DE10063325A1 - Einrichtung zum Starten und Betreiben einer Gasentladungslampe in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Einrichtung zum Starten und Betreiben einer Gasentladungslampe in einem Kraftfahrzeug

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DE10063325A1
DE10063325A1 DE2000163325 DE10063325A DE10063325A1 DE 10063325 A1 DE10063325 A1 DE 10063325A1 DE 2000163325 DE2000163325 DE 2000163325 DE 10063325 A DE10063325 A DE 10063325A DE 10063325 A1 DE10063325 A1 DE 10063325A1
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    • H05B41/14Circuit arrangements
    • H05B41/26Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/288Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
    • H05B41/292Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2921Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
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Abstract

Beschrieben wird eine Einrichtung zum Starten und Betreiben einer Gasentladungslampe in Kraftfahrzeugen. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist einen Schaltregler auf und einen Regler zur Regelung der Ausgangsleistung des Schaltreglers. DOLLAR A Die Einrichtung weist eine Spannungsteileranordnung auf, die einen von der Eingangsspannung abhängigen Maximalspannungswert erzeugt, sowie einen Begrenzer, der den Wert des vom Regler an den Schaltregler gegebenen Regelsignals auf einen Maximalspannungswert begrenzt. Hierdurch wird die vom Vorschaltgerät maximal aufgenommene Leistung bei kleiner werdender Eingangsspannung reduziert, so daß der Eingangsstrom einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Starten und Betreiben einer Gasentladungslampe in einem Kraftfahrzeug, mit einem primärgetakteten Schaltregler zur Versorgung einer Lampenansteuerungseinrichtung für die Gasentladungslampe, mit einer Einrichtung zur Erfassung der Ausgangsleistung des Schaltreglers, mit einem Regler, der aufgrund der Ausgangsleistung ein Regelsignal zur Beeinflussung des Primärstroms des Schaltreglers erzeugt, mit einem Begrenzer, zur Begrenzung des Regelsignals und mit einer Steuereinrichtung, die der Gasentladungslampe einen Leistungssollwert vorgibt.
Eine solche Einrichtung ist in der DE 43 31 952 A1 beschrieben. Bei dieser bekannten Einrichtung, die auch als Vorschaltgerät bezeichnet wird, gibt die Steuereinrichtung in der Lampenanlaufphase dem Regler einen erhöhten Leistungssollwert vor und steuert gleichzeitig den Begrenzer an, so daß der Begrenzer während der Anlaufphase einen erhöhten maximalen Primärstrom zuläßt. In der stationären Brennphase der Gasentladungslampe bewirkt die Steuereinrichtung, daß sowohl der Leistungssollwert als auch die maximal vom Begrenzer zugelassene Primärstromstärke auf einen niedrigeren Wert abgesenkt ist. Hierdurch wird eine Überlastung des Schaltreglers bei Absinken der Bordnetzspannung vermieden.
Der Betrieb einer Gasentladungslampe erfolgt im allgemeinen mit konstanter Leistung. Dies hat zur Folge, daß auch die Leistung die ein Vorschaltgerät aufnimmt nahezu konstant ist. Bei sinkender Eingangsspannung führt dies zwangsläufig zu einem steigenden Eingangsstrom. Besonders kritisch ist hier der Startvorgang, der ca. die doppelte Leistung erfordert. Erfolgt dieser Start bei minimaler Bordnetzspannung (UB = 9 V) und gleichzeitig sehr hohem Bordinnenwiderstand (Ri = 150 mOhm), so können extrem hohe Eingangsströme entstehen. Diese sind sowohl für das Bordnetz (Batterie, Leistungsschalter, Verkabelung) als auch für das Vorschaltgerät sehr schädlich.
Die Erfindung hat die Aufgabe die vom Vorschaltgerät maximal aufgenommene Leistung bei kleiner werdender Eingangsspannung zu reduzieren, so daß der Eingangsstrom einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Spannungsteileranordnung einen von der Eingangsspannung abhängigen Maximalspannungswert erzeugt und daß der Begrenzer den Wert des vom Regler an den Schaltregler gegebenen Regelsignals auf den Maximalspannungswert begrenzt.
