EP0852106B1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung von gasentladungslampen - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method and to an arrangement for controlling a drive unit for gas discharge lamps.
- the drive unit can be used for a number of purposes, for instance to drive gas discharge lamps in vehicle headlamps.
- Gas discharge lamps have long been used and consequently the technique for powering and igniting such lamps is well known.
- An alternating voltage is applied to the lamp connected in series to an inductance.
- the purpose of the inductance is to stabilize the lamp current, since the characteristic of the lamp, particularly after ignition, would otherwise result in current surge through the lamp and therewith damage the lamp and the lamp drive means. Ignition of a lamp is achieved with the aid of induction or series resonance with the help of the inductance for generating the ignition voltage required by the lamp.
- a first drawback is that the start-up sequence after ignition is primarily determined by the series inductance connected to the lamp. This has been dimensioned with respect to a stable steady state of the lamp with a plasma heated to operating temperature. The possibility of quickly obtaining the light yield obtained in the steady state is therefore greatly limited.
- a third drawback is that the use of auxiliary components for measuring current and/or voltage in the lamp circuit is required for detecting a malfunction in either the drive arrangement or the lamp.
- the present invention relates to a method and to an arrangement which eliminate these drawbacks.
- the present invention thus relates to a method of controlling a drive unit for gas discharge lamps where applied power consists of DC voltage applied to a converter stage which functions to convert the DC voltage to an AC voltage suitable for the lamp, wherein the AC voltage is applied to a lamp circuit that includes a lamp and an inductance connected in series therewith, and wherein there is included a lamp ignition circuit is included, wherein the method is characterized in that there is connected in a current branch of the drive unit common to both the AC voltage side and the DC voltage side a current measuring sensor whose output signal is used to generate a first control signal corresponding to the power supplied to the lamp circuit, and a second control signal corresponding to the peak current of the lamp circuit or, alternatively, corresponding to the reactive power present in the lamp circuit; in that the first signal and the second signal are compared; and in that a third control signal which constitutes the dominant signal of the first and the second control signal, the dominant signal being the higher signal, is caused to control the current supply to the lamp in a feedback system.
- the invention also relates to an arrangement of the kind defined in Claim 10 and having the main characteristic features set forth therein.
- Figure 1 illustrates an arrangement for controlling a drive unit for gas discharge lamps where supplied power is comprised of a DC voltage applied to a converter stage 1 which functions to convert the DC voltage to an AC voltage suitable for the lamp 2, wherein an AC voltage is applied to a lamp circuit which includes the lamp 2 and an inductance 3 connected in series therewith, and wherein the arrangement also includes a known lamp ignition circuit 4.
- a current measuring sensor is connected in a current branch of the drive unit common to both the AC voltage side and the DC voltage side; c.f. Figures 3 and 4.
- the current measuring sensor functions to produce an output signal on its output 10.
- the current measuring sensor 5 is a resistor.
- other current measuring principles can be used, such as "sense-FET" transistors having current measuring outputs, for instance.
- the arrangement also includes a signal processing circuit 6 having an input 11 to which the output signal 10 of the current sensor 5 is delivered; c.f. Figure 5.
- the signal processing circuit 6 is adapted to form a first signal corresponding to the mean current value, which is a measurement of the power delivered to the lamp, and a second signal which corresponds to the peak current value or, alternatively, to the reactive power present in the lamp circuit.
- the signal corresponding to the mean signal value is formed in a mean value circuit 7, which may be an RC circuit.
- the signal corresponding to the peak value is formed in a peak value circuit 8.
- This signal may be a rectified mean value.
- the mean value of the negative half periods may be formed in a circuit 9 as a measurement of the reactive power in the lamp circuit.
- the signal processing circuit 6 also includes a comparison circuit 12 which functions to compare the first and the second signals 13, 14 respectively.
- the first signal 13 is amplified in an amplifier 15 by a factor k which is greater than 1, since the peak value is always greater than the mean value. If the AC voltage in the lamp circuit is fully sinusoidal, k would be equal to the square root of 2.
