-
Die
Erfindung betrifft eine Zündvorrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Hochdruckentladungslampe mit einer derartigen
Zündvorrichtung
sowie ein Verfahren zum Zünden
der Gasentladung in einer Hochdruckentladungslampe gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 15.
-
I. Stand der Technik
-
Eine
derartige Zündvorrichtung
ist beispielsweise in der
EP
1 659 835 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Zündvorrichtung
für eine
mit einer Zündhilfselektrode
ausgestattete Hochdruckentladungslampe, wobei die Zündhilfselektrode
zum Zünden
der Gasentladung mittels einer Impulsquelle mit Spannungsimpulsen
mit einer Amplitude von ca. 5–30
kV beaufschlagt wird. Außerdem
wird mit Hilfe eines Serienresonanzkreises während des Zündzeitraums am Spannungseingang
der Impulsquelle und auch über
den Gasentladungselektroden der Hochdruckentladungslampe eine resonanzüberhöhte Spannung
bereitgestellt, um eine sichere Entladungsbogenübernahme zu gewährleisten.
-
II. Darstellung der Erfindung
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Zündvorrichtung mit einem vereinfachten
Aufbau und ein entsprechendes Verfahren zum Zünden der Gasentladung in einer
Hochdruckentladungslampe bereitzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 15 gelöst. Besonders
vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
-
Die
erfindungsgemäße Zündvorrichtung
für eine
mit einer Zündhilfselektrode
und mit zwei, in einem Entladungsgefäß angeordneten Gasentladungselektroden
ausges tattete Hochdruckentladungslampe umfasst eine an die Zündhilfselektrode
koppelbare Impulsquelle, um die Zündhilfselektrode während eines
Zündzeitraums
mit Spannungsimpulsen zu beaufschlagen, und weist außerdem Mittel
auf, um mindestens eine der Gasentladungselektroden während des
Zündzeitraums
ebenfalls mit Spannungsimpulsen zu beaufschlagen. Durch die vorgenannten
Mittel werden an mindestens einer der Gasentladungselektroden Spannungsimpulse erzeugt,
die sich zeitlich mit den Spannungsimpulsen an der Zündhilfselektrode überlappen.
Die Kombination der Spannungsimpulse an der Zündhilfselektrode mit im gleichen
Zeitraum erzeugten Spannungsimpulsen an mindestens einer der Gasentladungselektroden
ermöglicht
bereits eine sichere Zündung
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe sowie eine sichere
Entladungsbogenübernahme,
so dass auf einen zusatzlichen Resonanzkreis gemäß dem Stand der Technik verzichtet
werden kann.
-
Vorteilhafterweise
umfassen die Mittel zum Beaufschlagen der mindestens einen Gasentladungselektrode
mit Spannungsimpulsen während
des Zündzeitraums
die Impulsquelle, die auch die Spannungsimpulse für die Zündhilfselektrode
generiert. Dadurch wird die Anzahl der für die erfindungsgemäße Zündvorrichtung erforderlichen
Bauteile gering gehalten und außerdem
kann dadurch auf einfache Weise eine Synchronisation der Spannungsimpulse
für die
Zündhilfselektrode
mit den Spannungsimpulsen für
die mindestens eine Gasentladungselektrode gewährleistet werden.
-
Zur
Kopplung der Impulsquelle an die Zündhilfselektrode oder bzw.
und an die mindestens eine der Gasentladungselektroden ist vorteilhafterweise
ein Transformator vorgesehen. Der Transformator ermöglicht eine
Erhöhung
der Amplitude der Spannungsimpulse und eine Synchronisation der
Spannungsimpulse für
die Zündhilfselektrode
und für
die mindestens eine Gasentladungselektrode. Außerdem kann, wenn zumindest eine
Transformatorwicklung nach erfolgter Zündung der Gasentladung während des
nachfolgenden Lampenbetriebs vom Lampenwechselstrom durchflossen
wird, die Induktivität
der Transformatorwicklung zur Begrenzung des Lampenstroms bzw. zur
Stabilisierung der Entladung genutzt werden.
-
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine erste Sekundärwicklung des Transformators
während
des Zündzeitraums
mit der Zündhilfselektrode
verbunden und eine zweite Sekundärwicklung
des Transformators zumindest während
des Zündzeitraums
mit einer der Gasentladungselektroden verbunden, um sowohl die Zündhilfselektrode
als auch eine der Gasentladungselektroden während des Zündzeitraums mit Spannungsimpulsen
zu beaufschlagen. Die Primärwicklung
des Transformators ist dabei mit einem Spannungsausgang der Impulsquelle
verbunden, so dass durch die induktive Kopplung zwischen den Sekundärwicklungen
und der Primärwicklung
die von der Impulsquelle generierten Spannungsimpulse synchron und
gegebenenfalls mit unterschiedlicher Verstärkung an die Zündhilfselektrode
und an mindestens eine der Gasentladungselektroden weitergegeben
wird. Der Verstärkungsfaktor
ist dabei durch das Verhältnis
der Windungszahlen der Sekundärwicklungen
zu der Primärwicklung
festgelegt.
-
Gemäß einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine Sekundärwicklung des
Transformators während
des Zündzeitraums
mit der Zündhilfselektrode
verbunden und ein Spannungsausgang der Impulsquelle sowohl mit der
Primärwicklung
des Transformators als auch mit einer der Gasentladungselektroden
verbunden, um sowohl die Zündhilfselektrode
als auch eine der Gasentladungselektroden während des Zündzeitraums mit Spannungsimpulsen
zu beaufschlagen. In diesem Fall werden nur die Spannungsimpulse
für die
Zündhilfselektrode
gemäß dem Windungszahlenverhältnis der
Transformatorwicklungen verstärkt,
während
die Gasentladungselektrode mit den unverstärkten Spannungsimpulsen der
Impulsquelle beaufschlagt wird. Die Synchronisation der Spannungsimpulse
für die
Zündhilfselektrode
und die Gasentladungselektrode wird in diesem Fall dadurch gewährleistet,
dass ein Spannungsausgang der Impulsquelle sowohl mit der Primärwicklung
des Transformators als auch mit der Gasentladungselektrode verbunden
ist.
-
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist eine erste Sekundärwicklung des Transformators
während
des Zündzeitraums
mit der Zündhilfselektrode
verbunden und, zumindest während
des Zündzeitraums,
eine zweite Sekundärwicklung
des Transformators mit einer ersten Gasentladungselektrode verbunden
sowie eine dritte Sekundärwicklung
des Transformators mit der zweiten Gasentladungselektrode verbunden,
um sowohl die Zündhilfselektrode
als auch die Gasentladungselektroden während des Zündzeitraums mit Spannungsimpulsen
zu beaufschlagen. Die Primärwicklung
des Transformators ist dabei mit einem Spannungsausgang der Impulsquelle
verbunden, so dass durch die induktive Kopplung zwischen den Sekundärwicklungen
und der Primärwicklung
die von der Impulsquelle generierten Spannungsimpulse synchron und
gegebenenfalls mit unterschiedlicher Verstärkung an die Zündhilfselektrode
und an die Gasentladungselektroden weitergegeben wird. Die Polung
der zweiten und dritten Sekundärwicklung
ist dabei so gewählt,
dass die beiden Gasentladungselektroden während des Zündzeitraums mit Spannungsimpulsen unterschiedlicher
Polarität
beaufschlagt werden.