Erfindungsgegenstand ist somit eine Einrichtung, die die aufgenommene Leistung des Vorschaltgeräts durch die variable Begrenzung des maximalen Primärstroms des Schaltreglers und die Abhängigkeit dieser Begrenzung von der Eingangsspannung des Vorschaltgeräts beeinflußt. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß die Spannungsteileranordnung aus zwei Spannungsteilern besteht, wobei ein erster Spannungsteiler eine zur Eingangsspannung proportionale Stellgröße erzeugt und ein zweiter Spannungsteiler an einer konstanten Spannung anliegt, daß ein Widerstand die Stellgröße auf den Verbindungspunkt des zweiten Spannungsteilers koppelt, und daß von dem Verbindungspunkt des zweiten Spannungsteilers der Maximalspannungswert ausgekoppelt wird, durch den der maximalen Primärstrom begrenzt wird.
Eine solche Spannungsteileranordnung ermöglicht vorteilhaft eine effektive, frei dimensionierbare Begrenzung des maximalen Eingangsstroms in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Vorschaltgerätes. Vorteilhaft ist auch, daß diese Anordnung eine sehr einfache Schaltung darstellt, die gegenüber der bekannten Schaltung nur einen geringen Mehraufwand an Bauteilen und Kosten verursacht.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Starten und Betreiben einer Gasentladungslampe (1) in einem Kraftfahrzeug anhand eines Blockschaltbildes. Eine durchbrochen dargestellte Umrandung enthält die Bauelemente eines primärgetakteten Schaltreglers (2), der sehr einfach als Sperrwandler ausgebildet ist.
Bei diesem ist die primärseitige Wicklung eines Transformators (8) über ein Eingangsfilter (16) mit einer Spannungsquelle (9), speziell zum Beispiel mit dem Bordnetzspannung (UB), eines Kraftfahrzeuges, verbunden. Weiterhin ist in den Primärkreis des Schaltreglers (2) ein Leistungsschalter (10) und eine Stromerfassungseinrichtung (11) geschaltet.
Der Leistungsschalter (10) erhält über ein RS-Flip-Flop (19) regelmäßige Einschaltsignale von einem Taktgeber (12). Ein Vergleicher (13) schaltet über den Reseteingang des RS-Flip-Flops (19) den Leistungsschalter (10) jeweils dann wieder aus, wenn das von der Stromerfassungseinrichtung (11) an seinen ersten Eingang gegebene Signal über die Höhe des Primärstroms (Ip) den Wert des begrenzten Regelsignals (US1) erreicht, den ein Begrenzer (6) auf einen zweiten Eingang des Vergleichers (13) gibt. Die sekundärseitige Wicklung des Transformators (8) ist an einen Gleichrichter (14) angeschlossen, welcher am Ausgang des Schaltreglers (2) eine gegenüber der Spannung des Bordnetzes (9) erhöhte Gleichspannung abgibt.
Der Schaltregler (2) ist somit ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler und bildet eine zur Versorgung der Lampenansteuerungseinrichtung (3) benötigte hochohmige Spannungsquelle aus.
Da die Gasentladungslampe (1) mit Wechselspannung betrieben werden muß, beinhaltet die Lampenansteuerungseinrichtung (3) einen Wechselrichter (17) sowie ein Zündgerät (18), welches die zur Zündung benötigten Hochspannungsimpulse liefert. Da der genaue Aufbau solcher Lampenansteuerungseinrichtungen (3) bekannt ist, soll an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden
Zwischen dem Gleichrichter (14) und der Lampenansteuerungseinrichtung (3) ist eine Einrichtung (4) zur Erfassung der vom Schaltregler (2) abgegebenen Leistung eingefügt. Die Einrichtung (4) erzeugt z. B. durch Erfassung von Ausgangsstrom (I) und Ausgangsspannung (U) des Schaltreglers (2) ein Ausgangsleistungssignal (Pist), welches der Ausgangsleistung des Schaltreglers (2) entspricht. Dieses Ausgangsleistungssignal (Pist) gibt die Leistungserfassungseinrichtung (4) auf einen Eingang des Reglers (5). Eine Steuereinrichtung (7) beaufschlagt einen weiteren Eingang des Reglers (5) mit einem Leistungs-Soll-Signal (Psoll). Der Regler (5) erzeugt ein von der Differenz zwischen Leistungs-Soll-Wert (Psoll) und Ausgangsleistungssignal (Pist) und von der Dauer des Vorliegens dieser Differenz abhängiges Regelsignal (US) und führt es dem Begrenzer (6) zu, welcher das Regelsignal (US) auf einen Maximalspannungswert (Ulimit) begrenzt bzw. ein vom Regelsignal abhängiges Signal (US1) abgibt, das auf den Maximalspannungswert (Ulimit) begrenzt ist.
