DE102010043725A1

DE102010043725A1 - Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe und Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE102010043725A1
Application number: DE102010043725A
Authority: DE
Inventors: Stefan Herold; Walter Baetz; Daniel Baumann; Torsten Kuske
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-10
Also published as: KR20130116283A; WO2012062690A3; WO2012062690A2; EP2638787A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (1) in einem Fahrzeugscheinwerfer, wobei die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) während ihres Betriebs nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf ein konstantes Niveau geregelt wird. Erfindungsgemäß wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) zum Erzeugen einer ersten Beleuchtungsanwendung auf ein erstes konstantes Niveau und zum Erzeugen einer zweiten Beleuchtungsanwendung auf ein anderes, zweites konstantes Niveau geregelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 bzw. 6.
I. Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der DE 39 05 715 A1 offenbart. Diese Schrift beschreibt ein Betriebsverfahren für eine Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer, gemäß dem die Hochdruckentladungslampe mit einem geregelten Rechteckstrom und einer elektrischen Leistung von 32 Watt betrieben wird.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln die Verwirklichung zweier unterschiedlicher Beleuchtungsanwendungen mit nur einer Lichtquelle im Fahrzeugscheinwerfer ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer umfasst eine Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe während ihres Betriebs nach Beendigung der Zündphase auf ein konstantes Niveau, wobei erfindungsgemäß die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe zum Erzeugen einer ersten Beleuchtungsanwendung auf ein erstes konstantes Niveau und zum Erzeugen einer zweiten Beleuchtungsanwendung auf ein anderes, zweites konstantes Niveau geregelt wird. Der Begriff elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe bezeichnet hier immer die Wirkleistung der Hochdruckentladungslampe. Der Begriff Zünd- und Anlaufphase bezeichnet die Betriebsphase der Hochdruckentladungslampe, während der das Zünden der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe und das Verdampfen der Füllungsbestandteile im Innenraum des Entladungsgefäßes der Hochdruckentladungslampe stattfindet und an deren Ende sich ein quasistationärer Betriebszustand der Hochdruckentladungslampe einstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase eine Leistungsregelung der Hochdruckentladungslampe auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante Niveaus vor, um dadurch mit derselben Lampe zwei unterschiedliche Beleuchtungsanwendungen des Fahrzeugscheinwerfers verwirklichen zu können.
Dementsprechend besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer eine Leistungsregelungseinheit, die nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase der Hochdruckentladungslampe zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf ein konstantes Niveau dient, wobei erfindungsgemäß Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante Niveaus vorgesehen sind. Dadurch ist es möglich, mit derselben Hochdruckentladungslampe zwei unterschiedliche Beleuchtungsanwendungen des Fahrzeugscheinwerfers zu verwirklichen.
Beispielsweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung die Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen der beiden alternativen Beleuchtungsanwendungen Tagfahrlicht und Abblendlicht oder besonders bevorzugt, zum Erzeugen der beiden alternativen Beleuchtungsanwendungen Abblendlicht und Fernlicht genutzt werden. Die beiden letztgenannten alternativen Beleuchtungsanwendung Abblendlicht und Fernlicht sind besonders bevorzugt, weil für diesen Zweck die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe nur geringfügig verändert werden muss und der Reflektor im Fahrzeugscheinwerfer für diese beiden Beleuchtungsanwendungen auf einfache Weise, beispielsweise mittels einer ein- und ausschaltbaren optischen Blende oder einem ähnlich wirkenden Lichtlenkmittel, angepasst werden kann.
Vorteilhafterweise wird für das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit quecksilberfreier Füllung verwendet, die neben Metallhalogeniden auch Xenon unter hohem Druck in ihrer Füllung enthält. Das unter hohem Druck befindliche Xenon sorgt für eine sofortige Lichtemission der Hochdruckentladungslampe unmittelbar nach dem Zünden der Gasentladung im Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe. Der Verzicht auf Quecksilber in der Füllung geschieht aus ökologischen Gründen. Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung des Abblendlichts die elektrische Leistung des vorgenannten Typs von Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf einen konstanten Wert von maximal 25 Watt geregelt, um zu gewährleisten, dass die Hochdruckentladungslampe in diesem Betriebsmodus einen Lichtstrom von maximal 2000 Lumen erzeugt. Dadurch kann auf eine Reinigungsanlage für den Fahrzeugscheinwerfer verzichtet werden. Zur Erzeugung des Fernlichts wird beim erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise die elektrische Leistung des vorgenannten Typs von Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf einen konstanten Wert im Bereich von größer als 25 Watt und kleiner oder gleich 28 Watt geregelt, um für das Fernlicht einen höheren Lichtstrom von ca. 2500 Lumen bereitzustellen. Es hat sich nämlich erwiesen, dass bei dem vorgenannten Typ von Hochdruckentladungslampe durch eine Erhöhung des Leistungsniveaus um nur 3 Watt eine Erhöhung des Lichtstroms um ca. 450 Lumen erreicht werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen somit die Verwirklichung von zwei unterschiedlichen, alternativ einstellbaren Beleuchtungsanwendungen, nämlich von Abblendlicht und Fernlicht, mit ein und derselben Hochdruckentladungslampe.