-
Vorteilhafterweise
weist die Impulsquelle mindestens ein Ladungsspeichermittel, beispielsweise
einen Kondensator, und ein in Abhängigkeit von dem Ladungszustand
des mindestens einen Ladungsspeichermittels schaltbaren Schwellwertschalter
auf, um ein selbsttätiges
Auslösen
und Abschalten der Impulsquelle bzw. der Zündvorrichtung zu ermöglichen.
Als Schwellwertschalter eignet sich vorzugsweise ein spannungsabhängiges Schaltmittel,
wie zum Beispiel eine Funkenstrecke, ein DIAC oder eine Kombination
aus einem DIAC mit einem Thyristor.
-
Die
Impulsquelle umfasst vorteilhafterweise eine Spannungsvervielfacherschaltung,
um die Amplitude der von der Impulsquelle erzeugten Spannungsimpulse
in ausreichendem Maß erhöhen zu können. Durch
den Einsatz einer Spannungsvervielfacherschaltung kann außerdem ein
Transformator mit kleinerem Übersetzungsverhältnis und
entsprechend geringerer Sekundärwicklungsinduktivität zur Kopplung
zwischen Impulsquelle und Zündhilfselektrode
bzw. Gasentladungselektrode verwendet werden. Dadurch kann die Sekundärwicklung
nach erfolgter Zündung
der Gasentladung zusätzlich
auch als Lampendrossel, das heißt,
zur Begrenzung des Lampenstroms bzw. der Stabilisierung der Entladung,
genutzt werden, und zwar selbst im Fall eines hochfrequenten Lampenstroms
mit Frequenzen im Megahertzbereich, ohne dass durch den Blindwiderstand der
Sekundärwicklung
erhebliche Belastungen der elektronischen Bauteile zu befürchten sind.
-
Anstelle
einer einzigen Impulsquelle kann die erfindungsgemäße Zündvorrichtung
mehrere Impulsquellen und Synchronisationsmittel aufweisen, um die
Zündhilfselektrode
und mindestens eine der Gasentladungselektroden während eines
Zündzeitraums
mit einander zeitlich überlappenden
Spannungsimpulsen zu beaufschlagen.
-
Die
erfindungsgemäße Zündvorrichtung,
insbesondere die gemäß den besonders
bevorzugten Ausführungsbeispielen
mit nur einer einzigen Impulsquelle, weist nur eine geringe Anzahl
von Bauteilen auf und findet daher Platz im Innenraum eines Lampensockel
einer Hochdruckentladungslampe. Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Zündvorrichtung
im Sockel einer Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe, die
als Lichtquelle in einem Fahrzeugscheinwerfer dient, untergebracht
werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Zünden
der Gasentladung in einer mit einer Zündhilfselektrode und mit zwei,
in einem Entladungsgefäß angeordneten
Gasentladungselektroden ausgestattete Hochdruckentladungslampe umfasst
das Beaufschlagen der Zündhilfselektrode
mit Spannungsimpulsen während
eines Zündzeitraums
und zeichnet sich dadurch aus, dass während des Zündzeitraums mindestens eine
der Gasentladungselektroden ebenfalls mit Spannungsimpulsen beaufschlagt
wird. Durch das zeitgleiche Beaufschlagen der Zündhilfselektrode und mindestens
einer der Gasentladungselektroden mit Spannungsimpulsen kann eine
sichere Zündung
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe sowie eine sichere
Entladungsbogenübernahme
erreicht werden, so dass auf eine zusätzliche, resonanzüberhöhte Spannung
an den Gasentladungselektroden gemäß dem Stand der Technik verzichtet
werden kann.
-
Vorteilhafterweise
werden die Spannungsimpulse für
die Zündhilfselektrode
und mindestens eine der Gasentladungselektroden mittels einer Impulsquelle
erzeugt, die während
des Zündzeitraums
sowohl an die Zündhilfselektrode
als auch an mindes tens eine der Gasentladungselektroden gekoppelt
ist. Wie bereits oben erläutert
wurde, kann die Anzahl der Bauteile durch Verwendung einer einzigen
Impulsquelle gering gehalten werden.
-
Die
Kopplung der Impulsquelle an die Zündhilfselektrode oder bzw.
und an mindestens eine der Gasentladungselektroden wird vorteilhafterweise
mit Hilfe eines Transformators durchgeführt, da sich hierdurch die
bereits oben erwähnten
Vorteile ergeben.
-
Die
Amplitude der Spannungsimpulse für
die Zündhilfselektrode
oder bzw. und die Amplitude der Spannungsimpulse für die mindestens
eine der Gasentladungselektroden wird vorzugsweise mittels einer Spannungsvervielfacherschaltung
vergrößert, um
zur vorgenannten Kopplung der Impulsquelle an die Zündhilfselektrode
oder bzw. und an mindestens eine der Gasentladungselektroden einen
Transformator mit kleinerem Übersetzungsverhältnis und
den daraus resultierenden, bereits oben aufgeführten Vorteilen verwenden zu
können.
-
III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
-
Nachstehend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
-
1 Ein
Blockschaltbild der Zündvorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung
-
2 Ein
Blockschaltbild der Zündvorrichtung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung
-
3 Eine
Schaltskizze der Zündvorrichtung
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung
-
4 Eine
Schaltskizze der Zündvorrichtung
gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung
-
5 Eine
Schaltskizze der Zündvorrichtung
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung
-
6 Eine
Schaltskizze der Zündvorrichtung
gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung
-
7 Eine
Seitenansicht einer Hochdruckentladungslampe mit im Lampensockel
angeordneter Zündvorrichtung
-
Das
in 1 abgebildete Blockschaltbild zeigt das Prinzip
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung für eine mit
einer Zündhilfselektrode
ausgestattete Hochdruckentladungslampe LA anhand eines ersten Ausführungsbeispiels.
Die Zündvorrichtung
besteht aus zwei Impulsquellen IQ1, IQ2 und zwei Transformatoren Tr1,
Tr2 sowie einer Einrichtung zum Synchronisieren der beiden Impulsquellen
IQ1, IQ2. Die Spannungsausgänge
der ersten Impulsquelle IQ1 sind mit der Primärwicklung Lp1 des ersten Transformators
Tr1 verbunden. Die Sekundärwicklung
Ls1 des ersten Transformators Tr1 ist mit der Zündhilfselektrode E3 der Hochdruckentladungslampe
LA und mit einem Anschluss der Wechselspannungsquelle Q sowie der
Gasentladungselektrode E2 der Hochdruckentladungslampe LA verbunden.
Die Spannungsausgänge
der zweiten Impulsquelle IQ2 sind mit der Primärwicklung Lp2 des zweiten Transformators
Tr2 verbunden. Die Sekundärwicklung
Ls2 des zweiten Transformators Tr2 ist mit der Gasentladungselektrode
E1 der Hochdruckentladungslampe LA und gegebenenfalls über den
optionalen Kondensator C mit einem Anschluss der Wechselspannungsquelle
Q verbunden. Der Kondensator C kann der partiellen Kompensation
der Sekundärinduktivität Ls2 dienen,
so dass die während
des Lampenbetriebes von der Quelle Q bereitzustellende Blindleistung
gering ist. Zudem verhindert der Kondensator C einen möglicherweise
von der Quelle Q ausgehenden, die Lampe LA schädigenden Gleichstromfluss.
