WO2006032228A1

WO2006032228A1 - Zündgerät

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Publication number: WO2006032228A1
Application number: PCT/DE2005/001364
Authority: WO
Inventors: Ferdinand Mertens; Reinhard Schauerte; Tobias Schulte
Original assignee: Bag Electronics Gmbh
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-08-03
Publication date: 2006-03-30
Also published as: RU2403689C2; EP1792523B1; CN101027943A; US8080944B2; EP1792523A1; US20080174252A1; DE102004045834A1; ZA200703086B; CN101027943B; RU2007115068A

Abstract

Um das Zünden von Gasentladungslampen, insbesondere von Hochdruckgasentladungslampen weiter zu verbessern, wird eine Zündschaltungsanordnung vorgeschlagen für eine Entladungslampe, der eine Versorgungsschaltung zur Bereitstellung einer Wechselstrom-Versorgungsspannung an die Lampe zugeordnet ist. Die erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung (1) umfasst einen zündübertrager (20), der primärseitig mit einer Auslöseschaltung (2) und sekundärseitig zur Übertragung eines Zündimpulses mit der Lampe (3) verbunden ist; eine Eingangsenergiequelle (30) für die Zündauslöseschaltung; ein erstes Schaltermittel (40) in der Auslöseschaltung sowie ein Steuermittel, welches das erste Schaltermittel ansteuert. Die erfindungsgemässe Zündschaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Unterstützung des Zündvorganges in der Versorgungsschaltung in Reihe zur Gasentladungslampe (3) ein durch das Steuermittel steuerbarer Energiespeicher (10), insbesondere eine durch das Steuermittel steuerbare Spannungsquelle angeordnet ist. Dabei dient der steuerbare Energiespeicher dazu, über die eigentliche Wechselstromversorgung der Lampe hinaus eine zusätliche elektrische Versorgung während des Zündvorganges bereitzustellen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zünden einer Gasentadungslampe.

Description

Zündgerät

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltungsanordnung zum Zünden einer Gasentladungslampe, insbesondere einer Hochdruckgasentla¬ dungslampe mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Zünden einer solchen Lampe.

Insbesondere Hochdruckgasentladungslampen benötigen beim Star¬ ten eine Zündspannung, die weit über der Versorgungsspannung zur Aufrechterhaltung der Entladung liegt. Typischerweise wei- sen Zündspannungsimpulse beim Kaltstarten eine Zündspannung von etwa 1 kV bis 5 kV je nach verwendeter Lampe auf. Aufgrund des erhöhten Druckes bei erhöhter Temperatur sind für die Heißzün¬ dung von Hochdruckgasentladungslampen sehr viel höhere Zünd¬ spannungen notwendig, sie liegen etwa im Bereich von zehn bis sechzig kV je nach verwendetem zu ionisierenden Material und Leistung der Lampe.

Herkömmliche Hochspannungs-Zündgeräte für Hochdruckgasentla¬ dungslampen sind in der Regel als Überlagerungszündschaltung ausgelegt. Eine solche Zündschaltung ist beispielsweise in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 31 622 offenbart. Diese umfasst einen Impulstransformator, dessen Sekundärseite mit der zu zündenden Lampe und dessen Primärseite mit einer den Zündim¬ puls auslösenden Schaltung verbunden ist. Um das sichere Zünden von Hochdruckgasentladungslampen zu ge¬ währleisten, weisen die Zündimpulse in der Regel eine Breite von einer bis wenigen Mikrosekunden auf und werden über eine Anzahl von Netzhalbwellen wiederholt, was zu einer Wiederho- lungsfrequenz von etwa 100 Hz führt. In der Regel dauert der gesamte Zündvorgang im Bereich von Sekunden, sodass insbesonde¬ re der Zündtransformator eine große Induktivität aufweist, was einerseits den Platzbedarf einer solchen Zündschaltung negativ beeinflusst und andererseits zu akustischen Belastungen bei der Ummagnetisierung des Kerns führt. Die für die Zündung aufzuwen¬ dende hohe elektrische Energie ist mit einer hohen Verlustwärme verbunden. In der europäischen Patentanmeldung EP 0868115 A2 ist eine gattungsgemäße Zündschaltung offenbart. Diese soll sich unter Umständen auch für Heißzündungen eignen, bei der ei- ne Zündspannung von bis über 20 kV benötigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Zünden von Gas¬ entladungslampen bei gattungsgemäßen Zündschaltungen weiter zu verbessern, insbesondere beim Heißzünden der Lampe.

Diese Aufgabe löst die Erfindung auf überraschend einfache Wei¬ se schon mit einer Zündschaltungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 beziehungsweise mit einem Verfahren zum Zünden einer Gasentladungslampe mit den Merkmalen von Anspruch 13.

Vorrichtungsseitig stellt die Erfindung eine Zündschaltungsan¬ ordnung zum Zünden einer Gasentladungslampe, insbesondere einer Hochdruckgasentladungslampe bereit, der eine Versorgungsschal¬ tung zur Bereitstellung einer Wechselstrom-Versorgungsspannung an die Lampe zugeordnet ist. Die Zündschaltungsanordnung um- fasst einen Zündübertrager, der primärseitig mit einer Auslöse¬ schaltung und sekundärseitig zur Übertragung eines Zündimpulses mit der Lampe verbunden ist; eine Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung; ein erstes Schaltermittel in der Auslöse- Schaltung und ein Steuermittel, welches das erste Schaltermit¬ tel ansteuert. Die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zur Unterstützung des Zündvor¬ ganges in der Versorgungsschaltung in Reihe zur Lampe ein durch das Steuermittel steuerbarer Energiespeicher, insbesondere eine durch das Steuermittel steuerbare Spannungsquelle angeordnet ist.