Vorteilhafterweise umfassen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine optische Blende oder Lichtlenkmittel im Fahrzeugscheinwerfer, die synchron mit dem Umschalten zwischen den beiden alternativ einstellbaren Leistungsniveaus der Hochdruckentladungslampe betätigt und aktiviert bzw. deaktiviert werden, um die beiden alternativ einstellbaren Beleuchtungsanwendungen des Fahrzeugscheinwerfers zu verwirklichen und insbesondere eine optimale Anpassung an die Lichtverteilungen von Abblendlicht bzw. Fernlicht zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben gegenüber den Systemen mit separaten Lichtquellen und Scheinwerfern für Abblendlicht und Fernlicht ferner den Vorteil, dass beim Umschalten Abblendlicht auf Fernlicht und umgekehrt keine Verzögerung bei der Lichtemission auftritt, weil für beide Anwendungen dieselbe Lichtquelle genutzt wird, die bereits eingeschaltet ist und sich in einem quasistationären Zustand befindet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe umfasst vorzugsweise eine Leistungsregelungseinheit, die zwischen zwei alternativen Zuständen umschaltbar ist, um die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das erste oder das zweite alternative konstante Niveau zu regeln. Dadurch kann mit ein und derselben Leistungsregelungseinheit die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe für beide Beleuchtungsanwendungen geregelt werden.
Die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe erfolgt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise auf eine der nachstehend erläuterten Varianten.
Gemäß einer ersten bevorzugten Variante der Erfindung umfassen die Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf die beiden alternativ wählbaren konstanten Niveaus ein Widerstandselement zur Erfassung einer zum Lampenstrom proportionalen Spannung, dessen Widerstandswert veränderbar und vorzugsweise umschaltbar zwischen zwei Werten ist. Dadurch kann die übliche, an sich bekannte Leistungsregelungseinheit gemäß dem Stand der Technik weiter verwendet und auf einfache Weise derart modifiziert werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, da die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe proportional zum Lampenstrom ist und somit über den Lampenstrom regelbar ist. Daher wird durch Verändern bzw. Umschalten des Widerstandswertes des vorgenannten Widerstandselements der von der Leistungsregelungseinheit detektierte Parameter für die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe entsprechend verändert.
Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf die beiden alternativ wählbaren konstanten Niveaus einen Regler mit umschaltbarer Verstärkung oder Charakteristik. Dadurch kann die übliche, an sich bekannte Leistungsregelungseinheit gemäß dem Stand der Technik weiter verwendet und auf einfache Weise derart modifiziert werden, dass die Hochdruckentladungslampe nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase alternativ mit zwei unterschiedlichen elektrischen Leistung betrieben werden kann, da durch das Umschalten der Verstärkung bzw. Charakteristik des Reglers unmittelbar die Leistungsregelungseinheit für die Hochdruckentladungslampe beeinflusst wird.
Gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf die beiden alternativ wählbaren konstanten Niveaus einen Mikrocontroller mit darin implementierter Software, der die Umschaltung zwischen den beiden alternativ wählbaren konstanten Leistungsniveaus programmgesteuert durchführt, indem er entsprechend dem geänderten Leistungsniveau veränderte Stellwerte für die Leistungsregelung generiert.
