CN103238378A - 以直流电运行机动车前照灯的光源的方法和电路及有该电路的机动车前照灯的发光模块和有该发光模块的机动车前照灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于以直流电运行运行机动车前照灯(1)的、本身设计以交流电运行的光源(11)的方法。光源(11)具有感应式负载(Lz)。光源(11)设置在一个具有四个半导体开关(HSL，HSR，LSL，LSR)的H形桥接电路(25)的桥臂之间。在交流电运行中，光源(11)经由H形桥接电路(25)被加载交流电。H形桥接电路(25)的两个设置在上方的半导体开关(HSL，HSR)分别经由一个带有各一个启动电容器(Cb)的启动电路(24)被驱控。为了以尽可能低的耗费实现光源(11)的持续时间尽可能长的直流电运行而建议，在直流电运行中H形桥接电路(25)的至少一个闭合的半导体开关(HSL，LSR；HSR，LSL)时而为了再充电过程短时间地断开并且在充电过程结束时重新接通，其中，在流经H形桥接电路(25)的桥臂的电流(I(Lz))达到0安培的值之前，再充电过程结束。

Description

以直流电运行机动车前照灯的光源的方法和电路及有该电路的机动车前照灯的发光模块和有该发光模块的机动车前照灯
技术领域
本发明涉及一种用于以直流电运行机动车前照灯的、本身设计以交流电运行的光源运行的方法。在此，光源具有感应式负载。光源在电路技术上设置在具有四个半导体开关的H形桥接电路的桥臂之间。在交流电运行中，光源经由H形桥接电路被加载交流电。在此，H形桥接电路的两个设置在上方(高端)的半导体开关分别经由一个具有各至少一个启动电容器的启动电路被驱控。
本发明还涉及一种用于以直流电运行机动车前照灯的、本身设计以交流电运行的光源的电路，其中，光源具有感应式负载。所述电路包括：一个具有四个半导体开关的H形桥接电路，用于给光源在交流电运行中加载交流电，其中，光源在电路技术上设置在H形桥接电路的桥臂之间；以及多个具有各一个启动电容器的启动电路，这些启动电路分别用于驱控H形桥接电路的设置在上面的半导体开关之一。
本发明还涉及一种机动车前照灯的发光模块。该发光模块包括具有感应式负载的光源和用于使光源运行的电路。
最后，本发明也涉及一种机动车前照灯，该机动车前照灯包括壳体和至少一个设置在壳体中的发光模块，该壳体带有被透明的遮盖板封闭的光出射口。
背景技术
气体放电灯(GDL)例如是带有感应式负载的光源。感应式负载由于用于点亮和运行气体放电灯的高压点亮变压器的感应特性而得到。气体放电灯装入机动车前照灯的发光模块中。
带有气体放电灯的发光模块可以构成为反射模块，在该反射模块中由气体放电灯发出的光被反射器反射以便在机动车前方的行车道上产生所希望的光分布。为了略微改变光分布，可以在光路中设有在光学上起作用的成型件、例如以圆柱透镜或棱镜的形式。光学型材可以构成在机动车前照灯的覆盖板(散射板)上，被反射器反射的光在从机动车前照灯射出时穿过该覆盖板。如果所产生的光分布应当是具有基本上水平的明暗界限的、变暗的光分布，则可以相应地选择反射器的形状，使得反射的并且由前照灯发出的光已经具有所希望的明暗界限，而为此不需要附加的用于遮挡一部分反射光线的器件。这样成形的反射器也称为自由形状反射器。
备选地，带有气体放电灯的发光模块也可以构成为所谓的投射模块，在该投射模块中，由气体放电灯发出的光首先被一个初级光学器件(例如反射器)集束并且然后由一个次级光学器件(例如投射透镜)成像，以便在机动车前方的行车道上产生所希望的光分布。如果所产生的光分布应具有基本上水平的明暗界限(例如用于产生变暗的光分布、如近光和雾光)和/或竖直的明暗界限(例如为了实现部分远光(在车辆前方的其他交通参与者被有针对性地从远光分布中渐隐)或标记光(在车辆前方的物体或人员被有针对性地照射))，则在光路中在初级光学器件和次级光学器件之间可以设置有至少一个相应的遮光装置，该遮光装置遮挡一部分被集束的光线。遮光装置的基本山水平延伸的上棱边(用于产生水平的明暗界限)和/或基本上竖直延伸的侧棱边(用于产生竖直的明暗界限)被次级光学器件作为明暗过渡部在车辆前方的行车道上成像。
为了改变由投射模块产生的光分布，遮光装置可以或远或近地插入光路中。按这种方式可以例如在近光和远光之间转换所产生的光分布或者改变被遮挡的区域(在部分远光时)的或被照亮的区域(在标记光时)的位置和/或延伸尺寸。此外，为了改变光分布可以改变遮光装置的成像的棱边的走向。此外可想到，例如在近光和远光之间还可以选择另外的光分布，这些另外的光分布通过遮光装置在用于近光的位置和用于远光的位置之间的中间位置和/或通过改变遮光装置的由次级光学器件成像的棱边的走向而限定。这样的另外的光分布例如是城市光分布、公路光分布、高速光分布、雨、雪或恶劣天气光分布或类似物。
