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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren für eine Entladungslampe.
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In den letzten Jahren werden zunehmend Entladungslampen auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Lichttechnik verwendet. Eine Lampe, d. h. eine Entladungslampe, welche Licht durch Entladung einer Elektrizität emittiert, liefert ein Entladungslicht. Die Eigenschaften (z. B. Energieverbrauch, Helligkeit und Lebensdauer) von Entladungslampen in Kraftfahrzeugen sind im Vergleich zu herkömmlichen Lampen, welche einen Glühfaden verwendet, ganz erheblich verbessert. Eine herkömmliche Entladungslampe für Kraftfahrzeuge ist beispielsweise in der
US 6 850 015 A1 beschrieben.
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Die
DE 103 92 169 B4 beschreibt ein elektronisches Vorschaltgerät für Entladungslampen, bei dem eine Lampenleistung der Lampe abhängig von Lampenstrom und Lampenspannung variiert werden kann. Es erfolgt u. a. ein Vergleich zwischen der Lampenspannung und einer zeitlich variablen Referenzspannung.
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Eine herkömmliche Entladungslicht erzeugende Vorrichtung für Fahrzeuge enthält eine Entladungslampe, die Licht emittiert und eine Leistungssteuerung zur Zufuhr und Steuerung von elektrischer Leistung für die Entladungslampe. Die übliche Entladungslampe wird mit unterschiedlichen elektrischen Leistungen zwischen dem Beginn der Lichtemission und einem stationären Zustand nach dem Beginn und Hochfahren versorgt. Das heißt, beim Hochfahren wird hohe Leistung für die Entladungslampe benötigt, um die Entladung zwischen den Elektroden in der Entladungslampe zur erzeugen und Licht mit der notwendigen Intensität unmittelbar nach Beginn des Lichterzeugungsvorgangs zur Verfügung zu haben. Tatsächlich wird eine hohe Leistung (d. h. Startleistung) für die Entladungslampe geliefert. Nach der Entladungserzeugung in der Entladungslampe ist die Aufrechterhaltung eines stabilen Entladungszustandes notwendig, so dass eine stabile Leistung der Entladungslampe zugeführt wird. Eine Entladungslampe arbeitet beispielsweise unter der Bedingung, dass die Startleistung 75 W und die stabile Leistung 35 W beträgt. Die stabile Leistung ist somit niedriger als die Startleistung. Die Leistungssteuerung liefert die entsprechenden, der Entladungslampe zuzuführenden elektrischen Leistungen. Eine Verschiebung oder ein Übergang von der Startleistung zur stabilen Leistung erfolgt derart, dass die Verschiebung entlang einer linearen Kurve mit hohem Gradienten erfolgt. Der hohe Gradient bedeutet, dass die Leistungsänderung pro Zeiteinheit hoch wird.
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Nach einem längeren Zustand, in welchem die Entladungslampe kein Licht abgibt, sind, wenn die Entladungslampe mit der Lichtabgabe beginnt, die Entladungselektroden nicht richtig erwärmt (d. h. ein sogenannter Kaltstart wird durchgeführt). Unter diesen Umständen wird, wenn die elektrische Leistung rasch von der Startleistung auf die stabile Leistung abgesenkt wird, in den Elektroden eine Temperaturungleichmäßigkeit erzeugt. Die Temperaturungleichmäßigkeit an den Elektroden bewirkt eine teilweise Änderung des Entladeorts an den Elektroden. Die teilweise Änderung des Entladeorts an den Elektroden bewirkt eine Änderung eines Lichtbogens, der zwischen den Elektroden der Entladungslampe erzeugt wird. Eine Änderung im Lichtbogen bedeutet wiederum Schwankungen im Lichtbogen und damit ist die Lichtabgabe der Entladungslampe nicht stabil.