Vorzugsweise ist die Leistungsregelungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Bestandteil eines elektronischen Vorschaltgerätes zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe ausgebildet, das einen ersten Anschluss zum Anschließen der Hochdruckentladungslampe an das elektronische Vorschaltgerät und einen zweiten Anschluss zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes besitzt, wobei der zweite Anschluss mindestens drei elektrische Kontakte aufweist, die derart mit der Leistungsregelungseinheit verschaltet sind, dass bei Nutzung eines ersten und zweiten elektrischen Kontakts zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das erste konstante Niveau aktiviert ist und bei Nutzung des dritten elektrischen Kontakts zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgeräts die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das zweite konstante Niveau aktiviert ist. Die Verwendung eines elektronischen Vorschaltgerätes ermöglicht den Einsatz von mit Transistoren bestückten Spannungswandlern, um aus der Bordnetzspannung des Fahrzeugs die zum Lampenbetrieb erforderlichen Spannungen und Ströme zu erzeugen. Außerdem kann dadurch die Leistungsregelungseinheit in besonders vorteilhafter Weise als Pulsweitenmodulationseinheit ausgebildet sein, welche über die Pulsweiten modulierte Ansteuerung der Transistoren des Spannungswandlers die Leistungsregelung der Hochdruckentladungslampe durchführt. Die Umschaltung der Leistungsreglung der Hochdruckentladungslampe zwischen den beiden alternativ wählbaren konstanten Niveaus kann auf besonders einfache Weise durch die Nutzung unterschiedlicher elektrischer Kontakte für die Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes durchgeführt werden. Je nachdem, ob der erste und der zweite elektrische Kontakt oder der dritte elektrische Kontakt des Anschlusses zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes genutzt werden, ist entweder die Leistungsregelung auf das erste oder das zweite konstante Niveau und damit beispielsweise das Abblendlicht oder das Fernlicht aktiviert. Die alternative Nutzung der vorgenannten elektrischen Kontakte des Spannungsversorgungsanschlusses des elektronischen Vorschaltgerätes kann einfach über den Lichtschalter im Fahrzeug gesteuert werden. Ebenso kann dadurch synchron auch die vorgenannte optische Blende aktiviert bzw. deaktiviert werden. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, dass der Kabelbaum im Fahrzeug üblicherweise bereits mit einer zusätzlichen elektrischen Leitung für das Fernlicht ausgerüstet ist, die hier auf einfache Weise zum Anschließen des vorgenannten dritten elektrischen Kontakts genutzt werden kann.
Das vorgenannten elektronische Vorschaltgerät weist vorzugsweise einen Vollbrückenwechselrichter, in dessen Brückenzweig die ersten Anschlüsse des elektronischen Vorschaltgerätes für die Hochdruckentladungslampe angeordnet sind, und einen Sperrwandler auf, dessen Spannungsausgang mit dem Spannungseingang des Vollbrückenwechselrichters verbunden ist. Mit Hilfe des Vollbrückenwechselrichters wird die Polarität des Lampenstroms ständig umgepolt, um eine Ablagerung der geladenen Ionen des Entladungsplasmas an den Gasentladungselektrode der Hochdruckentladungslampe zu verhindern. Der Sperrwandler ermöglicht es, aus der Bordnetzspannung des Fahrzeugs die zum Lampenbetrieb erforderlichen Spannungen und Ströme zu generieren. Insbesondere kann durch eine Pulsweiten modulierte Ansteuerung des Transistors des Sperrwandlers eine Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe verwirklicht werden. Die Leistungsregelungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher vorzugsweise als Pulsweitenmodulationseinheit zur Pulsweiten modulierten Ansteuerung eines Schaltmittels des Sperrwandlers ausgebildet.
III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 Eine schematische Darstellung eines Fahrzeugscheinwerfers mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
2 Eine schematische Darstellung des elektronischen Vorschaltgerätes und der Hochdruckentladungslampe aus 1 inklusive Anschlüsse
3 Eine schematische Darstellung des elektronischen Vorschaltgerätes und der Hochdruckentladungslampe aus 1 inklusive Anschlüsse mit Lichtsteuermodul
4 Ein Blockschaltbild des elektronischen Vorschaltgerätes aus 1 in schematischer Darstellung
5 Eine erste Ausführungsform der Leistungsregelungseinheit des in 4 dargestellten elektronischen Vorschaltgerätes in schematischer Darstellung
6 Eine zweite Ausführungsform der Leistungsregelungseinheit des in 4 dargestellten elektronischen Vorschaltgerätes in schematischer Darstellung
7 Eine dritte Ausführungsform der Leistungsregelungseinheit des in 4 dargestellten elektronischen Vorschaltgerätes in schematischer Darstellung
In 1 ist schematisch ein Fahrzeugscheinwerfer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle in dem Fahrzeugscheinwerfer dient, dargestellt. Dieser Fahrzeugscheinwerfer dient zum Erzeugen des Abblendlichts und des Fernlichts des Fahrzeugs.
