Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Steuergerat fur den schnellen

Lichtanlauf einer Hochdruck-Gasentladungslampe, insbesondere fur den Einsatz in Kraftfahrzeugscheinwerfern, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Aus der DE 41 36 486 AI ist ein Vorschaltgerät zum Starten und

Betreiben von Wechselstrom-Hochdruck-Gasentladungslampen bekannt, welches aus einer Gleichspannungsquelle, z.B. der Batterie eines Kraftfahrzeuges gespeist wird. Dabei wird mittels eines DC/DC Wandlers zunächst aus der Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle eine stabilisierte und /oder leistungsgeregelte Gleichspannung erzeugt, die einen höheren Spannungswert hat. Dann wird aus dieser Spannung mit Hilfe einer gesteuerten Bruckenschaltung der fur den Betrieb erforderliche Wechselstrom erzeugt. Die Bruckenschaltung kann sowohl im Gleichstrom- als auch im Wechselstrombetrieb betrieben werden und bildet die Versorgungsschaltung fur die Hochdruck- Gasentladungslampe. Die Steuerung der Bruckenschaltung erfolgt

definierten Überlast betrieben wird, daß Flackerr bzw. Lichtsattel vermieden werden, und daß diese Überlast von der Steuerschaltung in Abhängigkeit vom Zustand der Hochdruck- Gasentladungslampe, insbesondere der Temperatur der Hochdruck- Gasentladungslampe, gesteuert wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dazu vorgesehen, daß die Steuerschaltung die Temperatur der Hochdruck- Gasentladungslampe unterteilt nach Temperatur der Elektroden und Temperatur des Gases der Hochdruck-Gasentladungslampe berücksichtigt.

Nach einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Ermittlung des Zustands der Hochdruck- Gasentladungslampe die Steuerschaltung den Strom- und/oder den Spannungsverlauf der Hochdruck-Gasentladungslampe bzw. der Versorgungsschaltung direkt nach dem Zundvorgang oeobachtet und die sich dabei in Verbindung mit dem Innenwiderstand der Versorgungsschaltung ergebenden, fur die verschiedenen Zustande der Hochdruck-Gasentladungslampe charakteristischen

Strom-/Spannungsverlaufe festgestellt werden, wobei sich diese bei den unterscmedlichen Zustanden der Hochdruck- Gasentladungslampe signifikant unterscheiden.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung werden bei der Ermittlung des Zustands der Hochdruck-Gasentladungslampe durch die Steuerschaltung mittels des Strom- und/oder des Spannungsverlaufs der Hochdruck-Gasentladungslampe bzw. der Versorgungsschaltung nicht nur Strom- und/oder Spannungsgrenzwerte, sondern auch insbesondere die dynamischen Kurvenverläufe, in der ersten Zeitspanne nach dem Zundvorgang, herangezogen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung enthalt die Steuerschaltung einen Mikrokontroller, der die notwendigen

Beobachtungen fur die Ermittlung des Zustands der Hochdruck-

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 dabei m Abhängigkeit von der Lampenspannung zurückgefahren. Es ist klar, daß durch eine derartige überlast die Lampe nicht zerstört oder in ihrer Lebensdauer beeinträchtigt werden darf. Diese Forderung ist fur 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.

In der Praxis hat es sich herausgestellt, daß eine Steuerung gemäß der o.g. Vedilis-Kurve Lichtsattel nicht vermeiden kann. Daher ist hier nach anderen Wegen zu suchen. Eine generelle Möglichkeit besteht darin, den überlastbetrieb der Gasentladungslampe über eine reine Zeitsteuerung zu betreiben. Hierbei ist jedoch als sehr nachteilig anzusehen, daß der jeweilige Zustand der Gasentladungslampe grundsätzlich außer Betracht bleibt. Dies kann zur Zerstörung der Gasentladungslampe oder zumindest zur Beeinträchtigung ihrer Lebensdauer fuhren.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemaße Steuergerat fur den schnellen Lichtanlauf einer Hochdruck-Gasentladungslampe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, den Uberlastbetrieb der Hochdruck-Gasentladungslampe deren jeweiligem Zustand genau anzupassen unter Vermeidung von Lichtsatteln und irgendwelchen schädlichen Einflüssen auf die Lebensdauer der Hochdruck-Gasentladungslampe.

