DE4109325C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe an einer Gleichspannungsquelle eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gleichspannungswandler, dessen Eingang an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und der an seinem Ausgang eine Gleichspannung liefert, die zum Betrieb der Hochdruck-Entladungslampe dient, und mit einer Steuerschaltung für den Gleichspannungswandler, die aus dem Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers die der Hochdruck-Entladungslampe zugeführte Leistung ermittelt, diese Leistung mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und die Lampenleistung auf den Sollwert einregelt und die außerdem einen Eingang aufweist, dem ein Signal zur Verminderung der Lampenleistung zuführbar ist.
Metallhalogenidlampen finden in letzter Zeit größere Beachtung als Lichtquelle für Fahrzeugscheinwerfer. Als eine der wichtigen Funktionen wird an eine Schaltungsanordnung für die Lampe die Anforderung gestellt, immer die stabile Zufuhr konstanter Leistung zu der Lampe bei einer Schwankung der Batteriespannung sicherzustellen.
Eine herkömmliche Schaltungsanordnung ist daher so ausgelegt, daß sie mit einer gewissen Schwankung der Batteriespannung innerhalb des zulässigen Bereichs für den Stromkreis fertig wird.
Selbst wenn die Batteriespannung abnormal abfällt, versucht jedoch die herkömmliche Schaltungsanordnung, 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.
Aus der EP 0240 049 ist eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art mit einer Gleichspannungsquelle, einem Gleichspannungswandler, mit dessen Ausgangsspannung die Entladungslampe gespeist wird, und einer zur Leistungsregelung der Entladungslampe dienenden Steuerschaltung für den Gleichspannungswandler bekannt, bei der eine Verminderung der Leistung der Entladungslampe durch Anlegen einer besonderen Steuerspannung an einen Eingang der Steuerschaltung erfolgt. Eine Verminderung der Lampenleistung bei einem Spannungsabfall der Gleichspannungsquelle ist nicht vorgesehen.
Eine im Aufbau ähnliche Schaltungsanordnung ist durch die DE 39 28 810 bekannt. Bei dieser Schaltung wird die Spannung der die Schaltung speisenden Gleichspannungsquelle der Steuerschaltung für den Gleichspannungswandler zugeführt. Die Schaltung dient dazu, während des Aufwärmens der Lampe den Lampenstrom auf den durch den Quotienten aus der zulässigen Lampenleistung und der Spannung der Gleichspannungsquelle sich ergebenden Wert zu regeln.
In der DE 40 02 334 wird eine Schaltungsanordnung mit einer Gleichspannungsquelle und einem Gleichspannungswandler zum Erzeugen einer Betriebsspannung für eine Hochdruck-Entladungslampe beschrieben, bei der eine Überwachungsschaltung für die Spannung der Gleichspannungsquelle und ein von dieser Überwachungsschaltung gesteuerter Relaiskontakt zwischen Gleichspannungsquelle und Gleichspannungswandler vorgesehen sind. Bei Überspannung der Gleichspannungsquelle wird der Relaiskontakt geöffnet und damit die Stromversorgung der Entladungslampe unterbrochen.
Die Aufgabe der Erfindung wird somit darin gesehen, die Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile beseitigt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß ein Spannungsabfalldetektor für die Spannung der Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, der ein Signal zur Verminderung der Lampenleistung an die Steuerschaltung abgibt, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine Zunahme des Stromverbrauchs und eine daraus folgende Zunahme erzeugter Wärme zu unterdrücken, wenn die Gleichspannung abfällt.
Ferner kann eine Schutzschaltung vorgesehen werden, welche die Lieferung der Eingangsgleichspannung (Gleichspannung) an die Gleichspannungs- Boosterschaltung (Gleichspannungswandler) 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 (Schaltungsanordnung) 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 eine 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 Spannungsteilungswiderstände 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.
Gleichspannungs-Boosterschaltung
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.
Steuerbereich Ausgangsspannungs-Detektorbereich
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.
Ausgangsstrom-Detektorbereich
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.
Zeitsteuerschaltung
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.
PWM-Bereich
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.
Spannungsabfalldetektor
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.
Stromunterbrechungs-Relaisschaltung
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 P₈ 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.
Niedrigspannungs-Rückstellschaltung
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.
Steuervorgang
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.
Normale Zeit
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.
Abnormale Zeit
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 Ausgangsstufe 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.

Claims (4)

  1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe an einer Gleichspannungsquelle eines Kraftfahrzeugs,
    • - mit einem Gleichspannungswandler (9), dessen Eingang an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und der an seinem Ausgang eine Gleichspannung liefert, die zum Betrieb der Hochdruck-Entladungslampe dient, und
    • - mit einer Steuerschaltung (18, 21) für den Gleichspannungswandler, die aus dem Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (9) die der Hochdruck-Entladungslampe zugeführte Leistung ermittelt, diese Leistung mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und die Lampenleistung auf den Sollwert einregelt und die außerdem einen Eingang aufweist, dem ein Signal zur Verminderung der Lampenleistung zuführbar ist,
  2. dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsabfalldetektor (23) für die Spannung der Gleichspannungsquelle (2) vorgesehen ist, der ein Signal zur Verminderung der Lampenleistung an die Steuerschaltung (18, 21) abgibt, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
  3. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (18, 21) den Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (9) mit je einem Bezugswert vergleicht und aus den Differenzwerten das Steuersignal für den Gleichspannungswandler bildet und daß der Spannungsabfalldetektor (23) den Bezugswert für den Ausgangsstrom so ändert, daß der Hochdruck-Entladungslampe eine unter der Nennleistung liegende Leistung zugeführt wird.
  4. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Niedrigspannungs-Rückstellschaltung (24a) vorgesehen ist, welche die Spannung der Gleichspannungsquelle (2) überwacht und die einen zwischen dre Gleichspannungsquelle (2) und dem Gleichspannungswandler (9) angeordneten Relaiskontakt (6a) öffnet, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle einem zweiten vorgegebenen Wert unterschreitet, und die den Relaiskontakt (6a) schließt, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle (2) den zweiten vorgegebenen Wert überschreitet.
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