WO2013083357A1 - Schaltungsanordnung zum zünden und betrieb einer entladungslampe - Google Patents

Schaltungsanordnung zum zünden und betrieb einer entladungslampe Download PDF

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WO2013083357A1
WO2013083357A1 PCT/EP2012/072355 EP2012072355W WO2013083357A1 WO 2013083357 A1 WO2013083357 A1 WO 2013083357A1 EP 2012072355 W EP2012072355 W EP 2012072355W WO 2013083357 A1 WO2013083357 A1 WO 2013083357A1
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Michael Boenigk
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Osram GmbH
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Osram GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/02—Details
    • H05B41/04—Starting switches
    • H05B41/042—Starting switches using semiconductor devices

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for igniting and operating a discharge lamp according to the preamble of claim 1.
  • Document DE 199 09 530 discloses a circuit arrangement for igniting a discharge lamp.
  • a firing capacitor is arranged in series with the discharge lamp, which simultaneously serves as a coupling capacitor or as a symmetry capacitor.
  • the ignition capacitor is charged by a high voltage cascade.
  • the ignition capacitor must have a very high withstand voltage of, for example, greater than 10 kilovolts and a very high minimum capacity with a corresponding current load. Thus, expensive and large capacitors are necessary as ignition capacitors. In addition, in practice capacitors with such a high dielectric strength are only available as expensive custom-made products.
  • DE 199 09 530 describes a charging resistor. stood used. At the charging resistor, the entire high voltage drops at the corresponding charging current at the beginning of the charging process. As a result, the charging resistor must also have a high dielectric strength. Thus, a large and expensive resistor is required.
  • the invention proposes that at least one of the capacitors of the high-voltage cascade is connected in series with the load circuit and that at least one capacitor of the high-voltage cascade provides at least a portion of a voltage required to ignite the discharge lamp.
  • the principle of the invention thus consists essentially in simultaneously using at least one of the capacitors already present in the high-voltage cascade as coupling capacitors or symmetry capacitors of the load circuit. This reduces the number of required capacitors. Since a high-voltage cascade has more than one capacitor, several of the capacitors of the high-voltage cascade can simultaneously serve as coupling capacitors. By dividing the capacitors, the required dielectric strength, the required minimum capacitance and thus also the size of the respective coupling capacitors can be reduced.
  • the load circuit of the circuit arrangement according to the invention on a lamp inductor, which is designed as part of an autotransformer.
  • the voltage at the autotransformer is a supply voltage change for the high voltage cascade. As a result, an alternating voltage which is provided to the high-voltage cascade can be increased in a simple manner.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • Figure 2 is a diagram of a time course of a
  • Figure 3 is a schematic representation of a second
  • Figure 4 is a schematic representation of a third
  • Figure 5 is a schematic representation of a fourth
  • FIG. 6 is a schematic representation of a fifth embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 7 is a graph showing waveforms of voltages in the circuit arrangement according to the fifth embodiment immediately after the ignition;
  • FIG. 8 shows a diagram with curves of voltages in the circuit arrangement according to the fifth embodiment in the steady state.
  • the converter 20a designed as a well-known single-ended converter.
  • the single-ended converter 20a has a transistor 21a, a capacitor 22a and a transformer 23.
  • the transistor 21a is formed as a MOSFET and includes a so-called body diode.
  • the source of the transistor 21a is connected to a ground terminal 24, the gate is connected to the controller 50a, and the drain is connected to a first terminal of a primary side of the transformer 23.
  • the capacitor 22a is connected in parallel with the transistor 21a to its source and drain.
  • a second terminal of the primary side of the transformer 23 provides the supply terminal 25.
  • the single-ended converter 20a is operated in a generally known manner.
  • the single-ended converter 20 converts a DC voltage of, for example, 12 volts, 24 volts or 48 volts present at the terminals 24 and 25 into an alternating voltage of, for example, 500 volts and 500 kilohertz.
  • the generated AC voltage is applied to a secondary side of the transformer 23 to the load circuit terminals 31 and 32 and is thus provided to the load circuit 30.
  • the load circuit 30 coupled to the converter 20a has a lamp inductor 33, coupling capacitors 44 and 46, a first lamp terminal 34 and a second lamp terminal 35, the high-pressure discharge lamp 36 connected to the lamp terminals 34 and 35 and a resonance capacitor 37.
  • the lamp inductor 30, the coupling capacitors 44 and 46 and the high pressure discharge lamp 36 are connected in series in this order.
  • the resonance capacitor 37 is connected in parallel with the lamp inductor 33 and the load circuit terminals 31 and 32.
  • the high voltage cascade 40 serves as an ignition device for the high pressure discharge lamp 36 and generates for this purpose an alternating voltage a required high-voltage DC voltage.
  • the high voltage cascade 40 is a well known high voltage cascade.
  • the high voltage cascade 40 has diodes 41, 42 and 43 and a decoupling capacitor 49.
  • the function of the decoupling capacitor 49 will be explained later.
  • the high-voltage cascade 40 has a capacitor 45 and the two capacitors or coupling capacitors 44 and 46, which shares the high-voltage cascade 40 with the load circuit 30.
  • a first cascade connection 47 and a second cascade connection 48 the high-voltage cascade 40 is supplied with the alternating voltage.
