WO1997012498A1 - Verfahren und anordnung zur leistungssteuerung einer hochdruck-gasentladungslampe - Google Patents

Verfahren und anordnung zur leistungssteuerung einer hochdruck-gasentladungslampe Download PDF

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    • H05B41/386—Controlling the intensity of light during the transitional start-up phase for speeding-up the lighting-up

Definitions

  • the invention is based on a method for controlling the power of a high-pressure gas discharge lamp of the type defined in the preamble of claim 1.
  • a circuit for operating a gas discharge lamp which determines the power supplied to the lamp on the basis of a characteristic curve.
  • the control unit contains a power supply circuit. This is controlled and regulated by means of the voltage / current characteristic curve, so that the lamp is kept at a certain, in particular constant, power during operation.
  • the power is determined by means of a watt meter, which determines the power supplied to a regulated inverter circuit from a battery from the applied voltage and current flowing, and from this, according to the predetermined voltage / current characteristic curve, control signals for the Inverter circuit generated. If constant power is maintained for the lamp, the respective operating point lies on the so-called power hyperbola.
  • the Vedilis curve is generally specified as a current / voltage curve in the sense of a setpoint curve.
  • the Vedilis curve is shown in the "System Specifications for Field Test" of VEDILIS Eureka Pro ⁇ ect 273 on page B 1/3 and is specified as a current / voltage characteristic for gas discharge lamps to be used in motor vehicles.
  • "Vedilis” stands for "Vehicle Discharge L ⁇ ght System”.
  • To regulate the lamp power of a gas discharge lamp e.g. in the start-up or burning phase the lamp voltage U is measured and the corresponding lamp current I associated with the respective lamp voltage U is determined from the Vedilis curve. This lamp current I then serves as a setpoint for the current control circuit with which the lamp power is reduced to a constant value, e.g. 35 W is regulated.
  • the method according to the invention for controlling the power of a high-pressure gas discharge lamp with the characterizing features of claim 1 has the advantage, in contrast, of creating an effective change in the power of the lamp, which is carried out using simple means and is therefore very inexpensive. It offers the possibility to cover the entire range of the power change when using only one characteristic.
  • the implementation can be done in software or hardware.
  • the voltage / current characteristic curve is in principle shifted in a targeted manner to change the power, in particular by manipulating one or more input variables of the characteristic curve.
  • the characteristic curve is shifted along the voltage axis or the current axis or simultaneously along both axes.
  • the shift advantageously takes place in the hyperbolic region of the characteristic curve, the characteristic curve being in particular a so-called Vedilis characteristic curve.
  • the characteristic curve is shifted in software with the help of a provided microcontroller.
  • the characteristic curve is shifted by adding or subtracting step values or continuously variable quantities, the step values or continuously variable quantities being dependent on the size of the desired power change.
  • Embodiment of the invention which the storage of various Avoiding performance hyperbola and thus saving storage space or computing time, the change in performance takes place by shifting a characteristic curve with only one existing, in particular stored characteristic curve. This also avoids flickering of the light, which would result when changing from one power hyperbole to another, since there is no continuous, but only a sudden transition.
  • a particularly advantageous and expedient embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention is characterized in that a microcontroller is provided in the control circuit and that the characteristic curve is shifted by software, in particular by adding or subtracting corresponding step values or continuously variable values the control values which are supplied to an intended actuator.
  • An alternative advantageous embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention includes that an ASIC (integrated circuit specified according to the application) is provided in the control circuit and that the characteristic is shifted in terms of hardware, in particular by adding or subtracting corresponding step values or continuously Variables variable to the control values which are supplied to an intended actuator.
  • ASIC integrated circuit specified according to the application
  • FIG. 1 schematically shows the sequence of the method designed according to the invention for controlling the power of a high-pressure
  • a microcontroller 2 is contained in a control unit (not shown in more detail). This outputs a setpoint or control value 4 to an actuator 3, which serves to control the power output to the high-pressure gas discharge lamp 1.
  • a voltage value 5 is supplied to the microcontroller 2, which corresponds to the voltage measured at the lamp 1 or a comparable variable.
  • Actuator 3 a control loop, for example for the current, can be subordinate. Furthermore, a value 6 is supplied to the microcontroller 2, as shown, or a corresponding value is generated by the microcontroller itself. This value 6 means the change in performance according to the invention through a targeted
  • Shift of the characteristic This is done in particular by manipulating one or more input quantities of the characteristic.
