DE4109325A1 - Lichtstromkreis fuer eine fahrzeug-entladungslampe - Google Patents
Lichtstromkreis fuer eine fahrzeug-entladungslampeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein einen neuartigen Lichtstromkreis
für eine Fahrzeug-Entladungslampe. Mehr im einzelnen
betrifft die Erfindung einen neuartigen Lichtstromkreis für
eine Fahrzeug-Entladungslampe, welcher dafür vorgesehen ist,
die Spannung von einer Gleichstromquelle anzuheben und dann
die Spannung in eine Wechselspannung umzuwandeln, die an eine
Entladungslampe anzulegen ist, wobei der Lichtstromkreis den
Leistungsverlust vermindert, der von Wärmeerzeugung oder dergleichen
aufgrund einer Verminderung der an den Lichtstromkreis
zu liefernden Gleichspannung herrührt, wodurch vermieden
wird, daß die Schaltkreiselemente verschlechtert oder beschädigt
werden.
Metallhalogenidlampen finden in letzter Zeit größere Beachtung
als Lichtquelle für Fahrzeugscheinwerfer. Als eine der
wichtigen Funktionen wird an einen Lichtstromkreis für die
Lampe die Anforderung gestellt, immer die stabile Zufuhr konstanter
Leistung zu der Lampe bei einer Schwankung der Batteriespannung
sicherzustellen.
Ein herkömmlicher Lichtstromkreis ist daher so ausgelegt, daß
er mit einer gewissen Schwankung der Batteriespannung innerhalb
des zulässigen Bereichs für den Stromkreis fertig wird.
Selbst wenn die Batteriespannung abnormal abfällt, versucht
jedoch der herkömmliche Lichtstromkreis, der Lampe die konstante
Leistung zuzuführen. Dies erhöht störenderweise den
Verbrauch des Batteriestromes und vergrößert also den Leistungsverlust,
der durch Wärmeerzeugung oder dergleichen verursacht
wird.
Wenn eine solche Verminderung der Batteriespannung in einer
Hochtemperatur-Umgebung andauern würde, könnte dies insbesondere
die Schaltkreiselemente erwärmen und daher diese Elemente
verschlechtern oder schlimmstenfalls sogar zerstören.
Dementsprechend ist ein Ziel der Erfindung die Schaffung
eines verbesserten Lichtstromkreises für eine Fahrzeug-Entladungslampe,
welcher die genannten Nachteile überwindet.
Zur Erreichung des Zieles umfaßt gemäß einem Aspekt der
Erfindung in einem Lichtstromkreis für eine Fahrzeug-Entladungslampe
mit einer Gleichspannungs-Boosterschaltung zum Anheben
einer Eingangsspannung von einer Gleichspannungs-Eingangsklemme
und einer Steuerschaltung zum Variieren der Ausgangsspannung
der Gleichspannungs-Boosterschaltung zur Ausführung
einer Leuchtsteuerung einschließlich einer Konstantleistungssteuerung
der Entladungslampe die Verbesserung einen
Spannungsabfalldetektor zur Ermittlung einer an die Gleichspannungs-
Eingangsklemme angelegten Eingangsgleichspannung,
wodurch die Steuerschaltung in Reaktion auf ein Signal, das
von dem Spannungsabfalldetektor gemäß einem Abfall der
Eingangsgleichspannung erhalten wird, eine Spannungsanhebesteuerung
durchführt, um die der Entladungslampe zugeführte
Leistung kleiner als die Nennleistung zu machen.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Zunahme des Stromverbrauchs
und eine daraus folgende Zunahme erzeugter Wärme
zu unterdrücken, wenn die Eingangsgleichspannung abfällt.
Ferner kann eine Schutzschaltung vorgesehen werden, welche
die Lieferung der Eingangsgleichspannung an die Gleichspannungs-
Boosterschaltung unterbricht, wenn der belieferte
Spannungsabfalldetektor ermittelt, daß die Eingangsgleichspannung
auf einen Pegel gefallen ist, bei welchem ein
Leuchten der Entladungslampe nicht länger möglich ist, wobei
die Schutzschaltung zuläßt, daß die Eingangsgleichspannung
der Gleichspannungs-Boosterschaltung wieder zugeführt wird,
wenn die Eingangsgleichspannung wieder auf einen vorbestimmten
Wert oder darüberliegenden Wert zurückgebracht worden
ist.
Mit dieser Konstruktion ist es möglich, zu verhindern, daß
die Schaltungselemente aufgrund abnormaler Verminderung der
Eingangsgleichspannung verschlechtert oder zerstört werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der
Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild des allgemeinen Schaltungsaufbaus,
Fig. 2 ein Schaltbild der Schaltungskonfiguration wesentlicher
Abschnitte,
Fig. 3 ein Schaltbild einer Niederspannungs-Rückstellschaltung,
Fig. 4 Diagramme, welche zur Erläuterung einer Steueroperation
schematisch Veränderungen von Strömen und
Spannungen einzelner Schaltkreiskomponenten und von
Veränderungen des Lichtflusses von einer Lampe als
Funktion der Zeit darstellen,
Fig. 5 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung
und dem Ausgangsstrom einer Gleichspannungs-
Boosterschaltung und
Fig. 6 ein Diagramm der Beziehung zwischen der Batteriespannung
und der Lampenleistung.
Die dargestellte bevorzugte Ausführungsform ist ein Lichtstromkreis
für eine Metallhalogenidlampe für Kraftfahrzeuge,
auf welche die Erfindung angewendet wird.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist ein Lichtstromkreis 1 eine
Batterie 2 auf, welche eine Gleichspannung von 12 V liefert.
