DE19544838A1

DE19544838A1 - Zündvorrichtung für eine Hochdruck-Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE19544838A1
Application number: DE19544838A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Drews; Bernd Rothfuss; Thomas Dipl Ing Kienzler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1995-12-01
Publication date: 1997-06-05
Also published as: US5892332A; EP0811306B1; JPH10513605A; DE59607952D1; EP0811306A1; KR19980701830A; WO1997021329A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Zündvorrichtung für eine Hochdruck-Gasentladungslampe, insbesondere für den Einsatz in Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei einer bekannten Zündvorrichtung dieser Art wie sie in der DE 40 17 415 C2 beschrieben ist, ist ein Zündtransformator vorgesehen, dessen Primärwicklung eine Spannung zugeführt wird. Die Sekundärwicklung transformiert diese Spannung auf diejenige Spannung hoch, die zum Zünden der Lampe notwendig ist.

Auf der Primärseite ist ein Kondensator parallel zu der Reihenschaltung der Primärwicklung und eines steuerbaren Schalters, der beispielsweise durch einen Thyristor gebildet wird, angeordnet. Dieser Kondensator wird zum Zünden auf eine zu diesem Zeitpunkt dann anliegende und wirksame Spannung aufgeladen. Bei Erreichen einer bestimmten Spannung wird der steuerbare Schalter durchgeschaltet und der Kondensator zur Abgabe des Zündimpulses entladen.

Bei dieser bekannten Zündvorrichtung ist die gesamte Zündenergie und die in der kritischen Phase der Überleitung der Hochdruck-Gasentladungslampe vom Zünd- in den Brennbetrieb notwendige Energie von einem einzigen Kondensator aufzubringen. Dieser muß zum einem daher auf ein sehr hohes Spannungsniveau aufladbar sein und zum anderen die notwendige Kapazität aufweisen. Dies macht ein teures und aufwendiges Bauteil nötig, welches außerdem erheblichen Raumbedarf erfordert.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Zündvorrichtung für eine Hochdruck-Gasentladungslampe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil der Verbesserung des Übernahmeverhaltens, da im kritischen Bereich der Übernahme der Hochdruck-Gasentladungslampe vom Zündbetrieb in den Brennbetrieb Energie nachgeschoben werden kann. In vorteilhafter Weise erfolgt dies so, daß durch die erfindungsgemäß gestaffelte Kondensatorentladung nicht die gesamte Zündenergie auf hohem Spannungsniveau zur Verfügung gestellt werden muß. Dadurch ist eine ökonomische Raumausnutzung möglich bei Verwendung von preiswerteren und kleineren Bauelementen. Dies führt sowohl zu Platz- als auch zu Kostenersparnissen.

Dies wird gemäß der Erfindung prinzipiell dadurch erreicht, daß parallel zum Kondensator ein zweiter Kondensator in Reihe mit einer Diode vorgesehen ist, daß dieser zweite Kondensator auf eine geringere Spannung aufladbar ist als der erste Kondensator, und daß dieser zweite Kondensator dann über die entsprechend gepolte Diode und den durchgeschalteten steuerbaren Schalter in die Primärwicklung entladen wird, wenn seine Spannung größer geworden ist, als die des ersten Kondensators bei dessen Entladung.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist die Kapazität des zweiten Kondensators etwa 2- bis 5-fach so groß wie die Kapazität des ersten Kondensators.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die den ersten Kondensator aufladende Spannung größer, vorzugsweise ca. 2- bis 5-fach so groß, als die den zweiten Kondensator aufladende Spannung.

