückleitung, vorgesehen sein.
Bei einem Blockkondensator geringer Kapazität ändert sich qualitativ das Verhalten der Schaltung bzw. des Systems nicht. Lediglich die Lage der Resonanzstellen verschiebt sich geringfügig. Dem kann mit einer entsprechenden
Berücksichtigung der Kapazität des Blockkondensators bei der Bestimmung der Resonanz begegnet werden.
Im nominalen Lampenbetrieb liegen die auftretenden Betriebsspannungen entsprechend den gängigen
Lampenbrennspannungen weit unterhalb von 5kV, und die angeschlossene Funkenstrecke des Schalters 117 entkoppelt den Ausgang des LC-Resonanzkreises 116 vollständig von dem Ausgang 114 des Heißzündmoduls 102.
Der LC-Resonanzkreis 116 des Heißzündungsmoduls 102 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass er im nominalen Lampenbetrieb (insbesondere bei einer Betriebsfrequenz kleiner als 10OkHz) keine Resonanzstellen aufweist. Vorzugsweise ist dazu eine Eigenresonanzfrequenz des LC- Resonanzkreises 116 größer als 10OkHz vorzugeben. Somit können für die Induktivität L2 Werte von bis zu 3OmH vorgesehen werden.
Im Beispiel ergibt sich die Eigenresonanzfrequenz des LC- Resonanzkreises 116 in dem Heißzündmodul 102 ergibt sich aus
f. / i Λ>" ~ 2™7 " V L2™ C2
Für
1,2 ^ 2O mH und
O2 ~ iüOpF
folgt die Eigenresonanzfrequenz des LC-Resonanzkreises 116 zu
/,,._> ~ H2.r»kl-k.
Bei dieser Frequenz /„o. weist der äußere LC-Resonanzkreis 116 in dem Heißzündmodul 102 eine niedrige Impedanz auf. Ein Betrieb bei dieser Frequenz ist vorzugsweise zu vermeiden, da hier die Ausgangsspannung des Resonanzkreises der EVG-Halbbrücke basierend auf der Spule Ll und dem Kondensator Cl auf Null gehalten und kurzschlussartig belastet würde.
Zur Ermittlung der aktiven Frequenzen für die Anregung des LC-Resonanzkreises 116 in dem Heißzündmodul 102 wird der Halbbrückenresonanzkreis in der EVG-Halbbrücke 101 als Quellenresonanz mitberücksichtigt .
Zur Bestimmung der Resonanzstellen eignet sich insbesondere ein Ersatzschaltbild zweier hintereinandergeschalteter Schwingkreise gemäß Fig.2. Der Aufbau von Fig.2 entspricht weitgehend der Fig.l. Es entfallen lediglich der Kondensator CBl, der Schalter 117 sowie die Längsinduktivität LR2 und die Lampe 105. Dadurch ergeben sich die beiden Schwingkreise LlCl und L2C2, wobei der Mittenabgriff zwischen L2 und C2 als ein Knoten 201 bezeichnet ist und an diesem Knoten eine Spannung U2 anliegt (in Fig.l ist an diesen Knoten der Schalter 117 angeschlossen) .
Der Schwingkreis LlCl repräsentiert eine Quellenresonanz in der EVG Halbbrücke und der Schwingkreis L2C2 repräsentiert eine Heißzündresonanz in dem Heißzündmodul.
Gleichungen (G.1) bis (G.6) sind in Fig.3A und Fig.3B gezeigt .
Der sich aus Fig.2 ergebende Doppelresonanzkreis kann mit der Differentialgleichung (G.1) beschrieben werden. Das zugehörige charakteristische Polynom weist den Grad 4 auf und ist in Gleichung (G.2) angegeben. Die vier zugehörigen paarweise konjugiert komplexe Nullstellen ergeben die beiden Resonanzfrequenzen f<m und /^ gemäß den Gleichungen (G.3) und (G.4) . Für das obige Beispiel ergeben sich die Resonanzfrequenzen zu
/A; - 102.7kHz und
f<m - 1-12.4 kHz.
Bei den Resonanzfrequenzen f,:un und /,?oa schwingt sich der Ausgang des Doppelresonanzkreises, d.h. der Ausgang des LC- Resonanzkreises (116 gemäß Fig.l) in dem Heißzündmodul auf.
Hierbei ist es vorteilhaft, die Resonanzfrequenz mit der niedrigeren Frequenz zu verwenden, um geringe Verluste in den kapazitiven und induktiven Bauteilen und somit eine entsprechend hohe Güte zu erreichen.
Falls die Effizienz der oberen Resonanzstelle höher sein sollte, kann auch diese zur Erzeugung der Zündspannung herangezogen werden.
Mittels der gelösten Differentialgleichung und einer anschließenden Fourier-Transformation in den Frequenzbereich lassen sich die Frequenzgänge für die
Spannungen der beiden gekoppelten Schwingkreise ermitteln anhand der Gleichungen (G.5) und (G.6) .