Die Batterie 2 ist mit Eingangsklemmen 3 und 3′ des Lichtstromkreises
verbunden.
Die Bezugszeichen 4 und 4′ bezeichnen Gleichstromzufuhrleitungen.
Ein Lichtschalter 5 ist mit der positiven Leitung 4
verbunden.
Bei Empfang eines Signals von einem Abnormitätsdetektor (der
unten beschrieben wird) öffnet eine Stromunterbrechungs-Relaisschaltung
6, wenn in dem Lichtstromkreis 1 eine Abnormität
auftritt, einen Relaiskontakt 6a, der in der positiven
Leitung 4 vorgesehen ist, um die Zufuhr der Stromversorgungsspannung
zu den in der nachfolgenden Stufe gelegenen Schaltungen
zu unterbrechen.
Eine Stromzufuhrklemme 7 ist vorgesehen, um bei der auf den
Relaiskontakt 6a folgenden Stufe über eine Diode 8 eine
Stromversorgungsspannung zu extrahieren. Diese Stromversorgungsspannung
B (Volt) wird an eine Steuerschaltung usw. geliefert,
welche unten beschrieben werden.
In der auf die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 folgenden
Stufe ist eine Gleichspannungs-Boosterschaltung 9 vorgesehen.
Diese Boosterschaltung 9 hebt eine Batteriespannung an
unter der Steuerung der Steuerschaltung (die unten beschrieben
wird).
In der auf die Gleichspannungs-Boosterschaltung 9 folgenden
Stufe ist eine Hochfrequenz-Boosterschaltung 10 vorgesehen.
Diese Boosterschaltung 10 wandelt die Gleichspannung von der
Boosterschaltung 9 in eine sinusförmige Wechselspannung um.
Als Hochfrequenz-Boosterschaltung 10 kann eine Gegentakt-
Wechselrichterschaltung dienen.
Eine Zündschaltung 11 erzeugt einen Lampentriggerimpuls bei
Empfang eines Signals von einer Zündstartschaltung (welche
unten beschrieben wird) bei Beginn des Zündens einer Lampe
und legt den Impuls an die Primärwicklung 12a eines Triggertransformators
12 an.
Wechselspannungs-Ausgangsleitungen 13 und 13′ verbinden die
Ausgangsklemmen der Boosterschaltung 10 mit Wechselspannungs-
Ausgangsklemmen 14 und 14′. Die Leitung 13 ist mit einer Sekundärwicklung
12b des Triggertransformators 12 verbunden,
während die andere Leitung 13′ mit einem Kondensator 15 verbunden
ist. Der Kondensator 15 bildet zusammen mit der Sekundärwicklung
12b eine Strombegrenzungslast und dient auch
dazu, einen Lampenstrom zu ermitteln.
Eine Metallhalogenidlampe 16 mit einer Nennlast von 35 W ist
an die Wechselspannungs-Ausgangsklemmen 14 und 14′ angeschlossen.
Eine Zündstartschaltung 17 stellt auf der Grundlage des durch
den Kondensator 15 ermittelten Lampenstromes fest, ob die Metallhalogenidlampe
16 angeschaltet ist oder nicht, und liefert
ein Signal zur Erzeugung eines Triggerimpulses an die
Zündschaltung 11, wenn die Lampe noch nicht gezündet ist.
Eine Steuerschaltung 18 erzeugt bald nach dem Zünden der
Lampe einen Steuerimpuls Ps mit einem Arbeitszyklus gemäß der
Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9, die
über Spannungsteilwiderstände 19 und 19′ ermittelt wird,
welche zwischen den Ausgangsklemmen der Gleichspannungs-
Boosterschaltung 9 vorgesehen sind, sowie über eine Spannung,
die angelegt wird über einen Stromermittlungswiderstand 20,
der dafür vorgesehen ist, den Ausgangsstrom der Boosterschaltung
9 umzuwandeln an einer Erdleitung, welche die Eingangsklemme
der Boosterschaltung 9 mit der Eingangsklemme der
Hochfrequenz-Boosterschaltung 10 verbindet, und liefert dann
das Signal Ps über eine Gateansteuerschaltung 21 an die
Boosterschaltung 9, um deren Ausgangsspannung zu steuern.
In Reaktion auf die über eine Zeitsteuerschaltung 22 erhaltene
Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9
verändert die Steuerschaltung 18 ihren Steuermodus auf Konstantleistungssteuerung
für die Lampe bei Ablauf einer Zeitspanne,
die festgelegt wird gemäß der Ausschaltzeit der
Lampe, nachdem sie zu leuchten begonnen hat. Dieser Steuerübergang
wird bewirkt, da die Anlaufzeit länger wäre, wenn
die Konstantleistungssteuerung unmittelbar bei Beginn der
Lampenzündung ausgeführt würde. Dies wird unten im einzelnen
beschrieben.
Ein Spannungsabfalldetektor 23 liefert ein Signal an die
Steuerschaltung 18, wenn die Spannung B an der Stromzufuhrklemme
7 unter einen vorbestimmten Pegel abfällt, wodurch die
Metallhalogenidlampe 16 mit einer kleineren Steuerleistung
als der Nennleistung gesteuert wird.
Ein Abnormitätsdetektor 24 ermittelt eine Abnormität des
Schaltkreises aus der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung
und dem Ausgangsstrom der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9.
Bei Ermittlung einer Abnormität sendet der Detektor 24 ein
Signal an die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6, um die
Stromzufuhr zu unterbrechen. Der Abnormitätsdetektor 24 weist
eine Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a auf, welche ein
Signal an die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 liefert,
um die Lampe abzuschalten, wenn die Batteriespannung abnormal
zu weit abfällt, um das Leuchten der Lampe aufrechtzuerhalten.
