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    • 专利摘要:
    EinZündsystemfür einHochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystemdes Typs füreine Ortsausleuchtung währendFilmaufnahmen oder anderen Unterhaltungsereignissen beinhaltet einenTransformator mit einem Paar von Sekundärwicklungen mit jeweils einerdicht ineinandergewickelten Primärwicklung. DieSekundärwicklungen,welche zwischen die Stationärzustands-Energiequelleund die Entladungslampe geschaltet sind, sind gewickelt zur Erzeugungentgegengesetzter Magnetfelder mit weitestgehender Magnetflußaufhebung. DiePrimärwicklungensind gewickelt, um eine Spannungsverstärkung zu erzeugen, und sindmit einem Zündschaltkreisverbunden, der dafürausgelegt ist, Hochspannungs-Zündspitzenzur Einschaltung der Entladungslampe zu erzeugen. Das System beinhaltetauch einen Resonanzschaltkreis zwischen der Stationärzustands-Leistungsquelleund dem Transformator. Die Zünd-und Resonanzschaltkreise werden vorübergehend erregt, um eine Spannung zurZündungder Lampe zu erzeugen. Der Vorteil von Sekundärwicklungen mit entgegengesetztenMagnetfeldern ist, daß einausreichendes Windungsverhältnisvorhanden ist, um es dem Transformator zu ermöglichen, während der Zündung wirksam zu arbeiten,währendgleichzeitig die entgegengesetzten Magnetfelder zu einer niedrigenImpedanz mit einer Verringerung von sowohl Wärme als auch induktiven Verlustenwährenddes Stationärzustands-Betriebs desLampensystems führen.
    公开号:DE102004016165A1
    申请号:DE200410016165
    申请日:2004-04-01
    公开日:2004-12-30
    发明作者:Philip Ellams
    申请人:POWER GEMS Ltd ECCLES；Power Gems Ltd；
    IPC主号:H05B41-38
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Zündsystemfür ein Hochfrequenz(HF)/Hochintensitäts-Entladungslampensystem(HID) und eine Leistungssteuervorrichtung für ein derartiges Zündsystem.
    [0002] Entladungslampenarbeiten mit einem Strom, der durch ein Vorschaltgerät begrenztist. Es gibt verschiedene Arten von Vorschaltgeräten. An einem Ende liegt dieeinfache üblicheVorschaltdrossel, welche in Natriumlampen bei Netzfrequenz verwendetwird. Am anderen Ende liegen die elektronischen Vorschaltgeräte, in welchenHalbleiter verwendet werden, den Lampenstrom zu steuern. Die Steuerelementein elektronischen Vorschaltgerätenarbeiten bei viel höherenFrequenzen, als es bei herkömmlichenVorschaltgerätender Fall ist und die Ausgangsfrequenz von elektronischen Vorschaltgeräten kannunabhängigvon der Stromregulierstufe des Vorschaltgerätes gesteuert werden.
    [0003] ElektronischeVorschaltgerätewerden üblicherweisezur Ausleuchtung von Stellen an Drehorten verwendet, wo der Stromreguliererbei hohen Frequenzen, beispielsweise 25 kHz arbeitet und die Ausgangsfrequenzdes Vorschaltgerätesniedrig ist, z. B. 100 Hz beträgt.Dies wird erreicht, in dem der regulierte Strom durch einen Niederfrequenzwandler geführt wird.Solche Lampen arbeiten typischerweise bei Leistungspegeln irgendwozwischen 200 W und 18 KW. Mehr Informationen bezüglich des Unterschiedes zwischenherkömmlichenmagnetischen Vorschaltgerätenund elektronischen Vorschaltgerätenkönnenin Kapitel 5 von "PhilipsMedium Source High Intensity Discharge Lamps: -Information for Luminaireand Ballast Manufacturers", veröffentlicht vonPhilips Lighting BV, Belgium, März2000 erhalten werden.
    [0004] Einigeelektronische Vorschaltgerätebetreiben die Lampe eines Lampensystems mit hoher Frequenz. Diesergibt den Vorteil einer einfachen Leistungsstufe, da ein niederfrequenterAusgangswandler nicht notwendig ist. Ein Betrieb auf diese Weiseist jedoch allgemein auf Lampen mit niedriger Leistung aufgrunddes Problems einer "akustischerResonanz" beschränkt (sieheKapitel 5.2 der obigen Philips-Veröffentlichung). Um akustischeResonanzen zu vermeiden, muß dieTreiberfrequenz überder höchstenResonanzfrequenz der Lampe liegen. Es sind Lampensysteme, die beidiesen höherenFrequenzen arbeiten, welche Gegenstand dieser Erfindung sind.
    [0005] 1, welche Kapitel 4.1 derobigen Philips-Veröffentlichungentnommen ist, zeigt die unterschiedlichen Phasen vom Moment desEinschaltens der Energieversorgung zu einem stabilen Lampenbetriebfür eineHID-Lampe. Ein erfolgreicher Zündvorgangdurchläuftalle Spannungs/Zeit/Phasen, welche in 1 dargestelltsind, wohingegen ein nicht erfolgreicher Zündvorgang sich ergibt, wennder Ablauf in einer dieser Phasen endet. Die Zeitskala in 1 ist logarithmisch, umdie betreffenden Zeiten besser darzustellen.
    [0006] DiePhasen in 1 sind: (a)Zündverzögerung,(b) Durchbruch, (c) Übernahme,(d) Glühen,(e) ÜbergangGlühen-zu-Lichtbogen,(f) Hochfahrphase (des Lichtbogens) und (g) stabiler Betrieb. Diestabile Betriebsphase nach der Zündungentspricht dem Betrieb in "Stationärspannungszustand" und "Stationärstromzustand", und diese Begriffewerden in dieser Beschreibung weiter verwendet.
