Schaltungsanordnung zum Zünden von Hochdruck- Entladungslampen

Technisches Gebiet

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Zünden von Hochdruck-Entladungslampen, insbesondere Edel- gas-Entladungslampen wie sie beispielsweise für die Kino ^¬ projektion verwendet werden.

Je nach Hochdruck-Entladungslampentyp sind unterschied ^¬ lich hohe Zündspannungen erforderlich, bei Edelgas- Entladungslampen bis zu typisch 40 kV oder mehr. Diese relativ hohen Zündspannungen - für kalte und insbesondere für heiße Edelgas-Entladungslampen - werden durch die Edelgasfüllung, beispielsweise nur Xenon oder Edelgasgemische, verursacht.

Stand der Technik

Bei bisherigen gattungsgemäßen Zündschaltungsanordnungen (vgl. Fig. 1) wird ein Kondensator Cl mittels eines Hochspannungsgenerators HV1 aufgeladen und dann über eine Schaltfunkenstrecke FS1 auf eine Anzapfung oder Primär ^¬ wicklung WP eines Tesla-Transformators TR geschaltet. Der Kondensator Cl entlädt sich daraufhin in dem mit der Pri- märwicklung WP gebildeten seriellen LC-Schwingkreis . Zwischen den Enden der Sekundärwicklung WS des Transformators TR entsteht dann eine durch das Windungsverhältnis beider Trafowicklungen und den Koppelfaktor übersetzte höhere Sekundärspannung, die die angeschlossene Xenon- Hochdruck-Entladungslampe XBO zündet. Nach der Zündphase übernimmt das eigentliche Betriebsgerät BG den Betrieb der Hochdruck-Entladungslampe XBO . Dabei fließt der Lam ^¬ penbetriebsstrom durch die Sekundärwicklung WS des Transformators TR. Die Lampenbetriebsspannung ist im Übrigen erheblich geringer als die Lampenzündspannung und beträgt typisch ca. 25-45V. Je nach Leistungsaufnahme der Lampe, beispielsweise einige hundert bis einige tausend Watt, fließen erhebliche Ströme, typisch im Bereich von ca. 20- 200A.

Dokument EP 0 975 007 Bl offenbart in Fig. 2 eine Schal- tungsanordnung, die auf diesem Zündschaltungsprinzip beruht .

Nachteilig beim Stand der Technik ist, dass die Zündgerä ^¬ te relativ aufwändig sind und insbesondere einen Trans ^¬ formator benötigen. Speziell bei Lampen mit hohem Edel- gas-Kaltfülldruck ist die Zündung mit Geräten nach dem Stand der Technik unsicher und erfordert in der Regel mehrere Zündimpulse. Diese generelle Zündproblematik wird noch verschärft durch die abnehmende Zündwilligkeit der Lampen mit zunehmender Betriebsdauer.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung vorzuschlagen, die ein verbessertes Zünden von Hochdruck-Entladungslampen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung zum Zünden einer Hochdruck-Entladungslampe, insbesondere Edelgas-Entladungslampe, mit zwei Ausgangspolen zum An ^¬ schließen der Hochdruck-Entladungslampe, sowie einem Hochspannungskondensator, der mit einem Hochspannungsgenerator verbunden ist, wobei der eine Anschluss des Hoch- spannungskondensators über eine Schalt funkenstrecke mit einem ersten Ausgangspol und der andere Anschluss des Hochspannungskondensators direkt mit dem zweiten Aus ^¬ gangspol verbunden ist. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass nahezu die gesamte im Hochspannungskondensator gespeicherte Energie, nämlich nur abzüglich der Verlust- energie durch die Schaltfunkenstrecke, für die Zündung der Hochdruck-Entladungslampe zur Verfügung steht. Da ^¬ durch liefert der Zündimpuls deutlich mehr Energie als bei dem eingangs erläuterten Tesla-Transformator-Konzept gemäß dem Stand der Technik. Die höhere Energieeinkopp- lung führt zu einer deutlich besseren Übernahme des Ent ^¬ ladungsbogens durch das nach der Zündphase für den Be ^¬ trieb vorgesehenen zusätzlichen Betriebsgerät. Außerdem ist der Zündimpuls breiter als im Stand der Technik, was zum einen eine zuverlässigere Zündung bewirkt - meist ist nur ein Zündimpuls erforderlich - und außerdem weniger elektromagnetische Störstrahlung verursacht, da weniger hochfrequente Anteile beim Zündimpuls beteiligt sind.