  • the high voltage cascade 40 is connected in the manner of the well-known high-voltage cascade.
  • the high voltage cascade 40 is exemplified as a one-stage high voltage cascade 40.
  • the high-voltage cascade 40 in FIG. 1 is designed as follows.
  • the second cascade connection 48 is connected to a first connection of the capacitor or coupling capacitor 44.
  • a second terminal of the capacitor 44 is connected to a cathode of the diode 43 and an anode of the diode 42.
  • the second terminal of the capacitor 44 is connected to a first terminal of the capacitor 46.
  • a second terminal of the capacitor 46 is connected to a cathode of the diode 41.
  • An anode of the diode 41 is connected to a cathode of the diode 42 and to a first terminal of the capacitor 45.
  • a second terminal of the capacitor 45 is connected to a first terminal of the decoupling capacitor 49 and to the first cascade terminal 47 connected.
  • a second terminal of the decoupling capacitor 49 is connected to an anode of the diode 43.
  • the high-voltage cascade 40 is supplied via an autotransformer 61 with the AC voltage.
  • the lamp inductor 33 provides a primary winding of the autotransformer 61.
  • a first terminal of the lamp inductor 33 is connected to the first load circuit terminal 31 and to a first terminal of a secondary winding of the autotransformer 61.
  • a second terminal of the lamp inductor is connected to the second terminal of the capacitor 44.
  • a second terminal of the secondary-side winding of the autotransformer 61 is connected to the first cascade terminal 47 of the high-voltage cascade 40a.
  • the autotransformer serves to increase an AC voltage applied to the lamp inductor 33, and to double it in the concrete case of the embodiment.
  • FIG. 4 shows a third exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • the third embodiment differs from the first two embodiments in that instead of the converter 20a or 20b, a converter 20c is provided, which is designed as a well-known push-pull converter.
  • the push-pull converter 20c has, instead of the transformer 23, a center-tapped transformer 23c at its primary side. The center tap is connected to the supply terminal 25.
  • the push-pull converter has a first transistor 21c and a second transistor 26c.
  • the two transistors 21c and 26c are of the same type as the transistors 21a, 21b and 26b of the previous embodiments.
  • the two outputs of the control device 50b are connected to the gate of the first transistor 21c and to the gate of the second transistor 26c, respectively.
  • the source of the first transistor is connected to the ground terminal 24.
  • the drain of the first transistor 21c is connected to the source of the second transistor 26c.
  • the resonant capacitor 37 in the load circuit 30 of the third exemplary embodiment is connected in a manner analogous to the first exemplary embodiment.
  • FIG. 5 shows a fourth exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention.
  • the same reference numerals are used and an explanation thereof is omitted for the sake of simplicity.
  • the high voltage cascade 40 is charged directly.
  • a load circuit 30d is provided, in which instead of the power transformer 61 only the lamp inductor 33 is provided and the cascade connection 47 is connected directly to the first load circuit connection 31.
  • the operation of the fourth embodiment is substantially identical to the operation of the previous embodiments.
  • the voltage shown in Figure 2 U36 also results for the fourth embodiment example.
  • the capacitor 66 is connected in series with the coupling capacitors 44 and 46, so that it is connected with a first terminal to the first lamp terminal 34 and provides a third coupling capacitor.
  • the capacitor 66 is further connected with a second terminal to the anode of the diode 64 and the first terminal connected to the cathode of the diode 65.
  • the cathode of the diode 64 is connected to the anode of the diode 65.
  • the operation of the fifth embodiment is substantially identical to the operation of the previous embodiments. Only the AC voltage required for the high voltage cascade 40c is provided by the additional flyback converter 70, which is controlled accordingly by the controller 50c.
  • a lamp voltage U36 or a lamp current is again symmetrical.
  • a voltage U44 which is applied to the coupling capacitor 44, has the opposite voltage to the sum of U46 and U66, so that the second Kirchhoff law is fulfilled.
  • the decoupling capacitor 49 or the decoupling resistor 62 can always be used in the above exemplary embodiments. It is essential here that an impedance in the cascade is provided by the decoupling capacitor 49 or the decoupling resistor 62, which causes an asymmetry in the cascade, in particular after the discharge lamp has been ignited. As a result of this asymmetry, the remaining diodes of the high-voltage cascade are biased such that they no longer allow a current of the supply alternating voltage to pass in their forward direction. For this, the impedance must be dimensioned accordingly.

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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

Eine Schaltungsanordnung zum Zünden und zum Betrieb einer Entladungslampe (36), mit einem Lastkreis (30, 30d, 30e), in dem die Entladungslampe (36) angeordnet ist, und einer Hochspannungskaskade (40, 40b, 40c) mit mehreren Kondensatoren (44, 45, 46, 63, 66) wird bereitgestellt. Mindestens einer der Kondensatoren (44, 46, 66) der Hochspannungskaskade (40, 40b, 40c) ist in Reihenschaltung mit der Entladungslampe (36) verbunden und stellt mindestens einen Teil einer zum Zünden der Entladungslampe (36) erforderlichen Spannung bereit.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung zum Zünden und Betrieb einer Entladungslampe
Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Zünden und zum Betrieb einer Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Dokument DE 199 09 530 offenbart eine Schaltungsanordnung zum Zünden einer Entladungslampe . Hierfür ist in Reihe zur Entladungslampe ein Zündkondensator angeordnet, der gleichzeitig als Koppelkondensator beziehungsweise als Symmetriekondensator dient. Der Zündkondensator wird von einer Hochspannungskaskade aufgeladen.
