DE4033664A1 - Verfahren und einrichtung zum starten einer elektrischen entladungslampe - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum starten einer elektrischen entladungslampe

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DE4033664A1
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Masao Sakata
Toru Segoshi
Toru Futami
Yoichi Iijima
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe, wie z. B. eine Quecksilberdampflampe, eine Natriumdampflampe oder eine Halogenmetalldampflampe und insbesondere eine Stromsteuerungstechnik während des Zeitraumes, der von einem Start der elektrischen Entladungslampe bis zu einem stabilen Entladungszustand bzw. Entladungsstabilisierungszustand derselben reicht.
Verschiedene Arten von Beleuchtungsvorrichtungen für elektrische Entladungslampen sind früher bereits vorgeschlagen worden. Eine dieser Beleuchtungsvorrichtungen ist z. B. in "Handbook of Lighting", Seiten 198-201, 1. Ausgabe, veröffentlicht 20. 5. 1983 durch OMU-SHA Co., Ltd. oder "Handbook of Electrotechnology", Seiten 1539-1541, 1. Ausgabe, veröffentlicht 10. 4. 1978 durch DENKI-GAKKAI Corp. beschrieben.
Bezug nehmend auf Fig. 5 ist in dieser solch eine bekannte Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe gezeigt.
Vor einer Beschreibung in bezug auf die bekannte Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe wird eine Änderungscharakteristik in der Leuchtenergie der elektrischen Entladungslampe erläutert. Es wird darauf hingewiesen, daß die Erläuterung in Verbindung mit einer Halogenmetalldampflampe erfolgt.
Die Halogenmetalldampflampe enthält einen Kolben, der mit einem Gasgemisch gefüllt ist, sowie ein Paar Elektroden, die einander mit einem Spalt gegenüberliegen. Wenn eine hohe Spannung zwischen die Elektroden angelegt ist, um so einen dielektrischen Durchbruch des Gasgemisches in dem Kolben zu induzieren, nimmt eine Impedanz des Kolbens von ∞ (das ist der Wert, wenn der Kolben im isolierten Zustand sich befindet) auf einige zehn Ohm ab, und treibt einen Stromfluß zwischen den Elektroden. Dieser Strom wird als Entladungsstrom bezeichnet.
Infolge dieses Entladungsstromes erhöht sich die Temperatur in der Nähe des Spaltes und schließlich beginnt das Gasgemisch ein Licht zu emittieren. In Abhängigkeit von der Temperaturzunahme in dem Kolben nimmt dessen Impedanz zu und die Lampe nimmt eine negative Charakteristik ein, derart, daß eine Klemmenspannung des Kolbens zunimmt, wenn der Entladungsstrom abnimmt.
Bezug nehmend auf Fig. 4, in der sich die Leucht- bzw. Lichtenergie und die Gastemperatur in vergleichbarer Weise, während die Licht- bzw. Leuchtenergie und der Entladungsstrom in einem inversen Verhältnis zueinander stehen und die Leuchtenergie und die Anschlußspannung im Verhältnis zueinander stehen. Sowohl die Leuchtenergie als auch die Gastemperatur und der Entladungsstrom sowie die Anschlußspannung unterliegen einer plötzlichen Änderung wenige Sekunden nach dem Start der Lampe und fallen in einen gesättigten Zustand, d. h. einen stabilen Entladungszustand wenige Sekunden später.
Wenn der Entladungsstrom so gesteuert wird, daß er einen größeren Wert (z. B. 2 A) annimmt, wird schnell ein bestimmter Wert der Leuchtenergie erreicht. Allerdings übersteigt die Leuchtenergie der Lampe den vorgegebenen Wert in dem stabilen Ladungszustand mit dem Ergebnis einer verminderten Lebensdauer der Lampe. Wenn andererseits der Entladungsstrom so gesteuert wird, daß er einen kleineren Wert (z. B. 0,5 A) vom Start der Lampe annimmt, ist in Abhängigkeit von dem stabilen Entladungszustand ein verhältnismäßig langer Zeitraum erforderlich, bis der vorgegebene Wert der Leuchtenergie erhalten wird.
Bezug nehmend wiederum auf Fig. 5 enthält die Leuchtvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe eine Wechselstromquelle 1, einen Vollwellengleichrichter 2, eine Inverterschaltung 3, eine Reihenresonanzschaltung 4, die eine Spule bzw. Wicklung L und einen Kondensator C, die miteinander in Reihe liegen, aufweist, sowie eine elektrische Entladungslampe 5.
Wenn eine Spannung, die eine Frequenz z. B. im Bereich von 100 kHz aufweist, beim Start der elektrischen Entladungslampe 5 an den LC-Reihenresonanzschalterkreis 4 über die Schaltung 3 angelegt wird, tritt zwischen beiden Enden der elektrischen Entladungslampe 5 eine Hochspannung im Bereich von 10 kV auf, die zum Auftreten eines dielektrischen Durchbruches des Füllgases in der elektrischen Entladungslampe 5 führt. Gleichzeitig mit dem Auftreten des dielektrischen Durchbruchs geht, wenn die Frequenz auf ungefähr 10 kHz vermindert wird, ein Strom in der Größenordnung von 1 A durch die elektrische Entladungslampe 5 infolge der niedrigen Gastemperatur, d. h. infolge des niedrigen Widerstandswertes der Lampe 5. Anschließend nimmt der Widerstandswert der elektrischen Entladungslampe 5 mit einer Zunahme in der Gastemperatur zu, so daß der Strom sich allmählich vermindert. Wenn die Gastemperatur stabil wird, kommt der Strom in den Bereich von 0,4 bis 0,5 A und fällt in einen gesättigten Zustand, so daß ein bestimmter Wert der Leuchtenergie der elektrischen Entladungslampe 5 erhalten wird.