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Ein ganz besonderer Nachteil ist, dass bei einer herkömmlichen Entladungslampe in einem Fahrzeug durch die rasche Leistungsänderung und der damit einhergehenden Änderung des Entladeorts an den Elektroden ein Störrauschen erzeugt wird. Bisherige Vorschaltgeräte, auch das als nächstkommend zu betrachtende Vorschaltgerät gemäß der
DE 103 92 169 B4 , können dieses Problem nicht zufriedenstellend beseitigen bzw. berücksichtigen dieses gar nicht.
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Angesichts der voranstehenden und weiterer Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung einer Entladungslampe zu schaffen, mit welchem die Entladungslampe ein stabiles Licht emittieren kann und insbesondere die Erzeugung von Funkstörraschen oder anderem Störrauschen von der Entladungslampe verhindert ist.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Entladungslampe in einem Kraftfahrzeug durch eine Leistungssteuervorrichtung, wobei die Leistungssteuervorrichtung elektrische Leistung an die Lampe liefert, weist daher auf: Zuführen einer ersten elektrischen Leistung an die Lampe zum Beginn einer Lichtemission seitens der Lampe mit der ersten elektrischen Leistung; Schalten von der ersten elektrischen Leistung auf eine zweite elektrische Leistung durch die Leistungssteuervorrichtung, so dass die Lampe mit der Lichtemission mit der zweiten elektrischen Leistung fortfährt, wobei die zweite elektrische Leistung kleiner als die erste elektrische Leistung ist; beim Schritt des Schaltens von der ersten auf die zweite elektrische Leistung eine Elektrodentemperatur der Lampe mit einem Temperaturgradienten verringert wird, der gleich oder kleiner als ein bestimmter Gradient ist; der Schritt des Schaltens von der ersten auf die zweite elektrische Leistung einen ersten Abnahmeschritt und einen zweiten Abnahmeschritt enthält, wobei der erste Abnahmeschritt eine erste Abnahmerate hat und der zweite Abnahmeschritt eine zweite Abnahmerate hat, welche kleiner als die erste Abnahmerate ist; der erste Abnahmeschritt mit der ersten Abnahmerate vom Beginn des Schritt des Schaltens von der ersten auf die zweite elektrische Leistung bis zu einer Zeit durchgeführt wird, wo die Elektrodentemperatur der Lampe eine bestimmte Temperatur erreicht und der zweite Abnahmeschritt mit der zweiten Abnahmerate nach der Zeit durchgeführt wird, zu der die Elektrodentemperatur der Lampe die bestimmte Temperatur erreicht; und die bestimmte Elektrodentemperatur der Lampe eine Temperatur ist, bei der die Entladungslampe einer Änderung der der Entladungslampe zugeführten elektrischen Leistung folgend mit der Erzeugung von Funkstörrauschen beginnt.
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Die Temperatur der Lampe wird langsam verringert, so dass keine Temperaturungleichmäßigkeit an einer Elektrode der Entladungslampe erzeugt wird. Eine teilweise Änderung des Entladeorts an der Elektrode erfolgt nicht und somit ist ein zwischen den Elektroden der Entladungslampe erzeugter Lichtbogen stabil. Folglich ist auch die Lichtabgabe der Entladungslampe stabil.
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Der oben beschriebene Vorgang wirkt insbesondere bei einem Kaltstart. Der Kaltstart bedeutet, dass die Entladungslampe mit der Lichtabgabe nach einer längeren abgeschalteten Zeit beginnen muss. Unter diesen Umständen sind die Entladungselektroden nicht ausreichend oder passend erwärmt und wenn die Leistung rasch von der ersten Leistung auf die zweite Leistung abgesenkt wird, kann eine Temperaturungleichmäßigkeit an der Elektrode erzeugt werden, was die oben genannten Nachteile mit sich bringt.
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Insbesondere wird die Erzeugung von Funkstörrauschen verringert. Die Verschiebung der Lichtbogenposition erzeugt für gewöhnlich besagtes Funkrauschen oder ein anderes Störrauschen. Die Verringerungsrate der Leistung wird in dem Temperaturbereich, in welchem das Funkrauschen erzeugt wird, gering gemacht. Somit kann die Erzeugung von Funkrauschen verringert werden.