  • the hyperbolic part of the diagram of a so-called Vedilis characteristic 21 is schematically entered in the block representing the microcontroller 2.
  • This is a voltage / current characteristic according to which, for example when the voltage U is specified, the current I is determined as the setpoint or control value. It is now assumed that the lamp 1 is operated at an operating point 22. At this operating point 22, a voltage Ui arises at an impressed current I ⁇ . The performance is now to be reduced. In addition, the corresponding information comes into the microcontroller 2 as a value 6, or the latter generates the corresponding information itself. The microcontroller 2 then increases the voltage value U : corresponding to the applied power
  • lamp 1 receives this current I 2 and the voltage U-, which is actually still approximately present, correspondingly lower output.
  • the voltage changes somewhat.
  • This lower power corresponds to the power hyperbole or characteristic curve 23 with the operating point 24 shown in dashed lines. If the power increase is desired, the process is reversed and the dashed line 25 with an operating point 26, for example, then applies.
  • the change in power according to the invention described above with reference to the displacement of the characteristic curve 21 along the voltage axis U can also take place in an analogous manner along the current axis I.
  • the most suitable direction or a combination of both methods of displacement can be selected.
  • the displacement can be implemented particularly flexibly and expediently if a microcontroller is provided in the control device. Then the shift takes place in software. As already mentioned, a certain step value corresponding to the desired line change is added or subtracted to or from the actual voltage or current value during the shift. Adding or subtracting steps is particularly easy to implement in software in a microcontroller. This type of shift also allows that in the memory of the
  • Microcontroller only a single characteristic is stored. This saves space. Depending on the configuration, it can also save considerable computing time, in particular when the associated other value for the lamp has to be determined for each input value for the characteristic curve determined on the lamp.
  • an alternative advantageous embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention includes that an ASIC, an integrated circuit specified according to the application, is provided in the control circuit and that the characteristic is shifted by hardware, in particular by adding or subtracting corresponding step values or from continuously variable quantities to the control values which are supplied to an intended actuator.
  • the power that is supplied to the high-pressure gas discharge lamp can thus be changed with little effort.
  • the power does not have to be calculated during the runtime, neither an analog nor a digital arithmetic circuit is required.

Abstract

Ein Verfahren zur Leistungssteuerung einer Hochdruck-Gasentladungslampe (1), wobei ein Steuergerät vorgesehen ist, welches eine vorgesehene Leistungsversorgungsschaltung gemäß einer Kennlinie (21) im wesentlichen auf konstante Leistung steuert, sieht zur Veränderung der Leistung die gezielte Verschiebung der Spannungs-/Strom-Kennlinie vor, insbesondere durch Manipulation einer oder mehrerer Eingangsgrößen der Kennlinie. Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens sieht vor, daß in der Steuerschaltung ein Mikrokontroller (2) vorgesehen ist und daß das Verschieben der Kennlinie (21) softwaremäßig erfolgt, insbesondere durch Addition oder Subtraktion von entsprechenden Schrittwerten (ΔU) oder von kontinuierlich veränderbaren Größen zu den Steuerwerten (U1, U2), welche einem vorgesehenen Stellglied (3) zugeführt werden. Eine weitere Realisierungsmöglichkeit des Verfahrens besteht in der Verwendung eines ASIC zur hardwaremäßigen Verschiebung der Kennlinie.

Description

Verfahren und Anordnung zur Leistungssteuerung einer Hochdruck- Gasentladungslampe
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Leistungssteuerung einer Hochdruck-Gasentladungslampe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Aus US 42 40 009 ist eine Schaltung zum Betreiben einer Gasentladungslampe bekannt, welche die der Lampe zugeführte Leistung anhand einer Kennlinie ermittelt. Das Steuergerät enthält eine Leistungsversorgungsschaltung. Diese wird mittels der Spannungs-/Strom-Kennlinie gesteuert und geregelt, so daß die Lampe im Betrieb auf einer bestimmten, insbesondere konstanten Leistung gehalten wird. Bei dieser bekannten Schaltung wird dazu die Leistungsermittlung mittels eines Wattmeters durchgeführt, der die einer geregelten Inverterschaltung von einer Batterie zugeführte Leistung aus anliegender Spannung und dabei fließendem Strom ermittelt und daraus entsprechend der vorgegebenen Spannungs-/Strom-Kennlinie Steuerungssignale für die Inverterschaltung erzeugt. Bei Einhaltung konstanter Leistung für die Lampe liegt der jeweilige Betriebspunkt auf der sogenannten Leistungshyperbel.