Dabei dient der steuerbare Energiespeicher dazu, über die ei¬ gentliche Wechselstromversorgung der Lampe hinaus eine zusätz¬ liche elektrische Versorgung während des Zündvorganges bereit- zustellen. Durch diese überraschend einfache Maßnahme wird er¬ reicht, dass die Entladung in der Lampe in der Regel schon beim ersten Zündversuch mit einer höheren Wahrscheinlichkeit erzeugt und aufrecht erhalten werden kann. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Zündschaltungsanordnung kann darüber hinaus Energie eingespart werden, da die erfindungsgemäße Zündschal¬ tungsanordnung in der Regel mit weniger Zündimpulsen als her¬ kömmliche Zündschaltungsanordnungen auskommt. Gleiches gilt auch für das Heißzünden von Hochdruckgasentladungslampen, was bislang insbesondere bei Lampen mit hohen Leistungen ein großes Problem darstellte. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Zünd¬ schaltungsanordnung hat zur Folge, dass die elektrischen Kompo¬ nenten für die Zündschaltungsvorrichtung kleiner dimensioniert werden können, was sowohl den Platzbedarf als auch die Kosten stark vermindert. Hierdurch ergeben sich letztlich neue Einsatzmöglichkeiten von Hochdruckgasentladungslampen, bei¬ spielsweise im privaten Bereich.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, während der Erzeugung des Zündimpulses an der Lampe dafür zu sorgen, dass eine über die herkömmliche Wechselstromversorgung der Lampe hinausgehende elektrische Versorgung bereitgestellt wird, sodass das entste¬ hende Plasma zusätzlich unterstützt wird, wodurch letztlich sich die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein Zündversuch Erfolg hat. Diese Unterstützung des Plasmas hin zu einer stabilen Ent- ladung hat darüber hinaus den Vorteil, dass bei der erfindungs¬ gemäßen Zündschaltungsanordnung im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungen mit geringeren Zündspannungen gearbeitet werden kann, sodass sich auch hierdurch häufig die Anforderungen an die elektronischen und elektrischen Komponenten vermindern.

Vorteilhaft kann das erste Schaltermittel innerhalb zumindest einer Versorgungsspannungshalbwelle nach dem Überschreiten ei¬ nes vorgegebenen Momentanwertes der Versorgungsspannung durch das Steuermittel innerhalb eines Zeitintervalls zum Öffnen und Schließen angesteuert sein, wodurch zumindest ein Zündimpuls erzeugbar ist. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die Zündung zu solchen Zeiten gestartet wird, bei welchen die Ver¬ sorgungsspannung oberhalb der Brennspannung der Lampe liegt, die notwendig ist um die Entladung aufrecht zu erhalten.

Je nach Ausführungsform kann innerhalb des vorgegebenen Inter¬ valls in einer Versorgungsspannungshalbwelle ein oder auch meh¬ rere primärseitigen Impulse durch entsprechendes Ansteuern des ersten Schaltermittels erzeugt werden. Dabei ist es aus den oben genannten Gründen zu bevorzugen, so wenig Impulse wie mög- lieh innerhalb der Versorgungsspannungshalbwelle zu erzeugen. Je nach verwendeter Lampe kann es jedoch auch vorteilhaft sein, mehrere solcher primärseitiger Impulse kurz hintereinander zu erzeugen um sicherzustellen, dass die Lampe zündet.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Zündschaltungsanord- nung ohne einen parallel zur Lampe angeordneten Zündkondensator ausgebildet sein. Aufgrund der in Wirklichkeit parallel zur Lampe immer vorhandenen Streukapazität ergibt sich bei einem primärseitig erzeugten Auslöseimpuls sekundärseitig zum Zünd- Übertrager in der Regel eine gedämpfte Schwingung. Deshalb kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Ansteuerfrequenz für das erste Schaltermittel zur Erzeugung von Zündimpulsen innerhalb des Zeitintervalls in einer Versorgungsspannungshalbwelle ver¬ ändert, wobei die Ansteuerfrequenz größer 290 kHz ist. Damit lässt sich die Anregung von die Zündung behindernde Plas¬ maschwingungen verhindern. Als Schaltermittel eignen sich insbesondere elektronische Schalter, die Schaltzeiten von weniger als 1 μs aufweisen.

Bevorzugt kann ein die Gasentladungslampe überbrückender Strom¬ pfad zum Laden des Energiespeichers vorgesehen ist, welcher ein durch das Steuermittel angesteuertes zweites Schaltermittel aufweist. Der Ladestrompfad kann dabei z.B. zur Gasentladungs¬ lampe mittelbar oder unmittelbar parallel geschaltet sein. Durch das Vorsehen des Ladestrompfades wird erreicht, dass der Energiespeicher zur Stützung des Zündvorganges je nach Anwen¬ dung ganz speziell zum jeweiligen Bedarf mit der erforderlichen Energie versehen werden kann, die vor dem Zünden der Lampe aus der Versorgungsschaltung entnehmbar ist. Zur Steuerung des Auf- ladevorganges kann ein elektronischer steuerbarer Schalter wie ein bipolarer oder ein Feldeffekt-Transistor vorgesehen sein, über welchen der Strompfad geschlossen beziehungsweise geöffnet werden kann. Über die Ladezeit kann dabei die im Energiespei¬ cher zur Stützung des Zündvorganges abgelegte Energie festge- legt werden.

Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung sowohl bei konventionellen Vorschaltgeräten (KVG) als auch bei elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) einsetzbar. Die bei KVG' s in der Versorgungsschaltung seriell zur Lampe zum Zwecke der Strombegrenzung angeordnete Drosselspule kann vorteilhaft in der erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung als der genannte Energiespeicher verwendet werden, welcher vorgeladen und ge¬ steuert zur Unterstützung der Zündung wirkt.

