JPH11504759A - 交流により駆動される、例えば自動車用の高圧ガス放電ランプの電力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 交流によって駆動される、例えば自動車用の高圧ガス放電ランプの電力制御装置がブリッジ回路を有し、該ブリッジ回路では少なくとも１つの分岐路に２つの制御スイッチングトランジスタが配置されており、高圧ガス放電ランプはブリッジ回路のブリッジ分岐路を介して点弧エネルギーおよび／または燃焼エネルギーが供給され、スイッチングトランジスタは電流をパルスパケットの形態で切り替え、個々のパルスパケットはそれぞれ所定数の高周波パルスを含んでおり、切り替えはできるだけ低損失で電流のゼロ通過の際にそれぞれ行われ、高圧ガス放電ランプの所定の電力を維持するための制御は、供給される電力パケットの所定のインターバル（４４，４５）にわたる連続的な平均値形成によって行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 交流により駆動される、例えば自動車用の高圧ガス 放電ランプの電力制御装置 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念による、交流により駆動される、例えば自動車 用の高圧ガス」放電ランプの電力制御装置に関する。 ＤＥ３７２９３８３Ａ１から、高圧放電ランプを駆動するための回路装置が公 知である。この回路装置はブリッジ回路を有し、ブリッジ回路では少なくとも１ つの分岐路に２つの制御スイッチングトランジスタが配置されている。ここでは 高圧ガス放電ランプにブリッジ回路のブリッジ分路を介して点弧エネルギーおよ び燃焼エネルギーが供給される。 この公知の回路装置では高圧ガス放電ランプが、容量性ハーフブリッジとして 構成されたブリッジ回路のブリッジ分岐路に直接接続されている。ここではラン プに直列にさらにチョークコイルが配置されている。さらにこの回路装置に直列 に点弧変成器の二次巻線が設けられている。ランプの供給電流および電力制御は スイッチングトランジスタのデューティ比の変化によって制御される。始動時に はデューティ比が所定のように変化される。交流状の双極供給電流パルスのパル スシー犬種周波数は約３００Ｈｚであり、この周波数には３０から７０ｋＨｚの 高周波電圧が重畳されている。始動デューティ比は約０．７であり、駆動デュー ティ比は約０．５に調整される。 この公知の回路装置からは、これを自動車に組み込まれる高圧ガス放電ランプ の始動および駆動に使用できるのか否か、また例えば６Ｖまたは１２Ｖの定電圧 の直流搭載電源から給電することができるのか否かはわからない。またこの公知 の回路装置での電力制御はそれほど低損失のものではない。 本出願人による商品名“Litronic”という高圧ガス放電ランプを自動車で駆動 するために２つの異なる原理に従って動作させる。一方の原理は、始動も駆動も いわゆる共振動作で実行する。ここで始動周波数は、すなわちランプの点弧時に は約８０ｋＨｚであり、燃焼周波数または駆動周波数は約８から１６ｋＨｚであ る。別の原理ではランプはいわゆる揺らぐ直流で駆動される。すなわち、直流は 常に極性反転する。反転周波数は約４００Ｈｚである。ランプの点弧は別個のパ ルス点弧器を介して行われる。使用されるランプはいわゆるキセノンランプまた は金属ハロゲン化ランプであり、その高い圧力は約８０barである。光アークを 点弧するために最悪条件を考慮すると、２４ｋＶの高圧が必要である。燃焼動作 で必要な電圧は約８５Ｖである。 この２つの原理の基本的な欠点は、比較的構成部材が多いことと、特別の点弧 装置が必要であり、さらに構成部材が大きく、高電耐圧性がなければならないこ とである。そのたけ不利にはコストが比較的かかり、損出電力も大きく、スペー ス需要も大きいことである。 発明の利点 これに対し、請求項１の構成を有する、交流駆動される、例えば自動車用の高 圧ガス放電ランプの本発明の電力制御の利点は、簡単でコストの安い電力制御が 得られることであり、スイッチングトランジスタの内部スイッチング損失以外の 損失がないことである。このことはスイッチングトランジスタの高周波動作時に スイッチング損失を回避するために重要であり、また自動車に使用するという観 点からはバッテリーの容量を温存するために重要である。 本発明によれば基本的に上記の利点は、＋＋＋達成される。 従属請求項に記載された手段によって、請求項１の電力制御の有利な構成が可 能である。 本発明のとくに有利な構成では、連続的な平均値形成が、離散的に供給される 電力パケットの増分的追加ないし省略によって実施される。 