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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine solche Schaltung weist eine Stromquelle, eine Reihenschaltung von elektrischen Lasten, einen Schalter und eine Filterkapazität auf, wobei die Stromquelle die Reihenschaltung von elektrischen Lasten mit Strom versorgt, der Schalter zu einer der elektrischen Lasten parallel geschaltet ist, so dass diese Last mit dem Schalter überbrückbar ist, und die Filterkapazität zu der Reihenschaltung von elektrischen Lasten parallel geschaltet ist.
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Eine solche Schaltung wird als per se bekannt vorausgesetzt. An Ausgängen von Stromquellen finden sich in der Regel Filterkapazitäten, die zum Beispiel Störanteile im Ausgangssignal der Stromquelle dämpfen sollen. Bei den elektrischen Lasten kann es sich zum Beispiel um Halbleiterlichtquellen einer Kraftfahrzeugbeleuchtungseinrichtung handeln. Um mehrere solcher Lasten unabhängig voneinander durch dieselbe Stromquelle mit Strom versorgen zu können, werden Schalter zum Überbrücken der gerade nicht benötigten elektrischen Lasten verwendet.
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Beim Abschalten dieser elektrischen Lasten können kurzzeitig unerwünscht große Ströme in der Schaltung hervorgerufen werden. Diese Stromspitzen können deutlich höher ausfallen als der zulässige Maximalstrom, mit dem die beteiligten elektrischen Lasten betrieben werden dürfen. Zur Verringerung der Höhe der Stromspitzen ist es bekannt, die parallel zu der Reihenschaltung liegende Filterkapazität zu verkleinern. Dies hat aber Nachteile in Bezug auf Anforderungen an eine elektromagnetische Verträglichkeit der Schaltung. Es ist auch bekannt, die Filterkapazität aktiv zu entladen. Dies ist aber unerwünscht aufwändig. Darüber hinaus ist es bekannt, eine lineare Stromquelle in die Verbindung der Reihenschaltung mit der Filterkapazität zu schalten. Auch dies ist mit dem Nachteil eines erhöhten Schaltungsaufwands verbunden, und es ist teuer.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Schaltung der eingangs genannten Art, welche die Höhe unerwünschter Stromspitzen beim Einschalten und Ausschalten einzelner elektrischer Kapazitäten zumindest verringert.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Filterkapazität aus einer Reihenschaltung von Einzelkapazitäten besteht, von denen jeweils eine parallel zu der elektrischen Last geschaltet ist, die mit dem Schalter überbrückbar ist.
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Durch diese Merkmale wird die parallel zur Reihenschaltung der Lasten liegende Filterkapazität auf die Einzelkapazitäten der Reihenschaltung der Kapazitäten aufgeteilt. Beim Überbrücken einer der elektrischen Lasten kann sich die zugehörige Einzelkapazität dann jeweils über den die elektrische Last überbrückenden Schalter entladen. Diese Entladung erfolgt in einer Schleife, die aus der Einzelkapazität und dem diese Einzelkapazität überbrückenden Schalter besteht und beeinflusst die anderen Lasten nicht. Die Belastung der anderen Lasten durch das Schalten wird auf den Schalter verlagert. Dies hat den Vorteil, dass beim Überbrücken einer elektrischen Last keinerlei zusätzliche aktive Beschaltung erforderlich ist. Die Filterwirkung kann durch entsprechend dimensionierte Kapazitätswerte aufrechterhalten werden. Die Spannungsbelastung der Filterkondensatoren sinkt.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrischen Lasten Halbleiterlichtquellen eines Kraftfahrzeugscheinwerfers sind.
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Bevorzugt ist auch, dass die elektrischen Lasten Halbleiterlichtquellen einer Heckleuchte sind.
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Bevorzugt ist auch, dass die Stromquelle ein Wandler ist, der aus einer Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeugs einen für den Betrieb der elektrischen Lasten geeigneten Gleichstrom erzeugt.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Schaltung in Reihe geschaltete Maschen aufweist, die eine elektrische Last, einen dazu parallel liegenden Schalter und eine dazu ebenfalls parallel liegende Einzelkapazität aufweisen, und welche Schaltung auch eine oder mehrere Maschen aufweist, die nur aus einer Einzelkapazität und einer parallel zu der Einzelkapazität liegenden elektrischen Last bestehen.