Um eine noch höhere Flexibilität bei dem Einstellen des Zünd¬ vorganges zur Verfügung zu stellen, kann vorgesehen sein, dass die Eingangsenergiequelle für die Zündauslöseschaltung, insbe¬ sondere eine der Zündauslöseschaltung zugeordnete Spannungs- quelle durch das Steuermittel variabel einstellbar ist. Inso¬ fern ergibt sich damit zusätzlich die Möglichkeit, bei Bedarf die Höhe des Zündimpulses einzustellen und zwar sowohl bei¬ spielsweise einheitlich bei einer Folge von Zündimpulsen als auch unterschiedlich. Die Höhe der Zündspannung ist damit grundsätzlich auf die jeweilige zu startende Lampe und deren Betriebszustand einstellbar. Ferner erlaubt die erfindungsgemä¬ ße Zündschaltungsanordnung auch das Erzeugen von mehreren Zünd¬ impulsen mit unterschiedlichen Spannungshöhen innerhalb eines einzelnen Zündvorganges. Dies kann unter Umständen dann sinn¬ voll sein, wenn nach dem Zünden des Plasmas mit einer hohen Zündspannung beispielsweise in einer nachfolgenden Versorgungs- spannungshalbwelle ein oder mehrere Zündimpulse mit geringerer Zündspannung zur Stützung oder Vollausbildung des in der vorhe¬ rigen Halbwelle gebildeten Plasmas erzeugt werden.

Es kann zweckmäßig sein, wenn ein Mittel zur Erfassung des La¬ destroms und/oder der Ladespannung des Energiespeichers vorge¬ sehen ist. Hierdurch ist insbesondere der Energiegehalt des den Zündvorgang unterstützenden Energiespeichers direkt ermittel¬ bar, wodurch der Zündvorgang sehr genau steuerbar ist. Bei- spielsweise kann das zweite Schaltermittel, mit welchem der Strompfad zur Ladung des Energiespeichers geschlossen bzw. ge¬ öffnet wird, im Ansprechen, d.h. abhängig von dem Ladezustand des Energiespeichers gesteuert werden.

Es kann ferner zweckmäßig sein, wenn sich die Ansteuerfrequenz des ersten Schaltermittels innerhalb des Zeitintervalls ausge¬ hend von einer vorgegebenen unteren Frequenz in Richtung zu hö¬ heren Frequenzen verändert. Diese Veränderung kann vorteilhaft bis zu einer vorgegebenen oberen Frequenz erfolgen, wobei die Änderung in Schritten als auch kontinuierlich durchgeführt wer¬ den kann. Besonders vorteilhafte Ansteuerfrequenzen für das erste Schaltermittel im Hinblick auf die Erzeugung eines gleichförmig gestalteten und stabilen Lichtbogens liegt zwi¬ schen 290 kHz und 700 kHz oder zwischen 800 kHz und 5 MHz.

Es ist zweckmäßig, wenn das Zeitintervall, innerhalb dessen der zumindest eine Zündimpuls erzeugt wird, durch den Zeitraum zwi¬ schen dem Zeitpunkt des Erreichens eines vorgegebenen Momentan- wertes und dem Zeitpunkt des Erreichens eines vorgegebenen Grenzwertes der Versorgungsspannung festgelegt ist. Ein solcher Grenzwert kann beispielsweise die Scheitelspannung der Versor¬ gungsspannung sein. Dabei liegt, wie obenstehend schon aufge¬ führt, der vorgegebene Wert über der für die Erhaltung der Bo¬ denentladung notwendigen Brennspannung. Somit ist sicherge¬ stellt, dass die Lampe nur zu solchen Zeitpunkten gezündet wird, an welchen die Versorgungsspannung über der Brennspannung der Lampe liegt und die Versorgungsspannung steigt. Je nach Ausführung kann das Zeitintervall für die Zündimpulse innerhalb einer Versorgungsspannungshalbwelle um den Faktor 2 dadurch verlängert werden, dass auch der Zeitraum zwischen dem Errei- chen der Scheitelspannung der Versorgungsspannung und der wei¬ tere Abfall der Spannung bis zum Erreichen des vorgegebenen Mindestwertes für den Zündvorgang genutzt wird.

Verfahrensseitig löst die Erfindung das obige Problem mit einem Verfahren zum Zünden einer Gasentladungslampe, die im Betrieb mittels einer Wechselstrom-Versorgungsschaltung mit elektri¬ scher Energie versorgt wird mit den Merkmalen von Anspruch 13. Dabei wird mittels einer einen Zündübertrager aufweisenden Zündschaltungsanordnung zumindest ein Zündimpuls erzeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Unterstützung des Zündvorganges vor der Erzeugung des zumindest einen Zündimpulses ein in der Versorgungsschaltung angeordne¬ ter, steuerbarer Energiespeicher aufgeladen wird und die im steuerbaren Energiespeicher gespeicherte Energie beim Zündvor- gang der Wechselstromversorgung der Lampe überlagert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Gestaltung von kleinen, integrierbaren Zündschaltungsanordnungen sowohl für die Kaltzündung als auch für die Heißzündung von Hochdruckgas- entladungslampen. Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn innerhalb einer Halbwellen- versorgungsspannung nur ein einzelner Zündimpuls erzeugt wird, sodass besonders wenig Energie zum Zünden der Lampen aufgewen¬ det werden muss. Häufig reicht ein einzelnes Ein- und Ausschal- ten einer Auslöseschaltung wie z.B. eines IGBT (Insolated gate bipolar transistor) oder eines Feldeffekt-Transistors aus, um das Zünden der Lampe zu erreichen. Darüber hinaus kann es für den Aufbau und die Stabilität des Lichtbogens auch nützlich sein, wenn nach der Erzeugung des einen Zündimpulses innerhalb einer Halbwelle der Versorgungsspannung nachfolgend innerhalb der nachfolgenden Halbwelle wiederum beim Erreichen eines vor¬ gegebenen Momentanwertes der Versorgungsspannung zumindest ein weiterer Zündimpuls erzeugt wird. Unter Umständen kann es auch vorteilhaft sein, jeweils einen Impuls innerhalb mehrerer, bei- spielsweise hier aufeinanderfolgende Halbwellen der Versor¬ gungsspannung zu erzeugen um ein sicheres Zünden der Lampe zu erreichen.

