EP2638787A2 - Verfahren und vorrichtung zur regelung der leistung einer hochdruckentladungslampe auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante niveaus - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur regelung der leistung einer hochdruckentladungslampe auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante niveaus

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EP2638787A2
EP2638787A2 EP11785362.2A EP11785362A EP2638787A2 EP 2638787 A2 EP2638787 A2 EP 2638787A2 EP 11785362 A EP11785362 A EP 11785362A EP 2638787 A2 EP2638787 A2 EP 2638787A2
Authority
EP
European Patent Office
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discharge lamp
pressure discharge
power
constant level
regulator
Prior art date
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Ceased
Application number
EP11785362.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Herold
Walter Baetz
Daniel Baumann
Torsten Kuske
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
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    • H05B41/3927—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by pulse width modulation
    • H05B41/3928—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations by pulse width modulation for high-pressure lamps, e.g. high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a high-pressure discharge lamp in a vehicle headlight and to an apparatus for operating a high-pressure discharge lamp in a vehicle headlight according to the preamble of patent claims 1 and 6.
  • Such a method and such a device is disclosed for example in DE 39 05 715 AI.
  • the ⁇ se specification describes a method of operating a high pressure discharge lamp in a vehicle headlight according to which the high-pressure discharge lamp is operated with a regulated ⁇ th rectangular current and an electrical output of 32 watts.
  • the inventive method for operating a high pressure discharge lamp in a vehicle headlight includes fully control of the electric power of the high pressure discharge lamp during its operation after Beendi ⁇ supply the ignition phase to a constant level, whereby it ⁇ invention according to the electrical power of the high-pressure discharge lamp for generating a first illumination appli - Controlling to a first constant level and for generating a second lighting application to another, second constant level.
  • the proportion of electrical power of the aforementioned components of the ignition or operating device in the determination of the active power of the high pressure discharge lamp does not considered. That is, the term electrical power of the high-pressure discharge lamp designates in this case the active power of the burner.
  • burn- ers denotes the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp with the enclosed therein gas discharge ⁇ electrodes and the discharge medium.
  • ignition and start-up phase is the phase of operation of the high pressure discharge lamp ⁇ while the charge igniting the Gasent- in the high pressure discharge lamp and evaporating the filling ingredients in the interior of Entladungsgefä ⁇ SLI the high-pressure discharge lamp takes place and at the end of which a quasi-stationary operating state of the high pressure discharge lamp set.
  • the encryption of the invention provides after completion of the ignition and start-up phase before a power control of the high pressure discharge lamp in two different, alternatively selectable constant Ni ⁇ veaus, to thereby realize the same two different lamp lighting applications ofppeschein- pitcher.
  • the device according to the invention for operating a high-pressure discharge lamp in a vehicle headlamp has a power control unit which serves to control the electrical power of the high-pressure discharge lamp to a constant level after completion of the ignition and starting phase of the high-pressure discharge lamp, wherein means for controlling the electric power of the invention High-pressure discharge lamp to two different, alternatively selectable constant levels are provided.
  • the high-pressure discharge lamp in the vehicle headlight for generating the two alternative lighting applications running lights and dipped beam or particularly preferred.
  • the latter two Alternative illumination application Low beam and high beam are particularly preferred because for this purpose, the electric power of the high pressure discharge lamp must be slightly changed ge ⁇ slightly and the reflector in the vehicle headlight for these two lighting applications in a simple manner, for example by means of an on and off optical aperture or a similar acting light-guiding means, can be adjusted.
  • a metal-halide high-pressure discharge lamp is used with mercury he ⁇ filling which contains metal halides also xenon at a high pressure in its filling.
  • the xenon under high pressure ensures an immediate light emission of the high-pressure discharge lamp immediately after the ignition of the gas discharge in the discharge vessel of the high-pressure discharge lamp.
  • the abandonment of mercury in the filling happens for ecological reasons.
  • the electric power of the aforementioned type of high pressure discharge lamp is controlled in the vehicle headlamp according to Be ⁇ termination of the ignition and start-up phase to a constant value of not more than 25 watts to ensure that the High pressure discharge lamp in this operating mode produces a luminous flux of up to 2000 lumens in accordance with statutory regulations.
  • This can be dispensed with a cleaning system for the vehicle headlights.
  • the electric power of the aforementioned type of high-pressure discharge lamp in the vehicle headlamp after completion of the ignition and start-up phase to a constant value in the range of greater than 25 watts and less than or equal to 28 watts regulated to a higher luminous flux of about 2500 for the high beam
  • a constant value in the range of greater than 25 watts and less than or equal to 28 watts regulated to a higher luminous flux of about 2500 for the high beam To provide lumens. It has namely been proven that in the aforementioned type of high pressure discharge lamp can be achieved by approximately 450 lumens by a raised stabili ⁇ hung the power level for only 3 Watt an increase in the luminous flux.
  • the method according to the invention and the device according to the invention thus make it possible to realize two different, alternatively adjustable lighting applications, namely low beam and high beam, with one and the same high-pressure discharge lamp.
  • procedural ⁇ ren and the inventive device include an optical shutter or light control means in the vehicle headlight, which operates in synchronism with the switching between the two alternatively adjustable power levels of the high-pressure discharge lamp and enabled or disabled who ⁇ to the two alternative adjustable illumination applications of the vehicle headlight to realize and in particular to allow optimal adaptation to the light distributions of low beam or high beam.
  • the method according to the invention and the device according to the invention also have the advantage over the systems with separate light sources and headlamps for dipped beam and main beam that there is no delay when switching dipped beam to main beam and vice versa the light emission occurs because the same light source is used for both applications, which is already ⁇ on and is in a quasi steady state.
  • the inventive device for operating a high pressure discharge lamp preferably comprises a performance-control unit, which can be switched between two alternative objects to ⁇ order to control the electric power of the high pressure discharge lamp in the first or the second alternative constant level. Thereby, the electrical ⁇ specific power of the high pressure discharge lamp for both Be ⁇ leuchtungsanorganizen can be controlled with one and the same power control unit.
  • the regulation of the electrical power of the high-pressure discharge lamp is carried out according to the method and the device according to the invention in an advantageous manner to one of the variants explained below.
  • the means for the electric power of the high pressure discharge lamp control to the two alternatively selectable constant level of a resistance element for detecting a proportional to the lamp current voltage whose resistance value is variable and preferably ⁇ switchable between two values This allows the usual Liehe be used in a known power control unit according to the prior art and further modified in a simple manner so that the invention shown SSE process can be carried out since the electric power of the high pressure discharge lamp is proportional to the Lamp current is and thus can be controlled by the lamp current. Therefore, by changing the resistance value of the aforementioned resistance element, the parameter of the electric power of the high-pressure discharge lamp detected by the power control unit is changed accordingly.
  • the means for controlling the electric power of the high-pressure discharge lamp to the two alternatively selectable constant levels comprise a controller with switchable gain or characteristic.
  • the means for controlling the electric power of the high-pressure discharge lamp to the at alternatively selectable constant levels a microcontroller with software implemented therein, which performs the switching between the two alternatively selectable constant power levels programmatically by generated according to the changed power level ver ⁇ changed setting values for power control.
  • the power control unit of the inventive device is formed as part of an electronic ballast for operating the Hochlichentla ⁇ tion lamp, which has a first terminal for connecting the high-pressure discharge lamp to the ⁇ electronic ballast and a second terminal for power supply of the electronic ballast, the second Connection has at least three electrical contacts, which are connected in such a way with the power control unit that when using a first and second electrical contact for supplying power to the electronic ballast, the control of the electrical power of the high pressure discharge lamp is activated to the first constant level and when using the third electrical contact for supplying power to the electronic ballast, the regulation of the electrical power of the high pressure discharge lamp to the second constant level a is activated.