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Bevorzugt ist auch, dass eine der elektrischen Lasten eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode oder eine Gruppe von Leuchtdioden oder Laserdioden ist, die gemeinsam geschaltet werden und die zur Erzeugung einer ersten Lichtverteilung dienen.
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Bevorzugt ist auch, dass die erste Lichtverteilung eine Abblendlichtverteilung eines Scheinwerfers ist.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass eine weitere elektrische Last eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode oder eine Gruppe von Leuchtdioden oder Laserdioden ist, die gemeinsam geschaltet werden und die zur Erzeugung einer zweiten Lichtverteilung dienen.
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Bevorzugt ist auch, dass die zweite Lichtverteilung eine zusätzliche Lichtverteilung ist, die eine Abblendlichtverteilung eines Scheinwerfers zu einer weiteren Lichtverteilung, zum Beispiel einer Schlechtwetterlichtverteilung ergänzt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zusätzliche Lichtverteilung ein Abbiegelicht. Sowohl die zusätzliche Lichtverteilung des Schlechtwetterlichtes als auch das Abbiegelicht werden nur bei eingeschaltetem Abblendlicht geschaltet. Während beim Abbiegelicht nur die Lichtquelle auf der Kurveninnenseite eingeschaltet wird, werden beim Schlechtwetterlicht die Lichtquellen auf beiden Fahrzeugseiten eingeschaltet. Im Grundsatz kann in die Reihenschaltung der Lichtquellen auch noch das Fernlicht einbezogen werden.
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Bevorzugt ist auch, dass eine dritte elektrische Last eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode oder eine Gruppe von Leuchtdioden oder Laserdioden ist, die gemeinsam geschaltet werden und die zur Erzeugung einer dritten Lichtverteilung dienen.
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Ferner ist bevorzugt, dass die dritte Lichtverteilung eine zusätzliche Lichtverteilung ist, die eine Abblendlichtverteilung eines Scheinwerfers um eine weitere Lichtverteilung, zum Beispiel um einen langreichweitigen Fernlichtanteil ergänzt.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 eine bekannte Schaltung;
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2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung; und
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3 zeitliche Verläufe von Strömen beim Ausschalten einer elektrischen Last bei der bekannten Schaltung und bei dem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung nach der 2.
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Im Einzelnen zeigt die 1 eine bekannte Schaltung 1 zum Betreiben von Halbleiterlichtquellen eines Kraftfahrzeugscheinwerfers als elektrische Lasten. Im dargestellten Beispiel sind drei elektrische Lasten 2, 3, 4, vorhanden. Die Erfindung ist nicht auf das Beispiel mit drei elektrischen Lasten beschränkt. Die Zahl der elektrischen Lasten kann daher insbesondere auch größer sein als drei. Die Schaltung weist darüber hinaus eine Fahrzeugbatterie 5, eine Stromquelle 6, eine Filterkapazität 7, drei Schalter 9, 10 und 11 sowie ein Betätigungsmittel 12 auf, das zur Ansteuerung der Schalter dient.
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Die Stromquelle 6 ist zum Beispiel ein Wandler, der die Bordnetzspannung der Batterie 5 in einen für den Betrieb der elektrischen Lasten 2, 3, 4 geeigneten Gleichstrom umwandelt. Die Filterkapazität 7 dämpft unerwünschte hochfrequente Anteile des umgewandelten Gleichstroms, welche beim Betrieb der elektrischen Lasten störend wären. Das Betätigungsmittel 12 ist zum Beispiel ein mehrere Schaltstellungen aufweisender Lichtschalter, ein Mikrocontroller oder ein Lichtsteuergerät. Je nach Stellung der Schalter 9, 10 und 11 ergeben sich unterschiedliche Schaltzustände (Ein oder Aus) der elektrischen Lasten. Wenn Schalter 9 offen ist, sind alle drei Lasten 2, 3, 4 ausgeschaltet. Wenn alle drei Schalter 9, 10, 11 geschlossen sind, ist zum Beispiel nur die Last 3 eingeschaltet.