Im Hinblick auf ihre Größe, das Gewicht und/oder ihre Effizienz ist eine elektrische Entladungslampe 5 als Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges vorteilhafter als eine Glühfadenlampe.
Bei der elektrischen Entladungslampe 5 der vorerläuterten Art ist jedoch dann, wenn die Spannung und Frequenz, die angelegt werden, so eingerichtet sind, daß sie einen bestimmten Wert an Lichtenergie ergeben, wenn die Lampe 5 in einen stabilen Entladungszustand kommt, eine verhältnismäßig lange Zeitspanne erforderlich, bis die elektrische Entladungslampe 5 einen bestimmten Wert der Lichtausbeute bzw. Lichtenergie erreicht. Wenn andererseits zur Verkürzung der vorerwähnten Zeitspanne die Spannung und Frequenz, die angelegt werden, so eingerichtet werden, daß sie den vorgegebenen Wert der Lichtenergie bereits erreichen, ehe die elektrische Entladungslampe 5 in ihren stabilen Entladungszustand gelangt, d. h. während eines Übergangszustandes an Lichterzeugung überschreitet die Lichtenergielampe 5 den vorerwähnten, vorgegebenen Wert während des stabilen Entladungszustandes mit der Folge einer verminderten Lebensdauer der Lampe. Somit ist es schwierig, eine elektrische Entladungslampe 5 als Scheinwerfer für ein Kraftfahrzeug zu verwenden, die den vorgegebenen Wert an Lichtenergie unmittelbar nach dem Start der Lampe erreichen muß und die auch in ihrem Aufbau eine hohe Lebensdauer aufweisen muß.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe anzugeben, die in der Erzeugung der Lichtenergie nach dem Start der Lampe sehr schnell ist und eine gewünschte Leuchtenergie in dem stabilen Entladungszustand sicherstellt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Starten einer elektrischen Entladungslampe bis zu dem Zeitpunkt, in dem die elektrische Entladungslampe ihren vorgegebenen stabilen Entladungszustand erreicht, vorgesehen, das die Schritte aufweist: Überwachen der elektrischen Entladungslampe bzw. Lampenkörpers und Steuern einer elektrischen Energie, die an den elektrischen Entladungslampenkörper gelegt wird, in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Überwachungsschrittes.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Starten eines elektrischen Entladungslampenkörpers bis zu dem Erreichen eines vorgegebenen stabilen Entladungszustandes der elektrischen Entladungslampe angegeben mit den Schritten:
Überwachen des elektrischen Entladungslampenkörpers,
Vergleichen eines Ergebnisses des Überwachungsschrittes mit einem vorgegebenen Wert, und
Steuern einer elektrischen Energie, die an den elektrischen Entladungslampenkörper gelegt wird, in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichsschrittes.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Starten eines elektrischen Entladungslampenkörpers bis zu dem Zeitpunkt, da der elektrische Entladungslampenkörper seinen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, vorgesehen, wobei der elektrische Entladungslampenkörper mit einer Energieeinheit verbunden ist, und das Verfahren die Schritte aufweist:
Überwachen des elektrischen Entladungslampenkörpers,
Vergleichen eines Ergebnisses des Überwachungsschrittes mit einem vorgegebenen Wert, und
Steuern der Energieeinheit in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichsschrittes.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Starten einer elektrischen Entladungslampe bis zum Erreichen eines vorgegebenen stabilen Entladungszustandes vorgesehen, mit:
einer Einrichtung zum Überwachen der elektrischen Entladungslampe, und
einer Einrichtung zum Steuern einer elektrischen Energie, die an die elektrische Entladungslampe gelegt wird, in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Überwachungsschrittes.