  • an electronic ballast allows the use of transistors equipped with transistors to generate from the vehicle electrical system voltage required for lamp operation voltages and currents.
  • the power control unit can thereby be designed in a particularly advantageous manner as a pulse width modulation unit, which performs the power control of the high-pressure discharge lamp via the pulse width-modulated control of the transistors of the voltage converter. Switching the power control of the high-pressure discharge lamp between the two alternatively selectable constant levels can be achieved in a particularly simple way by the use of different electrical contacts for the power supply of the electronic ballast are performed.
  • the power ⁇ control to the first or the second constant level and thus for example the low beam or the far ⁇ light activated can be easily controlled via the light switch in the vehicle.
  • the aforementioned optical shutter can be ak ⁇ tivated or deactivated synchronously. It proves to be advantageous that the wiring harness in the vehicle usually ⁇ already equipped with an additional electrical line for the high beam, which can be used here in a simple manner for connecting the aforementioned third electrical contact.
  • the aforementioned electronic ballast has before ⁇ preferably a full-bridge inverter, in the bridge branch, the first terminals of electronic Before ⁇ are switching device arranged for the high pressure discharge lamp, and a flyback converter, whose voltage output is connected to the voltage input of the full bridge inverter.
  • a flyback converter With the aid of the full-bridge inverter, the polarity of the lamp current is constantly reversed in order to prevent deposition of the charged ions of the discharge plasma on the gas discharge electrode of the high-pressure discharge lamp.
  • the flyback converter makes it possible to get out of the Bordnet zschreib the vehicle to generate the lamp operation he ⁇ required voltages and currents.
  • control of the electrical power of the high-pressure discharge lamp can be achieved by pulse width-modulated activation of the transistor of the flyback converter.
  • the power control unit of he ⁇ inventive device is therefore preferably modulated as pulse width modulation unit for pulse-width control of a switching means of the flyback converter is excluded.
  • Figure 1 is a schematic representation of a vehicle ⁇ headlight with the device according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of the electronic
  • FIG. 3 is a schematic representation of the electronic
  • Ballast and the high pressure discharge lamp of FIG. 1 including connections with light ⁇ control module
  • FIG. 4 shows a block diagram of the electronic ballast of FIG. 1 in a diagrammatic view 5 shows a first disclosed embodiment of the power regulation unit of the elekt ⁇ tronic ballast shown in FIG. 4 is a schematic representation of
  • FIG. 4 A second disclosed embodiment of the power regulation unit of the elekt ⁇ tronic ballast shown in FIG. 4 is a schematic representation of
  • FIG. 7 shows a third disclosed embodiment of the power regulation unit of the elekt ⁇ tronic ballast shown in FIG. 4 is a schematic representation of
  • FIG. 1 schematically shows a vehicle headlight with the device according to the invention for operating a high-pressure discharge lamp which serves as a light source in the vehicle headlight.
  • This vehicle ⁇ headlights used to generate the low beam and the high beam of the vehicle.
  • the vehicle headlight has a Hochdruckentla ⁇ tion lamp 1, which is surrounded by a reflector 2 and which is connected to an electronic ballast EVG.
  • the reflector 2 and the high pressure discharge lamp 1 are designated in Figure 1 as “pro ection system”.
  • the vehicle headlamp one designated as the “Lens” optical lens and as a "front glass” be ⁇ recorded transparent cover plate, through which the of the High-intensity discharge lamp 1 is emitted from the vehicle headlight, and between the reflector 2 and the optical lens “lens” is a "Shielding" designated optical aperture, which is activated to generate the low beam and in the beam path of the light generated by the high pressure discharge lamp 1 ge ⁇ switched to hide a portion of the light.
  • the optical shutter is deakti ⁇ fourth and removed from the optical path of the generated from the high-pressure discharge lamp 1 light beispielswei ⁇ se by folding.
  • the electronic ballast ECG is used to operate the high pressure discharge lamp 1. It generates from the vehicle electrical system voltage required for operating the high pressure discharge lamp 1 voltages and currents.
  • the electronic ballast EVG is equipped with an electrical connection, which has three electrical contacts Kl, K2, K3, and preparedstat ⁇ tet with another terminal K4, which serves to connect the high-pressure discharge lamp 1 to the electronic ballast EVG.
  • the second contact of the electrical connection of the electronic ballast ballasts are connected to the vehicle system voltage of the vehicle.
  • the third contact K3 is used.
  • the optical shutter "Shielding" is also deactivated via the third contact K3, that is to say the switching on of the high beam and the removal of the optical shield from the beam path of the light generated by the high-pressure discharge lamp 1 take place synchronously.
  • FIGS. 2 and 3 two different ways of using the electrical contacts K1, K2 and K3 are shown electronic ballast electronic ballast schematically darge ⁇ represents.
  • the electrical contacts Kl and K2 are used for voltage supply of the electronic ballast EVG to attest to the ER, the low beam, and for generating the high beam
  • the elekt ⁇ step contacts Kl and K3 are used for voltage supply of the electronic ballast EVG.
  • the elekt ⁇ innovative contact Terminal in both cases to ground potential. To switch between dipped beam and high beam is thus easily switched between the contact pairs Kl, K2 and Kl, K3 to power the electronic ballast ECG, for example by means of the light switch in the cockpit of the vehicle.
  • connection K4 for the high-pressure discharge lamp 1 is likewise formed with three wires. Two wires of the connection or connecting cable K4 are used for supplying voltage to the high pressure discharge lamp 1 for operating the high-pressure discharge lamp ⁇ after completion of the ignition phase both in the operating mode and in the low beam operating mode main beam.
  • the third wire of the terminal K4 is used to connect the pulse ignition device (not shown) to the high-pressure discharge lamp and to ⁇ lead the ignition voltage required for igniting the gas discharge to the high-pressure discharge lamp, which is generated by means of the pulse ignition during the ignition phase.
  • a light control module LM is provided, which is arranged between the positive pole of the vehicle electrical system voltage +12 V of the vehicle and the electrical contacts Kl, K2 of the electronic ballast ECG.
  • the electronic ballast is powered by its electrical contacts Kl and K2 ⁇ rule with voltage.
  • Zu ⁇ additional use of the third electrical contact K3, that is, by the third electrical contact K3 is subjected to a voltage above a predetermined threshold value the switching from low beam to high beam is effected.
  • the switching back from high beam to low beam is done accordingly by Abschal ⁇ th the aforementioned additional voltage at the third contact K3.
  • the connection K4 for the high-pressure discharge lamp 1 is identical to the connection K4 shown in FIG.
  • the electronic ballast has an input filter "Input filter” including protection against polarity reversal or permutation of the electrical contacts Kl, K2, K3 of the electronic ballast EVG when connecting to the vehicle electrical system voltage ⁇ ⁇ of the vehicle, a flyback 1 "fly back converter” , a full bridge inverter “full bridge inverter”, a regulator “regulator”, a pulse width modulator “PWM unit”, a control unit “control unit” and a driver circuit “inverter driver” for the transistors of the full bridge inverter ⁇ called components of the electronic ballast explained in more detail.
  • the flyback converter “fly back converter” is connected downstream of the input filter “input filter”, which serves as a DC voltage converter and is powered by the vehicle's electrical system voltage. generated from 12 V or 24 V DC voltage of a maximum of 400 V, which is provided to the DC link capacitor CK at the voltage output of the flyback converter.
  • the full-bridge inverter “full bridge inverter” is connected to the intermediate circuit capacitor CK, the voltage applied to the intermediate circuit capacitor CK serving as the input voltage to the full-bridge inverter.
  • the r Qc switch synchronously and the transistor pairs alter ⁇ nierend, so that the lamp current over the discharge Stre ⁇ bridge "Load (Burner)" the high pressure discharge lamp 1, either flowing through the first pair of transistors Q A, Q D, or by the second pair of transistors Q B, Q c.
