DE19608658C1 - Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Es sind Schaltungsanordnungen zum Zünden und Betreiben von Hochdruckgasentladungslampen für den Betrieb in Kraftfahrzeugen auf dem Markt, die nach zwei verschiedenen Prinzipien arbeiten. Bei dem einen Prinzip wird sowohl der Start als auch der Betrieb im sogenannten Resonanzbetrieb durchgeführt. Dabei liegt die Startfrequenz, also beim Zünden der Lampe, bei etwa 80 kHz und die Brenn- oder Betriebsfrequenz liegt bei etwa 8 bis 16 kHz. Bei dem anderen Prinzip wird die Lampe im sogenannten wackelnden Gleichstrombetrieb betrieben, d. h. der Gleichstrom wird immer wieder umgepolt. Die Umpolfrequenz beträgt etwa 400 Hz. Die Zündung der Lampe erfolgt über einen separaten Impulszünder. Die verwendeten Lampen sind sogenannte Xenonlampen oder Metallhalogenidlampen, deren Hochdruck bei etwa 80 bar liegt. Zum Zünden des Lichtbogens ist im Hinblick auf schlechteste Toleranzbedingungen eine Hochspannung von 24 kV notwendig. Im Brennbetrieb liegt die nötige Spannung bei etwa 85 Volt.

Prinzipielle Nachteile bei diesen beiden Prinzipien liegen darin begründet, daß relativ viele Bauteile und für das zweite Prinzip eine besondere Zündvorrichtung nötig sind und darüber hinaus die Bauteile recht groß sind und hochspannungsfest sein müssen. Dadurch sind in nachteiliger Weise relativ hohe Kosten, recht hohe Verlustleistungen und erheblicher Raumbedarf gegeben.

Bei der aus der gattungsbildenden US 4 904 905 bekannten Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe ist vorgesehen, daß im Brückenzweig einer Brückenschaltung die Primärwicklung eines Transformators angeordnet ist, auf der Sekundärseite des Transformators ein Schwingkreis angeordnet ist, die Hochdruckgasentladungslampe von dem sekundärseitigen Schwingkreis mit Brenn- und Zündenergie versorgt wird, und sowohl der Brennbetrieb als auch der Zündvorgang mit Hochfrequenz betrieben wird, wobei die Frequenz der Zündung wesentlich höher gewählt ist als die Frequenz beim Brennbetrieb.

Bei der dortigen Schaltungsanordnung ist das Übersetzungsverhältnis zwischen Sekundär- und Primärwicklung des Transformators so gewählt, daß ein Kompromiß in der Dimensionierung zwischen dem normalen Betriebsfall, nämlich dem Brennen der Hochdruckgasentladungslampe, und dem Zündfall, bei dem das Brennen der Lampe gestartet wird, entsteht. Das dortige Übersetzungsverhältnis ü ist fest. Dabei reichte für den Betriebsfall ein kleines ü, während im Zündfall ü größer sein müßte. Dieser Kompromiß, ein festes Übersetzungsverhältnis ü zu finden, welches beiden Fällen gerecht wird, ist schwierig zu finden. Dies insbesondere dann, wenn gleichzeitig die Baugröße nach oben hin limitiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe anzugeben, bei der die Bauelemente in ihrer Größe und Dimensionierung bei kleinem Übersetzungsverhältnis allein auf den Betriebsfall, d. h. das Brennen der Hochdruckgasentladungslampe optimiert werden können.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Übersetzungsverhältnis ü_Z des Transformators zum Zünden der Hochdruckgasentladungslampe erhöht ist gegenüber dem beim Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe vorliegenden Übersetzungsverhältnis ü_B des Betriebsfalls, d. h. es gilt ü_Z < ü_B oder ü_Z » ü_B.