本発明の電力制御の有利な構成では、供給される電力パケットの追加ないし省 略が電流のゼロ通過の計数 によってデジタル制御を介して行われる。ここで本発明の特に有利な構成によれ ば、デジタル制御テーブルが含まれており、このテーブルには制御および調整値 が含まれている。制御のこの変形は特に本発明の電力制御を自動車で使用すると いう観点から有利である。なぜなら、制御がテーブルと計数過程を介して頑強に 構成され、簡単に実現できるからである。 本発明の有利な構成では、損失電力をさらに低減するために極端にスイッチン グ時間の短い、すなわち立ち上がり時間と立ち下がり時間の短いスイッチングト ランジスタ、例えばＭＯＳＦＥＴトランジスタが使用される。 本発明の特に有利な構成では、高圧ガス放電ランプを駆動するための回路で本 発明が使用される。この場合、ブリッジ回路のブリッジ分岐路で変成器の一次巻 線が配置される。この一次巻線に直列にコイルが配置され、また一次巻線に並列 にかつコイルに直列にコンデンサが配置される。このことによって一次側に共振 回路を有する直列共振コンバータが形成される。高圧ガス放電ランプは変成器の 二次巻線と直列に配置され、この二次巻線から燃焼エネルギーが供給され、燃焼 動作は高周波で駆動される。 このような回路は、本願と同時に出願された>>EM1298/94<<明細書に記載され ている。 本発明の別の有利な構成では、高圧ガス放電ランプ を駆動するための回路装置で使用され、ブリッジ回路のブリッジ分岐路に変成器 の一次巻線が配置され、変成器の二次側には発振回路が配置され、高圧ガス放電 ランプには二次側発振回路から燃焼および点弧エネルギーが供給され、燃焼動作 も点弧動作も高周波によって駆動され、点弧周波数は燃焼動作時の周波数よりも 格段に高く選択されている。 この種の回路装置は、本願と同時に出願された>>EM1108/94<<明細書に記載さ れている。 図面 図１は、高圧ガス放電ランプを駆動するための第１の回路装置のブロック回路 図であり、本発明の電力制御装置が適用される容量性ハーフブリッジが設けられ ている。 図２は、高圧ガス放電ランプを駆動するための第２の回路装置のブロック回路 図であり、本発明の電力制御装置がフルブリッジに設けられている。 図３は、本発明の電力制御装置において電力パケットを定義するための概略的 線図である。 図４は、本発明の電力制御装置で電力が上昇する場合を示す線図である。 図５は、本発明の電力制御装置で電力が減少する場合を示す線図である。 実施例の説明 図１には概略的なブロック回路図に基づき、高圧ガ ス放電ランプを駆動および始動するための第１の回路装置が示されている。この 高圧ガス放電ランプに本発明の電力制御装置を有林日使用することができる。高 圧ガス放電ランプ１の電極２と３は変成器７の二次巻線６の２つの端部４と５に 接続されている。電極２と３との間には高圧ガス放電ランプ１に並列にコンデン サ８が接続されている。コンデンサ８と、変成器７の二次巻線とは二次側で発振 回路を形成する。この発振回路によって高圧ガス放電ランプ１には燃焼および点 弧エネルギーが供給される。 変成器７の一次巻線９はブリッジ回路１０のブリッジ分岐路に接続されている 。図示のブリッジ回路１０はいわゆる容量性ハーフブリッジであり、１つの分岐 路、ここでは左側に２つの制御スイッチングトランジスタ１１と１２が配置され ている。２つのトランジスタ１１と１２の接続点１３はブリッジ分岐路の一方の 端子を形成する。他方の分離路、ここでは右側には２つのコンデンサ１４と１５ が配置されている。２つのコンデンサ１４と１５の接続点１６はブリッジ分岐路 の他方の端子を形成する。このブリッジ分岐路では端子１３と１６との間に、す でに述べた変成器７の一次巻線９が配置されている。スイッチングトランジスタ １１とコンデンサ１４は端子１７で相互に接続されており、供給電圧源、例えば 自動車のバッテリーのプラス極＋に接続されている。スイッチングトランジスタ １２とコンデンサ１５は端子１８で相互に接続されており、供給電圧源のアース 電位０に接続されている。 プラス極＋とアース極０との間にはバッテリー電圧Ｕ_Bが印加される。マイク ロコントローラ２０の端子２０と２１が挙急減圧源Ｕ_Bのプラス極＋とアース極 ０に接続されている。マイクロコントローラ１９の制御出力側２２と２３は所属 の制御スイッチングトランジスタ１１ないし１２の制御入力側に導かれている。 端子＋と０を介した搭載電源への高周波輻射を回避するために分路コンデンサ２ ４が設けられている。 図２には、本発明の電力制御装置が有利に使用される第２の回路が示されてい る。図２の実施例に示されたいわゆるフルブリッジ回路２１０は２つのブリッジ コンデンサ１４と１５の代わりに、スイッチとして使用する２つのスイッチング トランジスタ２１２と２１１を有する。