DE4143464C2 - Schaltungsanordnung mit einer Schutzschaltung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe - Google Patents

Schaltungsanordnung mit einer Schutzschaltung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe an einer Gleichspannungsquelle eines Kraftfahrzeuges, mit einem Gleichspannungswandler, dessen Eingang an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und der an seinem Ausgang eine Gleichspannung liefert, die zum Betrieb der Hochdruck-Entladungslampe dient, und mit einer Steuerschaltung für den Gleichspannungswandler, die aus dem Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers die der Hochdruck-Entladungslampe zugeführte Leistung ermittelt, diese Leistung mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und die Lampenleistung auf den Sollwert einregelt und die außerdem einen Eingang aufweist, dem ein Signal zur Verminderung der Lampenleistung zuführbar ist.
Eine derartige Schaltungsanordnung ist aus der EP 0240049 A1 bekannt, bei der eine Verminderung der Leistung der Entladungslampe durch Anlegen einer besonderen Steuerspannung an einen Eingang der Steuerschaltung erfolgt.
Eine im Aufbau ähnliche Schaltungsanordnung ist durch die DE 39 28 810 A1 bekannt. Bei dieser Schaltung wird die Spannung der die Schaltung speisenden Gleichspannungsquelle der Steuerschaltung für den Gleichspannungswandler zugeführt. Die Schaltung dient dazu, während des Aufwärmens der Lampe den Lampenstrom auf den durch den Quotienten aus der zulässigen Lampenleistung und der Spannung der Gleichspannungsquelle sich ergebenden Wert zu regeln.
In der DE 40 02 334 A1 wird eine Schaltungsanordnung mit einer Gleichspannungsquelle und einem Gleichspannungswandler zum Erzeugen einer Betriebsspannung für eine Hochdruck-Entladungslampe beschrieben, bei der eine Überwachungsschaltung für die Spannung der Gleichspannungsquelle und ein von dieser Überwachungsschaltung gesteuerter Relaiskontakt zwischen Gleichspannungsquelle und Gleichspannungswandler vorgesehen sind. Bei Überspannung der Gleichspannungsquelle wird der Relaiskontakt geöffnet und damit die Stromversorgung der Entladungslampe unterbrochen.
Wenn bei den bekannten Schaltungsanordnungen die Spannung an der Gleichspannungsquelle abnormal abfällt, so versuchen die bisherigen Schaltungsanordnungen, der Lampe die konstante Spannung zuzuführen. Dies erhöht in nachteiliger Weise den Verbrauch des Stromes und vergrößert somit den Leistungsverlust, der durch Wärmeerzeugung oder dergl. verursacht wird.
Wenn eine solche Verminderung der Spannung in einer Hochtemperatur-Umgebung andauert, so werden nachteiligerweise die Schaltkreiselemente erwärmt und daher diese Elemente verschlechtert oder sogar zerstört.
Eine weitere Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe an einer Gleichspannungs­ quelle eines Kraftfahrzeugs mit einem Gleichspannungs­ wandler ist aus der DE 34 45 817 C2 bekannt. Bei dieser Schaltung ist eine Schutzschaltung vorgesehen, welche die Zufuhr der Spannung der Gleichspannungsquelle an den Gleichspannungswandler unterbricht, wenn die Spannung sich außerhalb eines vorgegebenen Bereiches bewegt.
Die Aufgabe der Erfindung wird nun darin gesehen, die eingangs genannte Schaltungsanordnung derart weiterzuentwickeln, daß die genannten Nachteile beseitigt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine Schutzschaltung vorgesehen ist, welche die Zufuhr der Spannung der Gleichspannungsquelle an den Gleichspannungswandler unterbricht, wenn die Spannung einen vorgegebenen Werte, bei dem das Leuchten der Entladungslampe nicht mehr möglich ist, unterschreitet und die die Spannung dem Gleichspannungswandler wieder zuführt, wenn die Spannung den vorgegebenen Wert wieder überschreitet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß in der Schutzschaltung eine Niedrigspannung-Rückstellschaltung vorgesehen ist, welche die Spannung der Gleichspannungsquelle überwacht und die einen zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Gleichspannungswandler angeordneten Relaiskontakt öffnet, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle einem vorgegebenen Wert unterschreitet und die den Relaiskontakt schließt, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle den vorgegebenen Wert überschreitet.
