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Title:
DEVICE FOR GENERATION OF VOLTAGE PULSE SEQUENCES IN PARTICULAR FOR OPERATION OF CAPACITIVE DISCHARGE LAMPS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/107339
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for the generation of electrical voltage pulse sequences, in particular, for the operation of capacitive discharge lamps, with at least two controllable switch elements (S1, S2), for the generation of unipolar or bipolar voltage pulse sequences from the DC voltage applied to an input from a voltage source. The device is characterised in that a storage choke (L1), operated as controlled voltage source by means of the switch elements (S1, S2), is arranged between the switch elements (S1, S2), such that the rise time for voltage pulses in the voltage pulse sequence at a load coupled to the output may be influenced by the charging time of the storage choke (L1) which is adjusted by means of the switching elements (Sl, S2) and that reverse diodes connect the storage choke (L1) to the plus or minus pole of the DC voltage source for recovery of unneeded choke energy. Said device permits the production of a ballast for dielectrically hindered discharge lamps, which self-adjusts to the capacitance of the relevant discharge lamp.

Inventors:
Heering, Wolfgang (Herzogenhornweg 5, Stutensee, 76297, DE)
Daub, Hans-peter (Ludwig-Marum-Str. 23, Karlsruhe, 76185, DE)
Winkelmann, Richard (Wiesendamm 12, Hamburg, 22305, DE)
Application Number:
PCT/DE2005/000793
Publication Date:
November 10, 2005
Filing Date:
April 29, 2005
Export Citation:
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Assignee:
Universität, Karlsruhe (Kaiserstr. 12, Karlsruhe, 76128, DE)
Heering, Wolfgang (Herzogenhornweg 5, Stutensee, 76297, DE)
Daub, Hans-peter (Ludwig-Marum-Str. 23, Karlsruhe, 76185, DE)
Winkelmann, Richard (Wiesendamm 12, Hamburg, 22305, DE)
International Classes:
H05B41/28; (IPC1-7): H05B41/28
Attorney, Agent or Firm:
Gagel, Roland (Landsberger Str. 480a, München, 81241, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Spannungsimpulsfolgen, insbesondere zum Betrieb von kapazitiven Entladungslampen, mit zumindest zwei ansteuerbaren Schaltelementen (Sl, S2) zur Erzeugung der Spannungsimpulsfolgen aus einer an einem Eingang anliegenden Gleichspannung einer Spannungsque11e, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine über die Schaltelemente (Sl, S2) als gesteuerte Stromquelle betreibbare Speicherdrossel (Ll) zwischen den Schaltelementen (Sl, S2) angeordnet ist, so dass über eine durch die Schaltelemente (Sl, S2) einstellbare Ladezeit der Speicherdrossel (Ll) die Anstiegszeiten von Spannungsimpulsen der Spannungsimpulsfolgen an einer am Ausgang der Vorrichtung angekoppelten Last beeinflussbar sind, und dass Inversdioden zur Rückspeisung nicht benötigter Drosselenergie die Speicherdrossel (Ll) mit einem Plus bzw. einem Minuspol der Spannungsquelle verbinden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (Sl, S2) mit einer Regelung (1) verbunden sind, die die Schalt¬ elemente (Sl, S2) in Abhängigkeit von der mit einer Messeinrichtung (2) erfassten Anstiegszeit zur Einhaltung einer vorgebbaren Anstiegszeit ansteuert.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung (1) einen digitalen Signal Prozessor oder einen MikroController in Verbindung mit einer programmierbaren Logik umfasst .
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (Sl, S2) zur Erzeugung von unipolaren SpannungsImpulsfolgen angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung (1) derart ausgebildet ist, dass sie ein die Speicherdrossel (Ll) mit Masse verbindendes Schaltelement im Anschluss an ein erstes Zünden einer als Last angeschlossenen Entladungslampe so frühzeitig schließt, dass eine zweite Zündung der Entladungslampe ohne weitere Ladevorgänge der Vorrichtung ausgelöst wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vier Schaltelemente vorgesehen sind, die zur Erzeugung von bipolaren Spannungsimpulsfolgen angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherdrossel (Ll) über eines der Schaltelemente direkt mit der Spannungsquelle verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (Sl, S2) Transistoren sind.
9. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als adaptives Vorschaltgerät für dielektrisch behinderte Entladungslampen.
Description:
Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Spannungsimpulsfolgen, insbesondere zum Betrieb von kapazitiven Entladungslampen

Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vor¬ richtung zur Erzeugung von elektrischen Spannungs- impulsfolgen, insbesondere zum Betrieb von kapazitiven Entladungslampen, mit zumindest zwei ansteuerbaren Schaltelementen zur Erzeugung der Spannungsimpulsfolgen aus einer an einem Eingang anliegenden Gleichspannung einer Spannungsquelle.

Für den effizienten Betrieb von Barriereent¬ ladungen in dielektrisch behinderten Entladungslampen müssen geeignete elektrische SpannungsImpulsfolgen erzeugt und angelegt werden. Dielektrisch behinderte Entladungslampen (DBE) besitzen allerdings je nach Bauart unterschiedliche Kapazitäten. Die zum Betrieb dieser Lampen erforderlichen Vorschaltgeräte müssen an die Kapazität der Entladungslampe angepasst sein. Dies führt bisher zu einer Einschränkung der verfügbaren Lampentypen und Lampengrößen, da für unterschiedliche Lampentypen und Lampengrößen unterschiedliche Vorschaltgeräte erforderlich sind oder eine spezielle Anpassung der Vorschaltgeräte an die jeweilige Lampe vorgenommen werden muss.

Gerade im Bereich der Lichtwerbungstechnik wird aufgrund ihrer freien Formbarkeit ein verstärkter Einsatz von dielektrisch behinderten Entladungslampen angestrebt. Da für diese Anwendung individuell gestaltete Lampengeometrien erwünscht sind, besitzt jede dieser Lampen unterschiedliche Betriebsparameter. Eine Bereitstellung unterschiedlicher Vorschaltgeräte für eine Vielzahl unterschiedlicher Lampen verursacht hohe Kosten, so dass in der Regel lediglich eine manuelle Anpassung weniger Vorschaltgeräte an die jeweiligen Lampentypen bzw. Lampengrößen in Frage kommt. Auch diese manuelle Anpassung ist jedoch auf- wendig und führt zu erhöhten Kosten. Ohne eine Anpassung des Vorsehaltgerätes wird die Lampe ineffizient betrieben. Im ungünstigsten Fall kann das Vorschaltgerät zerstört werden, wenn in den als Schaltelementen eingesetzten Leistungshalbleitern aufgrund der Fehlanpassung ein zu großer Energieanteil in Wärme umgesetzt wird.

Stand der Technik Bisher sind Vorschaltgeräte für dielektrisch behinderte Entladungslampen bekannt, die mit einer Vollbrücken-Schaltungsanordnung aus einer Gleich¬ spannung eine hochfrequente sinusähnliche Wechsel¬ spannung erzeugen. Ein Beispiel hierfür ist das Vorschaltgerät aus J. Kunze et al. , „Resonant Power Supply for Barrier Discharge UV-Excimer-Sources" IEEE Industry Application Society Annual Meeting, Houston, USA, 1992, Seiten 750-753.

Aus der EP 0781078 A2 ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Spannungsimpulsfolgen für den Betrieb von dielektrisch behinderten Entladungen bekannt, die eine unipolare Spannungsimpulsfolge erzeugt. Diese Schaltungsanordnung weist einen von einer Eingangs- Spannung gespeisten Ladekreis mit einem Ladekonden¬ sator, einen Entlade- und Pulskreis mit schnellen steuerbaren Schaltelementen und einen Impulsübertrager mit daran anschließbarer Last auf. Durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemente wird periodisch die im Ladekondensator gespeicherte elektrische Energie über den Impulsübertrager auf die Last, die DBE, übertragen.

Auch diese Vorschaltgeräte müssen jedoch jeweils durch eine Fachkraft an die Kapazität der ange¬ schlossenen Entladungslampe angepasst werden.