Mit einer Kreisfrequenz von uύ ■---■ 'Inf und einer Quellspannung Us (diese liegt an einem Knoten 202 zwischen den Mosfets Ql und Q2 an) ergibt sich ein Spannungsverlauf Ul (f) am Ausgang des der EVG-Halbbrücke (d.h. an dem Knoten 109) und ein Spannungsverlauf U2 (f) am Ausgang der Zündresonanz (d.h. an dem Anschluss 201) in dem Heißzündmodul. Diese beiden Spannungsverläufe sind in Fig.4 dargestellt, wobei die Einflüsse eventueller Dämpfungsfaktoren wie z.B. Kernverluste oder Wirbelstromverluste, die die Höhe der Resonanzüberhöhungen beeinflussen, nicht vollständig mitberücksichtigt werden.
Der Spannungsverlauf Ul (f) entspricht dem Spannungsverlauf über der Frequenz für den Ausgang des inneren Schwingkreises direkt am Ausgang der EVG-Halbbrücke und der Spannungsverlauf U2 (f) entspricht dem Spannungsverlauf über der Frequenz für den Ausgang des äußeren Schwingkreises direkt am Eingang der 15kV-Funkenstrecke .
Vorzugsweise wird die Lampe (siehe obige Ausführungen in Verbindung mit Fig.l) in einem Frequenzbereich von 2OkHz bis 9OkHz betrieben. In diesem Frequenzbereich verhalten sich die Resonanzstellen des Heißzündmoduls weitgehend passiv . Die Frequenz /;OJ ™ 102.7 kHz ist die erste Resonanzfrequenz des Doppelresonanzkreises, bei der eine Lampe am Ausgang des Zündmoduls angeregt werden kann. Die Frequenz /os ™ 112.5 kHz entspricht der Eigenresonanzfrequenz des LC- Resonanzkreises 116 gemäß Fig.l, bei der der innere Resonanzkreis (LlCl in Fig.l) kurzschlussartig belastet wird. Bei der Frequenz /,^ ----- .M2.-1 kHz hat der Doppelresonanzkreis seine zweite Resonanzfrequenz, anhand derer die Lampe am Ausgang des Zündmoduls ebenfalls angeregt werden kann.
Weiterbildungen und alternative Ausführungsformen sind in den nachfolgenden Schaltungsbeispielen gezeigt.
Fig.5 zeigt eine Schaltungsanordnung umfassend die EVG- Halbbrücke 101 sowie das Heißzündmodul 102 gemäß Fig.l.
Die in dem Heißzündmodul 102 vorgesehene Längsinduktivität LR2 ist hierbei in der Lampenzuleitung angeordnet, die in dem Heißzündmodul 102 erzeugte Hochspannung wird in die Lampenzuleitung eingekoppelt.
Fig.6 zeigt eine Schaltungsanordnung umfassend die EVG- Halbbrücke 101, die über die Lampenleitung 103 mit einem Heißzündmodul 601 (umfassend Eingänge 602 und 603 sowie Ausgänge 604 und 605) , insbesondere mit den Eingängen 602 und 603 des Heißzündmoduls 601, verbunden ist. An den Ausgängen 604 und 605 des Heißzündmoduls 601 ist über die Lampenleitung 104 die Lampe 105 angeschlossen.
In dem Heißzündmodul 601 ist der Eingang 602 mit dem Ausgang 604 verbunden. Der Eingang 602 ist weiterhin über eine Spule L2B mit einem Knoten 606 verbunden. Zwischen dem Konten 606 und dem Eingang 603 ist ein Kondensator C2B vorgesehen und zwischen dem Knoten 606 und dem Ausgang 605 ist ein Schalter, insbesondere eine Funkenstrecke (15kV) angeordnet. Der Eingang 603 ist mit dem Ausgang 605 über eine Spule LR2B (Längsinduktivität) verbunden.
Die Längsimpedanz LR2B befindet sich in Fig.6 in der Lampenrückleitung und die im Heißzündmodul 601 erzeugte Hochspannung wird in den Lampenrückleiter (am Ausgang 605 des Heißzündmoduls 601) eingekoppelt.
Fig.7A zeigt eine alternative Schaltungsanordnung umfassend die EVG-Halbbrücke 101 gemäß Fig.l und ein Heißzündmodul 701 (mit Eingängen 702, 703 und Ausgängen 704, 705) .
Die EVG-Halbbrücke 101 ist über die Lampenleitung 103 mit den Eingängen 702 und 703 des Heißzündmoduls 701 verbunden. An den Ausgängen 704 und 705 des Heißzündmoduls 701 ist über die Lampenleitung 104 die Lampe 105 angeschlossen.