Der Zündkondensator muß bei entsprechender Strombelastung eine sehr hohe Spannungsfestigkeit von beispielsweise größer als 10 Kilovolt und eine sehr hohe Mindestkapazität aufweisen. Somit sind als Zündkondensatoren teuere und große Kondensatoren notwendig. Hinzu kommt, daß in der Praxis Kondensatoren mit einer derart hohen Spannungsfestigkeit nur als teure Spezialanfertigungen verfügbar sind.
Ferner weist die Hochspannungskaskade der Schaltungsanordnung der DE 199 09 530 zusätzliche Kondensatoren auf, die ähnlich spannungsfest sein müssen wie der Zündkondensator .
Für die Verbindung zwischen Hochspannungskaskade und Zündkondensator wird in der DE 199 09 530 ein Ladewider- stand verwendet. Am Ladewiderstand fällt zu Beginn des Ladevorgangs die gesamte Hochspannung bei entsprechendem Ladestrom ab. Dadurch muß der Ladewiderstand ebenso eine hohe Spannungsfestigkeit aufweisen. Somit ist ein großer und teurer Widerstand erforderlich.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Zünden und zum Betrieb einer Entladungslampe bereitzustellen, deren Anzahl der Bauteile, deren Größe und deren Kosten reduziert sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Schaltungsanordnung gemäß dem Anspruch 1.
Die Erfindung schlägt demnach vor, daß mindestens einer der Kondensatoren der Hochspannungskaskade in Reihenschaltung mit dem Lastkreis verbunden ist und der mindes- tens eine Kondensator der Hochspannungskaskade mindestens einen Teil einer zum Zünden der Entladungslampe erforderlichen Spannung bereitstellt.
Das Prinzip der Erfindung besteht somit im Wesentlichen darin, mindestens einen der in der Hochspannungskaskade bereits vorhandenen Kondensatoren gleichzeitig als Koppel- beziehungsweise Symmetriekondensatoren des Lastkreises zu verwenden. Dadurch wird die Zahl der nötigen Kondensatoren verringert . Da eine Hochspannungskaskade mehr als einen Kondensator aufweist, können mehrere der Kon- densatoren der Hochspannungskaskade gleichzeitig als Koppelkondensatoren dienen. Durch Teilen der Kondensatoren können die erforderliche Spannungsfestigkeit, die erforderliche Mindestkapazität und somit auch die Größe der jeweiligen Koppelkondensatoren geringer werden. Bevorzugt weist der Lastkreis der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Lampendrossel auf, die als Teil eines Spartransformators ausgebildet ist. Die Spannung am Spartransformator ist eine VersorgungswechselSpannung für die Hochspannungskaskade. Dadurch kann eine Wechselspannung, die der Hochspannungskaskade bereit gestellt wird, auf einfache Art erhöht werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen näher erläutert.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ;
Figur 2 ein Diagramm eines zeitlichen Verlaufs einer
Spannung an einer Hochdruckentladungslampe vor dem Zünden;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ;
Figur 4 eine schematische Darstellung eines dritten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ; Figur 5 eine schematische Darstellung eines vierten
Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ; Figur 6 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ;
Figur 7 ein Diagramm mit Verläufen von Spannungen in der Schaltungsanordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel unmittelbar nach dem Zünden;
Figur 8 ein Diagramm mit Verläufen von Spannungen in der Schaltungsanordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel im eingeschwungenen Zustand.
Bevorzugte Ausführungen der Erfindung Figur 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Zünden und für den Betrieb einer Hochdruckentladungslampe 36. Die Schaltungsanordnung weist einen Wandler 20a auf, der durch eine Steuereinrichtung 50a gesteuert wird. Der Wandler 20a ist mittels eines ersten Lastkreisanschlusses 31 und eines zweiten Lastkreisanschlusses 32 mit einen Lastkreis 30 gekoppelt. Der Lastkreis 30 ist auf später beschriebene Weise mit einer Hochspannungskaskade 40 gekoppelt .
An einem Masseanschluss 24 und einem Versorgungsanschluss 25 des Wandlers 20a liegt eine Gleichspannung an. Aus dieser Gleichspannung erzeugt der Wandler 20a eine hochfrequente WechselSpannung . Die Frequenz der Wechsel - Spannung wird durch Schaltsignale der Steuereinrichtung 50a gesteuert. Die erzeugte WechselSpannung liegt dann an den Lastkreisanschlüssen 31 und 32 an. In anderen Worten ist ein Wechselspannungsausgang des Wandlers 20a mit dem Lastkreis 30 verbunden. In Figur 1 ist der Wandler 20a als ein allgemein bekannter Eintaktwandler ausgebildet. Der Eintaktwandler 20a weist einen Transistor 21a, einen Kondensator 22a und einen Transformator 23 auf. Der Transistor 21a ist als MOSFET ausgebildet und beinhaltet eine sogenannte Body-Diode. Die Source des Transistors 21a ist mit einem Masseanschluss 24 verbunden, das Gate ist mit der Steuereinrichtung 50a verbunden und der Drain ist mit einem ersten Anschluss einer Primärseite des Transformators 23 verbunden. Der Kondensator 22a ist parallel zum Transistor 21a mit dessen Source und Drain verbunden. Ein zweiter Anschluss der Primärseite des Transformators 23 stellt den Versorgungsanschluss 25 bereit. Der Eintaktwandler 20a wird nach allgemein bekannter Art betrieben. Der Eintaktwandler 20 wandelt eine an den Anschlüssen 24 und 25 anliegende Gleichspannung von beispielsweise 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt in eine WechselSpannung von beispielsweise 500 Volt und 500 Kilohertz. Die erzeugte WechselSpannung liegt an einer Sekundärseite des Transformators 23 an den Lastkreisanschlüssen 31 und 32 an und wird somit dem Lastkreis 30 bereitgestellt.