Die Erfindung läßt sich in zwei besonders vorteilhaften Ausgestaltungen realisieren. Die eine besteht darin, daß der erste Kondensator von einer separat zugeführten Spannung aufladbar ist. Man kann dies auch als das 3-Leiterkonzept bezeichnen. Die andere, die als 2-Leiterkonzept zu bezeichnen ist, besteht darin, daß der zweite Kondensator von einer intern gewonnenen Spannung aufladbar ist, welche vorzugsweise um die Spannungsdifferenz einer Z-Diode geringer ist als diejenige Spannung, mit welcher der erste Kondensator aufladbar ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in Reihe mit den beiden Kondensatoren Widerstände vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Zeit konstanten der Aufladung der Kondensatoren unter Beachtung der erforderlichen Energie, die zur Zündung der Hochdruck-Gasentladungslampe und zu deren Überleitung in den Brennbetrieb notwendig ist, so wählbar sind, daß am zweiten Kondensator dann die gewünschte Spannung erreicht ist, wenn der steuerbare Schalter schließt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist der steuerbare Schalter eine Funkenstrecke, welche bei Erreichen einer bestimmten Spannung durchschaltet.

Zum Schutz der die Zündschaltung versorgenden Spannungsversorgung gegen Spannungsstöße sowie zum Schließen des Zündstrompfades, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung zwischen den Eingangsklemmen der Zündvorrichtung ein Spannungsbegrenzungselement, z. B. ein Varistor, vorgesehen.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß gestalteten Zündvorrichtung nach dem 3-Leiterkonzept, und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß gestalteten Zündvorrichtung nach dem 2-Leiterkonzept.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß gestalteten Zündvorrichtung dargestellt, das nach dem sogenannten 3-Leiterkonzept aufgebaut ist. Eine Hochdruck-Gasentladungslampe 10 ist auf einer Seite über eine Sekundärwicklung 16 eines Zündtransfomators 14 mit einer ersten Anschlußleitung 11 einer nicht näher dargestellten Stromversorgungsschaltung verbunden. Die Hochdruck-Gasentladungslampe 10 ist auf ihrer zweiten Seite mit einer zweiten Anschlußleitung 12 der Stromversorgungs schaltung verbunden. Zwischen den Anschlußleitungen 11 und 12 liegt eine erste Spannung U₁ an. Eine dritte Anschlußleitung 13 liefert eine weitere Spannung U₂ zwischen den Anschlüssen 11 und 13. Über diese drei Anschlußleitungen wird die Hochdruck-Gasentladungslampe 10 sowohl mit Brenn- als auch mit Zündenergie versorgt.

Die Zündenergie wird von der erfindungsgemäß gestalteten Zündvorrichtung mit Hilfe eines Impulses aufgebracht. Dazu ist der Zündtransformator 14 mit einer Primärwicklung 15 und der Sekundärwicklung 16, die eng miteinander gekoppelt sind, versehen. In Reihe mit der Primärwicklung 15 ist eine Funkenstrecke 17 als ein preiswerter steuerbarer Schalter vorgesehen, die bei Erreichen der Durchbruchsspannung schlagartig leitend wird, den Zündimpuls somit generiert und den Stromfluß durch die Primärwicklung 15 ermöglicht. Parallel zu der Reihenschaltung von Primärwicklung 15 und Funkenstrecke 17 ist ein erster Kondensator 18 angeordnet. Dieser erste Kondensator 18 liegt in Reihe mit einem Widerstand 20 zwischen den Anschlußleitungen 11 und 13 und wird somit von der Spannung U₂ aufgeladen. Parallel zu dem ersten Kondensator 18 ist die Reihenschaltung eines zweiten Kondensators 19 und einer Diode 22 vorgesehen. Der Verbindungspunkt von Kondensator 19 und Diode 22 ist über einen Widerstand 21 mit der Anschlußleitung 12 verbunden. Dieser zweite Kondensator 19 liegt also in Reihe mit dem Widerstand 21 zwischen den Anschlußleitungen 11 und 12 und wird somit von der Spannung U₁ aufgeladen. Die Diode 22 ist so gepolt, daß ihre Anode an den Verbindungspunkt des zweiten Kondensators 19 und des Widerstands 21 angeschlossen ist, und daß ihre Kathode mit dem Verbindungspunkt des ersten Kondensators 18 und dem Widerstand 20, sowie dem einen Anschluß der Funkenstrecke 17, verbunden ist. Zum Schutz der nicht dargestellten Stromversorgungsschaltung vor Spannungsstößen vom Zündtransformator 14 und zum Schließen des Zündstrompfades der Hochdruck-Gasentladungslampe 10 ist zwischen den Anschlußleitungen 11 und 12 ein Varistor 23 angeordnet.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäß gestalteten Zündvorrichtung ist folgende. Über die an der Anschlußleitung 13 anstehende Spannung U₂, die nur während der Zündung gebraucht wird und daher als Hilfsspannung bezeichnet werden kann, wird der erste Kondensator 18 über den Widerstand 20 bis zum Durchschlag der Funkenstrecke 17 aufgeladen. Gleichzeitig lädt die zwischen den Anschlußleitungen 11 und 12 anstehende Spannung U₁, welche die Übernahmespannung und später die Brennspannung der Hochdruck-Gasentladungslampe 10 liefert, über den Widerstand 21 den zweiten Kondensator 19 auf. In dieser Phase ist die Spannung U₂ immer größer als die Spannung U₁. Ein vorteilhaftes Verhältnis für die Spannungen sieht vor, daß U₂ ca. 2- bis 5-fach so groß ist wie die Spannung U₁. Dadurch ist die Diode 22 gesperrt. Die Zeit konstanten für die Aufladung der Kondensatoren, T1 = R₂₀ _* C₁₈ für den ersten Kondensator 18, und T2 = R₂₁ _* C₁₉ für den zweiten Kondensator 19, werden durch geeignete Auswahl der Widerstände 20 und 21 so gewählt, daß die gewünschte Spannung U_C2 am zweiten Kondensator 19 erreicht ist, wenn die Funkenstrecke 17 durchschaltet. Bei der Wahl der Zeitkonstanten wird die vorher erfolgte Dimensionierung der Kondensatoren, die aus der Energiebetrachtung vorgenommen wird, beachtet. Weiterhin ist es zweckmäßig, die Kapazität des zweiten Kondensators 19 etwa 2- bis 5-fach so groß wie die Kapazität des ersten Kondensators 18 zu wählen.

