DE29806901U1

DE29806901U1 - Zündschaltung für Hochdruck-Gasentladungslampen

Info

Publication number: DE29806901U1
Application number: DE29806901U
Authority: DE
Original assignee: Tridonic Bauelemente GmbH
Current assignee: Tridonicatco GmbH and Co KG
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 1998-10-08
Anticipated expiration: 2008-04-17

Description

Zündschaltung für Hochdruck-Gasentladungslampen

Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung insbesondere für Hochdruck-Gasentladungslampen nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Eine derartige Zündschaltung ist beispielsweise aus den beiden deutschen Patentschriften DE 31 08 547 C2 und DE 31 08 548 C2 bekannt.

Figur 3 zeigt ein Prinzipschaltbild dieser bekannten Zündschaltung. Eine Hochdruckgasentladungslampe bzw. Hochdruckmetalldampf-Gasentladungslampe 4 (im folgenden nur kurz als Lampe bezeichnet) ist an die Ausgangsanschlüsse 2 und 2' der Zündschaltung angeschlossen. Die Zündschaltung weist einen Impulstransformator 5 auf, dessen Sekundärwicklung 6 in der spannungsführenden Versorgungsleitung zwischen der Lampe 4 und einem herkömmlichen magnetischen Vorschaltgerät 3, zum Beispiel einer Drossel, geschaltet ist. Dieser Serienschaltung aus der Sekundärwicklung 6 des Impulstransformators 5 und der Lampe 4 ist eine Serienschaltung aus einem Stoßkondensator 7 und einem Ladewiderstand 11 parallel geschaltet, wobei dem Stoßkondensator 7 eine Serienschaltung aus der Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 und einem symmetrisch schaltenden Schaltelement 9 parallel geschaltet ist. Das symmetrisch schaltende Schaltelement 9 kann beispielsweise eine Vierschichtdiode, ein Triac oder ein in Figur 3 beispielhaft dargestellter Sidac sein.

Ebenso ist der Einsatz einer Gasfunkenstrecke denkbar. Dem Ladewiderstand 11 ist ein Zündhilfskondensator 10 parallel geschaltet.

Die Funktion der in Figur 3 dargestellten Zündschaltung ist wie folgt:

Der Stoßkondensator 7 wird über die Parallelschaltung des Zündhilfskondensators 10 und des Ladewiderstandes 11 aufgeladen, bis seine Spannung die Schaltspannung des Sidac 9 übersteigt, so daß das Sidac 9 durchbricht und niederohmig wird. Mit Durchbrechen des Sidac 9 wird der Stoßkondensator 7 über die Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 kurzgeschlossen und entlädt sich über die Primärwicklung 8. Der Spannungsabfall in der Primärwicklung 8 wird im Verhältnis der Windungszahlen des Impulstransformators 5 hochtransformiert, so daß über die Sekundärwicklung 6 des Impulstransformators 5 ein Zündimpuls von etwa 4 kV an der Lampe 4 hervorgerufen wird. Noch während das Sidac 9 leitend geschaltet ist, wird der aus der Drossel 3 und dem Zündhilfskondensator 10

bestehende Serienresonanzkreis mit seiner Eigenfrequenz von etwa 500 - 2000 Hz zum Schwingen angeregt, so daß am Zündhilfskondensator 10 und über die Sekundärwicklung 6 des Impulstransformators 5 eine überhöhte Leerlaufspannung entsteht. Nachdem sich der Stoßkondensator 7 entladen hat und dessen Spannung wieder unter die Schaltspannung des Sidac 9 abgesunken ist, sperrt das Sidac 9 mit Umpolung des Stromes und unterbricht den Stromkreis für den aus der Drossel 3 und dem Zündhilfskondensator 10 bestehenden Serienresonanzkreis. Währenddessen erreicht der Stoßkondensator 7 im Verlaufe der Schwingung wieder die Schaltspannung des Sidac 9 und schaltet diesen erneut durch. Dieser Vorgang erfolgt im Laufe einer Netzhalbwelle wiederholt. Durch die enge Folge der Zündimpulse bei überhöhter Versorgungsspannung wird die Zündung auch schwer zündender Lampen 4 gesichert.

