Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Gasentladungslampe nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE-A 31 08 548 ist eine Zündschaltung für eine Hochdruck-Metalldampfentladungslampe bekannt, bei der ein LC-Reihenschwingkreis auf die schaltbare Primärwicklung eines Transformators einwirkt. Die in der Sekundärwicklung induzierte hohe Spannung zündet die Gasentladungslampe. Bei der vorbekannten Zündschaltung bleibt die Sekundärwicklung des Transformators nach der Zündung der Gasentladungslampe Bestandteil des Brennkreises. Durch die auftretenden zusätzlichen Verluste wird die Zündschaltung ständig thermisch belastet. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Zündspannung, die insbesondere zum Zünden von betriebswarmen Hochdruck-Gasentladungslampen hohe Werte aufweisen sollte, ist bei der vorbekannten Zündschaltung begrenzt durch die im Brennkreis der Gasentladungslampe enthaltenen Bauteile.
Aus der DE-A 20 60 472 und der WO-A 82/01113 sind jeweils Schaltungen zum Betreiben von Gasentladungslampen bekannt, die eine Zündschaltung aufweisen. Eine Abtrennung der Zündschaltung von der Gasentladungslampe in Abhängigkeit von der in der Zündschaltung erzeugten Spannung ist bei den vorbekannten Schaltungsanordnungen nicht vorgesehen. Die in der WO-A 82/01113 gezeigte Verbindung einer Sekundärwicklung eines Zündtransformators mittels einer Diode mit der Gasentladungslampe bewirkt eine Entkopplung nur bei bestimmten Potentialverhältnissen. Demzufolge ist ein Gleichspannungsbetrieb der Gasentladungslampe in der vorbekannten Schaltungsanordnung vorgesehen. Bei einer in der Sekundärwicklung auftretenden elektrischen Schwingung werden lediglich negative Signalanteile von der Gasentladungslampe ferngehalten.
Aus der EP-A 0 331 840 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Hochleistungs-Gasentladungslampe bekannt, die Bauteile enthält, welche sowohl während des Brennbetriebs als auch während des Zündvorgangs vorgegebene Funktionen erfüllen. Nach dem Zünden der Gasentladungslampe werden mittels Relais diejenigen Bauelemente, die lediglich während des Zündvorgangs benötigt werden, von der Schaltungsanordnung abgetrennt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß der Transformator nur während der Zündphase mit der Gasentladungslampe aktiv verbunden ist, so daß die Verlustleistung der Schaltungsanordnung sehr gering ist.
Besonders vorteilhaft ist auch, daß die Anstiegsgeschwindigkeit der Zündspannungsimpulse sehr groß ist. Dadurch wird die im Transformator gespeicherte Zündenergie nahezu verlustfrei zur Zündung der Gasentladungslampe nutzbar, so daß insbesondere auch eine warme Gasentladungslampe sicher gezündet werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist auch in der Entkopplung des Zündkreises mit dem Brennkreis zu sehen, die durch den spannungsgesteuerten Schalter erreicht wird. Ein unerwünschtes Übersprechen der Zündspannungsimpulse auf den Brennkreis wird dadurch vermieden. Besonders vorteilhaft ist auch, daß zur Erhöhung der Zündspannung kein Resonanzschwingkreis benötigt wird. Dadurch ist der Schaltungsaufbau kostengünstig herstellbar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß im Brennbetrieb der Zündungsteil abgeschaltet wird, da im Brennbetrieb die hohe Zündspannung nicht benötigt wird.
Auch ist vorteilhaft, wenn als Halbleiterschalter eine Kippdiode verwendet wird, die eine hohe Sperrspannung hat und erst bei Erreichen der hohen Zündspannung leitend wird. Derartige Kippdioden haben im gesperrten Zustand einen geringen Reststrom und sind beim Durchbruch in den leitenden Zustand sehr niederohmig.
Ein weiterer Vorteil ist, daß die Zündung mittels eines Lichtsensors überwacht wird. Solange die Lampe nicht brennt, steuert der Lichtsensor die Steuerschaltung an, um neue Zündimpulse zu generieren. Nach der Zündung der Gasentladungslampe unterdrückt der Lichtsensor die Erzeugung weiterer Zündimpulse.
Da bei einem Defekt, beispielsweise infolge eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung die Lampe nicht weiterbrennt, kann vorteilhaft das Signal des Lichtsensors zur Überwachung des Lampenkreises, Regelung der Lampenleistung bzw. der Lichtstärke bzw.zur Abschaltung der Hochspannung verwendet werden. Dies ist aus Sicherheitsgründen besonders bei einem Lampenwechsel vorteilhaft.