    [0007] 2, welche Kapitel 5.4 derobigen Philips-Veröffentlichungentnommen ist, zeigt eine Form eines Zündschaltkreises, der zur Zündung einer Hochintensitäts-Entladungslampeverwendet werden kann. Der Zündschaltkreisin 2 beinhaltet einen Zeitschalter,der ein vorübergehendesAbgreifen der Versorgungsleitungsspannung bewirkt, einen TransformatorTr1 zum Verstärkender abgegriffenen Spannung und eine Primärwicklung P1 eines TransformatorsTr2 zum Einbringen der erhöhtenSpannung in den Stationärschaltkreiseiner Lampe 17; die Sekundärwicklungen S1 und S2 des Transformators Tr2sind in Serienverbindung mit der Lampe 17 und sind Phasenadditionswicklungen.(Der Begriff "Phasenaddition", wie er in dieserBeschreibung verwendet wird, bezieht sich auf Wicklungen, welcheso gewickelt sind, daß siean einem Ausgangsschaltkreis eine Spannungsverstärkung erzeugen.) Eine einzelneSekundärwicklungS1 kann wahlweise verwendet werden, wie in 2 gestrichelt dargestellt. Die Schwierigkeitmit der Art von Zündschaltkreisgemäß 2 ist, daß die große Anzahlvon Wicklungen in S1 und S2 zu einem Induktivitätswert führt, der zu groß ist, umdie notwendige Menge an Lampenstrom zu ermöglichen, der fließt, wennbei hoher Frequenz gearbeitet wird. Weiterhin werden hohe Magnetflußwerte induziert,welche ein Überhitzendes Magnetkerns bewirken können.Wie nachfolgend erläutert wird,trachtet der Gegenstand der Erfindung danach, diese Anordnung zuverbessern.
    [0008] Nebenanderen Anwendungsfällenkann der Gegenstand der Erfindung insbesondere bei HID-Lampen angewendetwerden, welche das Ausleuchten eines Ortes in der Filmindustriebewirken, obgleich auch eine Anwendung bei anderen Unterhaltungsformenerfolgen kann, beispielsweise Rockshows, Theateraufführungenetc. Eine zuverlässige Zündung vonLampen zur Ortsausleuchtung ist von besonderer Wichtigkeit bei Filmaufnahmen,welche ohne geeignete und aus reichende Ausleuchtung nicht stattfindenkönnen;jegliche Verzögerung,welche sich aus Beleuchtungsproblemen ergibt, hat erhebliche Auswirkungauf die Kosten. Wenn HID-Lampenheiß sind,sind sie schwierig zu zünden,da die nötigeZündspannungerhöhtist; dies ist die sogenannte "hot-restrike" Bedingung. In derPatentliteratur gibt es Verweise auf eine derartige hot-restrike-Zündfähigkeit.Beispielsweise bezieht sich die WIPO-Patentveröffentlichung WO 97/43875 inZusammenhang mit einer Metallhalogenidlampe auf eine "hot-restrike-Bedingung". Die für eine hot-restrike-Zündung notwendigeSpannung bei der Lampe in dieser Druckschrift liegt jedoch unterhalbderjenigen, welche füreine Metallhalogenidlampe notwendig ist, die zur Ortsausleuchtungin der Filmindustrie verwendet wird, wo Lampen typischerweise miteinem Leistungspegel von 200 W und darüber arbeiten.
    [0009] Eswäre einVorteil, in der Lage zu sein, Hochintensitäts-Entladungslampen, beispielsweise diejenigen,welche zur Ortsausleuchtung verwendet werden und welche mit einemhochfrequenten Vorschaltgerätarbeiten, zu zünden.Es wäreein weiterer Vorteil, in der Lage zu sein, solche Lampen rasch zu zünden, kostenintensiveAbschaltzeiten zu vermeiden, wobei weiterhin Größe, Gewicht und Komplexität derartigerLampen soweit als möglichverringert sind.
    [0010] Ineiner Form ist die Erfindung ein Zündsystem für ein Hochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem,wobei das Zündsystemmit einem Ausgangsschaltkreis verbindbar ist und zwei erste Wicklungenbeinhaltet, welche füreine weitestgehende Magnetflußaufhebunggewickelt sind und wenigstens eine weitere Wicklung aufweist, wobei diewenigstens eine weitere Wicklung vorübergehend während des Hochfahrens des Schaltkreises erregbarist und induktiv mit den ersten Wicklungen verbunden ist, um über dieersten Wicklungen einen Spannungsstoß zu erzeugen.
    [0011] Bevorzugtbeinhaltet das Zündsystemauch ein Hochfrequenz-Ferritmaterial zum teilweisen Einschließen vonMagnetleckfluß.
    [0012] Bevorzugtbeinhaltet der Ausgangsschaltkreis eine Hochintentsitäts-Entladungslampe.Besonders bevorzugt beinhaltet das Zündsystem auch eine Vorrichtungzur Verbindung der Entladungslampe über einen Ausgang der erstenWicklungen als Ausgangsschaltkreis. weiterhin besonders bevorzugtbeinhaltet das Zündsystemauch einen Vorschaltschaltkreis, der über einen Eingang der erstenWicklung verbindbar ist, um eine Wechselstromversorgung an die Entladungslampefür einenStationärzustandsbetriebzu erzeugen.
    [0013] Bevorzugthat das Zündsystemzwei der weiteren Wicklungen.
    [0014] Bevorzugterzeugen die beiden weiteren Wicklungen eine Spannungsverstärkung amAusgangsschaltkreis und währenddes Hochfahrens des Ausgangsschaltkreises wirkt das Zündsystemals Transformator mit den ersten Wicklungen als ein Paar der Sekundärwicklungenund der weiteren Wicklungen als ein Paar von Primärwicklungen,wobei jede Primärwicklungbenachbart einer entsprechenden der Sekundärwicklungen auf dem gleichen Magnetkernangeordnet oder ineinandergewickelt ist. Besonders bevorzugt istdie Wicklungsanzahl jeder Sekundärwicklunggrößer alsdie Wicklungsanzahl jeder Primärwicklung.
