Zündschaltung für eine über eine Drosselspule an der Wechselspannungsquelle angeschlossene Hochdruckmetalldampf-Entladungslampe

Abstract

 Eine Zündschaltung für eine über eine Drosselspule (2) an eine Wechselspannungsquelle angschlossene Hochdruck­metalldampf-Entladungslampe (11) weist einen Impulstrans­formator (4) auf, dessen Sekundärwicklung (5) zwischen der Drosselspule (2) und der Lampe (1) angeordnet ist. Zu der Reihenschaltung aus der Sekundärwicklung (5) und der Lampe (1) ist eine Reihenschaltung aus einem Ladewiderstand (6) und einem Stoßkondensator (7) parallel geschaltet. Zu dem Stoßkondensator (7) ist eine Reihen­schaltung aus der Primärwicklung (8) des Impulstrans­formators (4) und eines ersten Schalterelementes (9) parallel geschaltet. Dem Ladewiderstand (6) ist ein Zündhilfskondensator (10) parallel geschaltet. Mit der Reihenschaltung aus Stoßkondensator (7) und dem mit dem Zündhilfskondensator (10) parallel geschalteten Ladewiderstand (6) ist mindestens ein weiteres Schalter­element (11) in Serie geschaltet. Die Schalterelemente (9,11) sind in beiden Polaritätsrichtungen oberhalb einer bestimmten Grenzspannung leitend und unterhalb dieser Grenzspannung nichtleitend.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zündschaltung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Zündschaltung ist nach der DE-OS 31 08 547 bekannt.

[0002] Für Schaltungen der vorstehend angegebenen Art schreiben die Lampenhersteller vor, daß die Reihenschaltung aus dem Stoßkondensator und dem Zündhilfskondensator bei abge­schlossener Startphase eine bestimmte Maximalkapazität nicht überschreiten darf, da andernfalls die Gefahr einer frühzeitigen Alterung der Lampe besteht. Andererseits ist es wünschenswert, die Kapazität dieser Reihenschaltung so zu wählen, daß die seitens der Lampenhersteller vorge­schriebene Maximalkapazität überschritten wird, um ein sicheres Zünden zu gewährleisten. Mit einem sicheren Zünden ist nicht nur ein soforiges Aufleuchten der Lampe verbun­den, sondern auch eine längere Lebensdauer der Lampe, da wiederholte Fehlstarts die Lebensdauer der Lampe negativ beeinflussen.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der bekannten Schaltung eine Maßnahme vorzusehen, die es erlaubt, die Kapazität der Reihenschaltung aus dem Stoßkondensator und dem Zündhilfskondensator zu erhöhen, ohne daß die von den Lampenherstellern befürchteten negativen Folgen für die Lampe eintreten.

[0004] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0005] Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß die Reihenschaltung aus dem Stoßkondensator und dem Zündhilfs­kondensator durch das weitere Schalterelement nach dem Zünden der Lampe unterbrochen wird, weil die Spannung über der gezündeten Lampe weit unter die Startspannung sinkt und damit auch die Spannung über dem weiteren Schalterelement unter dessen Ansprechspannung sinkt.

[0006] Durch die erfindungsgemäße Lösung werden außerdem folgende weitere Vorteile erzielt.

[0007] Bei der herkömmlichen Schaltung ist es notwendig, den Kern des Impulstransformators mit einem Luftspalt zu versehen, um zu vermeiden, daß er durch die auch im Betrieb auftre­tenden steilen Flanken des Lampenbrennstroms alternierend gesättigt wird. Ohne diese Maßnahme, d.h. ohne Luftspalt würde der Impulstransformator ein störendes singendes Geräusch erzeugen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird der Lampenstromweg durch die Impulstransformatorwicklung unterbrochen, mit dem Ergebnis, daß ein Impulstransformator ohne Luftspalt einsetzbar ist und trotzdem das störende singende Geräusch nicht auftritt. Ein Impulstransformator ohne Luftspalt ist bei gleicher Impedanz kleiner als ein Impulstransformator mit Luftspalt. Die geringeren Abmes­sungen eines solchen Impulstransformators ohne Luftspalt sind aus Platzgründen äußerst wünschenswert.

