Verfahren zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe mittels eines Zündgerätes.

Hintergrund

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe mittels eines Zündgerätes mit einem Zündtransformator nach der Gattung des Hauptanspruchs .

Aus der DE 199 09 529 AI ist solch ein Zündgerät und ein Zündverfahren bekannt. Das bekannte Zündgerät weist einen Zündtransformator, einen Zündkondensator und eine Funkenstrecke als Zündschalter auf. Die Primärwicklung ist seriell zum Zündkondensator und zur Funkenstrecke geschal ^¬ tet. Die Sekundärwicklung ist in den Strompfad der zu zündenden Hochdruckentladungslampe geschaltet. Parallel zum Zündkondensator wird eine Ladespannung angelegt. Überschreitet diese die Schaltspannung der Funkenstrecke, so schaltet diese ein und es entsteht ein kurzer, hoher Strom ^¬ stoß in der Primärwicklung des Zündtransformators, der hochtransformiert wird und über die Sekundärwicklung an die Hochdruckentladungslampe angelegt wird. Unterschreitet der Primärstrom einen bestimmten Wert, so erlischt der Entla- dungsbogen in der Funkenstrecke und diese schaltet wieder ab. Dabei ist die Einschaltdauer nicht optimal, da die Funkenstrecke nicht aktiv ausgeschaltet werden kann und so lange leitet, bis der Zündstrom unterhalb einer Halte ^¬ schwelle fällt und die Funkenstrecke damit ausschaltet. Die Einschaltdauer ist daher deutlich länger als die optimale Einsehaltdauer .

Aus der DE 197 12 258 AI ist ein Zündgerät mit einem ge ^¬ steuerten Zündschalter bekannt. Dieser wird mit einer vor- bestimmten Zündfrequenz angesteuert, um Zündpulspakete zu generieren, die die Hochdruckentladungslampe zünden. Die Einschaltdauer ist daher fix und üblicherweise e so ge ^¬ wählt, dass der Schalter in der Phase, in der die Freilauf ^¬ diode parallel zum Schalter leitet ausgeschaltet wird. Das Ausschalten erfolgt zu einem Zeitpunkt nachdem der Zündkondensator sein erstes negatives Spannungsmaximum erreicht hat. Dadurch werden die Verluste beim Schalten gering gehalten. Die maximale Zündpulshöhe wird hierbei beim Ein ^¬ schalten des Zündschalters erreicht (Einschaltzündpuls ) . Die resultierende Zündpulsform ist jedoch nicht optimal für die Zündung von Hochdruckentladungslampen.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe mittels eines Zündgerätes anzugeben, welches eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Zündpulsform generiert.

Zusammenfassung

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe mittels eines Zündgerätes aufweisend einen Zündkondensator, einen Zündschalter und einen Zündtransformator, gekennzeichnet durch folgende zeitlich hintereinander ablaufende Schritte:

- Aufladen des Zündkondensators auf eine vorbestimmte Span ^¬ nung, - Schließen des Zündschalters,

- Öffnen des Zündschalters, bevor der Strom durch den Zündschalter in seiner Grundschwingung das erste mal zu null wird .

Als Grundschwingung ist hier die Grundfrequenz des Zündschalterstromes ohne höherfrequente Schwingungen anzusehen. Diese hochfrequenten Schwingungen können dazu führen, dass der Strom durch den Zündschalter kurzzeitig zu Null wird, bevor die Grundschwingung des Zündschalterstromes zu null wird. Der Zündschalter wird erfindungsgemäß aktiv ausge ^¬ schaltet und dabei wird die Einschaltdauer so kurz gehal ^¬ ten, dass der Zündschalter unter Strom ausgeschaltet wird. Mit dieser Maßnahme lässt sich eine höhere Zündspannung mit größerer Wiederholgenauigkeit erreichen.

Bevorzugt wird der Zündschalter zu einem AusschaltZeitpunkt geöffnet, der von der aktuellen Spannung des Zündkondensators abhängt. Mit dieser Maßnahme wird eine einfachere Steuerung des Zündschalters erreicht.

