DE102007029694A1

DE102007029694A1 - Schaltungsanordnung und Verfahren zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102007029694A1
Application number: DE102007029694A
Authority: DE
Inventors: Sven Junggeburth
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-02-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (5) mit einer Leistungsquelle (2), einer Zündschaltung (7) zum Erzeugen einer Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe (5) und einem temperaturabhängigen Widerstand (1), wobei der temperaturabhängige Widerstand (1) aus einem Netzwerk von parallel und in Serie geschalteten Thermistoren (11) besteht, das durch einen Schalter (3) überbrückt werden kann, und der temperaturabhängige Widerstand (1) in Serie zur Hochdruckentladungslampe (5) und zur Zündschaltung (7) geschaltet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Starten von leistungsstarken Hochdruck-Entladungslampen.
Stand der Technik
2 zeigt eine Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe nach dem Stand der Technik. Bisher wurden Hochdruckentladungslampen üblicherweise mit speziell auf die Lampe abgestimmten Betriebsgeräten gestartet und betrieben, um die geforderten Lampenparameter optimal einhalten zu können. Ein Problem bei Hochdruckentladungslampen ist der sogenannte ,Peak Inrush Current'. Dieser Strom tritt kurz nach der Lampenzündung auf. Zu diesem Zeitpunkt ist der Widerstand der Lampe nahe null Ohm, und dadurch entsteht ein sehr hoher Strompuls, für den das Lampenbetriebsgerät ausgelegt sein muss. Bei leistungsstärkeren Lampen stellt dieser Strompuls zunehmend ein Problem für die Betriebsgeräte dar. Diese können die zu diesem Zeitpunkt fließenden Ströme entweder gar nicht mehr oder nicht mehr mit der geforderten Genauigkeit liefern.
Für andere Anwendungsfälle, z. B. große Induktivitäten wie Schweißtrafos ist in der DE 296 04 056 U1 eine Lösung der Einschaltstromproblematik mit Thermistoren angegeben, die durch ihren Widerstand den Einschaltstrom begrenzen und im Betrieb durch einen Schalter überbrückt werden. Für Hochwattige Hochdruckentladungslampen ist solch eine Lösung bislang nicht bekannt.
Ein weiteres Problem hochwattiger Hochdruckentladungslampen ist ihre Anwendung auf hochspezialisierten Gebieten und ihre dadurch geringe Verbreitung. Daher sind für manche Lampentypen oftmals gar keine speziellen Betriebsgeräte verfügbar, so dass hier Betriebsgeräte, die eigentlich für andere Anwendungen gedacht sind verwendet werden müssen. Diese haben jedoch meist eine Überlastsicherung, die bei den Strompulsen, wie sie beim Zünden dieser Lampen vorkommen, das Betriebsgerät abschaltet. Daher sind diese Geräte mit einem herkömmlichen Verfahren zum Zünden der Hochdruckentladungslampen nicht verwendbar.
Aufgabe
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zum Starten einer Hochdruckentladungslampe anzugeben, die zusammen mit einem Betriebsgerät, das nicht speziell für den Betrieb einer Hochdruckentladungslampe gedacht ist, diese sicher Starten und Betreiben kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Es ist weiterhin die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Starten einer leistungsstarken Hochdruckentladungslampe anzugeben, mittels dem eine solche Lampe mit einem handelsüblichen, nicht für eine solche Lampe spezialisiertem Betriebsgerät sicher startbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Darstellung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung besteht aus mindestens einem Thermistor, bevorzugt einem Heißleiter, der in Serie zu einer Zündschaltung und zur Hochdruckentladungslampe angeordnet ist.
In bevorzugter Weise wird ein Netzwerk aus einer Vielzahl von Heißleitern verwendet, um die Spannungs- und Stromanforderungen erfüllen zu können.
Im kalten Zustand besitzt der Heißleiter einen hohen Widerstand, so dass der Peak Inrush Current nach dem Zünden der Lampe effektiv begrenzt wird. Durch eben diesen Strom werden die Heißleiter im Netzwerk stark erwärmt, so dass ihr Widerstand schnell sinkt und der Strombegrenzungseffekt nach Erreichen des Strommaximums entsprechend abgeschwächt wird. Dies ist notwendig, damit eine Ausreichende Ladungsmenge, die zum Aufbau des Plasmakanals nach dem Durchzünden der Lampe benötigt wird, in diese fließen kann.
Um der Hochdruckentladungslampe eine ausreichende Ladungsmenge zur Verfügung stellen zu können, ist ein Zwischenspeicher zur Bereitstellung dieser Ladungsmenge notwendig. Dieser Zwischenspeicher ist in bevorzugter Weise eine Kapazität, die zur Serienschaltung aus dem Heißleiternetzwerk, der Zündschaltung und der Hochdruckentladungslampe parallel geschaltet ist. Diese Kapazität wird vor der Lampenzündung mit einer Spannung U₀ geladen, die als Übernahmespannung bezeichnet wird. Die Ladung dieser Kapazität entlädt sich nach dem Durchzünden der Hochdruckentladungslampe über das Heißleiternetzwerk und die Zündschaltung in die Lampe, und trägt zur Ausbildung des Plasmakanals zwischen den Lampenelektroden und damit zur sicheren Übernahme der Lampe nach dem Zünden bei.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe.
2 Schaltbild einer Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe nach dem Stand der Technik.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem Betriebsgerät 2, einem Netzwerk 1 aus Heißleitern 11, einem zum Netzwerk 1 parallel geschaltetem Überbrückungsschalter 3, der dazu in Serie geschalteten Zündschaltung 7 sowie der ebenfalls dazu in Serie geschalteten Hochdruckentladungslampe 5. Parallel zu der Serienschaltung des Netzwerks 1, der Zündschaltung 7 und der Hochdruckentladungslampe 5 ist ein Kondensator 9, der als Zwischenspeicher für die Energiemenge, die für eine gute Übernahme der Hochdruckentladungslampe nach dem Start benötigt wird, dient. Die Kapazität C des Kondensators 9 liegt bevorzugt im Bereich zwischen 1000 μF < C < 10 000 μF. Das Netzwerk 1 besteht aus einer Vielzahl von Heißleitern 11 und hat einen Widerstand R im Bereich von 100 mΩ < R < 1 Ω, bevorzugt 0,5 Ω, und eine Stromtragfähigkeit von 300 A. Dieser Strom kann dauerhaft anliegen, mindestens jedoch bis zum Schließen des Überbrückungsschalters 3. Während des Einschaltens der Hochdruckentladungslampe können Ströme von bis zu 1600 A auftreten. Das Betriebsgerät kann dauerhaft eine Gleichspannung von bis zu 200 V und einen Strom von bis zu 300 A liefern. Der Überbrückungsschalter 3 ist bis zur Lampenzündung offen, d. h. nicht wirksam, und wird erst eine vorbestimmte Zeit t nach der Lampenzündung geschlossen. Die Zeit t liegt im Bereich von 0 < t < 5 s, in einer bestimmten Anwendung z. B. bei 2 s. Durch dieses Verfahren wird eine signifikante Erniedrigung des Peak Inrush Currents erreicht, ohne die Sicherheit der Lampenübernahme zu beeinträchtigen.
Um die Energie, die die Lampe kurz nach Ausbildung des Plasmakanals zwischen den Lampenelektroden benötigt, liefern zu können, verfügt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bevorzugt über einen Energiespeicher, der hier als Speicherkondensator 9 ausgeführt ist. Der Kondensator wird vor der Zündung durch das Betriebsgerät 2 mit einer Spannung U₀ aufgeladen. Nach der Zündung fließt die Ladung über das Heißleiternetzwerk 1 und die Zündschaltung 7 in die Hochdruckentladungslampe 5, um deren Elektroden aufzuheizen. Dieser Strom heizt allerdings nicht nur die Lampenelektroden auf, sondern auch die Heißleiter 11 des Netzwerks 1. Dadurch sinkt der Widerstand des Netzwerkes 1, während der Innenwiderstand der Hochdruckentladungslampe 5 durch das Aufheizen der Elektroden gleichzeitig steigt. Bevorzugterweise ist das Netzwerk 1 so ausgelegt, dass sich die beiden Effekte während der kurzen Zeitspanne nach der Zündung möglichst gut kompensieren, so dass ein möglichst gleichmäßig hoher Strom in die Hochdruckentladungslampe 5 fließt, und der hohe Strompuls sozusagen in ein deutlich niedrigeres Plateau konvertiert wird. Durch den Speicherkondensator 9 wird das Betriebsgerät entlastet und ,sieht' von dem verblei benden Peak Inrush Current nur einen sehr geringen Anteil, den es leicht zu liefern vermag.
Dadurch ist es möglich, zum Betreiben der Lampe eine Leistungsquelle zu verwenden, die ursprünglich nicht für den Betrieb einer Hochdruckentladungslampe konzipiert ist. Da die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bevorzugt für leistungsstarke Hochdruckentladungslampen im Leistungsbereich von über 8 kW bis ca. 50 kW und darüber eingesetzt wird, sind spezialisierte Betriebsgeräte nur schwer oder gar nicht verfügbar. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung können andere geeignete Leistungsquellen, z. B. leistungsstarke Batterieladegeräte verwendet werden. Dies hat erhebliche Einsparpotentiale zur Folge, da diese Geräte in größeren Stückzahlen und damit deutlich kostengünstiger hergestellt werden. Da die zukünftigen Lampengenerationen noch mehr Leistung haben werden, verschärft sich das Problem der spezialisierten Betriebsgeräte für diese Lampen zusehends, und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird für einen effizienten Betrieb dieser Lampen umso wertvoller.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 29604056 U1 [0003]