- the factor k may vary, although it will preferably lie in the range of 1.3 to 1.5.
- the comparison circuit is adapted to control a switch 16 which functions to connect the first signal 13 and the second signal 14 to the converter stage 1. It is the dominating signal of the two compared signals 13, 14 that is used as a third control signal and which is applied to the converter stage via an input 18.
- the third control signal 17 is used as a control signal for controlling the supply of current to the lamp 2.
- the switch may be adapted so that the third signal is comprised of a function of the first and the second signal.
- the comparison circuit and the switch will suitably be comprised of a microprocessor which is adapted to receive the first and the second signal and to deliver the third signal in accordance with said function.
- the first signal 13 may instead be compared with an output signal 19 from the circuit 9 via a conductor indicated in broken lines in Figure 5.
- the power supplied to the drive arrangement is comprised of rectified AC voltage delivered via a conductor 20.
- the converter stage 1 includes a first converter stage 21 adapted to convert an applied DC voltage 20 to a DC voltage 22 of another voltage level, and includes a second converter stage 23 which is adapted to convert this latter DC voltage to an AC voltage which is applied to the lamp circuit.
- the second converter stage is shown in Figures 3 and 4.
- the current measuring sensor 5 is coupled in the second converter stage.
- the aforesaid third control signal 17 is applied to the first converter stage 21 for converting the applied DC voltage to a DC voltage of desired level.
- the first converter stage includes to this end an appropriate known DC/DC converter.
- the converter stage includes a converter stage 24 which is adapted to convert an applied DC voltage 20 to an AC voltage 25 of desired frequency, which is applied to the lamp circuit.
- the current measuring sensor 5 is coupled in the converter stage 24.
- the third control signal 17 is applied to a control circuit 26 which is adapted to generate the frequency to which the converter stage 24 is caused to convert the applied DC voltage. This frequency is applied to the converter stage 24 via conductor 27.
- the control circuit 26 is of a suitable known kind, such as a DC/AC converter which is frequency-controlling in dependence on a control signal.
- the start-up sequence can be further speeded-up by causing said frequency to be initially much lower than during the steady state, wherein the lamp current is initially caused to be much higher than in the steady state by virtue of the series choke.
- FIG. 3 illustrates an embodiment of said second converter stage 23 and said converter stage 24 respectively.
- the converter stage 32, 24 includes a transformer 28 which converts the DC voltage 20 to a suitable AC voltage while using bridge-coupled semiconductor switches 29, 30 which are brought alternately to a conductive and a non-conductive state.
- Diodes 31, 32 are connected in parallel over the semiconductor switches, these diodes creating a current path for the reactive power that circulates in the lamp circuit due to the effect of the inductance.
- FIG. 4 illustrates an alternative second embodiment of the converter stages 23, 24.
- This converter stage has, correspondingly, semiconductor switches 33, 34 over which diodes 35, 36 are connected.
- the semiconductor switches are controlled by means of an oscillator (not shown) which delivers a suitable fixed frequency at which the semiconductor switches thus operate.
- the frequency delivered via the conductor 27 is applied to the semiconductor switches so that said switches operate at this frequency.
- the drive unit has been described in the aforegoing on the basis of conventional electronic components.
- the drive unit can instead be obtained with an arrangement that includes a microprocessor, a digital signal processor or an integrated circuit developed particularly to this end, and appropriate software.
- Lamp tolerance is not limited in this stage of maximum permitted lamp power, however, but rather by the largest current that can be applied to the lamp without influencing its anticipated length of life.
- the first signal 13 is compared with the second signal 14.
- a heating state exists when the second signal is higher than the first signal, wherein the second signal 14 is used as a control signal to the converter stage 1.
- the lamp is supplied with a higher current than that which corresponds to the steady state. This shortens the start-up sequence.
- the lamp voltage increases with increasing lamp temperature, wherein the first signal 13 rises and the second signal 14 falls due to the increasing impedance in the lamp circuit.