Die Zündschaltung muß gemäß den Vorschriften der Lampenhersteller derart ausgebildet sein, daß mindestens drei Zündimpulse pro Netzhalbwelle mit einem maximalen Impulsabstand von 0,3 ms erzeugt werden. Desweiteren ist die Schaltung so zu dimensionieren, daß für eine sichere Lampenzündung die Phasenlage der Zündimpulse zwischen 60° und 90° der betragsmäßig ansteigenden positiven bzw. negativen Netzhalbwelle gewährleistet ist.

Ferner beschreiben auch die beiden europäischen Patentanmeldungen EP-Al-O 381 083 und EP-Al-O 314 178, sowie die deutsche Patentanmeldung DE-Al-195 31 622 der Anmelderin und die DE-C2-3108 547 ähnliche Zündschaltungen für Hochdruck-Gasentladungslampen.

Auch die CH 532 877 beschreibt eine Zündschaltung für Gasentladungslampen, wobei jedoch der Aufbau der Zündschaltung nicht detailliert offenbart ist. Vielmehr ist nur beschrieben, daß in der Zündschaltung ein Impulstransformator zum Einsatz kommt, an dessen Primärwicklung eine Lampe angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung des Impulstransformators ist mithilfe einer Parallelleitung überbrückt, wobei die Parallelleitung über einen steuerbaren Schalter und ein Relais wahlweise an die Sekundärwicklung des Impulstransformators angeschlossen oder davon getrennt werden kann. Das Relais ist zwischen eine eingangsseitige Drosselspule und die Sekundärwicklung geschaltet, und die Erregerspule des Relais schließt beim Zünden der Lampe den damit verbundenen Schalter und überbrückt somit mit Hilfe der Parallelleitung die Sekundärwicklung.

Schließlich offenbart auch die GB-A-2 185 867 eine Zündschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, jedoch mit der Ausnahme, daß die Positionen des Zündkondensators und

des Schaltelements miteinander vertauscht sind. Das heißt, parallel zu der Serienschaltung aus der Sekundärwicklung des Impulstransformators und der Gasentladungslampe ist eine Serienschaltung bestehend aus der Primärwicklung des Impulstransformators, den Zündkondensator und einem Ladewiderstand geschaltet, wobei parallel zu der Serienschaltung aus der Primärwicklung und den Zündkondensator das Schaltelement angeschlossen ist. Zudem ist in Serie zu dem Ladewiderstand ein steuerbarer Schalter angeschlossen, welcher von einem Relais derart angesteuert wird, daß der Schalter nach Zünden der Lampe geöffnet und im ausgeschalteten Zustand der Lampe geschlossen ist.

Ausgehend von dem genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Schallemission und die Verlustleistung der Zündschaltung zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Schutzanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Zündschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen zu der Sekundärwicklung des Impulstransformators parallel geschalteten Schalter und einen ÜberwachungsschaltungsteU, der den Betriebszustand der Lampe überwacht und den Schalter so steuert, daß der Schalter beim Betrieb der Lampe geschlossen und im ausgeschalteten Zustand der Lampe offen ist. Der Schalter wird also nach dem Starten der Lampe geschlossen wird, so daß bei Betrieb der Lampe der Lampenstrom vom Impulstransformator abgezweigt wird. Durch diese Umleitung der Ströme erfolgt sowohl eine Reduzierung der Verlustleistung als auch eine Reduzierung der Schallemission der Zündschaltung, so daß die erfindungsgemäße Zündschaltung beispielsweise in schallempfindlichen Räumen oder in Überlagerungs-zündgeräten für hohe Lampenleistungen vorteilhaft eingesetzt werden kann. Durch die Reduzierung der Verlustleistung im Impulstransformator ist es femer möglich, den Impulstransformator kleiner und kompakter auszulegen.

Des weiteren enthält die Zündschaltung einen mit dem Ladewiderstand in Serie geschalteten Schalter, der von dem obigen ÜberwachungsschaltungsteU oder einem weiteren den Lampenbetriebszustand überwachenden ÜberwachungsschaltungsteU derart angesteuert wird, daß dieser Schalter beim Betrieb der Lampe offen und im ausgeschalteten Zustand der Lampe geschlossen ist. Während des Zündbetriebes der Lampe ergibt sich im Prinzip kein Unterschied zu den vorbekannten Zündschaltungen bezüglich der Zündung der Lampe. Dieser Schalter wird erst nach dem Starten bzw. bei Betrieb der Lampe wahlweise geöffnet. Hierdurch wird die Parallkapazität der Lampe

verändert und damit die Störungen bei den Wiederzündungen der Lampe, die aufgrund des anliegenden Wechselstromes bei jedem Nulldurchgang in der ionisierten Gasentladungslampe erfolgen, vermieden oder zumindest reduziert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 das Prinzipschaltbild einer Zündschaltung zur Erläuterung der Funktionsweise eines ersten steuerbaren Schalters, der gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

Figur 2 das Prinzipschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Zündschaltung; und

Figur 3 das Prinzipschaltbild einer bekannten Zündschaltung.

Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Zündschaltung, bei der der Übersichtlichkeit halber lediglich einer der erfindungsgemäßen steuerbaren Schalter eingesetzt ist.

Wie die in Figur 3 gezeigte vorbekannte Zündschaltung weist auch die in Figur 1 dargestellte Zündschaltung eine als magnetisches Vorschaltgerät dienende Drossel 3, einen Impulstransformator 5, dessen Sekundärwicklung 6 in Serie mit der Drossel 3 und der Hochdruck-Gasentladungslampe 4 geschaltet ist, sowie einen Stoßkondensator 7 auf. Der Stoßkondensator 7 einerseits und die Serienschaltung aus der Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 und einem Schaltelement 9 andererseits bilden eine Parallelschaltung, die ihrerseits in Serie mit einem Ladewiderstand 11 geschaltet ist. Parallel zu der so gebildeten Serienschaltung und parallel zu der Serienschaltung aus Sekundärwicklung 6 und Lampe 4 ist ein Zündhilfskondensator 10 geschaltet. In Figur 1 ist als symmetrisch schaltendes Schaltelement 9 ein Sidac dargestellt, welcher oberhalb einer bestimmten positiven Schaltspannung und unterhalb einer bestimmten negativen Schaltspannung durchbricht und im dazwischenliegenden Spannungsbereich hochohmig ist. Es können selbstverständlich ebensogut andere, entsprechend funktionierende bzw. gesteuerte Schaltelemente, wie beispielsweise eine Gasfunkenstrecke, eine Vierschichtdiode, ein gesteuerter Triac oder ein in einer Gleichrichterbrücke gesteuerter Transistor, verwendet werden.

Im Unterschied zur vorbekannten Zündschaltung gemäß Figur 3 ist im Ausführungsbeispiel von Figur 1 der Zündhilfskondensator 10 parallel zu der Lampe 4 geschaltet. Die Aufgabe des Zündhilfskondensators 10 liegt zum einen darin, Energie für das Aufladen des Stoßkondensators 7 im Zündbetrieb zur Verfügung zu stellen, und

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andererseits in der Gewährleistung einer kapazitiven Belastung der Lampe 4, wie sie von den Lampenherstellern gefordert wird. Desweiteren enthält die in Figur 1 gezeigte Zündschaltung einen Schalter 12, der parallel zu der Sekundärwicklung 6 des Impulstransformators 5 geschaltet ist. Dieser Schalter ist während des Startvorganges der Lampe 4 offen und wird nach dem Starten der Lampe 4 durch einen Uberwachungsschaltungsteil 13 geschlossen.

Der Zündvorgang der in Figur 1 gezeigten Zündschaltung ist im Prinzip der gleiche wie bei der vorbekannten Zündschaltung gemäß Figur 3. Es wird an dieser Stelle der Einfachheit halber nur auf die entsprechende Beschreibung des Zündvorganges in der Beschreibungseinleitung verwiesen.

Der Uberwachungsschaltungsteil 13 der Zündschaltung überwacht den Betriebszustand der Lampe 4 und schließt nach dem Starten der Lampe 4 den Schalter 12 bzw. öffnet den Schalter 12 im ausgeschalteten Zustand der Lampe 4. Durch das Schließen des Schalters 12 wird der durch die Lampe 4 fließende Strom von dem Impulstransformator 5 abgezweigt und über den durch den Schalter 12 geschlossenen Stromkreis umgeleitet, wodurch der Lärm bzw. Schall, der durch den Lampenstrom im Transformator 5 erzeugt wird, reduziert wird. Außerdem reduziert sich durch die Umleitung des Lampenstromes die Verlustleistung im Transformator 5, was zur Folge hat, daß der Transformator kleiner und kompakter ausgebildet werden kann. Dabei ist zu beachten, daß der Schalter 12 für die Hochspannung und den Lampenstrom ausgelegt sein muß, d.h. er sollte hochspannungsfest oder aus einer Serienschaltung von mehreren Schaltern gebildet sein. Obere Belastungswerte für eine 4kW Hochdruck-Gasentladungslampe sind zum Beispiel etwa 5 kV und etwa 30 A.