Der Fahrzeugscheinwerfer besitzt eine Hochdruckentladungslampe 1, die von einem Reflektor 2 umgeben ist und die mit einem elektronischen Vorschaltgerät EVG verbunden ist. Der Reflektor 2 und die Hochdruckentladungslampe 1 sind in 1 als „Projection system” bezeichnet. Außerdem weist der Fahrzeugscheinwerfer eine als „Lens” bezeichnete optische Linse und eine als „Front glass” bezeichnete durchsichtige Abdeckscheibe auf, durch die das von der Hochdruckentladungslampe 1 generierte Licht den Fahrzeugscheinwerfer verlässt. Zwischen dem Reflektor 2 und der optischen Linse „Lens” ist eine als „Shielding” bezeichnete optische Blende angeordnet, die zum Erzeugen des Abblendlichts aktiviert und in den Strahlengang des von der Hochdruckentladungslampe 1 generierten Lichts geschaltet wird, um einen Teil des Lichts auszublenden. Zum Erzeugen des Fernlichts wird die optische Blende deaktiviert und aus dem Strahlengang des von der Hochdruckentladungslampe 1 generierten Lichts entfernt, beispielsweise durch Umklappen. Das elektronische Vorschaltgerät EVG dient zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe 1. Es erzeugt aus der Bordnetzspannung des Fahrzeugs die Zum Betrieb der Hochdruckentladungslampe 1 erforderlichen Spannungen und Ströme. Zu diesem Zweck ist das elektronische Vorschaltgerät EVG mit einem elektrischen Anschluss ausgestattet, der drei elektrische Kontakte K1, K2, K3 aufweist, und mit einem weiteren Anschluss K4 ausgestattet, der zum Anschließen der Hochdruckentladungslampe 1 an das elektronische Vorschaltgerät EVG dient. Zum Erzeugen des Abblendlichts (Low beam) sind der erste Kontakt K1 und der zweite Kontakt K2 des elektrischen Anschlusses des elektronischen Vorschaltgerätes EVG mit der Bordnetzspannung des Fahrzeugs verbunden. Zum Erzeugen des Fernlichts (High beam) wird der dritte Kontakt K3 genutzt. Über den dritten Kontakt K3 wird auch die optische Blende „Shielding” deaktiviert. Das heißt, die Einschaltung des Fernlichts (High beam) und das Entfernen der optischen Blende „Shielding” aus dem Strahlengang des von der Hochdruckentladungslampe 1 generierten Lichts erfolgen synchron.
In den 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Arten von Nutzung der elektrischen Kontakte K1, K2 und K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG schematisch dargestellt. Gemäß 2 werden die elektrischen Kontakte K1 und K2 zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes EVG verwendet, um das Abblendlicht zu erzeugen, und zum Erzeugen des Fernlichts werden die elektrischen Kontakte K1 und K3 zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes EVG verwendet. Der elektrische Kontakt K1 liegt in beiden Fällen auf Massepotenzial. Zum Umschalten zwischen Abblendlicht und Fernlicht wird also einfach zwischen den Kontaktpaaren K1, K2 und K1, K3 zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes EVG umgeschaltet, beispielsweise mittels des Lichtschalters im Cockpit des Fahrzeugs. Der Anschluss K4 für die Hochdruckentladungslampe 1 ist ebenfalls dreiadrig ausgebildet. Zwei Adern des Anschlusses bzw. Anschlusskabels K4 dienen zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe 1 für den Betrieb der Hochdruckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase und zwar sowohl im Betriebsmodus Abblendlicht als auch im Betriebsmodus Fernlicht. Die dritte Ader des Anschlusses K4 dient zum Anschließen der Impulszündvorrichtung (nicht abgebildet) an die Hochdruckentladungslampe und zum Zuführen der zum Zünden der Gasentladung erforderlichen Zündspannung an die Hochdruckentladungslampe, die mittels der Impulszündvorrichtung während der Zündphase generiert wird.
Gemäß 3 ist ein Lichtsteuermodul LM vorgesehen, das zwischen dem positiven Pol der Bordnetzspannung +12 V des Fahrzeugs und den elektrischen Kontakten K1, K2 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG angeordnet ist. Das elektronische Vorschaltgerät EVG wird über seine elektrischen Kontakte K1 und K2 mit Spannung versorgt. Durch Zusätzliche Nutzung des dritten elektrischen Kontaktes K3, das heißt, indem der dritte elektrische Kontakt K3 mit einer Spannung oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes beaufschlagt wird, wird die Umschaltung von Abblendlicht auf Fernlicht bewirkt. Das Zurückschalten von Fernlicht auf Abblendlicht erfolgt dem entsprechend durch Abschalten der vorgenannten zusätzlichen Spannung am dritten Kontakt K3. Der Anschluss K4 für die Hochdruckentladungslampe 1 ist identisch zu dem in 2 abgebildeten Anschluss K4.