Bei der in 7 schematisch dargestellten
Hochdruckentladungslampe gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung handelt es sich um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe
LA für
einen Kraftfahrzeugscheinwerfer die an der Bordnetzspannung des
Kraftfahrzeugs betrieben wird. Die Wechselspannungsquelle Q beinhaltet
daher ei nen oder mehrere Spannungswandler, die aus der Bordnetzspannung
des Kraftfahrzeugs die für
die unterschiedlichen Betriebszustände der Hochdruckentladungslampe
LA erforderlichen Spannungen erzeugt.
-
Diese
Hochdruckentladungslampe LA besitzt ein Entladungsgefäß 1 aus
Quarzglas, in dem eine ionisierbare Füllung gasdicht eingeschlossen
ist. Die ionisierbare Füllung
enthält
Xenon, Metallhalogenidverbindungen und gegebenenfalls Quecksilber.
Im Fall einer Hochdruckentladungslampe LA mit einer quecksilberhaltigen
ionisierbaren Füllung
besteht die Füllung
neben Quecksilber vorzugsweise aus den Jodiden der Metalle Natrium
und Scandium. Im Fall einer Hochdruckentladungslampe LA mit einer
quecksilberfreien ionisierbaren Füllung besteht die ionisierbare
Füllung
vorzugsweise aus den Jodiden der Metalle Natrium, Scandium, Zink
und Indium.
-
Der
Xenon-Kaltfülldruck
beträgt
ca. 10 bar. Die beiden Enden 1a, 1b des Entladungsgefäßes 1 sind jeweils
mittels einer Molybdänfolien-Einschmelzung 2a, 2b abgedichtet.
Im Innenraum des Entladungsgefäßes 1 befinden
sich zwei Elektroden E1, E2, zwischen denen sich während des
Lampenbetriebes der für
die Lichtemission verantwortliche Entladungsbogen ausbildet. Diese
Hauptelektroden E1, E2 sind jeweils über eine der Molybdänfolien-Einschmelzungen 2a, 2b elektrisch
leitend mit einer aus dem Entladungsgefäß 1 herausgeführten Stromzuführung 3a, 3b verbunden.
Das Entladungsgefäß 1 wird
von einem gläsernen
Außenkolben 5 umhüllt. Die
Zündhilfselektrode
E3 wird hier bei diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung von einer dünnen metallischen
Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Außenkolbens 5 gebildet.
Alternativ kann diese Beschichtung aber auch auf der Außenseite
des Entladungsgefäßes 1 angebracht
sein. Die dünne
metallische Beschichtung E3 besitzt die Form eines lang gestreckten
Streifens, der sich vom sockelnahen Ende des Außenkolbens 5 ungefähr bis auf
die Höhe
des Entladungsgefäßmittelpunktes
erstreckt. Die Lampengefäße 1, 5 sind
im aus Kunststoff bestehenden Oberteil 411 eines Lampensockels 4 fixiert.
Der quaderförmige
Teil des Lampensockels 4 ist von einem zweiteiligen metallischen
Gehäuse 41, 42 umgeben,
das zur elektromagnetischen Abschirmung der im Innenraum des Lampensockels 4 untergebrachten
Im pulszündvorrichtung
dient. Der elektrische Anschluss 40 der Hochdruckentladungslampe
LA dient zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe und
der im Lampensockel 4 angeordneten Impulszündvorrichtung.
Der elektrische Anschluss 40 ist über ein abgeschirmtes Verbindungskabel
(nicht abgebildet) mit dem Betriebsgerät Q für die Hochdruckentladungslampe
verbunden. Das Abschirmgeflecht des Verbindungskabels ist mit dem
schaltungsinternen Massepotential des Betriebsgerätes und über einen
Kontakt des elektrischen Anschlusses 40 mit dem Metallgehäuse 41, 42 verbunden,
so dass das Metallgehäuse 41, 42 ebenfalls
auf Massepotential liegt.
-
Zum
Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA mittels der
in 1 abgebildeten Zündvorrichtung werden mit Hilfe
der synchron angesteuerten Impulsquellen IQ1, IQ2 Spannungsimpulse erzeugt,
die durch die Transformatoren Tr1, Tr2, um das Übersetzungsverhältnis des
entsprechenden Transformators verstärkt, an die Zündhilfselektrode
E3 bzw. die Hauptelektrode E1 übertragen
werden. Da die Impulsquellen IQ1, IQ2 synchron arbeiten, werden
die Elektroden E3 und E1 mit einander zeitlich überlappenden Spannungsimpulsen
mit Amplituden von einigen Kilovolt beaufschlagt, die zum Zünden der
Gasentladung in dem Entladungsmedium der Hochdruckentladungslampe
LA führen.
Nach erfolgter Zündung
der Gasentladung werden die Impulsquellen IQ1, IQ2 deaktiviert,
so dass keine weiteren Zündimpulse
erzeugt werden. Im anschließenden
Betrieb der Hochdruckentladungslampe LA wird diese mit einem nahezu
sinusförmigen Wechselstrom
im Frequenzbereich von vorzugsweise 0,1 MHz bis 10 MHz gespeist.
Während
dieses quasistationären
Lampenbetriebs fließt
der Wechselstrom durch die Sekundärwicklung Ls2 des zweiten Transformators
Tr2, die zudem zur Begrenzung des Lampenstroms bzw. der Stabilisierung
der Entladung verwendet wird. Falls ausschließlich die Induktivität der Sekundärwicklung
Ls2 des zweiten Transformators Tr2 zur Begrenzung bzw. Stabilisierung
des Lampenstroms genutzt wird, wird die Sekundärwicklung Ls2 derart dimensioniert,
dass ihr Blindwiderstand bei der Frequenz des Lampenstroms dem 0,25-fachen
bis 7-fachen der Impedanz der Hochdruckentladungslampe LA entspricht.
Für kleinere
Werte des Blindwiderstands der Sekundärwicklung Ls2 ist im allgemeinen
keine Stabilisierung des nach der Zündung der Gasentladung über die
Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe LA fließenden Lampenstroms
möglich,
und für
größere Werte
des Blindwiderstands der Sekundärwicklung
Ls2 ist kein effizienter Lampenbetrieb mehr möglich, da die Wechselspannungsquelle
Q dann wegen der hohen Blindleistung und Verluste im Transformator
Tr2 eine sehr hohe Ausgangsspannung für den Lampenbetrieb bereitstellen
muss. Der optionale Kondensator C dient während dieses quasistationären Lampenbetriebs
zur partiellen Kompensation der Induktivität der Sekundärwicklung
Ls2. Er kann weggelassen werden, wenn eine partielle Kompensation
der Induktivität
der Sekundärwicklung
Ls2 nicht erforderlich ist. In den 3 bis 5 sind
weitere, ausführlicher
beschriebene Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung
dargestellt, die auf dem Prinzip des in 1 abgebildeten
Blockschaltbilds beruhen.