Zur Steuerung beim Anlauf sowie beim Betrieb einer Hochdruck- Gasentladungslampe ist generell die Vedilis-Kurve als Strom- /Spannungskurve im Sinne einer Sollwertkurve vorgegeben. Die Vedilis-Kurve ist in den "System Speciflcations for Field Test" des VEDILIS Eureka Proηect 273 auf Seite B 1/3 dargestellt und als Strom-/Spannungskennlιnιe für in Kraftfahrzeugen einzusetzende Gasentladungslampen vorgegeben. Dabei steht "Vedilis" als Abkürzung für "Vehicle Discharge L^ght System". Zur Regelung der Lampenleistung einer Gasentladungslampe wird danach in der Anlauf- bzw. Brennphase z.B. die Lampenspannung U gemessen und aus der Vedilis-Kurve der entsprechende, zur jeweiligen Lampenspannung U gehörige Lampenstrom I ermittelt. Dieser Lampenstrom I dient dann als Sollwert für den Stromregelkreis, mit dem die Lampenleistung auf einen konstanten Wert, z.B. 35 W geregelt wird.
Generell ist es zur Nutzung einer Gasentladungslampe im Kraftfahrzeugscheinwerfer notwendig, möglichst viel Licht innerhalb kurzer Zeit nach dem Einschalten des Steuergerätes zur Verfugung zu stellen. Dies wird als schneller Lichtanlauf bezeichnet. Wie die o.g. Vedilis-Kurve vorgibt, kann dazu die Gasentladungslampe direkt nach dem Einschalten mit einer bestimmten Überlast betrieben werden. Diese Überlast wird dann nach Erreichen einer bestimmten Spannung in Abhängigkeit von der Lampenspannung zurückgefahren. Dieses Zurückfahren geschieht entlang dem hyperbolischen Teil der Kennlinie. Es ist klar, daß durch eine derartige Überlast die Lampe nicht zerstört oder in ihrer Lebensdauer beeinträchtigt werden darf. Diese Forderung ist für alle Betriebsbedingungen einzuhalten. Des weiteren ist die Steuerung so zu wählen, daß die Lichtleistung nicht von einem bereits erreichten Wert wieder zurückschwingt, da dies allgemein als unangenehmes Flackern empfunden wird. Dieses Zurückschwingen der Lichtleistung wird auch als Lichtsattel bezeichnet. Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Leistungssteuerung einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil der Schaffung einer wirksamen Leistungsveränderung der Lampe, welche mit einfachen Mitteln erfolgt und daher sehr kostengünstig ist. Es bietet die Möglichkeit bei der Nutzung nur einer Kennlinie die ganze Breite der Leistungsänderung abzudecken. Die Realisierung kann soft- oder hardwaremäßig erfolgen.
Gemäß der Erfindung wird prinzipiell zur Veränderung der Leistung die Spannungs-/Strom-Kennlinie gezielt verschoben, insbesondere durch Manipulation einer oder mehrerer Eingangsgrößen der Kennlinie.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dazu vorgesehen, daß die Verschiebung der Kennlinie entlang der Spannungsachse oder der Stromachse oder gleichzeitig entlang beider Achsen erfolgt. Vorteilhafterweise erfolgt die Verschiebung im hyperbolischen Bereich der Kennlinie, wobei die Kennlinie insbesondere eine sogenannte Vedilis-Kennlinie ist.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung, welche sich insbesondere durch große Flexibilität,
Anpassungsfähigkeit und Kostengünstigkeit auszeichnet, erfolgt die Verschiebung der Kennlinie softwaremäßig mit Hilfe eines vorgesehenen Mikrokontrollers. In einer vorteilhaften und zweckmäßigen Weiterbildung erfolgt die Verschiebung der Kennlinie durch Addition oder Subtraktion von Schrittwerten oder von kontinuierlich veränderbaren Größen, wobei die Schrittwerte bzw. kontinuierlich veränderbaren Größen, von der Größe der gewünschten Leistungsänderung abhängig sind.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften und zweckmäßigen
Ausgestaltung der Erfindung, welche die Speicherung verschiedener Leistungshyperbeln vermeidet und damit Speicherplatz oder Rechenzeit einspart, erfolgt die Leistungsänderung durch Verschiebung einer Kennlinie bei nur einer einzigen vorhandenen, insbesondere abgespeicherten Kennlinie. Dadurch wird auch ein Flackern des Lichtes vermieden, welches sich beim Wechsel von einer Leistungshyperbel zur anderen ergeben würde, da dabei kein kontinuierlicher, sondern nur ein sprunghafter Übergang vorhanden ist.