In 4 ist schematisch ein Blockschaltbild des elektronischen Vorschaltgerätes EVG dargestellt. Das elektronische Vorschaltgerät besitzt ein Eingangsfilter „Input filter” inklusive Schutzschaltung gegen Verpolung bzw. Vertauschung der elektrischen Kontakte K1, K2, K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG beim Anschließen an die Bordnetzspannung V_IN des Fahrzeugs, einen Sperrwandler „fly back converter”, einen Vollbrückenwechselrichter „full bridge inverter”, einen Regler „regulator”, einen Pulsweitenmodulator „PWM unit”, eine Steuereinheit „control unit” und eine Treiberschaltung „inverter driver” für die Transistoren des Vollbrückenwechselrichters. Nachstehend werden Aufbau und Funktion der vorgenannten Komponenten des elektronischen Vorschaltgerätes näher erläutert.
Dem Eingangsfilter „input filter” ist der Sperrwandler „fly back converter” nachgeschaltet, der als Gleichspannungswandler dient und aus der Bordnetzspannung des Fahrzeugs von 12 V oder 24 V eine Gleichspannung von maximal 400 V generiert, die an dem Zwischenkreiskondensator CK am Spannungsausgang des Sperrwandlers bereitgestellt wird. Der Vollbrückenwechselrichter „full bridge inverter” ist an den Zwischenkreiskondensator CK angeschlossen, wobei die am Zwischenkreiskondensator CK anliegende Spannung dem Vollbrückenwechselrichter als Eingangsspannung dient. In den Brückenzweig des Vollbrückenwechselrichters ist die Entladungsstrecke „Load (Burner)” der Hochdruckentladungslampe 1 geschaltet. Die Transistoren Q_A und Q_D bzw. Q_B und Q_C jedes Transistorpaars Q_A Q_D bzw. Q_B, Q_C schalten synchron und die Transistorpaare alternierend, so dass der Lampenstrom über die Entladungsstrecke „Load (Burner)” der Hochdruckentladungslampe 1 entweder durch das erste Transistorpaar Q_A, Q_D oder durch das zweite Transistorpaar Q_B, Q_C fließt. Dadurch wird die Polarität des Lampenstroms mit der Schaltfrequenz der Transistoren des Vollbrückenwechselrichters geändert. Das Umpolen des Lampenstroms dient der Verhinderung der Anlagerung von Ionen des Entladungsplasmas an den Gasentladungselektroden der Hochdruckentladungslampe 1. Die Schaltvorgänge der Transistoren Q_A, Q_B, Q_C, Q_D des Vollbrückenwechselrichters werden mit Hilfe der Treiberschaltung „inverter driver” und der Steuereinheit „control unit” durchgeführt. Während der Zündphase der Hochdruckentladungslampe 1 wird am Zwischenkreiskondensator CK von dem Sperrwandler die maximale Ausgangsspannung von 400 V bereitgestellt. Sie dient zur Spannungsversorgung der vorgenannten Impulszündvorrichtung (nicht abgebildet), die während der Zündphase ebenfalls in den Brückenzweig des Vollbrückenwechselrichters geschaltet ist und Zündspannungsimpulse von bis zu 30 kV zum Zünden der Gasentladung in dem Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe generiert. Nach Beendigung der Zündphase wird die Impulszündvorrichtung deaktiviert und am Zwischenkreiskondensator CK wird nur noch eine Spannung von ca. 45 V bereitgestellt, die der Brennspannung der Hochdruckentladungslampe 1 entspricht. Auf die Zündphase folgt die Anlaufphase der Hochdruckentladungslampe 1, während der die Hochdruckentladungslampe 1 mit dem Zwei- bis Dreifachen ihrer Nennleistung betrieben wird, um ein schnelles Verdampfen der Füllungsbestandteile im Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe und einen schnellen Übergang in einen quasistationären Betriebszustand der Hochdruckentladungslampe 1 zu erreichen, in dem alle Füllungsbestandteile gasförmig vorliegen und an der Entladung teilnehmen. Nach Beendigung der Anlaufphase wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 mit Hilfe des Reglers „regulator”, des Pulsweitenmodulators „PWM unit” und der Steuereinheit „control unit” auf eines von zwei zur Verfügung stehenden, alternativ wählbaren konstanten Niveaus geregelt. Zum Erzeugen der Abblendlichts wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf ein erstes Niveau von 25 Watt geregelt. In diesem Betriebszustand generiert die Hochdruckentladungslampe 1 einen Lichtstrom von ca. 2000 Lumen.