Der Zündvorgang kann ferner durch Variieren der Spannung auf- einanderfolgender Zündimpulse eingestellt werden.

Es ist vorteilhaft, wenn für die Ladung des Energiespeichers vor der Erzeugung des zumindest einen Zündimpulses ein Lade¬ strompfad geschaltet wird, der vor der Erzeugung des ersten Zündimpulses, insbesondere nach Erreichen eines vorgegebenen und während des Ladevorganges erfassten Ladezustandes des Ener¬ giespeichers unterbrochen wird.

Insbesondere in solchen Fällen, bei denen der Energiespeicher durch eine Spule wie eine Drosselspule in einem KVG-Zündgerät bereitgestellt wird, kann es vorteilhaft sein, wenn nach Been¬ digung der Ladung des Energiespeichers und vor der Erzeugung des zumindest einen Zündimpulses durch Öffnen des Ladestrompfa¬ des eine parallel zur Lampe angeordnete Kapazität aufgeladen wird. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass ein Großteil der vor dem Zündvorgang in der Spule gespeicherte Energie in einen Kondensator übergeführt wird, welcher zusätzlich zum an die Lampe angelegten Wechselstrom zur Versorgung der Lampe wäh¬ rend des Zündvorganges dient.

Die Erfindung wird im Folgenden durch die Beschreibung einiger Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung unter Zugrundelegen der beiliegenden Figuren beschrieben, wobei

Fig. 1 in einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäß gestal- tete Zündschaltungsanordnung in einer ersten Ausfüh¬ rungsform,

Fig. 2 in einer Detailansicht die Gestaltung des ersten Schalters 40 der in Fig. 1 dargestellten Zündschal- tungsanordnung,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf eines Zündvorganges für die in Fig. 1 dargestellte Schaltung,

Fig. 4 eine erfindungsgemäß gestaltete Zündschaltungsanord¬ nung gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 5 in einer Detailansicht die Gestaltung des ersten Schalters 40 der in Fig. 4 dargestellten Zündschal- tungsanordnung,

Fig. 6 den zeitlichen Verlauf eines Zündvorganges für die in Fig. 4 dargestellten Schaltung

zeigt.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung 1 zusammen mit der zu zündenden Hochdruckgasentladungslampe 3. An den Eingangsklemmen L, N liegt die Netzspannung U_N an. Die Lam- pe 3 wird über eine Lampendrossel 10 eines herkömmlichen KVG' s und die sekundärseitige Spulenwicklung 22 eines Zündübertragers 20 mit elektrischer Energie versorgt. Die Zündauslöseschaltung 2 umfasst als wesentliche Bauelemente einen Stoßkondensator 30, welcher über die Parallelschaltung eines Kondensators C2 und eines Widerstandes Rl aufladbar ist sowie eine primärseitige Spulenwicklung 21 des Zündübertragers 20. Die primärseitige Spulenwicklung 21 ist über den Zündübertragerkern 23 an die se- kundärseitige Spulenwicklung 22 gekoppelt, welche zur Übertra¬ gung und Transformation des Zündimpulses mit der Lampe 3 in Reihe geschaltet ist. Zum Auslösen des Zündimpulses ist in der Auslöseschaltung 2 ein erstes Schaltermittel mit zugeordneter Steuerung mit dem Bezugszeichen 40 angegeben. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Zündschaltungsanordnung einen die Lampe 3 überbrückenden Strompfad auf, mit dem unabhängig von der Lampe und der Auslöseschaltung die Drossel 10 durch Betäti- gung eines weiteren Schaltermittels mit der Netzspannung U_N aufladbar ist. In der Fig. 1 ist das weitere Schaltermittel zu¬ sammen mit der Steuerung mit dem Bezugszeichen 60 angegeben.

Wie der Fachmann erkennt, ist die in Fig. 1 dargestellte Zünd- Schaltungsanordnung als Überlagerungszündvorrichtung ausgebil¬ det, durch welche die erzeugten Zündspannungen der elektrischen Versorgung der Lampe 3 überlagert werden. In der Figur ist der Lampenstrom mit I_L und die über die Lampe abfallende Spannung mit U_L bezeichnet. Der Ladestrom der Lampendrossel 10 ist mit IL_VG angegeben.

Fig. 2 zeigt in einer Detailansicht das Schaltermittel 40 (Schalter Sl) . Wesentliches Element ist ein Feldeffekttransis¬ tor 41, dessen Gatespannung UDSl durch eine Steuerung 51 be- reitgestellt ist. Diese Steuerung ist in der Lage, den Transis¬ tor je nach Programmierung zum einmaligen Öffnen und Schließen zur Erzeugung eines einzelnen primärseitigen Impulses und auch zum Ansteuern des Transistors zur Erzeugung von mehreren Impul¬ sen mit einer oder mehreren Frequenzen über ein vorbestimmtes Zeitintervall anzusteuern. Die vier jeweils paarweise dem Tran¬ sistor parallel geschalteten Dioden V4 bis V7 ermöglichen die Funktionsweise des Schalters sowohl bei positiver als auch bei negativer Halbwelle des Versorgungsnetzes.

Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemä- ßen Zündschaltungsanordnung soll im Folgenden beschrieben wer¬ den. Vor dem ersten Zündversuch wird die Lampendrossel 10 über einen vorgegebenen Zeitraum und damit mit einer vorgegebenen elektrischen Energie aufgeladen, indem der Schalter S2 im zwei¬ ten Schaltermittel 60 mit zugeordneter Steuerung zum Schließen des Ladestrompfades angesteuert wird. Dabei fließt der Lade¬ strom IL_VG in die Lampendrossel. Der Schalter S2 ist ähnlich dem in Fig. 2 dargestellten Schalter Sl aufgebaut, allein die Steuerung unterscheidet sich, da der zusätzliche Energiespei¬ cher in Form der Drossel in der beschriebenen Ausführungsform nur einmal zu Beginn des Zündvorganges aufgeladen wird. Nach dem Erreichen der vorgegebenen Energiemenge in der Drossel 10 wird der Schalter S2 wieder geöffnet. Insofern kann nachfolgend der Stoßkondensator Cl über das Netz und die vorher in der Drossel 10 gespeicherte Energie aufgeladen werden. Zu einem Zeitpunkt, bei welchem die Netzspannung oberhalb der Lampen- brennspannung liegt, wird der Schalter Sl zum einmaligen Öffnen und Schließen über einen Zeitraum von etwa einer μsec an- und wieder ausgeschaltet. Hierdurch entlädt sich der als Eingangs¬ energiequelle für die Auslöseschaltung dienende Stoßkondensator 30 über die primärseitige Spulenwicklung 21 des Zündübertragers 20. Die Magnetisierung der primärseitigen Spulenwicklung wird über den Zündübertragerkern 23 auf die sekundärseitige Spulen¬ wicklung 22 mit dem Übertragungsverhältnis des Zündübertragers transformiert und der Netzspannung überlagert. Ein sekundärsei- tiger Zündimpuls liegt somit an der Lampe 3 an, sodass diese zünden kann. Zündet diese nicht sofort, so ergibt sich auf der Versorgungsleitung aufgrund der immer vorhandenen parallel zur Lampe 3 angeordneten Streukapazität eine abklingende Schwin¬ gung, wobei der Schwingkreis über die Kondensatoren Cl und C2 geschlossen wird, sodass die Lampendrossel 10 nicht mit der Zündspannung belastet wird. Der zeitliche Verlauf der Zündung ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei bezeichnet UL die Lampenspannung, UGSl die Gatespannung des Feldeffekttransistors V3, UGS2 die Gatespannung des Feldef- fekttransistors des zweiten Schalters S2 und L zeigt an, ob die Hochdruckgasentladungslampe brennt oder nicht. Wie aus den Fi¬ guren ersichtlich, brennt anfangs die Lampe nicht, d.h. UL ent¬ spricht dem Verlauf der Netzspannung UN. Zum Zeitpunkt Tl wird der Schalter S2 geschlossen, sodass die Drossel 10 aufgeladen werden kann, insofern bricht die Lampenspannung UL bei Tl zu¬ sammen. Zum Zeitpunkt T2 wird der Schalter S2 wieder geöffnet, die Lampenspannung steigt wieder an. Wenn die Lampenspannung größer als die Brennspannung der Lampe ist, wird zum Zeitpunkt T3 der Schalter Sl in der Auslöseschaltung geschlossen, sodass ein auf der Versorgerseite erzeugter Zündimpuls der Versor¬ gungsspannung überlagert wird. Im Zeitraum zwischen T3 und T2 wird die vorher in der Drossel 10 gespeicherte Energie an den Kondensator Cl zumindest teilweise abgegeben, sodass diese nun zur Erzeugung des Zündimpulses und für die Versorgung zusätz- lieh zur Verfügung steht und letztlich mit hoher Wahrschein¬ lichkeit schon beim ersten Zündimpulse die Lampe brennt, siehe das letzte Zeitdiagramm L in Fig. 3. Nach dem Zünden der Lampe ergibt sich die charakteristische Rechteckform für die Lampen- brennspannung.

Typische Schaltzeiten beziehungsweise Dauern bei der erfin¬ dungsgemäßen Zündschaltungsanordnung sind etwa einige zehn bis tausend Mikrosekünden für die Ladezeit der Drossel 10, einige bis einige zehn Mikrosekunden für die Ladung des Kondensators Cl über die Netzversorgung und die Drossel 10 sowie etwa eine Mikrosekunde für die Schaltdauer des Transistors in der Auslö¬ seschaltung. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform be¬ trägt die Induktivität der Lampendrossel 10 etwa 0,5 H, die Ka¬ pazität der Kondensatoren Cl bzw. C2 etwa 220 nF bzw. 10OnF so- wie die Induktivität Ll bzw. L2 des Zündübertragers etwa 10 μH bzw. 1 mH. Aufgrund der schon oben erwähnten Streukapazitäten wird durch den einzelnen primärseitigen Impuls versorgungssei- tig eine gedämpfte Zündimpulsschwingung erzeugt. Dies ist in Fig. 3 in der Darstellung von UL ersichtlich, wo nach dem Ent¬ stehen eines positiven Impulses ein negativer Zündpuls darge- stellt ist. Nach dem Anstoßen der Entladung wird diese gedämpf¬ te Schwingung abrupt beendet, was sich an dem nachfolgenden charakteristischen, rechteckförmigen Brennspannungsverlauf zeigt .