Besonders bevorzugt liegt der AusschaltZeitpunkt hierbei im Spannungsbereich von 60% der positiven Ladespannung des

Zündkondensators bis zu 90% der Ladespannung des Zündkon ^¬ densators die im darauffolgenden negativen Spannungsmaximum erreicht wird. In diesem Bereich kann die beim Öffnen des Schalters generierte Spannung je nach Konfiguration der verwendeten Schaltungsanordnung und der verwendeten Lampe sowie den Leitungslängen zwischen Schaltungsanordnung und Lampe höher ausfallen, als die beim Schließen des Schalters generierte Spannung.

Ein für eine bestimmte Schaltungsanordnung sinnvoller be- reich für die AusschaltZeitpunkte kann bei der Entwicklung der Schaltungsanordnung mit folgendem Verfahren gewonnen werden :

- variieren des AusschaltZeitpunktes innerhalb des großen oben definierten Ausschaltbereiches,

- Messen der Zündspannung an der Hochdruckentladungslampe,

- Zwischenspeichern des AusschaltZeitpunktes mit der bisher höchsten Zündspannung,

- Speichern des festgestellten AusschaltZeitpunktes wenn der gesamte Ausschaltbereich durchlaufen wurde,

- - variieren des AusschaltZeitpunktes innerhalb des großen oben definierten Ausschaltbereiches,

- Messen der Zündspannung an der Hochdruckentladungslampe,

- Zwischenspeichern eines ersten AusschaltZeitpunktes , der 80% der höchsten Zündspannung generiert, und der zeitlich vor dem AusschaltZeitpunkt mit der höchsten Zündspannung liegt,

- Zwischenspeichern eines zweiten AusschaltZeitpunktes , der 80% der höchsten Zündspannung generiert, und der zeitlich nach dem AusschaltZeitpunkt mit der höchsten Zündspannung liegt,

- Definieren des sinnvollen Ausschaltbereiches zwischen dem ersten AusschaltZeitpunkt und dem zweiten AusschaltZeit ^¬ punkt .

Dieses Verfahren kann auch von der Schaltungsanordnung während des Betriebes durchgeführt werden, sofern die Zünd ^¬ spannung selbst oder eine mit der Zündspannung korrelierende Größe gemessen werden kann. Die Messung einer absoluten Zündspannungsgröße ist dabei nicht unbedingt erforderlich, es reicht, wenn die Höhe der Zündspannung relativ gemessen werden kann. Vorzugsweise erzeugt die Schaltungsanordnung während einer Zündphase mehrere Zündpulse durch mehrmaliges Schließen und wieder Öffnen des Schalters.

Besonders bevorzugt wird dabei der AusschaltZeitpunkt in- nerhalb des oben gefundenen sinnvollen Ausschaltbereiches variiert. Damit können Unterschiede bei der Zündspannung durch verschieden lange Kabel und unterschiedliche Lampen ^¬ typen ausgeglichen werden, so dass mindestens ein Zündpuls die maximale Zündpulshöhe erreicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ausschaltzeitpunkt innerhalb des Ausschaltbereiches variiert, bis die Hochdruckentladungslampe gezündet hat, und dieser Aus ^¬ schaltzeitpunkt wird dann abgespeichert, um bei der nächs ^¬ ten Zündphase mit diesem AusschaltZeitpunkt zu starten. Die Schaltungsanordnung zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe weist einen Zündtransformator, der eine Primär- und eine Sekundärwicklung hat, auf, wobei die Sekundärwicklung mit der zu zündenden Lampe und die Primärwicklung mit einem Zündschalter verbunden ist, wobei der Zündschalter steuerbar ist, um einen durch die Primärwicklung des Zündtransformators fließenden Strom aktiv abzuschalten, und die Schaltungsanordnung obiges Verfahren ausführt und die Ausschaltzeitpunkte des Schalters in einem vorbestimmten Be ^¬ reich variiert. Dadurch kann für alle Konfigurationen der Schaltungsanordnung mit verschiedenen Lampen und Leitungslängen ein optimaler Zündpuls erzielt werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Zünden einer Hochdruckentladungslampe ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identi ^¬ schen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

Fig.l eine Schaltungsanordnung mit einem Zündgerät, das einen gesteuerten Schalter aufweist, welche das erfindungsgemäße Verfahren ausführen kann,