    [0015] Ineiner zweiten Form ist die Erfindung ein Zündsystem für ein Hochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem,wobei das Zündsystemmit einer Hochintensitäts-Entladungslampeverbindbar ist und ein Paar von Primärwicklungen beinhaltet, vondenen jede mit einem Paar von Sekundärwicklungen ineinandergewickeltist, wobei die Sekundärwicklungenauf einem gemeinsamen Magnetschaltkreis für eine weitestgehende Magnetflußaufhebunggewickelt sind, wobei die Primärwicklungen für eine Spannungsverstärkung andem Ausgangsschaltkreis gewickelt sind und während des Hochfahrens der Entladungslampevorübergehenderregbar sind, um eine vorübergehendeSpannungsverstärkungin den Sekundärwicklungenzu erzeugen.
    [0016] Ineiner dritten Form ist die Erfindung ein Zündsystem für ein Hochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem,wobei das Zündsystemmit einer Hochintensitäts-Entladungslampeverbindbar ist und aufweist: Einen Kern; ein Paar von Primärwicklungen,welche auf den Kern füreine Spannungsverstärkungam Ausgangsschaltkreis gewickelt sind; und ein Paar von Sekundärwicklungen, welchejeweils mit einer entsprechenden Primärwicklung ineinandergewickeltsind, wobei ein Ende jeder Sekundärwicklung zum Empfang von Leistungverbindbar ist und das andere Ende mit der Entladungslampe verbindbarist, wobei die Sekundärbindungen aufdem Kern so gewickelt sind, daß dasMagnetfeld von einer im wesentlichen dasjenige von der anderen aufhebt,wobei die Anzahl von Wicklungen einer jeden Sekundärwicklunggrößer alsdie Anzahl von Wicklungen einer jeden Primärwicklung ist, wobei die Spannungsverstärkung erhaltenwird durch vorübergehendesErregen der Primärwicklungenwährend einesHochfahrens des Lampensystems und wobei eine Beschränkung aufden maximalen Stromfluß voneiner Impedanz herrührt,welche von den Sekundärwicklungeneingebracht wird.
    [0017] Bevorzugtbeinhalten die zweiten und dritten Formen der Erfindung Vorrichtungenzum Verbinden der Entladungslampe über einen Ausgang der Sekundärwicklungen.
    [0018] Bevorzugtbeinhaltet die dritte Form der Erfindung einen Vorschaltgerätschaltkreis,der überdas eine Ende der Sekundärwicklungenverbindbar ist, um eine Wechselstromversorgung an die Entladungslampefür einenStationärzustandsbetriebzu erzeugen.
    [0019] Besondersbevorzugt beinhaltet das Zündsystem:Einen ersten Resonanzschaltkreis zur Erregung der zwei Primärwicklungen;und einen zweiten Resonanzschaltkreis, der über das eine Ende der Sekundärwicklungenverbindbar ist; wobei währenddes Hochfahrvorganges die ersten und zweiten Resonanzschaltkreisemit den jeweiligen Primär-und Sekundärwicklungenverbunden sind und gleichzeitig erregt werden und wobei während desStationärzustandsbetriebsder Vorschaltgerätschaltkreismit den Sekundärwicklungenverbunden ist und die ersten und zweiten Resonanzschaltkreise nichtim Betrieb sind. Weiterhin besonders bevorzugt sind die Primärwicklungenparallel mit dem ersten Resonanzschaltkreis verbunden, wobei dererste Resonanzschaltkreis ein seriell verbundenes Lichtbogenstreckenbauteilund eine erregende Signalquelle beinhaltet. Besonders bevorzugtist die erregende Signalquelle eine Sekundärwicklung eines Transformators.
    [0020] Bevorzugtbeinhaltet der zweite Resonanzschaltkreis: Eine kapazitive Vorrichtung,welche parallel mit den Sekundärwicklungenverbunden ist und ein induktive Vorrichtung, welche seriell mitden Sekundärwicklungenverbunden ist.
    [0021] Bevorzugtbeinhaltet in der dritten Form der Erfindung der Kern ein Paar vonU-förmigenKernen. Besonders bevorzugt ist eine isolierende Röhre über jedenKern gesetzt, bevor die Primär-und Sekundärwicklungenauf den Kern gewickelt werden.
    [0022] Bevorzugthat in der dritten Form der Erfindung der Kern alternativ die Formeines Rings.
    [0023] Einevierte Form der Erfindung ist ein Hochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem,welches das Zündsystemund die Entladungslampe in einer der ersten bis dritten Formen derErfindung beinhaltet.
    [0024] DasZündsystemder Erfindung kann verwendet werden, um Spitzen einer hohen Spannung ineinen Ausgangsschaltkreis einzubringen, der eine Hochintensitäts-Entladungslampebeinhaltet, jedoch ein Bauteil beinhaltet, welches hohe Induktivitätsverlusteund Wärmeerzeugt, wie weiter oben unter Bezug auf den Schaltkreis von 2 erwähnt. Dies wird bewerkstelligtdurch Verwendung von zwei Wicklungen in dem Zündsystem, welche weitestgehendeMagnetflußaufhebungerzeugen, wenn sie erregt werden. Solche Wicklungen wirken nichtnur dahingehend, den Strom zum Ausgangsschaltkreis in dem Stationärzustandsbetriebzu begrenzen (was auch Wicklungen tun würden, welche mit sich addierenden Feldernausgerichtet sind), sondern hat auch den Vorteil, daß hohe Induktivitätsverlusteund Wärme vermiedenwerden, welche sich aus der Verwendung von phasengerichteten Wicklungenergeben würden. Wenndie beiden Wicklungen in der Ausgestaltung mit weitestgehender Magnetflußaufhebungdie Sekundärwicklungeneines Transformators sind, der auch wenigstens eine Primärwicklunghat, welche mit einem Zündschaltkreisverbunden ist, ergibt sich der Vorteil, daß Hochspannungs-Zündpulsean den Sekundärwicklungendurch ein hohes Wicklungsverhältniserzeugt werden können,ohne daß wesentlichebegleitende Wärme-und Induktivitätsverluste auftreten.Der Vorteil ergibt sich direkt daraus, daß die Sekundärwicklungenin einer Konfiguration gewickelt sind, in der die Magnetflüsse vonden beiden Wicklungen sich weitestgehend gegeneinander aufheben.