气体放电灯通常以交流电运行，以便还避免在其间产生电弧的电极的过热和与此相关的结果直至气体放电灯的故障。气体放电灯只能有条件地变暗，亦即以减小的电流运行，因为在小的电流时电极冷却，其电子输出功由此升高或者说发射能力下降。电流越小，在以交流电运行时为了电流反向必须施加越大的重新点亮电压。低的电流或功率因而导致换向问题，这些换向问题作光跳动/光闪是可见的并且甚至可能导致电弧完全熄灭。
可考虑的是，用于气体放电灯的驱控电路这样设计，使得气体放电灯的变暗在交流电运行中是可能的。为了避免电极的过强冷却和与此相关联的换向问题，驱控电路可以在切换之前不久这样提高功率，即，例如将电流从对于运行常见的值(例如600mA)提高(例如到大致1A)。因此涉及在大致50％范围内的功率提高。由此可以在切换之前加热电极，从而输出功和因而对于切换必需的电压降低。但这与驱控电路和气体放电灯的较高的能量消耗以及较高的负荷和由此产生的降低的使用寿命由于电极的间歇的受热相关联。
较新结构型号的气体放电灯由于其特定的结构而提供这样的可能性，即从确定的不关键的电极温度起由交流电运行变换到直流电运行，而在此不损坏灯。在此，气体放电灯的电极这样构成，使得在直流电运行期间在一个电极上出现热力平衡，该热力平衡一方面考虑通过在电极上出现的电子/离子引起的温度提高和另一方面考虑通过经由电极材料的放热引起的温度降低。在直流电运行中，显著更小的功率是可能的，而不由于换向问题发生所述的光跳动或者甚至不发生完全的电弧熄灭。
为了气体放电灯的交流电运行通常使用所谓的H形桥接电路，该H形桥接电路包括四个可控的半导体开关元件、例如以晶闸管的形式，并且该H形桥接电路以下述方式将中间电路/链路直流电压转换成矩形的交流电压，即，一方面H形桥接电路的设置有负载一侧的桥臂以确定的频率在正的供给电压和地电势之间切换，而另一方面设置有负载另一侧的另一桥臂在地电势和正的供给电压之间切换。在此，负载上的电压作为各桥臂的差值电压得到，该差值电压便在正的中间电路电压和负的中间电路电压之间来回切换。在由现有技术已知的电路中，根据半导体电路及其驱控电子装置的构造能以或大或小的耗费维持持久的直流电运行。
在使用n通道Mosfet或IGBT作为高端开关时，在该高端开关中漏极与正的中间电路电压V+(例如V+＝500V)相连接，用于驱控的门电势必须比源电势至少高阈值电压Uth(例如Uth＝2至4V)。因为漏极与源在接通的状态下(例如导电的半导体开关中)处于几乎相等的电势，所以必须给门提供比中间电路电压V+至少高阈值电压Uth的电压Vg(例如Vg＝500V)。这根据现有技术通常以所谓的启动电路实现。该启动电路包括门驱动器，该门驱动器经由水平移动装置驱控并且该门驱动器的电压供给装置由被充电的启动电容器构成，该电容器的基点位于高端开关(相当于低端开关的漏极和H形桥接电路的输出端Uout)的源上并且该电容器的反极点经由高压启动二极管位于供给电压Vs(例如Vs＝10至12V)。当低端开关被驱控时，H形桥接电路的输出端Uout位于接地上并且启动电容器可以经由启动二极管充电到大致供给电压Vs。当桥接电路应被切换时，低端开关断开(中断)并且接着高端开关被驱控(导通)。由此，启动电容器经由门驱动器连接在门和高端开关的源之间充电，源的电势(相当于H形桥接电路的输出电压Uout)由此跳跃到中间电路电压V+。因此，整个启动电路在电势方面被迁移到中间电路电压V+并且截止启动二极管，其中，高端开关的门电压比中间电路电压V+(大致500V)高启动电压(大致10至12V)。
通过泄漏电流(门驱动器的供给+启动二极管的截止电流+电平转换器的截止电流)，启动电容器放电，由此高端开关在低于阈值电压Uth时不希望地并且自动地重新断开。这在气体放电灯的交流电运行时不产生问题，但导致明显限制气体放电灯可以在直流电运行中运行的持续时间。高端开关可以连续保持接通的最大时间由启动电容器的容量、泄漏电流、供给电压Vs和半导体电压的阈值电压Uth限定。但最大的持续时间在任何情况下在时间上受限制，由此确定交流电运行的最小工作频率。因此，利用所描述的由现有技术已知的驱控电路不能实现气体放电灯的较长的或者甚至不受限制的直流电运行。
为了尽管如此仍能实现气体放电灯的直流电运行，必须补充从启动电容器流出的电荷。这根据现有技术以耗费的高压泵电路(带有电容式充电泵的电平转换器或带有整流器的无电势的变压器绕组)实现。因此，为了补充从启动电容器流出的电荷例如由DE112007000465T2已知，使用已经采用的低压变压器的附加的变压器绕组、泄漏电流特别小的附加的高压二极管(例如设计为直至600V)以及附加的、与启动电容器并联的齐纳二极管。借助这些附加的电路元件，在交流电运行期间能以短时间的电流脉冲给启动电容器充电并且因此能补充流出的电荷。但所建议的解决方案具有如下缺点，即，该解决方案关于能量消耗或者说在附加的必需的构件方面具有显著附加的耗费。出于此原因，在DE112007000465T2中设有也仅用于启动电路的必需的附加构件。这具有下述的缺点，即直流电运行仅仅在一个方向上是可能的。此外，变压器绕组位于中间电路电压V+(大致500V)的电势上并且因此相对于低压变压器的低压必须耗费地绝缘。
发明内容
