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1. DE102004055976 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]
Beschreibung
[0001]  Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
I. Stand der Technik
[0002]  Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise in der EP-A 0 868 833 offenbart. Diese Schrift beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe mit einem als Wechselrichter ausgebildeten Spannungswandler, einen von dem Wechselrichter gespeisten Lastkreis, der mit Anschlüssen für eine Hochdruckentladungslampe und mit einer Drossel zur Begrenzung des Lampenstroms versehen ist, und eine Impulszündvorrichtung zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe aufweist. Die Schaltungsanordnung besitzt ferner einen Transformator zur galvanischen Trennung des Wechselrichters von dem Lastkreis und der Impulszündvorrichtung.
II. Darstellung der Erfindung
[0003]  Es ist Aufgabe der Erfindung, eine vereinfachte Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe bereitzustellen.
[0004]  Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
[0005]  Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruckentladungslampe weist einen Spannungswandler, einen vom Spannungswandler gespeisten Lastkreis, der mit Anschlüssen für eine Hochdruckentladungslampe und mit einer Drossel zur Begrenzung des Stroms durch die Hochdruckentladungslampe versehen ist, sowie eine Impulszündvorrichtung zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe auf, wobei die Drossel als Sekundärwicklung des Zündtransformators der Impulszündvorrichtung ausgebildet ist. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau der Schaltungsanordnung im Vergleich zum Stand der Technik, da die Drossel zwei Funktionen übernimmt und ein Halbleiterschalter zum Deaktivieren der Impulszündvorrichtung nicht erforderlich ist. Außerdem ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Betrieb von Hochdruckentladungslampen geeignet, die keine separate Zündhilfselektrode besitzen.
[0006]  Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Transformator zur Anpassung der Eingangsspannung des Spannungswandlers an die im Lastkreis erforderliche Spannung und zur galvanischen Trennung zwischen dem Spannungswandler und dem Lastkreis vorgesehen. Vorzugsweise weist der Transformator zwei Sekundärwicklungen auf wobei eine erste Sekundärwicklung zur Spannungsversorgung des Lastkreises und die zweite Sekundärwicklung, gegebenenfalls zusammen mit der ersten Sekundärwicklung, zur Spannungsversorgung der Impulszündvorrichtung dient, um zusätzlich auch eine galvanische Trennung zwischen dem Spannungswandler und der Impulszündvorrichtung zu ermöglichen. Der vorgenannte Transformator dient nicht nur zur galvanischen Trennung, sondern erlaubt ferner, die Ausgangsspannung des Spannungswandlers auf einen höheren Wert zu transformieren. Alternativ kann anstelle des vorgenannten Transformator auch ein Spartransformator verwendet werden, wenn eine galvanische Trennung zwischen Spannungswandler und Lastkreis bzw. Impulszündvorrichtung nicht erforderlich ist.
[0007]  Um eine Spannungsüberlastung der im Lastkreis angeordneten Sekundärwicklung des Transformators zu verhindern, ist vorteilhafter Weise parallel zu dieser Sekundärwicklung ein spannungsbegrenzendes, bidirektionales Bauelement, beispielsweise eine bidirektionale Transildiode, die auch als Suppressor-Diode oder TVS-Diode bezeichnet wird, geschaltet.
[0008]  Der Lastkreis weist vorteilhafter Weise mindestens einen in Serie zu der Drossel geschalteten Kondensator auf, dessen Kapazität derart dimensioniert ist, dass er während des Lampenbetriebs, nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe, eine partielle Kompensation der Induktivität der Drossel bewirkt, um die Verlustleistung in der Schaltung zu reduzieren.
[0009]  Der Spannungswandler ist zwecks weiterer Vereinfachung der Schaltungsanordnung vorteilhafter Weise als Ein-Transistor-Wandler ausgebildet.
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbei-
spiels
[0010]  Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
[0011]  Fig.1 Eine schematische Schaltskizze der Schaltungsanordnung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels
[0012]  Fig.2 Eine schematische Schaltskizze der Schaltungsanordnung gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels
[0013]  Fig.3 Eine detaillierte Schaltskizze der Schaltungsanordnung gemäß des ersten Ausführungsbeispiels
[0014]  In der Fig.1 ist das erste Ausführungsbei-spiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung schematisch dargestellt. Diese Schaltungsanordnung beinhaltet einen Ein-Transistor-Spannungswandler, der an eine Gleichspannungsquelle U0 angeschlossen ist und von der Primärwicklung L1a eines Transformators T1 sowie einem Halbleiterschalter S mit antiparallel geschalteter Diode D und einem parallel zum Schalter S geschalteten Kondensator C1 gebildet wird, und einen Lastkreis. der über den Transformator T1 an den Spannungswandler gekoppelt ist, sowie eine Impulszündvorrichtung IZ, T2 zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La. In dem Lastkreis sind die Sekundärwicklung L1b des Transformators T1, die Drossel L2b, der Kondensator C2 und die Hochdruckentladungslampe La bzw. Anschlüsse für die Hochdruckentladungslampe La angeordnet. Die Drossel L2b ist außerdem als Sekundärwicklung des Zündtransformators T2 der Impulszündquelle ausgebildet.