Der Uberwachungsschaltungsteil 13 kann, wie in Figur 1 gezeigt, mit der Lampe 4 in Serie geschaltet sein und auf den durch die Lampe 4 fließenden Lampenstrom reagieren. Ders Uberwachungsschaltungsteil 13 kann aber ebenso zu der Lampe 4 parallel geschalltet sein, um auf die an der Lampe 4 abfallende Lampenspannung zu reagieren. Außerdem sind natürlich auch alle weiteren Möglichkeiten anwendbar, die eine Überwachung des Betriebszustandes der Lampe 4 erlauben, wie beispielsweise die Zünderkennung durch eine Lichtmessung.

Vorzugsweise ist der Uberwachungsschaltungsteil 13 mit einer (nicht gezeigten) Zeitsteuerung gekoppelt, die nach erfolgter Zünderkennung der Lampe 4 das Schließen des Schalters 12 verzögert. Typische Werte für eine solche Zeitverzögerung liegen etwa im Bereich von 5 Sekunden bis 3 Minuten.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme können die Zündschaltungen vorteilhaft beispielsweise bei der Verwendung in schallempfindlichen Räumen oder in Überlagerungszündgeräten für hohe Lampenleistungen eingesetzt werden.
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Der Schalter 12 und der Überwachungsschaltungsteil 13 bilden vorteilhafterweise eine eigene Einheit, die, um die oben genannten Vorteile zu erzielen, an jedem Überlagerungszündgerät angeschlossen bzw. in jede Zündschaltung eingebaut werden kann.
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Der Schalter 12, der Überwachungsschaltungsteil 13 und die aus den Bauteilen 5 bis 11 bestehende Zündschaltung sind vorzugsweise im gleichen Gehäuse angeordnet.

Figur 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Zündschaltung aus Figur 1 um zwei weitere Schalter 14 und 15 erweitert wurde.

Ein Schalter 14 bildet eine Serienschaltung mit dem Zündhilfskondensator 10, die ihrerseits der Serienschaltung aus Lampe 4 und Sekundärwicklung 6 des Impulstransformators 5 parallel geschaltet ist. Der andere Schalter 15 ist mit dem Ladewiderstand 11 in Serie geschaltet, wobei diese Serienschaltung ihrerseits mit der aus dem Stoßkondensator 7, der Primärwicklung 8 des Impulstransformators 5 und dem Schaltelement 9 gebildeten Parallelschaltung in Serie geschaltet ist.

Beide Schalter 14 und 15 sind bei ausgeschalteter Lampe 4 und somit auch während des Zündbetriebes der Lampe 4 geschlossen, so daß sich im Prinzip kein Unterschied zu den in Figur 1 oder Figur 3 gezeigten Zündschaltungen bezüglich der Zündung der Lampe 4 ergibt. Die beiden Schalter 14 und 15 werden erst nach dem Starten bzw. bei Betrieb der Lampe 4 wahlweise geöffnet. Figur 2 zeigt einen der möglichen Schaltungszustände nach dem Starten der Lampe 4. Die Ansteuerung der Schalter 14 und 15 kann, wie in Figur 2 gezeigt, durch den gleichen Überwachungsschaltungsteil 13, der auch den Schalter 12 ansteuert, oder durch einen oder zwei separate Überwachungsschaltungsteil(e) erfolgen, wobei auch die Ansteuerung der Schalter 14 und 15 über eine Zeitsteuerung erfolgen kann, wie oben beim Schalter 12 erläutert. Die Ansteuerung der Schalter 12, 14 und 15 kann dabei unabhängig voneinander, aber selbstverständlich auch synchron oder in einem anderen bestimmten funktionellen Zusammenhang erfolgen.

Ohne Verwendung der Schalter 14 und 15 bleibt die Parallkapazität des Zündgerätes auch bei Betrieb der Lampe 4 erhalten. Diese Parallelkapazitäten 7 und 10 sind zwar für den

oben beschriebenen Zündvorgang notwendig, stören aber andererseits die Wiederzündungen der Lampe 4 bei Betrieb der Lampe. Die Wiederzündungen erfolgen aufgrund des anliegenden Wechselstromes bei jedem Nulldurchgang in der ionisierten Gasentladungslampe. Durch Öffnen der Schalter 14 und/oder 15 kann die Parallelkapazität der Lampe 4 im Betrieb nach Bedarf verändert werden, um die Störung der Wiederzündung zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.