Der an den Wandler 20a gekoppelte Lastkreis 30 weist eine Lampendrossel 33, Koppelkondensatoren 44 und 46, einen ersten Lampenanschluss 34 und einen zweiten Lampenan- schluss 35, die an die Lampenanschlüsse 34 und 35 ange- schlossene Hochdruckentladungslampe 36 und einen Resonanzkondensator 37 auf. Die Lampendrossel 30, die Koppel - kondensatoren 44 und 46 und die Hochdruckentladungslampe 36 sind in dieser Reihenfolge in Serie geschaltet. Der Resonanzkondensator 37 ist parallel zur Lampendrossel 33 und den Lastkreisanschlüssen 31 und 32 geschaltet.
Die Hochspannungskaskade 40 dient als Zündvorrichtung für die Hochdruckentladungslampe 36 und erzeugt hierfür aus einer WechselSpannung eine erforderliche Hochvolt- Gleichspannung .
Die Hochspannungskaskade 40 ist eine allgemein bekannte Hochspannungskaskade. Die Hochspannungskaskade 40 weist Dioden 41, 42 und 43 und einen Entkoppelkondensator 49 auf. Die Funktion des Entkoppelkondensators 49 wird später erläutert. Ferner weist die Hochspannungskaskade 40 einen Kondensator 45 und die zwei Kondensatoren beziehungsweise Koppelkondensatoren 44 und 46 auf, die sich die Hochspannungskaskade 40 mit dem Lastkreis 30 teilt. Mittels eines ersten Kaskadenanschlusses 47 und eines zweiten Kaskadenanschlusses 48 wird die Hochspannungskaskade 40 mit der WechselSpannung versorgt.
Die Hochspannungskaskade 40 ist nach Art der allgemein bekannten Hochspannungskaskade verschaltet. In Figur 1 ist die Hochspannungskaskade 40 beispielhaft als eineinhalbstufige Hochspannungskaskade 40 dargestellt. Konkret ist die Hochspannungskaskade 40 in Figur 1 folgendermaßen ausgebildet. Der zweite Kaskadenanschluss 48 ist mit ei- nem ersten Anschluss des Kondensators beziehungsweise Koppelkondensators 44 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Kondensators 44 ist mit einer Kathode der Diode 43 und einer Anode der Diode 42 verbunden. Ferner ist der zweite Anschluss des Kondensators 44 mit einem ersten An- schluss des Kondensators 46 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Kondensators 46 ist mit einer Kathode der Diode 41 verbunden. Eine Anode der Diode 41 ist mit einer Kathode der Diode 42 und mit einem ersten Anschluss des Kondensators 45 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Kon- densators 45 ist mit einem ersten Anschluss des Entkoppelkondensators 49 und mit dem ersten Kaskadenanschluss 47 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Entkoppelkondensators 49 ist mit einer Anode der Diode 43 verbunden.
Die Hochspannungskaskade 40 wird über einen Spartransformator 61 mit der WechselSpannung versorgt. Hierbei stellt die Lampendrossel 33 eine Primärwicklung des Spartransformators 61 bereit. Ein erster Anschluss der Lampendrossel 33 ist mit dem ersten Lastkreisanschluss 31 und mit einem ersten Anschluss einer Sekundärwicklung des Spartransformators 61 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Lampendrossel ist mit dem zweiten Anschluss des Kondensators 44 verbunden. Ein zweiter Anschluss der sekundärsei - tigen Wicklung des Spartransformators 61 ist mit dem ersten Kaskadenanschluss 47 der Hochspannungskaskade 40a verbunden. Der Spartransformator dient dazu, eine Wech- selspannung, die an der Lampendrossel 33 anliegt, zu erhöhen, und im konkreten Fall des Ausführungsbeispiels zu verdoppeln .
Der Lastkreis 30 und die Hochspannungskaskade 40 sind derart miteinander verbunden, dass sie sich die Kondensa- toren beziehungsweise Koppelkondensatoren 44 und 46 teilen. D.h. die Kondensatoren 44 und 46 sind sowohl Teil des Lastkreises 30 als auch der Hochspannungskaskade 40. Konkret sind der zweite Anschluss des Kondensators 46 und die Kathode der Diode 41 mit dem ersten Lampenanschluss 34 verbunden. Weiterhin sind die Anode der Diode 42 und die Kathode der Diode 43 mit dem zweiten Anschluss des Kondensators 44 verbunden.