Wenn die Batteriespannung wieder zurückgebracht ist auf
einen Pegel, der gleich einem vorbestimmten Pegel oder größer
ist, beginnt der Lampenzündvorgang von neuem.
Wesentliche Abschnitte des Lampenstromkreises oder Lichtstromkreises
1 werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.
Die Boosterschaltung 9, die als ein Zerhacker-Gleichspannungs-
Gleichspannungs-Wandler ausgebildet ist, umfaßt eine
mit der positiven Leitung 4 verbundene Spule 25, einen n-Kanal-
FET 26, eine Gleichrichterdiode 27 und einen Glättungskondensator
28. Der FET 26 ist hinter der Spule 25 gelegen
und ist mit der positiven Leitung 4 und der Erdleitung 4′
verbunden. Der FET 26 führt seinen Schaltvorgang durch in Reaktion
auf einen Steuerimpuls Ps, der über die Gateansteuerschaltung
21 von der Steuerschaltung 18 geliefert wird. Die
Anode der Gleichrichterdiode 27 in der positiven Leitung 4
ist mit dem Drain des FET 26 verbunden. Der Glättungskondensator
28 ist mit der Kathode der Gleichrichterdiode 27 und
der Erdleitung 4′ verbunden. Die Spule 25 speichert Energie,
wenn der FET 26 leitend wird in Reaktion auf den Steuerimpuls
Ps, der über die Gateansteuerschaltung 21 von der Steuerschaltung
18 geliefert wird. Wenn der FET 26 nichtleitend
wird, setzt die Spule 25 die gespeicherte Energie frei mit
der daraus folgenden Überlagerung der entsprechenden Spannung
über die Eingangsspannung, wodurch die Gleichspannung angehoben
(geboostet) wird.
Ein Ausgangsspannungs-Detektorbereich 29 ermittelt die Ausgangsspannung
der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9 über die
Spannungsteilungswiderstände 19 und 19, vergleicht die ermittelte
Spannung mit einem vorbestimmten Bezugswert und gibt
die Spannungsdifferenz als ein Fehlerausgangssignal ab.
Die nichtinvertierende Eingangsklemme eines als Fehlerverstärker
dienenden Operationsverstärkers 30 ist über einen Widerstand
31 zwischen den Spannungsteilungswiderständen 19 und
19′ angeschlossen, und seine invertierende Eingangsklemme
wird mit einer vorbestimmten Bezugsspannung V₁ (V) beschickt,
die durch Spannungsteilungswiderstände 32 und 32′ spezifiziert
wird. An ein Ende des Widerstandes 32 wird eine vorbestimmte
Spannung +Vcc (V) von einer (nicht gezeigten) Stromversorgungsschaltung
angelegt.
Ein Rückkopplungswiderstand 33 ist mit der Ausgangsklemme und
der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers
30 verbunden.
Ein Ausgangsstrom-Detektorbereich 34 ermittelt den Ausgangsstrom
der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9 als einen über
den Stromermittlungswiderstand 20 in eine Spannung umgewandelten
Wert, vergleicht den ermittelten Wert mit einem vorbestimmten
Bezugswert und gibt die Spannungsdifferenz als ein
Fehlerausgangssignal ab.
Eine Verstärkerschaltung 35 wird durch einen Operationsverstärker
37 und einen Widerstand 36 gebildet, welche in Gegenkopplungsanordnung
verbunden sind. Die nichtinvertierende
Eingangsklemme des Operationsverstärkers 37 ist über einen
Widerstand 38 mit einem Ende (der nicht geerdeten Seite) des
Stromermittlungswiderstandes 20 verbunden, und seine invertierende
Eingangsklemme ist über einen Widerstand 39 geerdet.
Die nichtinvertierende Eingangsklemme eines als Fehlerverstärker
dienenden Operationsverstärkers 40 ist über einen Widerstand
41 mit der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers
37 verbunden, und seine invertierende Eingangsklemme wird mit
einer Bezugsspannung V₂ (V) beliefert durch einen Bezugsspannungs-
Erzeugungsbereich 43.
Ein Rückkopplungswiderstand 42 ist mit der Ausgangsklemme und
der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers
40 verbunden. Der Bezugsspannungs-Erzeugungsbereich 43 umfaßt
einen Widerstand 44, einen veränderlichen Widerstand 45,
einen Widerstand 44′ und einen Spannungspuffer 46. Diese drei
Widerstände 44, 45 und 44′ sind in Reihe geschaltet. Der
Spannungspuffer 46 erhält die Spannung zwischen dem variablen
Widerstand 45 und dem Widerstand 44. Das Ausgangssignal des
Spannungspuffers 46 wird über einen Widerstand 47 an die
nichtinvertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers
40 angelegt. An ein Ende des Widerstandes 44 wird eine vorbestimmte
Spannung (+Vcc) von der (nicht gezeigten) Stromversorgungsschaltung
angelegt.
Eine Zeitsteuerschaltung 22 ist vorgesehen, um den Übergang
auf Konstantleistungssteuerung sicherzustellen nach Ablauf
einer Zeitspanne entsprechend der Ausschaltzeit der Lampe,
nachdem sie zu leuchten beginnt. Die Zeitsteuerschaltung 22
umfaßt eine aktive Schaltvorrichtung und eine Zeitkonstantenschaltung.
Der Kollektor eines npn-Transistors 48 ist mit der positiven
Ausgangsklemme der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9 verbunden,
und sein Emitter ist über einen Widerstand 49 mit der
nichtinvertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers
40 verbunden. Die Basis des Transistors 48 ist mit der Anode
einer Diode 50 verbunden, deren Kathode geerdet ist über
einen Kondensator 51 (wobei seine elektrostatische Kapazität
durch C₅₁ bezeichnet wird).