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Wenn, bei geschlossenem Schalter 9 und offenen Schaltern 10 und 11 zum Beispiel der Schalter 11 geschlossen wird, ändert sich die Spannung über der Filterkapazität 7. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Stromquelle 6 einen (abgesehen von Effekten der Gleichspannungswandlung) konstanten Strom ausgibt. Durch das Überbrücken der Last 4 fällt die Spannung über der Last 4, die bei offenem Schalter 11 einen Wert U4 ungleich Null besitzt, auf den Wert Null ab. Dieser Übergang von U4 ungleich Null auf Null bildet sich 1:1 in der Spannung über der Filterkapazität 7 ab, was zu einer entsprechenden Entladung der Filterkapazität führt 7. Der Entladestrom fließt über die noch eingeschalteten Lasten 2 und 3 ab, was, wie oben beschrieben, nicht erwünscht ist.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung 12. Die Schaltung 12 unterscheidet sich von der bekannten Schaltung 1 dadurch, dass die Filterkapazität 7 der bekannten Schaltung 1 bei der Schaltung 12 nicht vorhanden ist und ferner dadurch, dass die Schaltung 1 eine Reihenschaltung 13 von Einzelkapazitäten 14, 15, 16 aufweist, von denen eine erste Einzelkapazität 14 parallel zu der elektrischen Last 2 geschaltet ist, die mit dem Schalter 10 überbrückbar ist, und von denen eine dritte Einzelkapazität 16 parallel zu der elektrischen Last 4 geschaltet ist, die mit dem Schalter 11 überbrückbar ist. Die Filterkapazität besteht bei dem Gegenstand der 2 aus den drei Einzelkapazitäten 14, 15, 16.
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Die 2 zeigt damit ein Beispiel einer allgemeineren Schaltung, bei der die Filterkapazität aus einer Reihenschaltung von Einzelkapazitäten besteht, von denen jeweils eine parallel zu den elektrischen Lasten geschaltet ist, die mit dem zugehörigen Schalter überbrückbar sind.
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Die Schaltung ist nicht auf eine spezielle Zahl von in Reihe geschalteten Maschen beschränkt, die eine elektrische Last, einen dazu parallel liegenden Schalter und eine dazu ebenfalls parallel liegende Einzelkapazität aufweisen. Die Schaltung kann auch eine oder mehrere Maschen aufweisen, die keinen Schalter aufweisen und aus einer Einzelkapazität und einer elektrischen Last bestehen. Dies ist bei dem Gegenstand der 2 für die Last 3 und die Einzelkapazität 15 der Fall.
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Wesentlich ist, dass wenigstens eine Einzelkapazität parallel zu einer elektrischen Last geschaltet ist, die mit einem Schalter überbrückbar ist. Bei geschlossenem Schalter bildet die Einzelkapazität mit dem Schalter eine geschlossene Schleife in der sich der Kondensator durch Ladungsausgleich entladen kann. Da der Ladungsausgleich in der geschlossenen Schleife erfolgt, ergibt sich dabei kein unerwünschter Einfluss auf den Rest der Schaltung. Es tritt insbesondere keine Spannungsänderung über den übrigen Einzelkapazitäten und elektrischen Lasten auf.
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Beim Gegenstand der 3 lassen sich die folgenden Schaltungszustände unterscheiden.
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Der Schalter 9 ist offen. Dann sind alle elektrischen Lasten ausgeschaltet. Die Schaltstellung der übrigen Schalter 10 und 11 ist dann nicht relevant.
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Der Schalter 9 ist geschlossen und die Schalter 10 und 11 sind geöffnet. Dann ist nur die elektrische Last 3 eingeschaltet. Die elektrische Last 3 ist bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode oder eine Gruppe von Leuchtdioden oder Laserdioden, die gemeinsam geschaltet werden und die zur Erzeugung einer ersten Lichtverteilung dienen. Die erste Lichtverteilung ist zum Beispiel eine Abblendlichtverteilung eines Scheinwerfers.
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Der Schalter 9 ist geschlossen und der Schalter 10 ist geschlossen. Der Schalter 11 ist offen. In diesem Fall sind die beiden elektrischen Lasten 3 und 4 eingeschaltet. Die elektrische Last 4 ist ebenfalls bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode oder eine Gruppe von Leuchtdioden oder Laserdioden, die gemeinsam geschaltet werden und die zur Erzeugung einer zweiten Lichtverteilung dienen. Die zweite Lichtverteilung ist zum Beispiel eine zusätzliche Lichtverteilung, die eine Abblendlichtverteilung eines Scheinwerfers zu einer weiteren Lichtverteilung, zum Beispiel einer Schlechtwetterlichtverteilung ergänzt.