从所描述的现有技术出发，本发明的目的在于，尽管使用启动驱控装置、但无需耗费的附加措施或结构元件也能实现气体放电灯在直流电运行中的变暗或功率调低。
为了实现所述目的，从开头所述型号的方法出发而建议，在直流电运行中H形桥接电路的至少一个闭合的半导体开关为了再充电过程时而短时间地断开并且在充电过程结束时重新接通，其中，在流经H形桥接电路的桥臂的电流达到0安培的值之前，再充电过程结束。
本发明的一个重要方面是，通过脉冲形式地、时间非常短地断开H形桥接电路来对启动驱控装置的启动电容器进行再充电，而在此不熄灭光源。由于光源的感应式负载，在短时间地断开H形桥接电路时，流经H形桥接电路的桥臂的电流不是突然地改变，而是相对缓慢地、例如按照e函数改变。所谓的源-漏极二极管并联于H形桥接电路的半导体开关，这些二极管在半导体开关断开后作为自振荡二极管/自激二极管工作并且因此能实现自激电流流经H形桥接电路的桥臂，该桥臂由此自动从电势翻转到接地这又导致对启动电容器的充电。本发明具有这样的优点，即，可以节省如例如在DE112007000465T2中必需的附加构件及其到存在的驱控电路中的耗费的电集成。此外，本发明无附加耗费地允许沿两个方向的直流电运行。
在气体放电灯的交流电运行中，在H形桥接电路的每次短时间的切换过程(换向过程)中H形桥接电路的输出电压Uout被以这种方式换极到相同的大小(中间电路电压V+)、但带有不同的符号，即，左边的桥侧和右边的桥侧分别从接地向正的中间电路电压(+V+)或者从正的中间电路电压(V+)向接地切换。由此，流经桥臂的灯电流由于感应式负载按e函数形式以固定的时间常数降低，在一定的持续时间之后达到电流过零点，变换方向并且在数值方面向相反的方向重新升高。
在H形桥接电路的接通的(导通的)半导体开关被断开(断路或高阻抗)的时刻，电源的感应式负载的电感在相同的方向上进一步驱动灯电流，各桥侧的输出电势由此按下述方式自动翻转，即输出电容被充电或放电，直至与半导体开关并联的自振荡二极管承接电流。
之前连接在中间电路电压V+上的桥侧的启动电容器在该阶段期间由于泄漏电流而损失电荷，该桥侧由于高端开关的断开而翻转到接地上，该启动电容器可以经由启动二极管被重新充电。
在本发明中，人们利用该效应，并且因此能在灯电流达到电流过零点之前、亦即无需变换到交流电运行中地实现在相对短的持续时间期间在直流电运行中给启动电容器充电。因此存在如下可能性，即，不是如通常那样在交流电运行中在换极的方向上重新接通并且使电流完全转变，而是在原始的方向上重新接通并且使电流在达到过零点之前在原始的方向上重新升高。因此得到光源的直流电运行，其中，启动电路的启动电容器时而被充电，以便补充流出的电荷。
利用本发明可以使具有感应式负载、特别是气体放电灯的光源在使用具有H-桥的高端开关的启动门驱控装置的H形桥接电路情况下、在极其低的功率或者相对强的变暗时运行。同时避免了用于昂贵的附加泵电路的附加耗费。在本发明中，具有高压变压器绕组和/或高压二极管或高压晶闸管的附加传输装置也不是必需的。而是为了实现本发明仅仅动用驱控装置的已经存在的部件。最后，本发明也提供了降低启动电容器容量和将该启动电容器尺寸确定成比此前更小的可能性，因为该启动电容器在直流电运行期间时而被再充电。由此一方面由于容量降低的启动电容器的较小的结构形式节省电路板上的空间，并且另一方面节省成本。
启动电容器的再充电通常可以按确定的时间间隔进行。但再充电也可以与时间无关地总是当启动电容器的电压达到或者低于可预定的阈值时进行。阈值优选这样规定，使得在电容器中仍存在的电压在任何情况下都足以仍在可预定的持续时间期间安全地并且可靠地驱控H桥的半导体开关或者保持所述半导体开关打开。按这种方式可以确保，启动电容器的电压决不如此降低以至于H桥的半导体开关不再能被安全地并且可靠地驱控或保持打开。而是启动电容器直至成功再充电在任何情况下都具有足够高的电压。
附图说明
下面依据附图详细地阐述本发明的其它特征和优点。在此，所描述的特征可以分别单独地或者以任意的相互组合形成本发明。其中：
图1示出按照一种优选实施形式的按照本发明的机动车前照灯；
图2示出按照一种优选实施形式的按照本发明的发光模块；
图3示出按照第一实施形式的、用于实现按照本发明的方法的、按照本发明的电路；
图4示出在0至300μs的时间范围上、在图3的电路运行期间出现的不同信号曲线图；
图5示出在0至6μs之间的时间范围内的图4中的信号曲线图；
图6示出按照第二实施形式的、用于实现按照本发明的方法的、按照本发明的电路；
图7示出在0至300μs的时间范围上、在图6的电路运行期间出现的不同信号曲线图；
图8示出在0至6μs之间的时间范围内的图7中的信号曲线图。
具体实施方式