Die in Fig. 1 dargestellte Zündschaltungsanordnung ist sowohl zum Kaltzünden als auch zum Heißzünden von Hochdruckgasentla¬ dungslampen geeignet. Insbesondere bei besonders schwer heiß zündbaren Lampen kann die Steuerlogik 51 nach dem Laden der Drossel 10 zur mehrmaligen Erzeugung von Zündimpulsen innerhalb einer einzelnen Versorgungsspannungshalbwelle oder auch in meh¬ reren aufeinanderfolgenden Versorgungsspannungshalbwellen ange¬ steuert werden. Darüber hinaus ist es zur Unterstützung des Zündprozesses auch möglich, den Schalter in der Auslöseschal¬ tung in seiner Frequenz zu verändern um möglichst optimale Zündbedingungen zu erreichen. Beispielsweise kann die Ansteuer¬ frequenz für den Schalter Sl zwischen 290 kHz und 700 kHz oder zwischen 800 kHz und 5 MHz liegen. In diesem Fall werden im Un¬ terschied zu der bisher beschriebenen Ausführungsform eine Vielzahl von Zündimpulsen bis zum Erreichen der Entladung er- zeugt, was natürlich mit einem erhöhten Energieaufwand verbun¬ den ist. In diesem Fall sind die elektronischen Komponenten entsprechend auszulegen.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemä- ßen Zündschaltungsanordnung. Funktionsgemäß gleiche oder ähnli¬ che Bauelemente sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen. Auch bei dieser Zündschaltungsanordnung wird die Auslöseschaltung über einen Zündübertrager 20, welcher eine primärseitige Wicklung 21 und eine sekundärseitige Wicklung 22 aufweist, mit der Lampe gekoppelt. Die Spannungsversorgung des Auslöseschaltkreises wird durch einen steuerbaren Gleichrichter 31 bereitgestellt. Alle wesentlichen Steuermittel sind in einem einzelnen Controller 50 zusammengefasst, welcher den Schalter Sl in der Auslöseschaltung und den Feldeffekttransistor 61 im Ladestrompfad für die Lampendrossel 10 über deren Gate- Leitungen ansteuert. Über Messvorrichtungen 80, 70 wird der Versorgungsstrom und der Momentanwert der Netzspannung erfasst und dem Controller 50 zugeführt. Insofern ist beispielsweise während der Ladung der Drossel 10 deren Ladezustand messbar, sodass mit hoher Genauigkeit die für die Zündung zusätzlich be- reitgestellte Energie eingestellt werden kann. Die Bauteile Cl, Rl, Vl, V2 und C2 dienen der Versorgung des Controllers. Im Un¬ terschied zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Schalter Sl einpolar ausgebildet, siehe Fig. 5, da die Ein¬ gangsspannung der Auslöseschalter durch den gesteuerten Gleich- richter 31 bereitgestellt wird. Die Parallelschaltung des Kon¬ densators C3 zur Lampe 3 dient wiederum als Hochfrequenz- Rückschlusskondensatoreinrichtung um die Drossel 10 nicht mit dem Hochspannungsimpuls zu belasten. Darüber hinaus wird vor der Zündung und nach der Ladung des Energiespeichers 10 ein Teil der dort gespeicherten Energie in den Kondensator C3 umge¬ laden, wobei diese zusätzliche Energie erfindungsgemäß zur Un¬ terstützung des Aufbaus der Entladung in der Lampe 3 während des Zündvorganges dient.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird die Versorgungsspannung für den gesteuerten Gleichrichter 31 und die Steuerung 50 an dem An- schluss der Drossel 10 abgegriffen, welcher der Lampe abgewandt ist. In einer nicht dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung werden diese Versorgungsspannungen an dem anderen An- Schluss der Drossel abgegriffen, d.h. dem Anschluss, welcher der Lampe zugewandt und in Figur 4 mit dem Buchstaben „B" ge¬ kennzeichnet ist. Hierdurch kann die Anzahl der notwendigen An¬ schlusskabel vermindert werden.

Die in Fig. 4 dargestellte Zündschaltungsanordnung arbeitet im wesentlichen wie die in Fig. 1 gezeigte. Ein Unterschied be- steht darin, dass durch den Controller 50 die Energieversor¬ gungsspannung für die Auslöseschaltung gesteuert und insofern die Höhe des Zündimpulses sehr genau einstellbar ist. Durch das Schließen des Schalters Sl fließt ein Strom vom Gleichrichter 31 über die Primärwicklung 21 des Zündübertragers 20 und den geschlossenen Schalter Sl nach Masse, wodurch über die Sekun¬ därwicklung 22 in der Versorgungsleitung ein Zündimpuls in ähn¬ licher Weise wie obenstehend beschrieben erzeugt wird.

Wie in der ersten Ausführungsform kann der Schalter Sl zur Er¬ zeugung eines einzelnen primärseitigen Impulses, jedoch auch zur Erzeugung einer Pulsfolge mit vorgegebener und/oder variie¬ render Frequenz verwendet werden. Darüber hinaus kann über den Controller 50 durch Einstellen der Ladezeit zum gesteuerten La- den der Drossel 10 abhängig von der Dimensionierung der Drossel und des Kondensators C3 die Energie festgelegt werden, welche zusätzlich beim Zündvorgang für die Entladung bereitsteht. In¬ sofern sind die verschiedenen Zündparameter in Abhängigkeit von der angeschlossenen Lampe sehr genau einstellbar, was wiederum ein sicheres Zünden der Lampe mit geringstmöglichem Energie- und damit Schaltungsaufwand ermöglicht, unabhängig davon, ob die Lampe kalt oder heiß zu zünden ist. In einer nicht darge¬ stellten Ausführungsform erkennt die Steuerung, wenn eine Heiß¬ zündung notwendig ist und stellt daraufhin die Zündparameter wie die Schaltzeiten der beiden Schalter, die Anzahl der pri¬ märseitigen Pulse und beispielsweise die Höhe der Eingangsspan¬ nung der Auslöseschaltung ein.