Ein Widerstand 52 (mit einem Widerstandswert R₅₂) ist mit der
Basis und dem Kollektor des Transistors 48 verbunden, und ein
Widerstand 53 (mit einem Widerstandswert R₅₃) ist mit der Kathode
der Diode 50 und dem Kollektor des Transistors 48 verbunden.
Ein PWM-Bereich 54 umfaßt einen Komparator 55, welcher die
Eingangsspannung mit einer Sägezahnspannung von einem Oszillator
(OSC) 56 vergleicht. Auf der Basis des Vergleichsergebnisses
erzeugt der PWM-Bereich 54 den Steuerimpuls Ps mit einem
Arbeitszyklus, der gemäß der Eingangsspannung festgelegt
wird.
Genauer gesagt ist die negative Eingangsklemme des Komparators
55 mit den Ausgangsklemmen der Operationsverstärker 30
und 40 verbunden, und seine positive Eingangsklemme ist mit
der Ausgangsklemme des Oszillators 56 verbunden.
Das Ausgangssignal des Komparators 55 wird über einen Puffer
57 an die Gateansteuerschaltung 21 geliefert.
Mit dem geschilderten Aufbau erzeugt der PWM-Bereich 54 den
Steuerimpuls Ps mit einem Arbeitszyklus entsprechend der Ausgangsspannung
des Operationsverstärkers 30 oder 40 und koppelt
den Impuls über die Gateansteuerschaltung 21 zurück an
das Gate des FET 26 der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9,
um dadurch die Ausgangsspannung der Boosterschaltung 9 zu
steuern. Obwohl nicht gezeigt, ist auch eine Schaltung zur
Spezifizierung des Maximalwertes des Arbeitszyklus dieses
Steuerimpulses Ps vorgesehen.
Der Spannungsabfalldetektor 23 variiert eine Bezugsspannung
V₂ in dem Ausgangsspannungs-Detektorbereich 34 gemäß einer
Verminderung der Stromversorgungsspannung B, um die an die
Metallhalogenidlampe 16 angelegte Leistung zu dämpfen.
Der Detektor 23 umfaßt eine Zenerdiode 58 und einen Spannungspuffer
60. Die Kathode der Zenerdiode 58 ist mit der
Stromzufuhrklemme 7 verbunden, und seine Anode ist über Widerstände
59 und 59′ geerdet. Der Spannungspuffer 60, welcher
die Spannung zwischen den Widerständen 59 und 59′ erhält, ist
mit seiner Ausgangsklemme an die Kathode einer Diode 61 angeschlossen.
Die Anode dieser Diode 61 ist über einen Widerstand
62 zwischen dem variablen Widerstand 45 und dem Widerstand
44 des Bezugsspannungs-Erzeugungsbereichs 43 angeschlossen.
Eine Stromzufuhrklemme 63 ist über eine Diode 64 mit der Leitung
verbunden, welche den Lichtschalter 5 mit dem Relaiskontakt
6a verbindet.
Die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 umfaßt einen npn-
Transistor 65, eine Relaisspule 66, eine Diode 67, einen Basiswiderstand
68 des Transistors 65 und einen Widerstand 70.
Der Kollektor des npn-Transistors 65 ist über die Relaisspule
66 mit der Stromzufuhrklemme 63 verbunden, und sein Emitter
ist mit der Erdleitung 4′ verbunden. Der Kontakt 6a wird
durch die Erregung der Relaisspule 66 geschlossen. Die Diode
67, welche entgegengesetzt parallel zu der Relaisspule 66 angeordnet
ist, dient dazu, umgekehrt angelegte Impulse zu absorbieren.
Ein Ende des Basiswiderstandes 68 ist an einer
Steuerklemme 69 angeschlossen. An der Steuerklemme 69 wird
ein Signal Ps zugeführt von der Niedrigspannungs-Rückstellschaltung
24a (die unten beschrieben wird) oder ein Signal
Pc, das von dem Abnormitätsdetektor 24 erzeugt wird bei Ermittlung
einer von der Verminderung der Batteriespannung verschiedenen
Abnormität (zum Beispiel die Lampe ist außerstande
zu zünden). Der Widerstand 70 ist zwischen die Stromzufuhrklemme
63 und die Steuerklemme 69 eingefügt.
Die Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a erhält die Stromversorgungsspannung
von der Stromzufuhrklemme 63, um eine
Verminderung der Batteriespannung zu ermitteln.
Die Rückstellschaltung 24a umfaßt Widerstände 71 bis 73, eine
Zenerdiode 74 und einen Operationsverstärker 75. Ein Ende des
Widerstandes 71 ist mit der Stromzufuhrklemme 63 verbunden,
und das andere Ende ist über die Widerstände 72 und 73 geerdet.
Die Kathode der den Widerständen 72 und 73 parallelgeschalteten
Zenerdiode 74 ist zwischen den Widerständen 71 und
72 angeschlossen, und ihre Anode ist geerdet. Die invertierende
Eingangsklemme des als Komparator dienenden Operationsverstärkers
75 ist zwischen den Widerständen 72 und 73 angeschlossen,
und ihre nichtinvertierende Eingangsklemme wird
mit einer Spannung beliefert, die mittels Spannungsteilungswiderständen
76 und 77 durch Spannungsteilung der an die
Stromzufuhrklemme 63 angelegten Spannung erhalten wird.
Die Ausgangsklemme des Komparators 75 ist an die Steuerklemme
69 der Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 angeschlossen.
