WO2008071547A1 - Zündvorrichtung für eine hochdruckentladungslampe und hochdruckentladungslampe mit zündvorrichtung - Google Patents

Zündvorrichtung für eine hochdruckentladungslampe und hochdruckentladungslampe mit zündvorrichtung Download PDF

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WO2008071547A1
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WO
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spiral line
line pulse
lamp
discharge lamp
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PCT/EP2007/062944
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Bernhard Siessegger
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an ignition device for a discharge lamp which is equipped with a spiral line pulse generator which generates the ignition voltage required for igniting the gas discharge in the discharge lamp.
  • Such an ignition device is disclosed for example in US 4,325,004 Bl and in US 4,325,012 Bl.
  • No. 4,325,004 B1 describes an ignition device for a discharge lamp provided with an auxiliary starting electrode, wherein the ignition device has a spiral-line pulse generator whose high-voltage connection is connected to the auxiliary starting electrode.
  • the discharge lamp and the ignition device are operated with the mains alternating voltage.
  • US 4,325,012 Bl describes an ignition device for a high-pressure discharge lamp, wherein the ignition device comprises a spiral line pulse generator whose high voltage terminal is connected to a gas discharge electrode of the high pressure discharge lamp.
  • the high-pressure discharge lamp and the ignition device are operated with the mains AC voltage.
  • a disadvantage of the above-described ignition devices is that they can only be operated with mains alternating voltage, which has a comparatively low frequency, and are unsuitable for operation in the high-frequency range, for example in the megahertz range.
  • the ignition device comprises a spiral line pulse generator and a charging circuit for charging the spiral line pulse generator, wherein according to the invention means are provided for rectifying the charging current in the charging circuit.
  • the means for rectifying the charging current ensures that the spiral line pulse generator is charged to a sufficiently high voltage during high-frequency operation to be able to generate pulses of sufficiently high amplitude when short-circuiting its charging contacts or when it discharges, which allow ignition of the gas discharge in the discharge lamp.
  • the aforesaid charging current rectifying means ensures that the charging of the spiral line pulse generator can extend over several periods of the high frequency AC voltage in the case of high frequency operation of the ignition device and the discharge lamp.
  • the means connected in the charging circuit for rectifying the charging current of the spiral line pulse generator thus make it possible for the spiral line pulse generator to be operated during high-frequency operation of the high-pressure discharge lamp (for example at frequencies in the range from 0.1 MHz to 5 MHz ) can be used as Zündimp- pulse generator for generating the necessary for the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp ignition voltage pulses.
  • high-frequency operation of the high-pressure discharge lamp for example at frequencies in the range from 0.1 MHz to 5 MHz
  • higher frequencies are possible, for example, the operation of the discharge lamp in the ISM bands (ISM band: Industrial Scientific Medical Band) at 13.56 MHz and 27.12 MHz.
  • the high operating frequency allows operation of the discharge lamp above its acoustic resonances, which is of particular advantage, since negative effects by acoustic resonances such as flickering of the emitted light or a reduced life of the lamp, do not occur.
  • the operating frequency above about 300 kHz (for lamps of high power, eg with 250 W rated power) to about 2 MHz (for small lamps, eg with 20 W rated power) to choose.
  • the Means for rectifying the charging current of the spiral line pulse generator at least one diode.
  • the at least one diode By means of the at least one diode, a rectification of the charging current can be ensured in a simple and cost-effective manner, and it can be achieved that the charging of the spiral line pulse generator can extend over several periods of the high-frequency alternating voltage in order to sufficiently charge the spiral line Pulse generator.
  • the means for rectifying the charging current of the spiral line pulse generator advantageously comprise a voltage multiplier circuit, for example a voltage double circuit ,
  • the ignition device according to the invention is advantageously dimensioned such that it contributes to a significant extent to the limitation of the lamp current or for stabilizing the gas discharge. This is true even in the case of a high-frequency lamp current with frequencies in the megahertz range, without having to be feared by the reactance of the igniter considerable stress on the electronic components of the ballast.
  • the impedance of the spiral line pulse generator at the operating frequency advantageously has a value greater than or equal to 0.25 times the value of the lamp impedance.
  • at least one capacitor is connected in series with the spiral line pulse generator. This at least one capacitor offers several advantages.
  • the at least one capacitor prevents diffusion of metal ions from the discharge medium to the discharge vessel wall.
  • the at least one capacitor prevents the diffusion of sodium ions to the discharge vessel wall in the case of metal halide high-pressure discharge lamps and thus contributes to the reduction of the sodium loss in the discharge medium.
  • the high-voltage generated by the spiral line pulse generator is supplied to a arranged in the discharge vessel gas discharge electrode of the discharge lamp and after ignition of the gas discharge in the lamp, the high-frequency lamp current flows through the spiral line pulse generator , the at least one capacitor allows for partial compensation of the inductance of the spiral line pulse generator.
  • the partial compensation of the inductance of the spiral line pulse generator reduces the losses in the operating device of the lamp, since the lower effective inductance of the spiral line pulse generator results in correspondingly reduced reactive power.
  • the at least one capacitor connected in series with the spiral line pulse generator furthermore prevents a direct current flow through the discharge lamp and thus ensures that there is no segregation of the discharge plasma.
  • the at least one, in series with the spiral line pulse Generator switched capacitor with the spiral line pulse generator a series resonant circuit, due to its characteristic by means of a slight frequency variation of the AC voltage source provided by the high frequency AC voltage control of the amplitude of the lamp current or coupled into the lamp electrical power over a large Range of values allows.
  • the aforementioned series resonant circuit enables the so-called power starting in a metal halide high-pressure discharge lamp which serves as a light source in a vehicle headlight.
  • the high-pressure discharge lamp is operated at three to five times its rated power in order to achieve rapid vaporization of the metal halides in the discharge plasma.
  • the spiral line pulse generator and the at least one capacitor connected in series with the spiral line pulse generator are designed as a common component.
  • a space-saving arrangement of these two components can be achieved and both components can be accommodated, for example, in the lamp base or in the interior of the outer bulb of the lamp.
  • the aforementioned common component is preferably designed as a ceramic component, so that it meets the high requirements of operating temperatures of a high pressure discharge lamp withstands.
  • the ignition device has a switching means for short-circuiting the contacts of the spiral line pulse generator arranged in the charging circuit in order to prevent a sudden discharge of the spiral line pulse generator and thus the generation of voltage pulses in the spiral line. To enable pulse generator.
  • the aforementioned switching means for short-circuiting the contacts of the spiral line pulse generator is preferably designed as a threshold value switch, for example as a spark gap, in order to charge the spiral line pulse generator to a sufficiently high voltage, so that when unloading the Spiral line pulse generator generated voltage pulses can cause ignition of the gas discharge in the high pressure discharge lamp.
  • the ignition device according to the invention is preferably housed in the interior of the lamp cap of a discharge lamp or in the outer bulb of a discharge lamp, in particular a high-pressure discharge lamp to allow a compact design and to avoid high voltage lines leading to the lamp.
  • the spiral line pulse generator is designed as a component which encloses the protruding into the lamp base lamp vessel portion of the discharge vessel or an outer bulb of the discharge lamp.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of the ignition device according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the ignition device according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the ignition device according to the third embodiment of the invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the ignition device according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 5 A schematic representation of the interconnection of the spiral line pulse generator and of the compensation capacitor, which are designed as a common ceramic component, in accordance with the ignition device shown in FIG.
  • Figure 6 is a schematic representation of the structure of the unit shown in Figure 5 of spiral line pulse generator and compensation capacitor
  • Figure 7 is a schematic representation of the layer sequence of the spiral line pulse generator
  • FIG. 8 is a circuit diagram of the ignition device according to the fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 9 A circuit diagram of the ignition device according to the tenth exemplary embodiment of the invention, including sive operating circuit and high pressure discharge lamp
  • the circuit diagram of the ignition device according to the first exemplary embodiment of the invention shown schematically in FIG. 1 is a pulse ignition device for a high-pressure discharge lamp, for example a metal halide high-pressure discharge lamp used as a light source in a vehicle headlight or in a projection device.
  • a ballast 101 for example from the electrical system voltage of the motor vehicle or from the AC mains voltage during the ignition phase and the subsequent operation of Hochtiktikladladlampe pe a high-frequency output voltage in the frequency range of about 0.1 MHz 5 MHz generated.
  • a charging circuit for the spiral line pulse generator 104 is connected, in which the internal terminals 105, 106 of the spiral line pulse generator 104, a rectifier diode 108 and a resistor 109th are switched. Parallel to the two internal connections 105, 106 of the spiral line pulse generator 104, a spark gap 112 is connected.
  • the external terminal 107 of the spiral line pulse generator 104 is connected to a first electrode 110 of the high pressure discharge lamp 100.
  • the first electrode 110 is also connected to the output 102 of the ballast 101.
  • the other electrode 111 of the high-pressure discharge lamp 100 is connected to the second chip output 103 of the ballast 101 connected.
  • the second external contact 108 'of the spiral line pulse generator 104 is connected to no component.
  • the spiral line pulse generator 104 is essentially a capacitor with a capacitance and a non-negligible inductance. It consists of two electrical conductors 701, 702 which are arranged parallel to one another, spirally wound and separated and insulated from one another by two dielectric layers 703, 704.
  • the two dielectric layers 703, 704 each consist of ceramic, in particular of a so-called LTCC ceramic.
  • the abbreviation LTCC stands for low temperature co-fired ceramic.
  • the electrical conductors 701, 702 are made of silver.
  • the layer thickness of the ceramic layers 703, 704 is preferably in the range of 30 ⁇ m to 60 ⁇ m. The ceramic withstands temperatures up to 800 ° C. and has a relative permeability of 65.
  • the thickness of the silver layers 701, 702 is preferably in the range from 1 ⁇ m to 17 ⁇ m.
  • the number n of turns of the spiral line pulse generator 104 is, for example, in the range of 10 to 20.