Eine besonders vorteilhafte und zweckmäßige Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung ein Mikrokontroller vorgesehen ist und daß das Verschieben der Kennlinie softwaremäßig erfolgt, insbesondere durch Addition oder Subtraktion von entsprechenden Schrittwerten oder von kontinuierlich veränderbaren Größen zu den Steuerwerten, welche einem vorgesehenen Stellglied zugeführt werden.
Ein alternative vorteilhafte Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, daß in der Steuerschaltung ein ASIC (anwendungsgemäß spezifizierte integrierte Schaltung) vorgesehen ist, und daß durch sie das Verschieben der Kennlinie hardwaremäßig erfolgt, insbesondere durch Addition oder Subtraktion von entsprechenden Schrittwerten oder von kontinuierlich veränderbaren Größen zu den Steuerwerten, welche einem vorgesehenen Stellglied zugeführt werden.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch den Ablauf des erfindungsgemäß gestalteten Verfahrens zur Leistungssteuerung einer Hochdruck-
Gasentladungslampe. Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
In der Fig. 1 ist schematisch der Ablauf des erfindungsgemaß gestalteten Verfahrens zur Leistungssteuerung einer Hochdruck- Gasentladungslampe 1 dargestellt. In einem nicht näher dargestellten Steuergerät ist ein Mikrokontroller 2 enthalten. Dieser gibt an ein Stellglied 3 einen Soll- bzw. Stellwert 4 ab, welcher zur Steuerung der an die Hochdruck-Gasentladungslampe 1 abgegebenen Leistung dient. Dem Mikrokontroller 2 wird ein Spannungswert 5 zugeführt, der dem an der Lampe 1 gemessenen Spannung oder einer vergleichbaren Größe entspricht. Dem
Stellglied 3 kann ein Regelkreis, beispielsweise für den Strom, unterlagert sein. Weiterhin wird dem Mikrokontroller 2 ein Wert 6 zugeführt, wie dargestellt, oder es wird ein entsprechender Wert vom Mikrokontroller selbst erzeugt. Dieser Wert 6 bedeutet die erfindungsgemaße Leistungsänderung durch eine gezielte
Verschiebung der Kennlinie. Dies erfolgt insbesondere durch die Manipulation einer oder mehrerer Eingangsgroßen der Kennlinie.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in den, den Mikrokontroller 2 darstellenden Block der hyperbolische Teil des Schaubilds einer sogenannten Vedilis-Kennlmie 21 schematisch eingetragen. Dies ist eine Spannungs-/Strom-Kennlinιe gemäß welcher z.B. bei Vorgabe der Spannung U der Strom I als Soll¬ bzw. Stellwert bestimmt wird. Es sei nun angenommen, daß die Lampe 1 in einem Betriebspunkt 22 betrieben wird. Bei diesem Betriebspunkt 22 entsteht bei einem eingeprägten Strom Iχ eine Spannung Ui. Die Leistung soll nunmehr vermindert werden. Dazu kommt die entsprechende Information als Wert 6 in den Mikrokontroller 2, oder dieser erzeugt die entsprechende Information selbst. Der Mikrokontroller 2 erhöht daraufhin den der anliegenden Leistung entsprechenden Spannungswert U: um den
Änderungsbetrag ΔU auf den Wert U2, entsprechend dem Punkt 27. Daraufhin wird vom Mikrokontroller der diesem Spannungswert U2 entsprechende Stromwert I2 aus der Kennlinie 21 ermittelt und als neuer Soll- bzw. Stellwert 4 dem Stellglied 3 zugeführt. Die
Lampe 1 erhält demgemäß eine diesem Strom I2 und der Spannung U-, die ja tatsächlich annäherungsweise noch anliegt, entsprechende niedrigere Leistung. Je nach Lampe verändert sich dadurch auch etwas die Spannung. Dieser niedrigeren Leistung entspricht die gestrichelt dargestellte Leistungshyperbel bzw. Kennlinie 23 mit dem Betriebspunkt 24. Bei gewünschter Leistungserhohung ist der Vorgang umgekehrt und es gilt dann beispielsweise die gestrichelt dargestellte Kennlinie 25 mit einem Betriebspunkt 26.