Gemäß noch einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Starten einer elektrischen Entladungslampe bis zum Erreichen des stabilen elektrischen Entladungszustandes vorgesehen, mit:
einer Einrichtung zum Überwachen der elektrischen Entladungslampe,
einer Einrichtung zum Vergleichen eines Ergebnisses des Überwachungsschrittes mit dem vorgegebenen Wert,
einer Einrichtung zum Steuern einer elektrischen Energie, die an die elektrische Entladungslampe in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichsschrittes gelegt wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Starten eines elektrischen Entladungslampenkörpers bis zum Erreichen eines vorgegebenen stabilen Entladungszustandes des elektrischen Entladungslampenkörpers vorgesehen, wobei der elektrische Entladungslampenkörper mit einer Energieeinheit verbunden ist, wobei die Einrichtung aufweist:
eine Einrichtung zum Überwachen des elektrischen Entladungslampenkörpers,
eine Einrichtung zum Vergleichen eines Ergebnisses des Überwachungsschrittes mit einem vorgegebenen Wert, und
eine Einrichtung zum Steuern der Energieeinheit in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichsschrittes.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Starten einer elektrischen Entladungslampe vorgesehen, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen stabilen Entladungszustand einnimmt, mit den Verfahrensschritten:
Zuführen einer elektrischen Energie an den elektrischen Entladungslampenkörper,
Erfassen einer Anschlußspannung zwischen den Anschlüssen der elektrischen Entladungslampe,
Bestimmen, ob die Anschlußspannung größer ist als ein vorgegebener Wert, und
Erhöhen einer Frequenz der elektrischen Energie zu einem ersten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung größer ist als der vorgegebene Wert.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Starten eines elektrischen Entladungslampenkörpers bis zum Erreichen eines vorgegebenen, stabilen elektrischen Entladungszustandes vorgesehen, mit:
einer elektrischen Energiequelle, wobei die elektrische Energie an den elektrischen Entladungslampenkörper geführt wird,
eine Einrichtung zum Erfassen einer Anschlußspannung zwischen den Anschlüssen des elektrischen Entladungslampenkörpers,
einer Steuereinheit, mit:
einer Einrichtung zum Bestimmen, ob die Anschlußspannung größer ist als ein vorgegebener Wert, und
einer Einrichtung zum Erhöhen einer Frequenz der elektrischen Energie auf einen ersten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung größer ist als der vorgegebene Wert.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Starten einer elektrischen Entladungslampe bis zum Erreichen des vorgegebenen stabilen Ladungszustandes der elektrischen Entladungslampe vorgesehen, mit den Verfahrensschritten:
Zuführen einer elektrischen Energie an die elektrische Entladungslampe,
Erfassen einer Anschlußspannung zwischen den Anschlüssen der elektrischen Entladungslampe,
Feststellen, ob die Anschlußspannung größer ist als ein vorgegebener Wert,
Festlegen einer Frequenz der elektrischen Energie auf einen ersten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung größer ist als der vorgegebene Wert, und
Festlegen einer Frequenz der elektrischen Energie auf einen zweiten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung nicht größer ist als der vorgegebene Wert.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Starten eines elektrischen Entladungslampenkörpers bis zum Erreichen eines vorgegebenen, stabilen Zustandes der elektrischen Entladung des elektrischen Entladungslampenkörpers vorgesehen, mit:
einer elektrischen Energiequelle, wobei die elektrische Energie an den elektrischen Entladungslampenkörper gelegt wird,
eine Einrichtung zum Erfassen einer Anschlußspannung zwischen den Anschlüssen eines elektrischen Entladungslampenkörpers,
eine Steuereinrichtung, mit:
einer Einrichtung zum Feststellen, ob die Anschlußspannung bzw. Klemmenspannung größer ist als ein vorgegebener Wert,
einer Einrichtung, um eine Frequenz der elektrischen Energie auf einen ersten Frequenzwert festzulegen, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung größer ist als der vorgegebene Wert, und
einer Einrichtung zum Festlegen einer Frequenz der elektrischen Energie auf einen zweiten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschluß- bzw. Klemmenspannung nicht größer ist als der vorgegebene Wert.
Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild, das ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm einer Steuerung, das durch eine Steuereinheit abgearbeitet wird, die in Fig. 1 gezeigt ist,
Fig. 3a ein Diagramm, das eine Veränderung in der Leuchtenergie einer elektrischen Entladungslampe während einer Zeitspanne zeigt, die von einem Start der Lampe bis zu einem stabilen Entladungszustand derselben reicht,
Fig. 3b eine Ansicht ähnlich derjenigen in Fig. 3, die eine Leuchtenergie einer elektrischen Entladungslampe während einer Zeitdauer im Bereich vom Start der Lampe bis zu einem stabilen Entladungszustand nach dem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
Fig. 4 ein Diagramm ähnlich demjenigen in Fig. 3b, das die Veränderungen eines Entladungsstromes, einer Anschlußspannung, einer Gastemperatur und der Licht- bzw. Leuchtenergie für die elektrische Entladungslampe zeigt,
Fig. 5 eine Darstellung ähnlich derjenigen in Fig. 1, die eine bekannte Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe zeigt,
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich derjenigen in Fig. 1, die ein zweites, bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich derjenigen in Fig. 2, die eine Steuerung zeigt, welche durch eine Steuereinheit abgearbeitet wird, die in Fig. 6 dargestellt ist,
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich derjenigen in Fig. 6, die einen Hochspannungserzeuger zeigt, der in Fig. 6 dargestellt ist, und
Fig. 9 eine Ansicht ähnlich derjenigen in Fig. 7, die einen weiteren Hochspannungserzeuger, der in Fig. 6 dargestellt ist, repräsentiert.
Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung erläutert. Es wird darauf hingewiesen, daß die gleichen Bezugszeichen jeweils die gleichen Elemente in den Zeichnungen bezeichnen.
Bezug nehmend auf Fig. 1 ist in dieser ein erstes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe enthält eine Wechselstromquelle 1 und einen Vollwellengleichrichter 2. Es wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn eine Batterie als Energiequelle z. B. eines Kraftfahrzeuges dient, ein Umformer, der eine Batteriespannung von 12 V auf eine vorgegebene Spannung (im Bereich z. B. von 300 V erhöht) anstelle der Wechselstromquelle 1 und des Vollwellengleichrichters 2 verwendet werden kann. Die Beleuchtungsvorrichtung enthält außerdem eine Inverter- bzw. Wechselrichterschaltung 3, welche die Gleichstromenergie in Wechselstromenergie mit einer vorgegebenen Frequenz ändert, eine Reihenresonanzschaltung 4, mit einer Drosselspule L und Kondensatoren C₁ und C₂, die in Reihe verbunden sind, eine elektrische Entladungslampe 5 und eine Steuereinheit 6. Die Steuereinheit 6, die ein Signal S₁ zur Steuerung der Wechselrichterschaltung 3 ausgibt, enthält eine analoge oder digitale Schaltung für den speziellen Zweck, oder einen Mikrocomputer. Es wird darauf hingewiesen, daß die Reihenschaltung, die die Kondensatoren C₁ und C₂ aufweist, die in Reihe miteinander verbunden sind, angeordnet ist, um eine Klemmen- oder Anschlußspannung der elektrischen Entladungslampe zu erfassen.