Die EP 1110434 Bl beschreibt ein elektronisches Vorschaltgerät sowie ein Betriebsverfahren für eine Entladungslampe mit dielektrisch behinderter Entladung, bei dem ein Umschwingen der dielektrischen Entladung ausgenutzt wird, um eine Rückzündung zu initiieren und so den Wirkungsgrad der Lampe zu verbessern.

Die EP 1176853 Al beschreibt eine Schaltungs- topologie einer Vorrichtung zum Betrieb einer Entladungslampe mit dielektrisch behinderter Entladung, die zwei oder vier Inversdioden zur Rückspeisung nicht benötigter Energie aufweist.

Aus dem Bereich der Umrichtertechnik für elek¬ trische Antriebe mit Leistungen im kW-Bereich ist eine Schaltungsanordnung unter dem Begriff ARCPI (Auxiliary Resonant Commutated Pole Inverter) bekannt, die eine Drossel zwischen Ladekondensatoren und den parallel dazu angeordneten Schaltelementen einsetzt. Die Drossel wird über einen gesonderten Schalter lediglich zu Umladevorgängen in den Ladekreis geschaltet, um die Schaltelemente in Spannungsnulldurchgängen schalten zu können. Eine Umsetzung dieser Schaltungstechnik für den zum Betrieb von Leuchten ist aufgrund der unterschied¬ lichen Anforderungen nicht bekannt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischen Spannungsimpulsfolgen anzugeben, die sich insbesondere für den Betrieb dielektrisch behinderter Entladungs- lampen eignet und eine automatische Anpassung an die Kapazität der zu betreibenden Last ermöglicht.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.

Die vorliegende Vorrichtung mit zumindest zwei ansteuerbaren Schaltelementen zur Erzeugung unipolarer oder bipolarer Spannungsimpulsfolgen aus einer an einem Eingang anliegenden Gleichspannung einer Spannungs- quelle zeichnet sich dadurch aus, dass eine über die Schaltelemente als gesteuerte Stromquelle betreibbare Speicherdrossel zwischen den Schaltelementen angeordnet ist, so dass über eine durch die Schaltelemente einstellbare Ladezeit der Speicherdrossel die Anstiegs- Zeiten von Spannungsimpulsen der Spannungsimpulsfolgen an einer am Ausgang der Vorrichtung angekoppelten Last beeinflussbar sind, und dass Inversdioden zur Rück¬ speisung nicht benötigter Drosselenergie die Speicher- drossel mit dem Plus- bzw. Minuspol der Gleich¬ spannungsquelle verbinden

Die Entwicklung der vorliegenden Vorrichtung geht auf die Erkenntnis zurück, dass eine dielektrisch behinderte Entladungslampe den optimalen Lampen¬ wirkungsgrad besitzt, wenn die die Anstiegsflanke der an der Lampe anliegenden Spannung eine gewisse Steilheit aufweist. Durch geeignete Einstellung dieser Steilheit bzw. der damit verbundenen Anstiegszeit der Spannung kann dann das Vorschaltgerät an die Lampe angepasst werden. Mit der vorliegenden Vorrichtung lässt sich die Spannungsanstiegsflanke und optional auch die abfallende Flanke alleine durch unterschied- liehe Ansteuerung der Schaltelemente in der Steilheit verändern, so dass für eine Anpassung an unterschied¬ liche Lasten kein Eingriff in die Schaltung mehr vorgenommen werden muss. Dies wird durch eine gesteuerte Stromquelle in Form einer Speicherdrossel in der Schaltungsanordnung realisiert, über deren über die Schaltelemente steuerbare Ladezeit die Anstiegszeit und somit die Steilheit der Anstiegstlanke der Spannungs¬ impulse an der Last beeinflussbar ist. Je länger die Speicherdrossel geladen wird, d. h. je mehr Energie in der Drossel gespeichert wird, desto größer ist der Strom, mit dem die Drossel anschließend die Kapazität der angeschlossenen Last umlädt. Mit der Größe des Stroms, den die Speicherdrossel treibt, wird somit die Anstiegszeit der Spannung an der Last eingestellt. Dies ermöglicht eine Anpassung der vorliegenden Vorrichtung, im Folgenden auch als Vorschaltgerät bezeichnet, an die jeweilige Last alleine durch geeignete Ansteuerung der Schaltelemente zum Laden und Entladen der Speicher- drossel . Nach Laden der Lampenkapazität wird über die Inversdioden parallel den Schaltern der restliche Drosselstrom in die Ladekapazität zurückgespeist.