- the control signal to the converter stage 1 is switched to be the first signal 13, wherein the signal that corresponds to the lamp power becomes the control signal.
- the converter stage 23; 24 is adapted so that when the control signal that corresponds to the peak current of the lamp circuit, i.e. the second signal 14, constitutes the control signal to the second converter stage, this stage will function to control the semiconductor switches 31, 32; 33, 34 so as to shorten the time in which the semiconductors are conductive and therewith introduce a current limitation in the lamp circuit.
- the inventive control arrangement is able to disclose a faulty state in the lamp circuit and the nature of the fault.
- the arrangement includes a timing and detection circuit 37 which is activated when the lamp ignition circuit 4 is activated.
- the timing and detection circuit 37 is constructed to detect a fault state when said second control signal 14 is higher than said first control signal 13 after a predetermined time lapse, this time period corresponding to the lamp having reached a steady state.
- the fault is very probably caused by a short-circuit in the lamp or in the proximity thereof.
- the detection circuit thus includes a comparison circuit.
- the timing and detection circuit 37 is also constructed to detect a fault state after a predetermined timing period when said first and said second control signals are both lower than a predetermined value.
- This predetermined value is close to zero, i.e. when current flows in the lamp circuit solely because of circuit defects. This fault is most probably due to the lamp being unable to ignite. Alternatively, the circuit may have suffered an electric fault.
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- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
Claims (15)
- Verfahren zum Steuern einer Antriebseinheit für Gasentladungslampen, wobei eine zugeführte Leistung aus einer Gleichstromspannung besteht, die an eine Konverterstufe angelegt ist, die dafür vorgesehen ist, die Gleichstromspannung in eine für die Lampe geeignete Wechselstromspannung zu konvertieren, wobei die Wechselstromspannung an einen Lampenschaltkreis angelegt ist, der eine Lampe (2) und eine damit in Serie geschaltete Induktivität (3) umfaßt, und wobei ein Lampenzündschaltkreis (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Stromzweig der Antriebseinheit (1) gemeinsam sowohl mit der Wechselstromspannungsseite als auch der Gleichstromspannungsseite ein Strommeßsensor (5) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal dafür verwendet wird, ein erstes Steuersignal (13) zu erzeugen, das der dem Lampenschaltkreis zugeführten Leistung entspricht, sowie ein zweites Steuersignal (14), das dem Spitzenstrom des Lampenschaltkreises entspricht, oder, alternativ, der in dem Lampenschaltkreis vorhandenen Blindleistung entspricht; daß das erste Signal (13) und das zweite Signal (14) verglichen werden; und daß ein drittes Steuersignal (17), das das dominante Signal aus dem ersten (13) und dem zweiten (14) Steuersignal bildet, wobei das dominante Signal das höhere Signal ist, veranlaßt wird, die Stromzufuhr zu der Lampe in einem Rückkoppelsystem zu steuern.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Antriebseinheit (1) abgegebene Leistung eine korrigierte Wechselstromspannung umfaßt.