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
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Es zeigt:
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1 ein Schaltkreisdiagramm einer Leistungssteuerung für eine Entladungslampe gemäß einer Ausführungsform;
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2A in einer Grafik eine Beziehung zwischen der Leistungsversorgung der Lampe und der Zeit und 2B in einer Grafik eine Beziehung zwischen der Temperatur an einer Elektrode der Lampe und der Zeit;
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3 in einer Grafik eine Beziehung zwischen einer Kondensatorspannung und einer Ladezeit.
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Eine Entladungslampe für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird von einer Leistungssteuerung gemäß 1 mit elektrischer Leistung versorgt, so dass die Entladungslampe Licht emittiert.
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Die Leistungssteuerung für die Entladungslampe enthält eine erste Leistungsquelle 11, eine zweite Leistungsquelle 12, einen Zeitgeber-(Timer-)kondensator 31, der von den ersten und zweiten Leistungsquellen 11 und 12 versorgt wird, einen Widerstand 21 zwischen den Leistungsquellen 11 und 12 und dem Zeitgeberkondensator 31 und einen Schalter zum Schalten zwischen den Leistungsquellen 11 und 12 abhängig von einem Eingang vom Zeitgeberkondensator 31. Weiterhin enthält die Leistungssteuerung für die Entladungslampe einen anderen Widerstand 22 zum Entladen des Zeitgeberkondensators 31. Die erste Leistungsquelle 11 hat eine Ladespannung VC1 und die zweite Leistungsquelle 12 hat eine Ladespannung VC2. Der Widerstand 21 hat einen Widerstandswert R1 und der Widerstand 22 hat einen Widerstandswert R2. Der Kondensator 31 hat eine Kapazität C1. Für die Entladungslampe, die Leistungsquellen 11 und 12, den Kondensator 31 und die Widerstände 21 und 22 können Produkte oder Bauelemente üblicher Art verwendet werden. Die Ausgangsleistung von den Leistungsquellen 11 und 12 kann gesteuert werden.
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Die Entladungslampe entlädt eine elektrische Leistung durch Anlegen einer hohen Spannung zwischen Elektroden der Entladungslampe. Nach der Entladung wird von einer der Leistungsquellen 11 und 12 gewählte elektrische Leistung zugeführt. Damit emittiert die Entladungslampe Licht. Nachdem der Entladungslampe zum Hochfahren des Lichtabgabevorgangs hohe elektrische Leistung zugeführt worden ist, wird dann der Entladungslampe eine geringere elektrische Leistung als beim Hochfahren der Lichtabgabe zugeführt.
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Eine Arbeitsweise der Entladungslampe gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben, wobei die Entladungslampe mit der Lichtabgabe aus einem Kaltstart heraus beginnt (nach einer längeren abgeschalteten Zeit, während der die Entladungslampe keine Lichtabgabe durchführt). 2A ist eine Grafik, welche eine Änderung der der Entladungslampe zugeführten Leistung zeigt und 2B ist eine Grafik, welche eine Temperaturänderung an den Elektroden der Entladungslampe zeigt.
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Die Entladungslampe schaltet abhängig von einer Anweisung von einem Lichtschalter (nicht gezeigt) in einem Fahrzeug ein oder aus. Genauer gesagt, wenn ein Fahrer des Fahrzeugs den Schalter ein- oder ausschaltet, wird die Lampe abhängig von einem Steuersignal, d. h. der Anweisung vom Schalter ein- oder ausgeschaltet. Wenn die Entladungslampe mit der Lichtabgabe beginnt, wählt der Schalter die erste Leistungsquelle 11. Folglich wird Leistung entsprechend der Spannung, die in dem Kondensator 31 gespeichert ist, der Entladungslampe von der ersten Leistungsquelle 11 zugeführt. Somit hebt die Entladung zwischen den Elektroden die Elektrodentemperatur einer jeden Elektrode in der Entladungslampe an.