Nachfolgend wird der Betrieb der Schaltungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels beim Zündvorgang der Hochdruckentladungslampe 36 und bei deren Übernahme anhand von Figur 1 und Figur 2 erläutert . Der Wandler 20a wird durch entsprechende Schaltsignale der Steuereinrichtung 50a so betrieben, dass er eine WechselSpannung mit einer Frequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz des durch die Lampendrossel 33 und den Reso- nanzkondensator 37 gebildeten Resonanzkreises erzeugt. Diese WechselSpannung wird dem Lastkreis 30 mittels der Wechselspannungsanschlüsse 31 und 32 bereitgestellt.
Durch die Spannung über der Lampendrossel 33, die durch den Spartransformator 61 verstärkt wird, werden die Hoch- spannungskaskade 40 und somit die Koppelkondensatoren 44 und 46 geladen. Während der Zündphase dienen die Koppel - kondensatoren 44 und 46 als Hochvolt-
Gleichspannungsquelle beziehungsweise als Zündkondensatoren. Die Gleichspannungen an den Kondensatoren 44 und 46 addieren sich zu der am Resonanzkondensator 37 anliegenden WechselSpannung und ergeben eine für das Zünden der Hochdruckentladungslampe 36 erforderliche Spannung U36, deren zeitlicher Verlauf in dem Diagramm in Figur 2 dargestellt ist. Die Spannung U36 liegt während des Zündens an den Lampenanschlüssen 34 und 35 an. Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung U36 in einem Zeitbereich von 0 bis 16 Millisekunden, der linear an der horizontalen Achse des Diagramms aufgetragen ist, und in einem Spannungsbereich von -5 Kilovolt bis 15 Kilovolt, der li- near an der vertikalen Achse aufgetragen ist.
Nach erfolgter Zündung der Hochdruckentladungslampe 36 dient die Spannung über dem Resonanzkondensator 37 als ÜbernahmeSpannung für die Hochdruckentladungslampe 36. Nach Übernahme der Lampe wird die Frequenz der Wechsel - Spannung von beispielsweise 4MHz durch entsprechenden Betrieb der Steuereinrichtung 50a auf eine geeignete Be- triebsfrequenz der Hochdruckentladungslampe 36 von beispielsweise 2 MHz erniedrigt.
Vorstehende Erläuterung bezüglich des Betriebs des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsan- Ordnung gilt im Wesentlichen auch für die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Im Gegensatz zum in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel in Figur 3 statt dem Wandler 20a ein Wandler 20b vorgesehen, der als ein allgemein bekannter Brückenwandler ausgebildet ist. Ferner ist der Resonanzkondensator 37 parallel zur Hochdruckentladungs- lampe 36 angeordnet. Anstatt der Hochspannungskaskade 40 ist eine Hochspannungskaskade 40b vorgesehen, die statt dem Entkoppelkondensator 49 einen Entkoppelwiderstand 62 aufweist. Anstelle der Steuereinrichtung 50a ist eine Steuereinrichtung 50b vorgesehen, die im Gegensatz zur Steuereinrichtung 50a zwei Ausgänge aufweist. Für mit dem ersten Ausführungsbeispiel identische Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet und eine Erläuterung derselben wird der Einfachheit halber vernachlässigt. Der Brückenwandler 20b weist einen ersten Transistor 21b und einen zweiten Transistor 26b, einen Kondensator 22b und den Transformator 23 auf. Die beiden Transistoren 21b und 26b sind vom gleichen Typ wie der Transistor 21a des ersten Ausführungsbeispiels. Die zwei Ausgänge der Steuereinrichtung 50b sind mit dem Gate des ersten Transistors 21b beziehungsweise mit dem Gate des zweiten Tran- sistors 26b verbunden. Der Kondensator 22b ist mit dem Masseanschluss 24 und mit dem ersten Anschluss der Primärseite des Transformators 23 verbunden. Der Drain des ersten Transistors 21b ist mit der Source des zweiten Transistors 26b und mit dem zweiten Anschluss der Primärseite des Transformators 23 verbunden. Der Drain des zweiten Transistors 26b ist mit dem Versorgungsanschluss 25 verbunden.
Der Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen identisch zu dem Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels. Die in Figur 2 dargestellte Spannung U36 ergibt sich ebenso für das zweite Ausführungsbeispiel. Lediglich der Betrieb des Brückenwandlers 20b unterscheidet sich auf allgemein bekannte Art von dem Betrieb des Eintaktwandlers 20a.
Figur 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Für zu den ersten bei- den Ausführungsbeispielen identische Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet und eine Erläuterung derselben wird der Einfachheit halber vernachlässigt. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den ersten beiden Ausführungsbeispielen darin, dass statt dem Wandler 20a beziehungsweise 20b ein Wandler 20c vorgesehen ist, der als ein allgemein bekannter Gegentaktwandler ausgebildet ist. Der Gegentaktwandler 20c weist statt dem Transformator 23 ein Transformator 23c mit Mittelanzapfung an seiner Primärseite auf. Die Mittelanzapfung ist mit dem Versorgungsanschluss 25 verbunden. Ferner weist der Gegentaktwandler einer ersten Transistor 21c und einen zweiten Transistor 26c auf. Die beiden Transistoren 21c und 26c sind vom gleichen Typ wie die Transistoren 21a, 21b und 26b der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die zwei Ausgänge der Steuereinrichtung 50b sind mit dem Gate des ersten Transistors 21c beziehungsweise mit dem Gate des zweiten Transistors 26c verbunden. Die Source des ersten Transistors ist mit dem Masseanschluss 24 verbunden. Der Drain des ersten Transistors 21c ist mit der Source des zweiten Transistors 26c verbunden. Der Resonanzkondensator 37 im Lastkreis 30 des dritten Ausfüh- rungsbeispiels ist analog zum ersten Ausführungsbeispiel verschaltet .
