Getaktetes Schaltnetzteil für den Betrieb einer Entladungslampe

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein getaktetes Schaltnetzteil mit Pulsweitenmodulation für den Betrieb einer Entladungslampe (L) mit Hilfe einer Zündschaltung (Z). Das Schaltnetzteil besitzt parallel zum ausgangsseitigen Kondensator (C_A) ein RC-Glied (R, C_R), das als Zündhilfe für die Lampe (L) dient. Anstelle des RC-Gliedes (R, C_R) kann auch ein Heißleiter (H) verwendet werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein getaktetes Schaltnetzteil gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

[0002] Derartige Schaltnetzteile sind Bestandteil von elektronischen Vorschaltgeräten für Hochdruckentladungslampen, insbesondere Hochdruckentladungslampen kleiner Leistungsaufnahme.

[0003] Schaltnetzteile, die auch in elektronischen Vorschaltgeräten von Entladungslampen Verwendung finden, sind aus der gängigen Fachliteratur bekannt. In der EP-A-0 256 231 wird ein Schaltnetzteil mit einer Steuerschaltung offenbart, das für Entladungslampen geeignet ist.

[0004] Untersuchungen haben ergeben, daß bei Verwendung nur eines Kondensators am Ausgang des Schaltnetzteils in Vorschaltgeräten für Hochdruckentladungslampen kleiner Leistungsaufnahme Probleme bei der Zündung dieser Lampen auftreten. Der Kondensator am Ausgang des Schaltnetzteils dient zur Energieversorgung der Entladungslampe während der Leitphase des Schalttransistors. Die Kapazität dieses Kondensators ist dabei so groß zu wählen, daß der Versorgungsstrom der Entladungslampe nur von einem kleinen Wechselstromanteil, der von der hochfrequenten Schaltfrequenz des Transistors herrührt, überlagert wird. Damit wird ein Erlöschen der Entladung in der Lampe während der Leitphase des Schalttransistors unterbunden. Andererseits muß die Kapazität des ausgangsseitigen Kondensators hinreichend klein sein, damit die Spannung an diesem Kondensator schnell genug über das Pulsweitenverhältnis des Schaltreglers auf die Lampenbrennspannung eingestellt werden kann. Beide Anforderungen können zwar vom ausgangsseitigen Kondensator erfüllt werden, allerdings treten beim Zündvorgang, bedingt durch die schlagartige Entladung der relativ kleinen Kapazität dieses Ausgangskondensators, erhebliche Probleme auf. Die Dauer des Entladestromes des Ausgangskondensators reicht nicht aus, um den Übergang der Hochdruckentladungslampe in die Bogenentladung sicherzustellen.

[0005] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Schaltnetzteil als Bestandteil eines elektronischen Vorschaltgerätes für Entladungslampen bereitzustellen, das einen störungsfreien Betrieb und eine gute Zündwilligkeit der Lampe gewährleistet.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

[0007] Das RC-Glied parallel zum Ausgangskondensator besitzt eine relativ große Zeitkonstante, so daß ein kleiner, aber länger andauernder Entladestrom aus dem Kondensator des RC-Gliedes fließt, der in Verbindung mit dem relativ hohen, aber nur kurzzeitig fließenden Entladestrom des Ausgangskondensators die Zündung mit anschließender Bogenübernahme bei der Entladungslampe sichergestellt. Anstelle des RC-Gliedes parallel zum Ausgangskondensator kann auch zwischen das Schaltnetzteil und die Hochdruckentladungslampe in Reihe zur Lampe ein zeitlich veränderbarer Widerstand geschaltet werden. Dieser Widerstand kann aus einem Heißleiter oder aus einer Parallelschaltung eines Widerstandes mit einem mechanischen Relaiskontakt bestehen. Zum Zeitpunkt der Zündung verhindert der Widerstand durch seinen hohen Widerstandswert, daß aus dem Ausgangskondensator ein hoher Entladestrom kurzzeitig abfließen kann. Erst durch die einsetzende Eigenerwärmung - im Falle des Heißleiters - oder durch die Schließung des Relaiskontaktes bei der Parallelschaltung wird ein erhöhter Stromfluß ermöglicht, so daß der Anlauf der Lampe einwandfrei gewährleistet ist.

[0008] Die Erfindung wird im folgenden anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1

zeigt ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem RC-Glied.

Figur 2

zeigt ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem Heißleiter.