  • the Po ⁇ larity of the lamp current with the switching frequency of the Tran ⁇ sistoren the full-bridge inverter is changed.
  • the order ⁇ poles of lamp current is used to prevent the ground tion of ion of the discharge plasma to the Gasentla ⁇ dung electrodes of the high pressure discharge lamp 1.
  • the switching operations of the transistors Q A, Q B, Q c QD of the full ⁇ bridge inverter are using the driver scarf ⁇ tung "inverter driver” and the carried out the control unit "control unit”.
  • the ignition phase of the high-pressure discharge lamp ⁇ 1 is at the intermediate circuit capacitor CK of the flyback converter the max Imale output voltage of 400 V provided. It serves to supply power to the aforementioned pulse ignition device (not shown), which is also connected in the bridge branch of the full-bridge inverter during the ignition phase and ignites voltage pulses of up to 30 kV for igniting the Gasent ⁇ charge generated in the discharge vessel of the high pressure discharge lamp.
  • the in ⁇ pulse igniter is deactivated and the DC link capacitor CK only a voltage of about 45 V is provided, which corresponds to the burning voltage of Hochlichentla ⁇ tion lamp 1.
  • the high pressure discharge lamp 1 With two to three times their rated power, to a quick evaporation of the filling ingredients in the discharge vessel of the high pressure discharge lamp and a fast transition to a quasi-stationary operating state of the high-pressure discharge lamp 1, in which all filling components are gaseous and participate in the discharge.
  • the electric power of the high-pressure discharge lamp 1 is regulated to one of two available, alternatively selectable, constant levels by means of the "regulator” regulator, the pulse width modulator “PWM unit” and the control unit “control unit” the electric power of the high pressure discharge lamp 1 is controlled after completion of the ignition and start-up phase of a first Ni ⁇ veau of 25 watts.
  • the "regulator” regulator the pulse width modulator "PWM unit”
  • control unit control unit
  • the high pressure discharge lamp 1 is ei ⁇ ne halogen metal vapor high-pressure discharge lamp with a mercury-free filling, iodide, the sodium, Scandiumjo- did, zinc iodide and indium iodide, and xenon as a filling corresponds zinc iodide takes on the role of missing Mercury ⁇ bers and a high xenon pressure in the range of 0.6 to 1.2 megapascals at a temperature of 22 ° C allows the immediate light emission immediately after the ignition of the gas discharge.
  • the rated power of this high-pressure discharge lamp 1 is 25 watts.
  • the electrical power of this high ⁇ pressure discharge lamp 1 is regulated after completion of the ignition and on ⁇ running phase to a second level of 28 watts.
  • the high-pressure discharge lamp 1 generates a luminous flux of approximately 2500 lumens.
  • the optical shutter "Shielding" (Fig. 1) is disabled, that is, removed from the beam path of the discharge lamp of the Hochdruckentla- 1 emitted light.
  • the regulation of the electrical power of the high-pressure discharge lamp 1 is carried out by means of the power control unit, which essentially comprises the regulator “regulator”, the pulse width modulator “PWM unit”, the control unit “control unit” and a measuring resistor R S H / der am Voltage output of the flyback converter is arranged, be ⁇ stands.
  • the controller "regulator” includes aistsreg ⁇ ler VEA and a current regulator CEA.
  • the voltage regulator VEA is up to the ignition of the gas discharge in the high-pressure discharge lamp 1 active With the aid of a maximum voltage of 400 V is generated at the intermediate circuit capacitor CK to.
  • the current controller CEA is designed as a proportional-integral controller for the lamp current I L.
  • the control unit "control unit” and the microcontroller integrated in it generate control values for the aforementioned proportional-integral controller for controlling the lamp current, and the microcontroller also monitors the voltage V L in the bridge arm of the full-bridge inverter High-pressure discharge lamp 1 ent ⁇ speaks, and generated in dependence on the aforementioned voltage V L and the voltage across the measuring resistor R S H control values for the current controller CEA, so that means of the current controller CEA de facto control of the electrical power of the high-pressure discharge lamp is made possible.
  • the control output of the proportional-integral controller "regulator” is connected to the pulse width modulator "PWM unit". essentially consisting of a frequency generator “f-generator”, a comparator “Comp” and a flip-flop.
  • the pulse width modulator “PWM unit” performs a pulse width modulated actuation of the transistor Q1 of the flyback converter “fly back converter” as a function of the regulator signal. Control modulated by this pulse width regulates the electric power of the high-pressure discharge lamp 1 to a constant level of 25 watts, with the aid of the measuring resistor R SH at the node K between the measuring resistor R SH and the intermediate circuit capacitor CK being proportional to the lamp current I L Voltage is tapped.
  • the switching to the higher power level of 28 watts is done either by altering the effective advertising tes of measuring resistor R SH (FIG. 6) or the Re ⁇ gel characterizing of the lamp current controller CEA (FIG. 5) or by changing the effective resistance of the resistor R6 (FIG. 7) at the output of the current regulator ⁇ CEA.
  • the current regulator CEA has an operational amplifier Ui and resistors R1, R2, R3, R5 and R6 and a capacitor C5.
  • the resistor R5 and the capacitor C5 are active in the feedback branch of the operational amplifier Ul from its output to its inverting input.
  • the resistor R4 in the feedback branch of the operational amplifier Ul connected.
  • the control characteristic of the regulator "regulator” is changed so that, with suitable dimensioning of the components, the electric power of the high-pressure discharge lamp is regulated to the higher level of 28 W.
  • the connection of the resistor R4 arranged parallel to the low-pass filter R5, C5 is effected by means of the electronic switch Sl is triggered via the third electrical contact K3 of the electronic ballast EVG. By using or voltage supply of the third electrical contact K3, the electronic switch Sl is closed and thus the high beam on ⁇ on.
  • the effective value of the measurement resistor R S H is changed instead of the feedback ⁇ branch of the operational amplifier Ul to place the first power level of 25 watts, the second power level for the regulation of the electric power of the high-pressure - to activate discharge lamp 1.
  • a further resistor R S H2 is arranged, which can be switched on or off by means of the electronic switch S2. In the switched-off state, only the measuring resistor R S H is active and the electrical power of the high- Discharge lamp 1 is controlled after completion of the ignition and start-up phase to the first constant level of 25 watts.
  • the electric power of the high-pressure discharge lamp 1 is regulated to the higher level of 28 watts by means of the pulse width modulator "PWM unit.”
  • PWM unit pulse width modulator
  • the switching between the first and second constant level of 25 watts and 28 watts for the regulation of the electrical power of the high pressure discharge lamp 1 by means of the microcontroller of the control unit "control unit" and is implemen ⁇ oriented software can be realized by the microcontroller for the two different power levels of 25 W or 28 W correspondingly generates different actuating values for the power control unit.
  • the invention is not limited to the above-described embodiments of the invention.
  • the electric power see the high-pressure discharge lamp can also be controlled to another constant level than 28 watts to generate an even higher or slightly lower luminous flux.
  • Each additional watt of power above 25 watts increases the luminous flux of the high-pressure discharge lamp by approx. 150 lumens.

Landscapes

  • Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (1) in einem Fahrzeugscheinwerfer, wobei die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) während ihres Betriebs nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf ein konstantes Niveau geregelt wird. Erfindungsgemäß wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) zum Erzeugen einer ersten Beleuchtungsanwendung auf ein erstes konstantes Niveau und zum Erzeugen einer zweiten Beleuchtungsanwendung auf ein anderes, zweites konstantes Niveau geregelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe und Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungs- lampe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer gemäß dem Ober- begriff des Patentanspruch 1 bzw. 6.
I . Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der DE 39 05 715 AI offenbart. Die¬ se Schrift beschreibt ein Betriebsverfahren für eine Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer, gemäß dem die Hochdruckentladungslampe mit einem geregel¬ ten Rechteckstrom und einer elektrischen Leistung von 32 Watt betrieben wird.
11. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln die Verwirklichung zweier unterschiedlicher Beleuchtungsanwendungen mit nur einer Lichtquelle im Fahrzeugscheinwerfer ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrich¬ tung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Be- sonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer um- fasst eine Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe während ihres Betriebs nach Beendi¬ gung der Zündphase auf ein konstantes Niveau, wobei er¬ findungsgemäß die elektrische Leistung der Hochdruckent¬ ladungslampe zum Erzeugen einer ersten Beleuchtungsanwen- dung auf ein erstes konstantes Niveau und zum Erzeugen einer zweiten Beleuchtungsanwendung auf ein anderes, zweites konstantes Niveau geregelt wird. Der Begriff elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe be¬ zeichnet hier immer die Wirkleistung der Hochdruckentla- dungslampe. Für den Fall, dass die Hochdruckentladungs¬ lampe Komponenten einer Zündvorrichtung oder einer Betriebsvorrichtung aufweist, die beispielsweise im Sockel der Hochdruckentladungslampe untergebracht sind, wird der Anteil der elektrischen Leistung der vorgenannten Kompo- nenten der Zünd- oder Betriebsvorrichtung bei der Ermittelung der Wirkleistung der Hochdruckentladungslampe nicht berücksichtigt. Das heißt, der Begriff elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe bezeichnet in die¬ sem Fall die Wirkleistung des Brenners. Der Begriff Bren- ner bezeichnet das Entladungsgefäß der Hochdruckentla¬ dungslampe mit den darin eingeschlossenen Gasentladungs¬ elektroden und dem Entladungsmedium. Der Begriff Zünd- und Anlaufphase bezeichnet die Betriebsphase der Hoch¬ druckentladungslampe, während der das Zünden der Gasent- ladung in der Hochdruckentladungslampe und das Verdampfen der Füllungsbestandteile im Innenraum des Entladungsgefä¬ ßes der Hochdruckentladungslampe stattfindet und an deren Ende sich ein quasistationärer Betriebszustand der Hochdruckentladungslampe einstellt. Das erfindungsgemäße Ver- fahren sieht nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase eine Leistungsregelung der Hochdruckentladungslampe auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante Ni¬ veaus vor, um dadurch mit derselben Lampe zwei unterschiedliche Beleuchtungsanwendungen des Fahrzeugschein- werfers verwirklichen zu können.
Dem entsprechend besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in einem Fahrzeugscheinwerfer eine Leistungsregelungseinheit , die nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase der Hochdruck- entladungslampe zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf ein konstantes Niveau dient, wobei erfindungsgemäß Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante Ni- veaus vorgesehen sind. Dadurch ist es möglich, mit derselben Hochdruckentladungslampe zwei unterschiedliche Be¬ leuchtungsanwendungen des Fahrzeugscheinwerfers zu ver¬ wirklichen .
Beispielsweise kann durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung die Hochdruckentla¬ dungslampe im Fahrzeugscheinwerfer zum Erzeugen der beiden alternativen Beleuchtungsanwendungen Tagfahrlicht und Abblendlicht oder besonders bevorzugt, zum Erzeugen der beiden alternativen Beleuchtungsanwendungen Abblendlicht und Fernlicht genutzt werden. Die beiden letztgenannten alternativen Beleuchtungsanwendung Abblendlicht und Fernlicht sind besonders bevorzugt, weil für diesen Zweck die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe nur ge¬ ringfügig verändert werden muss und der Reflektor im Fahrzeugscheinwerfer für diese beiden Beleuchtungsanwendungen auf einfache Weise, beispielsweise mittels einer ein- und ausschaltbaren optischen Blende oder einem ähnlich wirkenden Lichtlenkmittel, angepasst werden kann.
Vorteilhafterweise wird für das erfindungsgemäße Verfah- ren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Halogen- Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit quecksilberfrei¬ er Füllung verwendet, die neben Metallhalogeniden auch Xenon unter hohem Druck in ihrer Füllung enthält. Das unter hohem Druck befindliche Xenon sorgt für eine soforti- ge Lichtemission der Hochdruckentladungslampe unmittelbar nach dem Zünden der Gasentladung im Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe. Der Verzicht auf Quecksilber in der Füllung geschieht aus ökologischen Gründen. Vorzugsweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren und der er- findungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung des Abblendlichts die elektrische Leistung des vorgenannten Typs von Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer nach Be¬ endigung der Zünd- und Anlaufphase auf einen konstanten Wert von maximal 25 Watt geregelt, um zu gewährleisten, dass die Hochdruckentladungslampe in diesem Betriebsmodus einen Lichtstrom von maximal 2000 Lumen gemäß den gesetzlichen Vorschriften erzeugt. Dadurch kann auf eine Reinigungsanlage für den Fahrzeugscheinwerfer verzichtet werden. Zur Erzeugung des Fernlichts wird beim erfindungsge- mäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise die elektrische Leistung des vorgenannten Typs von Hochdruckentladungslampe im Fahrzeugscheinwerfer nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf einen konstanten Wert im Bereich von größer als 25 Watt und klei- ner oder gleich 28 Watt geregelt, um für das Fernlicht einen höheren Lichtstrom von ca. 2500 Lumen bereitzustellen. Es hat sich nämlich erwiesen, dass bei dem vorgenannten Typ von Hochdruckentladungslampe durch eine Erhö¬ hung des Leistungsniveaus um nur 3 Watt eine Erhöhung des Lichtstroms um ca. 450 Lumen erreicht werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor¬ richtung ermöglichen somit die Verwirklichung von zwei unterschiedlichen, alternativ einstellbaren Beleuchtungsanwendungen, nämlich von Abblendlicht und Fernlicht, mit ein und derselben Hochdruckentladungslampe.
Vorteilhafterweise umfassen das erfindungsgemäße Verfah¬ ren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine optische Blende oder Lichtlenkmittel im Fahrzeugscheinwerfer, die synchron mit dem Umschalten zwischen den beiden alterna- tiv einstellbaren Leistungsniveaus der Hochdruckentla¬ dungslampe betätigt und aktiviert bzw. deaktiviert wer¬ den, um die beiden alternativ einstellbaren Beleuchtungsanwendungen des Fahrzeugscheinwerfers zu verwirklichen und insbesondere eine optimale Anpassung an die Lichtver- teilungen von Abblendlicht bzw. Fernlicht zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung haben gegenüber den Systemen mit separaten Lichtquellen und Scheinwerfern für Abblendlicht und Fernlicht ferner den Vorteil, dass beim Umschalten Abblend- licht auf Fernlicht und umgekehrt keine Verzögerung bei der Lichtemission auftritt, weil für beide Anwendungen dieselbe Lichtquelle genutzt wird, die bereits einge¬ schaltet ist und sich in einem quasistationären Zustand befindet . Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe umfasst vorzugsweise eine Leis- tungsregelungseinheit , die zwischen zwei alternativen Zu¬ ständen umschaltbar ist, um die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das erste oder das zweite alternative konstante Niveau zu regeln. Dadurch kann mit ein und derselben Leistungsregelungseinheit die elektri¬ sche Leistung der Hochdruckentladungslampe für beide Be¬ leuchtungsanwendungen geregelt werden.
Die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckent- ladungslampe erfolgt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise auf eine der nachstehend erläuterten Varianten.
Gemäß einer ersten bevorzugten Variante der Erfindung umfassen die Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf die beiden alternativ wählbaren konstanten Niveaus ein Widerstandselement zur Erfassung einer zum Lampenstrom proportionalen Spannung, dessen Widerstandswert veränderbar und vorzugsweise um¬ schaltbar zwischen zwei Werten ist. Dadurch kann die üb- liehe, an sich bekannte Leistungsregelungseinheit gemäß dem Stand der Technik weiter verwendet und auf einfache Weise derart modifiziert werden, dass das erfindungsgemä¬ ße Verfahren durchgeführt werden kann, da die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe proportional zum Lampenstrom ist und somit über den Lampenstrom regelbar ist. Daher wird durch Verändern bzw. Umschalten des Widerstandswertes des vorgenannten Widerstandselements der von der Leistungsregelungseinheit detektierte Parameter für die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe entsprechend verändert.
Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf die bei- den alternativ wählbaren konstanten Niveaus einen Regler mit umschaltbarer Verstärkung oder Charakteristik. Dadurch kann die übliche, an sich bekannte Leistungsrege¬ lungseinheit gemäß dem Stand der Technik weiter verwendet und auf einfache Weise derart modifiziert werden, dass die Hochdruckentladungslampe nach Beendigung ihrer Zünd- und Anlaufphase alternativ mit zwei unterschiedlichen elektrischen Leistung betrieben werden kann, da durch das Umschalten der Verstärkung bzw. Charakteristik des Reglers unmittelbar die Leistungsregelungseinheit für die Hochdruckentladungslampe beeinflusst wird.
Gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf die bei¬ den alternativ wählbaren konstanten Niveaus einen Mikro- Controller mit darin implementierter Software, der die Umschaltung zwischen den beiden alternativ wählbaren konstanten Leistungsniveaus programmgesteuert durchführt, indem er entsprechend dem geänderten Leistungsniveau ver¬ änderte Stellwerte für die Leistungsregelung generiert. Vorzugsweise ist die Leistungsregelungseinheit der erfin- dungsgemäßen Vorrichtung als Bestandteil eines elektronischen Vorschaltgerätes zum Betreiben der Hochdruckentla¬ dungslampe ausgebildet, das einen ersten Anschluss zum Anschließen der Hochdruckentladungslampe an das elektro¬ nische Vorschaltgerät und einen zweiten Anschluss zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes besitzt, wobei der zweite Anschluss mindestens drei elektrische Kontakte aufweist, die derart mit der Leis- tungsregelungseinheit verschaltet sind, dass bei Nutzung eines ersten und zweiten elektrischen Kontakts zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das erste konstante Niveau aktiviert ist und bei Nutzung des dritten elektrischen Kontakts zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgeräts die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das zweite konstante Niveau aktiviert ist. Die Verwendung eines elektronischen Vorschaltgerätes ermöglicht den Einsatz von mit Transistoren bestückten Spannungswandlern, um aus der Bordnetzspannung des Fahrzeugs die zum Lampenbetrieb erforderlichen Spannungen und Ströme zu erzeugen. Außerdem kann dadurch die Leistungsregelungseinheit in besonders vorteilhafter Weise als Pulsweitenmodulationseinheit ausgebildet sein, welche über die Pulsweiten modulierte Ansteuerung der Transistoren des Spannungswandlers die Leistungsregelung der Hochdruckentladungslampe durchführt. Die Umschaltung der Leistungsreglung der Hochdruckentladungslampe zwischen den beiden alternativ wählbaren konstanten Niveaus kann auf besonders einfache Weise durch die Nutzung unter- schiedlicher elektrischer Kontakte für die Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes durchgeführt werden. Je nachdem, ob der erste und der zweite elektrische Kontakt oder der dritte elektrische Kontakt des An- Schlusses zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes genutzt werden, ist entweder die Leistungs¬ regelung auf das erste oder das zweite konstante Niveau und damit beispielsweise das Abblendlicht oder das Fern¬ licht aktiviert. Die alternative Nutzung der vorgenannten elektrischen Kontakte des Spannungsversorgungsanschlusses des elektronischen Vorschaltgerätes kann einfach über den Lichtschalter im Fahrzeug gesteuert werden. Ebenso kann dadurch synchron auch die vorgenannte optische Blende ak¬ tiviert bzw. deaktiviert werden. Hierbei erweist es sich als vorteilhaft, dass der Kabelbaum im Fahrzeug üblicher¬ weise bereits mit einer zusätzlichen elektrischen Leitung für das Fernlicht ausgerüstet ist, die hier auf einfache Weise zum Anschließen des vorgenannten dritten elektrischen Kontakts genutzt werden kann. Das vorgenannten elektronische Vorschaltgerät weist vor¬ zugsweise einen Vollbrückenwechselrichter , in dessen Brückenzweig die ersten Anschlüsse des elektronischen Vor¬ schaltgerätes für die Hochdruckentladungslampe angeordnet sind, und einen Sperrwandler auf, dessen Spannungsausgang mit dem Spannungseingang des Vollbrückenwechselrichters verbunden ist. Mit Hilfe des Vollbrückenwechselrichters wird die Polarität des Lampenstroms ständig umgepolt, um eine Ablagerung der geladenen Ionen des Entladungsplasmas an den Gasentladungselektrode der Hochdruckentladungslam- pe zu verhindern. Der Sperrwandler ermöglicht es, aus der Bordnet zspannung des Fahrzeugs die zum Lampenbetrieb er¬ forderlichen Spannungen und Ströme zu generieren. Insbesondere kann durch eine Pulsweiten modulierte Ansteuerung des Transistors des Sperrwandlers eine Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe verwirklicht werden. Die Leistungsregelungseinheit der er¬ findungsgemäßen Vorrichtung ist daher vorzugsweise als Pulsweitenmodulationseinheit zur Pulsweiten modulierten Ansteuerung eines Schaltmittels des Sperrwandlers ausge- bildet.
III. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbei spielen näher erläutert. Es zeigen :
Figur 1 Eine schematische Darstellung eines Fahrzeug¬ scheinwerfers mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 2 Eine schematische Darstellung des elektronischen
Vorschaltgerätes und der Hochdruckentladungslampe aus Fig. 1 inklusive Anschlüsse
Figur 3 Eine schematische Darstellung des elektronischen
Vorschaltgerätes und der Hochdruckentladungslampe aus Fig. 1 inklusive Anschlüsse mit Licht¬ steuermodul
Figur 4 Ein Blockschaltbild des elektronischen Vor- schaltgerätes aus Fig. 1 in schematischer Dar- Stellung Figur 5 Eine erste Aus führungs form der Leistungsrege- lungseinheit des in Fig. 4 dargestellten elekt¬ ronischen Vorschaltgerätes in schematischer Darstellung
Figur 6 Eine zweite Aus führungs form der Leistungsrege- lungseinheit des in Fig. 4 dargestellten elekt¬ ronischen Vorschaltgerätes in schematischer Darstellung
Figur 7 Eine dritte Aus führungs form der Leistungsrege- lungseinheit des in Fig. 4 dargestellten elekt¬ ronischen Vorschaltgerätes in schematischer Darstellung
In Figur 1 ist schematisch ein Fahrzeugscheinwerfer mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, die als Lichtquelle in dem Fahrzeugscheinwerfer dient, dargestellt. Dieser Fahrzeug¬ scheinwerfer dient zum Erzeugen des Abblendlichts und des Fernlichts des Fahrzeugs.