Bei der Hochdruckentladungslampe 1 handelt es sich um eine Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit quecksilberfreier Füllung, die Natriumjodid, Scandiumjodid, Zinkjodid und Indiumjodid und Xenon als Füllung enthält, wobei Zinkjodid die Rolle des fehlenden Quecksilbers übernimmt und ein hoher Xenondruck im Bereich von 0,6 bis 1,2 Megapascal bei einer Temperatur von 22°C die sofortige Lichtemission unmittelbar nach der Zündung der Gasentladung ermöglicht. Die Nennleistung dieser Hochdruckentladungslampe 1 beträgt 25 Watt. Zum Erzeugen des Fernlichts wird die elektrische Leistung dieser Hochdruckentladungslampe 1 nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf ein zweites Niveau von 28 Watt geregelt. In diesem Betriebszustand generiert die Hochdruckentladungslampe 1 einen Lichtstrom von ca. 2500 Lumen. Synchron mit dem Umschalten von Abblendlicht auf Fernlicht wird auch die optische Blende „Shielding” (1) deaktiviert, das heißt, aus dem Strahlengang des von der Hochdruckentladungslampe 1 emittierten Lichts entfernt. Zur Klarstellung sei hier erwähnt, dass natürlich der Modus Fernlicht oder Abblendlicht schon beim Einschalten der Hochdruckentladungslampe 1 eingestellt wird, die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das entsprechende Niveau von 28 Watt bzw. 25 Watt aber erst nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase erfolgt. Während der Anlaufphase wird die Hochdruckentladungslampe 1 mit einer deutlich höheren Leistung betrieben, um ein schnelles Verdampfen der Füllungsbestandteile zu gewährleisten.
Die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 wird mittels der Leistungsregelungseinheit durchgeführt, die im Wesentlichen aus dem Regler „regulator”, dem Pulsweitenmodulator „PWM unit”, der Steuereinheit „control unit” und einem Messwiderstand R_SH, der am Spannungsausgang des Sperrwandlers angeordnet ist, besteht. Der Regler „regulator” umfasst einen Spannungsregler VEA und einen Stromregler CEA. Der Spannungsregler VEA ist bis zur Zündung der Gasentladung in der Hochdruckentladungslampe 1 aktiv. Mit seiner Hilfe wird am Zwischenkreiskondensator CK eine Spannung von maximal 400 V generiert, die zur Versorgung der Impulszündvorrichtung (dient). Nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe 1 ist nur noch der Stromregler CEA aktiv, der zur Regelung des Lampenstroms und damit auch zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 dient. An dem Zwischenkreiskondensator CK liegt nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase im Wesentlichen die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe 1 an, die ca. 45 V beträgt.
Der Stromregler CEA ist als Proportional-Integral-Regler für den Lampenstrom I_L ausgebildet. Mit Hilfe der Steuereinheit „control unit” und des darin integrierten Mikrocontrollers werden Stellwerte für den vorgenannten Proportional-Integral-Regler zur Regelung des Lampenstroms generiert. Der Mikrocontroller überwacht ferner die Spannung V_L im Brückenzweig des Vollbrückenwechselrichters, die der Brennspannung der Hochdruckentladungslampe 1 entspricht, und generiert in Abhängigkeit von der vorgenannten Spannung V_L und der Spannung am Messwiderstand R_SH Stellwerte für den Stromregler CEA, so dass mittels des Stromreglers CEA de facto eine Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 ermöglicht wird.
Der Regelausgang des Proportional-Integral-Reglers „regulator” ist mit dem Pulsweitenmodulator „PWM unit” verbunden, der im Wesentlichen aus einem Frequenzgenerator „f-Generator”, einem Komparator „Comp” und einem Flip-Flop besteht. Der Pulsweitenmodulator „PWM unit” führt in Abhängigkeit von dem Reglersignal eine Pulsweiten modulierte Ansteuerung des Transistors Q1 des Sperrwandlers „fly back converter” durch. Durch diese Pulsweiten modulierte Ansteuerung wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 auf ein konstantes Niveau von 25 Watt geregelt, wobei mit Hilfe des Messwiderstands R_SH am Knotenpunkt K zwischen dem Messwiderstand R_SH und dem Zwischenkreiskondensator CK eine zum Lampenstrom I_L proportionale Spannung abgegriffen wird.