Durch die Verwendung eines Spartransformators, dessen Primärwicklung von einem Kondensator aufladbar ist, wird für die Erzeugung der Zündspannung ein besonders kostengünstiger Aufbau der Schaltungsanordnung erreicht.
Ein weiterer Vorteil ist auch darin zu sehen, daß anstelle des Transformators die Zündspule des Kraftfahrzeugmotors verwendet wird. Dadurch werden vorhandene Bauelemente mehrfach genutzt, so daß der Aufbau der Schaltung sehr kostengünstig wird.
Günstig ist auch die Verwendung einer Gasentladungslampe in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer. Da die Zündung auch bei warmer Lampe gewährleistet ist, ist die Lampe auch zur Verwendung als Lichthupe verwendbar.
Es hat sich auch als günstig gezeigt, wenn dem Vorschaltgerät zur Unterstützung des Zündvorganges ein Kondensator vorgeschaltet ist, dessen Hochspannung mit einer Diode vom Generator entkoppelt ist.
Eine besonders einfache Schaltungsanordnung ergibt sich, wenn anstelle des Transformators ein zweiter Generator verwendet wird.
Weitere Vorteile und Verbesserungen der Erfindung sind der Beschreibung entnehmbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel und Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel.
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem eine Gasentladungslampe 1 über die Reihenschaltung eines Vorschaltgerätes 4 und eines Kondensators 3, dem Brennkreis 10 der Schaltungsanordnung, mit dem Spannungsausgang eines Wechselspannungsgenerators 2 verbunden ist. Der Wechselspannungsgenerator 2 ist mit seinem zweiten Ausgang mit der zweiten Elektrode der Gasentladungslampe 1 verbunden, die als Masseleitung weitergeführt wird. Parallel zu der Gasentladungslampe 1 ist eine Reihenschaltung angeordnet, die einen spannungsgesteuerten Schalter 5, die Sekundärwicklung 12 eines Transformators 7 sowie einen gesteuerten Schalter 9 aufweist. Die Primärwicklung 11 des Transformators 7 ist mit ihrem einen Anschluß mit der geschalteten Seite der Sekundärwicklung verbunden und mit ihrem zweiten Anschluß mit einem ersten Ausgang 13 einer Steuerschaltung 6 verbunden. Die Steuerschaltung 6 hat einen zweiten Ausgang 14, der auf den Steuereingang des gesteuerten Schalters 9 geführt ist, der zweckmäßigerweise als Halbleiterschalter ausgebildet ist. Die Steuerschaltung 6 wird von einem Lichtsensor 8 gesteuert, dessen Anordnung so gewählt ist, daß er die Zündung der Gasentladungslampe 1 erkennen kann. Dieser Schaltungsteil wird als Impulszündungsteil bezeichnet.
Die Spannungsversorgung des Lichtsensors 8, der Steuerschaltung 6 und des Generators 2 erfolgt über gemeinsame Leitungen, die durch die Anschlüsse 15 und 16 gebildet werden.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise dieser Schaltung beschrieben.
Wie aus dem als Blockschaltbild dargestellten Stromlaufplan der Figur 1 ersichtlich ist, weist die Schaltungsanordnung im wesentlichen zwei Stromkreise für den Betrieb der Gasentladungslampe auf. Der erste Stromkreis wird durch den Generator 2, den Kondensator 3 und das Vorschaltgerät 4 in Verbindung mit der Gasentladungslampe 1 gebildet. In diesem Stromkreis liefert der Generator 2 die zur Aufrechterhaltung des Brennbetriebes der Gasentladungslampe 1 notwendige Brennspannung. Die notwendige Brennspannung beträgt je nach Lampentyp z.B. 60 bis 120 Volt. Die Arbeitsfrequenz des Generators 2 liegt vorteilhaft im Kilo-Hz-Bereich, weil dadurch die Bauteile sowie der Generator kleiner und kostengünstiger herstellbar sind und zusätzlich die Lichtausbeute der Gasentladungslampe in diesem Frequenzbereich besonders groß ist.