在图1中，按照本发明的前照灯整体用附图标记1标出。前照灯1包括壳体2，该壳体优选由塑料制成。前照灯1装入机动车车身前侧上的适当的安装开口中并且固定在其中。前照灯壳体2沿光射出方向3包括一个由透明的遮盖板4封闭的光出射口5。遮盖板4可以构成为带有在光学上起作用的成型件(例如圆柱透镜或棱镜)的所谓的散射板或者构成为不在光学上起作用的成型件的所谓的透明板。在所示的实施例中，在壳体2内部设置有两个发光模块6、7。当然，在壳体2中也可以设置有多于或少于所示的两个发光模块6、7。发光模块6、7用于实现前照功能或照明功能。在前照灯壳体2中的发光模块6、7可以构成为反射模块或者构成为投射模块。附加于发光模块6、7，仍可以设有另外的用于满足确定的照明功能(例如闪光、白天行驶灯光、转向灯光等)的模块，但这些模块在图1中未示出。在所示的实施例中，在前照灯壳体2的外侧上设置有一个用于控制前照灯1和/或个别发光模块6、7和/或发光模块6、7的个别构件的控制装置8。控制装置8可以例如具有用于发光模块6、7之一的气体放电灯的驱控电路。当然可以想到，控制装置8也设置在照明装置1的壳体2外部或内部的任意其他部位上。特别是可想到，控制装置8或其功能构件是设置在气体放电灯(例如D5S型号的灯)的背面上的点亮装置的集成部件。
下面依据图2示例性地详细阐述发光模块6、7之一。图2在此示出一个构成为投射模块的发光模块6。另一个发光模块7可以同样或者不同地例如构成为反射模块。发光模块6包括一个外部的保持框架9a，该保持框架经由两个限定一条水平转动轴线的支承件9b在保持框架9a的相对的两侧绕一条水平轴线9d可转动地支承在前照灯壳体2中。通过发光模块6绕水平轴线9d的偏转，可以改变照明宽度(所谓的照明宽度调节，LWR)。为了相对于壳体2调整保持框架9a，在保持框架9a的部位9c处铰接有一个操纵元件，例如以电磁铁或电机的形式。用于照明宽度调整的操纵元件固定在前照灯壳体2上并且在图2中未示出。
在保持框架9a内部设置有一个反射器10a。反射器10a优选绕水平的转动轴线10b在水平方向上可偏转地支承在保持框架9a中。通过反射器10a绕竖直轴线10b的偏转，发出的光束的方向可以在水平方向上改变并且特别是可以实现动态的转向灯光功能。在反射器10a的背面上设置有一个光源11并且该光源经由反射器颈部12固定在反射器10a上。光源11构成为气体放电灯，特别是构成为D5S型号的具有集成的点亮装置和集成的控制装置的气体放电灯。不仅点亮装置、而且控制装置优选在光源11的背面上包含在一个由金属制成的壳体13中。光源11的玻璃活塞(未示出)通过构成在反射器10a的顶点中的开口伸进反射器10a的内部中。在玻璃活塞中，在两个电极之间点亮电弧并且在气体放电灯11运行期间维持该电弧。通过电弧发射的光通过在反射器10a内侧上的反射面被集束并且基本上沿光发射方向3被反射。由反射器10a反射的光被设置在光路中的投射透镜14投射到机动车前方的行车道上，以产生确定的光分布。透镜14借助固定在反射器10a前边缘上的透镜支架15保持在光路中。
在反射器10a和投射透镜14之间设置有一遮光装置16，该遮光装置遮挡一部分被反射器10a反射的光。遮光装置16的上棱边17为了产生光分布的基本上水平的明暗界限而通过投射透镜14成像在行车道上。遮光装置16的上棱边17的位置及其走向优选是可变的。通过上棱边17的升高或降低，得到的光分布的明暗界限可以升高或降低。通过改变上棱边17的走向，可以改变光分布的明暗界限的走向。发光模块6可以按照该方式例如在近光和远光之间转换。此外，也可以得到不同的位于近光分布和远光分布之间的另外的光分布，例如城市光分布、公路光分布或高速光分布。此外，通过改变遮光装置16的起作用的上棱边17的走向，例如可以实现部分远光的功能(迎面而来的或在前方行进的交通参与者被有针对性地从远光分布渐隐)或者标记光的功能(车辆前方的人员或物体被有针对性地以设置在明暗界限上方的光束照射)。
为了实现反射器10a绕竖直转动轴线的偏转运动并且为了改变遮光装置16的上棱边17的位置和走向，在发光模块6的下侧上设置有两个分开的操纵元件，在图2中只能看到这两个操纵元件中的一个、操纵元件18。各操纵元件18在外面用法兰连接在变速箱19上，该变速箱包括转向变速器。各操纵元件18优选构成为电机、特别是步进电机。在变速箱19中的转向变速器将电机18的转动运动转换成基本上直线的操纵运动，用于使反射器10a绕轴线10b偏转运动以及用于改变遮光装置16的上棱边17的位置和/或走向。
带有气体放电灯11的发光模块6本身设计用于以交流电运行。在发光模块6的正常运行中，该发光模块因此也以交流电运行。但因为气体放电灯11在运行期间释放相对多的热量，所以特别是在相对高的外部温度和缺少冷却时(例如当车辆在长时间连贯行驶之后突然停止，该长时间连贯行驶已经导致车辆发动机和整个发动机舱强烈升温)可能发生下述情形，即，在照明装置1的发光模块6和/或控制装置8的周围环境中的温度升高超过允许的尺度，从而气体放电灯11的安全并且可靠的运行不再能得到保证。在这样的情况下，放出的热量由于损失功率的减小而降低。这通过功率较小、特别是电流较小的气体放电灯11的运行而实现。出于此原因，应这样设计或驱控现代的气体放电灯11，使得它们也能够超过较长的时间段变暗、亦即以降低的电流运行。