In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Vorrichtung wird eine Messeinrichtung zur direkten oder indirekten Erfassung der Anstiegszeit der Spannung an der Last in Verbindung mit einer digitalen Regelung eingesetzt, die die SchaltVorgänge der Schalt- elemente zum Laden und Entladen der Speicherdrossel so steuert, dass eine vorgebbare Anstiegszeit bzw. Steil¬ heit der Spannungsanstiegsflanken eingehalten wird. Mit dieser Ausgestaltung wird die automatische Anpassung des Vorschaltgerätes an die jeweils zu betreibende Last erreicht. Das Vorschaltgerät kann somit mit unter¬ schiedlichen DBE oder anderen Leuchten ohne irgendeine zusätzliche Anpassung betrieben werden. Dies bietet insbesondere Vorteile bei der Realisierung von DBE oder anderen mit elektrischen Spannungsimpulsfolgen zu betreibenden Leuchten, die in unterschiedlichsten Größen und somit Kapazitäten für Lichtwerbungszwecke eingesetzt werden sollen. Selbstverständlich lässt sich das vorliegende Vorschaltgerät auch für andere mit elektrischen Spannungsimpulsfolgen zu betreibende Lasten einsetzen, die vergleichbare transiente Ladeströme benötigen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Vorrichtung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 ein erstes Beispiel für eine Ausge¬ staltung der vorliegenden Vorrichtung zur Erzeugung von bipolaren Spannungs- impulsfolgen;

Fig. 2 ein Beispiel für Ansteuersignale zum Betrieb der Vorrichtung gemäß Figur 1;

Fig. 3 ein Beispiel für den Verlauf der Lampenspannung bei unterschiedlichen Ladezeiten der Speicherdrossel der Vorrichtung gemäß Figur 1;

Fig. 4 ein zweites Beispiel für eine Ausge¬ staltung der vorliegenden Vorrichtung zur Erzeugung von unipolaren Spannungs- impulsfolgen;

Fig. 5 ein Beispiel für AnsteuerSignale zum Betrieb der Vorrichtung gemäß Figur 4;

Fig. 6 ein Beispiel für eine Messschaltung zur Erfassung der Anstiegszeit der Lampen¬ spannung; und

Fig. 7 ein drittes Beispiel für eine Ausge¬ staltung der vorliegenden Vorrichtung zur Erzeugung von Spannungsimpulsfolgen.

Wege zur Ausführung der Erfindung Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel für eine mögliche Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung die auf dem Schaltungskonzept der ARCPI-Schaltung aufbaut. Dieses Schaltungskonzept wurde bei der vorliegenden Vorrichtung so verändert, dass eine eigenständige Anpassung des Vorschaltgerätes an die Kapazität der Barriereentladung einer DBE möglich ist. Die Schaltungsanordnung setzt sich aus vier Schaltelementen IGBTl, IGBT2, MOSl und MOS2 zusammen, die zu einer Brückenschaltung verschaltet sind. Zwischen den beiden ersten Schaltelementen IGBTl und IGBT2 und den beiden zweiten Schaltelementen MOSl und M0S2 ist eine Speicherdrossel Ll angeordnet, die als gesteuerte Stromquelle betrieben wird. Die beiden im vorliegenden Fall als IGBT's ausgebildeten Schaltelemente IGBTl und IGBT2 verbinden die Speicherdrossel Ll mit der am Eingang anliegenden EingangsSpannung El bzw. mit Masse. Die durch geeignete Ansteuerung der vier Schaltelemente erzeugbaren Spannungsimpulsfolgen liegen mittels einer Trennkapazität C2 zur Entkopplung von Gleichströmen am Transformator TR an. Dabei wird die unipolare Rechteckspannung am Ausgang der oberen Halbbrücke zu einer bipolaren Rechteckspannung an der Primärseite des Transformators. An der Sekundärseite des Transformators liegt die Last, im vorliegenden Beispiel eine dielektrisch behinderte Entladungslampe an, die durch das Ersatzschaltbild mit den Kapazitäten CdI, Cgap, Cd2 und dem Plasmastrom Il repräsentiert ist.