[0015]  Das in Fig.2 abgebildete zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass ein Spartransformator T1' anstelle des Transformators T1 verwendet wird. Aus diesem Grund werden in den Fig.1 und Fig.2 für identische Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Lastkreis und der Spannungseingang der Impulszündvorrichtung IZ, T2 werden von dem Primär- L1a' und dem Sekundärwicklungsabschnitt L1b' des Spartransformators T1' gespeist.
[0016]  In der Fig.3 sind Details des ersten Ausführungsbeispiels sowie Einzelheiten der in den Fig.1 und Fig.2 als Blockschaltbild abgebildeten Impulszündvorrichtung IZ, T2 und des Halbleiterschalters S bzw. Q dargestellt. Der Halbleiterschalter S ist in Fig.3 als Feldeffekttransistor Q mit integrierter Body-Diode und parasitärer Kapazität dargestellt. Die Impulszündvorrichtung IZ, T2 wird mit Hilfe der beiden Sekundärwicklungen L1b, L1c des Transformators T1 von dem Ein-Transistor-Spannungswandler mit Energie versorgt. Während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe La wird der Zündkondensator C3 über die Gleichrichterdiode D3 und den Widerstand R auf die Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS aufgeladen. Beim Erreichen der vorgenannten Durchbruchsspannung entlädt sich der Zündkondensator C3 über die Funkenstrecke FS und die Primärwicklung L2a des Zündtransformators T2. Dadurch werden in der Sekundärwicklung L2b des Zündtransformators T2 Hochspannungsimpulse generiert, die zur Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La führen. Um eine Spannungsüberlastung der in den Lastkreis geschalteten ersten Sekundärwicklung L1b des Transformators T1 bzw. der Wicklungsabschnitte L1a', L1b' des Spartransformators T1' zu vermeiden, ist parallel zur ersten Sekundärwicklung L1b bzw. zu den Wicklungsabschnitten L1a', L1b' eine bidirektionale Suppressor-Diode D2 geschaltet. Zum Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe La wird der Feldeffekttransistor Q des Spannungswandlers mittels seiner Ansteuerungsvorrichtung ST mit einer Schaltfrequenz von ca. 220 kHz betrieben. Dadurch kann sich aufgrund der in der Tabelle angegebenen Dimensionierung der Bauteile an dem Zündkondensator C3 die erforderliche Durchbruchsspannung der Funkenstrecke FS aufbauen. Nach Beendigung der Zündphase wird die Schaltfrequenz des Transistors Q auf den Wert von 750 kHz umgeschaltet und anschließend, korrespondierend zum Verdampfen der Füllungsbestandteile in dem Entladungsgefäß der Lampe La, bis auf 820 kHz erhöht. Während des stationären Betriebs ist die Schaltfrequenz derart gewählt, dass die Hochdruckentladungslampe La mit ihrer Nennleistung von 35 Watt betrieben wird. Aufgrund der dann leitfähigen Entladungsstrecke der Hochdruckentladungslampe La werden nach Beendigung der Zündphase von der Impulszündvorrichtung keine weiteren Hochspannungsimpulse generiert. Die in dem Lastkreis angeordnete, von Lampenstrom durchflossene Sekundärwicklung L2b des Zündtransformators T2 dient nach Beendigung der Zündphase als den Lampenstrom begrenzende Drossel, das heißt, zur Stabilisierung der Entladung. Die Kapazität des in Serie zu der Sekundärwicklung bzw. Drossel L2b geschalteten Kondensators C2 ist derart dimensioniert, dass sie die Induktivität der Drossel L2b teilweise kompensiert, um den Spannungsabfall an der Drossel L2b auf das für die Stabilisierung der Entladung notwendige Maß zu begrenzen und dadurch die Verlustleistung in der Schaltung zu reduzieren.
[0017]  Bei der Hochdruckentladungslampe La handelt es sich um eine quecksilberfreie Halogen-Metalldampf-Hochdruckgasentladungslampe für den Einsatz in einem Kraftfahrzeugscheinwerfer.
Tabelle: Dimensionierung der Komponenten der in den Fig.1 und Fig.3 abgebildeten Schaltungsanordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
Bezugszeichenliste
C1       3,7 nF
C2       1,3 nF
C3       10 nF, 2000 V
D2       zwei P6KE520C in Reihe
D3       BY505
FS       1600 V
Q          RF740LC
R         20  kOhm
T1 EFD25, N49 mit Luftspalt
L1a      13 Windungen, 16 μH
L1b      46 Windungen
L1c      46 Windungen
L2a      1 Windung
L2b      19 Windungen, 63 μH
U0       42 V