通过以交流电运行气体放电灯11还可以避免电极的过热，在这些电极之间点亮电弧并且在灯11运行期间维持该电弧。但在交流电降低时电极将会冷却，由此其电子输出功将会升高或者说发射能力将会降低。出于此原因，在交流电运行模式中运行的气体放电灯11仅能有条件地变暗。原则上，电流越低，为了电流反向必须施加更大的重复点亮电压。气体放电灯的低的电流或功率因而导致换向问题，这些换向问题作为光跳动可感觉到并且甚至可能导致电弧熄灭。在功率调低时，在较新结构形式的某些气体放电灯中存在如下可能性，即，从确定的不关键的电极温度起由交流电运行转换到直流电运行，而在此不损坏灯11。在直流电运行中，显著更低的功率是可能的。但必须以附加的耗费和成本换取较长的直流电运行的可能性。
为了交流电运行通常使用一个H形桥接电路(图3中的附图标记25)，该H形桥接电路包括四个可控的、在图3中用HSL、HSR、LSL、LSR标出的半导体开关、例如以晶闸管的形式。在H形桥接电路25的桥臂之间(在UoutL和UoutR之间)连接着气体放电灯11(GDL)。其由于点亮器的感应式负载用Lz标出。H形桥接电路25将中间电路直流电压V+变换成作用在桥臂上的矩形的交流电压。根据半导体开关HSL、HSR、LSL、LSR的实施形式及其驱控电子装置，能够以或多或少的耗费维持持久的直流电运行。
在使用n通道Mosfet或IGBT作为高端开关(HSL或HSR)时，在该高端开关中漏极与正的中间电路电压V+相连接，用于驱控的门电势必须比电源电势至少高阈值电压Uth。中间电路电压V+例如为500V。因为漏极D和源S在接通的(导通的)状态下处于几乎相等的电势，所以必须给门G提供比中间电路电压V+高至少阈值电压Uth的电压Vg。例如为门提供Vg＝510V的电压。
H形桥接电路25的低端开关(LSL或LSR)的驱控可以直接经由示出的驱控装置20实现。H形桥接电路25的高端开关(HSL或HSR)的驱控在图3的实例中经由所谓的启动电路24进行。电路24包括一个门驱动器22，该门驱动器经由一个电平转换器23驱控。门驱动器22的电压供给装置由一个被充电的启动电容器Cb构成，该启动电容器的基点位于高端开关HSL的源S中(这相当于低端开关LSL的漏极D和H形桥接电路25的输出端UoutL)并且该启动电容器的对极经由高压启动二极管Db位于供给电压Vs上。供给电压Vs例如为10V。在图3中仅仅示出用于左边的高端开关HSL的启动电路24。当然，替代地或者附加地可以设有相应的启动电路也用于其它的高端开关HSR。在本说明书中上面的和下面的、用于经由启动电路24驱控高端开关HSL的门G的实施形式以相应的方式也适用于经由相应的启动电路驱控其它高端开关HSR的门G。
如果在交流电运行中驱控低端开关LSL或LSR(闭合或导通)，H形桥接电路25的输出端UoutL或UoutR接地并且设定用于相应的高端开关HSL或HSR的启动电路24的启动电容器Cb可以经由该电路24的启动二极管Db充电到大致供给电压Vs的值。如果应当切换H形桥接电路25，则断开低端开关LSL或LSR(打开或中断)并且接着驱控高端开关HSL或HSR(导通或闭合)。启动电容器Cb由此经由门驱动器22连接在高端开关HSL或HSR的门G或源S之间充电，源S(相当于H形桥接电路25的输出端UoutL或UoutR)的电势由此跳跃到中间电路电压V+。因此，整个启动电路24在电势方面转移到中间电路电压V+(例如500V)并且截止启动二极管Db，其中，高端开关HSL或HSR的门电压Vg比中间电路电压V+高了启动电压(启动电容器Cb的电势)。
通过泄漏电流(门驱动器22的供给+二极管Db的截止电流+电平转换器23的截止电流)，启动电容器Cb放电，其中，通过低于阈值电压Uth，高端开关HSL或HSR不想要地或自动地重新断开。高端开关HSL或HSR可以保持接通的最长时间因此由启动电容器Cb的容量、半导体开关HSL、HSR的阈值电压Uth、供给电压Vs和泄漏电流限定，但在各种情况下在时间上有限，由此确定交流电运行的最小工作频率。为了也能实现气体放电灯11的更长的、不受限制的直流电运行，必须补充从启动电容器Cb流出的电荷，这利用在图3中示出的电路可以简单并且快速地实现。
在交流电运行中，在每次换向过程中(在H形桥接电路25切换时)H形桥接电路25的输出电压Uout以这样的方式换极到相同的大小(中间电路电压V+)、但带有不同的符号，即，左边的和右边的桥侧分别从接地向正的中间电路电压(+V+)或从正的中间电路电压(+V+)向接地切换。灯电流I(Lz)由此由于点亮器电感Lz按照e函数以固定的时间常数降低，达到电流过零点，变换方向和重新升高。
在半导体开关HSL、HSR、LSL、LSR断开(断路或是高阻抗的)的时刻，点亮器电感Lz沿相同的方向进一步驱动灯电流，由此各桥侧的输出电势通过使输出电容充电或放电而自动翻转，直至与半导体开关HSL、HSR、LSL、LSR并联的自振荡二极管26接收该电流。首先切换到正的中间电路电压V+上的桥侧的启动电容器Cb在该阶段期间由于泄漏电流而失去电荷，该电荷通过高端开关HSL的断开而翻转到接地，该启动电容器Cb由此经由启动二极管Db重新被充电。