Gemäß der Erfindung steuert dazu prinzipiell die Steuerschaltung die Versorgungsschaltung derart, daß die Hochdruck- Gasentladungslampe beim Lichtanlauf mit einer derartig

Ausgangsklemmen die Spannung U ₃ ab. Diese Spannung U _s wird von einem Gleιchspannungs-/Gleιchspannungswandler 2 (CC/DC Wandler) auf einen höheren Wert gebracht bzw. gewandelt. Dieser höhere Spannungswert U _? steht an den Ausgangsklemmen des DC/DC Wandlers 2 an. Sie bildet die Eingangsspannung zu einer gesteuerten Versorgungsschaltung 3, die eine Bruckenschaltung sein bzw. enthalten kann. Die Versorgungsschaltung 3 generiert daraus einen gesteuerten Wechselstrom bzw. eine Wechselspannung oder auch eine gesteuerte Gleichspannung. Diese Wechselspannung oder diese Gleichspannung steht an den Ausgangsklemmen 4 und 5 an und bildet die Versorgungsspannung U„ einer Hochdruck-Gasentladungslampe 6 zu deren Versorgung mit Brennenergie. Zur Steuerung der Versorgungsschaltung 3 ist eine Steuerschaltung 7 vorgesehen, die ihre Steuerimpulse über mit dem Pfeil angedeutete Leitungen 8 einspeist. Weiterhin ist eine Zundschaltung 9 vorgesehen, die über mit einem Pfeil symbolisierte Leitung 10 die Zündspannung über die Klemme 4 der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 zufuhrt.

Gemäß der Erfindung wird die Versorgungsschaltung 3 von der Steuerschaltung 7 derart gesteuert, daß die Hochdruck- Gasentladungslampe 6 beim Lichtanlauf mit einer definierten überlast betrieben wird. Die überlast ist dabei derartig definiert, daß Flackern bzw. Lichtsattel vermieden werden. Weiterhin wird diese überlast von der Steuerschaltung 7 in Abhängigkeit vom Zustand der Hochdruck-Gasentladungslampe 6, insbesondere der Temperatur der Hochdruck-Gasentladungslampe 6, gesteuert. Vorteilhafterweise berücksichtigt die Steuerschaltung 7 die Temperatur der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 unterteilt nach Temperatur der Elektroden 11, 12 und Temperatur des Gases 13 der Hochdruck-Gasentladungslampe 6.

Bei der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 gibt es dreα wesentliche Zustande, namlich kalt, heiß und warm, die nachfolgend mit ihren Eigenschaften und Besonderheiten erläutert werden.

Eine kalte Hochdruck-Gasentladungslampe 6 liegt dann vor, wenn die Hochdruck-Gasentladungslampe 6 längere Zeit nicht

Gasentladungslampe in der Steuerschaltung durchfuhrt und die zugehörigen Zustande feststellt.

In besonders vorteilhafter und zweckmäßiger Weiterbildung der Erfindung fuhrt der Mikrokontroller in Abhängigkeit von αem detektierten Zustand der Hochdruck-Gasentladungslampe folgende wesentliche Steuerungsmaßnahmen durch: bei kalter Hochdruck-Gasentladungslampe Beibehaltung eines hohen

Ausgangsstrom der Versorgungsschaltung mit zeitlich begrenzter Uberlastfunktion, bei heißer Hochdruck-Gasentladungslampe Absenkung der

Lampenleistung auf den Nennwert sofort nach Erkennung, und schließlich bei warmer Hochdruck-Gasentladungslampe Absenkung der Lampenleistung auf schwache überlast.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Uberlastfunktion zur Steuerung der aufgeschalteten überlast eine Kombination aus Zeitsteuerung und brennspannungsabhangiger Steuerung. Zweckmaßigerweise ist die Uberlastfunktion zeitlich begrenzt .