Bezug nehmend auf Fig. 2 wird die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels erläutert. Der Steuerungsablauf, der durch die Steuereinheit 6 abgearbeitet wird, wird in jeweils vorgegebenen Zeitabständen wiederholt. In einem Schritt P1 wird eine Frequenz des Signals S₁ von 100 kHz im Anschluß an das Einschalten eines Lichtschalters (nicht gezeigt) zur EIN/AUS-Betätigung der elektrischen Entladungslampe 5 eingerichtet. Im Ergebnis dessen erzeugt die Gleichstrom- Wechselstrom-Konverterschaltung eine Wechselspannung mit einer Frequenz von 100 kHz, die an die LC-Reihenresonanzschaltung 4 gelegt wird, und zum Auftreten einer Hochspannung im Bereich von 10 kV zwischen beiden Enden (Elektroden) der elektrischen Entladungslampe 5 führt.
In einem Schritt P2 wird ein Spannungswert Vci-1 auf Null gesetzt. Dieser Spannungswert Vci-1 ist ein Wert zur Verwendung in einer vorhergehenden Steuerung und gibt eine Spannung Vci an der Verbindung der Kondensatoren C₁ und C₂ an.
In einem Schritt P3 wird ein Spannungswert Vci zur Verwendung in der tatsächlichen Steuerung gelesen. Dieser Spannungswert Vci wird durch Spannungsteilung der Spannung zwischen den beiden Kondensatoren C₁ und C₂ erhalten, die an die beiden Enden (Elektroden) der elektrischen Entladungslampe 5 angelegt wird und ist proportional zu der Spannung zwischen den Elektroden.
In einem Schritt P4 wird auf der Grundlage eines Vergleiches zwischen dem Wert Vci und einem vorgegebenen Wert Vm festgestellt, ob ein dielektrischer Durchbruch in der elektrischen Entladungslampe 5 auftritt oder nicht. Da insbesondere der Spannungswert Vci höher ist, wenn ein Füllgas in der elektrischen Entladungslampe 5 sich im Isolierzustand befindet, und niedriger ist, wenn in dem Füllgas ein Entladungskanal auftritt, kann auf der Grundlage des Vergleiches zwischen dem Wert Vci und dem vorgegebenen Wert Vm festgestellt werden, ob der dielektrische Durchbruch in der elektrischen Entladungslampe auftritt oder nicht.
Wenn die Antwort auf die Untersuchung im Schritt P4 negativ ist, d. h. wenn kein Spannungsdurchbruch in der elektrischen Entladungslampe 5 auftritt, kehrt die Steuerung zum Schritt P3 zurück. Der vorbeschriebene Steuerungsablauf wird wiederholt abgearbeitet, bis der Spannungsdurchbruch in der elektrischen Entladungslampe 5 auftritt.
Wenn andererseits die Antwort auf die Untersuchung im Schritt P4 positiv ist, geht die Steuerung zu einem Schritt P5 über, in dem die Frequenz des Signals S₁ auf einen niedrigeren Anfangswert, z. B. 4 kHz, eingerichtet ist. Selbst wenn die Spannung, die an diesen angelegt wird, konstant gehalten wird, wird in den LC-Reihenresonanzschaltkreis 4, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Entladungsstrom, der durch die elektrische Entladungslampe 5 hindurchgeht, mit der Änderung der Frequenz geändert. Das heißt, da mit Erhöhung der Frequenz ein Integralwert des Stromes infolge eines Anteiles der Drosselspule L kleiner wird, vermindert sich der Strom, der durch die elektrische Entladungslampe 5 hindurchgeht. Entsprechend kann ein höherer Wert für den Entladungsstrom (z. B. Anfangswert von 2 A) erhalten werden, indem die Frequenz des Signals S₁ auf den niedrigeren Wert von 4 kHz eingerichtet wird.
In einem Schritt P6 wird eine Differenz ΔVc zwischen dem tatsächlichen Spannungswert Vci und dem früheren Spannungswert Vci-1 erhalten.
In einem Schritt P7 wird die Differenz ΔVc mit einem vorgegebenen Wert Vi verglichen. Wenn ΔVc<Vi ist, geht die Steuerung zu einem Schritt P13 über, in dem ein neuer Wert Vci gelesen wird, anschließend kehrt die Steuerung zum Schritt P6 zurück.
Wenn andererseits ΔVc<Vi ist, d. h. wenn die Differenz zwischen dem tatsächlichen Spannungswert Vci und dem vorhergehenden Spannungswert Vci-1 größer als Vi ist, geht die Steuerung zu einem Schritt P8 über, in dem der tatsächliche Spannungswert Vci mit einem vorgegebenen Wert V₂ verglichen wird.