Durch unterschiedlich lange Ladezeiten der Speicherdrossel Ll, die das wesentliche Bauteil dieser Schaltung ausmacht, können die Anstiegs- und Abfall¬ zeiten der Spannung an der Barriereentladung der Entladungslampe eingestellt werden. Dadurch wird die Leistungseinkopplung in die Barriereentladung beeinflusst und eine Anpassung an unterschiedliche Kapazitäten der Barriereentladung ermöglicht.

Die AusgangsSpannung VA der Brückenschaltung ist zusammen mit dem Strom ILi über die Speicherdrossel Ll und den zugehörigen Ansteuersignalen für die durch Leistungshalbleiter realisierten Schaltelemente in Figur 2 aufgetragen. Die Schaltelemente können selbstverständlich auch durch andere als die dargestellten Halbleiterelemente realisiert sein. Auch können bspw. anstelle der IGBT"s IGBTl und IGBT2 ebenfalls MOSFET's eingesetzt werden.

Die BrückenansteuerSignale für den Betrieb der Schaltungsanordnung der Figur 1 sind aus der Figur 2 ersichtlich. Durch die über die Kombination der Schaltvorgänge steuerbare Aufladezeit der Speicher¬ drossel, die als induktiver Energiespeicher dient, kann die bei der Entladung erzeugte Anstiegsflanke und der Spannungsimpulse eingestellt werden. Dies erfolgt durch eine entsprechende Steuerschaltung, in der die Schaltzyklen konfigurierbar sind.

Figur 3 zeigt ein Beispiel für unterschiedliche Anstiegsflanken der Lampenspannung Ua, die durch unterschiedliche Ladezeiten der Drossel Ll erhalten werden. Der Spannungsverlauf wurde auf Basis eines Simulationsmodells berechnet.

Mit der dargestellten Schaltungsanordnung wird ein Vorschaltgerät für dielektrisch behinderte Entladungs¬ lampen bereitgestellt, mit dem die Spannung in den Parametern Frequenz, Amplitude, Anstiegszeit und Abfallzeit sowie Impuls-Pausenverhältnis (duty-cycle) in den folgenden Bereichen verändert werden kann:

Frequenz f: 1 kHz - 200 kHz, insbesondere 20 kHz - 100 kHz tftnstieg/kv / tftbf aii/kv : 10 ns - 1000 ns , insbesondere 90 ns - 500 ns duty-cycle: 0,1 % - 99,9 % insbesondere 1% - 70% ,

ΔULampe : 0 V - 10 kV, insbesondere 0 V - 4 kV.

Vorzugsweise wird eine Messeinrichtung 2 zur Erfassung der Anstiegszeit bzw. Steilheit der erzeugten Spannungsimpulse eingesetzt, die die Messdaten einer digitalen Regelung 1 zuführt . Die digitale Regelung überwacht diese Anstiegszeiten und steuert die Ladezeiten der Speicherdrossel Ll zur Einhaltung einer vorgebbaren Flankensteilheit. Dies ist schematisch in Figur 4 angedeutet.

Diese Figur 4 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung, mit der im Gegensatz zur Schaltungsanordnung der Figur 1 unipolare Spannungspulse erzeugt werden. Bei dieser Ausgestaltung der Vorrichtung sind lediglich noch zwei Schaltelemente (IGBTl und MOS2) erforderlich, um die unipolaren Spannungsimpulsfolgen mit einstellbarer Flankensteil- heit erzeugen zu können. Die Speicherdrossel Ll ist auch hier innerhalb der Brückenschaltung angeordnet . Auch diese Ausgestaltung der Vorrichtung ermöglicht durch Steuerung bzw. Regelung der Anstiegszeit der Spannungsflanke eine eigenständige Anpassung des Vorschaltgerätes an eine kapazitive Last.

Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung der Vorrichtung gegenüber der bipolaren Variante der Figur 1 besteht im geringeren Bauteilaufwand und der kleineren Spannungszeitfläche, die an der Primärseite des Transformators TR anliegt. Somit ist für den Transformatorkern eine geringere Querschnittsfläche notwendig als bei der bipolaren Variante, wenn gewährleistet werden soll, dass der Transformatorkern nicht in Sättigung gerät . Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, mit dem Schließen des Schalters MOS2 ein Rückzünden der Lampe auszulösen, falls die Spannung über der Gap-Kapazität (Cgap) nach dem ersten Zünden nicht zu stark abgefallen ist. Dies wird im vorliegenden Beispiel durch Schließen des Schalters ca. 1-3 μs nach dem ersten Zünden erreicht . Dadurch kann die auf den dielektrischen Kapazitäten gespeicherte Ladung auch für die Strahlungserzeugung genutzt werden.

Figur 5 zeigt wiederum die Brückenansteuersignale, die Spannung VA und den Strom ILi über die Speicher¬ drossel Ll . Über die Länge der mit den Schaltelementen IGBTl und MOS2 steuerbaren Ladezeit der Speicherdrossel Ll kann die Anstiegsflanke der Spannung an der Last in weiten Bereichen unabhängig von der Größe der Kapazität der Last eingestellt oder geregelt werden. Auch hier sind selbstverständlich neben dem dargestellten IGBTl auch andere Halbleiter-Schaltelemente, wie bspw. ein MOSFET, zur Steuerung der Ladezeit der Speicherdrossel Ll möglich.

Für die Erfassung der Anstiegszeit der Lampen- Spannung mit der Messeinrichtung 2 kann eine direkte Messung unter Umständen die Kosten eines derartigen Vorschaltgerätes zu stark erhöhen. Daher wird gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung nicht die Anstiegszeit der Lampenspannung selbst, sondern deren maximale Ableitung (dU/dt)max gemessen. Für eine ideale TrapezSpannung gilt:

Selbst wenn der Spannungsverlauf der Lampen¬ spannung nicht als ideales Trapez angesehen werden kann, so lässt sich über die Erfassung der maximalen Spannungsanstiegszeit dennoch eine brauchbare Regelung realisieren. Die Erfassung der maximalen Steigung der Lampenspannung lässt sich schaltungstechnisch wesentlich einfacher realisieren als die Messung der Anstiegszeit selbst. Ein Beispiel für eine derartige Messschaltung ist in der Figur 6 dargestellt. Parallel zur Lampe wird eine kleine Messkapazität CmeSs geschaltet. Durch sie fließt ein Strom Ic, dessen Verlauf durch die Ableitung von Ua gegeben ist. Es gilt:

Durch eine Strommessspule mit n Windungen wird dieser Strom abgegriffen. Durch sie fließt also Ic/n. Damit ist eine galvanische Trennung von der Lampen- Spannung erreicht. Ist dieser Strom im Umschalt¬ zeitpunkt maximal, lädt er den Kondensator Ci auf eine maximale Spannung auf. Danach übernimmt der Widerstand Ri den weiteren Stromfluss. In der Zeit bis zur nächsten positiven Spannungsflanke entlädt sich Ci langsam über die Widerstände Ri und R2. Tritt zu Beginn der neuen Periode erneut eine positive Spannungsflanke auf, wird Ci erneut geladen. Dieser Prozess wiederholt sich periodisch. Im Kondensator C1 wird dabei ein Spitzenwert gespeichert. Die Spannung an Ci ist direkt abhängig vom maximalen dUa/dt. Da sie während der gesamten Periode zur Verfügung steht und nur langsam abfällt ist eine Abtastung zeitlich unkritisch. Sie wird mit einem A/D-Wandler etwa 2 μs nach dem Aufladen gemessen und zur Berechnung der Stellgröße für die Regelung der Anstiegsflanke verwendet.

Für die Regelung 1 selbst wird ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ein geeigneter Mikro- controller, unter Umständen in Verbindung mit einer programmierbaren Logik, eingesetzt. Diese wird so programmiert, dass sie durch die Ansteuerung der als Schaltelemente eingesetzten Leistungshalbleiter auf die Geschwindigkeit der Anstiegstlanke regeln kann. Diese Regelung ist ausreichend, um Anstiegsflanken im Bereich zwischen 100 ns und 500 ns einzustellen. Auf diese Weise lässt sich eine automatische Anpassung des vorliegenden Vorschaltgerätes an unterschiedliche Lampentypen erreichen.