Durch die in den weiteren Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Schaltungsanordnung möglich.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird zur Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses ü_Z beim Zünden ein Teil der Windungen der Primärwicklung des Transformators kurzgeschlossen. Dabei wird in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung das Kurzschließen mit Hilfe eines gesteuerten Transistors durchgeführt.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung erhält der Transistor zum Kurzschließen eines Teils der Primärwicklung seine Steuerimpulse von einer Ansteuerlogik bzw. einem Mikrokontroller, welcher auch die gesteuerten Schalttransistoren der Brückenschaltung steuert.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch das Blockschaltbild einer erfindungsgemäß gestalteten Schaltungsanordnung, und

Fig. 2 schematisch in einem Diagramm den Verlauf der Lampenspannung über der Zeit während und nach dem Zündvorgang.

In Fig. 1 ist schematisch das Blockschaltbild der erfindungsgemäß gestalteten Schaltungsanordnung dargestellt. Eine Hochdruckgasentladungslampe 1 ist mit ihren Elektroden 2 und 3 an die beiden Enden 4 und 5 der Sekundärwicklung 6 eines Transformators 7 angeschlossen. Zwischen den Elektroden 2 und 3 ist parallel zur Hochdruckgasentladungslampe 1 ein Kondensator 8 geschaltet. Aus der Kapazität des Kondensators 8 und der Induktivität der Sekundärwicklung 6 des Transformators 7 ist auf dessen Sekundärseite eine Schwingkreis gebildet, durch den die Hochdruckgasentladungslampe 1 mit Brenn- und Zündenergie versorgt wird.

Die Primärwicklung 9 des Transformators 7 liegt im Brückenzweig einer Brückenschaltung 10. Die dargestellte Brückenschaltung 10 ist eine sogenannte kapazitive Halbbrücke, bei der in einem Zweig, hier in dem linken, zwei gesteuerte Schalttransistoren 11 und 12 angeordnet sind. Der Verbindungspunkt 13 der beiden Transistoren 11 und 12 bildet den einen Anschluß des Brückenzweiges. Im anderen Zweig, hier im rechten, sind zwei Kondensatoren 14 und 15 angeordnet. Der Verbindungspunkt 16 der beiden Kondensatoren 14 und 15 bildet den zweiten Anschluß des Brückenzweiges. In diesem Brückenzweig liegt zwischen den Anschlüssen 13 und 16 die bereits erwähnte Primärwicklung 9 des Transformators 7. Schalttransistor 11 und Kondensator 14 sind am Anschluß 17 miteinander verbunden und an den Pluspol + einer Versorgungsspannungsquelle, beispielsweise der Batterie mit der Gleichspannung U_B eines Kraftfahrzeuges angeschlossen. Schalttransistor 12 und Kondensator 15 sind am Anschluß 18 miteinander verbunden und an das Erdpotential 0 der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen.

Zwischen Pluspol + und Erdpotential 0 liegt die Batteriespannung U_B an. Ein Mikrokontroller 19, der die Ansteuerlogik der Schaltungsanordnung verkörpert, ist mit seinen Anschlüssen 20 und 21 an den Pluspol + bzw. das Erdpotential 0 der Versorgungsspannung U_B angeschlossen. Steuerausgänge 22 und 23 des Mikrokontrollers 19 sind auf die Steuereingänge der zugehörigen gesteuerten Schalttransistoren 11 bzw. 12 geführt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist ein gesteuerter Transistor 30 vorgesehen, dessen Steueranschluß 31 mit dem die Ansteuerlogik verkörpernden Mikrokontroller 19 verbunden ist. Die geschaltete Strecke des Transistors 30 liegt zwischen dem Brückenanschluß 13 und einem Anschlußpunkt 32 innerhalb der Primärwicklung 9 des Transformators 7. Der Anschlußpunkt 32 teilt die Primärwicklung 9 in einen Teil 9K, der beim Zünden durch das leitend Steuern des Transistors 30 kurzgeschlossen werden kann, und einen Teil 9Z, der dann beim Zünden wirksam ist. Beim Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe 1 nach dem Zünden, wenn der Transistor 30 gesperrt ist, ist die gesamte Primärwicklung 9, also 9K + 9Z, wirksam.