    [0025] DieVerwendung von Wicklungen, welche ihre gegenseitigen Magnetflüsse weitestgehendaufheben, wie auch in einer Gleichtaktdrossel zu finden, löst zweiim Widerspruch stehende Anforderungen für die Leistungssteuervorrichtung.Der Induktivitätswert,der fürdie Sekundärwicklungennotwendig ist, ist relativ gering, da der Schaltkreis dafür ausgelegt ist,bei einer hohen Frequenz zu arbeiten und eine niedrige Induktivität neigtdazu, die Verwendung von Sekundärwicklungennahe zu legen, welche nur wenige Wicklungen haben. Die Anforderung,die Zündspannunghochzustufen, fordert normalerweise ein Magnetbauteil mit einererheblich hohen Anzahl von Wicklungen in den Sekundärbindungen.Das Bindungslayout muß hoherSpannung widerstehen und darüberhinaus geringe Größe haben.Der Gegenstand der Erfindung befaßt sich mit diesen normalerweisein Widerspruch stehenden Anforderungen durch Verwendung der Wicklungen,welche den Magnetfluß weitestgehendaufheben. Die Drossel kann aus zwei Wicklungen mit einer erheblichgroßenAnzahl von Windungen gemacht werden. Die beiden Wicklungen hebensich einander hinsichtlich der Induktivität weitestgehend auf, habenjedoch eine kleine verbleibende Leckinduktivität in dem korrekten Anwendungsbereich.Die großeAnzahl von Windungen unterstütztden Erhalt einer hohen Ausgangsspannung während der Zündung.
    [0026] BevorzugteMerkmale der vorliegenden Erfindung werden nun exemplarisch unterBezugnahme auf die beigefügteZeichnung beschrieben, in der:
    [0027] 1 eine graphische Darstellungist, welche die Änderungeiner Lampenspannung überdie Zeit währendder Zündphaseneines HID-Lampensystems zeigt;
    [0028] 2 eine schematische Darstellungeines Typs eines Zündschaltkreiseszur Zündungeines HID Lampensystems nach dem Stand der Technik zeigt;
    [0029] 3 eine bevorzugte Ausführungsformdes Lampensystems zeigt;
    [0030] 4 eine schematische Darstellungdes Vorschaltgerät-Leistungsschaltkreisesder bevorzugten Ausführungsformdes Lampensystems zeigt;
    [0031] 5 eine schematische Darstellungdes Vorschaltgerät-Steuerschaltkreisesder bevorzugten Ausführungsformzeigt;
    [0032] 6 die Drahtverbindungenzwischen dem Vorschaltgerät-Leistungsschaltkreisvon 4 und dem Vorschaltgerät-Steuerschaltkreisvon 5 zeigt;
    [0033] 7 eine schematische Darstellungdes Zündschaltkreisesder bevorzugten Ausführungsform zeigt;
    [0034] 8(a) und 8(b) jeweils Spannungswellenformen über denmit A-A und B-B in 3 dargestelltenPositionen währendPerioden zeigen, wenn das Lampensystem in einem Stationärbetriebszustand ist;
    [0035] 9(a) eine Spannungswellenform über diePosition B-B währendder Zündstufezeigt, wobei die Wellenform eine unregelmäßige Sinuswelle ist;
    [0036] 9(b) eine vergrößerte Ansichteiner der Spannungsspitzen zeigt, welche in der ungleichmäßigen Sinuswellen-Wellenformvon 9(a) enthalten ist;und
    [0037] 10 einen Weg zeigt, wiePrimärwicklungenund Sekundärwicklungenauf dem Kern eines Transformators zur Verwendung in der Erfindungineinandergewickelt werden können.
    [0038] DieAufgabe des Zündvorgangesist es, einen Hochspannungspuls (typischerweise 3 kV bis 25 kV)zwischen zwei Ausgangsanschlüssenzu induzieren. Dieser Puls wird überHilfs- (oder Primär-)Wicklungengeschickt, welche auf dem gleichen Kern als Hauptleistungswicklungenangeordnet sind. Um eine gute Ausgangsspannungs-Spitze zu erhalten,muß dieinduzierte Spannung in jeder Leistungswicklung von entgegengesetzterPolaritätsein, zum Beispiel +X und –X,welche sich am Ausgang aufsummieren, um eine Spannungsdifferenzvon 2X zu erhalten. Dies wird erreicht durch Anbringen zweier Hilfswicklungenam Transformator und wiederum durch Verwenden der nicht perfektenAnkopplung zwischen Wicklungen auf dem Kern. Jede Hilfswicklungist so angeordnet, daß sieeine gute magnetische Ankopplung mit einer der Hauptleistungswicklungenhat. Somit wird eine hohe Spannung (V) in der Wicklung induziert,zu der sie nahe ist, aber aufgrund der nichtperfekten Ankopplungwird eine viel kleinere Spannung (v) in der entgegengesetzten Wicklungerzeugt. Der gleiche Effekt tritt bei der anderen Hilfswicklung auf,jedoch mit entgegengesetzter Polarität. Die sich ergebende Ausgangsspannungam Zünderbeträgt dann2V – 2v.Die magnetische Anordnung wird optimiert, um einen maximalen Wertfür "V" und einen minimalen Wert für "v" zu erhalten. Durch diese Vorgehensweisekönnenhohe Ausgangsspannungen erhalten werden.
    [0039] Zunächst wirdein Gesamtüberblick über den Schaltkreisder bevorzugten Ausführungsformder Erfindung gemäß den 3 bis 7 beschrieben. 3 ist eine Gesamtansicht des Schaltkreises. 4 und 5 zeigen den Schaltkreis des Hochfrequenz-Treiberschaltkreises 18 in
    [0040] 3, wobei dieser Treiberschaltkreisdie Stationär-Spannungswellenformvon 8(a) erzeugt. 6 zeigt, wie die Eingangs-und Ausgangsleitungen der 4 und 5 miteinander verbunden werden.Das Paar von Leitungen, welches sich zu dem Block 20 in 4 erstreckt, sind die Ausgänge vomTreiberschaltkreis 18; diese Leitungen werden als Eingangzu dem Schaltkreis gezeigt, der im unteren Teil von 7 dargestellt ist.