[0008] Zum Schutz der Schalterelemente vor kurzzeitigen Ladestrom­spitzen kann eine Induktivität gemäß den Ansprüchen 4 und 5 in die Schaltung eingefügt werden.

[0009] Der Stromspitzen vermeidenden Induktivität ist weiterhin zum Abbau von Spannungsspitzen ein als Überspannungsab­leiter arbeitender spannungsabhängiger Widerstand gemäß den Ansprüchen 4 oder 6 hinzufügbar.

[0010] Anspruch 7 ist gerichtet auf eine spezielle Ausführungsform des Transformators 4.

[0011] Das erstgenannte Schalterelement muß eine so kurze Abschaltzeit haben, daß mehrere Zündimpulse unmittelbar nacheinander erzeugt werden können. Die Abschaltzeit hängt von der Grenzspannung des Schalterelementes ab, bei dem dieses leitend wird. Je höher die Grenzspannung ist, desto länger ist die Abschaltzeit. Für die hier erforderliche Grenzspannung gibt es bisher im Handel keine Schalter­elemente, deren Abschaltzeit ausreichend kurz ist. Aus diesem Grunde verwendet man in der Praxis zwei in Serie geschaltete Schaltelemente mit jeweils der halben Grenz­spannung. Durch die Verwendung von zwei in Serie geschal­teten Schaltelementen besteht jedoch die Gefahr, daß - wenn eines der beiden Schalterelemente durch Zerstörung einen dauerhaften Kurzschluß bildet - die Schaltung auch nach Zündung der Lampe noch mit dem anderen Schalterelement weiterarbeitet und Zündimpulse in die bereits brennende Lampe einspeist, mit der Folge, daß diese zerstört wird. Durch die erfindungsgemäße Maßgabe wird auch diese Gefahr beseitigt.

[0012] Die Erfindung wird anhand von in einer Zeichnung darge­stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit potentialtrennendem Impulstransformator,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Impulstransformator in Spaltschaltung,

Fig. 3 die Schaltung nach Fig. 1 mit Überspannungs- und Überstromschutz,

Fig. 4 die Schaltung nach Fig. 2 mit Überspannungs- und Überstromschutz.

[0013] Fig. 1 zeigt in einer ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Hochdruckmetalldampf-Entladungslampe 1, eine Drosselspule 2, einen Impulstransformator 4 mit Primär­wicklung 8 und Sekundärwicklung 5, zwei Schalterelemente 9, 11, einen Stoßkondensator 7, einen Zündhilfskondensator 10 mit einem Ladewiderstand 6, einen weiteren Widerstand 12 und ein Gehäuse 3.

[0014] Den Hauptstromkreis, d.h. den Laststromkreis bildet die Reihenschaltung aus Netzdrossel 2, Sekundärwicklung 5 des Übertragers 4 und die Hochdruckmetalldampf-Entladungs­lampe 1. Parallel zu der Reihenschaltung aus Sekundär­wicklung 5 und Hochdruckentladungslampe 1 liegt die Reihenschaltung aus Stoßkondensator 7 parallel zu Widerstand 12, Schalter­element 11 und Zündhilfskondensator 10 parallel zu Ladewiderstand 6. Parallel zu der Parallelschaltung aus Stoßkondensator 7 und Widerstand 12 liegt die Reihenschaltung aus der Primärwick­lung des Impulstransformators 4 und des Schalterelementes 9. Da es sich bei der Versorgungsspannung um eine symmetrische Wechselspannung handelt, kann die Drossel 2 ebenso in der anderen Spannungszuführungsleitung liegen, oder zweigeteilt sein, so daß in beiden Spannungszufüh­rungsleitungen die halbe Drossel wirksam ist.

[0015] Der durch die Bauteile 7, 12, 4, 9, 6, 10 und zusätzlich 11 gebildete Dreipol wird im folgenden mit Überlagerungszünd­spannungsgerät bezeichnet.