-
Das
in 2 abgebildete Blockschaltbild zeigt das Prinzip
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung für eine mit
einer Zündhilfselektrode
ausgestattete Hochdruckentladungslampe LA anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels.
Die Zündvorrichtung
besteht aus drei Impulsquellen IQ3, IQ4, IQ5 und drei Transformatoren Tr3,
Tr4, Tr5 sowie einer Einrichtung zum Synchronisieren der drei Impulsquellen
IQ3, IQ4, IQ5. Die Spannungsausgänge
der ersten Impulsquelle IQ3 sind mit der Primärwicklung Lp3 des ersten Transformators
Tr3 verbunden. Die Sekundärwicklung
Ls3 des ersten Transformators Tr3 ist mit der Zündhilfselektrode E3 der Hochdruckentladungslampe
LA und mit der Sekundärwicklung
Ls5 des dritten Transformators Tr5 sowie mit der Gasentladungselektroden
E2 der Hochdruckentladungslampe LA verbunden. Die Spannungsausgänge der
zweiten Impulsquelle IQ4 sind mit der Primärwicklung Lp4 des zweiten Transformators
Tr4 verbunden. Die Sekundärwicklung
Ls4 des zweiten Transformators Tr4 ist mit der Gasentladungselektrode
E1 der Hochdruckentladungslampe LA und mit einem ersten Anschluss
der Wechselspannungsquelle Q verbunden. Die Spannungsausgänge der
dritten Impulsquelle IQ5 sind mit der Primärwicklung Lp5 des dritten Transformators
Tr5 verbunden. Die Sekundärwicklung
Ls5 des dritten Transformators Tr5 ist mit der Gasentladungselektrode
E2 der Hochdruckentladungslampe LA und mit der Sekundärwicklung
Ls3 des ersten Transfor mators Tr3 sowie mit einem zweiten Anschluss
der Wechselspannungsquelle Q verbunden. Die drei Impulsquellen IQ3,
IQ4, IQ5 werden während
des Zündzeitraums,
das heißt,
zum Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA gleichzeitig
angesteuert.
-
Zum
Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA mittels der
in 2 abgebildeten Zündvorrichtung werden mit Hilfe
der synchron angesteuerten Impulsquellen IQ3, IQ4, IQ5 Spannungsimpulse
erzeugt, die durch die Transformatoren Tr3, Tr4, Tr5 um das Übersetzungsverhältnis des
entsprechenden Transformators verstärkt, an die Zündhilfselektrode
E3 bzw. die Hauptelektrode E2 bzw. die Hauptelektrode E1 übertragen
werden. Da die Impulsquellen IQ3, IQ4, IQ5 synchron arbeiten, werden
die Elektroden E3, E2 und E1 mit einander zeitlich überlappenden
Spannungsimpulsen mit Amplituden von einigen Kilovolt beaufschlagt,
die zum Zünden
der Gasentladung in dem Entladungsmedium der Hochdruckentladungslampe
LA führen.
Die Transformatoren Tr4, Tr5 oder die Impulsquellen IQ4, IQ5 sind
dabei derart ausgebildet, dass die Hauptelektroden E1, E2 zum Zünden der
Gasentladung mit einander zeitlich überlappenden Spannungsimpulsen
unterschiedlicher Polarität
beaufschlagt werden. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung werden
die Impulsquellen IQ3, IQ4, IQ5 deaktiviert, so dass keine weiteren
Zündimpulse
erzeugt werden. Im anschließenden
Betrieb der Hochdruckentladungslampe LA wird diese mit einem nahezu
sinusförmigen
Wechselstrom im Frequenzbereich von vorzugsweise 0,1 MHz bis 10
MHz gespeist. Während
dieses quasistationären
Lampenbetriebs fließt
der Wechselstrom durch die Sekundärwicklungen Ls4, Ls5 des zweiten
Tr4 und dritten Transformators Tr5, die zudem zur Begrenzung des
Lampenstroms bzw. der Stabilisierung der Entladung verwendet werden.
In der 6 ist ein weiteres, ausführlicher beschriebenes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung
dargestellt, das auf dem Prinzip des in 2 abgebildeten
Blockschaltbilds beruht.
-
Die
Zündvorrichtung
gemäß dem in 3 abgebildeten
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besteht aus einer Impulsquelle IQ und einem Zündtransformator Tr.
Die Spannungseingänge
der Impulsquelle IQ sind mit den Anschlüssen der Wechselspannungsquelle
Q verbunden. Die Spannungsausgänge
der Impulsquelle IQ sind mit den Anschlüssen der Primärwicklung
Lp des Zündtransformators
Tr verbunden. Der Zündtransformator
Tr weist eine Sekundärwicklung
mit einem ersten Sekundärwicklungsabschnitt
Ls und einem zweiten Sekundärwicklungsabschnitt
Lh auf. Der erste Sekundärwicklungsabschnitt
Ls ist mit einem ersten Anschluss der Wechselspannungsquelle Q und
mit der Elektrode E1 der Hochdruckentladungslampe LA sowie mit dem
zweiten Sekundärwicklungsabschnitt
Lh verbunden. Der zweite Sekundärwicklungsabschnitt
Lh des Transformators Tr ist einerseits über den Kondensator C30 mit
der Zündhilfselektrode
E3 der Hochdruckentladungslampe LA und andererseits mit dem ersten
Sekundärwicklungsabschnitt
Ls sowie mit der Elektrode E1 der Hochdruckentladungslampe LA verbunden.
Die zweite Elektrode E2 der Hochdruckentladungslampe LA ist mit
dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle Q verbunden. Die
Impulsquelle IQ umfasst eine Gleichrichterdiode D, einen Widerstand
R, einen Zündkondensator
C und eine Funkenstrecke FS. Die Serienschaltung bestehend aus der
Gleichrichterdiode D, dem Widerstand R und dem Zündkondensator C ist parallel zu
der Wechselspannungsquelle Q geschaltet. Die Funkenstrecke FS ist
in Serie zur Primärwicklung
Lp des Transformators Tr geschaltet. Die Serienschaltung aus Primärwicklung
Lp und Funkenstrecke FS ist parallel zu dem Zündkondensator C geschaltet.
Angaben zur Dimensionierung der Bauteile sind in der Tabelle 1 angegeben.
-
Zum
Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA mittels der
in der 3 abgebildeten Schaltungsanordnung wird der Zündkondensator
C über
die Gleichrichterdiode D und den Widerstand R auf die Durchbruchsspannung
der Funkenstrecke FS aufgeladen. Während der Zündphase liefert die Wechselspannungsquelle
Q eine Wechselspannung mit einer Amplitude von 350 V. Erreicht die
Spannung am Zündkondensator
C die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS, so entlädt sich
der Zündkondensator
C stoßweise über die
Funkenstrecke FS und die Primärwicklung
Lp des Zündtransformators
Tr. In den beiden Abschnitten Ls und Lh der Sekundärwicklung
werden dadurch Hochspannungsimpulse induziert. Die von dem ersten
Sekundärwicklungsabschnitt
Ls generierten Hochspannungsimpulse werden der Hauptelektrode E1 der
Hochdruckentladungslampe LA zugeführt. Die Zündhilfselektrode E3 wird mit
Hochspannungsimpulsen beaufschlagt, die von der gesamten Sekundärwicklung
des Zündtransformators
Tr generiert werden. Das heißt,
an der Zündhilfselektroden
E3 liegt während
des Zündzeitraums
die Summe der Induktionsspannungen der Sekundärwicklungsabschnitte Ls und
Lh an, während
an der Hauptelektrode E1 nur die Induktionsspannung des ersten Sekundärwicklungsabschnitts
Ls anliegt. Der optionale Kondensator C30 ist derart dimensioniert,
dass er für
die von den Sekundärwicklungsabschnitten
Ls, Lh erzeugten Hochspannungsimpulse einen Kurzschluss darstellt.