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels m der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild, in dem das erfindungsgemaße Steuergerat realisiert ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist an Hand eines Blockschaltbilds schematisch ein Steuergerat dargestellt, in dem die Erfindung realisiert ist. Mit 1 ist eine Gleichspannungsquelle bezeichnet, welche die Batterie eines Kraftfahrzeuges sein kann. Sie gibt an ihren

Fur die sichere Übernahme der Hochdruck-Gasentlad-ingslampe 6 vom Zund- in den statischen Brennzustand einerseits und fur die Lebensdauer der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 andererseits, ist die sichere Unterscheidung der verschiedenen Zustande der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 von entscheidender Bedeutung.

Gemäß der Erfindung enthalt die Steuerschaltung 7 vorteilhafterweise einen Mikrokontroller. Dieser _st in der Figur nicht dargestellt. Mit Hilfe dieses Mikrokontrollers, der eine Art Beobachter darstellt, fuhrt die Steuerschaltung 7 die notwendigen Beobachtungen fur die Ermittlung des Zustands der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 durch und stellt die zugehörigen Zustande fest. Dazu wird zunächst der Ausgangsstrom I„ der Versorgungsschaltung 3 durch die Steuerschaltung ^" ' auf einen hohen Wert eingestellt. Das ist notwendig, damit auch eine kalte Hochdruck-Gasentladungslampe 6 sicher den Brennbetrieb übernehmen kann. Da der Zundvorgang mit zeitlicher Verzögerung nach dem Einschalten eintritt, stellt sich an der Versorgungsschaltung 3 die LeerlaufSpannung ein.

Direkt nach dem Zundvorgang, beispielsweise in den ersten 5 Millisekunden, werden von der Steuerschaltung 7 der Strom- und/oder den Spannungsverlauf der Hochdruck- Gasentladungslampe 6 bzw. der Versorgungsschaltung 3 und αie sich dabei in Verbindung mit dem Innenwiderstand der

Versorgungsschaltung 3 ergebenden Strom-/Spannungsverlaufe feststellt. Diese sind fur die verschiedenen Zustande der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 charakteristisch und unterscheiden sich bei den unterschiedlichen Zustanden der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 signifikant. In zweckmäßiger Weise werden bei der Ermittlung des Zustands der Hochdruck- Gasentladungslampe 6 durch die Steuerschaltung 7 mittels des Strom- und/oder des Spannungsverlaufs der Hochdruck- Gasentladungslampe 6 bzw. der Versorgungsschaltung 3 nicht nur Strom- und/oder Spannungsgrenzwerte herangezogen, sondern auch insbesondere die dynamischen Kurvenverlaufe, in der ersten

eingeschaltet war und komplett abgekühlt ist. Elektroden 11 und 12 sowie Gas 13 sind dann kalt. Die kalte Hochdruck- Gasentladungslampe 6 kann mit deutlicher überlast betrieben werden, um schneller viel Licht zu erzeugen. Dabei wird durch die Steuerschaltung 7 sichergestellt, daß durch die definierte elektrische überlast kein thermischer Abbrand der Elektroden 11 und 12 entsteht, der die Lebensdauer der Hochdruck- Gasentladungslampe 6 verkurzen wurde. Eine kalte Hochdruck- Gasentladungslampe 6 weist unmittelbar nach dem Einschalten eine sehr geringe Brennspannung auf, die in etwa weniger als die halbe Normbrennspannung betragt.

Eine heiße Hochdruck-Gasentladungslampe 6 liegt dann vor, wenn diese zunächst durch längeren Brennbetrieb volle Temperatur erreicht hat und danach kurzzeitig ausgeschaltet wird. Die typische Dauer der Ausschaltzeit in diesem Beispiel betragt ca. eine Sekunde. Elektroden 11 und 12 sowie Gas 13 sind dann heiß. Wird eine heiße Hochdruck-Gasentladungslampe 6 eingeschaltet bzw. wieder eingeschaltet, dann ist es zur Erreichung eines schnellen Lichtanlaufs nicht notwendig, die Lampe mit überlast zu betreiben. Ein solcher überlastbetrieb ist dann auch nicht zulassig, da er die Lebenserwartung der Hochdruck- Gasentladungslampe 6 wegen der thermischen Überlastung reduzieren wurde.