Der Fahrzeugscheinwerfer besitzt eine Hochdruckentla¬ dungslampe 1, die von einem Reflektor 2 umgeben ist und die mit einem elektronischen Vorschaltgerät EVG verbunden ist. Der Reflektor 2 und die Hochdruckentladungslampe 1 sind in Figur 1 als „Pro ection system" bezeichnet. Außerdem weist der Fahrzeugscheinwerfer eine als „Lens" bezeichnete optische Linse und eine als „Front glass" be¬ zeichnete durchsichtige Abdeckscheibe auf, durch die das von der Hochdruckentladungslampe 1 generierte Licht den Fahrzeugscheinwerfer verlässt. Zwischen dem Reflektor 2 und der optischen Linse „Lens" ist eine als „Shielding" bezeichnete optische Blende angeordnet, die zum Erzeugen des Abblendlichts aktiviert und in den Strahlengang des von der Hochdruckentladungslampe 1 generierten Lichts ge¬ schaltet wird, um einen Teil des Lichts auszublenden. Zum Erzeugen des Fernlichts wird die optische Blende deakti¬ viert und aus dem Strahlengang des von der Hochdruckent¬ ladungslampe 1 generierten Lichts entfernt, beispielswei¬ se durch Umklappen. Das elektronische Vorschaltgerät EVG dient zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe 1. Es erzeugt aus der Bordnetzspannung des Fahrzeugs die Zum Betrieb der Hochdruckentladungslampe 1 erforderlichen Spannungen und Ströme. Zu diesem Zweck ist das elektronische Vorschaltgerät EVG mit einem elektrischen Anschluss ausgestattet, der drei elektrische Kontakte Kl, K2, K3 aufweist, und mit einem weiteren Anschluss K4 ausgestat¬ tet, der zum Anschließen der Hochdruckentladungslampe 1 an das elektronische Vorschaltgerät EVG dient. Zum Erzeu¬ gen des Abblendlichts (Low beam) sind der erste Kontakt Kl und der zweite Kontakt K2 des elektrischen Anschlusses des elektronischen Vorschaltgerätes EVG mit der Bordnetzspannung des Fahrzeugs verbunden. Zum Erzeugen des Fernlichts (High beam) wird der dritte Kontakt K3 genutzt. Über den dritten Kontakt K3 wird auch die optische Blende „Shielding" deaktiviert. Das heißt, die Einschaltung des Fernlichts (High beam) und das Entfernen der optischen Blende „Shielding" aus dem Strahlengang des von der Hochdruckentladungslampe 1 generierten Lichts erfolgen syn¬ chron .
In den Figuren 2 und 3 sind zwei unterschiedliche Arten von Nutzung der elektrischen Kontakte Kl, K2 und K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG schematisch darge¬ stellt. Gemäß Figur 2 werden die elektrischen Kontakte Kl und K2 zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes EVG verwendet, um das Abblendlicht zu er- zeugen, und zum Erzeugen des Fernlichts werden die elekt¬ rischen Kontakte Kl und K3 zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes EVG verwendet. Der elekt¬ rische Kontakt Kl liegt in beiden Fällen auf Massepotenzial. Zum Umschalten zwischen Abblendlicht und Fernlicht wird also einfach zwischen den Kontaktpaaren Kl, K2 und Kl, K3 zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgerätes EVG umgeschaltet, beispielsweise mittels des Lichtschalters im Cockpit des Fahrzeugs. Der An- schluss K4 für die Hochdruckentladungslampe 1 ist eben- falls dreiadrig ausgebildet. Zwei Adern des Anschlusses bzw. Anschlusskabels K4 dienen zur Spannungsversorgung der Hochdruckentladungslampe 1 für den Betrieb der Hoch¬ druckentladungslampe nach Beendigung der Zündphase und zwar sowohl im Betriebsmodus Abblendlicht als auch im Be- triebsmodus Fernlicht. Die dritte Ader des Anschlusses K4 dient zum Anschließen der Impulszündvorrichtung (nicht abgebildet) an die Hochdruckentladungslampe und zum Zu¬ führen der zum Zünden der Gasentladung erforderlichen Zündspannung an die Hochdruckentladungslampe, die mittels der Impulszündvorrichtung während der Zündphase generiert wird .
Gemäß Figur 3 ist ein Lichtsteuermodul LM vorgesehen, das zwischen dem positiven Pol der Bordnetzspannung +12 V des Fahrzeugs und den elektrischen Kontakten Kl, K2 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG angeordnet ist. Das elektronische Vorschaltgerät EVG wird über seine elektri¬ schen Kontakte Kl und K2 mit Spannung versorgt. Durch Zu¬ sätzliche Nutzung des dritten elektrischen Kontaktes K3, das heißt, indem der dritte elektrische Kontakt K3 mit einer Spannung oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes beaufschlagt wird, wird die Umschaltung von Abblendlicht auf Fernlicht bewirkt. Das Zurückschalten von Fernlicht auf Abblendlicht erfolgt dem entsprechend durch Abschal¬ ten der vorgenannten zusätzlichen Spannung am dritten Kontakt K3. Der Anschluss K4 für die Hochdruckentladungs¬ lampe 1 ist identisch zu dem in Figur 2 abgebildeten Anschluss K4.
In Figur 4 ist schematisch ein Blockschaltbild des elekt¬ ronischen Vorschaltgerätes EVG dargestellt. Das elektro- nische Vorschaltgerät besitzt ein Eingangsfilter „Input filter" inklusive Schutzschaltung gegen Verpolung bzw. Vertauschung der elektrischen Kontakte Kl, K2, K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG beim Anschließen an die Bordnetzspannung νΪΝ des Fahrzeugs, einen Sperrwand- 1er „fly back Converter", einen Vollbrückenwechselrichter „füll bridge inverter", einen Regler „regulator", einen Pulsweitenmodulator „PWM unit", eine Steuereinheit „control unit" und eine Treiberschaltung „inverter driver" für die Transistoren des Vollbrückenwechselrich- ters . Nachstehend werden Aufbau und Funktion der vorge¬ nannten Komponenten des elektronischen Vorschaltgerätes näher erläutert.
Dem Eingangsfilter „input filter" ist der Sperrwandler „fly back Converter" nachgeschaltet, der als Gleichspan- nungswandler dient und aus der Bordnetzspannung des Fahr- zeugs von 12 V oder 24 V eine Gleichspannung von maximal 400 V generiert, die an dem Zwischenkreiskondensator CK am Spannungsausgang des Sperrwandlers bereitgestellt wird. Der Vollbrückenwechselrichter „füll bridge inver- ter" ist an den Zwischenkreiskondensator CK angeschlossen, wobei die am Zwischenkreiskondensator CK anliegende Spannung dem Vollbrückenwechselrichter als Eingangsspannung dient. In den Brückenzweig des Vollbrückenwechsel- richters ist die Entladungsstrecke „Load (Burner) " der Hochdruckentladungslampe 1 geschaltet. Die Transistoren QA und QD bzw. QB und Qc jedes Transistorpaars QA QD bzw. Q. r Qc schalten synchron und die Transistorpaare alter¬ nierend, so dass der Lampenstrom über die Entladungsstre¬ cke „Load (Burner) " der Hochdruckentladungslampe 1 entwe- der durch das erste Transistorpaar QA, QD oder durch das zweite Transistorpaar QB, Qc fließt. Dadurch wird die Po¬ larität des Lampenstroms mit der Schaltfrequenz der Tran¬ sistoren des Vollbrückenwechselrichters geändert. Das Um¬ polen des Lampenstroms dient der Verhinderung der Anlage- rung von Ionen des Entladungsplasmas an den Gasentla¬ dungselektroden der Hochdruckentladungslampe 1. Die Schaltvorgänge der Transistoren QA, QB, Qc QD des Voll¬ brückenwechselrichters werden mit Hilfe der Treiberschal¬ tung „inverter driver" und der Steuereinheit „control unit" durchgeführt. Während der Zündphase der Hochdruck¬ entladungslampe 1 wird am Zwischenkreiskondensator CK von dem Sperrwandler die maximale Ausgangsspannung von 400 V bereitgestellt. Sie dient zur Spannungsversorgung der vorgenannten Impulszündvorrichtung (nicht abgebildet) , die während der Zündphase ebenfalls in den Brückenzweig des Vollbrückenwechselrichters geschaltet ist und Zünd- spannungsimpulse von bis zu 30 kV zum Zünden der Gasent¬ ladung in dem Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe generiert. Nach Beendigung der Zündphase wird die Im¬ pulszündvorrichtung deaktiviert und am Zwischenkreiskon- densator CK wird nur noch eine Spannung von ca. 45 V bereitgestellt, die der Brennspannung der Hochdruckentla¬ dungslampe 1 entspricht. Auf die Zündphase folgt die An¬ laufphase der Hochdruckentladungslampe 1, während der die Hochdruckentladungslampe 1 mit dem Zwei- bis Dreifachen ihrer Nennleistung betrieben wird, um ein schnelles Verdampfen der Füllungsbestandteile im Entladungsgefäß der Hochdruckentladungslampe und einen schnellen Übergang in einen quasistationären Betriebszustand der Hochdruckent¬ ladungslampe 1 zu erreichen, in dem alle Füllungsbestand- teile gasförmig vorliegen und an der Entladung teilnehmen. Nach Beendigung der Anlaufphase wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 mit Hilfe des Reglers „regulator", des Pulsweitenmodulators „PWM unit" und der Steuereinheit „control unit" auf eines von zwei zur Verfügung stehenden, alternativ wählbaren konstanten Niveaus geregelt. Zum Erzeugen der Abblendlichts wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf ein erstes Ni¬ veau von 25 Watt geregelt. In diesem Betriebszustand ge- neriert die Hochdruckentladungslampe 1 einen Lichtstrom von ca. 2000 Lumen.