Der Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen identisch zu dem Betrieb der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die in Figur 2 dargestellte Span- nung U36 ergibt sich ebenso für das zweite Ausführungsbeispiel. Lediglich die Betrieb des Gegentaktwandlers 20c unterscheidet sich auf allgemein bekannte Art von dem Betrieb des Eintaktwandlers 20a und des Brückenwandlers 20b.
Figur 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Für zu den vorherigen Ausführungsbeispielen identische Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet und eine Erläuterung dersel- ben wird der Einfachheit halber vernachlässigt. Beim vierten Ausführungsbeispiel wird die Hochspannungskaskade 40 direkt geladen. Konkret ist ein Lastkreis 30d vorgesehen, in dem statt dem Spartrafo 61 nur die Lampendrossel 33 vorgesehen ist und der Kaskadenanschluss 47 direkt mit dem ersten Lastkreisanschluss 31 verbunden ist.
Der Betrieb des vierten Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen identisch zu dem Betrieb der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die in Figur 2 dargestellte Spannung U36 ergibt sich ebenso für das vierte Ausführungs- beispiel.
In Figur 6 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt. Für zu den vorherigen Ausführungsbeispielen identische Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet und eine Erläuterung derselben wird der Einfachheit halber vernachlässigt. Das fünfte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen in der Steuereinrichtung 50c, dem Lastkreis 30e und der Hochspannungskaskade 40c. Ferner weist das fünfte Ausführungsbeispiel einen Sperrwandler 70 auf.
Bei dem Sperrwandler 70 handelt es sich um einen allge- mein bekannten Sperrwandler, der gelegentlich auch als Fly-Back-Wandler bezeichnet wird. Die Steuereinrichtung 50c weist verglichen zur Steuereinrichtung 50b von Figur 4 einen weiteren, dritten Ausgang auf. Der Sperrwandler 70 weist einen Transistor 67 und einen Transformator 68 auf. Der Transistor 67 ist vom gleichen Typ wie der Transistor 21a des ersten Ausführungsbeispiels Der Transformator 68 ist mit seinem Gate mit dem dritten Ausgang der Steuereinrichtung 50c verbunden. Die Source des Transistors 67 ist mit dem Masseanschluss 24 verbunden und der Drain des Transistors 67 ist mit einem ersten Anschluss einer Primärseite des Transformators 68 verbunden. Ein zweiter Anschluss der Primärseite des Transformators 68 ist mit dem Versorgungsanschluss 25 verbunden. Ein erster Anschluss und ein zweiter Anschluss einer Sekundärseite des Transformators 68 sind mit dem ersten Kaskadenan- schluss 47 beziehungsweise dem zweiten Kaskadenanschluss 48 verbunden. Somit ist der Sperrwandler 70 mittels der Kaskadenanschlüsse 47 und 48 mit der Hochspannungskaskade 40c verbunden. Der Sperrwandler 70 wird von der Steuer- einrichtung 50c so gesteuert, dass er der Hochspannungskaskade die passende WechselSpannung bereitstellt. Die Hochspannungskaskade 40c ist im Gegensatz zu den Hochspannungskaskaden 40 und 40b der vorhergehenden Aus- führungsbeispiele eine zweieinhalbstufige Hochspannungs- kaskade . Die zusätzliche Stufe wird durch Kondensatoren 63 und 66 und Dioden 64 und 65 bereitgestellt. Die Kondensatoren 63 und 66 und die Dioden 64 und 65 sind nach Art einer allgemein bekannten Hochspannungskaskade verschaltet .
Hierzu wir der Kondensator 66 in Serie mit den Koppelkon- densatoren 44 und 46 verschaltet, so dass er mit einem ersten Anschluss mit dem ersten Lampenanschluss 34 verbunden ist und einen dritten Koppelkondensator bereitstellt. Der Kondensator 66 ist ferner mit einem zweiten Anschluss mit der Anode der Diode 64 und dem ersten An- schluss mit der Kathode der Diode 65 verbunden. Die Kathode der Diode 64 ist mit der Anode der Diode 65 verbunden .
Der Betrieb des fünften Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen identisch zu dem Betrieb der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Lediglich die für die Hochspannungskaskade 40c benötige WechselSpannung wird durch den zusätzlich Sperrwandler 70 bereitgestellt, der durch die Steuereinrichtung 50c entsprechend gesteuert wird.
Anhand des in Figur 6 dargestellten fünften Ausführungs- beispiels und den Figuren 7 und 8 wird anschließend der Betrieb der Schaltungsanordnung nach dem Zünden der Hochdruckentladungslampe 36 anhand des fünften Ausführungs- beispiels erläutert.
