DE10063328A1

DE10063328A1 - Einrichtung zum Starten und Betreiben einer Gasentladungslampe in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10063328A1
Application number: DE2000163328
Authority: DE
Inventors: Volker Radtke
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-06-27

Abstract

Beschrieben wird 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 vom Regler an den Schaltregler gegebenen Regelsignals auf einen Maximalwert, mit einer Steuereinrichtung, die der Gasentladungslampe einen Leistungssollwert vorgibt, mit einem Taktgeber, der einen zum Schaltregler gehörenden Leistungsschalter periodisch einschaltet, mit einer Stromerfassungseinrichtung zur Erfassung des Primärstroms des Schaltreglers und mit einem Vergleicher, welcher den Leistungsschalter abschaltet, wenn das von der Stromerfassungseinrichtung abgegebene Signal über den Primärstrom das vom Begrenzer vorgegebene Signal erreicht. DOLLAR A Die Einrichtung weist eine Zeitverzögerungseinrichtung auf, durch welche das Ausgangssignal des Vergleichers zeitverzögert an den des Leistungsschalters gelangen läßt und dieser somit zeitverzögert abschaltet. Die Zeitverzögerung wird durch die Steigung des Primärstroms, der von der Eingangsspannung abhängig ist, in eine Amplitudenänderung umgewandelt, so daß der maximale Primärstrom bei kleiner werdender Eingangsspannung reduziert wird.

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 vom Regler an den Schaltregler gegebenen Regelsignals auf einen Maximalwert, mit einer Steuereinrichtung, die der Gasentladungslampe einen Leistungssollwert vorgibt, mit einem Taktgeber, der einen zum Schaltregler gehörenden Leistungsschalters periodisch einschaltet, mit einer Stromerfassungseinrichtung zur Erfassung des Primärstroms des Schaltreglers und mit einem Vergleicher, welcher den Leistungsschalter abschaltet, wenn das von der Stromerfassungseinrichtung abgegebene Signal über den Primärstrom das vom Begrenzer vorgegebene Signal erreicht.

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 das Ausschalten des Leistungsschalters über eine Zeitverzögerungseinrichtung erfolgt.

Erfindungsgegenstand ist somit eine Einrichtung, die die aufgenommene Leistung des Vorschaltgeräts durch die variable Begrenzung des maximalen Primärstroms des Schaltreglers, sowie die Abhängigkeit dieser Begrenzung von der Eingangsspannung des Vorschaltgeräts beeinflußt.

Erreicht wird dies durch die Verwendung einer Totzeit im Resetpfad der Pulsweitensteuerungseinrichtung des Gleichspannungswandlers. Die Totzeit wird durch die Steigung des Primärstroms, der von der Eingangsspannung abhängig ist, in eine Amplitudenänderung umgewandelt, so daß der maximale Primärstrom bei kleiner werdender Eingangsspannung reduziert wird.

Besonders vorteilhaft ist, daß zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe nur eine einfache und kostengünstige Zeitverzögerungseinrichtung benötigt wird.

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 hier 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 der Bordnetzspannung (UB), eines Kraftfahrzeuges, verbunden. Weiterhin ist in den Primärkreis des Schaltreglers (2) ein Leistungsschalter (10) und eine Stromerfassungseinrichtung (11) geschaltet.

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 Schaftregler (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.

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) an einen Vergleicher (13) abgibt, das auf den Maximalspannungswert (Ulimit) begrenzt ist. Dieser konstante Maximalspannungswert (Ulimit) wird mittels eines Spannungsteiler (R1, R2) aus einer konstanten Referenzspannung (UREF) gewonnen.

Der Leistungsschalters (10) wird mittels einer Pulsweitensteuerung (PWM) geschaltet, die im wesentlichen aus einem RS-Flip-Flop (19) mit mindestens einem Set- und einem Reseteingang besteht. Zwischen dem Ausgang des RS-Flip-Flops (19) und dem Steuereingang des Leistungsschalter (10) ist ein Verstärkerbaustein (AMP) zur Pegelanpassung eingefügt. Der Leistungsschalter (10) erhält über das RS-Flip-Flop (19) regelmäßige Einschaltsignale von einem Taktgeber (12). Der 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 der Begrenzer (6) auf einen zweiten Eingang des Vergleichers (13) gibt.