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalverarbeitungsschaltkreis (6) vorgesehen ist, an den das Ausgangssignal des Stromsensors (5) abgegeben wird; daß der Signalverarbeitungsschaltkreis dazu veranlaßt wird, ein erstes Steuersignal (13) zu bilden, das dem Mittelwert des Stroms entspricht, wobei dieser Wert eine Messung der an die Lampe abgegebenen Leistung ist, sowie außerdem ein zweites Steuersignal (14), das dem Spitzenstromwert entspricht; und daß der Signalverarbeitungsschaltkreis (6) einen Vergleichsschaltkreis (15) umfaßt, in dem das erste und das zweite Signal verglichen werden, wobei das dominierende Signal als das dritte Steuersignal (17) verwendet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalverarbeitungsschaltkreis (6) vorgesehen ist, an den das Ausgangssignal des Stromsensors (5) abgegeben wird; daß der Signalverarbeitungsschaltkreis dazu veranlaßt wird, ein erstes Steuersignal (13) zu bilden, das dem Strommittelwert entspricht, der eine Messung der an die Lampe abgegebenen Leistung ist, und außerdem ein zweites Steuersignal (19), das der in dem Lampenschaltkreis vorhandenen Blindleistung entspricht; und daß der Signalverarbeitungsschaltkreis (6) einen Vergleichsschaltkreis (15) umfaßt, in dem das erste Steuersignal (13) und das zweite Steuersignal (19) verglichen werden, wobei das dominierende Signal als das dritte Steuersignal (17) verwendet wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konverterstufe eine erste Konverterstufe (21) aufweist, die dazu veranlaßt wird, eine abgegebene Gleichstromspannung in eine Gleichstromspannung eines anderen Spannungsniveaus zu konvertieren, und daß sie außerdem eine zweite Konverterstufe (23) aufweist, die dazu veranlaßt wird, diese letztere Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung zu konvertieren, die an den Lampenschaltkreis angelegt wird; und daß der Strommeßsensor (5) in der zweiten Konverterstufe (23) angeschlossen ist; und daß das dritte Steuersignal (17) an die erste Konverterstufe (21) angelegt wird, um dadurch die abgegebene Gleichstromspannung in eine Gleichstromspannung eines gewünschten Niveaus zu konvertieren.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konverterstufe eine Konverterstufe (24) umfaßt, die dazu veranlaßt wird, eine abgegebene Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung gewünschter Frequenz zu konvertieren, die an den Lampenschaltkreis angelegt wird; daß der Strommeßsensor (5) in der Konverterstufe (24) angeschlossen ist; und daß das dritte Steuersignal (17) an einen Steuerschaltkreis (26) angelegt wird, der so ausgelegt ist, daß er die Frequenz erzeugt, auf die die Konverterstufe (24) veranlaßt wird, die abgegebene Gleichstromspannung zu konvertieren.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konverterstufe Halbleiterschalter (31, 32; 33, 34) aufweist; und daß, wenn das Steuersignal, das dem Spitzenstrom des Lampenschaltkreises entspricht, das heißt das zweite Signal (14), ein Steuersignal für die Konverterstufe bildet, das Steuersignal (17) dazu veranlaßt wird, die Halbleiterschalter (31, 32; 33, 34) zu betätigen, so daß die Zeit verkürzt wird, in der die Halbleiter leitend sind, um damit eine Strombegrenzung in dem Lampenschaltkreis zu erhalten.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeit- und Detektierschaltkreis (37) vorgesehen ist, der vorzugsweise aktiviert wird, wenn der Lampenzündschaltkreis (4) aktiviert wird; und daß ein Fehlerzustand nach einer vorgegebenen Zeitdauer ermittelt wird, wenn das zweite Steuersignal (14) größer ist als das erste Steuersignal (13).
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitund Detektierschaltkreis (37) vorgesehen ist, der vorzugsweise aktiviert wird, wenn der Lampenzündschaltkreis (4) aktiviert wird; und daß ein Fehlerzustand nach einer vorgegebenen Zeitdauer ermittelt wird, wenn das erste Steuersignal (13) und das zweite Steuersignal (14) beide niedriger als ein vorgegebener Wert sind.