Figur 7 zeigt ein Diagramm mit Verläufen von Spannungen in der Schaltungsanordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel gleich nach dem Zünden. Figur 8 zeigt ein Diagramm mit Verläufen von Spannungen in der Schaltungsan- Ordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel im eingeschwungenen Zustand. In Figur 7 bildet die horizontale Achse einen Bereich von 0 bis 12 Mikrosekunden und die horizontale Achse einen Bereich von -200 Volt bis 150 Volt ab. In Figur 8 bildet die horizontale Achse einen Bereich von 0 bis 12 Mikrosekunden und die horizontale Achse einen Bereich von -300 Volt bis 200 Volt ab.
Vorab wird ein nicht dargestellter Fall erläutert, in dem der Entkoppelwiderstand 62 nicht vorgesehen ist. Hierbei ist die Anode der Diode 43 direkt mit dem zweiten An- schluss des Kondensators 45 verbunden. Nach dem Zünden wird hierbei der Kondensator 46 durch die Dioden 41 und 42 in deren Durchlassrichtung überbrückt, und der Kondensator 66 wird durch die Dioden 64 und 65 in deren Durch- lassrichtung überbrückt. Die Dioden 41, 42, 64 und 65 weisen eine gemeinsame Durchlassrichtung auf. Hierdurch werden die Kondensatoren 46 und 66 für eine Halbwelle des Lampenstroms kurzgeschlossen. Dies führt zu einem nachteiligen stark unsymmetrischen Lampenstrom.
In der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ist der Entkoppelwiderstand 62 vorgesehen. Durch den Entkoppelwiderstand 62, der für die Kaskade eine Unsymmetrie bewirkt, laden sich die Kondensatoren 46 und 66 nach dem Zünden gleichspannungsmäßig auf. Die Spannungen an den Kondensatoren 46 und 66 sind in den Figuren 7 und 8 als U46 beziehungsweise U66 abgebildet. Diese Spannungen der Kondensatoren 46 und 66 liegen über dem entsprechenden Diodenpaar 41 und 42 beziehungsweise 64 und 65 und spannen diese in Sperrrichtung vor. Da die Spannungen U46 und U66 größer als eine Spannung U37 am Resonanzkondensator 37 ist, die die treibende Spannung für die Lampe ist, kann nun keine der beiden Stromhalbwellen mehr über die Dioden 41 und 42 beziehungsweise 64 und 65 fließen. Somit ist eine Lampenspannung U36 beziehungsweise ein Lampenstrom wieder symmetrisch. Wie in Figur 7 und Figur 8 erkennbar ist, weist eine Spannung U44, die am Koppelkondensator 44 anliegt, die zur Summe aus U46 und U66 entgegengesetzte Spannung, so dass das zweite Kirchhoffsehe Gesetz erfüllt ist.
In anderen Worten bewirkt der Entkoppelkondensator 62 eine Unsymmetrie in der Kaskade, wodurch ein symmetrischer Lampenbetrieb bereitgestellt wird.
Die vorstehende Erläuterung bezüglich des Betriebs der Schaltungsanordnung gemäß der fünften Ausführungsform nach dem Zünden der Hochdruckentladungslampe 36 gilt im Wesentlichen auch für die ersten vier Ausführungsbeispie- le. Ferner gilt die vorstehende Erläuterung im Wesentlichen ebenso für die Verwendung eines Entkoppelkondensators 49.
In der vorstehenden Erläuterung bezüglich der bevorzugten Ausführungsbeispiele werden unterschiedliche Wandler ver- wendet. Es ist jedoch zu beachten, daß jedes Ausführungsbeispiel auch mit einem Wandler eines anderen Ausführungsbeispiels kombiniert werden kann. Ferner können neben den erläuterten Wandlern auch andere geeignete Wandlerarten verwendet werden.
Die entsprechenden Transistoren der Wandler können hart geschaltet oder auch bevorzugt bei höheren Frequenzen auf spannungslose Art (Zero Voltage Switching) oder stromlose Art (Zero Current Switching) geschaltet werden.
In den Ausführungsbeispielen wird der Lastkreis
Konkret ist ein Lastkreis 30d, in dem statt dem Spartrafo 61 nur die Lampendrossel 33 vorgesehen ist und der Kaska- denanschluss 47 direkt mit dem ersten Lastkreisanschluss 31 verbunden ist nur bei dem vierten Ausführungsbeispiel verwendet. Der Lastkreis 30d kann jedoch auf geeignete Art bei den anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden. Wesentlich hierbei ist, dass die Spannung über der Lampendrossel 33 hoch genug sein muß, um mit Hilfe der Hochspannungskaskade und der Spannung am Resonanzkondensator 37 ein Zünden der Hochdruckentladungslampe 36 zu ermöglichen .