[0016] Die Metalldampfhochdruck-Entladungslampe 1 erhält ihre Versorgungsspannung über den im Gehäuse 3 befindlichen Dreipol und die Netzdrossel 2 aus einer an die mit L und N/L bezeichneten Anschlüsse angeschlossenen Versorgungs­spannung. Das Überlagerungszündspannungsgerät ist gleicher­maßen für die Zündung von Metallhalogenid- und Natrium­hochdruck-Entladungslampen kleiner und großer Leistung geeignet.

[0017] Die Versorgungsspannungseinspeisung über die mit L und N/L bezeichnete Anschlüsse erfolgt vorzugsweise aus dem 220V, 50Hz-Haushaltsnetz, jedoch sind auch andere Spannungs­ebenen, z.B. 380V, 50Hz denkbar.

[0018] Die Schalterelemente 9 und 11 können von Sidacs, Tridacs, entsprechend beschaltete Triacs, Vierschichtdioden oder ähnlichem gebildet sein. Das Schalterelement 9 bzw. 11 ist normalerweise nichtleitend, wird aber, wenn die an ihm liegende Spannung einen bestimmten Grenzspannungswert überschreitet, niederohmig, d.h. es leitet. Dieses gilt für beide Polaritätsrichtungen.

[0019] Aus Drei- oder Vierpolen gebildete Überlagerungszünd­spannungsgeräte sollen während der Startphase der Hoch­druckmetalldampf-Entladungslampe 1, die an dieser liegende Spannung zwecks Zündung beeinflussen, während sie bei Betrieb, d.h. nach einem Zünden der Lampe 1, keinen weiteren Einfluß mehr auf die an der Lampe 1 liegende Spannungsform haben sollen.

[0020] Die Hersteller schreiben deshalb für die jeweiligen Lampentypen bestimmte Maximalkapazitäten vor, die im Betrieb der Lampe dieser parallelgeschaltet sein dürfen. Andererseits ist es wünschenswert, den Stoßkondensator 7 möglichst groß zu wählen, um eine hohe Zündenergie für die Lampe 1 bereitzustellen.

[0021] Diese sich widersprechenden Forderungen werden durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 vereint.
Es findet eine Trennung zwischen Einschaltvorgang und Betrieb der Lampe 1 statt. Die beiden zeitlichen Bereiche sind erkennbar an den unterschiedlichen Spannungen, die an der Lampe 1 anliegen. Während bei nichtgezündeter Lampe die gesamte Versorgungsspannung plus der von dem Überlagungs­zündspannungsgerät über die Sekundärwicklung 5 einge­koppelte Zündspannung an der Lampe liegt, sinkt bei Betrieb diese Spannung auf die Brennspannung der Lampe 1 ab. Die verbleibende Spannung wird von der als induktiver, verlustloser Vorwiderstand zur Stabilisierung der prin­zipiell instabilen Betriebscharakteristik einer Lichtbogen­lampe dienenden Drosselspule aufgenommen. Die beiden Parallelschaltkreise von Stoßkondensator 7 und Widerstand 12 bzw. Zündhilfskondensator 10 und Ladewiderstand 6 sind über ein weiteres Schalterelement 11 verbunden. Dieses Schalterelement weist eine Grenzspannung auf, die über der Brennspannung der Lampe 11 liegt.

[0022] Im nichtgezündeten Zustand liegt die gesamte Versor­gungsspannung an der Lampe 1 und somit auch an der Reihenschaltung von Stoßkondensator 7, Schalterelement 11 und Zündhilfskondensator 10. Das Schalterelement 11, dessen Grenzspannung zwar über der Brennspannung der Lampe 1 aber unterhalb der Versorgungsspannung liegt, wird niederohmig und erlaubt das Laden der Kondensatoren 7 und 10. Das Überlagerungszündspannungsgerät ist also für diesen ersten Zeitbereich, den Zündvorgang, ein echter Dreipol.