Anhand der Fig. 4 bis 6 wird der Steuervorgang des Lichtstromkreises
1 für zwei Fälle beschrieben: den ersten Fall,
in welchem der Schaltkreiszustand normal ist und die Metallhalogenidlampe
16 unmittelbar nach dem Einschalten des Lichtschalters
5 gezündet wird (nachfolgend als normale Zeit bezeichnet),
und den zweiten Fall, in welchem eine Abnormität
in dem Schaltkreis auftritt (nachfolgend als "abnormale Zeit"
bezeichnet).
Fig. 4 zeigt schematisch die Ausgangsspannung V₀ (V) und den
Ausgangsstrom I₀ (A) der Boosterschaltung 9, den Lampenstrom
IL (A), die Lampenspannung VL (V) und den Lichtfluß L (lm)
von der Metallhalogenidlampe 16 im Verlauf der Zeit. Der Ursprung
der Zeitachse t entspricht dem Zeitpunkt, bei welchem
der Lichtschalter 5 geschlossen wird. Fig. 5 zeigt ein Diagramm
zur Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung
V₀ auf der horizontalen Achse und dem Ausgangsstrom
I₀ auf der vertikalen Achse.
Zuerst wird die Umgebung beschrieben bei dem Zeitpunkt, in
dem die Lampe 16 zu zünden beginnt, wobei ihr Glaskolben kalt
ist.
In diesem Fall ist unmittelbar nach dem Schließen des Lichtschalters
5 der Kondensator 51 der Zeitsteuerschaltung 22
leer, und das Emitterpotential des Transistors 48 ist niedrig.
Dementsprechend wird nur das Ausgangssignal des Verstärkers
35 an die nichtinvertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers
40 in dem Ausgangsstrom-Detektorbereich 34 angelegt.
Unmittelbar nachdem die Lampe gezündet ist, ist jedoch, wie
aus der ausgezogenen Linie in Fig. 4 hervorgeht, die Lampenspannung
VL niedrig und ebenso der Ausgangsstrom I₀ der
Gleichspannungs-Boosterschaltung 9.
Anders ausgedrückt ist die Ausgangsspannung des Verstärkers
35 (entsprechend dem Ausgangsstrom I₀) kleiner als die Bezugsspannung
V₂ von dem Bezugsspannungs-Erzeugungsbereich 43,
so daß der Ausgang des Operationsverstärkers 40 einen L-Pegel
annimmt.
Daher erzeugt der PWM-Bereich 54 den Steuerimpuls Ps mit einem
Arbeitszyklus, der durch die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
30 des Ausgangsspannungs-Detektorbereichs 29
bestimmt wird, welcher Steuerimpuls über die Gateansteuerschaltung
21 an den FET 26 der Gleichspannungs-Boosterschaltung
9 geliefert wird.
Die Bezugsspannung V₁ in dem Ausgangsspannungs-Detektorbereich
29 wird so eingestellt, daß sie die Ausgangsspannung V₀
der Boosterschaltung 9 hoch macht (etwa 2,5- bis 3mal der in
dem Normalzustand erhaltenen Spannung), wodurch die Ausgangsspannung
V₀ maximal gemacht wird.
Der Punkt a in Fig. 5 zeigt den Zustand unmittelbar nach dem
Zünden der Lampe an. Ein Steuerbereich Av von dem Punkt a zu
dem Punkt b, zu welchem der Ausgangsstrom I₀ allmählich zunimmt,
wobei die Ausgangsspannung V₀ annähernd konstant ist,
ist unter Kontrolle des Ausgangsspannungs-Detektorbereichs
29.
Wenn dann der Kondensator 51 allmählich geladen wird, erhöht
sich das Emitterpotential des Transistors 48, und das Potential
der nichtinvertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers
40 erhöht sich. Wenn die Zeitkonstante zu diesem
Zeitpunkt τS₁ beträgt, dann gilt τS₁ = (R₅₂//R₅₃) · C₅₁, worin
"//" eine Parallelsummierung der Widerstände wiedergibt.
Wenn dieses Potential den Pegel entsprechend der Bezugsspannung
V₂ erreicht, wird danach der Arbeitszyklus des Steuerimpulses
Ps durch die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
40 bestimmt.
Das heißt, wenn der Arbeitszyklus des Steuerimpulses Ps mit
Zunahme der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 40 abnimmt,
nimmt die Ausgangsspannung V₀, welche bei einem Maximum
gehalten worden ist, allmählich ab.
In Fig. 5 wird ein Steuerbereich AI von dem Punkt b zu dem
Punkt d, der durch den Spitzenpunkt c des Ausgangsstromes I₀
verläuft, durch den Ausgangsstrom-Detektorbereich 34 gesteuert.
Wenn der Kondensator 51 vollständig aufgeladen ist, wird der
Transistor 48 eingeschaltet und sein Emitterpotential gleicht
annähernd der Ausgangsspannung V₀ der Boosterschaltung 9. Danach
geht der Steuermodus in die Konstantleistungssteuerung
über.
Das heißt, da die Steuerung derart ausgeführt wird, daß die
Summe der Ausgangsspannung V₀, die spannungsgeteilt ist durch
das Widerstandsverhältnis der Widerstände 41 und 49, und des
verstärkten Ausgangssignals, das dem Ausgangsstrom I₀ entspricht,
einen konstanten Wert entsprechend V₂ annimmt, wird
eine Konstantleistungssteuerung, bei welcher V₀×I₀ konstant
ist, in Form einer linearen Approximation verwirklicht.
Ein Bereich As von dem Punkt d zu dem Punkt e in Fig. 5 ist
ein Konstantleistungsbereich, in welchem der Metallhalogenidlampe
16 die Nennleistung zugeführt wird.