  • the inner diameter of the spiral line pulse generator 104 is approximately 20 mm and its height is, for example, in the range of 4 mm up to 6 mm.
  • the layer sequence of the spiral line pulse generator 104 is shown schematically in FIG.
  • the sandwich structure shown in FIG. 7 is spirally wound and thus produces the spiral line pulse generator 104.
  • the first electrical conductor 701 has the inner terminal 105 and the outer terminal 107.
  • the other electrical conductor 702 has the inside lying terminal 106 and the outer contact 108 ', which is not used to connect a component.
  • the two internal connections 105, 106 of the spiral line pulse generator 104 are connected in the charging circuit, which is supplied with high-frequency output voltage of the ballast 101.
  • the high-frequency charging current for the spiral line pulse generator 104 is rectified by means of the diode 108 and limited by the resistor 109.
  • the charging of the spiral line pulse generator 104 therefore extends over several periods of the high-frequency output voltage of the ballast 101.
  • the charging circuit and also the spark gap 112 are short-circuited by the now conductive discharge path of the high-pressure discharge lamp 100.
  • the high-frequency discharge current of the high-pressure discharge lamp 100 flows through the terminals 105, 107 through the electrical conductor 701 of the spiral line pulse generator 104.
  • the impedance which can be measured between the terminals 105 and 107 of the spiral line pulse generator 104, can after ignition of the gas discharge during lamp operation to limit the lamp current or be used to stabilize the gas discharge. Due to the wound structure of the spiral line pulse generator 104, this impedance is predominantly inductive.
  • the spiral line pulse generator 104 is dimensioned such that its impedance at the frequency (or fundamental oscillation) of the lamp current is 0, 25 times to 7 times the impedance of the high pressure discharge lamp 100 corresponds.
  • the impedance of the spiral line pulse generator 104 stabilization of the lamp current flowing after the ignition of the gas discharge over the discharge path of the high pressure discharge lamp 100 is generally not possible, and for larger values of the impedance of the spiral line pulse generator 104 is no longer efficient lamp operation possible because the ballast 101 then has to provide a very high output voltage for lamp operation because of the high reactive power and losses.
  • the geometric dimensions and the materials used are selected accordingly.
  • this can be a material having a high permeability, which is determined by the inner diameter of the spiral line pulse generator 104, enclose.
  • a ferrite rod stretched by the spiral line pulse generator 104 significantly increases the inductive component of the impedance of the spiral line pulse generator 104.
  • a ring formed from a U and an I core can also surround the annular spiral line pulse generator 104, wherein the impedance can be adjusted through the air gap between the U and the I core.
  • the sixth embodiment described below indicates a particularly advantageous embodiment of the first embodiment, in which the impedance of the spiral line pulse generator 104 accomplishes the stabilization of the gas discharge.
  • a spiral line pulse generator 104 is used, which by a series circuit of an inductance of 180 microhenry and a 0.8 ohm ohmic resistance.
  • the ballast 100 provides an approximately sinusoidal current at a frequency of 100 kHz, so that the small ohmic component of the total impedance of the spiral line pulse generator 104 results in a particularly efficient lamp operation.
  • the discharge lamp is operated in a so-called frequency window, in which there are no negative effects due to acoustic resonances.
  • the seventh embodiment described below also gives a particularly advantageous embodiment of the 1, in which the impedance of the spiral line pulse generator 104 accomplishes the stabilization of the gas discharge and in which the lamp is operated in the region above the acoustic resonances.
  • the mercury-containing high-pressure discharge lamp (100) with a ceramic discharge vessel has a nominal power of 20 W and a nominal firing voltage of 85 V.
  • the spiral line pulse generator 104 is represented by a series connection of an inductance of 16 microhenries and an ohmic resistance of 2.2 ohms.
  • the ballast 100 supplies an approximately sinusoidal current with a frequency of 2.45 MHz, so that the low ohmic component of the total impedance of the spiral line pulse generator 104 results in a particularly efficient lamp operation.
  • FIGS. 1 and 2 shows the circuit diagram of a second embodiment of the ignition device according to the invention with connected high-pressure discharge lamp 100 'is shown.
  • This exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment only in that a high-pressure discharge lamp 100 'equipped with an auxiliary starting electrode 113' is connected to the ignition device according to the invention instead of the high-pressure discharge lamp 100.
  • FIGS. 1 and 2 therefore, the same reference numerals are used for identical components.
  • the high-pressure discharge lamp 100' has an auxiliary starting electrode 113 'which is arranged outside the inner chamber enclosed by the discharge vessel and with the ignition voltage pulses for igniting the gas discharge the high pressure discharge lamp 100 'is applied.
  • the external terminal 107 of the first electrical conductor of the spiral line pulse generator 104 is connected to the auxiliary starting electrode 113 '.
  • the spiral line pulse generator 104 is charged to the breakdown voltage of the spark gap 112.
  • the spiral line pulse generator 104 When the breakdown voltage of the spark gap 112 is reached, the spiral line pulse generator 104 is discharged, as already explained above, whereby voltage pulses are generated at the external terminal 107 of the spiral line pulse generator 104 Ignition auxiliary electrode 113 'of the high pressure discharge lamp 100' are supplied to ignite the gas discharge in the high pressure discharge lamp 100 '. After ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp 100 ', the charging circuit of the spiral line pulse generator 104 and the spark gap 112 are short-circuited by the now conductive discharge path of the high-pressure discharge lamp 100'.
  • the discharge current of the high-pressure discharge lamp 100 ' flows at node Al into the current path 114' via the gas discharge electrodes 110 ', 111' of the high-pressure discharge lamp 100 '.
  • the spiral line pulse generator 104 is inoperative after ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp 100 '.
  • auxiliary starting electrode 113 ' which is arranged outside the inner space enclosed by the discharge vessel, it is a lamp with capacitively coupled Zündangeselekt- rode. If the auxiliary ignition electrode is attached in another way coupled, so the circuit according to the invention can be applied accordingly.
  • auxiliary starting electrode projects into the interior space enclosed by the discharge vessel.
  • FIG 3 the circuit diagram of a third embodiment of the ignition device according to the invention is shown schematically.
  • This third embodiment differs from the first embodiment in that in the charging circuit of the spiral line pulse generator 104, a voltage doubling circuit 308, 310, 311 is arranged at the inner terminals 105, 106 of the spiral line pulse generator 104 provides the double, rectified output voltage of the ballast 101.
  • Identical components are therefore provided in Figures 1 and 3 with the same reference numerals.
  • the voltage doubler circuit consists of the rectifier diodes 308, 310 and the capacitor 311.
  • the high frequency output voltage provided at the terminals 102, 103 of the ballast 101 is applied to the internal terminals 105, 106 of the spiral Line pulse generator 104 generates up to twice as high a DC voltage as the amplitude of the output voltage of the ballast 101.
  • the spiral line pulse generator 104 can thereby be charged to a significantly higher voltage than in the first embodiment, provided that the breakdown voltage of the spark gap 312 is also designed to be correspondingly higher.
  • a voltage doubling of the input voltage to the inside lying terminals 105, 106 of the spiral line pulse generator 104 leads to a doubling of the ignition voltage available at the external terminal 107 of the spiral line pulse generator 104 Zündschreibsimpulse for the electrode 110 of the high pressure discharge lamp 100.
  • the operation of the ignition device and of the spiral line pulse generator 104 according to the third embodiment, apart from the voltage doubling, is identical to the operation of the above-described first embodiment of the ignition device according to the invention.
  • voltage multiplier circuit in addition to the unbalanced voltage doubling circuit shown here, which is also referred to as single-stage cascade circuits, the symmetrical voltage doubling circuit or alternatively multi-stage cascade circuits can be used.
  • FIG. 4 shows the circuit diagram of a fourth exemplary embodiment of the ignition device according to the invention.
  • This fourth exemplary embodiment differs from the first exemplary embodiment only in that a capacitor 400 is connected between the external terminal 107 of the spiral line pulse generator 104 and the electrode 110 of the high-pressure discharge lamp 100.
  • the ignition devices according to the first and fourth embodiments agree. Therefore, the same reference numerals are used in Figures 1 and 4 for identical components.
  • the capacitor 400 provides for the high voltage pulses generated by the spiral line pulse generator 104 and provided at the terminal 107 for igniting the gas discharge This means that the generated ignition voltage pulse is only slightly attenuated, and despite the capacitor 400, the amplitude of the ignition pulse at the electrode 110 is more than 70% of the amplitude of the voltage pulse at the terminal 107.
  • the capacitor 400 serves to partially compensate for the inductance of the spiral line pulse generator 104 during lamp operation after completion of the ignition phase of the high-pressure discharge lamp 100, when the first conductor 701 of the spiral line pulse generator 104 is flowed through by the high-frequency lamp current .
  • the operation of the ignition device according to the fourth embodiment is identical to the above-described operation of the ignition device according to the first embodiment.
  • a high-frequency current flows through the electrical conductor 701 of the spiral line pulse generator 104 and via the Kompensationskon- capacitor 400 and the discharge path of the high pressure discharge lamp 100.
  • the inductance of the spiral line pulse Generator 104 is used to limit this current.
  • a high inductance which may well be desirable during the ignition phase, because of the often associated with it desirable properties of the spiral line pulse generator, causes losses in the ballast during lamp operation after completion of the ignition phase. Therefore, in series with the conductor 701 of the spiral line pulse generator 104, the capacitor 400 is connected whose capacitance is dimensioned such that it is in close proximity during the ignition phase. represents a short circuit for the Zündnapssimpulse and during the subsequent lamp operation, the effective inductance of the current flowing through the lamp current spiral line pulse generator 104 is reduced.
  • the capacitor 400 prevents a DC flow through the discharge lamp and thus ensures that no segregation of the discharge plasma takes place.