Der Kondensator C30 dient zur Reduktion der Natriummigration aus
dem Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe
LA und verhindert ferner einen Gleichstromfluss zwischen der Zündhilfselektrode
E3 und der ersten Gasentladungselektrode E1. Der Kondensator C30
kann auch bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß den 4 bis 6 in
die Schaltung integriert werden. Die Punkte an den in 3 dargestellten
Wicklungen bzw. Wicklungsabschnitten Lp, Ls, Lh des Transformators geben
deren Wicklungssinn an. Da der Wicklungssinn der Abschnitte Ls und
Lh gleichsinnig ist, werden die Elektroden E1 und E3 zum Zünden der
Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA mit Spannungsimpulsen
gleicher Polarität,
beispielsweise positiver Polarität,
beaufschlagt. Die Spannungsimpulse an der Zündhilfselektrode E3 besitzen
aufgrund des größeren Windungszahlenverhältnisses
eine höhere
Amplitude als die Spannungsimpulse an der Hauptelektrode E1. Da
beide Sekundärwicklungsabschnitte
Ls, Lh induktiv an die Primärwicklung
Lp gekoppelt sind, werden die Elektroden E1 und E3 synchron mit
Spannungsimpulsen beaufschlagt, die zum Zünden der Gasentladung in der
Hochdruckentladungslampe LA führen.
Nach erfolgter Zündung
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA ist die Entladungsstrecke,
das heißt,
das Entladungsplasma zwischen den Hauptelektroden E1, E2 leitfähig, so
dass die Quelle Q stärker
belastet wird, was aufgrund ihrer Innen- bzw. Quellimpedanz zu einer
reduzierten Ausgangsspannung führt.
Der Zündkondensator
C kann sich daher dann nicht mehr auf die Durchbruchsspannung der
Funkenstrecke FS aufladen und die Impulsquelle IQ kann nach erfolgter
Zündung
der Gasentladung in der Hoch druckentladungslampe LA keine weiteren
Spannungsimpulse generieren. Nach erfolgter Zündung der Gasentladung wird
Hochdruckentladungslampe LA mittels der Wechselspannungsquelle Q
mit einem nahezu sinusförmigen
Wechselstrom mit einer Frequenz von ca. 1,3 MHz betrieben. Die Nennleistung
der Hochdruckentladungslampe LA beträgt 30 W und die Impedanz der
Hochdruckentladungslampe beträgt
nach erfolgter Zündung
der Gasentladung, im quasistationären Betriebszustand bei der
vorgenannten Frequenz ca. 40 Ohm. Aus der 3 ist ersichtlich,
dass der erste Sekundärwicklungsabschnitt
Ls während
des quasistationären
Lampenbetriebs vom Lampenstrom durchflossen wird. Der Sekundärwicklungsabschnitt
Ls dient zur Begrenzung bzw. Stabilisierung des Lampenstroms. Der
Blindwiderstand des Sekundärwicklungsabschnitts
Ls beträgt
während
des Lampenbetriebs bei der vorgenannten Betriebsfrequenz 123 Ohm.
-
Die
Zündvorrichtung
gemäß dem in 4 abgebildeten
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besteht aus einer Impulsquelle IQ6 und einem Zündtransformator
Tr6. Die Spannungseingänge
der Impulsquelle IQ6 sind mit den Anschlüssen der Wechselspannungsquelle
Q verbunden. Die Spannungsausgänge
der Impulsquelle IQ6 sind mit den Anschlüssen der Primärwicklung
Lp6 des Zündtransformators
Tr6 verbunden. Der Zündtransformator
Tr6 weist zwei Sekundärwicklungen
Ls61, Ls62 auf. Die erste Sekundärwicklung
Ls61 ist mit einem ersten Anschluss der Wechselspannungsquelle Q
und mit der Elektrode E1 der Hochdruckentladungslampe LA verbunden.
Die zweite Sekundärwicklung
Ls62 des Transformators Tr6 ist mit der Zündhilfselektrode E3 der Hochdruckentladungslampe
LA und mit dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle Q sowie
mit der Elektrode E2 der Hochdruckentladungslampe LA verbunden.
Die zweite Elektrode E2 der Hochdruckentladungslampe LA ist mit
dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle Q verbunden. Die
Impulsquelle IQ6 umfasst zwei Gleichrichterdiode D41, D42, einen
Widerstand R4, zwei Zündkondensatoren
C41, C42 und eine Funkenstrecke FS4. Während einer Halbperiode der
von der Wechselspannungsquelle Q bereitgestellten Wechselspannung
ist die Serienschaltung bestehend aus der ersten Gleichrichterdiode
D41, dem ersten Zündkondensator
C41 und dem Widerstand R4 parallel zu der Wechselspan nungsquelle Q
geschaltet. Während
der anderen Halbperiode der von der Wechselspannungsquelle Q bereitgestellten Wechselspannung
ist die Serienschaltung bestehend aus der zweiten Gleichrichterdiode
D42, dem zweiten Zündkondensator
C42 und dem Widerstand R4 parallel zu der Wechselspannungsquelle
Q geschaltet. Die Gleichrichterdioden D41, D42 und die Zündkondensatoren
C41, C42 sowie der Widerstand R4 sind als symmetrische Spannungsverdopplungsschaltung
ausgebildet, so dass über
der Serienschaltung der beiden Kondensatoren C41, C42 eine Gleichspannung
in doppelter Höhe
der Spitzenspannung der Wechselspannungsquelle Q bereitgestellt
werden könnte,
wenn die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS dieses erlauben würde. Die
Funkenstrecke FS4 ist in Serie zur Primärwicklung Lp6 des Transformators
Tr6 geschaltet. Die Serienschaltung aus Primärwicklung Lp6 und Funkenstrecke
FS4 ist parallel zur Serienschaltung der Zündkondensatoren C41, 42 geschaltet.
Angaben zur Dimensionierung der Bauteile sind in der Tabelle 2 angegeben.