Daher steigt der Fluß L der Lampe unmittelbar nach dem Zünden
steil an und geht nach Durchlaufen eines Überschwingens in
den Normalzustand über.
Nun wird der Vorgang zum Wiederzünden der Metallhalogenidlampe
16 beschrieben, nachdem sie zeitweilig ausgeschaltet
worden ist.
Während einer Zeit, in der die Lampe aus ist, wird die in dem
Kondensator 51 der Zeitsteuerschaltung 22 gespeicherte Ladung
allmählich entladen mit einer Zeitkonstanten τ₂ (= R₅₃ · C₅₁).
Diese Zeitkonstante wird bestimmt gemäß der Geschwindigkeit
der Temperaturverminderung der Lampe nach ihrem Ausschalten.
Wenn der Lichtschalter 5 wieder geschlossen wird, beginnt daher
der Zündvorgang von dem Steuerbereich aus entsprechend
der Klemmenspannung des Kondensators 51.
Das heißt, es wird eine geeignete Leuchtsteuerung durchgeführt
entsprechend der abgelaufenen Zeit, die zum Wiederzünden
der Lampe benötigt wird, nachdem sie einmal ausgeschaltet
worden ist.
Zum Beispiel beginnt in dem Fall, in welchen die Metallhalogenidlampe
16 wieder gezündet wird, einige Zehntelsekunden,
nachdem sie ausgeschaltet worden ist, das Leuchten der Lampe
von dem Operationspunkt in dem Steuerbereich AI, und der
Steuermodus geht auf Konstantleistungssteuerung über. Daher
nehmen die Ausgangsspannung V₀ und der Ausgangsstrom I₀ von
dem Beginn des Leuchtens der Lampe allmählich ab, wie durch
jeweilige einfach gestrichelte Linien in Fig. 4 gezeigt, und
der Fluß L des Lichtes von der Lampe steigt zu Beginn steil
an und wird nach Durchlaufen eines Überschwingens stabil.
In dem Fall, in welchem die Metallhalogenidlampe 16 wiedergezündet
wird einige Sekunden, nachdem sie zeitweilig abgeschaltet
war, ist ihr Glaskolben noch heiß. Wie aus den doppeltpunktierten
Linien in Fig. 4 hervorgeht, ist die Lampenspannung
VL unmittelbar nach dem Wiederzünden der Lampe 16
hoch und der Ausgangsstrom I₀ ist hoch, wodurch ein unmittelbarer
Wechsel zu Konstantleistungssteuerung bewirkt wird, woraufhin
der Fluß L bei der Nennleistung stabil wird.
Die Zeitsteuerschaltung 22 ist vorgesehen, um die Anlaufzeit
abzukürzen. Das heißt, wenn die Zeitsteuerschaltung 22 nicht
vorgesehen wäre und die Ausgangsspannung V₀ der Gleichspannungs-
Boosterschaltung 9 über den Widerstand 49 direkt an die
nichtinvertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers
40 angelegt würde, würde die Konstantleistungssteuerung von
Beginn des Leuchtens der Lampe ausgeführt ohne Rücksicht auf
die physikalischen Zustände der Lampe, so daß die Lichtemission
von der Lampe nicht durch den Steuerbereich Av oder AI
fortschreiten würde. Dies würde das Ansteigen des Lichtflusses
L verzögern.
Jetzt wird der Fall beschrieben, in welchem die Batteriespannung
vermindert ist.
Wenn die Batteriespannung gleich einem vorbestimmten Wert
oder größer ist, zum Beispiel 9,5 V, wird die Ausgangsspannung
des Spannungspuffers 60 höher als die Eingangsspannung
des Spannungspuffers 46 in dem Bezugsspannungs-Erzeugungsbereich
43 (wobei die Diode 61 während dieser Zeit ausgeschaltet
ist), so daß der Wert der Bezugsspannung V₂ durch die Widerstände
44 und 44′ sowie den variablen Widerstand 45 bestimmt
wird.
Wenn die Batteriespannung gleich oder kleiner als 9,5 V ist,
wird jedoch die Ausgangsspannung des Spannungspuffers 60
niedriger als die Spannung von dem Bezugsspannungs-Erzeugungsbereich
43 und die Diode 61 wird eingeschaltet, womit
die Bezugsspannung V₂ vermindert wird.
Daher wird der Metallhalogenidlampe 16 entsprechend der Verminderung
der Stromversorgungsspannung B eine niedrigere Leistung
als die Nennleistung zugeführt.
Wenn die Batteriespannung weiter vermindert wird und die Batterie
2 das Leuchten der Lampe nicht weiter aufrechterhalten
kann, beginnt die Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a zu
arbeiten.
Genauer gesagt, wird, wenn die Batteriespannung gleich oder
kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, zum Beispiel 7 V,
diese Spannung durch die Spannungsteilungswiderstände 76 und
77 festgestellt und wird durch den Operationsverstärker (Komparator)
75 verglichen mit einer Bezugsspannung (die durch
die Widerstände 71 bis 73 und die Zenerdiode 74 bestimmt
wird). Der Verstärker 75 liefert dann ein L-Pegel-Signal als
das Signal PB an den Transistor 65 der Stromunterbrechungs-
Relaisschaltung 6, um den Transistor einzuschalten und die
Stromversorgung zu der mit den Gleichspannungsleitungen 4 und
4′ verbundenen Relaisspule 66 zu unterbrechen, woraufhin der
Relaiskontakt 6a geöffnet wird.
Zu dem Zeitpunkt, in dem die Batteriespannung auf 7 V oder
höher zurückkehrt, nimmt der Ausgang des Operationsverstärkers
75 einen H-Pegel an, schaltet den Transistor 65 ein, und
der Relaiskontakt 6a wird geschlossen, so daß der Zündvorgang
wieder aufgenommen wird.