本发明利用下述效应，即在灯电流I(Lz)达到电流过零点之前电容器Cb可被重新充电，这可能已经是在几微秒之后的情况。该效应因而能实现启动电路24的电容器Cb在直流电运行中的再充电。在此，灯电流I(Lz)不是如在交流电运行中常见的那样在达到过零点之后沿换极的方向重新接通并且完全转换，而是仍在达到过零点之前沿原始方向重新接通和升高。
按照本发明，在电路的直流电运行中H形桥接电路25的至少一个闭合的半导体开关HSL、LSR或HSR、LSL在再充电过程的范围内时而短时间地断开(断路或断开)，其中，仍在流经H形桥接电路25的桥臂的电流达到0安培的值之前，所述至少一个半导体开关HSL、LSR的再充电过程结束。再充电过程有利地持续小于5μs、特别是2μs、特别优选地1μs。在两个彼此相继的再充电过程之间的间隔，也就是说再充电的频率，这样选择，使得启动电路24的启动电容器Cb的电荷在下一再充电过程之前仍足够大，以便安全地驱控H形桥接电路25的所述至少一个闭合的高端开关HSL或HSR并且将其保持在闭合状态。在两个彼此相继的再充电过程之间的间隔有利地在毫秒范围内选择并且尤其是大致为2.5ms(再充电频率大致为400Hz)。
图3示出按照第一实施形式的按照本发明的电路。用于该电路的信号曲线在图4中和放大地在图5中绘出。按图3至5的第一实施形式，在直流电运行中不仅H形桥接电路25的作为高端开关工作的闭合的半导体开关HSL或HSR、而且H形桥接电路25的作为低端开关工作的闭合的半导体开关LSR或LSL时而短时间地断开。因此断开两个引导负载电流27的半导体开关HSL、LSR或HSR、LSL。由此完全断开H形桥接电路25。该功能能在大多数的常用驱动器22中以对于本发明必需的快速性实现，从而该实施形式能以用于气体放电灯11的常用驱控电路、尤其是以常用启动电路24实现。
通过断开半导体开关HSL、LSR，设置有之前被操纵的高端开关的那个桥侧自动翻转到接地，在图3的实例中是左边的桥侧。不过另一桥侧也自动翻转到中间电路电压V+。因此，H形桥接电路25的输出电压Uout被换极。电流因而在自激电路28中经过两个截止的、之前无电流的半导体开关HSR、LSL流到正的中间电路电压V+的输出电容器Cdc上。在图3中通过箭头和以附图标记27示出负载电流回路，并且同样通过箭头和以附图标记28标出。
当气体放电灯11在直流电运行中运行时，自激电流28通过点亮器电感Lz由于灯电压本身并且此外由于首先同样大的中间电路电压V+被制动。但电压V+在该阶段期间甚至仍升高，因为输出电容器Cdc被充电。灯电流I(Lz)在该电路形式中将会接近于负的初始值并且因而在一定的时间之后步进电流过零点。这将会相当于在交流电运行中的正常的换向。在再充电过程开始和达到电流过零点之前之间的时间期间，启动电容起Cb被再充电。当存在快速的启动二极管Db(由于相对短的脉冲)或者更大的点亮器电感Lz时，该实施形式是特别有利的。该变型方案能以各种正常的足够快工作的驱控电路实现。
在图4a和5b中示出了灯电流I(Lz)在按照本发明的直流电运行期间的曲线。可看出，灯电流I(Lz)在再充电过程持续期间从在再充电过程开始时例如在1.0μs时的、例如为300mA的原始值降低到在再充电过程结束时的大致小于150mA的值。在再充电过程结束之后，灯电流I(Lz)便重新升高到为300mA的原始值。在图5a中，再充电过程明显在达到电流I(Lz)的过零点之前结束。如果再充电过程没有及时结束、亦即如果半导体开关HSL、LSR没有及时重新接通，则电流将会如在常规的交流电运行中常见的那样达到零点并且在接通其它的桥接方向HSR、LSL时转向并且朝-300mA的方向运行。这在图5a中通过虚线箭头示出。
图4b和5b示出中间电路电压V+、桥接电路25左侧的输出电压UoutL以及左边和右边桥侧的桥输出电压差值Uout＝UoutL-UoutR、亦即在桥接电路25的桥臂之间出现的电压的曲线。左边桥侧的电势UoutL的曲线通过虚线示出，而桥输出电势Uout的曲线在图5b中以实线示出。可看出，H形桥接电路25的左侧自动翻转到接地(0V)(虚线)，而H形桥接电路25的输出电压翻转到负的中间电路电压V+的值(在本实例中到-60V)。在图5b中可清楚地看出在再充电过程期间在H形桥接电路25的左侧或输出端上的电势的不同曲线。在纯直流电运行期间、亦即在再充电过程之外，各电势曲线在很大程度上一致。在图4b中可看出中间电路电压V+(点划线)在再充电过程期间的略微升高。这应归因于输出电容器Cdc的反向供给。H形桥接电路25的输出Uout在再充电过程期间在所示的实例中为中间电路电压V+的负值、这里亦即为-60V。中间电路电压V+的曲线在图4b和5b中通过点划线示出。在图4和5的图表中，电压说明V(Ux，Uy)表示结点x和y的电压差值Ux-Uy，电压说明V(UoutL，UoutR)表示电压差值UoutL-UoutR、以及Uout。电压说明V(UgHSL，UoutL)表示电压差值UgHSL-UoutL＝U门-U源＝Ugs(HSL)。