Der Ausgang des elektrischen Betriebsgeräts muss zum Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe ebenfalls mit deren Stromzuführungen verbunden werden. Deshalb ist ein erster Ausgangspol des Betriebsgeräts über eine Drossel mit einem Ausgangspol zum Anschließen der Hochdruck- Entladungslampe verbunden. Diese Drossel schützt den Aus ^¬ gang des Betriebsgeräts während der Zündphase vor dem Hochspannungsimpuls. Die Drossel muss in ihrer Stromtrag- fähigkeit der Lampe angepasst sein. Der zweite Aus ^¬ gangspol des Betriebsgeräts ist mit dem zweiten Aus ^¬ gangspol zum Anschließen der Hochdruck-Entladungslampe verbunden . Die Drossel besteht vorzugsweise aus einem Stück Strom ^¬ leiter und mindestens einem Ferritbauteil, durch das der Stromleiter hindurch geführt ist. Dabei ist der Stromlei ^¬ ter zumindest im Bereich des Ferritbauteils ungewickelt, vorzugsweise gerade. Je nach Höhe der benötigten Indukti- vität der Stromdrossel - typisch sind Werte von 25 bis über 50 μΗ - können mehrere Ferritbauteile entlang des Stromleiters linear aufgereiht sein. Als Ferritbauteile eignen sich insbesondere auch einfach montierbare Klapp- ferrite . Die Schal t funkenstrecke ist vorzugsweise so ausgelegt, dass ihre Durchbruchspannung in etwa der maximalen Ladespannung des Hochspannungskondensators entspricht. Diese Auslegung erfolgt üblicherweise über den Abstand der Elektroden der Funkenstrecken sowie die Art und den Druck des verwendeten Füllgases. Da der Anschluss der Schalt ^¬ funkenstrecke, der dem mit dem Hochspannungskondensator verbundenen Anschluss gegenüberliegt, über die Drossel nahe dem Bezugspotential des Hochspannungskondensators liegt, fällt über der ungezündeten Schal t funkenstrecke nahezu die gesamte Ladespannung des Hochspannungskondensators ab. Dadurch zündet die Schaltfunkenstrecke durch sobald der Hochspannungsgenerator den Hochspannungskondensator vollständig aufgeladen hat. Der Hochspannungs ^¬ kondensator kann im übrigen auch aus zwei oder mehr pa- rallel oder seriell geschalteter Kondensatoren geeigneter Kapazität und Spannungsfestigkeit bestehen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungs ^¬ beispiels näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen

Schaltungsanordnung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Stromdrossel für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,

Fig. 4 ein Zündimpuls der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aus Fig. 2 (200ns/Div) ,

Fig. 5 ein Zündimpuls der Schaltungsanordnung aus Fig. 1, gemäß dem Stand der Technik (80ns/Div),

Fig. 6 die Zeitverläufe für Lampenstrom i und Lampenlicht

I gemäß der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aus Fig. 2 (20ys/Div) ,

Fig. 7 die Zeitverläufe für Lampenstrom i und Lampenlicht

I gemäß der Schaltungsanordnung aus Fig. 1, entsprechend dem Stand der Technik (40ys/Div) .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausfüh- rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Zünden einer Hochdruck-Entladungslampe XBO, deren Stromzuführungen 1, 2 mit den beiden Ausgangspolen AI, A2 der Schaltungsanordnung verbunden sind. Ausgelegt ist dieses Ausführungsbeispiel für eine gleichstrombetriebene 4000 W Xenon-Edelgaslampe vom Typ XBO® der Firma OSRAM GmbH. Der Gleichstrom (DC) betrieb erfolgt nach der Zündung der Lampe XBO mit Hilfe eines DC-Betriebsgeräts BG. Des ^¬ sen erster Ausgangspol al ist über eine Drossel L mit dem ersten Ausgangspol AI zum Anschließen der Anode der Hochdruck-Entladungslampe XBO verbunden. Der zweite Aus ^¬ gangspol a2 des DC-Betriebsgeräts BG ist direkt mit dem zweiten Ausgangspol A2 zum Anschließen der Kathode der Hochdruck-Entladungslampe XBO verbunden. Außerdem sind die beiden Ausgangspole al, a2 des DC-Betriebsgeräts BG mit dem Eingang eines Hochspannungsgenerators HV2 verbun ^¬ den. Der Ausgang des Hochspannungsgenerators HV2 ist mit einem Hochspannungskondensators C2 verbunden und lädt diesen in der Zündphase auf ca. 40 kV auf. Der zweite Ausgangspol a2 des DC-Betriebsgeräts BG bildet hier das gemeinsame Bezugspotential für den Hochspannungsgenerator HV2 und den Hochspannungskondensator C2. Der Hochspan- nungsanschluss des Hochspannungskondensators C2 ist über eine Schaltfunkenstrecke FS2 mit dem ersten Ausgangspol AI verbunden. Während der Ladephase des Hochspannungskondensators C2 ist der andere Anschluss der Schaltfun ^¬ kenstrecke FS2 über die Stromdrossel L statisch auf nahe Bezugspotential, so dass nahezu die gesamte Ladespannung des Hochspannungskondensators C2 über der Schaltfun- kenstrecke FS2 abfällt. Die Schaltfunkenstrecke FS2 ist auf eine Durchbruchspannung von bis zu 40 kV ausgelegt. Dadurch schaltet die Schaltfunkenstrecke FS2 durch, so ^¬ bald der Hochspannungskondensator C2 auf 40 kV aufgeladen ist, und legt die Ladespannung des Hochspannungskondensa- tors C2 an den ersten Ausgangspol AI und damit an die Anode der Hochdruck-Entladungslampe XBO. Dadurch wird na ^¬ hezu die gesamte Energie des Hochspannungskondensators C2 - nämlich nur abzüglich der Verluste in der Schaltfunkenstrecke FS2 - für die Zündung der Hochdruck- Entladungslampe XBO bereitgestellt. Während der Zündung blockt die Stromdrossel L den Ausgangspol al des Be- triebsgeräts BG gegen die Hochspannung.