Da für die Zündung der Lampe jedoch mehrere Kilovolt (beispielsweise 5 bis 15 KV) benötigt werden, ist der Lampe ein Zündkreis parallel geschaltet, der im wesentlichen den spannungsgesteuerten Schalter 5, den Transformator 7 und den gesteuerten Schalter 9 aufweist.Zur Erzeugung der Zündspannung und Überwachung der Brennfunktion ist die Steuerschaltung 6 vorgesehen, die über den Lichtsensor 8 aktivierbar ist. Die Steuerschaltung 6 enthält Schaltelemente, Taktgeber, die Spannungsversorgung für den Transformator und Überwachungsglieder zur Funktionsüberwachung der Gasentladungslampe und Sicherheitsfunktionen.
Zur Zündung der Gasentladungslampe 1 wird der Schalter 9 zunächst geschlossen, so daß sich die Primärwicklung 11 des Transformators 7 über den ersten Ausgang der Steuerschaltung 6 aufladen kann. Nach dem Laden wird der Schalter 9 geöffnet, so daß in die Sekundärwicklung 12 eine Spannung induziert wird. Bei geeignetem Übersetzungsverhältnis der zwei Wicklungen ist die induzierte Spannung zur Zündung der Gasentladungslampe 1 ausreichend hoch. Der spannungsgesteuerte Schalter 5 ist zunächst bei geringer induzierter Spannung gesperrt. Steigt die induzierte Spannung über den Schwellwert des Schalters 2 an, dann wird er praktisch schlagartig leitfähig, so daß an den Brennelektroden eine hohe Spannungsamplitude zur Zündung der Gasentladungslampe zur Verfügung steht. In diesem Ausführungsbeispiel wurde als spannungsgesteuerter Schalter 5 eine Kippdiode verwendet. Kippdioden haben den Vorteil, daß sie unterhalb ihrer Schwellspannung, die an den Zündspannungsbedarf der Lampe angepaßt wird und beispielsweise bei 20000 Volt liegt, sehr hochohmig sind, so daß die durch Leckströme bedingten Verluste sehr gering sind. Wird die Schwellspannung überschritten, wird die Kippdiode sehr niederohmig, so daß sie die in dem Transformator 7 gespeicherte Energie auf die Gasentladungslampe 1 übertragen kann. Hierbei wird die Gasentladungslampe 1 durch das Vorschaltgerät 4 vom Wechselspannungsgenerator 2 und Kondensator 3 entkoppelt.
Parallel zum Zündkreis ist zur Unterstützung des Zündvorganges im Brennkreis der Kondensator 3 vorgesehen. Da der Kondensator 3 bei jedem noch nicht erfolgreichen Zündversuch weiter aufgeladen wird, kann er seine Energie während des Zündvorganges über das Vorschaltgerät ebenfalls auf die heiße Elektrode der Gasentladungslampe geben und den erfolgreichen letzten Zündversuch unterstützen. Insbesondere bei einer warmen Gasentladungslampe wird auch hierdurch das sichere Zünden unterstützt und die Ankopplung des Brennkreises begünstigt.
Dem Generator 2 ist auch eine Diode 42 nachschaltbar, von der ein Kondensator 41 gegen eine Anschlußklemme 15,16, vorzugsweise gegen Masse schaltbar ist (vgl. Figur 4).
In dem Ausführungsbeispiel wurde die Zündschaltung so dimensioniert, daß ein einzelner Zündimpuls etwa einige Mikrosekunden aufweist. Hat dieser Impuls zur Zündung der Lampe nicht ausgereicht, dann werden weitere Zündimpulse generiert, wobei sich bei jedem Zündimpuls die Spannung am Kondensator 3 wie auch an der Gasentladungslampe 1 kontinuierlich erhöht. Die Ladespannung des Kondensators 3 wird durch die während des Zündvorgangs vom spannungsgesteuerten Schalter 5 übertragene Zündenergie bestimmt. Die Ladespannung des Kondensators 3 wird kontinuierlich erhöht, da bei einem fruchtlosen Zündversuch der Kondensator nicht entladen wurde.
Nach der Zündung der Gasentladungslampe 1, die vom Lichtsensor 8 überwacht wird, hält die Steuerschaltung 6 den Schalter 9 geöffnet, so daß ein erneutes Aufladen der Primärwicklung 11 des Transformators 7 verhindert wird. Der spannungsgesteuerte Schalter 5 kehrt, wie auch nach jedem Zündimpuls, in seinen hochohmigen Zustand zurück und koppelt damit den Zündkreis von der Gasentladungslampe 1 ab. Der Brennbetrieb wird nun von dem Generator 2 aufrecht erhalten. Das Vorschaltgerät 4 bewirkt in Verbindung mit dem Kondensator 3 eine Strombegrenzung, da die Gasentladungslampe 1 während des Brennvorganges niederohmig ist. Eine Resonanzabstimmung zwischen dem Kondensator 3 und dem Vorschaltgerät 4, die in bekannten Zündschaltungen notwendig ist, ist hier nicht erforderlich. Anstelle des Transformators 7 sind auch Zündspulen oder entsprechende Übertrager eines Kraftfahrzeugmotors vorsehbar.