Für die Dimensionierung der als gesteuerte Strom- quelle betriebenen Speicherdrossel Ll sind folgende Zusammenhänge zu beachten. Um die Kapazität der Last umzuladen, steht bei der vorliegenden Vorrichtung nur die Energie in der Speicherdrossel zur Verfügung. Die maximale Kapazität, die mit einer Speicherdrossel umgeladen werden kann, wird aus der Energieerhaltung von Induktivität und Kapazität berechnet : - ■L -I2 = - - C- AU2 2 2

Mit beispielhaften realistischen Werten von ΔU = 2 kV, I = 4OA, L = 10 μH ergibt sich:

Die Energie, die in einer derzeit benutzten Speicherdrossel gespeichert werden kann reicht damit aus, um einen Kondensator mit 4nF Kapazität um ein ΔU von 2 kV umzuladen.

Figur 7 zeigt schließlich ein weiteres Beispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung, mit der ebenfalls unipolare Spannungspulse erzeugt werden. In der Figur sind mit Sl und S2 Schaltelemente, mit Dl bis D4 Dioden bezeichnet . Bei dieser Ausgestaltung der Vorrichtung wird die Speicherdrossel Ll zwischen den Schaltelementen Sl und S2 geladen. Hat die Speicherdrossel Ll genügend Energie gespeichert, wird das Schaltelement S2 nichtleitend gemacht, so dass der Strom nicht mehr über die Elemente D4 und S2 fließt, sondern über den Kondensator C2 und den Transformator TR die Lampe (DBE) lädt . Die Spannung an der Lampe und am Punkt VA steigt an. Wird die Zündspannung der Lampe erreicht, so zündet diese und die Energie wird von ihr aufgenommen. Zündet die Lampe nicht oder nimmt sie nicht alle bereitgestellte Energie auf, so gibt es eine Spannungsüberhöhung an der Lampe und am Punkt VA. Ist die Spannungsüberhöhung an VA groß genug gegenüber der Spannungsversorgung am Eingang, so dreht sich der Strom in der Speicherdrossel Ll um und fließt über die Inversdiode D2 in die Spannungs- versorgung zurück. Sobald der Rückstrom über die Inversdiode D2 fließt, wird das Schaltelement Sl nahezu spannungsfrei und damit verlustarm ausgeschaltet (nichtleitend gemacht) . Ca. 0,5 μs bis 5 μs nach der ersten Lampenzündung wird das Schaltelement S2 hart (verlustbehaftet) eingeschaltet (leitend gemacht) . Die Lampe zündet ein zweites Mal, verursacht durch die Restladung auf der Lampe (DBE) . Wird nicht alle Energie bei der zweiten Zündung von der Lampe aufgenommen, so baut sich nach der zweiten Lampenzündung eine negative Spannung zwischen den Punkten VA und dem negativen Versorgungsanschluss auf. Diese Spannung baut sich nun in einem Kreisstrom über die Bauelemente D4, S2, D3 und Ll ab, bis die gesamte Energie in Wärme umgewandelt ist. Es befindet sich keine weitere Energie im Schaltkreis, d.h. bis zum nächsten Ladevorgang der Speicherdrossel finden keine parasitären Schwingungs- Vorgänge statt.

Auch wenn sich die vorliegende Beschreibung auf den Betrieb von dielektrisch behinderten Entladungs¬ lampen mit der vorgeschlagenen Vorrichtung befasst, so lässt sich diese Vorrichtung selbstverständlich auch für andere Lampentypen einsetzen, die eine entsprechende Ansteuerung benötigen. Ein Beispiel hierfür sind Laserdioden. Das Gleiche gilt für andere Lasten, die mit unipolaren oder bipolaren SpannungsImpulsfolgen betrieben werden müssen und bei denen eine adaptive Anpassung des Vorschaltegerätes an die jeweilige Lastimpedanz des Gerätes wünschenswert ist.