DE4410177A1

DE4410177A1 - Vorschaltgerät zum Starten und Betreiben von Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampen

Info

Publication number: DE4410177A1
Application number: DE4410177A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Daub
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 1995-09-28

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät zum Starten und Betreiben von Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampen, das aus einer Batterie gespeist wird, mit einer strom- oder leistungsgeregelten Gleichstromquelle, die einen Regler beinhaltet und der ein Wechselrichter nachgeschaltet ist, mit einer Zündeinrichtung, über welche der vom Wechselrichter abgegebene Wechselstrom der Hochdruck-Gasentladungslampe zugeführt wird, und mit einer Ansteuerungseinrichtung, welche dem Regler während der Anlaufphase der Hochdruck-Gasentladungslampe einen erhöhten Soll-Wert vorgibt.

Hochdruck-Gasentladungslampen müssen in der Anlaufphase nach einem Kaltstart mit einem relativ hohen effektiven Anlaufstrom betrieben werden, wenn ein ausreichend schneller Anlauf gewährleistet sein soll.

Hierzu ist beispielsweise aus der DE-OS 40 15 398 ein Vorschaltgerät bekannt, bei welchem die Anlaufsteuerungseinrichtung dem Regler während der Anlaufphase einen erhöhten Sollwert vorgibt, so daß die Hochdruck-Gasentladungslampe zunächst mit einem erhöhten Lampenstrom betrieben wird, der nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit auf einen niedrigeren Wert abgesenkt wird.

Bei verschiedenen Anwendungen, zum Beispiel als Kraftfahrzeug-Lichtquelle, wird eine Bestromung der Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampe mit einem niederfrequenten rechteckförmigen Strom vorgesehen. Eine Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampe, wie sie in Kraftfahrzeugen betrieben wird, kann nur mit Wechselströmen betrieben werden, welche eine hohe Kommutierungsgeschwindigkeit haben, da sonst die Lampe während des Kommutierungsvorganges verlischt. Will man die Lampe mit sinusähnlichem Strom betreiben, so ist man auf hohe Frequenzen beschränkt. Ein rechteckförmiger Lampenstrom hat aber den Nachteil, daß sein Gleichrichtwert genauso groß wird, wie der effektive Lampenstrom. Da aber die an den Lampenelektroden entstehende Verlustleistung im wesentlichen vom Gleichrichtwert des Lampenstroms abhängt, kann die Verlustleistung bei den üblicherweise vorgesehenen hohen effektiven Lampenanlaufströmen so groß werden, daß die Hochdruck-Gasentladungslampe geschädigt oder sogar gestört wird.

Angestrebt wird daher ein zahlenmäßig möglichst großes Verhältnis zwischen dem Effektivwert und dem Gleichrichtwert des Lampenstroms. Der Zahlenwert für dieses Verhältnis wird auch als Formfaktor bezeichnet.

Ein sinusförmiger Lampenstrom besitzt einen größeren und damit günstigeren Formfaktor als ein rechteckförmiger Lampenstrom, ist aber nur bei hohen Frequenzen (einige KHz) einsetzbar.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Vorschaltgerät für eine Hochdruck-Gasentladungslampe zu schaffen, das auf einfache und kostengünstige Weise einen im wesentlichen rechteckförmigen Lampenstrom mit einem möglichst hohen Formfaktor erzeugt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wechselrichter als Brückenschalter ausgeführt ist, daß ein Impulsgenerator den Wechselrichter mit Impulsen einer ersten Frequenz steuert und daß der Impulsgenerator die Anlaufsteuerungseinrichtung mit Impulsen einer zweiten Frequenz beaufschlagt, die die Anlaufsteuerungseinrichtung jeweils zur Vorgabe eines erhöhten Sollwertes an den Regler veranlaßt, wobei die zweite Frequenz doppelt so hoch wie die erste Frequenz ist.

Die Lösungsidee besteht darin, in der Anlaufphase der Hochdruck-Gasentladungslampe mit jedem Umschalten des Brückenschalters die Gleichstromquelle so zu beeinflussen, daß diese kurzzeitig einen erhöhten Strom liefert. Eine solche Beeinflussung oder Modulation führt zu einer Vergrößerung des Lampenstromes. Mit dem Modulationsgrad kann zum Beispiel der Gleichrichtwert des Lampenstroms bei konstantem, effektivem Lampenstrom verändert werden. Die Veränderung des Modulationsgrades kann dabei auf einfache Weise durch Einstellen der Impulsbreite und-oder der Impulshöhe der vom Impulsgenerator abgegebenen Impulse durch ein Einstellelement geschehen.