  • the latter would be the case, for example, if the ballast 101 essentially consisted of a half-bridge circuit, the voltage output 102 being connected to the midpoint of the half-bridge and the voltage output 103 to the positive or negative supply voltage of the half-bridge.
  • the capacitor 400 in this case has the task of a DC blocking capacitor.
  • the capacitor 400 connected in series with the spiral line pulse generator forms a series resonant circuit with the spiral line pulse generator, which regulates the amplitude of the lamp current due to its characteristic by means of a slight frequency variation of the high frequency AC voltage provided by the AC source or the coupled into the lamp electrical power over a wide range of values allows.
  • the aforementioned series resonant circuit enables the so-called power start in a metal halide high-pressure discharge lamp, which serves as a light source in a vehicle headlight. During this power start, which takes place immediately after the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp, the high-pressure discharge lamp becomes operated at three to five times their rated power to achieve rapid vaporization of the metal halides in the discharge plasma.
  • the eighth embodiment described below indicates a particularly advantageous embodiment of the fourth embodiment, wherein the high-pressure discharge lamp 100 is used from the seventh embodiment.
  • a spiral line pulse generator 104 is used, which can generate a significantly higher ignition voltage of 18 kV.
  • this has a much higher inductance of 246 microhenry and a ohmic resistance of 5.5 ohms between the terminals 105 and 107.
  • the compensation capacitor 400 of 30 picofarad is an efficient operation of the entire system in a lamp current supplied by the ballast 101 with a Frequency of about 2.5 MHz achieved. Also in this case, the stabilization of the discharge by the igniter takes place.
  • the ninth embodiment described below indicates a particularly advantageous embodiment of the fourth embodiment, wherein the high-pressure discharge lamp 100 is used from the sixth embodiment.
  • a spiral line pulse generator 104 is now used, which can generate a much higher ignition voltage of 25 kV.
  • This has an inductance of 51 microhenry and a resistance of 0.8 ohms between the terminals 105 and 107.
  • the compensation capacitor (400) of 270 Pikfarad, an efficient operation of the entire system at a lamp current supplied by the ballast 101 with a frequency of 1.85 MHz in stationary operation of the high-pressure discharge lamp. Also in this case, the stabilization of the discharge by the Zündvor- direction takes place.
  • the regulation of the lamp power is carried out as in the previous embodiment by changing the operating frequency or the frequency of the lamp current which is provided by the ballast 101. After ignition, and thus at the beginning of the start of the lamp initially supplied 3 times the rated power. Within a few seconds, the supplied power is continuously reduced to the nominal power, which is done by increasing the operating frequency from about 1.4 MHz to 1.85 MHz.
  • FIG. 8 shows the circuit diagram of a fifth exemplary embodiment of the ignition device according to the invention with connected high-pressure discharge lamp 100 '.
  • This embodiment differs from the second embodiment only in that between see the outer terminal 107 of the first electrical conductor of the spiral line pulse generator 104 and the auxiliary ignition electrode 112 ', the capacitor 800 is connected.
  • the same reference numerals are used for identical components.
  • the capacitor 800 prevents diffusion of metal ions from the discharge medium to the discharge vessel wall.
  • the capacitor prevents the diffusion of sodium ions to the discharge vessel wall and thus contributes to the reduction of the sodium loss in the discharge medium at.
  • This function of the capacitor 800 is effective in all lamps with auxiliary ignition electrode, in particular those with capacitively or galvanically coupled Zündangeselektrode, regardless of the fact that in Figure 8, a lamp is shown with capacitively coupled Zündiselektrode.
  • the operation of the ignition device and the spiral line pulse generator 104 according to the fifth embodiment is, apart from the capacitor 800, identical to the operation of the above-described second exemplary embodiment of the ignition device according to the invention.
  • FIG. 5 schematically shows a circuit diagram of the ceramic component 500, which contains both the spiral line pulse generator 501 and the compensation capacitor 502.
  • the spiral line pulse generator 501 is not shown here as a spiral in order to simplify the circuit diagram.
  • the electrical conductors 503, 504, 505 enclosed in the ceramic dielectric form both the spiral line pulse generator 501 and the compensation capacitor 502.
  • the terminals 506, 507 form the internal connections of the spiral line pulse generator 501, in the charging circuit of the ignition device for the Spiral line pulse generator 501 are connected.
  • the electrical conductor 503 belongs both to the spiral line pulse generator 501 and to the compensation capacitor 502.
  • the sections of the electrical conductor 503 running in the spiral line pulse generator 501 and in the compensation capacitor 502 are via a so-called via 5061 electrically connected to each other.
  • the connection 508 of the compensation capacitor 502 forms the high-voltage output of the ceramic component 500, which is connected to the electrode 110 or to the auxiliary starting electrode 113 'of the high-pressure discharge lamp 100 or 100'.
  • FIG. 6 schematically shows a cross section through the ceramic component 500.
  • the spiral shape is shown schematically in FIG.
  • the ceramic layers 509, 510 acting as a dielectric and the via 5061 are shown in FIG. 6, in addition to the electrical conductors 503, 504, 505, the ceramic layers 509, 510 acting as a dielectric and the via 5061 are shown.
  • the dielectric ceramic layers 509, 510 and the electrical conductors 503, 504, 505 form a sandwich structure as shown in Figure 7, which is spirally wound.
  • the ceramic layers 509, 510 are made of an LTCC ceramic and the electrical conductors 503, 504, 505 and the via 5061 are made of silver.
  • Via 5061 is a silver-filled breakthrough in ceramic dielectric.
  • a vias can also be another connection of the corresponding points, within the two wound into a winding and correspondingly metallized dielectric ceramic layers occur.
  • the spirally curved electrical conductors 503, 504, 505 are drawn in Figure 6 with solid lines.
  • the spirally running, dashed lines in Figure 6 show areas in which no metallic conductor between the ceramic layers 509, 510 is arranged.
  • FIG. 6 only a few turns of the spiral of the spiral line pulse generator 501 and of the compensation capacitor 502 designed as a wound capacitor are depicted for the sake of clarity.
  • FIG. 9 shows the circuit diagram of the tenth exemplary embodiment, which describes a compact arrangement of the overall system which, in addition to the gas discharge lamp and the ignition device according to the invention, also includes the electronic operating device including the control unit.
  • This tenth exemplary embodiment is identical to that in FIG. 4, but in addition a particularly advantageous embodiment of the ballast 101 is disclosed. In FIGS. 4 and 9, the same reference numerals are therefore used for identical components.
  • the tenth embodiment uses the same high-pressure discharge lamp 100 with a ceramic discharge vessel and a rated power of 20W as in the seventh embodiment.
  • the electronic control gear is supplied at the two input terminals 960 and 961 with a mains voltage of 230 V and 50 Hz.
  • the mains voltage is rectified by means of the diodes 950, 951, 952 and 953 and charges the DC link capacitor 940.
  • the lamp 100 is operated via a half-bridge circuit.
  • the half-bridge circuit consists of the two complementarily controlled MOS switching transistors 910 and 920 via their drain-source paths in each case a capacitor 911 or 921 is connected. By means of the capacitors 911 and 921, a switch relieved switching (ZVS) of the transistors is possible.
  • ZVS switch relieved switching
  • For the two transistors 910 and 920 instead of two identical MOSFETs, two complementary types can also be used, implemented as field-effect or bipolar transistors.
  • the half-bridge center is connected to the 12 microhenry choke 901.
  • the choke 901 forms, during ignition, together with the capacitor 900, a series resonant circuit which generates a high AC voltage which is used by the diode 108 to charge the spiral line pulse generator 104.
  • the switching transistors of the half-bridge are driven at a frequency close to the stationary operating frequency of 2.45 MHz.
  • the inductor 901 supplied half-bridge signal is harmonic, so that the excitation of the resonant circuit of 3 times the operating frequency.
  • the ignition takes place by means of the spiral line pulse generator 104, which is represented by a series connection of an inductance of 40 microhenry and a resistance of 6 ohms.
  • the lamp is operated via the compensation capacitor 400 having a size of 150 picofarads, which also prevents direct current through the high-pressure discharge lamp 100.
  • the regulation of the lamp power after ignition takes place by variation of the switching frequency of the two switching transistors 910 and 920 by the control unit 930. In the stationary state, the two switching transitions driven at a frequency of 2.45 MHz.
  • the control unit can obtain information from the operating device as well as the lamp by means of the dotted electrical connections and components:
  • the intermediate circuit voltage can be detected by means of the voltage divider from the two resistors 930 and 931.
  • the extension of the inductor 901 to a transformer by way of the winding 902 provides further information.
  • the lamp current can be detected by the shunt resistor 903.
  • the ignition capacitor 900, the spiral line pulse generator 104 and the compensation capacitor 400 are formed as a common ceramic component.
  • a part of the ballast namely the ignition capacitor 900, is provided by the ceramic component used in the ignition device.
  • This training is analogous to the manner already described above and shown in Figures 5 and 6.
  • the ceramic component has the terminals 109 ', 105, 106, 107 and 108'.
  • the internal connections are led out of the side of the winding.
  • the connection of trapped electrical see ladders can be done via vias in the winding or on the laterally led out terminals of the electrical conductors.
  • the ignition device according to the invention is preferably housed in the base of a high-pressure discharge lamp, for example a metal halide high-pressure discharge lamp, which is provided as a light source for a motor vehicle headlight.
  • a high-pressure discharge lamp for example a metal halide high-pressure discharge lamp, which is provided as a light source for a motor vehicle headlight.
  • a metal halide high-pressure discharge lamp for the ignition devices according to FIGS. 1, 3 and 4 is disclosed, for example, in EP 0 975 007 A1 and such a metal halide high-pressure discharge lamp with auxiliary starting electrode for the ignition device according to FIGS. 2 and 8 is included.
  • WO 98/18297 Al described.
  • the inner diameter of the spiral line pulse generator 104 or 501 is preferably larger than the outer diameter of the discharge vessel or the outer bulb of the disclosed in the aforementioned publications halogen-metal vapor high-pressure discharge lamps.