Der Eingang 702 des Heißzündmoduls 701 ist über eine Spule L2C mit einer Knoten 707 verbunden. Ein Kondensator C2C liegt zwischen dem Eingang 703 und dem Knoten 707. Eine
Funkenstrecke (15kV) ist einerseits mit dem Knoten 707 und andererseits mit dem Ausgang 704 verbunden. Zwischen dem Eingang 702 und dem Ausgang 704 ist eine Induktivität LR2C1 vorgesehen und zwischen dem Eingang 703 und dem Ausgang 705 ist eine Induktivität LR2C2 vorgesehen, wobei die
Induktivitäten LR2C1 und LR2C2 in einem differentiellen Anordnungssinn auf demselben Kern angeordnet sind, wodurch sich die effektive Gesamtlängsimpedanz vervierfacht gemäß
L^, = 2 • {LR2Ci 4- LR2C-2) - i - LR2C-.
Insofern ist in Fig.7 die durchgehende Längsimpedanz symmetrisch sowohl in der Lampenzuleitung als auch in der Lampenrückleitung angeordnet.
Ein Vorteil dieser Schaltanordnung besteht darin, dass die Zündspannung, die über die Funkenstrecke in die Lampenzuleitung injiziert bzw. eingekoppelt wird, infolge des Transformationseffekts an der Lampe in doppelter Höhe wirksam wird.
Fig.7B zeigt eine alternative Schaltungsanordnung gemäß
Fig.7A, bei der die Zündspannung über die Funkenstrecke in die Lampenrückleitung eingekoppelt ist und infolge des Transformationseffekts an der Lampe in doppelter Höhe wirksam wird.
Fig.8 zeigt eine alternative Schaltungsanordnung umfassend die EVG-Halbbrücke 101 gemäß Fig.l und ein Heißzündmodul 801 (mit Eingängen 802, 803 und Ausgängen 804, 805 und 806) .
Die EVG-Halbbrücke 101 ist über die Lampenleitung 103 mit den Eingängen 802 und 803 des Heißzündmoduls 801 verbunden. An den Ausgängen 804 und 805 des Heißzündmoduls 801 ist über die Lampenleitung 104 eine Lampe 807 angeschlossen. Weiterhin weist die Lampe 807 eine Zündelektrode auf, die über den Ausgang 806 des Heißzündmoduls 801 gespeist wird.
In dem Heißzündmodul 801 ist der Eingang 802 mit dem Ausgang 804 und der Eingang 803 ist mit den Ausgang 805 verbunden. Zwischen dem Eingang 802 und dem Ausgang 806 ist eine Spule L2D vorgesehen und zwischen dem Eingang 803 und dem Ausgang 806 ist ein Kondensator C2D angeordnet.
Anhand der über den Ausgang 806 des Heißzündmoduls 801 versorgten Zündelektrode ist es möglich, dass eine pulsförmige oder eine hochfrequenzförmige Hochspannung kapazitiv in die Lampe eingekoppelt wird.
In diesem Fall kann eine separate Längsimpedanz in der Lampenzuleitung bzw. Lampenrückleitung entfallen. Die vorstehenden Ausführungen lassen sich entsprechend auf ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer Vollbrücke übertragen .

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Zündspannung für eine
Lampe - umfassend einen ersten Resonanzkreis, der über einen Schalter mit der Lampe verbunden ist,
- wobei dem ersten Resonanzkreis ein zweiter Resonanzkreis vorgeschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Schalter anhand einer aufschwingenden Spannung in dem ersten Resonanzkreis aktivierbar ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Schalter mindestens eine der folgenden Komponenten umfasst :
- eine Funkenstrecke;
- einen Halbleiterschalter;
- eine Zündelektrode.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Resonanzkreis über eine Leitung den ersten Resonanzkreis mit elektrischer Energie zum Erzeugen der Zündspannung versorgt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Resonanzkreis in einem elektronischen Vorschaltgerät angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Mikrokontroller und/oder eine Prozessoreinheit vorgesehen ist, der den zweiten Resonanzkreis und/oder den ersten Resonanzkreis ansteuert .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der
Mikrokontroller den ersten Resonanzkreis und/oder den zweiten Resonanzkreis wiederholt, insbesondere mit variierenden Frequenzen, ansteuert.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Resonanzkreis und der Schalter in der Nähe der Lampe angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Resonanzkreis in einem Heißzündmodul angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Resonanzkreis mit dem Schalter in Reihe geschaltet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der ein Bypass- Element parallel zu der Reihenschaltung aus dem erstem Resonanzkreis und dem Schalter vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Bypass- Element eine Längsimpedanz ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei der das Bypass-Element eine Längsimpedanz in der Lampenzuleitung und/oder eine Längsimpedanz in der Lampenrückleitung umfasst.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Längsimpedanz in der Lampenzuleitung sowie die Längsimpedanz in der Lampenrückleitung in unterschiedlicher Orientierung auf einem Kern angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Lampe eine Hochdruckgasentladungslampe, insbesondere eine HE-HCI-Lampe ist.
16. Verfahren zur Ansteuerung der Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mittels einer Prozessoreinrichtung oder mittels einer festverdrahteten Logikschaltung.
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