Gemäß der Erfindung wird mit zwei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen ü_Z für das Zünden und ü_B für den Brennbetrieb der Hochdruckgasentladungslampe 1 gearbeitet. Die Primärwicklung 9 des Transformators wird so festgelegt, daß ein relativ kleines ü_B entsteht, welches für den Brennbetrieb ausreicht und eine Optimierung der Bauelemente für diesen Fall erlaubt. In diesem Fall ist der Transistor 30 gesperrt und die gesamte Primärwicklung 9 wirksam.

Um für den Zündfall der Hochdruckgasentladungslampe 1 das gewünschte höhere oder sogar wesentlich höhere Übersetzungsverhältnis ü_Z zu erzielen, um damit die notwendige Zündspannung einfach zur Verfügung zu stellen, wird während des Zündbetriebs der Transistor leitend geschaltet. Damit ist der Teil 9K der Primärwicklung 9 mit seinen zugehörigen Windungen kurzgeschlossen und nur der Teil 9Z der Primärwicklung 9 mit den zugehörigen Windungen im Zündfall wirksam. Mit Hilfe dieser erfindungsgemäß gestalteten Schaltungsanordnung kann sie insbesondere im Hinblick auf die Erzielung und Verwendung kleiner und preiswerter Bauelemente hin günstig dimensioniert werden.

In Fig. 2 ist schematisch in einem Diagramm der Verlauf der Spannung u_L der Hochdruckgasentladungslampe über der Zeit während und nach dem Zündvorgang dargestellt. Auf der Zeitachse t ist die Zeit in µs angegeben und auf der senkrechten Achse ist die Lampenspannung U_L in Volt bzw. in kV aufgetragen. Die Spannung U_L steigt vom Wert 0 in sinusförmigen Schwingungen entsprechend dem Verhalten des Zündschwingkreises immer mehr an. Nach knapp 6 µs ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die zur Zündung der Hochdruckgasentladungslampe notwendige Zündspannung erreicht. Danach steht nur noch eine wesentlich niedrigere Spannung an der Hochdruckgasentladungslampe von z. B. ca. 85 Volt an, nämlich die zum Aufrechterhalten des Lichtbogens nötige Brennspannung. Wie aus dem Diagramm gut zu erkennen ist, liegt die Einschaltzeit der Hochdruckgasentladungslampe mit ca. 6 µs in einem äußerst günstigen Wertbereich.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Zünden und Betreiben einer Hochdruckgasentladungslampe (1), enthaltend eine Brückenschaltung (10), bei der in zumindest einem Zweig zwei gesteuerte Schalttransistoren (11, 12) angeordnet sind, und bei der die Hochdruckgasentladungslampe (1) über den Brückenzweig der Brückenschaltung (10) mit Zünd- und Brennenergie versorgt wird, und wobei im Brückenzweig (13-16) der Brückenschaltung (10) die Primärwicklung (9) eines Transformators (7) angeordnet ist, und auf der Sekundärseite (6) des Transformators (7) ein Schwingkreis (6, 8) angeordnet ist, durch den die Hochdruckgasentladungslampe (1) mit Brenn- und Zündenergie versorgt wird, und sowohl der Brennbetrieb, als auch der Zündvorgang mit Hochfrequenz betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis (ü_Z) des Transformators (7) zum Zünden der Hochdruckgasentladungslampe (1) erhöht ist gegenüber dem beim Betrieb der Hochdruckgasentladungslampe vorliegenden Übersetzungsverhältnis (ü_B).

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses (ü_Z) beim Zünden ein Teil (9K) der Windungen der Primärwicklung (9) des Transformators (7) kurzgeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschließen mit Hilfe eines gesteuerten Transistors (30) erfolgt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (30) seine Steuerimpulse von einer insbesondere als Mikrokontroller ausgebildeten Ansteuerlogik (19) erhält, welche auch die gesteuerten Schalttransistoren (11, 12) der Brückenschaltung (10) steuert.