Eine warme Hochdruck-Gasentladungslampe 6 liegt dann vor, wenn diese zunächst durch längeren Brennbetrieb volle Temperatur erreicht hat und danach fur mehrere Sekunden ausgeschaltet wird. Die typische Dauer der Ausschaltzelt in diesem Beispiel betragt ca. 10 Sekunden. Das Gas 13 hat wegen der relativ guten Isolation noch hohe Temperatur. Damit ist auch noch hoher Druck in der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 vorhanden. Die Elektroden 11 und 12 sind jedoch bereits stark abgekühlt, weil die Wärmeableitung durch deren Metallanschlusse gut ist. Bei der Wiederemschaltung einer warmen Lampe wird zum Erreichen eines schnellen

Lichtanlaufs gemäß der Erfindung mit einer genau definierten schwachen überlast gefahren.

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Ansprüche

1. Steuergerat fur den schnellen Lichtanlauf einer Hochdruck- Gasentladungslampe (6), insbesondere fur den Einsatz in Kraftfahrzeugscheinwerfern, bei welchem aus der Gleichspannung (ü _s ) einer Gleichspannungsquelle (1, 2) mittels einer gesteuerten Versorgungsschaltung (3), die ggf. sowohl im Gleichstrom- als auch im Wechselstrombetrieb betrieben werden kann, ein Lampenstrom (I _L ) und eine Lampenspannung (U _L ) für die Versorgung der Hochdruck- Gasentladungslampe (6) mit Brennenergie generiert wird, und bei welchem eine Steuerschaltung (7) zur Steuerung der Versorgungsschaltung (3), sowie eine Zündvorrichtung (9) zum Zünden der Hochdruck-Gasentladungslampe (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (7) die Versorgungsschaltung (3) derart steuert, daß die Hochdruck-Gasentladungslampe (6) beim Lichtanlauf mit einer derartig definierten überlast betrieben wird, daß Flackern bzw. Lichtsatte.L vermieden werden, und daß diese überlast von der Steuerschaltung (7) in Abhängigkeit vom Zustand der Hochdruck-Gasentladungslampe (6), insbesondere der Temperatur der Hochdruck- Gasentladungslampe (6), gesteuert wird.

Zeitspanne nach dem Zundvorgang. Die Beobachtung der dynamischen Verlaufe tragt zur besseren Unterscheidung bei als es bei der lediglichen Abtastung einer Zeitstelle gegeben ist.

Insbesondere mit Hilfe des Mikrokontrollers fuhrt die

Steuerschaltung 7 gemäß der Erfindung m Abhängigkeit von dem detektierten Zustand der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 folgende wesentliche Steuerungsmaßnahmen durchfuhrt:

Bei kalter Hochdruck-Gasentladungslampe 6 Beibehaltung eines hohen Ausgangsstrom der Versorgungsschaltung mit zeitlich begrenzter Uberlastfunktion. Die aufgeschaltete Uberlastfunktion ist genau definiert. Sie kann eine Kombination aus Zeitsteuerung und brennspannungsabhangiger Steuerung sein. Sie ist zeitlich begrenzt. Da sich bei kalter Hochdruck-Gasentladungslampe 6 erst noch der innere Gasdruck aufbauen muß, ist dieser Zustand besonders empfindlich hinsichtlich der Lichtsattel. Eine zeitgesteuerte Kompensation kann den Einbruch der Lichtleistung verhindern. Bei heißer Hochdruck-Gasentladungslampe 6 Absenkung der

Lampenleistung auf den Nennwert sofort nach Erkennung. Es wird also sofort in den normalen, statischen Brennbetrieb mit Nennleistung geschaltet. Dadurch wird thermische Überlastung vermieden. Schließlich bei warmer Hochdruck-Gasentladungslampe 6 Absenkung der Lampenleistung auf schwache überlast. Diese ist ebenfalls genau definiert. Auch sie kann eine Kombination aus Zeitsteuerung und brennspannungsabhangiger Steuerung sein. Allerdings ist es hier nicht notwendig, eine Kompensation hinsichtlich der Lichtsattel durchzufuhren, da in der Hochdruck-Gasentladungslampe 6 der Gasdruck noch vorhanden ist.

Mit dem erfindungsgemaß gestalteten Steuergerat wird die Hochdruck-Gasentladungslampe 6 in allen vorkommenden Zustanden optimal hinsichtlich Funktionalität und Lebensdauer versorgt.