  • a space-saving arrangement of the spiral line pulse generator 104 in the base of these metal halide high-pressure discharge lamps is possible, in such a way that the spiral line pulse generator 104 projects into the lamp base into the end section of the outer bulb or or and the discharge vessel annularly encloses.
  • the ignition device according to the invention is particularly advantageous for high-frequency operation of these metal halide high-pressure discharge lamps used.
  • the ignition device according to the invention can preferably be accommodated in the outer bulb of a high-pressure discharge lamp, for example a metal halide or sodium high-pressure discharge lamp, which serves as the light source of the general illumination.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für eine Entladungslampe (100) mit einem Spiral-Line-Puls-Generator (104) und einem Ladestromkreis zum Aufladen des Spiral- Line-Puls-Generators, wobei im Ladestromkreis Mittel (108) zum Gleichrichten des Ladestroms angeordnet sind. Dadurch ist die mit dem Spiral-Line-Puls-Generator (104) ausgestattete Zündvorrichtung geeignet für den Hochfrequenzbetrieb. Insbesondere kann sie im Sockel einer Kraftfahrzeugscheinwerfer-Hochdruckentladungslampe untergebracht werden.

Description

Zündvorrichtung für eine Hochdruckentladungslampe und Hochdruckentladungslampe mit Zündvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung für eine Entladungslampe, die mit einem Spiral-Line-Puls-Generator ausgestattet ist, welcher die zum Zünden der Gasentladung in der Entladungslampe erforderliche Zündspannung gene- riert.
I . Stand der Technik
Eine derartige Zündvorrichtung ist beispielsweise in der US 4,325,004 Bl und in der US 4,325,012 Bl offenbart.
Die US 4,325,004 Bl beschreibt eine Zündvorrichtung für eine mit einer Zündhilfselektrode versehene Entladungs- lampe, wobei die Zündvorrichtung einen Spiral-Line-Puls- Generator besitzt, dessen Hochspannungsanschluss mit der Zündhilfselektrode verbunden ist. Die Entladungslampe und die Zündvorrichtung werden mit der Netzwechselspannung betrieben. Parallel zu den im Ladekreis angeordneten Kon- takten bzw. Anschlüssen des Spiral-Line-Puls-Generators ist eine Funkenstrecke geschaltet, die durchbricht, sobald die Ladung auf dem Spiral-Line-Puls-Generator die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke erreicht.
Die US 4,325,012 Bl beschreibt eine Zündvorrichtung für eine Hochdruckentladungslampe, wobei die Zündvorrichtung einen Spiral-Line-Puls-Generator aufweist, dessen Hochspannungsanschluss mit einer Gasentladungselektrode der Hochdruckentladungslampe verbunden ist. Die Hochdruckentladungslampe und die Zündvorrichtung werden mit der Netz- wechselspannung betrieben. Parallel zu den im Ladekreis angeordneten Kontakten bzw. Anschlüssen des Spiral-Line- Puls-Generators ist eine Funkenstrecke geschaltet, die durchbricht, sobald die Ladung auf dem Spiral-Line-Puls- Generator die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke er- reicht.
Ein Nachteil der oben beschriebenen Zündvorrichtungen besteht darin, dass diese nur mit Netzwechselspannung betrieben werden können, die eine vergleichsweise geringe Frequenz besitzt, und für den Betrieb im Hochfrequenzbe- reich, beispielsweise im Megahertzbereich, untauglich sind.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Zündvorrichtung bereitzustellen, die auch für den Hochfrequenzbetrieb geeignet ist, und eine Entladungslampe mit einer derartigen Zündvorrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 9 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .
Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung umfasst einen Spiral-Line-Puls-Generator und einen Ladestromkreis zum Aufladen des Spiral-Line-Puls-Generators, wobei erfindungsgemäß im Ladestromkreis Mittel zum Gleichrichten des Ladestroms vorgesehen sind. Durch die Mittel zum Gleich- richten des Ladestroms ist gewährleistet, dass der Spiral-Line-Puls-Generator während des Hochfrequenzbetriebs auf eine ausreichend hohe Spannung aufgeladen wird, um beim Kurzschließen seiner Ladekontakte bzw. bei seinem Entladen Impulse ausreichend hoher Amplitude erzeugen zu können, die ein Zünden der Gasentladung in der Entladungslampe ermöglichen. Insbesondere gewährleisten die vorgenannten, den Ladestrom gleichrichtenden Mittel, dass der Ladevorgang des Spiral-Line-Puls-Generators sich im Fall eines Hochfrequenzbetriebs der Zündvorrichtung und der Entladungslampe über mehrere Perioden der hochfrequenten Wechselspannung erstrecken kann. Die in den Lade- kreis geschalteten Mittel zum Gleichrichten des Ladestroms des Spiral-Line-Puls-Generators ermöglichen somit, dass der Spiral-Line-Puls-Generator beim Hochfrequenzbetrieb der Hochdruckentladungslampe (beispielsweise bei Frequenzen im Bereich von 0,1 MHz bis 5 MHz) als Zündim- pulsgenerator zum Erzeugen der zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe erforderlichen Zündspannungsimpulse eingesetzt werden kann. Neben dem angegebenen Frequenzbereich sind auch höhere Frequenzen möglich, beispielsweise der Betrieb der Entladungslampe in den ISM-Bändern (ISM-Band: Industrial Scientific Medical Band) bei 13,56 MHz and 27,12 MHz. Insbesondere ermöglicht die hohen Betriebsfrequenz einen Betrieb der Entladungslampe oberhalb ihrer akustischen Resonanzen, was von besonderem Vorteil ist, da hier negative Auswirkungen durch akustische Resonanzen wie beispielsweise Flickern der abgegebenen Lichts oder eine reduzierte Lebensdauer der Lampe, nicht auftreten. Abhängig von der Größe der Lampe ist daher die Betriebfrequenz oberhalb von etwa 300 kHz (für Lampen großer Leistung, z.B. mit 250 W Nennleis- tung) bis etwa 2 MHz (für kleine Lampen, z.B. mit 20 W Nennleistung) zu wählen. Vorteilhafterweise umfassen die Mittel zum Gleichrichten des Ladestroms des Spiral-Line- Puls-Generators mindestens eine Diode. Mittels der mindestens einen Diode kann auf einfache und kostengünstige Weise eine Gleichrichtung des Ladestroms gewährleistet werden und erreicht werden, dass das Aufladen des Spiral- Line-Puls-Generators sich über mehrere Perioden der hochfrequenten Wechselspannung erstrecken kann, um eine ausreichende Aufladung des Spiral-Line-Puls-Generators zu ermöglichen .
Um den Spiral-Line-Puls-Generator auf eine höhere Spannung als die von der Wechselspannungsquelle bereitgestellte Versorgungsspannung aufladen zu können, umfassen die Mittel zum Gleichrichten des Ladestroms des Spiral- Line-Puls-Generators vorteilhafterweise eine Spannungs- Vervielfacherschaltung, beispielsweise eine Spannungsver- doppelungsSchaltung.
Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung wird vorteilhafterweise derart dimensioniert, dass sie in nennenswertem Umfang zur Begrenzung des Lampenstroms bzw. zur Stabilisie- rung der Gasentladung beiträgt. Dies gilt selbst im Fall eines hochfrequenten Lampenstroms mit Frequenzen im Megahertzbereich, ohne dass durch den Blindwiderstand der Zündvorrichtung erhebliche Belastungen der elektronischen Bauteile des Vorschaltgerätes zu befürchten sind. Zu die- sem Zweck weist die Impedanz des Spiral-Line-Puls- Generators bei der Betriebsfrequenz vorteilhafterweise einen Wert von größer oder gleich dem 0,25-fachen des Wertes der Lampenimpedanz aufweist. Vorzugsweise ist in Serie zu dem Spiral-Line-Puls- Generator mindestens ein Kondensator geschaltet. Dieser mindestens eine Kondensator bietet mehrere Vorteile. Für den Fall, dass die vom Spiral-Line-Puls-Generator erzeug- te Hochspannung einer außen am Entladungsgefäß angeordneten Zündhilfselektrode der Entladungslampe zugeführt wird, unterbindet der mindestens eine Kondensator eine Diffusion von Metallionen aus dem Entladungsmedium zur Entladungsgefäßwand. Insbesondere verhindert der mindes- tens eine Kondensator bei Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen die Diffusion von Natriumionen zur Entladungsgefäßwand und trägt somit zur Reduktion des Natri- umverlusts in dem Entladungsmedium bei. Für den Fall, dass die vom Spiral-Line-Puls-Generator erzeugte Hoch- Spannung einer in dem Entladungsgefäß angeordneten Gasentladungselektrode der Entladungslampe zugeführt wird und nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Lampe der hochfrequente Lampenstrom über den Spiral-Line-Puls- Generator fließt, ermöglicht der mindestens eine Konden- sator eine partielle Kompensation der Induktivität des Spiral-Line-Puls-Generator. Durch die partielle Kompensation der Induktivität des Spiral-Line-Puls-Generators werden die Verluste in dem Betriebsgerät der Lampe reduziert, da die geringere wirksame Induktivität des Spiral- Line-Puls-Generators entsprechend reduzierte Blindleistungen nach sich zieht. Der mindestens eine, in Serie zu dem Spiral-Line-Puls-Generator geschaltete Kondensator verhindert ferner einen Gleichstromfluss durch die Entladungslampe und sorgt somit dafür, dass keine Entmischung des Entladungsplasmas stattfindet. Außerdem bildet der mindestens eine, in Serie zu dem Spiral-Line-Puls- Generator geschaltete Kondensator mit dem Spiral-Line- Puls-Generator einen Serienresonanzkreis, der aufgrund seiner Charakteristik mittels einer geringfügigen Frequenzvariation der von der Wechselspannungsquelle bereit- gestellten hochfrequenten Wechselspannung eine Regelung der Amplitude des Lampenstroms bzw. der in die Lampe eingekoppelten elektrischen Leistung über einen großen Wertebereich ermöglicht. Insbesondere ermöglicht der vorgenannte Serienresonanzkreis den sogenannten Leistungsan- lauf bei einer Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer dient. Während dieses Leistungsanlaufs, der unmittelbar nach der Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe stattfindet, wird die Hochdruckentladungslampe mit dem drei- bis fünffachen ihrer Nennleistung betrieben, um ein schnelles Verdampfen der Metallhalogenide im Entladungsplasma zu erreichen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der Spiral-Line-Puls-Generator und der mindestens eine, in Serie zu dem Spiral-Line-Puls-Generator geschaltete Kondensator als gemeinsames Bauteil ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Funktionen des Spiral-Line-Puls-Generators und des mindestens einen in Serie geschalteten Kondensators durch ein integriertes Bauteil realisiert wird. Da- durch kann eine Platz sparende Anordnung dieser beiden Komponenten erzielt werden und beide Komponenten lassen sich beispielsweise in dem Lampensockel oder im Innenraum des Außenkolbens der Lampe unterbringen.