[0023] Nach erfolgter Zündung, d.h. während des Betriebes der Lampe sinkt die Spannung an der Lampe so stark, daß das Schalterelement 11 wieder in den hochohmigen Zustand übergeht, womit die Serienschaltung der Kondensatoren 7 und 10 unterbrochen ist. Für den Betriebsfall weist das Überlagerungszündspannungsgerät folglich nur einen Zweipol auf, d.h. es weist nur die Sekundärwicklung 5 des Impuls­transformators 4 in Reihe zur Drosselspule 2 auf.

[0024] Eine vollständige Entkopplung zwischen Zündphase und Betriebszustand der Lampe ist nun erreichbar. Weitere Zündimpulse werden nicht mehr erzeugt, da der Stoßkondensator 7 durch das hochohmige Schalterelement 11 nicht mehr ladbar ist. Gleichzeitig wird die während des Betriebes an der Lampe 1 liegende Betriebskapazität, die sich aus der Serienschaltung von Stoßkondensator 7 und Zündhilfskondensator 10 ergibt, auf ein Minimum reduziert. Die Kapazität des Stoßkondensators 7 kann relativ groß gewählt werden, um eine hohe Zündenergie verfügbar zu machen. Gleichzeitig kann trotzdem die Betriebskapazität der Schaltung gesenkt werden.

[0025] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Fig. 2.
Hierbei ist der potentialtrennende Zündübertrager 4 durch einen Impulstransformator in Sparschaltung ersetzt. Die auf dem Transformatorkern aufgebrachte Wicklung wird zweige­teilt, so daß eine Primärwicklung 8 und eine von dieser nicht potentialgetrennte Sekundärwicklung 5 gebildet werden. Der gemeinsame erste Anschluß der beiden Wicklungen 8 und 5 ist mit dem mit der Drossel 2 verbundenen einen Eingangsanschluß D des Überlagerungszündspannungsgerätes verbunden. Der zweite Anschluß der Primärwicklung 8 ist mit dem Schalterelement 9 verbunden und der zweite Anschluß der Sekundärwicklung 5 ist mit dem einen Anschluß der Lampe 1 verbunden.

[0026] Das Verhältnis der Wicklungszahlen von Sekundärwicklung und Primärwicklung bestimmt die während des Zündvorganges an der Lampe 1 anliegende Spannung. Der gemeinsame Anschluß des Spartransformators 4 kann auch eine von mehreren Wicklungsanzapfungen sein, womit eine Anpassung der Höhe der am Ausgangsanschluß L_A des Überlagerungszündspan­nungsgeräts anliegenden Spannung an verschiedene Hochdruck­entladungslampen möglich ist.

[0027] Abgesehen von der Schaltung des Spartransformators 4 ist die Verschaltung der verwendeten Bauteile nach Fig. 2 identisch mit der von Fig. 1.

[0028] Zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Fig. 3 und 4, die im wesentlichen der Schaltung nach den Fig. 1 und 2 entsprechen, jedoch jeweils einen Überstrom­schutz und einen Überspannungschutz aufweisen. Da im Moment des Einschaltens das Schalterelement 11 leitend wird und somit ein starker Stromstoß die Kondensatoren 7 und 10 lädt, kann das Schalterelement 11 zerstört werden. Unter anderem zur Begrenzung dieses Einschaltstoßstromes ist die in den Fig. 3 und 4 vorgesehene Induktivität 13 in die Serienschaltung aus Schalterelement 11, Zündhilfskonden­ sator 10 und Stoßkondensator 7 eingefügt. Die Einfügung der Induktivität 13 zwischen dem Schalterelement 11 und dem einen gemeinsamen Anschluß der Parallelschaltung aus Stoßkondensator 7 und Widerstand 12 hat den Vorteil, daß die Induktivität gleichzeitig strombegrenzend im Primär­zündkreis, bestehend aus der Serienschaltung von Primär­wicklung 8, dem oder den Schalterelement(en) 9 und dem Stoßkondensator 7, wirkt.