Fig. 6 zeigt den Zeitverlauf des Zündvorganges bei der in Fig. 4 dargestellten erfindungsgemäßen Zündschaltungsanordnung. Wie¬ derum sind die zeitlichen Verläufe der Lampenspannung UL, der Gate-Ansteuerspannungen UGSl, UGS2 und der Zustand der Lampe L angegeben. Auch in dem dargestellten Beispiel wird nach dem La¬ den des Speichers 10 innerhalb des Zeitraums (T2 -Tl) und dem nachfolgenden Aufbau der Netzspannung an der Lampe beziehungs¬ weise der Entladung des zusätzlichen Energiespeichers 10 in den Kondensator C3 innerhalb der Netzspannungshalbwelle ein einzel¬ ner primärseitiger Impuls zum Zeitpunkt T3 erzeugt. Die Schal¬ tungsanordnung reagiert wie obenstehend beschrieben sekundär- seitig auf der Versorgungsleitung mit der Erzeugung einer ge- dämpften Zündimpulsschwingung. In dem in Fig. 6 gezeigten Ver¬ lauf brennt die Lampe jedoch nach dem ersten Zündimpuls noch nicht, was sich in dem nachfolgenden sinusförmigen Verlauf der Lampenspannung zeigt. Durch den ersten Zündpuls wurde zwar noch keine vollständige Entladung, jedoch eine Teilionisierung des Gases erreicht. Im dargestellten Beispiel wird die Entladung erst mit einem nachfolgenden Zündpuls durch entsprechendes An¬ steuern des Schalters Sl zum Zeitpunkt T4 erzeugt. Wie aus dem Zustandsverlauf der Lampe L und der Lampenspannung U_L ersicht¬ lich, startet die Entladung nach dem zweiten primärseitigen Puls, der als Zündpuls sekundärseitig der Versorgungsspannung überlagert wird. Aus der Darstellung von U_L geht hervor, dass der zweite Zündpuls zum Zeitpunkt T4 kleiner als der erste ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Controller 50 den steuer¬ baren Gleichrichter 31 für den zweiten Impuls in der zweiten Versorgungsspannungshalbwelle zur Ausgabe einer im Vergleich zum ersten Impuls kleineren Eingangsspannung für die Auslöse¬ schaltung ansteuert, sodass sich die beiden sekundärseitigen Spannungsimpulse wie in Fig. 6 gezeigt, um den Betrag ΔU_L un¬ terscheiden. Beispielsweise kann zum Kaltstarten einer Hoch- druckgasentladungslampe die Schaltung zur Erzeugung eines se¬ kundärseitigen Zündimpulses von tausend Volt zum Zeitpunkt T3 und eines Zündimpulses von 700 Volt zum Zeitpunkt T4 ausrei¬ chen, da bekannt ist, dass die angeschlossene Lampe unter den angegebenen Bedingungen noch zündet. Auf diese Weise können die elektronischen Komponenten beziehungsweise die Lampe geschont werden, was deren Standzeit erhöht.

Der Fachmann erkennt, dass bei der in Fig. 4 dargestellten er¬ findungsgemäßen Zündschaltungsanordnung die Auslöseschaltung auch zu der Erzeugung einer Mehrzahl von Zündimpulsen fester oder veränderlicher Frequenz verwendet werden kann. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass die in Fig. 4 dargestellte Zündschaltungsanordnung eingerichtet ist, Zündimpulse innerhalb einer positiven Halbwelle der Versorgungsspannung zu erzeugen. Sollen demnach in nacheinanderfolgenden Halbwellen Zündpulse erzeugt werden, liegt bei der in Fig. 4 dargestellten Ausfüh¬ rungsform zwischen Halbwellen mit erzeugten Impulsen immer eine negative Halbwelle, bei welcher keine Zündpulse erzeugt werden können. Dem Fachmann sind jedoch ohne weiteres Gestaltungsmög¬ lichkeiten bekannt, mit welchen dieser Nachteil umgangen werden kann. Beispielsweise ist es mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform durch den bipolaren Charakter der Auslöseschal¬ tung möglich, Zündpulse in aufeinanderfolgenden und benachbar¬ ten Halbwellen der Versorgungsspannung zu erzeugen.

Zündgerät

Bezugszeichenliste

I Zündschaltungsanordnung 2 Auslöseschaltung

3 Hochdruckgasentladungslampe

10 Energiespeicher, Lampendrossel

20 Zündübertrager

21 Primärseitige Spulenwicklung/Spule 22 Sekundärseitige Spulenwicklung/Spule

23 Zündübertragerkern

30 Stoßkondensator

31 Steuerbarer Gleichrichter

40 Erstes Schaltmittel mit Steuerung 41 FET

50 Steuermittel, Controller

51 Steuerung für Schalter Sl

60 Zweites Schaltermittel mit Steuerung

61 Feldeffekttransistor (FET) 70 Erfassungsmittel für Momentanwert der Netzspannung

80 Erfassungsmittel für Ladestrom/Lampenstrom

I_I Lampenstrom

I_LVG Ladestrom des Vorschaltgeräts (VG)

UG_3I Gate-Ansteuerung des Schalters Sl UG₃₂ Gate-Ansteuerung des Schalters S2 U_N Netzspannung

U_L Brennspannung

Sl,

S2 Schalter

(T2

-Tl) Ladezeit

T3 Erster Zündpulszeitpunkt

T4 Zweiter Zündpulszeitpunkt

Claims

ZündgerätPatentansprüche

1. Zündschaltungsanordnung (1) zum Zünden einer Gasentla¬ dungslampe, insbesondere eine Hochdruckgasentladungs- lampe (3), der eine Versorgungsschaltung zur Bereit¬ stellung einer Wechselstrom-Versorgungsspannung (U_N) an die Lampe zugeordnet ist, umfassend

- einen Zündübertrager (20), welcher primärseitig mit einer Auslöseschaltung (2) und sekundärseitig zur Über- tragung eines Zündimpulses mit der Lampe (3) verbunden ist;

- eine Eingangsenergiequelle (30, 31) für die Zündaus¬ löseschaltung;

- ein erstes Schaltermittel (40) in der Auslöseschal- tung und;

- ein Steuermittel (50), welches das erste Schaltermit¬ tel (40) ansteuert, da du r ch g e ke nn z e i chn e t , da s s zur Unterstützung des Zündvorganges in der Ver¬ sorgungsschaltung in Reihe zur Gasentladungslampe (3) ein durch das Steuermittel (50) steuerbarer Energie¬ speicher (10), insbesondere eine durch das Steuermittel steuerbare Spannungsquelle angeordnet ist.

2. Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 1, g e kenn - z e i ch ne t du r ch ein Mittel (70) zum Erfassen des Momentanwertes der Versorgungsspannung, wobei das erste Schaltermittel innerhalb zumindest einer Versorgungs- spannungshalbwelle nach dem Überschreiten eines vorge¬ gebenen Momentanwertes der Versorgungsspannung durch das Steuermittel innerhalb eines Zeitintervalls zum Öffnen und Schließen angesteuert ist.

3. Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadu r ch g e ke nn z e i chn e t , da s s sich die Ansteuerfre- quenz für das erste Schaltermittel innerhalb des Zeit¬ intervalls verändert, wobei die Ansteuerfrequenz größer 290 KHz ist.

4. Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, da - dur ch ge kenn z e i chne t , da s s ein die Gas¬ entladungslampe überbrückender Strompfad zum Laden des Energiespeichers vorgesehen ist, welcher ein durch das Steuermittel angesteuertes zweites Schaltermittel (60) umfasst.

5. Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, d a du r ch g e ke n n z e i c hn e t , da s s der E- nergiespeicher durch eine Drosselspule (10) in der Ver¬ sorgungsschaltung gebildet ist.

6. Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, da du r ch ge kenn z e i chn e t , da s s die Ein¬ gangsenergiequelle (30) für die Zündauslöseschaltung als Spannungsquelle ausgebildet ist und durch das Steu- ermittel (50) variabel einstellbar ist.

7. Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, g e ke nn z e i chn e t du r c h Mittel (80) zur Er¬ fassung des Ladestroms und/oder der Ladespannung des Energiespeichers.

8. Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, da du r ch g e kenn z e i chn e t , da s s sich die Ansteuerfrequenz des ersten Schaltermittels (41) inner¬ halb des Zeitintervall ausgehend von einer vorgegebenen unteren Frequenz in Richtung zu höheren Frequenzen ver¬ ändert.

9. Zündschaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadur c h g e ke nn z e i chn e t , da s s sich die Ansteuerfre- quenz des ersten Schaltermittels (41) innerhalb des Zeitintervalls bis zu einer vorgegebenen oberen Fre¬ quenz erhöht.

10. Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadu r c h ge kenn z e i chn e t , da s s sich die

Ansteuerfrequenz des ersten Schaltermittels innerhalb des Zeitintervalls kontinuierlich verändert.

11. Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da du rc h g e ke nn z e i chne t , da s s das

Zeitintervall durch den Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt des Erreichens des vorgegebenen Wertes und dem Zeit¬ punkt des Erreichens eines vorgegebenen Grenzwertes, insbesondere der Scheitelspannung der Versorgungsspan- nung festgelegt ist.

12. Zündschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da du rc h g e ke nn z e i chne t , da s s die An¬ steuerfrequenz des ersten Schaltermittels (40, 41) zwi- sehen 290 kHz und 700 KHz oder zwischen 800 kHz und 5 MHz liegt.

13. Verfahren zum Zünden einer Gasentladungslampe, insbesonde¬ re einer Hochdruckgasentladungslampe die im Betrieb mit- tels einer Wechselstrom-Versorgungsschaltung mit elektri¬ scher Energie versorgt wird, wobei mittels einer einen Zündübertrager (20) aufweisende Zündschaltungsanordnung (1) zumindest ein Zündimpuls erzeugt wird, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , da s s zur Unterstützung des Zündvorganges vor der Erzeugung des zumindest einen Zünd- impulses ein in der Versorgungsschaltung angeordneter, steuerbarer Energiespeicher (10) aufgeladen wird, und zu¬ mindest ein Teil der im steuerbaren Energiespeicher ge¬ speicherten Energie beim Zündvorgang der Wechselstromver¬ sorgung der Lampe überlagert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, d a du r ch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , da s s innerhalb einer Halbwelle der Ver¬ sorgungsspannung ein einzelner Zündpuls erzeugt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, da dur c h ge ¬ ke n n z e i chn e t , da s s nach der Erzeugung zumindest eines Zündimpulses innerhalb einer Halbwelle der Versor¬ gungsspannung innerhalb einer nachfolgenden Halbwelle beim Erreichen eines vorgegebenen Momentanwertes der Versor- gungsspannung zumindest ein weiterer Zündimpuls erzeugt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, d a du r c h g e k e n n ¬ z e i chne t , da s s die Eingangsspannung einer Auslöse- schaltung (2) für die Erzeugung des zumindest einen Zünd¬ impulses in der nachfolgenden Halbwelle im Vergleich zur Eingangsspannung für die Erzeugung des zumindest einen Zündimpulses in der vorherigen Halbwelle kleiner einge¬ stellt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, d a du rc h g e ke nn z e i chne t , da s s zur Ladung des aufladbaren Energiespeichers (10) vor der Erzeugung des zumindest ei¬ nen Zündimpulses ein Ladestrompfad geschaltet wird, der vor der Erzeugung des ersten Zündimpulses unterbrochen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, da du r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , da s s nach Beendigung der Ladung des Energiespeichers und vor der Erzeugung des zumindest einen Zündimpulses durch Öffnen des Ladestrompfades eine paral¬ lel zur Lampe angeordnete Kapazität (Cl; C3) aufgeladen wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, da du r ch g e ke nn z e i c hn e t , da s s der Ladestrom und/oder die

Momentanspannung des Energiespeichers (10) erfasst wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, da du r c h g e ke nn ¬ z e i chne t , da s s die Eingangsspannung einer Zündaus- löseschaltung (2) für die Erzeugung des zumindest einen Zündimpulses im Ansprechen auf die Erfassung des Ladestro¬ mes und/oder auf die Erfassung der Momentanspannung des Energiespeichers (10) gesteuert wird.