Vorteilhafterweise wird zur Ermittlung, ob die Spannung der Spannungsquelle unter den zweiten vorgegebenen Wert abgefallen ist, ein Spannungsdetektor vorgesehen.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird verhindert, daß die Schaltungselemente aufgrund abnormaler Verminderung der Gleichspannung an der Gleichspannungsquelle verschlechtert oder zerstört werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei stellen dar:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des allgemeinen Schaltungs­ aufbaues,
Fig. 2 ein Schaltbild der Schaltungskonfiguration wesentlicher Abschnitte,
Fig. 3 ein Schaltbild einer Niederspannungs-Rück­ stellschaltung.
Die dargestellte Ausführungsform ist eine Schaltungsanordnung für eine Metallhalogenidlampe für Kraftfahrzeuge.
Wie in Fig. 1 dargestellt, weist ein Lichtstromkreis (Schaltungsanordnung) 1 eine Batterie 2 auf, welche eine Gleichspannung von 12 Volt liefert. Die Batterie 2 ist mit Eingangsklemmen 3 und 3′ des Lichtstromkreises verbunden.
Die Bezugszeichen 4 und 4′ bezeichnen Gleichstromzuführleitungen. Ein Lichtschalter 5 ist mit der positiven Leitung 4 verbunden.
Bei Empfang eines Signals an einem Abnormitätsdetektor (der unten beschrieben wird) öffnet eine Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6, wenn in dem Lichtstromkreis 1 eine Abnormität auftritt, einen Relaiskontakt 6a, der in der positiven Leitung 4 vorgesehen ist, um die Zuführung der Stromversorgungsspannung zu den in der nachfolgenden Stufe gelegenen Schaltungen zu unterbrechen.
Eine Stromzuführklemme 7 ist vorgesehen, um bei der auf den Relaiskontakt 6a folgenden Stufe über eine Diode 8 eine Stromversorgungsspannung zu extrahieren. Diese Stromversorgungsspannung B (Volt) wird an eine Steuerschaltung usw. geliefert, welche unten beschrieben werden.
In der auf die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 folgenden Stufe ist eine Gleichspannungs-Boosterschaltung (Gleichspannungswandler) 9 vorgesehen. Diese Boosterschaltung 9 hebt eine Batteriespannung an unter der Steuerung der Steuerschaltung.
In der auf die Gleichspannungs-Boosterschaltung 9 folgenden Stufe ist eine Hochfrequenzboosterschaltung 10 vorgesehen. Diese Boosterschaltung 10 wandelt die Gleichspannung von der Boosterschaltung 9 in eine sinusförmige Wechselspannung um. Als Hochfrequenzboosterschaltung 10 kann eine Gegentaktwechselrichterschaltung dienen.
Eine Zündschaltung 11 erzeugt einen Lampentriggerimpuls bei Empfang eines Signals von einer Zündstartschaltung (welche unten beschrieben wird) bei Beginn des Zündens einer Lampe und legt den Impuls an eine Primärwicklung 12a eines Triggertransformators 12 an.
Wechselspannungs-Ausgangsleitungen 13 und 13′ verbinden die Ausgangsklemmen der Boosterschaltung 10 mit Wechselspannungs-Ausgangsklemmen 14 und 14′. Die Leitung 13 ist mit einer Sekundärwicklung 12b des Triggertransformators 12 verbunden, während die andere Leitung 13′ mit einem Kondensator 15 verbunden ist. Der Kondensator 15 bildet zusammen mit der Sekundärwicklung 12b eine Strombegrenzungslast und dient auch dazu, einen Lampenstrom zu ermitteln.
Eine Metallhalogenidlampe 16 mit einer Nennlast von 35 W ist an die Wechselspannungs-Ausgangsklemmen 14 und 14′ angeschlossen.
Eine Zündstartschaltung 17 stellt auf der Grundlage des durch den Kondensator 15 ermittelten Lampenstromes fest, ob die Metallhalogenidlampe 16 angeschaltet ist oder nicht, und liefert ein Signal zur Erzeugung eines Triggerimpulses an die Zündschaltung 11, wenn die Lampe noch nicht gezündet ist.
Eine Steuerschaltung 18 erzeugt bald nach dem Zünden der Lampe einen Steuerimpuls PS mit einem Arbeitszyklus gemäß der Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9, die über Spannungsteilungswiderstände 19 und 19′ ermittelt wird, welche zwischen den Ausgangsklemmen der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9 vorgesehen sind, sowie über eine Spannung, die angelegt wird über einen Stromermittlungswiderstand 20, der dafür vorgesehen ist, den Ausgangsstrom der Boosterschaltung 9 umzuwandeln an einer Erdleitung, welche die Eingangsklemme der Boosterschaltung 9 mit der Eingangsklemme der Hochfrequenz-Boosterschaltung 10 verbindet, und liefert dann das Signal PS über eine Gateansteuerschaltung 21 an die Boosterschaltung 9, um deren Ausgangsspannung zu steuern.
