Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Auswertung der Zündenergie einer Entladungslampe aus einem Signal das proportional der an der Entladungslampe anliegenden Spannung und einem Signal das proportional dem durch die Entladungslampe fließenden Stromes während des Zündvorganges ist.

An Entladungslampen, insbesondere Hochdruckentladungslampen wird zur Zündung ein Zündgerät angeschlossen, dass ein oder eine Folge von Hochspannungsimpulsen erzeugt, um die Entladungslampe zu zünden. Für eine erfolgreiche Zündung müssen die Hochspannungsimpulse eine gewisse Mindestzündspannung U_Z haben.

Für die Messung der der Hochspannungsimpulses wird üblicherweise ein Hochspannungstastkopf und ein Oszilloskop verwendet. In Figur 1 wird die an einer 400 W Natriumdampf-Hochdrucklampe mit einem ersten Zündgerät erzeugte zeitabhängige Spannung U_L(t) gezeigt. Die Zündspannung U_Z ist der Maximalwert der Spannung (U_Z = 3.55 kV). Fig. 2a stellt den Strom- und Spannungsverlauf der Entladungslampe und die kumulierte eingebrachte Energie in einem weiten Zeitbereich dar. In Figur 2b ist für ein zweites Zündgerät die zeitabhängige Spannung U_L(t) und die ausgewertete Zündspannung U_Z (U_Z = 3.96 kV) gezeigt. Die Zündspannung kann auch mit einem Spitzenspannungsdetektor in einfacher und kostengünstiger Art und Weise gemessen werden. In Figur 3 ist ein Spitzenspannungsdetektor für die Auswertung des positiven Maximalwertes der Spannung gezeigt. Zur Messerfassung wird ein Analog-Digital-Wandler eingesetzt. Sollen die Spitzenwerte der eines jeden Impulses für wiederholende Impulse gemessen werden, so ist es erforderlich den Kondensator zwischen den einzelnen Impulsen wieder zu entladen, was z.B. durch einen hochohmigen Widerstand erfolgen kann. Das Messerfassungssystem muss zudem eine ausreichend große Erfassungsrate haben. Es ist möglich die Signale des Spitzenspannungsdetektors zur Regelung einer Zündvorrichtung zu benutzen.

Als zweite Messgröße zur Beschreibung der Zündung kann die Energie benutzt werden, die während des Spannungszusammenbruches in die Entladung eingekoppelt wird. Hierzu wird mit dem Oszilloskop zusammen mit der Spannung ein Signal, das proportional des Stromes ist, gemessen. In Figur 1 und Figur 2a und b ist der durch die Lampe fließende Strom I_L(t), bei dem der Verschiebungsstrom kompensiert wurde, ebenfalls mit eingetragen. Als Produkt aus Lampenspannung U_L(t) und Strom I_L(t) wird die Leistung berechnet: $$P_L\left(t\right)=U_L\left(t\right)I_L\left(t\right)$$

Die zeitabhängige Energie wird dann durch die Integration der Leistung PL(t) für die die Zeit t berechnet: $$E\left(t\right)={\displaystyle \underset{0}{\overset{t_p}{\int }}}{P}_L\left(\mathit{tʹ}\right)d\mathit{tʹ}$$

In Figur 1 und Figur 2 a, b sind die Leistung P_L(t) und die berechnete zeitabhängige Energie E(t) mit eingetragen. Es ist erkennbar, dass die Energie E (t) nach dem Spannungszusammenbruch und wenn der Strom auf Null zurückgegangen ist auf einen konstanten Wert verbleibt. Da die Hochspannungsimpulse in der Regel innerhalb einer bestimmten Zeit abklingen, ist die Energie die während dieser Zeit eingekoppelt wird die Zündenergie E_Z.

Für die Auswertung der Zündenergie beliebiger Entladungslampen soll ein kostengünstiges Messsystem geschaffen werden. Diese Auswertevorrichtung soll geeignet sein, dass es in elektronischen Vorschaltgeräten oder in Zündgeräten integriert werden kann. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin eine Vorrichtung zur schaffen, die diesen Anforderungen genügt.