Fig. 6 zeigt den Zustand der Niedrigleistungssteuerung und
den Leistungsabschaltzustand, wenn die Batteriespannung vermindert
ist, bei dem stabilisierten Fluß.
In Fig. 6 gibt die horizontale Achse die Batteriespannung Bt
wieder, und die vertikale Achse gibt die Lampenleistung W%
relativ zu der Nennleistung von 100% der Metallhalogenidlampe
16 an.
Wie aus dem Diagramm hervorgeht, wird eine Konstantleistungssteuerung
mit der Nennleistung in dem Bereich Bt 9,5 bewirkt,
während die Lampenleistung W% linear von 100% auf 40%
abfällt in dem Bereich von 7<Bt<9,5 und sich durch die
Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a auf Null (W% = 0)
vermindert, wenn Bt7.
Der Abnormitätsdetektor 24 weist einen Schaltkreis auf zur
Ermittlung eines abnormalen Zustands, wie beispielsweise dem,
daß die Metallhalogenidlampe 16 aufgrund normaler Verschlechterung
am Ende ihrer Nutzungsdauer außerstande ist, Licht zu
emittieren, oder daß die Ausgangsstoffe der Hochfrequenz-
Boosterschaltung 10 ein offener Kreis wird. In diesem Fall
wird der abnormale Zustand aufrechterhalten, wenn nicht der
Transistor 65 durch das Signal Pc ausgeschaltet wird, was den
Relaiskontakt 6a öffnet, und der Lichtschalter 5 wird zeitweilig
geöffnet und wird wieder geschlossen.
Wenn in dem vorerwähnten Lichtstromkreis 1 die Stromversorgungsspannung
B abfällt, stellt der Spannungsabfalldetektor
23 die Bezugsspannung V₂ des Bezugsspannungs-Erzeugungsbereichs
43 niedriger ein. Folglich wird eine Leistung gleich
dem Nennpegel oder niedriger und entsprechend der Verminderung
dieser Spannung B an die Metallhalogenidlampe 16 geliefert,
wodurch der Leistungsverlust vermindert wird, der von
einer Zunahme an verbrauchtem Batteriestrom herrührt.
Wenn die Batteriespannung zu weit absinkt, um das Leuchten
der Lampe 16 aufrechtzuerhalten, unterbricht die Niedrigspannungs-
Rückstellschaltung 24a die Zufuhr der Stromversorgungsspannung
von der Batterie 2 zu der Gleichspannungs-Boosterschaltung
9, wodurch ermöglicht wird, den schlimmsten Fall
der Zerstörung der Schaltkreiselemente zu vermeiden.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, umfaßt erfindungsgemäß
in einem Lichtstromkreis für eine Fahrzeug-Entladungslampe
mit einer Gleichspannungs-Boosterschaltung zum Anheben
einer Eingangsspannung von einer Gleichspannungs-Eingangsklemme
und mit einer Steuerschaltung zum Variieren der
Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Boosterschaltung zur
Durchführung einer Beleuchtungssteuerung einschließlich einer
Konstantleistungssteuerung der Entladungslampe die Verbesserung
einen Spannungsabfalldetektor zur Ermittlung einer an
die Gleichspannungs-Eingangsklemme angelegten Eingangsgleichspannung,
wodurch in Reaktion auf ein Signal, das von dem belieferten
Spannungsabfalldetektor gemäß einem Abfall der Eingangsgleichspannung
erhalten wird, die Steuerschaltung eine
Spannungsanhebesteuerung durchführt, um die der Entladungslampe
gelieferte Leistung niedriger einzustellen als die
Nennleistung.
Da mit dieser Anordnung eine Niedrigleistungssteuerung mit
einer Leistung gleich der Nennleistung für die Entladungslampe
oder niedriger gemäß der Verminderung der Eingangsgleichspannung
bewirkt wird, ist es möglich, eine Zunahme der
erzeugten Wärmemenge zu unterdrücken, die durch Zunahme des
Stromverbrauchs verursacht wird, welcher während des Spannungsabfalls
auftritt, wodurch der Leistungsverlust vermindert
wird.
Ein anderes Merkmal der Erfindung liegt in dem Vorsehen einer
Schutzschaltung, welche die Zufuhr der Eingangsgleichspannung
zu der Gleichspannungs-Boosterschaltung unterbricht, wenn sie
ermittelt, daß die Eingangsgleichspannung auf einen Pegel abgefallen
ist, bei welchem ein Leuchten der Entladungslampe
nicht mehr möglich ist, und zuläßt, daß die Eingangsgleichspannung
wieder an die Gleichspannungs-Boosterschaltung geliefert
wird, wenn die Eingangsgleichspannung auf einen vorbestimmten
Wert oder darüber zurückgebracht worden ist.
Dementsprechend ist es möglich, zu vermeiden, daß die Schaltelemente
aufgrund abnormaler Verminderung der Eingangsgleichspannung
verschlechtert oder zerstört werden.
Obwohl oben nur eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben
worden ist, ist diese Ausführungsform nur als erläuternd
und nicht als beschränkend anzusehen, und die Erfindung ist
nicht auf die oben angegenen Einzelheiten beschränkt, sondern
kann auf verschiedene Weise innerhalb des Gedankens und Rahmens
der Erfindung modifiziert werden. Obwohl die Steuerschaltung
in der obigen Ausführungsform eine Steueroperation
zum Variieren der Ausgangsspannung der Gleichspannungs-
Boosterschaltung ausführt, um die Leuchtsteuerung auszuführen,
kann sie zum Beispiel so konstruiert sein, daß sie die
Lampenspannung und den Strom ermittelt und eine Leuchtsteuerung
(einschließlich einer Konstantleistungssteuerung) gemäß
dem Ermittlungsergebnis bewirkt.