Wenn im Schritt P8 Vci<V₂ ist, geht die Steuerung zu einem Schritt P9 über, in dem die Frequenz des Signals S₁ um einen verhältnismäßig kleinen, ersten Betrag, z. B. 150 Hz, erhöht wird und anschließend geht die Steuerung zu einem Schritt P12 über, der nachfolgend erläutert wird. Wenn andererseits Vci<V₂ ist, geht die Steuerung zu einem Schritt P10 über, in dem die Frequenz des Signals S₁ um einen verhältnismäßig großen zweiten vorgegebenen Wert, z. B. 1 kHz, erhöht wird.
Anschließend geht die Steuerung vom Schritt P10 zu einem Schritt P11 über, in dem der tatsächliche Spannungswert Vci verglichen wird mit einem vorgegebenen Wert V₃. Wenn Vci<V₃ ist, geht die Steuerung zu einem Schritt P12 über, in dem der tatsächliche Spannungswert Vci auf den vorherigen Spannungswert Vci-1 gesetzt wird. Anschließend geht die Steuerung über den Schritt P13 zu dem Schritt P6 zurück und der Steuerungsablauf, wie vorbeschrieben, wird wiederholt abgearbeitet.
Wenn im Schritt P11 Vci<V₃ ist, wird die Frequenz des Signals S₁ auf einem Wert gehalten, den sie in diesem Augenblick besitzt und anschließend kommt die Steuerung zum Ende.
Es wird darauf hingewiesen, daß jeder der vorgegebenen Werte Vm, V₁, V₂ und V₃ z. B. wie folgt ausgewählt wird: Vm = 150 V, V₁ = 2 V, V₂ = 60 V und V₃ = 70 V. Folglich wird bei der vorbeschriebenen Steuerung festgestellt, daß, wenn der tatsächliche Spannungswert Vci kleiner ist als z. B. 150 V, der Spannungsdurchbruch in der elektrischen Entladungslampe 5 auftritt und die Frequenz des Signals S₁ wird auf dem niedrigeren Anfangswert von 4 kHz eingerichtet, wobei in diesem Fall die Klemmen- oder Anschlußspannung Vc ungefähr 20 V beträgt. Anschließend wird immer dann, wenn die Klemmen- oder Anschlußspannung V₂ um 2 V ansteigt, die Frequenz des Signals S₁ um 150 Hz erhöht, wenn der tatsächliche Spannungswert Vci kleiner ist als 60 V und die Frequenz wird um 1 kHz erhöht, wenn der tatsächliche Spannungswert Vci größer als 60 V ist. Wenn der tatsächliche Spannungswert Vci 70 V erreicht, wird die Steuerung so abgearbeitet, daß die Frequenz beibehalten wird, die sie in diesem Moment annimmt.
Das heißt, unmittelbar nach dem Auftreten des Spannungsdurchbruches in der elektrischen Entladungslampe 5 wird die Wechselspannung mit der Frequenz von 4 kHz an die Lampe 5 angelegt, so daß ein starker Strom durch diese hindurchgeht. Anschließend wird die Frequenz schrittweise um einen verhältnismäßig kleinen Änderungsbetrag (150 Hz) erhöht, bis der tatsächliche Spannungswert Vci den vorgegebenen Wert V₂ erreicht. Anschließend wird die Frequenz schrittweise um einen verhältnismäßig großen Änderungsbetrag (1 kHz) erhöht.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung zur Erläuterung des Grundes, warum die Veränderung der Frequenz derart eingerichtet ist, daß die Änderung in dem Bereich, ehe der Spannungswert Vci den vorgegebenen Wert V₂ unterschiedlich ist von der Veränderung, die im Anschluß daran stattfindet.
Wie oben erläutert, wird beim Entladungsstart der elektrischen Entladungslampe 5 eine Spannung, die eine verhältnismäßig niedrige Frequenz besitzt, die Lampe 5 angelegt, um so einen starken Strom durch diese hindurchzuführen und die Frequenz der angelegten Spannung wird anschließend auf einen verhältnismäßig hohen Wert geändert. Dies führt zu einer schnellen Erzeugung der Leucht- oder Lichtenergie nach dem Start der elektrischen Entladungslampe 5 und einer Erreichung des vorgegebenen Wertes der Leuchtenergie in dem stabilen Entladungszustand infolge des beschränkten Betrages des Stromes, der durch die elektrische Entladungslampe 5 hindurchgeht.
Die Lichtenergie ist jedoch mit der Temperatur in der elektrischen Entladungslampe 5 veränderlich, die ihrerseits mit der Stärke des Stromes veränderlich ist, der durch die Lampe 5 hindurchgeht. Wenn entsprechend der Strom schrittweise beträchtlich verändert wird, ändert sich die Lichtenergie schrittweise in diesem Modulationspunkt.
Bezug nehmend nunmehr auf Fig. 3a ist eine Kennlinienkurve gezeigt, die eine Veränderung in der Lichtenergie angibt, wenn die elektrische Entladungslampe 5 in einer Weise gesteuert wird, die Frequenz, die anfänglich bei 4 kHz eingerichtet ist, um 1 kHz zu erhöhen, wenn immer die Klemmen- oder Anschlußspannung Vc um 10 V ansteigt, um so den stabilen Entladungszustand bei 70 V zu erreichen. Wie sich aus Fig. 3a ergibt, ändert sich im Anfangszustand der Entladung die Leuchtenergie stark in Abhängigkeit von der Zunahme der Frequenz.