Beim Durchschlag der Funkenstrecke 17 erfolgt ein Stromfluß im Primärkreis, bestehend aus dem ersten Kondensator 18, der Primärwicklung 15 und der Funkenstrecke 17. Dieser Stromfluß erzeugt gemäß dem Übersetzungsverhältnis des Zündtransformators 14 eine Spannung in der Sekundärwicklung 16, die zum Durchschlag in der Hochdruck-Gasentladungslampe 10 führt. Nach diesem Durchschlag muß dafür gesorgt werden, daß der Lichtbogen in der Hochdruck-Gasentladungslampe 10 stabilisiert wird. Dazu muß Energie nachgeliefert werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß besonders dadurch, daß dann, wenn die Spannung U_C1 am ersten Kondensator den Wert U_C2 am zweiten Kondensator 19 unterschreitet, auch die im zweiten Kondensator 19 gespeicherte Energie, zusätzlich zu der im ersten Kondensator 18 gespeicherten Energie, zur Verfügung steht und über Primärwicklung 15, hochtransformiert mittels der Sekundärwicklung 16, gleichzeitig und dann gemeinsam an die Hochdruck-Gasentladungslampe 10 abgegeben wird. Die nach dem Durchschlag der Hochdruck-Gasentladungslampe 10 beim Übergang von der Zündung des Lichtbogens in den Brennbetrieb notwendige Energie wird also erfindungsgemäß durch die gestaffelte Kondensatorentladung auf wesentlich niedrigerem Spannungsniveau nachgeschoben.

In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß gestalteten Zündvorrichtung dargestellt, das nach dem sogenannten 2-Leiterkonzept aufgebaut ist. Eine Hochdruck-Gasentladungslampe 210 ist auf einer Seite über eine Sekundärwicklung 216 eines Zündtransfomators 214 mit einer ersten Anschlußleitung 211 einer nicht näher dargestellten Stromversorgungsschaltung verbunden. Die Hochdruck-Gasentladungslampe 210 ist auf ihrer zweiten Seite mit einer zweiten Anschlußleitung 212 der Stromversorgungs schaltung verbunden. Zwischen den Anschlußleitungen 211 und 212 liegt eine Spannung U₁ an. Über diese beiden Anschlußleitungen wird die Hochdruck-Gasentladungslampe 210 sowohl mit Brenn- als auch mit Zündenergie versorgt.