    [0041] Bezugnehmendauf 3 wird eine Standardhauptversorgungsleistungvon 50/60 Hz in den Hochfrequenz-Treiberschaltkreis 18 eingegeben,um eine Ausgangsspannungswellenform mit 300 V Spitze-zu-Spitze miteiner typischen Frequenz zwischen 300 und 400 kHz zu erzeugen. DieseAusgangsspannungswellenform ist in 8(a) gezeigt.
    [0042] Während einesStationärzustand-Betriebs derLampenanordnung von 3 istein Relaisschalter 21 in einer ersten Position (der Positionvon 3). Strom fließt durchein Paar von Wicklungen 22A und 22B, welche aufeinen Kern 23 gewickelt sind, so daß sich ihre Magnetfelder inentgegengesetzte Richtungen erstrecken und eine weitestgehende Magnetflußaufhebungerzeugen, wie in einer Gleichtakt-Drosselausgestaltung. Dies führt zu einemniedrigen Induktivitätswert.
    [0043] Ineiner idealen Gleichtaktdrossel würde eine perfekte magnetischeVerbindung zwischen den beiden Wicklungen vorhanden sein, was eineMagnetflußaufhebungbewirken würde,wenn ein Differentialstrom fließenwürde,was zu Null Induktivitätführen würde. Inder Praxis ist jedoch die Magnetflußverbindung in einer Gleichtaktdrosselnicht perfekt und es tritt ein Austritt auf; dies bedeutet, daß beim Vorhandenseinvon Differentialströmen,eine gewissen Restinduktivitätvorhanden ist. Diese Erfindung verwendet die Restinduktivität der Wicklungen 22A und 22B,um den Strom an eine Lampe 24 zu steuern.
    [0044] DerTeil des Schaltkreises von 3,der zur Zündungder Lampe 24 verwendet wird, wird nachfolgend beschrieben.
    [0045] DerZündschaltkreisin dieser bevorzugten Ausführungsformbeinhaltet das Paar von Wicklungen 22A und 22B alsSekundärwicklungeneines Transformators 26. Ein Paar von Primärwicklungen 28A und 28B sindauf den Kern 23 in Phasenadditionsrichtung gewickelt. Jededer Primärwicklungen 28A und 28B isteng mit einer jeweiligen der Sekundärwicklungen 22A und 22B ineinandergewickelt: DieVerwendung des Wortes "ineinandergewickelt" in dieser Beschreibungbezüglichder Beziehung zwischen Primärwicklungenund Sekundärwicklungen bezeichnetPrimärwicklungen,welche sich auf der Oberseite von den Sekundärwicklungen erstrecken oderzwischen diese geschachtelt sind. Die Erfindung macht Anwendungvon einer einzelnen Primärwicklung,welche auf den Kern 23 gewickelt ist, jedoch mit keineraus dem Paar von Sekundärwicklungenineinandergewickelt ist; ein maximaler Vorteil ergibt sich jedochdurch Verwendung von zwei Primärwicklungen,welche jeweils dicht mit einer jeweiligen Sekundärwicklung ineinandergewickeltsind.
    [0046] DerZündschaltkreisbeinhaltet auch einen Pulsgenerator 30, der mit dem Paarvon Primärwicklungen 28A und 28B verbundenist und beinhaltet weiterhin den L-C-Schaltkreis von 3, der zwischen den Treiberschaltkreis 18 undden Transformator 26 gesetzt ist. Der Pulsgenerator 30 wirdnachfolgend unter Bezug auf 7 genauerbeschrieben. Der Relaisschalter 21 wird auch nachfolgendbeschrieben. An diesem Punkt sei festgehalten, daß sich derRelaisschalter 21 in seine zweite Position bewegt und denL-C-Schaltkreis aktiviert gleichzeitig dann, wenn der Pulsgenerator 30 damitbeginnt, Pulse durch die Primärwicklungen 28A und 28B zuschicken.
    [0047] Eineschematische Darstellung des Vorschaltgerät-Leistungsschaltkreises imHochfrequenz-Treiberschaltkreis 18 ist in 4 gezeigt. Ein Leistungseingang läuft über eineGleichtaktdrossel 40, um elektromagnetische Interferenzenzu verringern und wird dann übereinen Halbrücken-Gleichrichter 42 geführt. Kondensatoren 44, 46, 48, 50 und 52 glätten dieAusgangsspannung, so daß eine150 V Impuls-zu-Spannungswellenform von 8(a) erzeugt wird. Kondensatoren 54 und 56 bildeneinen AC-Pfad, überden der Lampenstrom zurückzu der DC-Verbindung fließt.Der Lampenstrom wird durch einen Stromwandler 58 abgegriffenund bildet einen wechselnden Eingang an den Vorschaltgerät-Steuerschaltkreisvon 5, wie später beschriebenwird. Der Vorschaltgerät-Steuerschaltkreisverwendet diesen wechselnden Eingang nach Gleichrichtung durch Dioden 60, 62, 64 und 66 alsSteuersignal zur Erzeugung der jeweiligen Ausgänge Gate 1 und Gate 2, welcheden EIN/AUS-Zustandvon Transistoren 68 und 70 in 7 steuern. Die Gate-GND-Leitung in 4 stellt eine schwebendeMassespannung dar, welche mit der Gate-GND-Leitung in 5 verbunden ist.
    [0048] DerVorschaltgerät-Steuerschaltkreisvon 5 verwendet einenVorschaltgerät-Steuer-IC-Chip 72.Dieser IC-Chip erzeugteinen Pulszug von Rechteckwellen, der an die beiden Transistoren derHalbbrückenanordnung über dieGatetreiber angelegt wird, welche aus ersten gepaarten Transistoren 74 und 76 undzweiten gepaarten Transistoren 78 und 79 bestehen.Die Rechteckwellen sind in entgegengesetzter Phase, so daß nur zueiner Zeit ein Transistor leitfähigist. Das Ergebnis ist, am Punkt A-A in 3, d.h. am Eingang der Sekundärwicklungen 22A und 22B die Hochspannungs-Rechteckwellevon 8(a) zu erzeugen.Eine Stromsteuerung wird erreicht durch Ändern der Frequenz der Rechteckwelle.Wenn die Frequenz ansteigt, steigt auch die Impedanz an den Stromfluß, ausgeübt durchdie Wicklungen 22A und 22B an und umgekehrt. Der IC-Chip 72 mißt den Lampenstromund macht die notwendigen Frequenzeinstellungen, um den Stromfluß auf einemfesten Pegel zu halten.