Der Resonanzkondensator 37 ist bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen parallel zur Hochdruckentladungs- lampe 36 oder alternativ parallel zu den Lastkreisanschlüssen 31 und 32 und zur Lampendrossel 33 verschaltet. Jede der beiden Anordnungsalternativen für den Resonanz - kondensator 37 kann bei jedem der erläuterten Ausfüh- rungsbeispiele verwendet werden. Wesentlich ist hierbei, daß je nach gewählter Anordnung eine geeignete Dimensionierung der Koppelkondensatoren 44 und 46 beziehungsweise 44, 46 und 66 gewählt werden muß.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Hochspannungskaskade 40 beziehungsweise 40b durch die Spannung über der Lampendrossel 33 beziehungsweise durch die Spannung über dem Spartransformator 61 versorgt. Alternativ kann die Hochspannungskaskade 40 beziehungsweise 40b auch durch eine geeignete alternative Wechselspannungsquelle versorgt werden.
In den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die Hochspannungskaskade 40 beziehungsweise 40b beispielhaft eineinhalbstufig beziehungsweise die Hochspannungskaskade 40c beispielhaft zweieinhalbstufig ausgebildet. Es sind auch vollstufige Hochspannungskaskaden und Kaskaden mit mehr als zweieinhalb Stufen denkbar. Ferner sind unterschiedliche Ausbildungen, Erweiterungen, Abwandlungen der Hochspannungskaskade und ihrer Verbindung mit dem Last- kreis denkbar. Wesentlich ist, dass die Hochspannungskaskade dem Lastkreis mindestens einen Teil der Kondensatoren bereitstellt beziehungsweise mit diesem teilt.
Ferner kann in den vorstehenden Ausführungsbeispielen immer jeweils der Entkoppelkondensator 49 oder der Entkoppelwiderstand 62 verwendet werden. Wesentlich hierbei ist, dass durch den Entkoppelkondensator 49 beziehungsweise den Entkoppelwiderstand 62 eine Impedanz in der Kaskade bereitgestellt wird, die in der Kaskade insbesondere nach dem Zünden der Entladungslampe eine Unsymmetrie verursacht. Durch diese Unsymmetrie werden die restlichen Dioden der Hochspannungskaskade so vorgespannt, dass sie in ihrer Durchlassrichtung keinen Strom der Versorgungs- WechselSpannung mehr durchlassen. Hierzu muss die Impedanz entsprechend dimensioniert werden.
Die vorhergehenden Ausführungsbeispiele weisen eine Hochdruckentladungslampe auf. Jedoch kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch für andere Entladungslampen auf geeignete Art verwendet werden.
Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen werden Transistoren beschrieben, die alle vom gleichen Typ sind. Die Transistoren können jedoch auch von einem anderen Typ sein oder sich in ihrem Typ voneinander unterscheiden.

Claims

Patentansprüche
Schaltungsanordnung zum Zünden und zum Betrieb einer Entladungslampe (36), mit einem Lastkreis (30, 30d, 30e) , in dem die Entladungslampe (36) angeordnet ist, und einer Hochspannungskaskade (40, 40b, 40c) mit mehreren Kondensatoren (44, 45, 46, 63, 66), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Kondensatoren (44, 46, 66) der Hochspannungskaskade (40, 40b, 40c) in Reihenschaltung mit der Entladungslampe (36) verbunden ist und mindestens einen Teil einer zum Zünden der Entladungslampe (36) erforderlichen Spannung bereitstellt.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungskaskade (40, 40b, 40c) durch mindestens drei Halbstufen ausgebildet ist, wobei jede Halbstufe mindestens eine Diode (41, 42, 43, 64, 65) aufweist und eine der Dioden (41, 42, 43, 64, 65) mit einer Impedanz (49, 62) in Serie geschaltet ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine der Kondensatoren (44, 45, 46, 63, 66) Teil einer Schubsäule der Hochspannungskaskade ist und die Schubsäule zumindest teilweise in Reihenschaltung mit dem Lastkreis (30, 30d, 30e) verbunden ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastkreis eine Lampendrossel (33) aufweist.
5. Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampendrossel (33) als Teil eines Spartransformators (61) ausgebildet ist.
6. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastkreis (30, 30d, 30e) über einen Wechselspannungsausgang (31, 32) mit einem Spannungswandler (20a, 20b, 20c) gekoppelt ist.
7. Schaltungsanordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastkreis (30, 30d, 30e) einen parallel zur Gasentladungslampe angeschlossenen Resonanzkondensator (37) aufweist.
8. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastkreis (30, 30d, 30e) einen parallel zur Hochspannungskaskade (40, 40b, 40c) und zur Entladungslampe (36) angeschlossenen Resonanzkondensator (37) aufweist.
9. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (20a, 20b, 20c) ein Eintaktwandler (20a) ist.
10. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (20a, 20b, 20c) ein Brückenwandler (20b) ist.
11. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (20a, 20b, 20c) ein Gegentaktwandler (20c) ist.
12. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an der Lampendrossel (33) eine VersorgungswechselSpannung für die Hochspannungskaskade (40, 40b, 40c) ist.
13. Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung am Spartransformator (61) eine VersorgungswechselSpannung für die Hochspannungskaskade (40, 40b, 40c) ist.
Schaltungsanordnung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eine Steuereinrichtung (50a, 50b) aufweist, die den Wechselspannungsausgang (31, 32) steuert.
Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50a, 50b, 50c) den Wechselspannungsausgang (31, 32) bei der Zündung und der Übernahme der Entladungslampe (36) so steuert, dass die Frequenz der Spannung am Wechselspannungsausgang (31, 32) sich im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Lastkreises (30, 30d, 30e) annähert
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