-
Zum
Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA mittels der
in der 4 abgebildeten Schaltungsanordnung werden die
Zündkondensatoren
C41, C42 über
die Gleichrichterdiode D41 bzw. D42 und den Widerstand R4 aufgeladen,
bis über
der Serienschaltung der beiden Kondensatoren C41, C42 die Durchbruchsspannung
der Funkenstrecke FS erreicht ist. Die Spannung über der Serienschaltung der
beiden Zündkondensatoren
C41, C42 ist während
der Zündphase
zeitweise größer als
die Amplitude der von der Wechselspannungsquelle Q bereitgestellten
Wechselspannung. Die Amplitude der von der Wechselspannungsquelle
Q bereitgestellten Wechselspannung beträgt während der Zündphase 700 V. Erreicht die
Spannung an der Serienschaltung der beiden Zündkondensatoren C41, C42 die
Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS4, so entladen sich der
Zündkondensatoren
C41, C42 stoßweise über die
Funkenstrecke FS4 und die Primärwicklung
Lp6 des Zündtransformators
Tr6. In den beiden Sekundärwicklungen
Ls61, Ls62 des Zündtransformators
werden dadurch Hochspannungsimpulse induziert. Die von der ersten
Sekundärwicklung Ls61
generierten Hochspannungsimpulse werden der Hauptelektrode E1 der
Hochdruckentladungslampe LA zugeführt. Die Zündhilfselektrode E3 wird mit
Hochspannungsimpulsen beaufschlagt, die von der zweiten Sekundärwicklung
Ls62 des Zündtransformators
Tr6 generiert werden. Die Punkte an den in 4 dargestellten Wicklungen
Lp6, Ls61, Ls62 des Transformators Tr6 geben deren Wicklungssinn
an. Aufgrund des Wicklungssinns der Sekundärwicklungen Ls61 und Ls62 werden
die Elektroden E1 und E3 zum Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA mit Spannungsimpulsen
gleicher Polarität,
beispielsweise positiver Polarität,
beaufschlagt. Die Spannungsimpulse an der Zündhilfselektrode E3 besitzen
aufgrund des größeren Windungszahlenverhältnisses
eine höhere
Amplitude als die Spannungsimpulse an der Hauptelektrode E1. Da beide
Sekundärwicklungen
Ls61, Ls61 induktiv an die Primärwicklung
Lp6 gekoppelt sind, werden die Elektroden E1 und E3 synchron mit
Spannungsimpulsen beaufschlagt, die zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe
LA führen.
Zum Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA werden zwischen
den Hauptelektroden E1, E2 Impulse mit einer Spitzenspannung von
1,7 kV und zwischen der Zündhilfselektrode
E3 und der Hauptelektrode E2 mit einer Spitzenspannung von 19 kV
erzeugt. Nach erfolgter Zündung
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA ist die Entladungsstrecke,
das heißt, das
Entladungsplasma zwischen den Hauptelektroden E1, E2 leitfähig, so
dass die Quelle Q stärker
belastet wird, was aufgrund ihrer Innen- bzw. Quellimpedanz zu einer
reduzierten Ausgangsspannung führt.
Die Zündkondensatoren
C41, C42 können
sich daher dann nicht mehr auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke
FS4 aufladen und die Impulsquelle IQ6 kann nach erfolgter Zündung der
Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA keine weiteren Spannungsimpulse
generieren. Nach erfolgter Zündung
der Gasentladung wird Hochdruckentladungslampe LA mittels der Wechselspannungsquelle
Q mit einem nahezu sinusförmigen
Wechselstrom mit einer Frequenz von ca. 3 MHz betrieben. Die Nennleistung
der Hochdruckentladungslampe LA beträgt 35 W und die Impedanz der
Hochdruckentladungslampe beträgt
nach erfolgter Zündung
der Gasentladung, im quasistationären Betriebszustand bei der
vorgenannten Frequenz ca. 50 Ohm. Aus der 4 ist ersichtlich,
dass die erste Sekundärwicklung
Ls61 während
des quasistationären
Lampenbetriebs vom Lampenstrom durchflossen wird. Die erste Sekundärwicklung
Ls61 dient zur Begrenzung bzw. Stabilisierung des Lampenstroms.
Der Blindwiderstand der ersten Sekundärwicklung Ls61 beträgt während des
Lampenbetriebs bei der vorgenannten Betriebsfrequenz 94 Ohm.
-
Das
fünfte
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung
besitzt dieselbe Schaltungsanordnung wie das vierte Ausführungsbeispiel.
Die 4 zeigt daher auch den Schaltungsaufbau der Zündvorrichtung
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Das fünfte
Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich vom vierten Ausführungsbeispiel nur durch eine
andere Dimensionierung der Bauteile der Zündvorrichtung. In Tabelle 3
ist eine Dimensionierung der elektrischen Bauteile der Zündvorrichtung
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
angegeben. Die Zündung
der Gasentladung läuft ähnlich ab,
wie oben beim vierten Ausführungsbeispiel
bereits erläutert
wurde. Während
der Zündphase
generiert die Wechselspannungsquelle eine Wechselspannung mit einer
Amplitude von 400 V. Zum Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA werden zwischen
den Hauptelektroden E1, E2 Impulse mit einer Spitzenspannung von 4,5
kV und zwischen der Zündhilfselektrode
E3 und der Hauptelektrode E2 mit einer Spitzenspannung von 15 kV
erzeugt. Nach erfolgter Zündung
der Gasentladung wird Hochdruckentladungslampe LA mittels der Wechselspannungsquelle
Q mit einem nahezu sinusförmigen
Wechselstrom mit einer Frequenz von ca. 0,6 MHz betrieben. Die Nennleistung
der Hochdruckentladungslampe LA beträgt 35 W und die Impedanz der
Hochdruckentladungslampe beträgt
nach erfolgter Zündung
der Gasentladung, im quasistationären Betriebszustand bei der
vorgenannten Frequenz ca. 200 Ohm. Aus der 4 ist ersichtlich,
dass die erste Sekundärwicklung
Ls61 während
des quasistationären
Lampenbetriebs vom Lampenstrom durchflossen wird. Die erste Sekundärwicklung
Ls61 dient zur Begrenzung bzw. Stabilisierung des Lampenstroms.
Der Blindwiderstand der ersten Sekundärwicklung Ls61 beträgt während des
Lampenbetriebs bei der vorgenannten Betriebsfrequenz 57 Ohm. Er übernimmt
zusammen mit der Innen- oder
Quellimpedanz der Quelle Q die Stabilisierung der Entladung.
-
Die
Zündvorrichtung
gemäß dem in 5 abgebildeten
sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besteht aus einer Impulsquelle IQ7 und einem Zündtransformator
Tr7. Die Spannungseingänge
der Impulsquelle IQ7 sind mit den Anschlüssen der Wechselspannungsquelle
Q verbunden. Die Spannungsausgänge der
Impulsquelle IQ7 sind mit den Anschlüssen der Primärwicklung
Lp7 des Zündtransformators
Tr7 verbunden. Der Zündtransformator
Tr7 weist eine Sekundärwicklung
Ls7 und eine Primärwicklung
Lp7 auf. Die Primärwicklung
Lp7 ist mit einem ersten Anschluss der Wechselspannungsquelle Q
und mit der Elektrode E1 der Hochdruckentladungslampe LA sowie mit
dem Spannungsausgang der Impulsquelle IQ7 verbunden. Die Sekundärwicklung
Ls7 ist mit dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle Q und
mit der Elektrode E2 der Hochdruckentladungslampe LA sowie mit der
Zündhilfselektrode
E3 verbunden. Die Impulsquelle IQ7 umfasst vier Gleichrichterdioden
D51, D52, D53, D54, einen Widerstand R5, vier Kondensatoren C51,
C52, C53, C54 und eine Funkenstrecke FS5. Die Kondensatoren C51,
C52, C53, C54 und Dioden D51, D52, D53, D54 sind in einer Kaskadenschaltung,
die auch als Cockroft-Walton-Schaltung
bekannt ist, zur Spannungsvervielfachung angeordnet. Den Spannungsausgang
der Kaskadenschaltung bzw. der Impulsquelle IQ7 bildet die Funkenstrecke
FS5. Die von der Wechselspannungsquelle Q am Spannungseingang der
Kaskadenschaltung bereitgestellte Spannung wird durch die Kaskadenschaltung
gleichgerichtet und so weiterhöht,
dass die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS5 erreicht wird.