Der Maximalspannungswert (Ulimit) ist von der Eingangsspannung (UC) des Schaltreglers abhängig, wobei die Eingangsspannung (UC) der Bordnetzspannung (UB) nach Passieren des Eingangsfilters (16) entspricht. Hierzu ist eine Spannungsteileranordnung (15) vorgesehen, die aus einem ersten Spannungsteiler (R1, R2) besteht, der eine Stellgröße (UCL) erzeugt, die proportional zur Eingangspannung (UC) des Vorschaltgeräts ist. Ein zweiter Spannungsteiler (R3, R4) erzeugt aus einer konstanten Referenzspannung (UREF) den zunächst konstanten Maximalspannungswert (Ulimit). Die beiden Spannungsteiler werden über einen Widerstand (R5) verkoppelt, so daß ein variabler von der Eingangsspannung (UC) abhängiger Anteil dem Maximalspannungswert (Ulimit) überlagert wird. Die Höhe der Überlagerung wird durch das Verhältnis der Innenwiderstände der Spannungsteiler zueinander und durch den Wert des Widerstands (R5) bestimmt.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist wie folgt:
Zur Regelung der der Gasentladungslampe (1) zugeführten Leistung erfaßt die Leistungserfassungseinrichtung (4) den momentan vom Gleichrichter (14) an die Lampenansteuerungseinrichtung (3) abgegebene Ausgangsleistung (Pist).
Dieser Leistungs-Ist-Wert wird neben einem Leistungs-Soll-Wert (Psoll), welchen die Steuereinrichtung (7) vorgibt, dem Regler (5) zugeführt, welcher als I-Regler ausgebildet ist oder einen I-Regler beinhaltet und die Leistungsdifferenz (Psoll minus Pist) aufintegriert.
Das so gebildete Reglersignal (US) gibt der Regler (5) an den Begrenzer (6), welcher dessen Wert auf einen Maximalwert (Ulimit) begrenzt, falls er einen vorgegebenen Maximalwert (Ulimit) übersteigt. Das so begrenzte Reglersignal (US1) gibt der Begrenzer (6) als Soll-Wert an den Vergleicher (13), welcher die Primärstromstärke (Ip) des Schaltreglers (2) steuert.
Der Strom durch die Primärspule des Transformators (8) des Schaltreglers (2) wird durch den Taktgeber (12) und das RS-Flip-Flop(19) periodisch über den Leistungsschalter (10) eingeschaltet und steigt dann zeitlich linear an. Ein der Stärke des Primärstroms (Ip) entsprechendes Signal gibt die Stromerfassungseinrichtung (11) an den Vergleicher (13), welcher durch Zurücksetzen des RS-Flip-Flops (19) über den Leistungsschalter (10) den Primärstrom (Ip) abschaltet, sobald das von der Stromerfassungseinrichtung (11) abgegebene Signal das vom Begrenzer (6) vorgegebene Signal (US1) erreicht. Nach dem Abschalten des Primärstromes (Ip) überträgt der Transformator (8) die in seiner Primärspule gespeicherte Energie auf seine Sekundärspule. Da die jeweilige Einschaltdauer des Leistungsschalters (10), und damit die Höhe des Primärstromes (Ip) ein Maß für die übertragene Leistung darstellt, erhält man so einen Regelkreis zur Konstanthaltung der Ausgangsleistung des Schaltreglers (2).
Die Höhe der sich so einstellenden Ausgangsleistung des Schaltreglers (2) gibt die Steuereinrichtung (7) dem Regler (5) in Form des Leistungs-Soll-Wertes (Psoll) vor. Dieser Leistungs-Soll-Wert (Psoll) entspricht etwa der Brennleistung der Gasentladungslampe (1).