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Wenn eine bestimmte Zeit (T1 in 2A) vom Beginn der Lichtabgabe verstrichen ist, nimmt die der Entladungslampe von der ersten Leistungsquelle 11 zugeführte Leistung ab. Die Leistungsabnahme hängt von einer Beziehung zwischen dem Widerstandswert des Widerstands 21 und der Kapazität des Kondensators 31 ab. Das heißt, die der Entladungslampe zugeführte Leistung nimmt in Antwort auf einen Spannungswert ab, der in dem Zeitgeberkondensator oder den Zeitverlauf steuernden Kondensator 31 gespeichert ist. Die Leistung nimmt ausgehend von der Startleistung (z. B. 75 W) mit einer ersten Abnahmerate (gemäß IIA in 2A) ab, welche eine nahezu linearen Gradienten hat.
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Die Elektrodentemperatur der Entladungslampe nimmt ebenfalls ab, wenn die Leistung von der ersten Leistungsquelle 11 abnimmt. Wenn die Elektrodentemperatur der Entladungslampe eine (vor) bestimmte Temperatur erreicht (Zeitpunkt T2 in 2A), beginnt die Leistung mit einer zweiten Abnahmerate (IIC in 2A) abzunehmen, welche kleiner als die erste Abnahmerate IIA ist. Die Leistungsabnahme mit der zweiten Abnahmerate IIC fährt fort, bis die der Entladungslampe zugeführte Leistung auf 35 W abgenommen hat. Danach emittiert die Entladungslampe das Licht unter Verbrauch von 35 W Leistung.
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Zusätzlich erfolgt die Entscheidung, die Abnahmerate der Leistung von der ersten Rate IIA auf die zweite Rate IIC zu ändern, auf der Grundlage der Zeit, welche vom Beginn der Entladung der Entladungslampe verstrichen ist. Wenn ein Temperaturdetektor zur Messung der Elektrodentemperatur der Entladungslampe in dem Fahrzeug vorhanden ist, kann der Detektor das durch die Entladungslampe erzeugte Licht abschatten. Folglich wird die Elektrodentemperatur vorab gemessen, berechnet oder bestimmt, so dass die Elektrodentemperatur aus der Leistung geschätzt werden kann, die der Entladungslampe zugeführt wird. Auf der Grundlage der Änderung der Elektrodentemperatur wird der Zeitpunkt (T2 in 2A) zur Änderung der Abnahmerate bestimmt.
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Die bestimmte Temperatur zur Änderung der Leistungsabnahmerate ist die Temperatur, bei der die Entladelampe beginnt, ein Funkrauschen zu erzeugen (Bereich IIB in 2A), wenn die Leistung mit der ersten Abnahmerate IIA abnimmt. Genauer gesagt, wenn die der Entladelampe zugeführte Leistung fortfahren würde, mit der ersten Abnahmerate abzunehmen, würde eine rasche Änderung der Elektrizität erzeugt. Diese Elektrizitätsänderung würde eine Temperaturänderung der Elektrode bewirken. In diesem Fall bewirkt die Elektrizitätsänderung einen Temperaturabfall. Die Temperaturänderung der Elektrode bewirkt eine Temperaturdifferenz zwischen einem Teil, wo die Leistung entladen wird und einem Teil, wo keine Leistungsentladung stattfindet. In Folge der Temperaturdifferenz wird die Lichtbogenposition der Entladung verschoben. Eine Verschiebung der Lichtbogenposition erzeugt ein Funkstörrauschen. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Abnahmerate der Leistung in dem Bereich IIB, in welchem das Funkstörrauschen erzeugt wird, klein gesetzt. Damit wird die Erzeugung von Funkstörrauschen verringert.