マイクロコントローラ１９の制御線路２ ２２と２２３はスイッチングトランジスタ１１と２１１ないし１２と２１２の制 御入力側に導かれている。これはこれらを交互に導通接続ないし遮断接続するた めである。その他の点ではこの実施例は図１に示し、説明した実施例に一致する 。 図２の実施例では、スイッチングトランジスタ１１とマイクロコントローラ１ ９との間にスイッチングトランジスタ１１の電流に対するセンサ線路１１９、ま たはスイッチングトランジスタ１２とマイクロコント ローラ１９との間にスイッチングトランジスタ１２の電流に対するセンサ線路１ ２９が設けられている。これらのセンサ線路を介して例えばスイッチングトラン ジスタでの電流ゼロ通過が検出される。 有利には高圧ガス放電ランプ１の制御はパルスパケット制御を用い、本発明の 電力制御に相応して行われる。電力の変化はそれぞれのパルスパケットに含まれ る離散的パルスの数を変化することによって得られる。スイッチングトランジス タ１１と１２ないし、２１１を有する１１と２１２を有する１２の回路はそれぞ れの容量ないしパルスパケットの大きさに相当する。さらにスイッチングトラン ジスタによる電流の切り替えはそれぞれ電流のゼロ通過で行われる。この電流の ゼロ通過はマイクロコントローラ１９のセンサ線路１１９と１２９で検出される 。 図３の線図には、電力パケットを定義するために時間軸ｔについて電流経過の 曲線３１がプロットされている。ここでは正規化のために最大電流ｉｍについて の電流ｉがｉ／ｉｍでプロットされている。曲線３２により二乗電流、すなわち 電力が示されている。時間軸ｔについての数字および所属の分布は、パルスパケ ット内に含まれる高周波パルスの半波の数を示す。 瞬時電力は低下時には基本的に図３の線図に示したように経過する。本発明で 意図するように電流がゼロ通過で切り換えられるとき、それぞれのエネルギーパ ケットないし電力パケット３３，３４，３５，３６は異なる大きさになる。これ らの電力パケットは時間軸ｔと電力曲線３２の正の円弧の下のハッチング領域で ある。 図示の低下電力の実施例では、電力パケット３３，３４，３５，３６の大きさ は徐々に減少する。時間軸ｔにプロットされた数字０から８０は半波振動の数を 表す。 本発明の電力制御装置は電力を所定の目標値に制御する。所定の目標値は例え ば、図４と図５では平均値３５Ｗであり、複数の電力パケットについての平均で ある。このことは、個々の電力パケットが相互に異なる大きさをわずかに有して いても平均では所望の電力が得られることを意味する。ここでは増大ないし上昇 電力と減少ないし低下電力との間を常に変化すると言うことができる。小さなジ ャンプでの電力の二乗の大きさに相応して、常に発振の増大と減少が存在する。 このことはたとえ同じ大きさでなくてもそうである。常にゼロ通過でだけ切り換 えられるから、高周波電流の完全な半波振動が最小量を表す。その利点は、同じ 大きさでないにしても一義的に計算可能な電力パケットである点である。所定の 目標値への制御は、所定のインターバルにわたって連続的に平均値を形成するこ とによって行われる。このことは離散的電力パケットを増分的に追加するかまた は省略することにより行わ れる。 図４の線図には、電力を増加する場合どの領域にインターバルを挿入すること ができるかが示されている。横軸には半波振動の数がプロットされている。この 数はパルスパケットに含むことができる数である。縦軸には電力ＰがＷで、また 時間ｔがμｓでプロットされている。線形に階段状に上昇する曲線４１は時間経 過を表す。曲線４２は最大電力を示し、曲線４３はパケット電力を表す。電力を 制御すべき例えば３５Ｗの目標値がマークされている。この目標値を得るため所 定のインターバル４４で連続的な平均値形成が行われる。ここでは電力パケット が１３から２３の半波を含んでいる。狭いインターバル４５による別の例が示さ れている。このインターバル４５では、電力パケットに含まれる半波振動の数が １５から２０の間である。相応する離散数の半波振動を有する個々の電力パケッ トが曲線により示されており、それぞれ所属のパケット電力は縦軸から読み取る ことができる。 図５には、電力を減少するときどの領域にインターバルを挿入することができ るかが線図で示されている。横軸には、パルスパケットに含むことのできる半波 振動の数がプロットされている。縦軸には電力ＰがＷで、また時間ｔがμｓでプ ロットされている。線形に階段状に上昇する曲線５１は時間経過を表す。曲線５ ２は減少する最大電力を表し、曲線５３はパケット電 力を表す。電力を調整すべき３５Ｗの目標値がマークされている。この目標値を 得るために所定のインターバル５４で連続的に平均値形成が行われる。ここでは 個々の電力パケットは５から１０の半波を含んでいる。