Die Umschaltung auf das höhere Leistungsniveau von 28 Watt erfolgt entweder durch Verändern des wirksamen Wertes des Messwiderstands R_SH (gemäß 6) oder der Regelcharakteristik des Lampenstromreglers CEA (gemäß 5) oder durch Verändern des wirksamen Widerstandswertes des Widerstands R6 (gemäß 7) am Ausgang des Stromreglers CEA.
Gemäß der Darstellung in den 5 bis 7 besitzt der Stromregler CEA einen Operationsverstärker U₁ und Widerstände R1, R2, R3, R5 und R6 sowie einen Kondensator C5. Zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 auf das erste Niveau von 25 Watt, das dem Abblendlicht entspricht, sind in dem Rückkoppelungszweig des Operationsverstärkers U1 von seinem Ausgang zu seinem invertierenden Eingang nur der Widerstand R5 und der Kondensator C5 aktiv.
Zum Umschalten auf die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 auf das zweite Niveau von 28 Watt, das dem Fernlicht entspricht, wird gemäß der in 5 schematisch abgebildeten Ausführungsform mittels des elektronischen Schalters S1 zusätzlich der Widerstand R4 in den Rückkopplungszweig des Operationsverstärkers U1 geschaltet. Dadurch wird die Regelcharakteristik des Reglers „regulator” verändert, so dass bei geeigneter Dimensionierung der Bauteile die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das höhere Niveau von 28 Watt geregelt wird. Das Zuschalten des parallel zu dem Tiefpass R5, C5 angeordneten Widerstands R4 mittels des elektronischen Schalters S1 wird über den dritten elektrischen Kontakt K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG getriggert. Bei Nutzung bzw. Spannungsversorgung des dritten elektrischen Kontakts K3 ist der elektronische Schalter S1 geschlossen und somit das Fernlicht eingeschaltet.
Gemäß der in 6 schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird anstelle des Rückkopplungszweiges des Operationsverstärkers U1 der wirksame Wert des Messwiderstands R_SH verändert, um anstelle des ersten Leistungsniveaus von 25 Watt das zweite Leistungsniveau für die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 zu aktivieren. Am Knotenpunkt K ist parallel zum Messwiderstand R_SH in einem Parallelkreis ein weiterer Widerstand R_SH2 angeordnet, der mittels des elektronischen Schalters S2 ein- oder ausgeschaltet werden kann. Im ausgeschalteten Zustand ist nur der Messwiderstand R_SH aktiv und die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 wird nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf das erste konstante Niveau von 25 Watt geregelt. Im eingeschalteten Zustand ist der weitere Widerstand R_SH2 parallel zu dem Messwiderstand geschaltet und der wirksame Widerstand für die Erfassung des Lampenstroms I_L durch den Regler „regulator” entsprechend reduziert. Dadurch wird bei geeigneter Dimensionierung des Widerstands R_SH2 erreicht, dass die Regelung der elektrischen der Hochdruckentladungslampe auf das höhere Niveau von 28 Watt erfolgt. Der Schalter S2 wird über die Nutzung bzw. einen Spannungsabfall an dem dritten elektrischen Kontakt K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG getriggert.
Gemäß der in 7 schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird anstelle des Rückkopplungszweiges des Operationsverstärkers U1 und anstelle des wirksamen Wertes des Messwiderstands R_SH der wirksame Wert des Widerstands R6 am Ausgang des Stromreglers CEA verändert. Durch Serienschaltung des Widerstandes R7 zu dem Widerstand R6 mittels des elektronischen Schalters S3 wird der am Ausgang des Reglers „regulator” bzw. am Eingang des Pulsweitenmodulators „PWM unit” wirksame Widerstand verändert. Nach dem Einschalten des elektronischen Schalters S3 ist anstelle des Widerstands R6 die Serienschaltung aus den Widerständen R6 und R7 wirksam. Dadurch wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 mittels des Pulsweitenmodulators „PWM unit” auf das höhere Niveau von 28 Watt geregelt. Das Schließen des elektronischen Schalters S3 und Zuschalten des Widerstands R7 wird über die Nutzung bzw. Spannungsbeaufschlagung des dritten elektrischen Kontakts K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG getriggert.