Die Funkenstrecke FS5 ist in Serie zur Primärwicklung Lp7 des Transformators
Tr7 geschaltet, so dass die Kondensatoren C53 und C54 beim Durchbrechen
der Funkenstrecke FS5 sich über
die Primärwicklung
Lp7 entladen. Parallel zu der Wechselspannungsquelle Q ist ein Rückschlusskondensator
C55 geschaltet, der für
hochfrequente Impulse einen Kurzschluss darstellt und somit die
Wechselspannungsquelle Q vor den Impulsen der Impulsquelle und des
Zündtransformators
Tr7 schützt. Der
Kondensator C55 ist optional und daher in 5 nur mit
gestrichelten Linien dargestellt. Anstelle eines Rückschlusskondensators
kann auch eine bidirektionale Transildiode, die mitunter auch als
Suppressordiode bezeichnet wird, oder zwei entgegengesetzt in Reihe
geschaltete Z-Dioden Verwendung finden. In Fall eines Schutzes der
Quelle Q durch einen oder mehrere Halbleiter ist die resultierende Schwellenspannung
dieses Schutzelements höher
als die Leerlaufspannung der versorgenden Quelle Q zu wählen, um
ein ungewolltes Ansprechen des Schutzelements zu verhindern.
-
Zum
Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA mittels der
in der 5 abgebildeten Schaltungsanordnung werden die
Kondensatoren C53 und C54 der Spannungsvervielfacherschaltung aufgeladen,
bis an der Funkenstrecke FS5 die Durchbruchsspannung erreicht ist.
Dann entladen sich der Kondensatoren C53 und C54 stoßweise über die
Funkenstrecke FS5 und die Primärwicklung
Lp7 des Zündtransformators
Tr7. In der Sekundärwicklung
Ls7 des Zündtransformators
Tr7 werden dadurch Hochspannungsimpulse induziert, die der Zündhilfselektrode
E3 der Hochdruckentladungslampe LA zugeführt werden. Die Punkte an den
in 5 dargestellten Wicklungen Lp7, Ls7 des Transformators
Tr7 geben deren Wicklungssinn an. Die Hauptelektrode E1 der Hochdruckentladungslampe
LA wird mit den von der Spannungsvervielfacherschaltung C51, C52,
C53, C54, D51, D52, D53, D54, R5 generierten Spannungsimpulsen beaufschlagt.
Diese Spannungsimpulse sind synchron zu den von der Sekundärwicklung
Ls7 generierten Hochspannungsimpulsen. Nach erfolgter Zündung der
Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA ist die Entladungsstrecke,
das heißt,
das Entladungsplasma zwischen den Hauptelektroden E1, E2 leitfähig, so
dass die Quelle Q stärker
belastet wird, was aufgrund ihrer Innen- bzw. Quellimpedanz zu einer
reduzierten Ausgangsspannung führt.
Die Kondensatoren C53 und C54 können
sich daher dann nicht mehr auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke
FS5 aufladen und die Impulsquelle IQ7 kann nach erfolgter Zündung der Gasentladung
in der Hochdruckentladungslampe LA keine weiteren Spannungsimpulse
generieren. Nach erfolgter Zündung
der Gasentladung wird Hochdruckentladungslampe LA mittels der Wechselspannungsquelle Q
mit einem nahezu sinusförmigen
Wechselstrom betrieben. Aus der 5 ist ersichtlich,
dass die Primärwicklung
Lp7 während
des quasistationären
Lampenbetriebs vom Lampenstrom durchflossen wird. Die Primärwicklung
Lp7 dient zur Begrenzung bzw. Stabilisierung des Lampenstroms.
-
Die
Zündvorrichtung
gemäß dem in 6 abgebildeten
siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung besteht aus einer Impulsquelle IQ8 und einem Zündtransformator
Tr8. Die Spannungseingänge
der Impulsquelle IQ8 sind mit den Anschlüssen der Wechselspannungsquelle
Q verbunden. Die Spannungsausgänge
der Impulsquelle IQ8 sind mit den Anschlüssen der Primärwicklung
Lp8 des Zündtransformators
Tr8 verbunden. Der Zündtransformator
Tr8 weist eine erste Sekundärwicklung
Ls81 und eine zweite Sekundärwicklung
Ls82 sowie eine dritte Wicklung mit einem ersten Wicklungsabschnitt
Lp8 und einem zweiten Wicklungsabschnitt Ls83 auf. Die Primärwicklung
wird von dem ersten Wicklungsabschnitt Lp8 der dritten Wicklung
des Transformators Tr8 gebildet. Der zweite Wicklungsabschnitt Ls83
der dritten Wicklung des Transformators Tr8 bildet eine dritte Sekundärwicklung
Ls83, die mit der Hauptelektrode E1 der Hochdruckentladungslampe
LA und mit einem Anschluss der Funkenstrecke FS6 verbunden ist.
Die Primärwicklung
Lp8 ist ebenfalls mit diesem Anschluss der Funkenstrecke Fs6 sowie
mit einem ersten Anschluss der Wechselspannungsquelle Q verbunden.
Die erste Sekundärwicklung
Ls81 ist einerseits mit der Zündhilfselektrode
E3 und andererseits mit der Hauptelektrode E2 sowie mit der zweiten
Sekundärwicklung
Ls82 verbunden. Die zweite Sekundärwicklung Ls82 ist einerseits mit
der Hauptelektrode E2 der Hochdruckentladungslampe LA und mit der
ersten Sekundärwicklung
verbunden sowie andererseits mit dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsquelle
Q verbunden. Die Impulsquelle IQ8 umfasst vier Gleichrichterdioden
D61, D62, D63, D64, einen Widerstand R6, vier Kondensatoren C61,
C62, C63, C64 und eine Funkenstrecke FS6. Die Kondensatoren C61,
C62, C63, C64 und Dioden D61, D62, D63, D64 sind in einer zweistufigen
Kaskadenschaltung zur Spannungsvervielfachung angeordnet. Den Spannungsausgang
der Kaskadenschaltung bzw. der Impulsquelle IQ8 bildet die Funkenstrecke
FS8. Die von der Wechselspannungsquelle Q am Spannungseingang der
Kaskadenschaltung bereitgestellte Spannung wird durch die Kaskadenschaltung
gleichgerichtet und so weit erhöht,
dass die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS6 erreicht wird.