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Der Schalter 9 ist geschlossen und der Schalter 11 ist geschlossen. Der Schalter 10 ist offen. In diesem Fall sind die beiden elektrischen Lasten 2 und 3 eingeschaltet. Die elektrische Last 2 ist ebenfalls bevorzugt eine Halbleiterlichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode oder eine Gruppe von Leuchtdioden oder Laserdioden, die gemeinsam geschaltet werden und die zur Erzeugung einer dritten Lichtverteilung dienen. Die dritte Lichtverteilung ist zum Beispiel eine zusätzliche Lichtverteilung, die eine Abblendlichtverteilung eines Scheinwerfers eine weitere Lichtverteilung, zum Beispiel um einen langreichweitigen Fernlichtanteil ergänzt.
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Der Schalter 9 ist geschlossen, und der Schalter 10 ist offen, und der Schalter 11 ist offen. In diesem Fall sind alle elektrischen Lasten 1, 2 und 3 eingeschaltet, und es stellt sich eine aus den Beiträgen sämtlicher Halbleiterlichtquellen zusammengesetzte Lichtverteilung ein.
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Die elektrischen Lasten sind bei einer alternativen Ausgestaltung Halbleiterlichtquellen einer Heckleuchte, die zum Beispiel eine Schlusslichtverteilung oder eine Kombination aus Schlusslicht, Bremslicht Nebelschlussleuchte, etc. erzeugt.
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3 veranschaulicht den Verlauf des Stroms durch die elektrischen Lasten bei einem Schließen des zunächst offenen Schalters 11, das bei geschlossenem Schalter 9 und offenem Schalter 10 stattfindet. Die Konstantstromquelle liefert einen (abgesehen von Effekten der Gleichspannungswandlung) konstanten Strom, der im dargestellten Beispiel 1 A beträgt. Der Strom wird zunächst von allen der elektrischen Lasten 2, 3, 4 getragen. Zum Zeitpunkt t = 100 µs wird der Schalter 11 geschlossen.
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Der Stromverlauf 17 ergibt sich beim Stand der Technik gemäß der 1 und der Stromverlauf 18 ergibt sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 2. Beim Stand der Technik nach der 1 verringert sich dadurch die an der Filterkapazität anliegende Spannung, so dass sich die Filterkapazität, respektive, der zugehörige Kondensator entsprechend entlädt (die gespeicherte Ladung ist das Produkt aus der (konstanten) Kapazität des Kondensators und der anliegenden Spannung). Der Entladestrom steigt rapide an, wobei der Spitzenwert bei dem dargestellten Beispiel etwa 2,5-mal so groß ist wie der Ausgangswert. Anschließend fällt der Entladestrom auf das von der Konstantstromquelle bereitgestellte Grundniveau ab. Der Entladestrom, also der über dem konstanten Niveau des Stromverlaufs 18 liegende Teil des Stromverlaufs 17 fließt zwangsläufig über die Lasten 2 und 3 ab, was unerwünscht ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der 2 fällt die Spannung über der Einzelkapazität 16 beim Schließen des Schalters 11 auf den Wert Null. Die Einzelkapazität, respektive der zugehörige Kondensator, entlädt sich. Der Ladungsausgleich erfolgt über den geschlossenen Schalter 11. Die Spannungen über den übrigen Einzelkapazitäten, respektive den zugehörigen Kondensatoren, ändert sich dabei nicht. Daher ändert sich auch der von den jeweils an derselben Spannung liegenden elektrischen Lasten getragen Strom vorteilhafterweise nicht.
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Durch die serielle Verschaltung der Kondensatoren reduziert sich die am Ausgang der Stromquelle wirksame Gesamtkapazität beim Überbrücken einer der Einzelkapazitäten, da der Kehrwert der wirksamen Gesamtkapazität (mit Zähler 1) gleich der Summe der Kehrwerte der Einzelkapazitäten (mit Zähler 1) ist. Entsprechend werden bei der Aufteilung der Filterkapazität auf die Einzelkapazitäten größere Kapazitätswerte benötigt, um die erwünschte Filterwirkung zu erzielen. Dieser Nachteil wird jedoch dadurch kompensiert, dass die Spannungsfestigkeit der Bauteile der erfindungsgemäßen Schaltung niedriger sein darf als beim Stand der Technik.