Als weitere Alternative kann die Umschaltung zwischen dem ersten und zweiten konstanten Niveau von 25 Watt bzw. 28 Watt für die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 auch mittels des Mikrocontrollers der Steuereinheit „control unit” und der darin implementierten Software realisiert werden, indem der Mikrocontroller für die beiden unterschiedlichen Leistungsniveaus von 25 W bzw. 28 W entsprechend unterschiedliche Stellwerte für die Leistungsregelungseinheit generiert.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Beispielsweise kann zum Erzeugen des Fernlichts die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe auch auf ein anderes konstantes Niveau als 28 Watt geregelt werden, um einen noch höheren oder einen etwas geringeren Lichtstrom zu generieren. Jedes zusätzliche Watt Leistung oberhalb von 25 Watt erhöht den Lichtstrom der Hochdruckentladungslampe um ca. 150 Lumen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3905715 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (1) in einem Fahrzeugscheinwerfer, wobei die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) während ihres Betriebs nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf ein konstantes Niveau geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) zum Erzeugen einer ersten Beleuchtungsanwendung auf ein erstes konstantes Niveau und zum Erzeugen einer zweiten Beleuchtungsanwendung auf ein anderes, zweites konstantes Niveau geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Beleuchtungsanwendung das Abblendlicht eines Fahrzeugscheinwerfers und die zweite Beleuchtungsanwendung das Fernlicht des Fahrzeugscheinwerfers ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hochdruckentladungslampe als Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit quecksilberfreier Füllung ausgebildet ist und das erste konstante Niveau einen Wert von maximal 25 Watt besitzt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das zweite konstante Niveau einen Wert im Bereich von größer als 25 Watt und kleiner oder gleich 28 Watt besitzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Umschalten zwischen den beiden konstanten Niveaus synchron mit dem Betätigen einer optischen Blende (Shielding) oder eines Lichtlenkmittels im Fahrzeugscheinwerfer erfolgt.
Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (1) in einem Fahrzeugscheinwerfer, wobei die Vorrichtung eine Leistungsregelungseinheit (regulator) umfasst, die nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase der Hochdruckentladungslampe (1) zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf ein konstantes Niveau dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (R_SH, R_SH2, R4, R7) zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante Niveaus besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Leistungsregelungseinheit (regulator) umschaltbar zwischen zwei alternativen Zuständen ausgebildet ist, so dass die elektrisch Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) im ersten Zustand auf das erste konstante Niveau und im zweiten Zustand auf das zweite konstante Niveau geregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel ein Widerstandselement (R_SH) zur Erfassung einer zum Lampenstrom proportionalen Spannung umfassen, dessen wirksamer Widerstandswert veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel einen Regler (regulator) mit umschaltbarer Verstärkung oder Charakteristik umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Vorrichtung einen Mikrocontroller aufweist und die Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante Niveaus durch im Mikrocontroller implementierte Software verwirklicht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Leistungsregelungseinheit (regulator) als Bestandteil eines elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe (1) ausgebildet ist, das einen ersten Anschluss (K4) zum Anschließen der Hochdruckentladungslampe (1) an das elektronische Vorschaltgerät und einen zweiten Anschluss zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) besitzt, wobei der zweite Anschluss mit mindestens drei elektrischen Kontakten (K1, K2, K3)) versehen ist, die derart mit der Leistungsregelungseinheit (regulator) verschaltet sind, dass bei Nutzung eines ersten (K1) und zweiten elektrischen Kontaktes (K2) zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf das erste konstante Niveau aktiviert ist und bei Nutzung des dritten elektrischen Kontakts (K3) des elektronischen Vorschaltgeräts die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf das zweite konstante Niveau aktiviert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das elektronische Vorschaltgerät (EVG) einen Vollbrückenwechselrichter (full bridge inverter), in dessen Brückenzweig die ersten Anschlüsse (K4) für die Hochdruckentladungslampe (1) angeordnet sind, und einen Sperrwandler (fly back converter) aufweist, dessen Spannungsausgang mit dem Spannungseingang des Vollbrückenwechselrichters (full bridge inverter) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Leistungsregelungseinheit (regulator) als Pulsweitenmodulationseinheit zur Pulsweiten modulierten Ansteuerung eines Schaltmittels (Q1) des Sperrwandlers (fly back converter) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei die Vorrichtung eine aktivierbare optische Blende (Shielding) oder aktivierbare Lichtlenkmittel aufweist und Mittel (K3) zum Betätigen der optischen Blende oder der Lichtlenkmittel synchron mit dem Umschalten zwischen den beiden alternativ wählbaren konstanten Niveaus vorgesehen sind.