[0029] Weiterhin ist in den Fig. 3 und 4 ein dem Schalterelement 11 parallelgeschaltetes Spannungsbegrenzungselement 14 hinzugefügt. Dieses Spannungsbegrenzungselement 15 schützt das Schalterelement 11 vor möglicher, z.B. von der Induk­tivität 13 erzeugter Überspannung. Das Spannungsbegren­zungselement 14 kann aus Überspannungsableiter (TAZ-Diode) oder aus antiseriell geschalteten Zehner-Dioden gebildet sein. Es ist in der Lage, kurzzeitige impuls­förmige Energien zu absorbieren, so daß diese nicht dem Schalterelement 11 zugeführt werden.

[0030] Der über den Widerstand 12, die Induktivität 13, den Überspannungsableiter 14 und den Ladewiderstand 6 ent­stehende, im wesentlichen ohmsche Parallelzweig führt dazu, daß das Überlagerungszündspannungsgerät im Betriebszustand der Lampe 1 kein reiner Zweipol mehr ist, jedoch ist dieser Parallelzweig hochohmig und damit im Betriebszustand der Lampe 1 von untergeordneter Bedeutung.

Ansprüche

1. Zündschaltung für eine über eine Drosselspule (2) an eine Wechselspannungsquelle angeschlossene Hochdruck­metalldampf-Entladungslampe (11),
mit einem Impulstransformator (4), dessen Sekundärwicklung (5) zwischen der Drosselspule (2) und der Lampe (1) angeordnet ist,
mit einer zu der Reihenschaltung aus der Sekundärwicklung (5) und der Lampe (1) parallel geschalteten Reihen­schaltung eines Ladewiderstandes (6), und eines Stoßkondensators (7),
mit einer zum Stoßkondensator (7) parallel geschalteten Reihenschaltung aus der Primärwicklung (8) des Impuls­transformators (4) und eines ersten, in beiden Polaritätsrichtungen oberhalb einer bestimmten Grenzspannung leitenden und unterhalb dieser Grenzspan­nung nichtleitenden Schalterelementes (9) und
mit einem dem Ladewiderstand (6) parallel geschalteten Zündhilfskondensator (10),
dadurch gekennzeichnet,
daß mit der Reihenschaltung aus dem Stoßkondensator (7) und dem mit dem Zündhilfskondensator (10) parallel geschalteten Ladewiderstand (6) mindestens ein weiteres in beiden Polaritätsrichtungen oberhalb einer bestimm­ten Grenzspannung leitendes und unterhalb dieser Grenzspannung nichtleitendes Schalterelement (11) in Serie geschaltet ist.

2. Zündschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stoßkondensator (7) durch einen weiteren Widerstand (12) überbrückt ist.

3. Zündschaltung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Summe der Durchbruchspannungen des mindestens einem weiteren Schalterelementes (11) größer ist als die Betriebsspannung, die über der gezündeten Lampe (1) liegt.

4. Zündschaltung nach einem der vorherstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem weiteren Schalterelement (11) ein spannungsab­hängiger Widerstand (14) parallelgeschaltet ist und daß in die Reihenschaltung aus dem Stoßkondensator (7) aus dem weiteren Schaltelement (11) und aus der Parallelschaltung von Ladewiderstand (6) und Zündhilfskondensator (10) eine Induktivität (13) eingefügt ist.

5. Zündschaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Induktivität (13) gleichzeitig in dem die Primär­wicklung (8) des Impulstrafos (4) enthaltenden Primärzünd­ kreis und in der Reihenschaltung aus dem Zündhilfskonden­sator (10), dem weiterem Schalterelement (11) und dem Stoßkondensator (7) liegt.

6. Zündschaltung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der spannungsabhängige Widerstand (14) von einer An­tiseriellschaltung zweier Zenerdioden gebildet ist.

7. Zündschaltung nach einem der vorherstehenden Ansprüch,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Impulstrafo (4) in nicht potentialtrennender Sparschaltung ausgeführt ist.

8. Zündschaltung nach einem der vorherstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß anstelle eines oder jedes der Schalterelemente (9, 11) eine Serienschaltung aus mindestens zwei Schalterelementen vorgesehen ist, deren Grenzspannungen summiert gleich der Grenzspannung des Schalterelementes (9, 11) sind, das sie ersetzen sollen.

Zeichnung