Fig. 2 eine bekannte Zündpulsform und die Verläufe rele ^¬ vanter Größen,

Fig. 3 eine erste erfindungsgemäße Zündpulsform und die

Verläufe relevanter Größen, generiert durch ge- steuertes Ausschalten des Zündschalters,

Fig. 4a eine zweite erfindungsgemäße Zündpulsform und die

Verläufe relevanter Größen, die durch die maximale Einschaltzeit des Zündschalters charakteri ^¬ siert wird,

Fig. 4b eine dritte erfindungsgemäße Zündpulsform und die

Verläufe relevanter Größen, die durch die minimale Einschaltzeit des Zündschalters charakteri ^¬ siert wird,

Fig. 5 eine graphische Darstellung für den optimalen

Bereich für den Ausschaltzeitzeitpunkt des Zündschalters .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung Fig. 1 zeigt eine an sich bekannte Schaltungsanordnung zum Betreiben von Hochdruckentladungslampen, die eine Halbbrü- cke mit den in Serie geschalteten Halbbrückenschaltern S2 und S3 aufweist, an deren Mittelpunkt eine Serienschaltung einer Lampendrossel L3, der Sekundärwicklung L2 eines Zünd ^¬ transformators TR und einer Hochdruckentladungslampe 5 angeschlossen ist. Das freie Ende der Hochdruckentladungs ^¬ lampe 5 ist an den Verbindungspunkt einer Serienschaltung von 2 Koppelkondensatoren Cl und C2 angeschlossen. Die Halbbrücke ist parallel zur Serienschaltung der Koppelkondensatoren geschaltet. An dieser Parallelschaltung liegt die Versorgungsspannung U_B (in dieser beispielhaften Ausführungsform 425V) an. An die Primärwicklung LI sind seriell ein Zündkondensator C3 und ein Zündschalter Sl mit parallelgeschalteter Freilaufdiode D2 angeschlossen, die den Primärkreis bilden. Die Anode der Freilaufdiode sowie ein Anschluss des Zündkondensators C3 sind mit dem Bezugs ^¬ potential der Versorgungsspannung U_B verbunden. Zwischen den anderen Anschluss des Zündkondensators C3 und dem Ver ^¬ sorgungspotential der Versorgungsspannung U_B ist ein Ladewiderstand Rl zum Laden des Zündkondensators C3 geschaltet. Über diesen Widerstand wird der Zündkondensator C3 aufgeladen, bis die an ihm anliegende Spannung U_C3 eine vorbe ^¬ stimmte Ladespannung überschreitet. Ist dies der Fall, so wird der Zündschalter Sl zum Zeitpunkt tl eingeschaltet, d.h. leitend, wie in Fig. 2 gezeigt. Damit beginnt ein Kreisstrom durch die Bauteile C3, LI und S1/D2 zu fließen, und der Kreisstrom wird durch den Zündtransformator TR sekundärseitig in eine Zündspannung Uz transformiert. Zum fest gewähltem Zeitpunkt t2 wird der Zündschalter wieder ausgeschaltet. In der hier gezeigten Zündpulsform nach dem Stand der Technik beträgt die Einschaltdauer des Zündschal ^¬ ters t2 -tl = 2,6 \is . Die Spannung am Zündkondensator C3 zeigt Kanal 1. Kanal 2 zeigt die Spannung am Zündschalter Sl, Kanal 3 den Strom ii durch die Primärwicklung LI des Zündtransformators TR. Kanal 4 schließlich zeigt die Zünd ^¬ spannung Uz, deren Maximum beim Ausschalt zündpuls hier etwa 3kV beträgt.

Fig. 3 zeigt eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren generierte Zündpulsform und die Verläufe relevanter Größen. Hier beträgt die Einschaltdauer des Zündschalters t2 - tl = 0,8 \is . Die Zündspannung beim Ausschalt zündpuls beträgt hier 5, 2kV. Erfindungsgemäß wird der Zündschalter dabei ausgeschaltet bevor der Zündkondensator seine maximale negative Aufladung erreicht hat dass heißt bevor der Zündschalterstrom in seiner Grundschwingung (die hochfrequente Schwingung wird hierbei nicht berücksichtigt) zu null wird. Der optimale Ausschalt Zeitpunkt (siehe Fig. 5) liegt in dem Zeitbereich, in dem der Zündkondensator C3 bei seiner ersten Entladung den Spannungsbereich von + 60% der Ladespannung bis zum Erreichen von 90% der Ladespannung des darauffolgenden negativen Spannungsmaximums (-90%) , welches ohne aktives Ausschalten des Zündschalters erreicht würde (siehe Fig.