Muß der Schaltregler viel Leistung übertragen steigt der Wert des Regelsignals (US) und damit auch der Primärstrom (Ip). Das Regelsignal (US) wird auf den Wert Ulimit begrenzt um zu verhindern, daß der Primärstrom (Ip) einen definierten maximalen Wert überschreitet und den Kern des Transformators (8) sättigt. Hierdurch wird automatisch auch die maximal übertragbare Leistung begrenzt. Durch die Verknüpfung mit der Eingangsspannung (UC) fällt das Signal Ulimit, wenn die Eingangsspannung (UC) fällt. Die Reduzierung von Ulimit führt automatisch zu einer Reduzierung des maximalen Regelsignals (US1) und damit zu einer Reduzierung des maximalen Primärstroms (Ip). Die übertragene Energie und damit auch die Leistung wird kleiner, dadurch kann der Eingangsstrom nicht weiter ansteigen obwohl die Spannung kleiner wird.
Hierdurch führt ein Absinken der Bordnetzspannung lediglich zu einem Ansteigen des Primärstromes (Ip) bis zu einem maximal zulässigen ungefährlichen Wert, der durch den mit der Eingangsspannung (UC) absinkenden Wert von Ulimit bestimmt wird. Somit führt ein Absinken der Bordnetzspannung zu einer Reduzierung der maximalen abgegebenen Anlaufleistung an die Lampe und damit zu einem verlangsamten Lichtanlauf und im ungünstigsten Fall, nämlich, wenn die vom Schaltregler (2) abgegebene Ausgangsleistung nicht mehr zum Betrieb der Gasentladungslampe (1) ausreicht, zu einem Verlöschen der Lampe, keinesfalls jedoch zu einer Zerstörung des Schaltreglers (2).
Bezugszeichen
1
Gasentladungslampe
2
Schaltregler
3
Lampenansteuerungseinrichtung
4
Einrichtung zur Leistungserfassung (Leistungserfassungeinrichtung)
5
Regler
6
Begrenzer
7
Steuereinrichtung
8
Transformator
9
Spannungsquelle (Bordnetz)
10
Leistungsschalter
11
Stromerfassungseinrichtung
12
Taktgeber
13
Vergleicher
14
Gleichrichter
15
Spannungsteileranordnung
16
Eingangsfilter
17
Wechselrichter
18
Zündgerät
19
RS-Flip-Flop
(R1, R2) erster Spannungsteiler
(R3, R4) zweiter Spannungsteiler
R5 Widerstand
I Ausgangsstrom
Ip Primärstrom
Pist Ausgangsleistung(ssignal)
Psoll Leistungs-Soll-Wert(-signal)
U Ausgangsspannung
UB Bordnetzspannung
UC Eingangsspannung
UCL Stellgröße
Ulimit Maximalspannungswert (Maximalwert des Regelsignals)
UREF konstante Spannung
US Regelsignal
US1 begrenztes Regelsignal

Claims (3)

1. Einrichtung zum Starten und Betreiben einer Gasentladungslampe (1) in einem Kraftfahrzeug, mit einem primärgetakteten Schaltregler (2) zur Versorgung einer Lampenansteuerungseinrichtung (3) für die Gasentladungslampe (1), mit einer Einrichtung (4) zur Erfassung der Ausgangsleistung (Pist) des Schaltreglers (2), mit einem Regler (5), der aufgrund der Ausgangsleistung (Pist) ein Regelsignal (US) zur Beeinflussung des Primärstroms (Ip) des Schaltreglers (2) erzeugt und mit einem Begrenzer (6), zur Begrenzung des Regelsignals (US), mit einer Steuereinrichtung (7), die der Gasentladungslampe (1) einen Leistungssollwert (Psoll) vorgibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsteileranordnung (15) einen von der Eingangsspannung (UC) abhängigen Maximalspannungswert (Ulimit) erzeugt und daß der Begrenzer (6) den Wert des vom Regler (5) an den Schaltregler (2) gegebenen Regelsignals (US) auf den Maximalspannungswert (Ulimit) begrenzt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteileranordnung (15) aus zwei Spannungsteilern besteht, wobei ein erster Spannungsteiler (R1, R2) eine zur Eingangsspannung (UC) proportionale Stellgröße (UCL) erzeugt und ein zweiter Spannungsteiler an einer konstanten Spannung (UREF) anliegt, daß ein Widerstand (R5) die Stellgröße (UCL) auf den Verbindungspunkt des zweiten Spannungsteilers (R3, R4) koppelt, und daß von dem Verbindungspunkt des zweiten Spannungsteilers der Maximalspannungswert (Ulimit) ausgekoppelt wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der primärgetaktete Schaltregler (2) als pulsweitenmodulierter Sperrwandler ausgeführt ist.
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