    [0049] 6 zeigt die Verdrahtungenzwischen dem Vorschaltgerät-Leistungsschaltkreisvon 4 und dem Vorschaltgerät-Steuerschaltkreisvon 5.
    [0050] In 7 ist der Zündschaltkreisder Erfindung dargestellt. Dieser Schaltkreis erzeugt einen Spannungsausgang,der währendder Zündphase derLampenanordnung dem Spannungsausgang gemäß obiger Beschreibung von denLeistungs- und Steuerschaltkreisen überlagert wird. Während der Zündung istdie sich ergebende Spannungswellenform in 9(a) dargestellt.
    [0051] DieNetzversorgung wird gleichgerichtet, um die GleichstromspannungenVcc und Vdc zu erzeugen, welcheden Zündschaltkreisvon 7 versorgen. DerBetrieb des Zündschaltkreisesbeginnt, wenn der Zünden-Eingang 80 inhohen Zustand versetzt wird, was einen Transistor 82 einschaltetund einen zweiten IC-Chip 84 aktiviert. Der IC-Chip 84 beginntmit der Ausgabe eines Impulszuges, der einem Transistor 86 eingegebenwird. Ein Ausgang vom Emitter des Transistors 86 wird demGate eines Treibertransistors 88 zugeführt, der in Kombination miteinem Kondensator 90 eine Wechselspannung an einen Hochstuftransformator 92 anlegt.Dioden 94 und 96 und ein Kondensator 98 bildeneine Ladungspumpe, welche vom Ausgang des Transformators 92 betriebenwird. Die Ladungspumpe wirkt dahingehend, die Spannung an einerLichtbogenstrecke 100 und parallel verbundenen Kondensatoren 102 und 104 hochzupumpen,bis diese Spannung die Durchbruchspannung der Lichtbogenstrecke 100 erreicht.Die Lichtbogenstrecke 100 wird so gewählt, daß sie eine Durchbruchspannunghat, welche typischerweise 7,5 kV für eine Hot-Restrike-Zündung beträgt. Wenndie Spannung überdie Lichtbogenstrecke 100 auf einen niedrigen Wert fällt, bildetsich ein Resonanzschaltkreis bestehend aus den Kondensatoren 102 und 104 undden parallel verbundenen Primärwicklungen 28A und 28B desTransformators 26. Der Resonanzschaltkreis schwingt beieiner Frequenz von annähernd15 MHz mit einem raschen Amplitudenabfall (siehe 9(b), wenn die Energie von den Kondensatoren 102 und 104 aufdie Primärwicklungen 28A und 28B übertragenwird. Sobald die Stromspannungen unterhalb eine bestimmte Größe fallen, öffnet die Lichtbogenstrecke 100,was den Kondensatoren 102 und 104 erlaubt, sichwieder aufzuladen, um den Ablauf zu wiederholen. Die Wiederholfrequenzliegt annäherndbei 0,5 kHz. Das Wicklungsverhältniszwischen jeder Sekundärwicklung 22A, 22B undder jeweiligen Primärwicklung 28A, 28B beträgt 11 bis 3.
    [0052] Gleichzeitigmit dem Versetzen des Zünden-Eingangs 80 inhohen Zustand bewegt sich der Relaisschalter 21 in diezweite Position, was einen Induktor 106 und einen Kondensator 108 demSchaltkreis hinzufügt.Eine durch diese Hinzufügungdieser beiden Elemente erzeugte Resonanz bewirkt, daß die anden Sekundärwicklungen 22A und 22B des Transformators 26 anliegendeSpannung ansteigt. Diese erhöhteSpannung ist notwendig zur Fortdauer der Zündung während der "Glimmentladungs"-Periode. Die maximale Leerlaufspannungwird von zwei Stoßabsorbern 110,und 112 geklemmt, welche diese Spannung auf annähernd 400Volt begrenzen. Ohne eine solche Resonanz wäre die natürliche Leerlaufspannung desVorschaltgerätes,welche annähernd 200Volt beträgt,unzureichend, um die Zündungder Lampe zu garantieren. Dies wird in der oben erwähnten Philips-Druckschrift erläutert undkann aus 1 gesehen werden,wo die untere gestrichelte Linie 200 Volt angibt und die obere gestrichelteLinie 400 Volt angibt.
    [0053] 9(a) zeigt die Spannungswellenform über denSekundärwicklungen 22A, 22B,wo der Induktor 106 und der Kondensator 108 amAusgang vom Treiberschaltkreis 18 wirken und auch wo die Zündspitzenvon den Primärwicklungen 28A und 28B aufdie Sekundärwicklungen 22A, 22B wirken.Die Spannungswellenform von 9(a) isteine unregelmäßige Sinuswelle.Aufgrund der Einwirkung des oben erläuterten Resonanzschaltkreises,der die Lichtbogenstrecke 100 beinhaltet, fällt dieAmplitude von Zündspitzen,welche an den Primärwicklungen 28A, 28B erzeugtwerden, von einem anfänglichen Maximumvon annähernd25 kV ab, wie in 9(b) gezeigt.Ein neues Maximum, d.h. ein Durchbruch der Lichtbogenstrecke 100 erfolgtannäherndalle zwei Millisekunden. Da die unregelmäßige Sinuswelle eine Frequenzim Bereich von 300 bis 400 kHz und die Zündspitzen eine Wiederholfrequenzvon nur annähernd0,5 kHz haben, bildet die Resonanzwellenform mit einer abschwächendenAmplitude gemäß 9(b) einen Teil von nureiner aus annähernd600 bis 800 ungleichmäßiger Sinuswellenvon 9(a). Die Spannungsspitzengemäß 9(b) haben sich als sehrwirksam zur Erzeugung einer Hot-Restrike-Zündungvon HID-Lampen herausgestellt.