Das vorgenannte, gemeinsame Bauteil ist vorzugsweise als keramisches Bauteil ausgebildet, damit es den hohen Be- triebstemperaturen einer Hochdruckentladungslampe standhält.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Zündvorrichtung ein Schaltmittel zum Kurzschließen der im Lade- kreis angeordneten Kontakte des Spiral-Line-Puls- Generators auf, um ein schlagartiges Entladen des Spiral- Line-Puls-Generators und damit die Erzeugung von Spannungsimpulsen in dem Spiral-Line-Puls-Generator zu ermöglichen .
Das vorgenannte Schaltmittel zum Kurzschließen der Kontakte des Spiral-Line-Puls-Generators ist vorzugsweise als Schwellwertschalter, beispielsweise als Funkenstrecke, ausgebildet, um den Spiral-Line-Puls-Generator auf eine ausreichend hohe Spannung aufladen zu können, so dass die beim Entladen des Spiral-Line-Puls-Generators erzeugten Spannungsimpulse eine Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe bewirken können.
Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung ist vorzugsweise im Innenraum des Lampensockels einer Entladungslampe oder im Außenkolben einer Entladungslampe, insbesondere einer Hochdruckentladungslampe untergebracht, um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen und Hochspannung führende Leitungen zur Lampe zu vermeiden.
Um eine möglichst Platz sparende Anordnung der Zündvor- richtung im Lampensockel zu gewährleisten, ist der Spiral-Line-Puls-Generator als Bauteil ausgebildet, das den in den Lampensockel hineinragenden Lampengefäßabschnitt des Entladungsgefäßes oder eines Außenkolbens der Entladungslampe umschließt. III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 2 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 3 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 4 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 5 Eine schematische Darstellung der Verschaltung des Spiral-Line-Puls-Generators und des Kompensationskondensators, die als gemeinsames Keramik- bauteil ausgebildet sind, gemäß der in Figur 4 abgebildet Zündvorrichtung
Figur 6 Eine schematische Darstellung des Aufbaus der in Figur 5 abgebildeten Baueinheit aus Spiral-Line- Puls-Generator und Kompensationskondensator
Figur 7 Eine schematische Darstellung der Schichtfolge des Spiral-Line-Puls-Generators
Figur 8 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 9 Eine Schaltskizze der Zündvorrichtung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung inklu- sive Betriebsschaltung und Hochdruckentladungslampe
Bei der in Figur 1 schematisch dargestellten Schaltskizze der Zündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um eine Impulszündvorrichtung für eine Hochdruckentladungslampe, beispielsweise für eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer oder in einer Projektionsvorrichtung verwendet wird. Zur Span- nungsversorgung der Zündvorrichtung und der Hochdruckentladungslampe 100 dient ein Vorschaltgerät 101, das beispielsweise aus der Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs oder aus der Netzwechselspannung während der Zündphase und dem nachfolgenden Betrieb der Hochdruckentladungslam- pe eine hochfrequente Ausgangsspannung im Frequenzbereich von ca. 0,1 MHz bis 5 MHz erzeugt. An die Spannungsausgänge 102, 103 des Vorschaltgerätes 101 ist ein Ladestromkreis für den Spiral-Line-Puls-Generator 104 angeschlossen, in den die innen liegenden Anschlüsse 105, 106 des Spiral-Line-Puls-Generators 104, eine Gleichrichterdiode 108 und ein Widerstand 109 geschaltet sind. Parallel zu den beiden innen liegenden Anschlüssen 105, 106 des Spiral-Line-Puls-Generators 104 ist eine Funkenstrecke 112 geschaltet.
Der außen liegende Anschluss 107 des Spiral-Line-Puls- Generators 104 ist mit einer ersten Elektrode 110 der Hochdruckentladungslampe 100 verbunden. Dadurch ist die erste Elektrode 110 auch mit dem Ausgang 102 des Vor- schaltgeräts 101 verbunden. Die andere Elektrode 111 der Hochdruckentladungslampe 100 ist mit dem zweiten Span- nungsausgang 103 des Vorschaltgeräts 101 verbunden. Der zweite außen liegende Kontakt 108' des Spiral-Line-Puls- Generators 104 ist an kein Bauteil angeschlossen.
Der Spiral-Line-Puls-Generator 104 ist im Wesentlichen ein Kondensator mit einer Kapazität und einer nicht vernachlässigbaren Induktivität. Er besteht aus zwei elektrischen Leitern 701, 702, die parallel zueinander angeordnet, spiralförmig gewunden und durch zwei dielektrische Schichten 703, 704 voneinander getrennt und isoliert sind. Die beiden dielektrischen Schichten 703, 704 bestehen jeweils aus Keramik, insbesondere aus einer sogenannten LTCC-Keramik. Die Abkürzung LTCC steht für low tempe- rature co-fired ceramic. Die elektrischen Leiter 701, 702 bestehen aus Silber. Die Schichtdicke der Keramikschich- ten 703, 704 liegt vorzugsweise im Bereich von 30 μm bis 60 μm. Die Keramik hält Temperaturen bis zu 8000C aus und besitzt eine relative Permeabilität von 65. Die Dicke der Silberschichten 701, 702 liegt vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 17 μm. Die Anzahl n der Windungen des Spi- ral-Line-Puls-Generators 104 liegt beispielsweise im Bereich von 10 bis 20. Der Innendurchmesser des Spiral- Line-Puls-Generators 104 beträgt ungefähr 20 mm und seine Höhe liegt beispielsweise im Bereich von 4 mm bis 6 mm. Die Schichtenfolge des Spiral-Line-Puls-Generators 104 ist schematisch in Figur 7 dargestellt. Die in Figur 7 abgebildete Sandwich-Struktur ist spiralförmig gewickelt und ergibt so den Spiral-Line-Puls-Generator 104.
Der erste elektrische Leiter 701 besitzt den innen liegenden Anschluss 105 und den außen liegenden Anschluss 107. Der andere elektrische Leiter 702 besitzt den innen liegenden Anschluss 106 und den außen liegenden Kontakt 108', der nicht zum Anschluss eines Bauteils genutzt wird. Die beiden innen liegenden Anschlüsse 105, 106 des Spiral-Line-Puls-Generators 104 sind in den Ladestrom- kreis geschaltet, der mit hochfrequenten Ausgangsspannung des Vorschaltgeräts 101 versorgt wird. Der hochfrequente Ladestrom für den Spiral-Line-Puls-Generator 104 wird mittels der Diode 108 gleichgerichtet und durch den Widerstand 109 begrenzt. Die Aufladung des Spiral-Line- Puls-Generators 104 erstreckt sich daher über mehrere Perioden der hochfrequenten Ausgangsspannung des Vorschaltgeräts 101. Ist das Aufladen des Spiral-Line-Puls- Generators 104 so weit fortgeschritten, dass die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 112 erreicht wird, so entlädt sich der Spiral-Line-Puls-Generator 104 schlagartig über die nun leitfähige Funkenstrecke 112. Dadurch werden in dem Spiral-Line-Puls-Generator 104 Spannungsimpulse erzeugt und die Spannung an dem außen liegenden Anschluss 107 steigt an bis auf den Wert 2^n-U0, wenn die Zahl der Windungen des Spiral-Line-Puls-Generators 104 mit n und die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 112 mit UQ bezeichnet wird. An dem außen liegenden Anschluss 107 des Spiral-Line-Puls-Generators 104 wird somit eine Spannung erzeugt, die ausreicht, um die Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100 zu zünden. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100 werden der Ladestromkreis und auch die Funkenstrecke 112 durch die nun leitfähige Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe 100 kurzgeschlossen. Der hochfrequente Entladungsstrom der Hochdruckentladungslampe 100 fließt über die Anschlüsse 105, 107 durch den elektrischen Leiter 701 des Spiral-Line-Puls-Generators 104. Die Impedanz, welche zwischen den Anschlüssen 105 und 107 des Spiral-Line-Puls-Generators 104 messbar ist, kann nach erfolgter Zündung der Gasentladung während des Lampenbetriebs zur Begrenzung des Lampenstroms bzw. zur Stabilisierung der Gasentladung verwendet werden. Bedingt durch den gewickelten Aufbau des Spiral-Line-Puls- Generators 104 ist diese Impedanz überwiegend induktiv. Um den stabilisierenden Effekt des Spiral-Line-Puls- Generators 104 auf die Entladung nutzen zu können, wird der Spiral-Line-Puls-Generators 104 derart dimensioniert, dass seine Impedanz bei der Frequenz (bzw. der Grundschwingung) des Lampenstroms dem 0,25-fachen bis 7-fachen der Impedanz der Hochdruckentladungslampe 100 entspricht. Für kleinere Werte der Impedanz des Spiral-Line-Puls- Generators 104 ist im allgemeinen keine Stabilisierung des nach der Zündung der Gasentladung über die Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe 100 fließenden Lampenstroms möglich, und für größere Werte der Impedanz des Spiral-Line-Puls-Generators 104 ist kein effizienter Lampenbetrieb mehr möglich, da das Vorschaltgerät 101 dann wegen der hohen Blindleistung und Verluste eine sehr hohe Ausgangsspannung für den Lampenbetrieb bereitstellen muss .