图4c和5c示出用于高端开关HSL的门-源电压UgHSL-UoutL的驱控信号的曲线以及因而切换过程的开始和结束。门驱控开关在t＝1.0μs时具有下降沿、而在t＝3.0μs时具有上升沿。此外，图4c、5c示出施加在启动电容器Cb上的电压Vb-UoutL的曲线和因而电容器Cb的充电状态。用于高端开关HSL的门G的驱控信号V(VGHSL-UoutL)以实线示出，而施加在电容器Cb上的电压V(Vb-UoutL)的曲线用虚线示出。根据图4c可清楚地看出，启动电容器Cb的电荷在正常的直流电运行中、亦即在再充电过程之外由于泄露电流而持续减小。此外可清楚地看出，在再充电过程期间，电荷在极短的时间内重新提升到其原始值。
在图6中示出按照一种优选实施形式的用于实现本发明的另一驱控电路。相应的信号曲线在图7中和放大地在图8中绘出。按照该实施形式，在直流电运行中仅仅H形桥接电路25的作为高端开关工作的原始闭合的半导体开关HSL时而短时间地切换。因此仅仅断开(断路或断开)导通的高端开关。这是在电流从左上方向右下方流时的左边的高端开关HSL(参见图6、负载电流27)。这是在电流从右上方向左下方流时的右侧的高端开关HSR(在图6中未示出)。该桥侧的低端开关LSR或LSL不必接通、但可以接通。另一桥侧在接地并且保持接地，从而低端开关LSL或LSR保持接通。因此仅仅其启动电容器Cb应被充电的桥侧自动翻转到接地。H形桥接电路25的输出电压因此为0V。由此，电流在自激电路28中仅流过两个下面的低端开关LSL、LSR。流过H形桥接电路25的点亮器电感Lz和因而流经桥臂的电流仅仅通过灯电压本身被制动。电流I(Lz)将会在该电路形式中相对缓慢地根据e函数接近于过零点(0安培)，但不步进电流过零点。由此，与在图3至5的第一实施形式中相比，在该实施形式中保持明显更多的时间用于对启动电容器Cb再充电直至灯电流如此小以至于在气体放电灯11中的电弧将会熄灭。第二实施形式以这样的可能性为前提条件，即可以单独地驱控高端开关HSL或HSR，这在现今在市场上可获得的有些H形桥驱动器22或启动电路24中仍未设定。
在图7和8中示出的信号曲线对于与在用于第一实施形式的图4和5中相等的大小绘出。可清楚地看出，在第二实施形式中再充电过程虽然同样在1μs至3μs之间起作用、亦即总共持续2μs。不过，灯电流I(Lz)比在第一实施形式(参见图5b)中明显更缓慢地降低(参见图8a)，因为灯电流I(Lz)在断开过程结束时仅仅降低到大致小于225mA。图8b示出在断开过程开始时H形桥接电路25的左侧自动翻转到接地。在临近再充电过程结束时，H形桥接电路25的输出Uout接地。按照图7c和8c的、再充电过程的接通和切断以及启动电容器Cb的充电过程基本上与按照第一实施形式(参见图4c和5c)的再充电过程的接通和切断以及电容器Cb的充电过程相当。
对于气体放电灯11，再充电过程的持续时间在几微秒的范围内，而在再充电过程之间的纯直流电阶段在毫秒范围内。也就是说，再充电脉冲的重复率可以在与真正的交流电运行相同的频率、亦即在400Hz左右的范围内。在此，在再充电脉冲期间短时间地断开电流I(Lz)(参见图4a和7a)在由发光模块发出的光中对于人眼是不可见的。尽管按照本发明在直流电运行期间总是重新短时间地实施再充电过程，但在本发明中仍可以讨论气体放电灯11在直流电运行中并且不是大致在交流电运行中运行。决定性的是，在本发明中在直流电运行中不进行电流的换向(方向改变)，如这是在交流电运行中的情况。
在几微秒范围内的短的再充电时间意味着，控制再充电过程的微型控制器必须能够输出在微秒范围内的非常短的控制脉冲。
在本发明的第一实施形式中，25瓦气体放电灯可以在直流电运行中直至变暗低于15W。第二实施形式或为此设置的快速驱动器22和各个半导体开关的分开的驱控可能性可以集成在新要开发的H电桥模块中。对于25瓦灯，可想到功率调低直至低于10瓦。
本发明可以用在所有的、设计有直流电运行以降低功率的那些气体放电灯中。这尤其是目前在开发中的、D5型号的25瓦气体放电灯中是这样的情况。带有集成的点亮装置和集成的控制装置的25瓦气体放电灯目前名称为“D5S”。此外，利用本发明可以在任意型号的气体放电灯中延长或者以非常小的启动电容器Cb执行前两次必需的较长的、在点亮电弧之后对于加热电极所需的直流电阶段，也就是说，从结构形状/容量方面减小该电容器。但利用本发明当然也可以以直流电流运行其它的感应式负载、如例如电机或电磁铁，该其它的感应式负载应当被调节导通并且为该其它的感应式负载便可以想到使用启动H形桥接电路。

Claims (16)