In Reaktion auf die über eine Zeitsteuerschaltung 22 erhaltene Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9 verändert die Steuerschaltung 18 ihren Steuermodus auf Konstantleistungssteuerung für die Lampe bei Ablauf einer Zeitspanne, die festgelegt wird gemäß der Ausschaltzeit der Lampe, nachdem sie zu leuchten begonnen hat. Dieser Steuerübergang wird bewirkt, da die Anlaufzeit länger wäre, wenn die Konstantleistungssteuerung unmittelbar bei Beginn der Lampenzündung ausgeführt würde.
Ein Spannungsabfalldetektor 23 liefert ein Signal an die Steuerschaltung 18, wenn die Spannung B an der Stromzufuhrklemme 7 unter einen vorbestimmten Pegel abfällt, wodurch die Metallhalogenidlampe 16 mit einer kleineren Steuerleistung als der Nennleistung gesteuert wird.
Ein Abnormitätsdetektor (Spannungsdetektor) 24 ermittelt eine Abnormität des Schaltkreises aus der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9. Bei Ermittlung einer Abnormität sendet der Detektor 24 ein Signal an die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6, um die Stromzufuhr zu unterbrechen. Der Abnormitätsdetektor 24 weist eine Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a auf, welche ein Signal an die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 liefert, um die Lampe abzuschalten, wenn die Batteriespannung abnormal zu weit abfällt, um das Leuchten der Lampe aufrechtzuerhalten. Wenn die Batteriespannung wieder zurückgebracht ist auf einen Pegel, der gleich einem vorbestimmten Pegel oder größer ist, beginnt der Lampenzündvorgang von neuem.
Nachfolgend wird die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 und die Niedrigspannungs-Rückschaltung 24a näher beschrieben.
Stromunterbrechungs-Relaisschaltung
Eine Stromzufuhrklemme 63 ist über eine Diode 64 mit der Leitung verbunden, welche den Lichtschalter 5 mit dem Relaiskontakt 6a verbindet.
Die Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 umfaßt einen npn-Transistor 65, eine Relaisspule 66, eine Diode 67, einen Basiswiderstand 68 des Transistors 65 und einen Widerstand 70. Der Kollektor des npn-Transistors 65 ist über die Relaisspule 66 mit der Stromzufuhrklemme 63 verbunden, und sein Emitter ist mit der Erdleitung 4′ verbunden. Der Kontakt 6a wird durch die Erregung der Relaisspule 66 geschlossen. Die Diode 67, welche entgegengesetzt parallel zu der Relaisspule 66 angeordnet ist, dient dazu, umgekehrt angelegte Impulse zu absorbieren. Ein Ende des Basiswiderstandes 68 ist an einer Steuerklemme 69 angeschlossen. An der Steuerklemme 69 wird ein Signal PB zugeführt von der Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a (die unten beschrieben wird) oder ein Signal PC, das von dem Abnormitätsdetektor 24 erzeugt wird bei Ermittlung einer von der Verminderung der Batteriespannung verschiedenen Abnormität (z. B. die Lampe ist außerstande zu zünden). Der Widerstand 70 ist zwischen die Stromzufuhrklemme 63 und die Steuerklemme 69 eingefügt.
Niedrigspannungs-Rückstellschaltung
Die Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a erhält die Stromversorgungsspannung von der Stromzufuhrklemme 63, um eine Verminderung der Batteriespannung zu ermitteln. Die Rückstellschaltung 24a umfaßt Widerstände 71 und 73, eine Zenerdiode 74 und einen Operationsverstärker 75. Ein Ende des Widerstandes 71 ist mit der Stromzufuhrklemme 63 verbunden, und das andere Ende ist über die Widerstände 72 und 73 geerdet. Die Kathode der den Widerständen 72 und 73 parallelgeschalteten Zenerdiode 74 ist zwischen den Widerständen 71 und 72 angeschlossen, und ihre Anode ist geerdet. Die invertierende Eingangsklemme des als Komparator dienenden Operationsverstärkers 75 ist zwischen den Widerständen 72 und 73 angeschlossen, und ihre nichtinvertierende Eingangsklemme wird mit einer Spannung beliefert, die mittels Spannungsteilungswiderständen 76 und 77 durch Spannungsteilung der an die Stromzufuhrklemme 63 angelegten Spannung erhalten wird.