Die Zündenergie wird von der erfindungsgemäß gestalteten Zündvorrichtung mit Hilfe eines Impulses aufgebracht. Dazu ist der Zündtransformator 214 mit einer Primärwicklung 215 und der Sekundärwicklung 216, die eng miteinander gekoppelt sind, versehen. In Reihe mit der Primärwicklung 215 ist eine Funkenstrecke 217 als ein steuerbarer Schalter vorgesehen, der bei Erreichen der Durchbruchsspannung schlagartig leitend wird, den Zündimpuls somit generiert und den Stromfluß durch die Primärwicklung 215 ermöglicht. Parallel zu der Reihenschaltung von Primärwicklung 215 und Funkenstrecke 217 ist ein erster Kondensator 218 angeordnet. Dieser erste Kondensator 218 liegt in Reihe mit einem Widerstand 220 zwischen den Anschlußleitungen 211 und 212 und wird somit von der Spannung U₁ aufgeladen. Parallel zu dem ersten Kondensator 218 ist die Reihenschaltung eines zweiten Kondensators 219 und einer Diode 222 vorgesehen. Der Verbindungspunkt von Kondensator 219 und Diode 222 ist über die Reihenschaltung eines Widerstands 224 und einer Z-Diode 225 sowie des Widerstandes 220 mit der Anschlußleitung 212 verbunden. Am Verbindungspunkt dieses zweiten Kondensators 219 mit der Diode 222 liegt also eine intern erzeugte Spannung U₂ an, die um die Spannung der Z-Diode 225 niedriger ist als die Spannung U₁. Die Diode 222 ist so gepolt, daß ihre Anode an den Verbindungspunkt des zweiten Kondensators 219 und des Widerstands 224 angeschlossen ist, und daß ihre Kathode mit dem Verbindungspunkt des ersten Kondensators 218 und dem Widerstand 220, sowie dem einen Anschluß der Funkenstrecke 217, verbunden ist. Zum Schutz der nicht dargestellten Stromversorgungsschaltung vor Spannungsstößen vom Zündtransformator 214 und zum Schließen des Zündstrompfades der Hochdruck-Gasentladungslampe 210 ist zwischen den Anschlußleitungen 211 und 212 ein Spannungsbegrenzungselement 223, z. B. ein Varistor, angeordnet.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäß gestalteten Zündvorrichtung ist folgende, wobei nur die von der ersten Ausführungsform abweichende hier beschrieben wird. Die Ladung des zweiten Kondensators 219 auf das Spannungsniveau U_C2 erfolgt mit Hilfe eines Teiles der Spannung U₁, die intern erzeugte Spannung U₂. Diese entsteht durch Subtraktion der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 225 von der Spannung U₁. Die Zeitkonstante für den ersten Kondensator 218, T1 = R₂₂₀ _* C₂₁₈, und die Zeitkonstante für den zweiten Kondensator 219, T2 = C₂₁₉_* (R₂₂₀ + R₂₂₄), werden durch geeignete Auswahl der Widerstände 220, und 224 so gewählt, daß die gewünschte Spannung U_C2 am zweiten Kondensator 219 erreicht ist, wenn die Funkenstrecke 217 durchschaltet. Bei der Wahl der Zeit konstanten wird die vorher erfolgte Dimensionierung der Kondensatoren 218 und 219, die aus der Energiebetrachtung vorgenommen wird, beachtet. Weiterhin ist es zweckmäßig, die Kapazität des zweiten Kondensators 219 etwa 2- bis 5-fach so groß wie die Kapazität des ersten Kondensators 218 zu wählen. Der Wert des Widerstands 224 kann unter Umständen auch Null sein.

Die weitere Wirkungsweise dieser Ausführungsform nach dem 2-Leiterkonzept ist gleich derjenigen, die im Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erläutert wurde.