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Wenn weiterhin die Abnahmerate der Leistung geändert wird, ändert die Leistungssteuerung die Leistungsquelle von der ersten Leistungsquelle 11 auf die zweite Leistungsquelle 12. Die Änderung der Leistungsquelle oder das Umschalten wird durch ein Anweisungssignal vom Kondensator 31 gesteuert. Der Kondensator 31 bestimmt den Zeitpunkt des Umschaltens der Leistungsquelle durch den Kapazitätswert des Kondensators 31 und der dem Kondensator 31 zugeführten Spannung. Genauer gesagt, wenn die Leistung der Entladungslampe zugeführt wird, wird diese Leistung auch dem Kondensator 31 zugeführt. Der Kondensator 31 wird mit der Leistung (Spannung) nicht geladen, wenn die Entladungslampe kein Licht emittiert. Wenn die Leistung beginnt, der Entladungslampe zugeführt zu werden, wird der Kondensator 31 von da an mit Leistung geladen. Der Kondensator 31 wird mit der Leistung bis zu einem bestimmten Wert entsprechend der Leistung der ersten Leistungsquelle 11 geladen. Nachdem der Kondensator 31 bis zu der bestimmten Menge mit Leistung geladen worden ist, wird die der Entladungslampe zugeführte Leistung von der ersten Leistungsquelle 11 zu der zweiten Leistungsquelle 12 geändert.
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In der Entladungslampenvorrichtung wird die der Entladungslampe zugeführte Leistung nicht nur durch Steuerung der ersten Leistungsquelle 11 sondern auch durch Umschalten von der ersten Leistungsquelle 11 auf die zweite Leistungsquelle 12 gesenkt. Die zweite Leistungsquelle hat annähernd die gleichen Charakteristiken wie die erste Leistungsquelle 11, jedoch liefert die zweite Leistungsquelle 12 eine kleinere Spannung. Der Kondensator 31 kann mit der Leistung unter Verwendung der kleinen Spannung geladen werden. Dies wird nachfolgend noch beschrieben.
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Eine Kondensatorspannung V lässt sich bekanntermaßen aus der folgenden Formel F1 berechnen: V = VC1(1 – e–T/R1C1) (F1)
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VC1 stellt hierbei eine Ladespannung dar, so dass die Kondensatorspannung V nicht nur durch den Widerstandswert R1 und/oder eine Kapazität, sondern auch durch die Ladespannung VC1 geändert werden kann. Das heißt, ein Absenken der Ladespannung V ermöglicht, dass der Kondensator allmählich geladen wird. Aus der Leistungsquelle 11 oder 12, dem Widerstand 21 und dem Kondensator 31 wird ein Schaltkreis mit dem Aufbau gemäß 1 gebildet. Die Kapazität C1 des Kondensators 31 ist konstant, beispielsweise 10 μF. Die Ladespannung VC1 oder VC2 und der Widerstandswert R1 werden geändert. Die Beziehung zwischen einer Ladezeit T und der Kondensatorspannung V wird gemessen und lässt sich gemäß 3 darstellen. In 3 stellt eine Kurve IIIA eine Bedingung Nr. 1 dar, bei der die Ladespannung V 2 V beträgt und der Widerstandswert R1 5 MΩ beträgt und eine Kurve IIIB stellt eine Bedingung Nr. 2 dar, bei der die Ladespannung V 0,5 V beträgt und der Widerstandswert R1 1 MΩ beträgt.
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Wie in 3 gezeigt, haben die Kurven IIIA und IIIB annähernd die gleiche Charakteristik. Das heißt, selbst wenn der Widerstandswert R1 des Widerstands 21 in Verbindung mit dem Kondensator 31 niedrig ist, ermöglicht ein Absenken der Ladespannung V, dass der Kondensator 31 die gleiche Spannung sammelt, wie im Fall, wo der Widerstandswert R1 groß ist. Weiterhin ergibt sich im Stand der Technik das Problem, dass die Entladung verzögert wird, wenn der Widerstandswert R1 hoch ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch das Problem, dass die Entladung verzögert ist, beseitigt, da ein kleiner Widerstandswert R1 verwendet werden kann. Da weiterhin ein Kondensator 31 mit hoher Kapazität C1 teuer ist, ist die Verwendung eines Kondensator 31 mit kleinerer Kapazität C1 vorteilhaft, da die Kosten zur Lampenherstellung verringert werden.