Die Ausgangsklemme des Komparators 75 ist an die Steuerklemme 69 der Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6 angeschlossen.
Wenn die Batteriespannung derart vermindert wird, daß die Batterie 2 das Leuchten der Lampe nicht weiter aufrechterhalten kann, so beginnt die Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a zu arbeiten.
Genauer gesagt wird, wenn die Batteriespannung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, zum Beispiel 7 V, diese Spannung durch die Spannungsteilungswiderstände 76 und 77 festgestellt und wird durch den Operationsverstärker (Komparator) 75 verglichen mit einer Bezugsspannung (die durch die Widerstände 71 bis 73 und die Zenerdiode 74 bestimmt wird). Der Verstärker 75 liefert dann ein L-Pegel-Signal als das Signal PB an den Transistor 65 der Stromunterbrechungs-Relaisschaltung 6, um den Transistor zu sperren und die Stromversorgung zu der mit den Gleichspannungsleitungen 4 und 4′ verbundenen Relaisspule 66 zu unterbrechen, woraufhin der Relaiskontakt 6a geöffnet wird.
Zu dem Zeitpunkt, in dem die Batteriespannung auf 7 V oder höher zurückkehrt, nimmt der Ausgang des Operationsverstärkers 75 einen H-Pegel an, schaltet den Transistor 65 ein, und der Relaiskontakt 6a wird geschlossen, so daß der Zündvorgang wieder aufgenommen wird.
Der Abnormitätsdetektor 24 weist einen Schaltkreis auf zur Ermittlung eines abnormalen Zustands wie beispielsweise dem, daß die Metallhalogenidlampe 16 aufgrund normaler Verschlechterung am Ende ihrer Nutzungsdauer außerstande ist, Licht zu emittieren, oder daß die Ausgangsstufe der Hochfrequenz-Boosterschaltung 10 ein offener Kreis wird. In diesem Fall wird der abnormale Zustand aufrechterhalten, wenn nicht der Transistor 65 durch das Signal PC ausgeschaltet wird, was den Relaiskontakt 6a öffnet, und der Lichtschalter 5 wird zeitweilig geöffnet und wird wieder geschlossen.
Wenn die Batteriespannung zu weit absinkt, um das Leuchten der Lampe 16 aufrechtzuerhalten, unterbricht die Niedrigspannungs-Rückstellschaltung 24a die Zufuhr der Stromversorgungsspannung von der Batterie 2 zu der Gleichspannungs-Boosterschaltung 9, wodurch ermöglicht wird, den schlimmsten Fall der Zerstörung der Schaltkreiselemente zu vermeiden.
Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist es möglich, zu vermeiden, daß die Schaltelemente aufgrund abnormaler Verminderung der Gleichspannung an der Gleichspannungsquelle verschlechtert oder zerstört werden.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe an einer Gleichspannungsquelle eines Kraftfahrzeugs,
  • - mit einem Gleichspannungswandler (9), dessen Eingang an die Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und der an seinem Ausgang eine Gleichspannung liefert, die zum Betrieb der Hochdruck-Entladungslampe dient, und
  • - mit einer Steuerschaltung (18, 21) für den Gleichspannungswandler, die aus dem Ausgangsstrom und der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (9) die der Hochdruck-Entladungslampe zugeführte Leistung ermittelt, diese Leistung mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und die Lampenleistung auf den Sollwert einregelt und die außerdem einen Eingang aufweist, dem ein Signal zur Verminderung der Lampenleistung zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschaltung (6, 24, 24a) vorgesehen ist, welche die Zufuhr der Spannung der Gleichspannungsquelle (2) an den Gleichspannungswandler (9) unterbricht, wenn die Spannung einen vorgegebenen Wert, bei dem das Leuchten der Entladungslampe (16) nicht mehr möglich ist, unterschreitet und die die Spannung dem Gleichspannungswandler (9) wieder zuführt, wenn die Spannung den vorgegebenen Wert wieder überschreitet.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schutzschaltung (6, 24, 24a) eine Niedrigspannungs-Rückstellschaltung (24a) vorgesehen ist, welche die Spannung der Gleichspannungsquelle (2) überwacht und die einen zwischen der Gleichspannungsquelle (2) und dem Gleichspannungswandler (9) angeordneten Relaiskontakt (6a) öffnet, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle den vorgegebenen Wert unterschreitet, und die den Relaiskontakt (6a) schließt, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle (2) den vorgegebenen Wert überschreitet.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsdetektor vorgesehen ist, welcher ermittelt, ob die Spannung unter den zweiten vorgegebenen Wert abgefallen ist.
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