In vorteilhafter Weise muß bei der erfindungsgemäßen Zündvorrichtung nicht die gesamte Zündenergie auf hohem Spannungsniveau zur Verfügung gestellt werden. Die gestaffelte Kondensatorentladung macht eine ökonomische Raumausnutzung möglich. Weiterhin ist die Verwendung kostengünstigerer Kondensatoren ermöglicht sowie eine Verbesserung des Übernahmeverhaltens erzielt. Im kritischen Bereich der Übernahme der Hochdruck-Gasentladungslampe vom Zünd- in den Brennbetrieb kann genügend Energie auf niedrigem Spannungsniveau nachgeschoben werden.

Claims

1. Zündvorrichtung für eine Hochdruck-Gasentladungslampe (10, 210), insbesondere für den Einsatz in Scheinwerfern von Kraftfahrzeugen, mit einem Zündtransformator (14, 214), dessen Primärwicklung (15, 215) eine Spannung zuführbar ist, dessen Sekundärwicklung (16, 216) mit dem hochtransformierten Wert der Spannung die Hochdruck-Gasentladungslampe (10, 210) zündet, wobei auf der Primärseite ein Kondensator (18, 218) parallel zur Reihenschaltung der Primärwicklung (15, 215) und eines steuerbaren Schalters (17, 217) vorgesehen ist, bei Einschaltung der Versorgungsspannung (U₁) der Kondensator (18, 218) geladen wird, und der Kondensator (18, 218) bei Erreichen einer bestimmten Spannung durch das Durchschalten des steuerbaren Schalters (17, 217) zur Abgabe der Spannung entladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (18, 218) ein zweiter Kondensator (19, 219) in Reihe mit einer Diode (22, 222) vorgesehen ist, daß dieser zweite Kondensator (19, 219) auf eine geringere Spannung aufladbar ist als der erste Kondensator (18, 218), und daß dieser zweite Kondensator (19, 219) dann über die entsprechend gepolte Diode (22, 222) und den durchgeschalteten steuerbaren Schalter (17, 217) in die Primärwicklung (15, 215) entladen wird, wenn seine Spannung (U_C2) größer geworden ist, als die (U_C1) des ersten Kondensators (18, 218) bei dessen Entladung.

2. Zündvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des zweiten Kondensators (19, 219) etwa 2- bis 5-fach so groß ist wie die Kapazität des ersten Kondensators (18, 218).

3. Zündvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den ersten Kondensator (18, 218) aufladende Spannung (U₂ in Fig. 1, U₁ in Fig. 2), größer ist, vorzugsweise ca. 2- bis 5-fach so groß, als die den zweiten Kondensator (19, 219) aufladende Spannung (U₁ in Fig. 1, U₂ in Fig. 2).

4. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator (18) von einer separat (13) zugeführten Spannung (U₂) aufladbar ist.

5. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (219) von einer intern gewonnenen Spannung (U₂ in Fig. 2) aufladbar ist, welche vorzugsweise um die Spannungsdifferenz einer Z-Diode (225) geringer ist als diejenige Spannung (U₁), mit welcher der erste Kondensator (218) aufladbar ist.

6. Zündvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den beiden Kondensatoren (18, 19; 218, 219) Widerstände (20, 21; 220, 224 und 220) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Zeit konstanten der Aufladung der Kondensatoren (18, 19; 218, 219) unter Beachtung der erforderlichen Energie, die zur Zündung der Hochdruck-Gasentladungslampe (10, 210) und zu deren Überleitung in den Brennbetrieb notwendig ist, so wählbar sind, daß am zweiten Kondensator (19, 219) dann die gewünschte Spannung erreicht ist, wenn der steuerbare Schalter (17, 217) schließt.

7. Zündvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter (17, 217) eine Funkenstrecke ist, welche bei Erreichen einer bestimmten Spannung durchschaltet.

8. Zündvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingangsklemmen (11, 12; 211, 212) der Zündvorrichtung ein Spannungsbegrenzungselement (23; 223), insbesondere ein Varistor, zum Schließen des Zündstrompfades vorgesehen ist.