Der erzielbare Formfaktor kann dabei sogar den Formfaktor eines sinusförmigen Lampenstromes übertreffen.

Vorteilhaft ist die einfache und kostengünstige schaltungstechnische Realisierbarkeit des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes.

Insbesondere muß zur Erzeugung der beiden Frequenzen nur ein einziger Impulsgenerator vorgesehen werden, da der Impulsgenerator die Frequenz zur Beaufschlagung der Anlaufsteuerungseinrichtung selbst erzeugt und zur Erzeugung der zur Steuerung des Wechselrichters benötigten Frequenz lediglich ein einfacher Frequenzteiler zwischen Impulsgenerator und Wechselrichter geschaltet werden muß.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes soll im folgenden anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert werden.

Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes;

Fig. 2 zwei mögliche Formen des Lampenstromes bei einem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät.

Das in der Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellte Vorschaltgerät für eine Hochdruck-Gasentladungslampe besteht aus einer strom- oder leistungsgeregelten Gleichstromquelle (G), die von einer Batterie (B) oder dem Bordnetz eines Fahrzeuges versorgt wird.

Der Gleichstromquelle (G) nachgeschaltet ist ein Wechselrichter (W), dessen Ausgang über eine Zündeinrichtung (Z) mit einer Hochdruck-Gasentladungslampe (GEL) verbunden ist.

Der Wechselrichter (W) ist als Brückenschalter ausgebildet, der von einem Impulsgenerator (I) über einen nachgeschalteten Frequenzteiler (F) getaktet wird.

Das Ausgangssignal des Impulsgenerators (I) wird ebenfalls einer Anlaufsteuerungseinrichtung (A) zugeführt, welche einer zur Gleichstromquelle (G) gehörenden Regeleinrichtung (R) den Strom- oder Leistungssollwert der Gleichstromquelle (G) vorgibt.

Zum Impulsgenerator (I) gehört weiterhin eine Einstelleinrichtung (E), mit der die Impulsbreite der vom Impulsgenerator (I) erzeugten Impulse beeinflußt werden kann.

Im folgenden soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Vorschaltgerätes anhand der Zeichnung näher erläutert werden.

Die Gleichstromquelle (G), beispielsweise ausgeführt als primärgetakteter Schaltregler, wandelt den Batteriestrom (B) in einen zur Versorgung des Wechselrichters (W) geeigneten geregelten Strom um, wobei das Regelkriterium ein Strom- oder Leistungssollwert ist, der dem Regler (R) durch die Anlaufsteuerungseinrichtung (A) vorgegeben wird.

Die Anlaufsteuerungseinrichtung (A) gibt nach einem Kaltstart dem Regler für eine vorgegebene Zeit einen ersten höheren Strom- oder Leistungssollwert vor, um ein schnelles und sicheres Anlaufen der Hochdruck-Gasentladungslampe zu gewährleisten und gibt dem Regler (R) nach Ablauf dieser vorgegebenen Zeit einen zweiten niedrigeren Strom- oder Leistungssollwert vor, der zum stationären Betrieb der Hochdruck-Gasentladungslampe (GEL) ausreicht.

Der der Gleichspannungsquelle (G) nachgeschaltete Wechselrichter (W) erzeugt aus dem von der Gleichspannungsquelle (G) abgegebenen Gleichstrom den zum Betrieb der Hochdruck-Gasentladungslampe nötigen Wechselstrom. Die dem Wechselrichter (W) nachgeschaltete Zündeinrichtung (Z) versorgt die Hochdruck-Gasentladungslampe (GEL) mit den zum Zünden nötigen Hochspannungsimpulsen.

Der Impulsgenerator (I) taktet den als Brückenschalter ausgeführten Wechselrichter (W), wobei der Frequenzteiler (F) die Impulse des Impulsgenerators (I) im Verhältnis 1 : 2 untersetzt.