Zwischen dem Ausgang des Vergleichers (13) und dem Reseteingang des RS-Flip- Flop ist ein Totzeitglied als Zeitverzögerungseinrichtung (RD) geschaltet.

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 es 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 (lp) 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 (2) 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.

Der Vergleicher (3) erzeugt ein Resetsignal, wenn der Primärstrom (Ip) den Maximalwert (Ulimit) erreicht. Dieses würde normalerweise dazu führen, daß der Leistungsschalter (10) unverzüglich über das RS-Flip-Flop (19) abgeschaltet wird und somit ein maximaler Strom im Primärkreis nicht überschritten werden kann. Das Totzeitglied (RD) verzögert jetzt das Resetsignal um eine Zeit dT, so daß das RS- Flip-Flop (19) und damit der Leistungsschalter (10) verzögert abschalten. Dieses führt zu einem weiteren Stromfluß für die Zeitdauer dT nach Erreichen des maximalen Stroms Iplimit, definiert durch Ulimit. Die Stromänderung im Primärkreis hat die Abhängigkeit dIp = UC/Lp.dT, wobei Lp ist die Primärinduktivität des Transformators (8) ist und die Eingangsspannung UC der Bordnetzspannung (UB) nach Passieren des Eingangsfilters (16) entspricht.

Daraus folgt für den maximalen Strom Ipmax:

Ipmax = Iplimit + dIp = Iplimit + UC.k mit k = dT/Lp

Der maximale Primärstrom Ipmax hat also eine von der Eingangsspannung UC abhängige Komponente, die durch die Totzeit dT eingestellt werden kann, so daß sich bei kleiner werdender Eingangsspannung auch der maximale Primärstrom reduziert. Die übertragene Energie und damit auch die Leistung wird kleiner, dadurch kann der Primärstrom nicht weiter ansteigen, obwohl die Spannung kleiner wird.

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
AMP Verstärkerbaustein
PWM Pulsweitensteuerung
RD Zeitverzögerungseinrichtung
(R1, R2) Spannungsteiler
I Ausgangsstrom
Ip Primärstrom
Pist Ausgangsleistung(ssignal)
Psoll Leistungs-Soll-Wert(-signal)
U Ausgangsspannung
UB Bordnetzspannung
UC Eingangsspannung
Ulimit Maximalspannungswert (Maximalwert des Regelsignals)
UREF konstante Spannung
US Regelsignal
US1 begrenztes Regelsignal

Claims

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, mit einem Begrenzer (6), zur Begrenzung des vom Regler (5) an den Schaltregler (2) gegebenen Regelsignals (US1) auf einen Maximalwert (Ulimit), mit einer Steuereinrichtung (7), die der Gasentladungslampe (1) einen Leistungssollwert (Psoll) vorgibt, mit einem Taktgeber (12), der einen zum Schaltregler (2) gehörenden Leistungsschalters (10) periodisch einschaltet, mit einer Stromerfassungseinrichtung (11) zur Erfassung des Primärstroms (Ip) des Schaltreglers (2) und mit einem Vergleicher (13), welcher den Leistungsschalter (10) abschaltet, wenn das von der Stromerfassungseinrichtung (11) abgegebene Signal über den Primärstrom (Ip) das vom Begrenzer (6) vorgegebene Signal (US1) erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschalten des Leistungsschalters über eine Zeitverzögerungseinrichtung (RD) erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters (10) über eine Pulsweitensteuerung (PWM) erfolgt, welche ein RS-Flip-Flop (19) beinhaltet und daß die Zeitverzögerungseinrichtung (RD) dem mit dem Signalausgang des Vergleichers (13) verbundenen Eingang des RS-Flip-Flops (19) vorgeschaltet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der primärgetaktete Schaltregler (2) als pulsweitenmodulierter Sperrwandler ausgeführt ist.