Als Lichtsensor 8 sind Fototransistoren oder Fotowiderstände verwendbar. Sie erkennen die optische Strahlung der Gasentladungslampe 1 und geben ein entsprechendes elektrisches Signal ab, das zum Steuern der Steuerschaltung 6 verwendbar ist. Die Steuerschaltung 6 weist weiterhin Schalteinrichtungen , beispielsweise Komparatoren zur Strommessung auf, die bei einer fehlenden Gasentladungslampe 1 oder einem Kurzschluß der Leitungen ein ungewolltes Zünden verhindern. Dieses ist aus Sicherheitsgründen erforderlich, wenn diese Schaltungsanordnung zum Betrieb des Scheinwerfers eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.
Mit einem nicht dargestellten Regler kann die Steuerschaltung 6 den Brennstrom der Gasentladungslampe lichtabhängig regeln.
Als spannungsgesteuerter Schalter ist auch ein Thyristor oder eine Vorfunkenstrecke verwendbar. Vorfunkenstrecken haben jedoch den Nachteil, daß sie eine hohe Störstrahlung senden, die unter Umständen unerwünscht ist, zudem unterliegen sie einem Verschleiß. Dagegen hat die Verwendung einer Kippdiode den Vorteil, daß die Kippdiode bei Erreichen der Kippspannung hinreichend schnell, d.h. innerhalb einiger Nanosekunden, in den leitenden Zustand übergeht. Derartige Kippdioden sind bereits in der Patentanmeldung EP 88/00456 vorgeschlagen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung ist in Figur 2 dargestellt. Gegenüber der in Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist hier die Ansteuerung des Transformators 7 geändert. Der Primärwicklung 11 des Transformators 7 ist ein zweiter Kondensator 20 vorgeschaltet, der über eine Diode 21 vom Ausgang 13 der Steuerschaltung 6 aufgeladen wird. Zwischen dem Kondensator 20 und der Diode 21 ist ein Schalter 9 gegen Masse geschaltet. Nach dem Auflader des Kondensators 20 wird dieser Schalter 9 über den Ausgang 14 der Steuerschaltung 6 geschlossen, wodurch in die Sekundärwicklung 12 des Transformators 7 die Zündspannung induziert wird. Nach Erreichen der Kippspannung wird der spannungsgesteuerte Schalter 5 leitend und überträgt die im Transformator 7 gespeicherte Energie sehr schnell auf die Gasentladungslampe 1. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsanordnung so dimensioniert, daß der Kondensator 3 mehrere Ladeimpulse erhalten kann, bis die Zündspannung für die Gasentladungslampe 1 erreicht ist. Nach der Zündung übernimmt der Generator 2 die Energieversorgung für die Gasentladungslampe 1, während der Transformator 7 abgeschaltet bleibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, gemäß der Figur 3 einen Hochspannungsgenerator 30, beispielsweise einen Zündübertrager zu verwenden, der über eine Diode 31 einen zur Gasentladungslampe 1 über den spannungsgesteuerten Schalter 5 parallel schaltbaren Kondensator 32 auflädt. Die im Kondensator 32 gespeicherte Energie schaltet bei Erreichen der Kippspannung den steuerbaren Schalter 5 zur Zündung der Gasentladungslampe 1 durch. Im übrigen arbeitet diese Schaltungsanordnung wie die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Die vorgeschlagenen Ausführungsbeispiele sind auch an einem Gleichspannungsnetz betreibbar, wenn die zur Verfügung stehende Gleichspannung, beispielsweise von der Batterie eines Kraftfahrzeuges, zur Erzeugung einer gepulsten Hochspannung getaktet wird. Derartige Zerhackerschaltungen sind bekannt und müssen nicht näher beschrieben werden.
Werden Gasentladungslampen 1 mit niedriger Brennspannung, beispielsweise für 12 Volt verwendet, dann ist der Generator 2 durch eine Batterie ersetzbar. In diesem Fall ist der Kondensator 3 durch einen gegen Masse geschalteten Kondensator zu ersetzen.