Bei der Hochdruckentladungslampe 1 handelt es sich um ei¬ ne Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit quecksilberfreier Füllung, die Natrium odid, Scandiumjo- did, Zink odid und Indium odid und Xenon als Füllung ent- hält, wobei Zinkjodid die Rolle des fehlenden Quecksil¬ bers übernimmt und ein hoher Xenondruck im Bereich von 0,6 bis 1,2 Megapascal bei einer Temperatur von 22°C die sofortige Lichtemission unmittelbar nach der Zündung der Gasentladung ermöglicht. Die Nennleistung dieser Hochdruckentladungslampe 1 beträgt 25 Watt. Zum Erzeugen des Fernlichts wird die elektrische Leistung dieser Hoch¬ druckentladungslampe 1 nach Beendigung der Zünd- und An¬ laufphase auf ein zweites Niveau von 28 Watt geregelt. In diesem Betriebszustand generiert die Hochdruckentladungs¬ lampe 1 einen Lichtstrom von ca. 2500 Lumen. Synchron mit dem Umschalten von Abblendlicht auf Fernlicht wird auch die optische Blende „Shielding" (Fig. 1) deaktiviert, das heißt, aus dem Strahlengang des von der Hochdruckentla- dungslampe 1 emittierten Lichts entfernt. Zur Klarstel¬ lung sei hier erwähnt, dass natürlich der Modus Fernlicht oder Abblendlicht schon beim Einschalten der Hochdruckentladungslampe 1 eingestellt wird, die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das entsprechende Niveau von 28 Watt bzw. 25 Watt erfolgt aber erst nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase. Während der Anlaufphase wird die Hochdruckentladungslampe 1 mit einer deutlich höheren Leistung betrieben, um ein schnelles Verdampfen der Füllungsbestandteile zu gewähr- leisten.
Die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 wird mittels der Leistungsregelungseinheit durchgeführt, die im Wesentlichen aus dem Regler „regula- tor", dem Pulsweitenmodulator „PWM unit", der Steuerein- heit „control unit" und einem Messwiderstand RSH/ der am Spannungsausgang des Sperrwandlers angeordnet ist, be¬ steht. Der Regler „regulator" umfasst einen Spannungsreg¬ ler VEA und einen Stromregler CEA. Der Spannungsregler VEA ist bis zur Zündung der Gasentladung in der Hoch- druckentladungslampe 1 aktiv. Mit seiner Hilfe wird am Zwischenkreiskondensator CK eine Spannung von maximal 400 V generiert, die zur Versorgung der Impulszündvorrichtung (dient) . Nach Beendigung der Zündphase der Hochdruckentladungslampe 1 ist nur noch der Stromregler CEA aktiv, der zur Regelung des Lampenstroms und damit auch zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 dient. An dem Zwischenkreiskondensator CK liegt nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase im We¬ sentlichen die Brennspannung der Hochdruckentladungslampe 1 an, die ca. 45 V beträgt.
Der Stromregler CEA ist als Proportional-Integral-Regler für den Lampenstrom IL ausgebildet. Mit Hilfe der Steuereinheit „control unit" und des darin integrierten Mikro- controllers werden Stellwerte für den vorgenannten Pro- portional-Integral-Regler zur Regelung des Lampenstroms generiert. Der MikroController überwacht ferner die Spannung VL im Brückenzweig des Vollbrückenwechselrichters , die der Brennspannung der Hochdruckentladungslampe 1 ent¬ spricht, und generiert in Abhängigkeit von der vorgenann- ten Spannung VL und der Spannung am Messwiderstand RSH Stellwerte für den Stromregler CEA, so dass mittels des Stromreglers CEA de facto eine Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampel ermöglicht wird.
Der Regelausgang des Proportional-Integral-Reglers „regu- lator" ist mit dem Pulsweitenmodulator „PWM unit" verbun- den, der im Wesentlichen aus einem Frequenzgenerator „f- Generator", einem Komparator „Comp" und einem Flip-Flop besteht. Der Pulsweitenmodulator „PWM unit" führt in Abhängigkeit von dem Reglersignal eine Pulsweiten modulier- te Ansteuerung des Transistors Ql des Sperrwandlers „fly back Converter" durch. Durch diese Pulsweiten modulierte Ansteuerung wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 auf ein konstantes Niveau von 25 Watt geregelt, wobei mit Hilfe des Messwiderstands RSH am Kno- tenpunkt K zwischen dem Messwiderstand RSH und dem Zwi- schenkreiskondensator CK eine zum Lampenstrom IL proportionale Spannung abgegriffen wird.
Die Umschaltung auf das höhere Leistungsniveau von 28 Watt erfolgt entweder durch Verändern des wirksamen Wer- tes des Messwiderstands RSH (gemäß Fig. 6) oder der Re¬ gelcharakteristik des Lampenstromreglers CEA (gemäß Fig. 5) oder durch Verändern des wirksamen Widerstandswertes des Widerstands R6 (gemäß Fig. 7) am Ausgang des Strom¬ reglers CEA.
Gemäß der Darstellung in den Figuren 5 bis 7 besitzt der Stromregler CEA einen Operationsverstärker Ui und Widerstände Rl, R2, R3, R5 und R6 sowie einen Kondensator C5. Zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 auf das erste Niveau von 25 Watt, das dem Abblendlicht entspricht, sind in dem Rückkoppelungszweig des Operationsverstärkers Ul von seinem Ausgang zu seinem invertierenden Eingang nur der Widerstand R5 und der Kondensator C5 aktiv. Zum Umschalten auf die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 auf das zweite Niveau von 28 Watt, das dem Fernlicht entspricht, wird gemäß der in Figur 5 schematisch abgebildeten Aus führungs form mittels des elektronischen Schalters Sl zusätzlich der Widerstand R4 in den Rückkopplungszweig des Operationsverstärkers Ul geschaltet. Dadurch wird die Regelcharakteristik des Reglers „regulator" verändert, so dass bei geeigneter Dimensionierung der Bauteile die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe auf das höhere Niveau von 28 Watt geregelt wird. Das Zuschalten des parallel zu dem Tiefpass R5, C5 angeordneten Widerstands R4 mittels des elektronischen Schalters Sl wird über den dritten elektrischen Kontakt K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG getriggert. Bei Nutzung bzw. Spannungsversorgung des dritten elektrischen Kontakts K3 ist der elektronische Schalter Sl geschlossen und somit das Fernlicht einge¬ schaltet .