Zur Dimensionierung des Spiral-Line-Puls-Generators 104 bezüglich seiner Impedanz werden die geometrischen Abmessungen und der verwendeten Materialien entsprechend gewählt. Zur Erhöhung der Induktivität des Spiral-Line- Puls-Generators 104 kann dieser ein Material mit einer hohen Permeabilität, welches durch den Innendurchmesser des Spiral-Line-Puls-Generators 104 hindurchragt, umschließen. So erhöht ein durch den Spiral-Line-Puls- Generators 104 gestreckter Ferritstab den induktiven Anteil der Impedanz des Spiral-Line-Puls-Generators 104 signifikant. Neben einem Ferritstab kann auch ein aus einem U- und einem I-Kern gebildeter Ring den ringförmigen Spiral-Line-Puls-Generators 104 umschließen, wobei durch den Luftspalt zwischen dem U- und dem I-Kern die Impedanz eingestellt werden kann.
Das nachfolgend beschriebene sechste Ausführungsbeispiel gibt eine besonders vorteilhafte Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels an, bei dem die Impedanz des Spiral- Line-Puls-Generators 104 die Stabilisierung der Gasentladung bewerkstelligt. Für eine quecksilberfreie Hochdruck- entladungslampe 100 mit einem Entladungsgefäß aus Quarzglas und einer Nennleistung von 35W sowie einer Nennbrennspannung von 45V, und somit einer Lampenimpedanz von etwa 58 Ohm, wird ein Spiral-Line-Puls-Generator 104 verwendet, der durch eine Reihenschaltung einer Induktivität von 180 Mikrohenry und einem ohmschen Widerstand von 0,8 Ohm repräsentiert wird. Das Vorschaltgerät 100 liefert einen näherungsweise sinusförmigen Strom mit einer Frequenz von 100 kHz, so dass sich durch den geringen ohmschen Anteils an der Gesamtimpedanz des Spiral-Line-Puls- Generator 104 ein besonders effizienter Lampenbetrieb ergibt. Die Entladungslampe wird dabei in einem sog. Frequenzfenster betrieben, in dem es nicht zu negativen Auswirkungen durch akustische Resonanzen kommt.
Das nachfolgend beschriebene siebte Ausführungsbeispiel gibt ebenfalls eine besonders vorteilhafte Ausführung des ersten Ausführungsbeispiels an, bei dem die Impedanz des Spiral-Line-Puls-Generators 104 die Stabilisierung der Gasentladung bewerkstelligt und bei dem die Lampe im Bereich oberhalb der akustischen Resonanzen betrieben wird. Die quecksilberhaltige Hochdruckentladungslampe (100) mit keramischem Entladungsgefäß besitzt eine Nennleistung von 20W und eine Nennbrennspannung von 85V. Der Spiral-Line- Puls-Generator 104 wird durch eine Reihenschaltung einer Induktivität von 16 Mikrohenry und einem ohmschen Wider- stand von 2,2 Ohm repräsentiert. Das Vorschaltgerät 100 liefert einen näherungsweise sinusförmigen Strom mit einer Frequenz von 2,45 MHz, so dass sich durch den geringen ohmschen Anteils an der Gesamtimpedanz des Spiral- Line-Puls-Generator 104 ein besonders effizienter Lampen- betrieb ergibt. In Figur 2 ist die Schaltskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung mit angeschlossener Hochdruckentladungslampe 100' dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass an die erfindungsgemäße Zündvorrichtung anstelle der Hochdruckentladungslampe 100 eine mit einer Zündhilfselektrode 113' ausgestattet Hochdruckentladungslampe 100' angeschlossen ist. In den Figuren 1 und 2 werden daher für identische Bauteile dieselben Bezugszeichen verwen- det. Die Hochdruckentladungslampe 100' besitzt neben den beiden, in den Innenraum des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampe 100' hineinragenden Gasentladungselektroden 110', 111' eine Zündhilfselektrode 113', die außerhalb des vom Entladungsgefäß umschlossenen Innenrau- mes angeordnet ist und mit den Zündspannungsimpulsen zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100' beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck ist der außen liegende Anschluss 107 des ersten elektrischen Leiters des Spiral-Line-Puls-Generators 104 mit der Zündhilfselektrode 113' verbunden. Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100' wird der Spiral-Line- Puls-Generator 104 auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 112 aufgeladen. Beim Erreichen der Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 112 wird der Spiral- Line-Puls-Generator 104, wie bereits oben erläutert wur- de, entladen, wodurch an dem außen liegenden Anschluss 107 des Spiral-Line-Puls-Generators 104 Spannungsimpulse erzeugt werden, die der Zündhilfselektrode 113' der Hochdruckentladungslampe 100' zugeführt werden, um die Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100' zu zünden. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100' werden der Ladestromkreis des Spiral-Line-Puls-Generators 104 und die Funkenstrecke 112 durch die nun leitfähige Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe 100' kurzgeschlossen. Der Entladungsstrom der Hochdruckentladungslampe 100' fließt beim Knotenpunkt Al in den Strompfad 114' über die Gasentladungselektroden 110', 111' der Hochdruckentladungslampe 100'. Der Spiral- Line-Puls-Generator 104 ist nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100' funkti- onslos.
Bei der oben beschriebene Lampe mit einer Zündhilfselektrode 113' , die außerhalb des vom Entladungsgefäß umschlossenen Innenraumes angeordnet ist, handelt es sich um eine Lampe mit kapazitiv angekoppelter Zündhilfselekt- rode. Ist die Zündhilfselektrode auf andere Weise ange- koppelt, so lässt sich die erfindungsgemäße Schaltung entsprechend anwenden. Beispielsweise bei einer Lampe mit galvanisch angekoppelter Hilfselektrode, bei der die Zündhilfselektrode, bis in den vom Entladungsgefäß um- schlossenen Innenraumes hineinragt.
In Figur 3 ist schematisch die Schaltskizze eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung dargestellt. Dieses dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass in dem Ladestromkreis des Spiral-Line-Puls- Generators 104 eine Spannungsverdopplungsschaltung 308, 310, 311 angeordnet ist, die an den inneren Anschlüssen 105, 106 des Spiral-Line-Puls-Generators 104 die doppelte, gleichgerichtete Ausgangsspannung des Vorschaltgerä- tes 101 bereitstellt. Identische Bauteile sind daher in den Figuren 1 und 3 mit demselben Bezugszeichen versehen. Die Spannungsverdopplungsschaltung besteht aus den Gleichrichterdioden 308, 310 und dem Kondensator 311. Mittels der Spannungsverdopplungsschaltung 308, 310, 311 wird aus der hochfrequenten Ausgangsspannung, die an den Anschlüssen 102, 103 des Vorschaltgerätes 101 bereitsteht, an den innen liegenden Anschlüssen 105, 106 des Spiral-Line-Puls-Generators 104 eine bis zu doppelt so hohe Gleichspannung wie die Amplitude der Ausgangsspan- nung des Vorschaltgerätes 101 erzeugt. Der Spiral-Line- Puls-Generator 104 kann dadurch auf eine deutlich höhere Spannung aufgeladen werden als beim ersten Ausführungsbeispiel, sofern die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke 312 ebenfalls entsprechend höher ausgelegt ist. Eine Spannungsverdopplung der Eingangsspannung an den innen liegenden Anschlüssen 105, 106 des Spiral-Line-Puls- Generators 104 führt zu einer Verdopplung der Zündspannung der am außen liegenden Anschluss 107 des Spiral- Line-Puls-Generators 104 verfügbaren Zündspannungsimpulse für die Elektrode 110 der Hochdruckentladungslampe 100. Die Funktionsweise der Zündvorrichtung und des Spiral- Line-Puls-Generators 104 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist, abgesehen von der Spannungsverdopplung, i- dentisch zu der Funktionsweise des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung. Als Spannungsvervielfacherschaltung sind neben der hier dargestellten unsymmetrischen Spannungsver- doppelungsschaltung, die auch als einstufige Kaskadenschaltungen bezeichnet wird, die symmetrische Spannungs- Verdoppelungsschaltung oder alternativ mehrstufige Kaskadenschaltungen einsetzbar. Die Kaskadenschaltungen werden oftmals auch als Cockroft-Walton-Schaltungen bezeichnet. In Figur 4 ist die Schaltskizze eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung dar- gestellt. Dieses vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass zwischen dem außen liegenden Anschluss 107 des Spiral- Line-Puls-Generators 104 und der Elektrode 110 der Hochdruckentladungslampe 100 ein Kondensator 400 geschaltet ist. In allen anderen Details stimmen die Zündvorrichtungen gemäß dem ersten und vierten Ausführungsbeispiel überein. Daher werden in den Figuren 1 und 4 für identische Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kondensator 400 stellt für die vom Spiral-Line-Puls- Generator 104 erzeugten und am Anschluss 107 bereitgestellten Hochspannungsimpulse zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100 in guter Näherung einen Kurzschluss dar. Dies bedeutet, dass der erzeugte Zündspannungsimpuls nur gering bedämpft wird, und trotz des Kondensators 400 die Amplitude des Zündimpulses an der Elektrode 110 mehr als 70% der Amplitude des Spannungsimpulses am Anschluss 107 beträgt. Der Kondensator 400 dient zur partiellen Kompensation der Induktivität des Spiral-Line-Puls-Generators 104 während des Lampenbetriebs nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentla- dungslampe 100, wenn der erste Leiter 701 des Spiral- Line-Puls-Generators 104 vom hochfrequenten Lampenstrom durchflössen wird. Während der Zündphase ist die Funktionsweise der Zündvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel identisch zu der oben beschriebenen Funkti- onsweise der Zündvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 100 fließt ein hochfrequenter Strom durch den elektrischen Leiter 701 des Spiral- Line-Puls-Generators 104 und über den Kompensationskon- densator 400 sowie über die Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe 100. Die Induktivität des Spiral- Line-Puls-Generators 104 wird zur Begrenzung dieses Stromes genutzt. Allerdings verursacht eine hohe Induktivität, die während der Zündphase, wegen der mit ihr oftmals einhergehenden erstrebenswerten Eigenschaften des Spiral- Line-Puls-Generators, durchaus erwünscht sein kann, während des Lampenbetriebs nach Beendigung der Zündphase Verluste in dem Vorschaltgerät . Daher ist in Serie zu dem Leiter 701 des Spiral-Line-Puls-Generators 104 der Kon- densator 400 geschaltet, dessen Kapazität derart dimensioniert ist, dass er während der Zündphase in guter Nähe- rung einen Kurzschluss für die Zündspannungsimpulse darstellt und während des nachfolgenden Lampenbetriebs die wirksame Induktivität des vom Lampenstrom durchflossenen Spiral-Line-Puls-Generators 104 reduziert.