Die Vorrichtung besteht aus einer Spannungsmesschaltung (1), aus einer Strommessschaltung (2) und aus einer Auswerteschaltung (4). In der Auswerteschaltung werden das Strom- und das Spannungssignal miteinander multipliziert, und das resultierende Leistungssignal dann integriert, um ein Maß für die Zündenergie zu erhalten. Diese Spannung, die die Zündenergie repräsentiert, wird von einem schnellen Analog/Digitalwandler gemessen.

Fig. 1

Spannung und Strom und die ausgewertete Leistung und Energie eines Hochspannungsimpulses für die Zündung einer Entladungslampe in einer hohen Zeitauflösung.

Fig. 2a

Spannung und Strom und die ausgewertete Leistung und Energie eines Hochspannungsimpulses für die Zündung einer Entladungslampe in einer geringeren Zeitauflösung.

Fig. 2b

Spannung und Strom und die ausgewertete Leistung und Energie eines Hochspannungsimpulses für die Zündung einer Entladungslampe in einer höheren Zeitauflösung dargestellt in einem bestimmten Bereich.

Fig. 3

Aufbau zur Auswertung der positiven Spitzenspannung bei der Zündung einer Entladungslampe.

Fig. 4

Aufbau zur Messung der Zündenergie einer Entladungslampe.

Fig. 4 zeigt den erfindungsgemäßen Aufbau der Auswertevorrichtung. Die Netzspannung wird über eine Drossel (D) und ein Zündgerät (ZG) an die Entladungslampe angeschlossen. Mit einem geeigneten Spannungsteiler (1) wird eine Signalspannung U_U erzeugt. Mit einem geeigneten Strom-Spannungs-Wandler (2), der vorzugsweise in die rückführende Leitung eingeschleift wird, wird ein Signal U_I proportional dem durch die Lampe fließenden Stromes erzeugt.

Das Spannungs- U_U und das Stromsignal U_I werden zusammen mit einer Spannungsversorgung U_S an die Energieauswertevorrichtung (4) angeschlossen. Das Spannungssignal wird an einem Verstärker angeschlossen, der den Eingang des Schwellenwertdetektors und den Multiplizierer mit einer ausreichenden Bandbreite treibt. Der Schwellenwertdetektor oder Komparator liefert ein Signal wenn die anliegende Spannung einen gewissen Schwellenwert überschreitet. Durch einen einstellbaren Widerstand kann der Schwellenwert eingestellt werden. Der Schwellenwertdetektor gibt den Zustand an eine Logikbaugruppe.

Am Eingang des Multiplizierers wird neben dem verstärkten Spannungssignal U_U das Stromsignal U_I angeschlossen. Der Ausgang ist an einen Lastwiderstand angeschlossen und über einen schnellen Schalter und einen Widerstand an einen Integrationskondensator angeschlossen. Die Logikbaugruppe schaltet, nachdem die Spannung einen Schwellenwert überschritten hat, den schnellen Schalter ein und nach einer festgelegten Zeit wieder aus. In dieser Zeit wird das anliegende Leistungssignal integriert, womit am Integrationskondensator ein Signal U_EZ proportional der Zündenergie anliegt. Dieses Signal kann von einem Spannungsmesser gemessen werden. Da Zündgeräte in der Regel eine Folge von Pulsen mit Pulsabständen erzeugen, ist es erforderlich, um die Energien der Einzelpulse zu messen, ein Meßsystem einzusetzen, dass eine ausreichend große Erfassungsrate hat. Zudem muss der Integrationskondensator auch zurückgesetzt werden, was durch einen Kurzschlussschalter realisiert werden kann. Dieser Schalter kann sein Ansteuersignal von der Logikbaugruppe oder von dem Messerfassungssystem erhalten. Die Logikbaugruppe gibt hierzu eine festgelegte Zeit nach dem die Spannung den Schwellenwert überschritten hat ein Signal mit einer kurzen Zeitdauer an diesen Kurzschlussschalter.

Diese Vorrichtung arbeitet selbstständig und kann als separat arbeitendes System aufgebaut werden. Es ist ebenso möglich diese Auswertevorrichtung in ein Zündgerät oder in ein elektronisches Vorschaltgerät zu integrieren. Für diese Anwendungen ist es erforderlich die Zeiten der Logikbaugruppe an die Erfordernisse anzupassen.