Gemäß der in Figur 6 schematisch dargestellten Ausfüh- rungsform der Erfindung wird anstelle des Rückkopplungs¬ zweiges des Operationsverstärkers Ul der wirksame Wert des Messwiderstands RSH verändert, um anstelle des ersten Leistungsniveaus von 25 Watt das zweite Leistungsniveau für die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruck- entladungslampe 1 zu aktivieren. Am Knotenpunkt K ist pa¬ rallel zum Messwiderstand RSH in einem Parallelkreis ein weiterer Widerstand RSH2 angeordnet, der mittels des elektronischen Schalters S2 ein- oder ausgeschaltet werden kann. Im ausgeschalteten Zustand ist nur der Messwi- derstand RSH aktiv und die elektrische Leistung der Hoch- druckentladungslampe 1 wird nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf das erste konstante Niveau von 25 Watt geregelt. Im eingeschalteten Zustand ist der weitere Wi¬ derstand RSH2 parallel zu dem Messwiderstand geschaltet und der wirksame Widerstand für die Erfassung des Lampen¬ stroms IL durch den Regler „regulator" entsprechend redu¬ ziert. Dadurch wird bei geeigneter Dimensionierung des Widerstands RSH2 erreicht, dass die Regelung der elektri¬ schen der Hochdruckentladungslampe auf das höhere Niveau von 28 Watt erfolgt. Der Schalter S2 wird über die Nutzung bzw. einen Spannungsabfall an dem dritten elektrischen Kontakt K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG getriggert .
Gemäß der in Figur 7 schematisch dargestellten Ausfüh- rungsform der Erfindung wird anstelle des Rückkopplungs¬ zweiges des Operationsverstärkers Ul und anstelle des wirksamen Wertes des Messwiderstands RSH der wirksame Wert des Widerstands R6 am Ausgang des Stromreglers CEA verän¬ dert. Durch Serienschaltung des Widerstandes R7 zu dem Widerstand R6 mittels des elektronischen Schalters S3 wird der am Ausgang des Reglers „regulator" bzw. am Eingang des Pulsweitenmodulators „PWM unit" wirksame Wider¬ stand verändert. Nach dem Einschalten des elektronischen Schalters S3 ist anstelle des Widerstands R6 die Serien- Schaltung aus den Widerständen R6 und R7 wirksam. Dadurch wird die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 mittels des Pulsweitenmodulators „PWM unit" auf das höhere Niveau von 28 Watt geregelt. Das Schließen des elektronischen Schalters S3 und Zuschalten des Wider- Stands R7 wird über die Nutzung bzw. Spannungsbeaufschla- gung des dritten elektrischen Kontakts K3 des elektronischen Vorschaltgerätes EVG getriggert.
Als weitere Alternative kann die Umschaltung zwischen dem ersten und zweiten konstanten Niveau von 25 Watt bzw. 28 Watt für die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe 1 auch mittels des MikroControllers der Steuereinheit „control unit" und der darin implemen¬ tierten Software realisiert werden, indem der Mikrocont- roller für die beiden unterschiedlichen Leistungsniveaus von 25 W bzw. 28 W entsprechend unterschiedliche Stell¬ werte für die Leistungsregelungseinheit generiert.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben näher erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei¬ spielsweise kann zum Erzeugen des Fernlichts die elektri- sehe Leistung der Hochdruckentladungslampe auch auf ein anderes konstantes Niveau als 28 Watt geregelt werden, um einen noch höheren oder einen etwas geringeren Lichtstrom zu generieren. Jedes zusätzliche Watt Leistung oberhalb von 25 Watt erhöht den Lichtstrom der Hochdruckentla- dungslampe um ca. 150 Lumen.

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungs¬ lampe (1) in einem Fahrzeugscheinwerfer, wobei die elektrische Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) während ihres Betriebs nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase auf ein konstantes Niveau ge¬ regelt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Leistung der Hochdruckentladungs¬ lampe (1) zum Erzeugen einer ersten Beleuchtungsanwendung auf ein erstes konstantes Niveau und zum Erzeugen einer zweiten Beleuchtungsanwendung auf ein anderes, zweites konstantes Niveau geregelt wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Beleuchtungsanwendung das Abblendlicht eines Fahrzeug¬ scheinwerfers und die zweite Beleuchtungsanwendung das Fernlicht des Fahrzeugscheinwerfers ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Hochdruckentladungslampe als Halogen-Metalldampf-Hochdruckentladungslampe mit quecksilberfreier Füllung ausgebildet ist und das erste konstante Niveau ei¬ nen Wert von maximal 25 Watt besitzt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das zweite konstante Niveau einen Wert im Bereich von größer als 25 Watt und kleiner oder gleich 28 Watt besitzt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Umschalten zwischen den beiden konstanten Ni- veaus synchron mit dem Betätigen einer optischen Blende (Shielding) oder eines Lichtlenkmittels im Fahrzeugscheinwerfer erfolgt.
Vorrichtung zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe (1) in einem Fahrzeugscheinwerfer, wobei die Vorrichtung eine Leistungsregelungseinheit (re- gulator) umfasst, die nach Beendigung der Zünd- und Anlaufphase der Hochdruckentladungslampe (1) zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf ein konstantes Niveau dient,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel (RsHf RSH2/ R4, R7) zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf zwei unterschiedliche, alternativ wählbare konstante Ni¬ veaus besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Leistungsregelungseinheit (regulator) umschaltbar zwischen zwei alternativen Zuständen ausgebildet ist, so dass die elektrisch Leistung der Hochdruckentla¬ dungslampe (1) im ersten Zustand auf das erste kon¬ stante Niveau und im zweiten Zustand auf das zweite konstante Niveau geregelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel ein Widerstandselement (RSH) zur Erfassung einer zum Lampenstrom proportionalen Spannung umfassen, dessen wirksamer Widerstandswert veränderbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mittel einen Regler (regulator) mit umschaltbarer Ver- Stärkung oder Charakteristik umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Vorrichtung einen Mikrocontroller aufweist und die Mittel zur Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf zwei unterschied¬ liche, alternativ wählbare konstante Niveaus durch im Mikrocontroller implementierte Software verwirklicht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Leistungsregelungseinheit (regulator) als Bestandteil eines elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe (1) ausgebildet ist, das einen ersten Anschluss (K4) zum Anschließen der Hochdruckentladungslampe (1) an das elektronische Vorschaltgerät und einen zweiten Anschluss zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) besitzt, wobei der zweite Anschluss mit mindestens drei elektri¬ schen Kontakten (Kl, K2, K3) versehen ist, die derart mit der Leistungsregelungseinheit (regulator) verschaltet sind, dass bei Nutzung eines ersten (Kl) und zweiten elektrischen Kontaktes (K2) zur Spannungsversorgung des elektronischen Vorschaltgeräts (EVG) die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf das erste kon¬ stante Niveau aktiviert ist und bei Nutzung des dritten elektrischen Kontakts (K3) des elektronischen Vorschaltgeräts die Regelung der elektrischen Leistung der Hochdruckentladungslampe (1) auf das zweite konstante Niveau aktiviert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das elektronische Vorschaltgerät (EVG) einen Vollbrückenwechsel- richter (füll bridge inverter) , in dessen Brückenzweig die ersten Anschlüsse (K4) für die Hochdruck¬ entladungslampe (1) angeordnet sind, und einen Sperrwandler (fly back Converter) aufweist, dessen Spannungsausgang mit dem Spannungseingang des Voll- brückenwechselrichters (füll bridge inverter) ver¬ bunden ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Leistungs- regelungseinheit (regulator) als Pulsweitenmodula- tionseinheit zur Pulsweiten modulierten Ansteuerung eines Schaltmittels (Ql) des Sperrwandlers (fly back Converter) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei die Vorrichtung eine aktivierbare optische Blende (Shielding) oder aktivierbare Lichtlenkmit¬ tel aufweist und Mittel (K3) zum Betätigen der op¬ tischen Blende oder der Lichtlenkmittel synchron mit dem Umschalten zwischen den beiden alternativ wählbaren konstanten Niveaus vorgesehen sind.
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