2), überstreicht. Dabei ist die Ladespannung die Spannung, die am Zündschalter vor dem Einschalten des Zündschalters anliegt .

Wird der Ausschalt Zeitpunkt des Zündschalters derart opti- mal gewählt, wird die maximale Zündpulshöhe beim Ausschal ^¬ ten des Zündschalters erreicht. Man spricht hier von einem Ausschalt zündpuls . Der Betrag der Zündspannung ist hierbei höher als die Zündspannung beim Einschalten des Schalters, der als Einschalt zündpuls bezeichnet wird.

Ein insgesamt besonders effektiver Zündpuls wird insbeson ^¬ dere auch dadurch erreicht, dass ein gleich hoher bzw. höherer Ausschaltzündpuls erzeugt wird, der im Zündspan ^¬ nungsverlauf unmittelbar auf den Einschaltzündpuls folgt.

In diesem Beispiel beträgt der Einschaltzündpuls etwa 4kV, und der Ausschaltzündpuls , wie oben schon geschrieben etwa 5 , 2 kV .

Der optimale Zeitpunkt für das Ausschalten hängt hierbei von der Lampenleitungslänge sowie von der Kabelkapazität und Induktivität ab. Die Lampenleitungslänge, Kabelkapazi ^¬ tät und Induktivität variieren je nach Applikation. Um für jede Lampenleitungslänge immer den optimalen AusschaltZeit ^¬ punkt zu erreichen, wird die Einschaltdauer des Zündschal ^¬ ters während der Zündphase des EVGs in einem Zeitbereich so variiert, dass für jede in der Applikation mögliche Konfi ^¬ guration die optimale Zeitdauer überstrichen wird.

Dieses Verfahren ist insbesondere besonders vorteilhaft mit einem MikroController durchführbar. Dieser kann während der Zündphase den AusschaltZeitpunkt in einem sinnvollen Be ^¬ reich variieren, um in jeden Fall einen Zündpuls optimaler Höhe generieren zu können. Ist die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet, die Zündspannung zu messen, entweder direkt oder auch indirekt (z.B. über den Strom im Primärkreis der Zündeinrichtung) , so kann der Ausschaltzeitpunkt, der den höchsten Zündpuls generiert abgespeichert werden, um zu ^¬ künftige Zündphasen mit diesem AusschaltZeitpunkt zu bestreiten. Das Verfahren kann bei Bedarf oder in regelmäßigen Abständen wiederholt werden.

Ist die Schaltungsanordnung nicht dazu eingerichtet, die Höhe des Zündpulses zu messen, so kann der MikroController den AusschaltZeitpunkt abspeichern, bei dem die Hochdruck- entladungslampe gezündet hat. Die Fig. 4a zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren generierte Zündpuls und die Verläufe relevanter Größen bei einer Einschaltdauer des Zündschalters, die an der oberen Grenze der erfindungsgemäßen Einschaltdauer liegt. Die Benennung der relevanten Größen ist dieselbe wie in Fig. 3. Der Einschaltzündpuls liegt hier bei etwa 4kV, der Aus ^¬ schaltzündpuls bei etwa 3, 6kV.

Die Fig. 4b zeigt die Situation bei einer Einschaltdauer des Zündschalters, die an der unteren Grenze der erfin- dungsgemäßen Einschaltdauer liegt. Die Benennung der relevanten Größen ist dieselbe wie in Fig. 3. Der Einschalt ^¬ zündpuls liegt hier bei etwa 4kV, der Ausschaltzündpuls bei etwa 3 , 3kV .

Die Fig. 5 zeigt die Kurvenverläufe der Fig. 2 mit einer graphischen Darstellung des erfindungsgemäßen optimalen AuschhaltZeitpunkts des Zündschalters Sl. Dabei wird der Zündschalter zum Zeitpunkt tl eingeschaltet.