Ferner verhindert der Kondensator 400 einen Gleichstrom- fluss durch die Entladungslampe und sorgt somit dafür, dass keine Entmischung des Entladungsplasmas stattfindet. Letzteres wäre beispielsweise der Fall, wenn das Vor- schaltgerät 101 im Wesentlichen aus einer Halbbrücken- Schaltung bestehen würde, wobei der Spannungsausgange 102 mit dem Mittelpunkt der Halbbrücke und der Spannungsausgange 103 mit dem positiven oder negativen Versorgungsspannung der Halbbrücke verbunden wäre. Der Kondensator 400 hat in diesem Fall die Aufgabe eines Gleichspannungs- Abblock-Kondensators .
Außerdem bildet der in Serie zu dem Spiral-Line-Puls- Generator geschaltete Kondensator 400 mit dem Spiral- Line-Puls-Generator einen Serienresonanzkreis, der aufgrund seiner Charakteristik mittels einer geringfügigen Frequenzvariation der von der Wechselspannungsquelle bereitgestellten hochfrequenten Wechselspannung eine Regelung der Amplitude des Lampenstroms bzw. der in die Lampe eingekoppelten elektrischen Leistung über einen großen Wertebereich ermöglicht. Insbesondere ermöglicht der vor- genannte Serienresonanzkreis den sogenannten Leistungsanlauf bei einer Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer dient. Während dieses Leistungsanlaufs, der unmittelbar nach der Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentla- dungslampe stattfindet, wird die Hochdruckentladungslampe mit dem drei- bis fünffachen ihrer Nennleistung betrieben, um ein schnelles Verdampfen der Metallhalogenide im Entladungsplasma zu erreichen.
Das nachfolgend beschriebene achte Ausführungsbeispiel gibt eine besonders vorteilhafte Ausführung des vierten Ausführungsbeispiels an, wobei die Hochdruckentladungslampe 100 aus dem siebten Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommt. Im Gegensatz zum siebten Ausführungsbeispiel wird nun jedoch eine Spiral-Line-Puls-Generator 104 ver- wendet, der eine deutlich höhere Zündspannung von 18 kV erzeugen kann. Dieser besitzt jedoch eine wesentlich höhere Induktivität von 246 Mikrohenry und einen ohmschen Widerstand von 5,5 Ohm zwischen den Anschlüssen 105 und 107. Mittels des Kompensationskondensators 400 von 30 Pi- kofarad wird ein effizienter Betrieb des Gesamtsystems bei einer vom Vorschaltgerät 101 gelieferten Lampenstrom mit einer Frequenz von etwa 2,5 MHz erzielt. Auch in diesem Fall erfolgt die Stabilisierung der Entladung durch die Zündvorrichtung. Das nachfolgend beschriebene neunte Ausführungsbeispiel gibt eine besonders vorteilhafte Ausführung des vierten Ausführungsbeispiels an, wobei die Hochdruckentladungslampe 100 aus dem sechsten Ausführungsbeispiel zur Anwendung kommt. Im Gegensatz zum sechsten Ausführungsbeispiel wird nun eine Spiral-Line- Puls-Generator 104 verwendet, der eine deutlich höhere Zündspannung von 25 kV erzeugen kann. Dieser besitzt eine Induktivität von 51 Mikrohenry und einen ohmschen Widerstand von 0,8 Ohm zwischen den Anschlüssen 105 und 107. Mittels des Kompensationskondensators (400) von 270 Piko- farad wird ein effizienter Betrieb des Gesamtsystems bei einer vom Vorschaltgerät 101 gelieferten Lampenstrom mit einer Frequenz von 1,85 MHz im stationären Betrieb der Hochdruckentladungslampe erzielt. Auch in diesem Fall erfolgt die Stabilisierung der Entladung durch die Zündvor- richtung. Die Regelung der Lampenleistung erfolgt dabei wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel durch das Verändern der Betriebsfrequenz bzw. der Frequenz des Lampenstromes welche vom Vorschaltgerät 101 bereitgestellt wird. Nach der Zündung, und damit zu Beginn des Anlaufes der Lampe zunächst die 3-fache Nennleistung zugeführt. Innerhalb weniger Sekunden wird die zugeführte Leistung kontinuierlich bis auf die Nennleistung reduziert, was durch die Erhöhung der Betriebsfrequenz ausgehend von etwa 1,4 MHz auf 1,85 MHz erfolgt.
In Figur 8 ist die Schaltskizze eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung mit angeschlossener Hochdruckentladungslampe 100' dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass zwi- sehen dem außen liegende Anschluss 107 des ersten elektrischen Leiter des Spiral-Line-Puls-Generators 104 und der Zündhilfselektrode 112' der Kondensator 800 geschaltet ist. In den Figuren 2 und 8 werden daher für identische Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kon- densator 800 unterbindet eine Diffusion von Metallionen aus dem Entladungsmedium zur Entladungsgefäßwand. Insbesondere verhindert der Kondensator bei Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampen die Diffusion von Natriumionen zur Entladungsgefäßwand und trägt somit zur Reduktion des Natriumverlusts in dem Entladungsmedium bei. Diese Funktion des Kondensators 800 ist bei allen Lampen mit Zündhilfselektrode, insbesondere solcher mit kapazitiv oder galvanisch angekoppelter Zündhilfselektrode, wirksam, unabhängig davon, dass in der Figur 8 eine Lampe mit kapazitiv angekoppelter Zündhilfselektrode dargestellt ist. Die Funktionsweise der Zündvorrichtung und des Spiral-Line-Puls-Generators 104 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist, abgesehen von dem Kondensator 800, identisch zu der Funktionsweise des oben beschriebe- nen zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung .
Der Spiral-Line-Puls-Generators 104 und der Kompensationskondensator 400 gemäß der in Figur 4 abgebildeten Zündvorrichtung können vorteilhaft als gemeinsames Bau- teil 500 ausgebildet sein. Ebenso können der Spiral-Line- Puls-Generators 104 und der Kondensator 800 gemäß der in Figur 8 abgebildeten Zündvorrichtung vorteilhaft als gemeinsames Bauteil ausgebildet sein. Im Folgenden soll jedoch der erstgenannte Fall näher erläutert werden. In Fi- gur 5 ist schematisch eine Schaltskizze des Keramikbauteils 500 dargestellt, das sowohl den Spiral-Line-Puls- Generators 501 als auch den Kompensationskondensator 502 enthält. Der Spiral-Line-Puls-Generator 501 ist hier zur Vereinfachung der Schaltskizze nicht als Spirale darge- stellt. Die im Keramik-Dielektrikum eingeschlossenen elektrischen Leiter 503, 504, 505 bilden sowohl den Spiral-Line-Puls-Generator 501 als auch den Kompensationskondensator 502. Die Anschlüsse 506, 507 bilden die innen liegenden Anschlüsse des Spiral-Line-Puls-Generators 501, die in den Ladestromkreis der Zündvorrichtung für den Spiral-Line-Puls-Generator 501 geschaltet sind. Der elektrische Leiter 503 gehört sowohl zum Spiral-Line- Puls-Generator 501 als auch zum Kompensationskondensator 502. Die im Spiral-Line-Puls-Generator 501 und im Kompen- sationskondensator 502 verlaufenden Abschnitte des elektrischen Leiters 503 sind über ein so genanntes Via 5061 elektrisch leitend miteinander verbunden. Der Anschluss 508 des Kompensationskondensators 502 bildet den Hochspannungsausgang des Keramikbauteils 500, der an die Elektrode 110 bzw. an die Zündhilfselektrode 113' der Hochdruckentladungslampe 100 bzw. 100' angeschlossen ist.
In der Figur 6 ist ein Querschnitt durch das Keramikbauteil 500 schematisch dargestellt. Im Unterschied zur Figur 5 ist in Figur 6 auch die Spiralform schematisch dar- gestellt. Außerdem sind in Figur 6 neben den elektrischen Leitern 503, 504, 505 die als Dielektrikum wirkenden Keramikschichten 509, 510 und das Via 5061 dargestellt. Die dielektrischen Keramikschichten 509, 510 und die elektrischen Leiter 503, 504, 505 bilden eine Sandwich-Struktur wie in Figur 7 dargestellt, die spiralförmig gewunden ist. Die Keramikschichten 509, 510 bestehen aus einer LTCC-Keramik und die elektrischen Leiter 503, 504, 505 sowie das Via 5061 bestehen aus Silber. Das Via 5061 ist ein mit Silber gefüllter Durchbruch im Keramikdielektri- kum. Anstelle eines Vias kann auch eine anderweitige Verbindung der entsprechenden Stellen, innerhalb der beiden zu einem Wickel aufgerollten und entsprechend metallisierten dielektrischen Keramikschichten, erfolgen. Die spiralförmig gebogenen elektrischen Leiter 503, 504, 505 sind in Figur 6 mit durchgezogenen Strichen gezeichnet. Die spiralförmig verlaufenden, gestrichelten Linien in Figur 6 zeigen Bereiche, in denen kein metallischer Leiter zwischen den Keramikschichten 509, 510 angeordnet ist. In der schematischen Darstellung der Figur 6 sind der Übersichtlichkeit halber nur wenige Windungen der Spirale des Spiral-Line-Puls-Generators 501 und des als Wickelkondensator ausgeführten Kompensationskondensators 502 abgebildet.