Der Hochspannungsgenerators HV2 ist in einer dem Fachmann an sich bekannten Weise ausgeführt. Dabei wird die Ein ^¬ gangsspannung, die hier zwischen ca. 80 und 150 V schwanken kann, auf ca. 5 kV Hochspannung hoch transformiert. Danach folgt ein achtstufiger Hochspannungsvervielfacher, der letztlich eine Ausgangsspannung von ca. 40 kV bereitstellt.

In der Fig. 3 ist die Drossel L in s chematischer Form dargestellt. Sie besteht aus einem ca. 20 cm langen , ge- raden und isolierten Kupferdraht 3, auf dem z.B. fünf quaderförmige Ferritbauteile 4, jeweils etwa 25 mm lang, aufgereiht sind. Durch den linearen Aufbau ergibt sich eine hohe Spannungsfestigkeit. Ein Vergießen dieses Auf ^¬ baus, um die Hochspannungsfestigkeit sicher zu stellen, ist nicht erforderlich. Weitere Vorteile sind, dass der stromführende Draht nicht mehr aufwändig gewickelt werden muss und dafür kein Spezialkupferdraht erforderlich ist (z.B. 4x8mm ² hochkant gewickelt mit ausreichendem Abstand wegen Spannungsfestigkeit), keine spezielle Ferritform benötigt wird und eine Verwendung für unterschiedliche Lampenleistungen durch Anpassen des Drahtdurchmessers einfach möglich ist. Für eine Lampenleistung von 4000 W beträgt die Drahtquerschnittsfläche ca. 32 mm ² .

In der Fig. 4 ist die an der Schaltung gemäß Fig. 2 ge- messene Kurve des Zündspannungsimpulses U dargestellt. Eine Zeiteinheit (DIV) zwischen den langen Strichen der Zeitachse t beträgt 200ns. Im Vergleich zu der in Fig. 5 gezeigten entsprechenden Darstellung für die Schaltung nach dem Stand der Technik ist der Zündspannungsimpuls U mit der erfindungsgemäßen Schaltung gemäß Fig. 2 wesentlich breiter und verursacht damit weniger elektromagneti ^¬ sche Störungen. Beim Vergleich der Figuren 4 u. 5 ist zu beachten, dass die Zeitachse t der Fig. 5 bereits um den Faktor 2,5 gedehnt ist (80ns/DIV). Wie im Vergleich er- kennbar, ist die erste Halbwelle des Zündimpulses mit der erfindungsgemäßen Schaltung ca. zweieinhalb mal länger und hat entsprechend weniger subharmonische Frequenzan ^¬ teile.

In der Fig. 6 sind die mit der Schaltung gemäß Fig. 2 ge- messenen Zeitverläufe des Lampenstromes i sowie des Lam ^¬ penlichtes I dargestellt. Im Vergleich zu der in Fig. 7 gezeigten entsprechenden Darstellung für die Schaltung nach dem Stand der Technik, stellt sich mit der erfindungsgemäßen Schaltung sehr rasch ein stabiler Betriebs- ström i ein. Dadurch nimmt auch das Lampenlicht unmittel ^¬ bar nach der Zündung nicht so stark ab wie in Fig. 7, d.h. die Gefahr, dass die Lampe nach der Zündung wieder ausgeht bevor das Betriebsgerät den Lampenstrom übernimmt ist deutlich verringert. Dieses verbesserte Zünd- und Übernahmeverhalten wird im wesentlichen darauf zurück geführt, dass mit der erfindungsgemäßen Schaltung während der Zündung mehr Energie in die Lampe eingespeist wird.