Dies ist der Fall infolge der verhältnismäßig großen Änderungsrate oder Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur des Füllgases auf eine bestimmte Änderung des Stromes, wenn das Gas eine niedrige Temperatur aufweist und einer verhältnismäßig kleineren Änderungsrate oder -geschwindigkeit der Gastemperatur des Füllgases, wenn das Gas eine hohe Temperatur aufweist. Übrigens beträgt, wenn die Gastemperatur von 20 auf 40°C durch die Veränderung des Stromes zunimmt, die Änderungsgröße der Gastemperatur 100%, während dann, wenn die Gastemperatur von 800 auf 820°C zunimmt, die Änderungsgröße der Gastemperatur nur 2,5% beträgt. Selbst bei derselben Veränderung von 20°C ist somit die Änderungsgröße bzw. -geschwindigkeit der Gastemperatur zwischen diesen zwei Verhältnissen sehr unterschiedlich.
Wenn, wie oben erläutert, die elektrische Entladungslampe 5 einen großen Betrag schrittweiser Änderung in der Lichtenergie mit Zunahme der Frequenz an- bzw. aufnimmt und eine solche elektrische Entladungslampe 5 als Scheinwerfer eines Kraftfahrzeuges dient, können Fußgänger und/oder Fahrer entgegenkommender Fahrzeuge hierdurch geblendet werden.
Entsprechend wird in diesem Ausführungsbeispiel die elektrische Entladungslampe 5 so gesteuert, daß sie einen kleinen Betrag schrittweiser Änderung in der Lichtenergie bei Zunahme der Frequenz annimmt, und zwar durch Einrichten einer verhältnismäßig kleinen Frequenzänderung in dem Anfangsstadium der Entladung und einer verhältnismäßig großen Frequenzänderung anschließend.
Bezug nehmend auf Fig. 3b ist eine Kennlinie dargestellt, die eine Änderung in der Leuchtenergie repräsentiert, wenn die elektrische Entladungslampe 5 in der Weise, wie dies in Fig. 2 dargelegt ist, gesteuert wird, d. h. in einer Weise, bei der die Frequenz, die anfänglich bei 4 kHz eingerichtet ist, um 150 Hz immer dann erhöht wird, wenn die tatsächliche Spannung Vc um eine Spannungsänderung V₁ (2 V) während eines Zeitraumes zunimmt, der von einem Punkt des Starts der Entladung bis zu einem Punkt, bei dem Vci noch kleiner ist als V₂ (60 V), reicht und wobei anschließend eine Frequenzzunahme von 1 kHz erfolgt, wann immer Vc um V₁ zunimmt, bis Vci den Wert V₃ (70 V) erreicht, wobei dies der Wert ist, bei dem die elektrische Entladungslampe 5 in den stabilen Entladungszustand gelangt.
Da die Temperatur in der elektrischen Entladungslampe 5 durch Einrichten der Veränderung der Spannung in geringem Maß mit zunehmender Frequenz monoton zunimmt und die Veränderung der Frequenz auf einen kleinen Wert festgelegt wird, während die Änderung in der Lichtenergie in bezug auf die Änderung des Stromes groß ist, d. h. unmittelbar nach dem Start der Entladung, erscheint die Änderung in der Leuchtenergie dem menschlichen Auge glatt und kontinuierlich, wie dies aus Fig. 3b ersichtlich ist, so daß eine Blendung von Fußgängern und/oder Fahrern entgegenkommender Fahrzeuge vermieden wird.
Wie vorher erläutert, hängt die Änderung der Leuchtenergie von der Temperatur in der elektrischen Entladungslampe 5 mehr als von dem Strom ab, als durch sie hindurchgeht, wobei darauf hinzuweisen ist, daß die Temperatur mit dem Strom ebenfalls veränderlich ist. In einem Zustand, bei dem die Frequenz um ungefähr 150 Hz erhöht wird, wenn immer die Anschluß- bzw. Klemmenspannung Vc um 2 V zunimmt, ist die Änderung der Temperatur infolge der ausreichend kleinen Änderung des Stromes niedrig. Infolge der niedrigen Reaktion der Temperaturänderung nimmt zusätzlich die Veränderung in der Leuchtenergie monoton und kontinuierlich zu.
Bei der Steuerung, die in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Frequenz und infolgedessen der Stromwert schrittweise erhöht, wann immer die Anschluß- oder Klemmenspannung Vc um einen bestimmten Spannungswert V₁ zunimmt. Alternativ hierzu kann die Frequenz auch kontinuierlich in Übereinstimmung mit der Zunahme in der Anschlußspannung Vc erhöht werden. Im letzteren Fall wird in einer Weise, ähnlich wie bei dem früheren Fall, die Veränderung der Frequenz so eingerichtet, daß die Veränderung in dem Bereich, ehe der Spannungswert Vci den vorgegebenen Wert V₂ erreicht, unterschiedlich von der Veränderung ist, die anschließend auftritt.
Außerdem ist in dem ersten, bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Verbindung mit Fig. 1 erläutert ist, die vorliegende Erfindung auf eine Leuchtvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe angewandt, die eine Hochspannung für einen Spannungsdurchbruch durch die LC-Reihenresonanzschaltung 4 erzeugt. Anstelle des Reihenresonanzkreises 4 kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Lichtvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe angewandt werden, die mit einer anderen Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung, wie z. B. einem Zündschaltkreis, versehen ist.