    [0054] DieZündungbeginnt übereinen Schaltkreis (nicht gezeigt) zum gleichzeitigen Schließen des Zündschalters 80 unddes Relaisschalters 21 für ungefähr 0,5 Sekunden; ein Timerkann enthalten sein, um das Schließen des Schaltkreises auf dieseZeitdauer zu begrenzen. Wenn der Zündschaltkreis mit dem Leistungsschaltkreiswährenddes Stationärzustand-Betriebsnach der Zündungverbunden bleiben würde,würde ereine unerwünschteLast an dem Vorschaltgerätbilden.
    [0055] Wasden im Transformator verwendeten Kern betrifft, so hat sich gezeigt,daß diephysikalische Anordnung, welche in dieser Anwendung am besten arbeitet,die Verwendung eines Paares von "U"-Kernen ist, obgleiches wahrscheinlich verschiedene andere Möglichkeiten gibt, wobei diewahrscheinlichste Alternative ein Ringkern ist. Der Vorteil von "U"-Kernen ist, daß eine isolierende Hülse leichter über denKern geschoben werden kann, um den hohen Spannungen zu widerstehen,welche in den Wicklungen induziert werden. 10 zeigt, wie in der Praxis die Wicklungenangeordnet sind. (Aus Gründender Klarheit wurde die Anzahl von Windungen in 10 verringert). Wie oben erwähnt, bestehtjede der Sekundärwicklungentypischerweise aus 11 Windungen und jede Primärwicklungtypischerweise aus drei Windungen. Weiterhin ist aus Gründen derKlarheit zwischen den beiden Magnetkernen ein Spalt gezeigt. Inder Praxis gibt es keinen Spalt, obwohl angedacht werden kann, daß einigeAuslegungen einen Spalt verwenden könnten. Zusätzlich ist zwischen den Wicklungenund dem Kern eine verstärkteIsolation verwendet. Dies wird erreicht durch Setzen einer Nylonröhre über dieSchenkel des Kerns.
    [0056] Aufgrunddes Leckfeldes, welches von dem Transformator austritt, ist es vorteilhaft,den Transformator von umgebenden Metallteilen abzuschirmen, um eineErhitzung durch Wirbelströmezu vermeiden. Platten aus Hochfrequenz-Ferritmaterial können an dieSeiten des Zündschaltkreisesgeklebt werden, um einen Schirm mit niedrigen Verlusten zu schaffen. DasFerrit wirkt als Niederimpedanzpfad für Streufluß von den Primärwicklungenund dient zur Aufnahme derartiger Streuflüsse.
    [0057] Obgleichdie vorliegende Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformbeschrieben wurde, versteht sich, daß die verwendeten Begriffe beschreibendeBegriffe sind und nicht einschränkend sindund daß Änderungenan der Erfindung vorgenommen werden können, ohne von ihrem Umfang abzuweichen,wie er in den beigefügtenAnsprüchen definiertist.
    [0058] Jedesin dieser Beschreibung offenbarte Merkmal (wobei dies. die Ansprüche einschließt) und/oderwelches in der Zeichnung gezeigt ist, kann in die Erfindung unabhängig vonanderen offenbarten und/oder dargestellten Merkmalen eingebrachtwerden.
    [0059] DerText der hiermit eingereichten Zusammenfassung wird hier als Teilder Beschreibung wiederholt.
    [0060] EinZündsystemfür einHochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystemdes Typs zur Verwendung der Ortsausleuchtung während Filmaufnahmen oder anderenUnterhaltungsschauplätzen beinhalteteinen Transformator mit einem Paar von Sekundärwicklungen, von denen jedeeng mit einer Primärwicklungineinandergewickelt ist. Die Sekundärwicklungen, welche zwischendie Stationärzustands-Energiequelle unddie Entladungslampe geschaltet sind, sind so gewickelt, daß sie einanderentgegengesetzte Magnetfelder mit weitestgehender Magnetflußaufhebungerzeugen. Die Primärwicklungensind so gewickelt, daß sieeine Spannungsverstärkungerzeugen und sind mit einem Zündschaltkreisverbunden, der dafürausgelegt ist, Hochspannungs-Zündspitzenzu erzeugen, um die Entladungslampe einzuschalten. Das System beinhaltetauch einen Resonanzschaltkreis zwischen der Stationärzustand-Energiequelleund dem Transformator. Die Zünd-und Resonanzschaltkreise werden vorübergehend erregt, um eine Spannungzur Zündungder Lampe zu erzeugen. Der Vorteil von Sekundärwicklungen mit entgegengesetztenMagnetfeldern ist, daß einausreichendes Bindungsverhältnisvorhanden ist, um es dem Transformator zu ermöglichen, während der Zündung wirksam zu arbeiten,wohingegen gleichzeitig die einander entgegengesetzten Magnetfelderzu einer niedrigen Impedanz führenmit einer Verringerung von sowohl Wärme als auch induktiven Verlustenwährenddes Stationärzustand-Betriebsdes Lampensystems.
    权利要求:
    Claims (22)
    [1] Ein Zündsystemfür einHochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem,wobei das Zündsystemmit einem Ausgangsschaltkreis verbindbar ist und zwei erste Wicklungen,welche füreine weitestgehende Magnetflußaufhebunggewickelt sind und wenigstens einer weiteren Wicklung aufweist,wobei die wenigstens eine weitere Wicklung vorübergehend während des Hochfahrens des Schaltkreises erregbarist und induktiv mit den ersten Wicklungen verbunden ist, um über dieersten Wicklungen einen Spannungsstoß bereitzustellen.
    [2] Das Zündsystemnach Anspruch 1, wobei der Ausgangsschaltkreis eine Hochintensitäts-Entladungslampeaufweist.
    [3] Das Zündsystemnach Anspruch 2, wobei das Zündsystemzwei der weiteren Wicklungen aufweist.