- Anordnung zum Steuern einer Antriebseinheit für Gasentladungslampen, wobei eine zugeführte Leistung aus einer Gleichstromspannung besteht, die an eine Konverterstufe angelegt ist, die dafür ausgelegt ist, die Gleichstromspannung in eine für die Lampe geeignete Wechselstromspannung zu konvertieren, wobei die Wechselstromspannung an einen Lampenschaltkreis angelegt ist, der eine Lampe (2) und eine damit in Serie geschaltete Induktivität (3) umfaßt, und wobei die Anordnung auch einen Lampenzündschaltkreis (4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Stromzweig der Antriebseinheit (1) gemeinsam sowohl mit der Wechselstromspannungsseite als auch der Gleichstromspannungsseite ein Stommeßsensor (5) angeschlossen ist, der dafür ausgelegt ist, ein Ausgangssignal abzugeben; daß die Anordnung außerdem einen Signalverarbeitungsschaltkreis (6) aufweist, an den das Ausgangssignal des Stromsensors abgegeben wird; daß der Signalverarbeitungsschaltkreis (6) dafür ausgelegt ist, ein erstes Signal (13) zu bilden, das dem Strommittelwert entspricht, der eine Messung der an die Lampe abgegebenen Leistung ist, und außerdem ein zweites Signal (14), das dem Spitzenstromwert entspricht, oder, alternativ, der in dem Lampenschaltkreis vorhandenen Blindleistung entspricht; daß der Signalverarbeitungsschaltkreis einen Vergleichsschaltkreis (15) aufweist, der derart arbeitet, daß er das erste Signal (13) und das zweite Signal (14) vergleicht, wobei eine Konverterstufe (21; 26) dafür ausgelegt ist, das dominante Signal der zwei Signale zu empfangen, wobei das dominante Signal das größere Signal ist, wobei dieses dominierende Signal ein drittes Steuersignal (17) als ein Steuersignal zum Steuern der Zufuhr von Strom zu der Lampe bildet.
- Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konverterstufe eine erste Konverterstufe (21) aufweist, die dafür ausgelegt ist, eine angelegte Gleichstromspannung in eine Gleichstromspannung eines anderen Spannungsniveaus zu konvertieren, und die außerdem eine zweite Konverterstufe (23) aufweist, die dafür ausgelegt ist, diese letztere Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung zu konvertieren, die an den Lampenschaltkreis angelegt ist; daß der Strommeßsensor (5) in der zweiten Konverterstufe (23) angeschlossen ist; und daß das dritte Steuersignal (17) an die erste Konverterstufe (21) angelegt ist, um die angelegte Gleichstromspannung in eine Gleichstromspannung eines gewünschten Niveaus zu konvertieren.
- Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konverterstufe eine Konverterstufe (24) aufweist, die dafür ausgelegt ist, eine angelegte Gleichstromspannung in eine Wechelstromspannung einer gewünschten Frequenz zu konvertieren, die an den Lampenschaltkreis angelegt ist; daß der Strommeßsensor (5) in der Konverterstufe (24) angeschlossen ist; und daß das dritte Steuersignal (17) an einen Steuerschaltkreis (26) angelegt ist, der dafür ausgelegt ist, die Frequenz zu erzeugen, auf die die Konverterstufe (24) ausgelegt ist, die angelegte Gleichstromspannung zu konvertieren.
- Anordnung nach einem der Ansprüche 10, 11, oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Konverterstufen (23; 24) Halbleiterschalter (31, 32; 33, 34) aufweisen; und daß, wenn das Steuersignal, das dem Spitzenstrom des Lampenschaltkreises entspricht, das heißt das zweite Signal (14), das Steuersignal (17) für die Konverterstufe bildet, das Signal so arbeitet, daß es die Halbleiterschalter (31, 32; 33, 34) derart steuert, daß die Zeit verkürzt wird, in der die Halbleiter leitend sind, um dadurch eine Strombegrenzung in dem Lampenschaltkreis zu erhalten.
- Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Zeit- und Detektierschaltkreis (37) umfaßt, der dafür ausgelegt ist, vorzugsweise aktiviert zu werden, wenn der Lampenzündschaltkreis (4) aktiviert ist; und daß der Zeit- und Detektierschaltkreis dafür ausgelegt ist, einen Fehlerzustand nach einer vorgegebenen Zeitdauer zu ermitteln, wenn das zweite Steuersignal (14) größer ist als das erste Steuersignal (13).
- Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Zeit- und Detektierschaltkreis (37) aufweist, der dafür ausgelegt ist, vorzugsweise aktiviert zu werden, wenn der Lampenzündschaltkreis (4) aktiviert ist; und daß der Zeit- und Detektierschaltkreis dafür ausgelegt ist, einen Fehlerzustand nach einer vorgegebenen Zeitdauer zu ermitteln, wenn das erste Steuersignal (13) und das zweite Steuersignal (14) beide niedriger sind als ein vorgegebener Wert.
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