Claims

Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (5) mit einer Leistungsquelle (2), einer Zündschaltung (7) zum Erzeugen einer Zündspannung für die Hochdruckentladungslampe (5) und einem temperaturabhängigem Widerstand (1), dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturabhängige Widerstand (1) aus einem Netzwerk von parallel und in Serie geschalteten Thermistoren (11) besteht, das durch einen Schalter (3) überbrückt werden kann, und der temperaturabhängige Widerstand (1) in Serie zur Hochdruckentladungslampe (5) und zur Zündschaltung (7) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermistoren (11) Heißleiter sind.
Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung weiterhin eine Übernahmekapazität umfasst, die parallel zum Betriebsgerät (2) und zur Serienschaltung der Hochdruckentladungslampe (5), der Zündschaltung (7) und des temperaturabhängigen Widerstands (1) geschaltet ist.
Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (5) nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zum temperaturabhängigen Widerstand (1) ein Überbrückungsschalter (3) angeordnet ist.
Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überbrückungsschalter (3) zeitgesteuert ist
Verfahren zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (5) mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überbrückungsschalter (3) bis zum Zünden der Hochdruckentladungslampe (5) offen ist und nach einer vorbestimmten Zeit t ab dem Zeitpunkt des Zündens der Hochdruckentladungslampe (5) geschlossen wird.
Verfahren zum Starten und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (5) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeit t bis zum schließen des Schalters nach der Lampenzündung im Bereich von 0 < t < 5 s liegt.