Ist, wie in Figur 3 gezeigt, der Zündhilfskondensator 10 parallel zum Ladewiderstand 11 geschaltet, so kann auch in diesem Fall in Serie mit dem Zündhilfskondensator 10 ein Schalter 14 geschaltet werden, um die oben genannten Vorteile zu erzielen.

Ansonsten treffen die obigen Erläuterungen zu der in Fig. 1 gezeigten Zündschaltung auch auf das in Fig. 2 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel zu, so daß ergänzend auf diese Ausführungen verwiesen wird.

Claims

Ansprüche

1. Zündschaltung für eine über eine Drosselspule (3) an eine Wechselspannungsquelle (1,

V) anschließbare Hochdruck-Gasentladungslampe (4), mit

einem Impulstransformator (5), dessen Sekundärwicklung (6) zwischen der Drosselspule (3) und der Lampe (4) angeordnet ist,
einer der Serienschaltung aus Sekundärwicklung (6) des Impulstransformators (5) und Lampe (4) parallel geschalteten Serienschaltung eines Stoßkondensators (J) und eines Ladewiderstandes (11), und

einer dem Stoßkondensator (7) parallel geschalteten Serienschaltung aus der Primärwicklung (8) des Impulstransformators (5) und einem Schaltelement (9),
gekennzeichnet durch

einen zu der Sekundärwicklung (6) des Impulstransformators (5) parallel geschalteten ersten Schalter (12),

einen Überwachungsschaltungsteil (13), der den Betriebszustand der Lampe (4) überwacht und den ersten Schalter (12) so steuert, daß der erste Schalter (12) beim Betrieb der Lampe (4) geschlossen und im ausgeschalteten Zustand der Lampe (4) offen ist, und

einen mit dem Ladewiderstand (11) in Serie geschalteten zweiten Schalter (15), der durch den oder einen weiteren separaten Überwachungsschaltungsteil (13) so gesteuert ist, daß er beim Betrieb der Lampe (4) offen und im ausgeschalteten Zustand der Lampe (4) geschlossen ist.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

einen zu der Serienschaltung aus Sekundärwicklung (6) des Impulstransformators (5) und Lampe (4) parallel geschalteten Zündhilfskondensator (10).

3. Zündschaltung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch

einen zu dem Ladewiderstand (11) parallel geschalteten Zündhilfskondensator (10).

4. Zündschaltung nach Anspruch 2 oder 3,
gekennzeichnet durch

einen mit dem Zündhilfskondensator (10) in Serie geschalteten dritten Schalter (14), der durch den oder einen weiteren separaten Überwachungsschaltungsteil (13) so gesteuert ist, daß er beim Betrieb der Lampe (4) offen und im ausgeschalteten Zustand der Lampe (4) geschlossen ist.
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5. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Überwachungsschaltungsteil oder die Überwachungsschaltungsteile (13) mit der Lampe (4) in Serie geschaltet ist bzw. sind und auf den Lampenstrom reagiert bzw. reagieren.

6. Zündschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Überwachungsschaltungsteil oder die Überwachungsschaltungsteile (13) zu der Lampe (4) parallel geschaltet ist bzw. sind und auf die Lampenspannung reagiert bzw.

reagieren.

7. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß der oder die ÜberwachungsschaltungsteüXe) (13) mit einer Zeitsteuerung gekoppelt ist bzw. sind, die nach erfolgter Zünderkennung der Lampe (4) das Schließen bzw. Öffnen der einzelnen Schalter (12; 14, 15) verzögert bzw. verzögern.

8. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schalter (12, 14, 15) und der entsprechende Überwachungsschaltungsteil bzw. die entsprechenden Überwachungsschaltungsteile (13) im gleichen Gehäuse wie die Zündschaltung (5-11) angeordnet sind.

9. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß

daß die einzelnen Schalter (14, 15) mit dem gleichen Überwachungsschaltungsteil (13) ansteuerbar sind.

10. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Schalter (12, 14, 15) unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

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11. Zündschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltelement (9) ein symmetrisch schaltendes Schaltelement ist.