Bezug nehmend auf die Fig. 6 bis 9 ist in diesen ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Bezug nehmend auf Fig. 6 wird die vorliegende Erfindung auf die vorerwähnte Schaltung angewandt, bei der eine Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 9 eine Hochspannung außerhalb einer Wechselspannung einer Wechselrichterschaltung 3 erzeugt, auf der Grundlage eines Steuersignals S₂, das von einer Steuereinheit 7 abgeleitet wird. Diese Hochspannung wird über einen Impulstransformator 8 an die elektrische Entladungslampe 5 angelegt, um so in dieser den Spannungsdurchbruch zu induzieren. Die Schaltung enthält auch eine Strombegrenzungsimpedanz 10.
Bezug nehmend auf Fig. 7 ist die Steuerung des zweiten, bevorzugten Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung im wesentlichen die gleiche wie diejenige für das erste, bevorzugte Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 dargestellt ist.
Bezug nehmend auf Fig. 8 ist in dieser eine Schaltung der Hochspannungs-Erzeugereinrichtung 9 dargestellt.
Wenn ein Relais 12 durch das Signal S₂, abgeleitet von der Steuereinheit 7, eingeschaltet wird, gibt die Inverterschaltung einen Wechselstrom an einen Transformator 13, der seinerseits eine Ausgangsspannung, die entsprechend dem Windungsverhältnis erhöht ist, an eine Gleichrichterschaltung 17 legt, die eine Diode 14 und einen Kondensator 15 enthält. Während eines anfänglichen positiven Zyklus (Halbwelle) nach dem Einschalten des Relais 12 wird eine elektrische Ladung, die in dem Kondensator 15 akkumuliert wird, allmählich erhöht, und eine Spannung zwischen beiden Enden des Kondensators 15 wird damit ebenfalls allmählich erhöht. Sobald diese Spannung die Durchbruchsspannung eines Entladungsspaltes 16 übersteigt, tritt die Entladung über den Spalt 16 auf und verursacht im wesentlichen einen Kurzschlußzustand zwischen beiden Elektroden desselben. Im Ergebnis dessen fließt die elektrische Ladung, die in dem Kondensator 15 gesammelt ist, schnell über eine Primärwicklung des Impulstransformators 8. Infolge dieser plötzlichen Stromänderung wird eine elektromotorische Kraft in der Primärwicklung des Impulstransformators 8 erzeugt und eine Hochspannung wird gleichzeitig in einer Sekundärwicklung desselben entsprechend dem Wicklungsverhältnis erzeugt. Diese Hochspannung veranlaßt den Spannungsdurchbruch in der elektrischen Entladungslampe 5, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist.
Bezug nehmend auf Fig. 9 ist darin eine weitere Schaltung für die Hochspannungs-Erzeugungseinrichtung 9 gezeigt.
Eine Wechselrichterschaltung 3 legt eine Wechselspannung über ein Relais 12 an eine spannungsvervielfachte Schaltung 18, welche die Dioden D₁ bis D₄ und die Kondensatoren C₃ bis C₅ enthält. Diese spannungsvervielfachte Schaltung 18 hat die Funktion, die elektrische Ladung in dem Kondensator C₆ durch Einschalten der Dioden D₂ und D₄ während einer positiven Halbwelle der angelegten Wechselspannung zu sammeln und die Dioden D₁ und D₃ während einer negativen Halbwelle einzuschalten. Wenn die elektrische Ladung ausreichend in dem Kondensator C₆ gesammelt ist, so daß die Klemmen- oder Anschlußspannung eines Entladungsspaltes 16 einen vorgegebenen Wert überschreitet, tritt der Spannungsdurchbruch im Spalt 16 ein und führt zu einer Erzeugung einer Hochspannung in einer zweiten Spule eines Impulstransformators 8 in derselben Weise wie vorbeschrieben.
In den vorerläuterten Ausführungsbeispielen wird die Frequenz einer Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsenergie, die an eine Entladungsschaltung oder eine Beleuchtungsvorrichtung gelegt wird, als Steuerwert zur Steuerung des Entladestromes verwendet und entsprechend der Anschluß- oder Klemmenspannung Vc der elektrischen Entladungslampe 5 reguliert.
Alternativ hierzu sind die folgenden Merkmale als ein Steuerwert für die Steuerung des Entladestromes verwendbar:
  • 1. Die Induktivität, die mit der Entladeschaltung (Drosselspule L, gezeigt in Fig. 1 und Strombegrenzungsimpedanz 10, gezeigt in Fig. 6). In diesem Fall wird anstelle der Änderung der Frequenz der Entladestrom durch Änderung der Impedanz des Entladestromkreises gesteuert.
  • 2. Eine Spannung wird an die Entladeschaltung angelegt. Beispielsweise wird eine Gleichspannung, die an die Wechselrichterschaltung 3, gezeigt in den Fig. 1 und 6, gelegt werden soll, und die in dem Vollwellengleichrichter 2 gesteuert wird, in Übereinstimmung mit der Anschluß- bzw. Klemmenspannung Vc der elektrischen Entladungslampe 5 geändert.
Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung für eine elektrische Entladungslampe mit einem LC-Reihenresonanzschaltkreis und einer Steuereinrichtung zum Steuern einer Wechselrichterschaltung. Unmittelbar nach dem Auftreten eines Spannungsdurchbruches in der elektrischen Entladungslampe wird eine Wechselspannung mit einer verhältnismäßig niedrigen Frequenz an die Lampe gelegt, um so einen starken Strom durch diese hindurchzutreiben. Anschließend wird die Frequenz schrittweise um einen verhältnismäßig kleinen Veränderungsbetrag erhöht, bis eine Anschluß- oder Klemmenspannung der elektrischen Entladungslampe einen bestimmten Wert erreicht. Anschließend wird die Frequenz schrittweise um einen verhältnismäßig großen Veränderungsbetrag erhöht, bis die elektrische Entladungslampe einen gewünschten stabilen Zustand einnimmt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Überwachen der elektrischen Entladungslampe (5), und
Steuern einer elektrischen Energie, die an die elektrische Entladungslampe (5) gelegt wird, in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Überwachungsschrittes.
2. Verfahren zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Überwachen der elektrischen Entladungslampe (5),
Vergleichen eines Ergebnisses des Überwachungsschrittes mit einem vorgegebenen Wert, und
Steuern einer elektrischen Energie, die an die elektrische Entladungslampe (5) gelegt wird, in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichsschrittes.
3. Verfahren zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, wobei die elektrische Entladungslampe mit einer Energieeinheit verbunden ist, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Überwachen der elektrischen Entladungslampe (5),
Vergleichen eines Ergebnisses des Überwachungsschrittes mit einem vorgegebenen Wert, und
Steuern der Energieeinheit in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichsschrittes.
4. Einrichtung zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand einnimmt, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Überwachen der elektrischen Entladungslampe (5), und
eine Einrichtung zum Steuern einer elektrischen Energie, die an die elektrische Entladungslampe (5) gelegt wird, in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Überwachungsschrittes.
5. Einrichtung zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Überwachen der elektrischen Entladungslampe (5),
eine Einrichtung zum Vergleichen eines Ergebnisses des Überwachungsschrittes mit einem vorgegebenen Wert, und
eine Einrichtung zum Steuern einer elektrischen Energie, die an die elektrische Entladungslampe (5) gelegt wird, in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichsschrittes.
6. Einrichtung zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, wobei die elektrische Entladungslampe mit einer Energieeinheit verbunden ist, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Überwachen der elektrischen Entladungslampe (5),
eine Einrichtung zum Vergleichen eines Ergebnisses des Überwachungsschrittes mit einem vorgegebenen Wert, und
eine Einrichtung zum Steuern der Energieeinheit in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichsschrittes.
7. Verfahren zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Zuführen einer elektrischen Energie zu der elektrischen Entladungslampe (5),
Erfassen der Anschlußspannung zwischen den Anschlüssen der elektrischen Entladungslampe (5),
Feststellen, ob die Anschlußspannung größer ist als ein vorgegebener Wert, und
Erhöhen einer Frequenz der elektrischen Energie mit einem ersten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung größer ist als der vorgegebene Wert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Erhöhung der Frequenz der elektrischen Energie mit einem zweiten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung nicht größer ist als der vorgegebene Wert.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Frequenzwert kleiner ist als der erste Frequenzwert.
10. Einrichtung zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, gekennzeichnet durch
eine elektrische Energiequelle (1) wobei die elektrische Energie an die elektrische Entladungslampe (5) gelegt wird,
eine Einrichtung (4) zum Erfassen einer Anschlußspannung zwischen den Anschlüssen der elektrischen Entladungslampe (5),
eine Steuereinheit (6), mit
einer Einrichtung zum Feststellen, ob die Anschlußspannung größer ist als ein vorgegebener Wert, und
einer Einrichtung zum Erhöhen einer Frequenz der elektrischen Energie mit einem ersten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung größer ist als der vorgegebene Wert.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Einrichtung zum Erhöhen einer Frequenz der elektrischen Energie mit einem zweiten Frequenzwert aufweist, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung nicht größer ist, als der vorgegebene Wert aufweist.
12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Frequenzwert kleiner ist als der erste Frequenzwert.
13. Verfahren zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Zuführen einer elektrischen Energie zu der elektrischen Entladungslampe (5),
Erfassen einer Anschlußspannung zwischen den Anschlüssen der elektrischen Entladungslampe (5),
Feststellen, ob die Anschlußspannung größer ist als ein vorgegebener Wert,
Festlegen einer Frequenz der elektrischen Energie auf einen ersten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung größer ist als der vorgegebene Wert, und
Festlegen einer Frequenz der elektrischen Energie auf einen zweiten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung nicht größer ist als der vorgegebene Wert.
14. Einrichtung zum Starten einer elektrischen Entladungslampe, bis die elektrische Entladungslampe einen vorgegebenen, stabilen Entladungszustand annimmt, gekennzeichnet durch
eine elektrische Energiequelle (1), wobei die elektrische Energie zu der elektrischen Entladungslampe (5) zugeführt wird,
eine Einrichtung zum Erfassen einer Anschlußspannung zwischen den Anschlüssen der elektrischen Entladungslampe (5),
eine Steuereinheit (6), mit:
einer Einrichtung zum Feststellen, ob die Anschlußspannung größer ist als ein vorgegebener Wert,
einer Einrichtung zum Festlegen einer Frequenz der elektrischen Energie auf einen ersten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung größer ist als der vorgegebene Wert, und
einer Einrichtung zum Festlegen einer Frequenz der elektrischen Energie auf einen zweiten Frequenzwert, wenn festgestellt wird, daß die Anschlußspannung nicht größer ist als der vorgegebene Wert.
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