DE4017415C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe für einen Fahrzeugscheinwerfer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der EP-A 0 240 049 bekannten Schaltungsanordnung ist ein Gleichspannungswandler und ein nachgeschalteter Wechselrichter vorgesehen, dessen Ausgangsspannung an die Hochdruck-Entladungslampe angelegt wird. Ferner sind ein Spannungsdetektor für die Ausgangsspannung und ein Stromdetektor für den Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers sowie eine Steuerschaltung zur Steuerung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers in Abhängigkeit von Ausgangsstrom und Ausgangsspannung vorgesehen. Obwohl diese bekannte Schaltungsanordnung ein Zünden der Entladungslampe mit Hilfe eines Gleichstroms ermöglicht, ist eine relativ lange Zeit erforderlich, um eine bestimmte Helligkeit mit der Entladungslampe erzeugen zu können. Dieses ist dadurch bedingt, daß beim sogenannten Kaltstart einer Entladungslampe, d. h. bei abgekühltem Glaskolben, es eine bestimmte Zeit benötigt, bis das Metalljodid in dem Glaskolben verdampft wird. Andererseits wird bei einer erneuten Einschaltung der Entladungslampe, nachdem diese kurzzeitig abgeschaltet war, der Druck in dem Glaskolben nach Ablauf einer bestimmten Zeit relativ hoch, wodurch auch die Entladungszündspannung hoch wird.

Eine aus der DE-OS 37 19 356 bekannte Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer Entladungslampe an einer Niedervolt-Gleichspannungsquelle sieht zwar bereits eine Erhöhung des Lampenanlaufstroms vor, um den normalen Betriebszustand der Entladungslampe so schnell wie möglich herzustellen, benutzt jedoch zu diesem Zweck einen parallel geschalteten Transistor, mit dem eine Widerstandsänderung und damit eine Änderung einer Zeitkonstanten ausgeführt wird. Bei einer derartigen Erhöhung des Lampenanlaufstroms wird jedoch die Regelung zur Stabilisierung der Lampenleistung außer Kraft gesetzt.

Aus dem DE-Buch Sturm, C. H., Vorschaltgeräte und Schaltungen für Niederspannungs-Entladungslampen, 5. Aufl., Herausgeber: Brown, Boverie & Cie. AG, Mannheim, Verlag Girardet, Essen 1974, Seiten 418 und 419, ist es allgemein bekannt, daß bei Hochdruck-Entladungslampen die Anlaufphase dadurch verkürzt werden kann, daß während der Anlaufphase eine höhere Leistung als die Nennleistung verwendet wird. Dabei kann der Lampenstrom unmittelbar nach dem Zünden der Lampe den vierfachen Wert des Nennstromes haben. Nach etwa einer Minute beträgt die Lampenspannung etwa 50% der Nennspannung und der Lampenstrom etwa 320% des Nennstromes. Das ergibt eine momentane Leistung von etwa 160% der Nennleistung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß die in einem Fahrzeugscheinwerfer verwendete Hochdruck-Entladungslampe optimal schnell ihre volle Helligkeit abgibt, andererseits aber nur im erforderlichen Maß mit einer über der Nennleistung liegenden erhöhten Leistung betrieben wird.

Bei einer Schaltungsanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß mit Hilfe der Zeitkonstantenschaltung, die unterschiedliche Entlade- und Ladezeitkonstanten aufweist, die Lampenausschaltzeit unabhängig von der Lampeneinschaltzeit überwacht werden kann.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Schaltungsanordnung sowie ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung werden anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Im einzelnen zeigen

Fig. 1 bis 3 eine Ausführungsform einer herkömmlichen Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Fahrzeug-Hochdruck-Entladungslampe, und zwar

Fig. 1 ein Blockschaltbild des allgemeinen Schaltungsauf­ baus;

Fig. 2 ein Schaltbild des Schaltungsaufbaus wesentlicher Abschnitte;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Betriebsweise der Anordnung;

Fig. 4 bis 10 eine Ausführungsform einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Entladungslampe für Fahrzeuge gemäß der Erfindung; und zwar

Fig. 4 ein Blockschaltbild des allgemeinen Schaltungsauf­ baus;

Fig. 5 ein Schaltbild des Schaltungsaufbaus wesentlicher Abschnitte;

Fig. 6 ein SchaItbild einer Niederspannungsrückstell­ schaltung;

Fig. 7A ein Schaltbild einer Hochfrequenz-Verstärkungs­ schaltung;

Fig. 7B ein schematisches Wellenformdiagramm;

Fig. 8 ein Schaltbild einer Zündschaltung und einer Zündstartschaltung;

Fig. 9 ein schematisches Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Strömen und Spannungen einzelner Schaltungskom­ ponenten und des Lichtflusses von einer Lampe zur Erläuterung einer Steueroperation; und

Fig. 10 ein Diagramm der Beziehung zwischen Ausgangsspan­ nung und Ausgangsstrom eines Gleichspannungs- Wandlers.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Metallhalogenid-Lampe.