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Weiterhin, wenn die der Entladungslampe zugeführte Leistung mit der zweiten Abnahmerate abnimmt, wenn die Entladungslampe Licht abgibt, kann die zweite Abnahmerate in eine dritte Abnahmerate geändert werden. Wenn die Leistung mit der dritten Abnahmerate abnimmt, wird kein Funkrauschen erzeugt. Die dritte Abnahmerate kann kleiner oder größer als die zweite Abnahmerate sein. Für den Fall, dass die dritte Abnahmerate größer als die zweite Abnahmerate ist, nimmt die der Entladungslampe zugeführte Leistung rasch auf den notwendigen Pegel (35 W) ab. Andererseits, für den Fall, dass die dritte Abnahmerate kleiner als die zweite Abnahmerate ist, kann die Erzeugung von Temperaturungleichmäßigkeiten an der Elektrode verringert werden und eine stabilere Lichtbogenentladung wird erzeugt.
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Die vorliegende Erfindung zeichnet sich unter anderem durch die folgenden Aspekte aus:
Eine Entladungslampe wird durch eine Leistungssteuervorrichtung gesteuert, wobei die Leistungssteuervorrichtung elektrische Leistung an die Lampe liefert. Eine erste elektrische Leistung wird zum Beginn einer Lichtemission seitens der Lampe dieser zugeführt. Es wird von der ersten elektrischen Leistung auf eine zweite elektrische Leistung durch die Leistungssteuervorrichtung geschaltet, so dass die Lampe mit der Lichtemission mit der zweiten elektrischen Leistung fortfährt, wobei die zweite elektrische Leistung kleiner als die erste elektrische Leistung ist. Beim Schritt des Schaltens von der ersten auf die zweite elektrische Leistung wird eine Elektrodentemperatur der Lampe mit einem Temperaturgradienten verringert, der gleich oder kleiner als ein bestimmter Gradient ist. Der Schritt des Schaltens von der ersten auf die zweite elektrische Leistung enthält einen ersten Abnahmeschritt und einen zweiten Abnahmeschritt, wobei der erste Abnahmeschritt eine erste Abnahmerate hat und der zweite Abnahmeschritt eine zweite Abnahmerate hat, welche kleiner als die erste Abnahmerate ist. Der erste Abnahmeschritt mit der ersten Abnahmerate wird vom Beginn des Schritts des Schaltens von der ersten auf die zweite elektrische Leistung bis zu einer Zeit durchgeführt, wo die Elektrodentemperatur der Lampe eine bestimmte Temperatur erreicht und der zweite Abnahmeschritt mit der zweiten Abnahmerate wird nach der Zeit durchgeführt, zu der die Elektrodentemperatur der Lampe die bestimmte Temperatur erreicht. Die bestimmte Elektrodentemperatur der Lampe ist eine Temperatur, bei der die Entladungslampe einer Änderung der der Entladungslampe zugeführten elektrischen Leistung folgend mit der Erzeugung von Funkstörrauschen beginnt.
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Die Leistungssteuervorrichtung kann eine erste Leistungsquelle, eine zweite Leistungsquelle, einen Leistungsversorgungsabschnitt und einen Leistungsquellenschaltabschnitt aufweisen. Die erste Leistungsquelle liefert Leistung mit der ersten Abnahmerate. Die zweite Leistungsquelle liefert Leistung mit der zweiten Abnahmerate. Der Leistungsversorgungsabschnitt versorgt die Entladungslampe mit der Leistung von der ersten Leistungsquelle oder der zweiten Leistungsquelle. Der Leistungsquellenschaltabschnitt schaltet zwischen der ersten Leistungsquelle und der zweiten Leistungsquelle um.
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Weiterhin kann der Leistungsquellenschaltabschnitt einen Zeitsteuerungskondensator aufweisen, um zwischen der ersten Leistungsquelle und der zweiten Leistungsquelle abhängig von einem Eingang von der ersten Leistungsquelle umzuschalten.