[0009] Die Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines elektronischen Vorschaltgerätes für eine 35-Watt Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe L mit einem erfindungsgemäßen Schaltnetzteil und einer Zündschaltung Z. Derartige Lampen und Vorschaltgeräte werden in Kfz-Scheinwerfern eingesetzt. Bei dem Schaltnetzteil handelt es sich um einen sekundär getakteten Drossel-Aufwärtswandler (Boost-converter). Das Steuerteil S ist nicht Gegenstand der Erfindung und ist daher nur schematisch dargestellt. Ein Beispiel hierfür findet sich z.B. in der EP-A-0 059 053. Als Spannungsquelle U_Batt. dient eine 12 Volt-Kfz-Batterie. Parallel zur Spannungsquelle ist ein Eingangskondensator C_E mit einer Kapazität von 5000 µF geschaltet. Als Schalttransistor T_Q wird ein Power-MOSFET verwendet, dessen Gate-Spannung mittels der Steuerschaltung mit einer Frequenz von 20 - 75 kHz getastet wird. Zu dem Drossel-Aufwärtswandler gehören ferner eine Drossel L_S mit einer Induktivität von 0,5 mH, eine Diode D und ein Ausgangskondensator C_A mit einer Kapazität von 3,3 µF. Parallel zum Ausgangskondensator C_A ist ein RC-Glied geschaltet, dessen ohmscher Widerstand R einen Wert von 33Ω besitzt und dessen Kondensator C_R eine Kapazität von 22 µF aufweist. Die 35-Watt Hochdruckentladungslampe L ist mit der Zündschaltung Z in Reihe parallel zum Ausgangskondensator C_A und parallel zum RC-Glied angeschlossen. Beispiele für die Zündschaltung Z sind in dem Artikel "Zündung von Halogen-Metalldampflampen" von H.-J.Fähnrich und H.Leyendecker, Fernseh- und Kino-Technik 1972, Nr.8, S.279 beschrieben.

[0010] Während der Leitphase des Transistors T_Q ist der Laststromkreis mit der Entladungslampe L wegen der Diode D von dem Stromkreis, der durch die Batterie, die Drossel L_S und dem Transistor T_Q gebildet wird, vollkommen getrennt. Die Energieversorgung der Lampe L wird während der Leitphase des Transistors T_Q hauptsächlich vom Ausgangskondensator C_A sichergestellt. Während der Sperrphase des Transistors T_Q übernehmen die Batterie und die Drossel L_S die Spannungsversorgung der Entladungslampe L. Dabei werden auch die Kondensatoren C_A und C_R auf die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils aufgeladen. Die Steuerschaltung regelt die Ausgangsspannung des Schaltnetzteils über das Tastverhältnis des Schalttransistors T_Q auf die Lampenbrennspannung von ca. 100 V. Das RC-Glied dient lediglich als Zündhilfe. Während der Zündung der Hochdruckentladungslampe liefert der Ausgangskondensator C_A für eine kurze Zeitdauer von ca. 3 µs einen hohen Entladestrom von ungefähr 50A, der auf den Elektroden der Lampe einen "Hot-spot" erzeugt, aber nicht ausreicht, um die Lampe nach dem Zündimpuls in die Bogenentladung überzuführen. Erst der langsamer abklingende, relativ kleine Entladestrom des Kondensators C_R, dessen Anfangswert ungefähr 5A beträgt, ermöglicht zusammen mit dem Entladestrom des Ausgangskondensators C_A die sichere Zündung der Lampe.

[0011] Figur 2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des prinzipiellen Aufbaus eines elektronischen Vorschaltgerätes für eine 35-Watt Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe. Das Ausführungsbeispiel stimmt weitgehend mit dem in Figur 1 dargestellten Beispiel überein. Anstelle des RC-Gliedes parallel zum Ausgangskondensator ist jedoch hier ein Heißleiter H in Reihe zur Hochdruckentladungslampe L geschaltet.

[0012] Die Erfindung ist nicht auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann ebensogut auf andere Schaltnetzteile, wie z.B. auf einen Drossel-Inverswandler (Flyback-converter, isolated or- nonisolated) oder einen Tiefsetzsteller (Buck-converter) angewendet werden.

Ansprüche

1. Getaktetes Schaltnetzteil mit Pulsweitenmodulation zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung für den Betrieb einer Entladungslampe (L) mittels einer Zündschaltung (Z), wobei das Schaltnetzteil einen oder mehrere aktive (T_Q) und passive (D) Halbleiterschalter, eine oder mehrere Induktivitäten (L_S) sowie parallel zum Ein- und Ausgang des Schaltnetzteils jeweils einen Kondensator (C_E, C_A) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Kondensator (C_A) am Ausgang des Schaltnetzteils ein RC-Glied (R, C_R) geschaltet ist.

2. Getaktetes Schaltnetzteil mit Pulsweitenmodulation zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine andere Gleichspannung für den Betrieb einer Entladungslampe (L) mittels einer Zündschaltung (Z), wobei das Schaltnetzteil einen oder mehrere aktive (T_Q) und passive (D) Halbleiterschalter, eine oder mehrere Induktivitäten (L_S) sowie parallel zum Ein- und Ausgang des Schaltnetzteils jeweils einen Kondensator (C_E, C_A) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Schaltnetzteils und die Entladungslampe (L) in Reihe zur Lampe ein zeitlich veränderbarer Widerstand geschaltet ist.

3. Getaktetes Schaltnetzteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C_A) im Ausgang des Schaltnetzteils eine Kapazität zwischen 0,01 µF und 25 µF besitzt.

4. Getaktetes Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Kondensators (C_R) im RC-Glied (R, C_R) eine Kapazität zwischen 0,5 µF und 25 µF besitzt.

5. Getaktetes Schaltnetzteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (R) des RC-Gliedes (R, C_R)einen elektrischen Widerstand zwischen 10Ω und 100Ω besitzt.

6. Getaktetes Schaltnetzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitlich veränderbare Widerstand ein Heißleiter (H) mit einem Kalt-Widerstand zwischen 10 und 100Ω ist.

7. Getaktetes Schaltnetzteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitlich veränderbare Widerstand eine Parallelschaltung eines Widerstandes mit einem mechanischen Relaiskontakt ist.

Zeichnung