1.一种用于以直流电运行机动车前照灯(1)的、本身设计以交流电运行的光源(11)的方法，其中，所述光源(11)具有感应式的负载(Lz)、该光源设置在具有四个半导体开关(HSL，HSR，LSL，LSR)的H形桥接电路(25)的桥臂之间并且在交流电运行中经由H形桥接电路(25)被加载交流电，其中，H形桥接电路(25)的两个设置在上方的半导体开关(HSL，HSR)分别经由带有各一个启动电容器(Cb)的启动电路(24)被驱控，其特征在于，在直流电运行中H形桥接电路(25)的至少一个闭合的半导体开关(HSL，LSR；HSR，LSL)时而为了再充电过程短时间地断开并且在充电过程结束时重新接通，其中，在流经H形桥接电路的桥臂的电流(I(Lz))达到0安培的值之前，再充电过程结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再充电过程持续小于5微秒、尤其是2微秒、特别优选1微秒。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在两个彼此相继的再充电过程之间的间隔如此选择，使得启动电路(24)的启动电容器(Cb)的电荷在下一再充电过程之前仍足够大，以便安全地驱控H形桥接电路(25)的所述至少一个闭合的半导体开关(HSL；HSR)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在两个彼此相继的再充电过程之间的间隔在毫秒范围内选择，尤其是大致为2.5毫秒。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在直流电运行中为了再充电过程不仅H形桥接电路(25)的作为高端开关工作的闭合的半导体开关(HSL；HSR)、而且H形桥接电路(25)的作为低端开关工作的闭合的半导体开关(LSR；LSL)都时而短时间地断开。
6.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，在直流电运行中为了再充电过程仅仅H形桥接电路(25)的作为高端开关工作的闭合的半导体开关(HSL；HSR)时而短时间地断开。
7.一种用于以直流电运行机动车前照灯(1)的、本身设计以交流电运行的光源(11)的电路，其中，所述光源(11)具有感应式负载(Lz)，所述电路包括：
一具有四个半导体开关(HSL，HSR，LSL，LSR)的H形桥接电路(25)，用于在交流电运行中给光源(11)加载交流电，其中，所述光源(11)设置在H形桥接电路(25)的桥臂之间；
以及具有各一个启动电容器(Cb)的启动电路(24)，这些启动电路(24)分别用于驱控H形桥接电路(25)的设置在上面的半导体开关(HSL，HSR)之一，
其特征在于，所述电路具有用于在直流电运行中通过短时间地断开和重新接通H形桥接电路(25)的至少一个闭合的半导体开关(HSL，LSR；HSR，LSL)来给启动电容器(Cb)偶尔再充电的器件，其中，再充电过程的持续时间这样设定，使得在流经H形桥接电路(25)的桥臂的电流(I(Lz))达到0安培的值之前，再充电过程结束。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述再充电过程的持续时间小于5微秒、尤其是大致2微秒、特别优选大致1微秒。
9.根据权利要求7或8所述的电路，其特征在于，在两个彼此相继的再充电过程之间的间隔如此选择，使得启动电路(24)的启动电容器(Cb)的电荷在下一再充电过程之前仍足够大，以便可靠地驱控H形桥接电路(25)的所述至少一个闭合的半导体开关(HSL；HSR)。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，在两个彼此相继的再充电过程之间的间隔在毫秒范围内选择，尤其是大致为2.5毫秒。
11.根据权利要求7至10之一所述的电路，其特征在于，所述器件在直流电运行中时而短时间地切换不仅H形桥接电路(25)的作为高端开关工作的闭合的半导体开关(HSL；HSR)、而且H形桥接电路(25)的作为低端开关工作的闭合的半导体开关(LSR；LSL)。
12.根据权利要求7至10之一所述的电路，其特征在于，所述器件在直流电运行中时而短时间地切换仅仅H形桥接电路(25)的作为高端开关工作的闭合的半导体开关(HSL；HSR)。
13.一种机动车前照灯(1)的发光模块(6；7)，该发光模块(6；7)包括具有感应式负载(Lz)的光源(11)和用于使光源(11)运行的电路，其特征在于，所述电路按照权利要求7至12之一构造而成。
14.根据权利要求13所述的发光模块(6；7)，其特征在于，所述电路是光源(11)的控制装置(8)的一部分。
15.根据权利要求13或14所述的发光模块(6；7)，其特征在于，所述光源(11)构成为气体放电灯、特别是构成为具有集成的点亮装置和集成的控制装置的、D5型号的25瓦气体放电灯。
16.一种机动车前照灯(1)，包括壳体(2)和至少一个设置在壳体(2)中的发光模块(6；7)，该壳体带有被透明的遮盖板(4)封闭的光出射口(5)，其特征在于，所述至少一个发光模块(6；7)根据权利要求13至15之一构造而成。
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