    [4] Das Zündsystemnach Anspruch 3, wobei die zwei weiteren Wicklungen eine Spannungsverstärkung amAusgangsschaltkreis erzeugen und wobei während des Hochfahrens des Ausgangsschaltkreisesdas Zündsystemals Transformator wirkt mit den ersten Wicklungen als ein Paar vonSekundärwicklungenund den weiteren Wicklungen als ein Paar von Primärwicklungen,wobei jede Primärwicklung miteiner der Sekundärwicklungenauf dem gleichen Magnetkern ineinandergewickelt ist oder hierzubenachbart ist.
    [5] Das Zündsystemnach Anspruch 4, wobei eine Anzahl von Windungen einer jeden Sekundärwindunggrößer alseine Anzahl von Windungen einer jeden Primärwicklung ist.
    [6] Ein Zündsystemfür einHochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem,wobei das Zündsystemmit einer Hochintensitäts-Entladungslampe verbindbarist und ein Paar von Primärwicklungen aufweist,von denen jede mit einem Paar von Sekundärwicklungen ineinander gewickeltist, wobei die Sekundärwicklungenauf einen gemeinsamen magnetischen Schaltkreis für eine annähernde Magnetflußaufhebungaufgewickelt sind, wobei die Primärwicklungen für eine Spannungsverstärkung amAusgangsschaltkreis gewickelt sind und vorübergehend während des Hochfahrens der Entladungslampeerregbar sind, um eine vorübergehendeSpannungsverstärkungin den Sekundärwicklungenzu erzeugen.
    [7] Ein Zündsystemfür einHochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem,wobei das Zündsystemmit einer Hochintensitäts-Entladungslampe verbindbarist und aufweist: einen Kern; ein Paar von Primärwicklungen,welche auf dem Kern füreine Spannungsverstärkungan einem Ausgangsschaltkreis gewickelt sind; und ein Paar vonSekundärwicklungen,welche jeweils mit einer jeweiligen Primärwicklung ineinandergewickeltsind, wobei ein Ende jeder Sekundärwicklung zum Empfang von Leistungangeschlossen ist und das andere Ende mit der Entladungslampe verbindbarist, wobei die Sekundärwicklungenauf den Kern so gewickelt sind, daß das Magnetfeld von der einen imwesentlichen dasjenige von der anderen aufhebt, wobei die Anzahlvon Windungen einer jeden Sekundärwicklunggrößer alsdie Anzahl von Windungen einer jeden Primärwicklung ist, wobei die Spannungsverstärkung erhaltenwird durch vorübergehendes Erregender Primärwicklungenwährenddes Hochfahrens des Lampensystems und wobei eine Einschränkung desmaximalen Stromflusses sich aus einer Impedanz ergibt, welche vonden Sekundärwicklungenaufgebracht wird.
    [8] Das Zündsystemnach Anspruch 1 bis 7, weiterhin mit einem Hochfrequenz-Ferritmaterialzur teilweisen Einschließungvon Magnetleckfluß.
    [9] Das Zündsystemnach Anspruch 2, mit Vorrichtungen zur Verbindung der Entladungslampe über einenAusgang der ersten Wicklungen als Ausgangsschaltkreis.
    [10] Das Zündsystemnach Anspruch 7, mit Vorrichtungen zur Verbindung der Entladungslampe über einenAusgang der Sekundärwicklungen.
    [11] Das Zündsystemnach Anspruch 3, weiterhin mit einem Vorschaltgerätschaltkreis,der übereinen Eingang der ersten Wicklungen verbindbar ist, um eine Wechselstromversorgungan die Entladungslampe füreinen Stationärzustandsbetriebzu erzeugen.
    [12] Das Zündsystemnach Anspruch 7, weiterhin mit einem Vorschaltgerätschaltkreis,der überdas eine Ende der Sekundärwicklungenzur Erzeugung einer Wechselstromversorgung an die Entladungslampefür einenStationärzustandsbetriebverbindbar ist.
    [13] Das Zündsystemnach Anspruch 12, weiterhin mit: einem ersten Resonanzschaltkreiszur Erregung der beiden Primärwicklungen;und einem zweiten Resonanzschaltkreis, der über das eine Ende der Sekundärwicklungenverbindbar ist, wobei während desHochfahrvorgangs die ersten und zweiten Resonanzschaltkreise mitden jeweiligen Primär-und Sekundärwicklungenverbunden sind und gleichzeitig erregt werden und wobei während desStationärzustand-Betriebs derVorschaltgerätschaltkreismit den Sekundärwicklungenverbunden ist und die ersten und zweiten Resonanzschaltkreise nichtin Betrieb sind.
    [14] Das Zündsystemnach Anspruch 13, wobei die Primärwicklungenparallel zu dem ersten Resonanzschaltkreis verbunden sind, wobeider erste Resonanzschaltkreis ein seriell verbundenes Lichtbogenstreckenbauteilund eine erregende Signalquelle aufweist.
    [15] Das Zündsystemnach Anspruch 14, wobei die erregende Signalquelle eine Sekundärwicklung einesTransformators ist.
    [16] Das Zündsystemnach Anspruch 13, wobei der zweite Resonanzschaltkreis aufweist:eine kapazitive Vorrichtung in Parallelverbindung mit den Sekundärwicklungenund eine induktive Vorrichtung in Serienverbindung mit den Sekundärwicklungen.
    [17] Das Zündsystemnach Anspruch 7, wobei der Kern ein Paar von U-förmigen Kernen aufweist.
    [18] Das Zündsystemnach Anspruch 17, wobei eine isolierende Röhre über jeden Kern gesetzt wird, bevordie Primär-und Sekundärwicklungenauf den Kern aufgewickelt werden.
    [19] Das Zündsystemnach Anspruch 7, wobei der Kern in Form eines Ringes ist.
    [20] Ein Hochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem mitdem Zündsystemund der Entladungslampe nach Anspruch 2.
    [21] Ein Hochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem mitdem Zündsystemund der Entladungslampe nach Anspruch 6.
    [22] Ein Hochfrequenz/Hochintensitäts-Entladungslampensystem mitdem Zündsystemund der Entladungslampe nach Anspruch 7.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-02-17| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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