Claims (4)
1. Lichtstromkreis für eine Fahrzeug-Entladungslampe, mit
einer Gleichspannungs-Boosterschaltung zum Anheben einer Eingangsspannung
von einer Gleichspannungs-Eingangsklemme, um
eine Ausgangsspannung zu bilden, die an die Entladungslampe
anzulegen ist, und einer Steuerschaltung zum Variieren der
Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Boosterschaltung, um
eine Leuchtsteuerung einschließlich einer Konstantleistungssteuerung
der Entladungslampe auszuführen.
gekennzeichnet durch
einen Spannungsabfalldetektor (23) zur Ermittlung einer an
die Gleichspannungs-Eingangsklemme (3) angelegten Eingangsgleichspannung
(B), wodurch die Steuerschaltung (18) in Reaktion
auf ein Signal, das von dem Spannungsabfalldetektor (23)
gemäß einem Abfall der Eingangsgleichspannung (B) erhalten
wird, eine Spannungsanhebesteuerung durchführt, um die der
Entladungslampe (16) zugeführte Leistung kleiner als die
Nennleistung zu machen.
2. Lichtstromkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen Ausgangsspannungsdetektor (19, 19′) zum Ermitteln der
Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Boosterschaltung (9) und
Abgeben eines Signals entsprechend einer Differenz zwischen
der ermittelten Ausgangsspannung und einem Bezugswert,
und einem Ausgangsstromdetektor (20) zum Ermitteln eines
Ausgangsstromes der Gleichspannungs-Boosterschaltung (9) und
Abgeben eines Signals entsprechend einer Differenz zwischen
dem ermittelten Ausgangsstrom und einem Bezugswert,
wodurch die Steuerschaltung (18) Steuersignale entsprechend
den Signalen von dem Ausgangsspannungsdetektor (19, 19′)
und dem Ausgangsstromdetektor (20) erzeugt und die Steuersignale
an die Gleichspannungs-Boosterschaltung (9) liefert, um
deren Ausgangsspannung zu steuern, und der Spannungsabfalldetektor
(23), wenn die Eingangsgleichspannung (B) unter einen
vorbestimmten Wert abfällt, den Bezugswert des Ausgangsstromdetektors
(20) entsprechend dem Abfall der Eingangsgleichspannung
(B) verändert, um dadurch eine Spannungsanhebesteuerung
zu bewirken und damit die der Entladungslampe (16) zugeführte
Leistung niedriger als die Nennleistung einzustellen.
3. Lichtstromkreis für eine Fahrzeug-Entladungslampe, mit
einer Gleichspannungs-Boosterschaltung zum Anheben einer Eingangsspannung
von einer Gleichspannungs-Eingangsklemme, um
eine Ausgangsspannung zu bilden, die an die Entladungslampe
anzulegen ist, und einer Steuerschaltung zum Variieren der
Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Boosterschaltung, um
eine Leuchtsteuerung einschließlich einer Konstantleistungssteuerung
der Entladungslampe auszuführen,
gekennzeichnet durch eine Schutzschaltung, die dazu dient,
die Zufuhr einer Eingangsgleichspannung (B) zu der Gleichspannungs-
Boosterschaltung (9) zu unterbrechen bei der Feststellung,
daß die Eingangsgleichspannung (B) auf einen Pegel
abgefallen ist, bei dem das Leuchten der Entladungslampe (16)
nicht mehr möglich ist, und zuzulassen, daß der Gleichspannungs-
Boosterschaltung (9) die Eingangsgleichspannung (B)
wieder zugeführt wird, wenn die Eingangsgleichspannung (B)
auf einen vorbestimmten Wert oder höher zurückgebracht worden
ist.
4. Lichtstromkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schutzschaltung umfaßt:
einen Eingangsspannungsdetektor (24) zur Ermittlung, daß die Eingangsgleichspannung (B) unter einen vorbestimmten Wert oder niedriger abgefallen ist,
und eine Stromunterbrechungsschaltung (6) mit einem Relais (6a), um das Zulassen oder Sperren der Zufuhr der Eingangsgleichspannung (B) zu der Gleichspannungs-Boosterschaltung (9) entsprechend einer Operation des Relais (6a) zu bestimmen,
wodurch das Relais (6a) der Stromunterbrechungsschaltung (6), wenn die Eingangsgleichspannung (B) auf den vorbestimmten Wert oder niedriger abgefallen ist, dazu gebracht wird, die Zufuhr der Eingangsgleichspannung (B) zu der Gleichspannungs- Boosterschaltung (9) in Reaktion auf ein Signal von dem Eingangsspannungsdetektor (24) zu unterbrechen.
einen Eingangsspannungsdetektor (24) zur Ermittlung, daß die Eingangsgleichspannung (B) unter einen vorbestimmten Wert oder niedriger abgefallen ist,
und eine Stromunterbrechungsschaltung (6) mit einem Relais (6a), um das Zulassen oder Sperren der Zufuhr der Eingangsgleichspannung (B) zu der Gleichspannungs-Boosterschaltung (9) entsprechend einer Operation des Relais (6a) zu bestimmen,
wodurch das Relais (6a) der Stromunterbrechungsschaltung (6), wenn die Eingangsgleichspannung (B) auf den vorbestimmten Wert oder niedriger abgefallen ist, dazu gebracht wird, die Zufuhr der Eingangsgleichspannung (B) zu der Gleichspannungs- Boosterschaltung (9) in Reaktion auf ein Signal von dem Eingangsspannungsdetektor (24) zu unterbrechen.
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