Die Impulse des Impulsgenerators (I) werden der Anlaufsteuerungseinrichtung (A) zugeführt. Die Anlaufsteuerungseinrichtung (A) überlagert diese Impulse während der Anlaufphase der Hochdruck-Gasentladungslampe dem ersten dem Regler (R) zugeführten Sollwert-Signal.

Die Beaufschlagung der Ansteuerungseinrichtung (A) mit, bezogen auf den Wechselrichter (W), der doppelten Frequenz, bewirkt, daß das von der Anlaufsteuerungseinrichtung (A) abgegebene Sollwert-Signal während jeder Halbwelle des Lampenstromes mit einem Impuls des Impulsgenerators (I) moduliert wird.

Die durch diese Modulation des Strom- oder Leistungssollwertes resultierende Form des Lampenstromes zeigt die Fig. 2.

Die Form des Lampenstromes ist zunächst im wesentlichen rechteckförmig.

Falls der Regler (R) keine merkliche Regelzeitkonstante aufweist, besitzt der Lampenstrom etwa die Kurvenform (Fig. 2a). Hierbei weist der Beginn jeder Rechteckhalbwelle eine Überhöhung durch die überlagerten Impulse des Impulsgenerators auf.

Bei deutlichem Einfluß der Regelzeitkonstanten des Reglers (R) weist der Lampenstrom dagegen z. B. die Kurvenform (Fig. 2b) auf. Hierbei klingen die zu Beginn jeder Rechteckhalbwelle auftretenden Überhöhungen während der gesamten Dauer jedes Rechteckimpulses ab. Hierdurch weist jedes Dach der Rechteckhalbwellen eine Abschrägung auf.

Bei beiden Kurvenformen liegt der Formfaktor (das heißt, das Verhältnis vom effektiven Lampenstrom zu dessen Gleichrichtwert) deutlich oberhalb von 1 und damit über dem Wert einer reinen Rechteckschwingung. Die Größe des Formfaktors kann zudem durch Veränderung der Impulsbreiten der vom Impulsgenerator (I) erzeugten Impulse beeinflußt werden.

Durch das erfindungsgemäße Vorschaltgerät kann somit auf besonders einfache und kostengünstige Weise erreicht werden, daß die Hochdruck-Gasentladungslampe auch bei Beaufschlagung durch einen hohen effektiven Anlaufstrom in der Anlaufphase nicht geschädigt wird.

Bezugszeichenliste

A Anlaufsteuerungseinrichtung
B Batterie
E Einstelleinrichtung
F Frequenzteiler
G Gleichstromquelle
GEL Hochdruck-Gasentladungslampe
I Impulsgenerator
R Regler
W Wechselrichter
Z Zündeinrichtung

Claims

1. Vorschaltgerät zum Starten und Betreiben von Wechselstrom- Hochdruck-Gasentladungslampen, das aus einer Batterie gespeist wird, mit einer strom- oder leistungsgeregelten Gleichstromquelle (G), die einen Regler (R) beinhaltet und der ein Wechselrichter (W) nachgeschaltet ist, mit einer Zündeinrichtung (Z), über welche der vom Wechselrichter (W) abgegebene Wechselstrom der Hochdruck-Gasentladungslampe (GEL) zugeführt wird, und mit einer Ansteuerungseinrichtung (A), welche dem Regler (R) während der Anlaufphase der Hochdruck-Gasentladungslampe (GEL) einen erhöhten Soll-Wert vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (W) als Brückenschalter ausgeführt ist, daß ein Impulsgenerator (I) den Wechselrichter mit Impulsen einer ersten Frequenz steuert und daß der Impulsgenerator (I) die Anlaufsteuerungseinrichtung (A) mit Impulsen einer zweiten Frequenz beaufschlagt, die die Anlaufsteuerungseinrichtung (A) jeweils zur Vorgabe eines erhöhten Sollwertes an den Regler (R) veranlaßt, wobei die zweite Frequenz doppelt so hoch wie die erste Frequenz ist.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (I) die zweite Frequenz erzeugt und daß zwischen dem Impulsgenerator (I) und dem Wechselrichter (W) ein Frequenzteiler (F) geschaltet ist.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite des Impulsgenerators (I) durch ein Einstellelement beeinflußbar ist.