In Figur 9 ist die Schaltskizze des zehnten Ausführungs- beispiels dargestellt, welches eine kompakte Anordnung des Gesamtsystems beschreibt, die neben der Gasentladungslampe und der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung auch das elektronische Betriebsgerät inklusive der Steuereinheit umfasst. Dieses zehnte Ausführungsbeispiel ist mit dem in Figur 4 identisch, allerdings wird zudem eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Vorschaltgerätes 101 offenbart. In den Figuren 4 und 9 werden daher für identische Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet. Das zehnte Ausführungsbeispiel benutzt die gleiche Hoch- druckentladungslampe 100 mit keramischem Entladungsgefäß und einer Nennleistung von 20W wie im siebten Ausführungsbeispiel. Das elektronische Betriebsgerät wird an den beiden Eingangsklemmen 960 und 961 mit einer Netzspannung von 230 V und 50 Hz gespeist. Die Netzspannung wird mittels der durch die Dioden 950, 951, 952 und 953 gleichgerichtet und lädt den Zwischenkreiskondensator 940 auf. Aus diesem wird über eine Halbbrückenschaltung die Lampe 100 betrieben. Die Halbbrückenschaltung besteht aus den beiden komplementär angesteuerten MOS-Schalt- transistoren 910 und 920 über deren Drain-Source-Strecken jeweils ein Kondensator 911 bzw. 921 geschaltet ist. Mittels der Kondensatoren 911 und 921 ist ein schalterentlastetes Schalten (ZVS) der Transistoren möglich. Für die beiden Transistoren 910 und 920 können anstelle von zwei gleichartigen MOSFETs auch zwei komplementäre Typen, als Feldeffekt- oder Bipolar-Transistoren realisiert, verwendet werden. Der Halbbrückenmittelpunkt ist mit der 12 Mikrohenry großen Drossel 901 verbunden. Diese ist in Reihe zum Zündkondensator 900, mit einem Wert von 39 Pi- kofarad, und zum Anschluss 105 des Spiral-Line-Puls- Generators 104 geschaltet. Die Drossel 901 bildet während der Zündung zusammen mit dem Kondensator 900 einen Reihenschwingkreis, welcher eine hohe Wechselspannung erzeugt, die durch die Diode 108 zum Aufladen des Spiral- Line-Puls-Generator 104 genutzt wird. Währen der Zündung werden die Schalttransistoren der Halbbrücke mit einer Frequenz nahe der stationären Betriebsfrequenz von 2,45 MHz angesteuert. Das der Drossel 901 zugeführte Halbbrückensignal ist oberschwingungshaltig, so dass die die An- regung des Resonanzkreises der 3-fachen Betriebsfrequenz erfolgt. Die Zündung erfolgt mittels des Spiral-Line- Puls-Generators 104, der durch eine Reihenschaltung einer Induktivität von 40 Mikrohenry und einem ohmschen Widerstand von 6 Ohm repräsentiert wird. Nach der Zündung wird die Lampe über den Kompensationskondensator 400 mit einer Größe von 150 Pikofarad betrieben, der zudem einen Gleichstrom durch die Hochdruckentladungslampe 100 verhindert. Die Regelung der Lampenleistung nach der Zündung erfolgt durch Variation der Schaltfrequenz der beiden Schalttransistoren 910 und 920 durch die Steuereinheit 930. Im stationären Zustand werden die beiden Schalttran- sistoren mit einer Frequenz von 2,45 MHz angesteuert. Zur Regelung und Überwachung kann die Steuereinheit mittels der gestrichelt gezeichneten elektrischen Verbindungen und Bauelementen Informationen aus dem Betriebsgerät so- wie über die Lampe erhalten: Die Zwischenkreisspannung kann mittels des Spannungsteilers aus den beiden Widerständen 930 und 931 erfasst werden. Die Erweiterung der Drossel 901 zu einem Transformator mittels der Wicklung 902 liefert weitere Informationen. Hierdurch ist unter anderem auch ein freischwingender bzw. selbstschwingender Betrieb der Halbbrückenschaltung möglich. Durch den Shunt-Widerstand 903 kann zudem der Lampenstrom erfasst werden. Der Zündkondensator 900, der Spiral-Line-Puls- Generators 104 und der Kompensationskondensator 400 sind als ein gemeinsames keramisches Bauteil ausgebildet. Bei dieser Ausführung wird somit ein Teil des Vorschaltgerä- tes, nämlich der Zündkondensator 900, durch das in der Zündvorrichtung verwendete Keramikbauteil bereitgestellt. Diese Ausbildung erfolgt analog zu der oben bereits be- schriebenen und in den Figuren 5 und 6 dargestellten Art und Weise. Das keramische Bauelement besitzt die Anschlüsse 109', 105, 106, 107 und 108'. Die innen liegenden Anschlüsse werden dabei seitlich aus dem Wickel herausgeführt. Die Verbindung von eingeschlossenen elektri- sehen Leitern kann über Vias im Wickel oder aber über die seitlich herausgeführten Anschlüsse der elektrischen Leiter erfolgen.
Neben den beschriebenen Ausführungsformen, ist auch eine
Ausführung des Zündkondensators (900) und des Spiral- Line-Puls-Generators (104) in einem keramischen Bauele- ment ist möglich. Ebenso ist eine Ausführung des Zündkondensators (900), des Spiral-Line-Puls-Generators (104) sowie des Kondensators (800) in Reihe zu einer Hilfs- elektrode bei einer Lampe mit Hilfselektrode möglich.
Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung ist vorzugsweise im Sockel einer Hochdruckentladungslampe, beispielsweise einer Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer vorgesehen ist, untergebracht. Eine derartige Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampe für die Zündvorrichtungen gemäß den Figuren 1, 3 und 4 ist zum Beispiel in der EP 0 975 007 Al offenbart und eine derartige Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit Zündhilfselektrode für die Zündvorrichtung gemäß Figur 2 und 8 ist bei- spielsweise in der WO 98/18297 Al beschrieben. Der Innendurchmesser des Spiral-Line-Puls-Generators 104 bzw. 501 ist vorzugsweise größer als der Außendurchmesser des Entladungsgefäßes oder des Außenkolbens der in den vorgenannten Offenlegungsschriften offenbarten Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampen . Dadurch ist eine Platz sparende Anordnung des Spiral-Line-Puls-Generators 104 im Sockel dieser Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampen möglich, und zwar so, dass der Spiral- Line-Puls-Generator 104 den in den Lampensockel hineinra- genden Endabschnitt des Außenkolbens oder bzw. und des Entladungsgefäßes ringförmig umschließt. Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung ist besonders vorteilhaft für einen Hochfrequenzbetrieb dieser Halogen-Metalldampf- Hochdruckentladungslampen verwendbar . Ferner kann die erfindungsgemäße Zündvorrichtung vorzugsweise im Außenkolben einer Hochdruckentladungslampe, beispielsweise einer Halogen-Metalldampf- oder einer Natrium-Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle der AIl- gemeinbeleuchtung dient, untergebracht sein.

Claims

Ansprüche
1. Zündvorrichtung für eine Entladungslampe (100) mit einem Spiral-Line-Puls-Generator (104) und einem Ladestromkreis zum Aufladen des Spiral-Line-Puls- Generators, dadurch gekennzeichnet, dass im Lade- Stromkreis Mittel (108) zum Gleichrichten des Ladestroms angeordnet sind.
2. Zündvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mittel zum Gleichrichten des Ladestroms mindestens eine Diode (108) umfassen.
3. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Mittel zum Gleichrichten des Ladestroms eine Spannungsvervielfachungsschaltung (308, 310, 311) umfassen.
4. Zündvorrichtung nach einem oder mehreren der An- sprüche 1 bis 3, wobei in Serie zum Hochspannungsausgang (107) des Spiral-Line-Puls-Generators oder in Serie zum Eingang (105) des Spiral-Line-Puls- Generators mindestens ein Kondensator (400, 800, 900) geschaltet ist.
5. Zündvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Kondensator (502, 900) und der Spiral- Line-Puls-Generator (501) als gemeinsames Bauteil (500) ausgebildet sind.
6. Zündvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Bauteil als keramisches Bauteil (500) ausgebildet ist.
7. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Schaltmittel (112) zum Kurzschließen der im Ladekreis angeordneten Kontakte (105, 106) des Spiral-Line-Puls-Generators (104) bzw. zum Entladen des Spiral-Line-Puls-Generators (104) vorgesehen ist .
8. Zündvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Schaltmittel als Schwellwertschalter (104) ausgebildet ist .
9. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Impedanz des Spiral-Line-Puls-Generators (101) bei der Betriebsfrequenz einen Wert von größer oder gleich dem 0,25-fachen des Wertes der Lampenimpedanz aufweist .
10. Entladungslampe mit einem Lampensockel und einer im Lampensockel angeordneten Zündvorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9.
11. Entladungslampe nach Anspruch 10, wobei die Entladungslampe ein Lampengefäß mit einem in den Lampen- sockel hineinragenden Lampengefäßabschnitt aufweist und der Spiral-Line-Puls-Generator als Bauteil ausgebildet ist, das den Lampengefäßabschnitt umschließt .
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