Die vorstehend anhand der Verschiebung der Kennlinie 21 entlang der Spannungsachse U beschriebene erfindungsgemaße Veränderung der Leistung kann in analoger Weise auch entlang der Stromachse I erfolgen. Je nach Art der Kennlinie und der Art und Große der angestrebten Veränderung der Leistung kann die am besten geeignete Richtung oder eine Kombination beider Verfahren der Verschiebung gewählt werden.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verschiebung dann besonders flexibel und zweckmäßig zu realisieren, wenn ein Mikrokontroller im Steuergerat vorgesehen ist. Dann erfolgt die Verschiebung softwaremaßig. Wie bereits erwähnt, wird bei der Verschiebung ein bestimmter, der gewünschten Leitungsanderung entsprechender Schrittwert zu oder von dem tatsachlich Vorliegenden Spannungs- oder Stromwert addiert oder subtrahiert. Eine Addition oder Subtraktion von Schritten ist softwaremaßig in einem Mikrokontroller besonders einfach zu realisieren. Diese Art der Verschiebung ermöglicht es auch, daß im Speicher des
Mikrokontrollers nur eine einzige Kennlinie abgespeichert ist. Dies erspart Speicherplatz. Je nach Konfiguration kann es auch erhebliche Rechenzeit einsparen, dies insbesondere dann, wenn bei jedem an der Lampe festgestellten Eingangswert für die Kennlinie durch Berechnung der zugehörige andere Wert für die Lampe ermittelt werden muß.
Das vorliegende erfindungsgemaße Verfahren ist eine ausgezeichnete Grundlage für eine ASIC-Realisierung der Funktionen des Mikrokontrollers und ggf. für eine hardwaremaßige Realisierung der Vedilis-Kennlinie. Dazu beinhaltet eine alternative vorteilhafte Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß in der Steuerschaltung ein ASIC, eine anwendungsgemäß spezifizierte integrierte Schaltung, vorgesehen ist, und daß durch sie das Verschieben der Kennlinie hardwaremäßig erfolgt, insbesondere durch Addition oder Subtraktion von entsprechenden Schrittwerten oder von kontinuierlich veränderbaren Größen zu den Steuerwerten, welche einem vorgesehenen Stellglied zugeführt werden.
Es kann somit die Leistung, die der Hochdruck-Gasentladungslampe zugeführt wird, mit geringem Aufwand verändert werden. Die Leistung muß während der Laufzeit nicht berechnet werden, es ist weder eine analoge noch eine digitale Rechenschaltung erforderlich.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Leistungssteuerung einer Hochdruck- Gasentladungslampe (1), wobei ein Steuergerät vorgesehen ist, welches eine vorgesehene Leistungsversorgungsschaltung gemäß einer Kennlinie (21) im wesentlichen auf konstante Leistung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Leistung die Spannungs-/Strom-Kennlinie (21) gezielt verschoben wird, insbesondere durch Manipulation einer oder mehrerer Eingangsgrößen der Kennlinie (21) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Kennlinie (21) entlang der Spannungsachse (U) oder entlang der Stromachse (I) oder gleichzeitig entlang beider Achsen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung im hyperbolischen Bereich der Kennlinie (21) erfolgt, wobei die Kennlinie insbesondere eine sogenannte Vedilis-Kennlinie ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Kennlinie (21) softwaremäßig mit Hilfe eines vorgesehenen Mikrokontrollers (2) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung der Kennlinie (21) durch Addition oder Subtraktion von Schrittwerten (ΔU) oder von kontinuierlich veränderbaren Größen erfolgt, wobei die Schrittwerte bzw. die kontinuierlich veränderbaren Größen von der Größe der gewünschten Leistungsänderung abhängig sind.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsänderung durch Verschiebung einer Kennlinie bei nur einer einzigen vorhandenen, insbesondere abgespeicherten Kennlinie (21) erfolgt.
7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung ein Mikrokontroller (2) vorgesehen ist und daß das Verschieben der Kennlinie (21) softwaremäßig erfolgt, insbesondere durch Addition oder
Subtraktion von entsprechenden Schrittwerten (ΔU) oder von kontinuierlich veränderbaren Größen zu den Steuerwerten (Ui, U2), welche einem vorgesehenen Stellglied (3) zugeführt werden. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 - 3, sowie 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuerschaltung ein ASIC (anwendungsgemäß spezifizierte integrierte Schaltung) vorgesehen ist, und daß durch sie das Verschieben der Kennlinie (21) hardwaremäßig erfolgt, insbesondere durch Addition oder Subtraktion von entsprechenden Schrittwerten (ΔU) oder von kontinuierlich veränderbaren Größen zu den Steuerwerten (Ui, U2), welche einem vorgesehenen Stellglied (3) zugeführt werden.
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