相応する離散数の半波振 動を有する個々の電力パケットが曲線により示されており、それぞれ所属のパケ ット電力を縦軸から読み取ることができる。 連続的に平均値形成が行われるインターバル４４または４５ないし５４のそれ ぞれの大きさは例えば本発明オン制御装置が使用される回路のＱにも依存する。 Ｑが比較的に高い場合には良好な制御が得られる。 本発明の電力制御装置により頑強な構成と簡単な実現が、電流のゼロ通過を計 数することと、表に記憶されたデジタル制御の制御および調整値を使用すること によって得られる。このようなデジタル制御は例えば、図１および図２に示した 適用実施例でのマイクロコントローラ１９に設けることができる。マイクロコン トローラ１９には電流のゼロ通過の信号が、図２の線路１１９と１２９を介して 供給される。これら信号は基準信号および計数信号として用いられる。 さらに損失電力を低下させるため（このことはとくにスイッチングトランジス タを高周波動作させるときに有利である）、極端に短いスイッチング時間、すな わち短い立ち上がり時間および立ち下がり時間を有するトランジスタが使用され る。このようなトランジス タは例えばＭＯＳＦＥＴトランジスタである。 本発明の電力制御装置により、高周波回路の電力を簡単に、安価に、非常に低 損失に制御することができる。自動車に組み込まれる高圧ガス放電ランプの電力 制御に使用すれば非常にコストの節約になり、またバッテリーを消耗させること がない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．交流により駆動される、例えば自動車用の高圧ガス放電ランプ（１）の電力 制御装置であって、ブリッジ回路（１０，２１０）を有し、該ブリッジ回路では 少なくとも１つの分岐路に２つの制御スイッチングトランジスタ（１１，１２） が配置されており、高圧ガス放電ランプ（１）にはブリッジ回路のブリッジ分岐 路（１３〜１６）を介して点弧エネルギーおよび／または燃焼エネルギーが供給 される形式の装置において、 前記スイッチングトランジスタ（１１，１２または２１１，２１２）は電流 をパルスパケットの形態で切り替え、 個々のパルスパケットはそれぞれ所定数の高周波パルスを含んでおり、 切り替えはできるだけ低損失で電流のゼロ通過の際にそれぞれ行われ、 高圧ガス放電ランプ（８）の所定の電力を維持するための制御が、供給され る電力パケットの所定のインターバル（４４，４５、５４）にわたる連続的な平 均値形成によって行われる、ことを特徴とする電力制御装置。 ２．連続的な平均値形成は、離散的に供給される電力パケットを増分的に追加ま たは省略することによっ て行われる、請求項１記載の電力制御装置。 ３．連続的な平均値形成は、順次連続して供給されるパルスパケット内の離散的 半波またはパルスを増分的に追加または省略することによって行われる、請求項 １または２記載の電力制御装置。 ４．供給される電力パケットの追加または省略は電流のゼロ通過の計数によりデ ジタル制御部（１９）を介して行われる、請求項１から３までのいずれか１項記 載の電力制御装置。 ５．デジタル制御部（１９）はテーブルを含んでおり、該テーブルには制御およ び調整値が含まれている、請求項４記載の電力制御装置。 ６．極端にスイッチング時間の短い、すなわち短い立ち上がり時間と立ち下がり 時間を有するスイッチングトランジスタ（１１，１２または２１１，２１２）、 例えばＭＯＳＦＥＴトランジスタを使用する、請求項１から５までのいずれか１ 項記載の電力制御装置。 ７．高圧ガス放電ランプ（１）の駆動回路に使用され、ブリッジ回路（２１０） のブリッジ分岐路（１３〜１６）には変成器（７）の一次巻線（９）が配置され ており、 該一次巻線（９）に直列にコイル（９１）が、該一次巻線に並列、かつ前記 コイル（９１）に直列にコンデンサ（９２）が設けられており、これにより 一次側に共振回路を有する直列共振変換器が形成され、 高圧ガス放電ランプ（１）は変成器（７）の二次巻線（６）と直列に配置さ れており、該二次巻線から燃焼エネルギーが供給され、燃焼動作は高周波により 駆動される、請求項１から６までのいずれか１項記載の電力制御装置。 ８．高圧ガス放電ランプ（１）の駆動回路装置で使用され、 ブリッジ回路（１０）のブリッジ分岐路（１３〜１６）に変成器（７）の一 次巻線（９）が配置されており、 変成器（７）の二次側（６）には振動回路（６，８）が配置されており、 高圧ガス放電ランプ（１）には振動回路（６，８）の二次側から燃焼エネル ギーおよび点弧エネルギーが供給され、 燃焼動作も点弧過程も高周波により駆動され、 点弧の周波数は燃焼動作時の周波数よりも格段に高い、請求項１から７まで のいずれか１項記載の電力制御装置。