Die Funkenstrecke FS6 ist in Serie zur Primärwicklung Lp8 des Transformators Tr8
geschaltet, so dass die Kondensatoren C63 und C64 beim Durchbrechen
der Funkenstrecke FS6 sich über die
Primärwicklung
Lp8 entladen. Parallel zu der Wechsel spannungsquelle Q ist ein Rückschlusskondensator C65
geschaltet, der für
hochfrequente Impulse einen Kurzschluss darstellt und somit die
Wechselspannungsquelle Q vor den Impulsen der Impulsquelle IQ8 und
des Zündtransformators
Tr8 schützt.
Der Kondensator C65 ist optional und daher in 6 nur
mit gestrichelten Linien gestrichelt.
-
Zum
Zünden
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA mittels der
in der 6 abgebildeten Schaltungsanordnung werden die
Kondensatoren C63 und C64 der Spannungsvervielfacherschaltung aufgeladen,
bis an der Funkenstrecke FS6 die Durchbruchsspannung erreicht ist.
Dann entladen sich der Kondensatoren C63 und C64 stoßweise über die
Funkenstrecke FS6 und die Primärwicklung
Lp8 des Zündtransformators
Tr8. In der ersten Sekundärwicklung
Ls81 des Zündtransformators
Tr8 werden dadurch Hochspannungsimpulse induziert, die der Zündhilfselektrode
E3 der Hochdruckentladungslampe LA zugeführt werden. Synchron dazu werden
in der zweiten Sekundärwicklung
Ls82 Spannungsimpulse für
die Hauptelektrode E2 und in der dritten Sekundärwicklung Ls83 Spannungsimpulse
für die
Hauptelektrode E1 der Hochdruckentladungslampe LA generiert. Die
Zeitgleichheit der Spannungsimpulse wird dadurch erreicht, dass
alle Sekundärwicklungen
Ls81, Ls82, Ls83 induktiv an die Primärwicklung Lp8 gekoppelt sind.
Die Punkte an den in 6 dargestellten Wicklungen Lp8,
Ls81, Ls82, Ls83 des Transformators Tr8 geben deren Wicklungssinn an.
Der Wicklungssinn der Sekundärwicklungen
Ls82, Ls83 ist derart ausgebildet, dass die Hauptelektroden E1,
E2 der Hochdruckentladungslampe LA während der Zündphase mit Spannungsimpulsen
unterschiedlicher Polarität
beaufschlagt werden. Die Spannungsimpulse an der Zündhilfselektrode
E3 besitzen aufgrund des größeren Windungszahlenverhältnisses
eine höhere
Amplitude als die Spannungsimpulse an den Hauptelektroden E1 und
E2. Nach erfolgter Zündung
der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe LA ist die Entladungsstrecke,
das heißt,
das Entladungsplasma zwischen den Hauptelektroden E1, E2 leitfähig, so
dass die Quelle Q stärker
belastet wird, was aufgrund ihrer Innen- bzw. Quellimpedanz zu einer
reduzierten Ausgangsspannung führt.
Die Kondensatoren C61, C62, C63, C64 können sich daher dann nicht
mehr auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS6 aufladen
und die Impulsquelle IQ8 kann nach erfolgter Zündung der Gasentladung in der
Hochdruckentladungslampe LA keine weiteren Spannungsimpulse generieren.
Nach erfolgter Zündung
der Gasentladung wird Hochdruckentladungslampe LA mittels der Wechselspannungsquelle Q
mit einem nahezu sinusförmigen
Wechselstrom betrieben. Aus der 6 ist ersichtlich,
dass die zweite Sekundärwicklung
Ls82 und die dritte Wicklung, bestehend aus Lp8 und Ls83, des Transformators
Tr8 während des
quasistationären
Lampenbetriebs vom Lampenstrom durchflossen wird. Die zweite Sekundärwicklung Ls82
und die dritte Wicklung Lp8 und Ls83 dienen zur Begrenzung bzw.
Stabilisierung des Lampenstroms.
-
Für den Kern
des Zündtransformators
der erfindungsgemäßen Zündvorrichtungen
eignen sich besonders weichmagnetische Materialien, insbesondere
Ferrite. Besonders vorteilhaft sind Nickel-Zink-Ferrite, da diese
einen sehr hohen spezifischen Widerstand besitzen und somit eine
Isolation der erzeugten Hochspannung einfacher ermöglichen.
Der Zündtransformator
besitzt vorteilhafterweise einen weitgehend im weichmagnetischen
Kernmaterial geschlossenen Kreis. Sofern der Zündtransformator während des
nachfolgenden Lampenbetriebs, nach erfolgter Zündung der Gasentladung, zur
Stabilisierung der Entladung beiträgt, ist ein Luftspalt im Kern
erforderlich. Dann dient der Zündtransformator
während
des Betriebs als Lampendrossel, das heißt, die Wicklung bzw. Wicklungen
des Zündtransformators,
die vom Lampenwechselstrom durchflossen werden, wirken als Induktivität zur Stabilisierung
der Entladung und zur Begrenzung des Lampenstroms bzw. der Stabilisierung
der Entladung. Dazu ist eine Energiespeicherung im Transformator
erforderlich, was durch den Luftspalt ermöglicht wird. Der Luftspalt
darf jedoch nicht zu groß sein,
da anderenfalls aufgrund von Streufeldern sich eine schlechte elektromagnetische
Verträglichkeit
und eine geringe Effizienz aufgrund hoher Verluste in der Schaltung
ergeben. Aus diesem Grund sollte der Luftspalt bzw. die Summe aller
Luftspaltlängen im
Kern im Bereich von 0,1 Prozent bis 30 Prozent der gesamten mittleren
magnetischen Länge
des Kerns liegen. Tabelle
1: Dimensionierung der Bauteile der Zündvorrichtung gemäß dem in
Figur 3 abgebildeten dritten Ausführungsbeispiel
C | 330
nF |
R | 10000
Ohm |
D | US1M |
Lp | 2
Windungen |
Ls | 10
Windungen, 15 μH |
Lh | 30
Windungen |
Tr | Kern
aus Nickel-Zink-Ferrit mit Luftspalt |
FS | 300
V |
Tabelle
2: Dimensionierung der Bauteile der Zündvorrichtung gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
(Figur 4)
C41,
C42 | 70
nF |
R4 | 47000
Ohm |
D1,
D2 | jeweils
zwei US1M in Reihe |
Lp6 | 3
Windungen |
Ls61 | 6
Windungen, 5 μH |
Ls62 | 88
Windungen |
Tr6 | Kern
aus Nickel-Zink-Ferrit mit Luftspalt |
FS4 | 1200
V |
Tabelle
3: Dimensionierung der Bauteile der Zündvorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
(Figur 4)
C41,
C42 | 70
nF |
R4 | 120000
Ohm |
D1,
D2 | jeweils
zwei US1M in Reihe |
Lp6 | 1
Windung |
Ls61 | 20
Windungen, 15 μH |
Ls62 | 60
Windungen |
Tr6 | Ringkern
aus Nickel-Zink-Ferrit
mit einem Außendurchmesser
von 32 mm, einem Innendurchmesser von 19 mm und mit einem Luftspalt
von 0,7 mm |
FS4 | 600
V |