Diese Schaltungsanordnung 1 weist eine Batterie 2 auf, welche eine Gleichspannung von etwa 12 Volt liefert. Die Batterie 2 ist an ein Paar Eingangsklemmen 3 und 3′ der Anordnung 1 angeschlossen.

Ein Gleichspannungswandler 4 weist eine Eingangs­ klemme auf, die mit der Anschlußklemme der Batterie 2 über einen Lichtschalter 5 verbunden ist.

Ein Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umformer 6 ist als nachfolgen­ de Stufe zum Gleichspannungswandler vorgesehen. Der Umformer 6 wandelt die Ausgangsgleichspannung des Wandlers 4 in eine sinusförmige Wechselspannung um. Eine Gegentakt-Wechselrichterschaltung kann als Umformer 6 dienen.

Eine StrombegrenzungsIast- und LampenzündschaItung 7 ist als nachfolgende Stufe des Umformers vorgesehen. Eine Metallhalogenid-Lampe 8 ist an die Ausgangs­ klemmen der Schaltung 7 angeschlossen.

Eine Zündstartschaltung 9 ist an die Strombegrenzungs­ last- und Lampenzündschaltung 7 angeschlossen, um an diese ein Triggersignal zu liefern.

Eine SteuerschaItung 10 erzeugt ein Impulssignal mit einem Tastverhältnis gemäß der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 4 sowie einer über einen Meßwiderstand 13 erhaltenen Spannung, gibt dann das Impulssignal an den Wandler 4, um dessen Ausgangsspannung zu steuern. Die Ausgangsspannung des Wandlers 4 wird ermittelt durch Widerstände 11 und 11′ sowie einen variablen Widerstand 12, der zur Spannungsteilung zwischen den Ausgangsklemmen des Wandlers 4 angeordnet ist. Die Spannung von dem Meßwiderstand 13 ist an eine Leitung angeschlossen, welche den Gleichspannungswandler 4 mit dem Umformer 6 verbindet, um den Ausgangsstrom des Wandlers 4 in eine Spannung umzuwandeln.

Wenn der Lichtschalter 5 in der Anordnung 1 geschlos­ sen wird, sendet die Zündstartschaltung 9 ein Signal zu der Strombegrenzungslast - und Lampenzündschaltung 7, um auf diese Weise einen Triggerimpuls zu erzeugen, welcher die Lampe 8 triggert. Dann führt die Steuerschaltung 10 eine benötigte Wandlung bzw. Erhöhung der Batteriespannung durch, so daß die Entladungslampe gezündet wird.

Wesentliche Abschnitte der Anordnung 1 werden nach­ folgend im einzelnen beschrieben.

Gleichspannungswandler

Der Gleichspannungswandler 4 ist als ein Zerhacker-Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler ausgebildet, umfaßt eine Spule 15, die mit einer positiven Leitung 14 ver­ bunden ist, einen n-Kanal-Feldeffekttransistor (FET) 16, eine Gleichrichterdiode 17 und einen Glättungskondensator 18. Der FET 16 ist in der auf die Spule 15 folgenden Stufe angeordnet und an die positive Leitung 14 und eine Erdleitung 14′ ange­ schlossen. Der FET 16 führt seine Schaltoperation durch in Reaktion auf einen Steuerimpuls von der Steuerschaltung 10. Die Anode der Gleichrichterdiode 17 ist mit dem Drain des FET 16 an der positiven Leitung 16 verbunden. Der Glättungskon­ densator 18 ist mit der Kathode der Gleichrichterdiode 17 und der Erdleitung 14′ verbunden.

Bei der in der beschriebenen Art aufgebauten Wandlerschaltung 4 speichert die Spule 15 Energie, wenn der FET 16 leitend wird in Reaktion auf einen Steuerimpuls von der Steuerschal­ tung 10. Wenn der FET 16 nichtleitend wird, gibt die Spule 15 die gespeicherte Energie frei mit der folgenden Überlagerung der entsprechenden Spannung auf die Eingangsspannung, wodurch die Gleichspannung angehoben wird.

Steuerschaltung

Die Steuerschaltung 10 umfaßt einen Spannungsberechnungsbe­ reich 19, einen Stromberechnungsbereich 20 und einen PWM-Be­ reich (Impulsdauermodulation) 21. Der Spannungsberechnungsbe­ reich 19 ermittelt die Ausgangsspannung von der Wandlerschal­ tung 4 und führt eine Differenzverstärkung durch. Der Stromberechnungsbereich 20 ermittelt eine Spannung entspre­ chend dem Ausgangsstrom von der Wandlerschaltung 4 und führt eine Differenzverstärkung durch. Der PWM-Bereich 21 er­ zeugt einen Rechteckimpuls mit einem Tastverhältnis entspre­ chend den Signalen von den Berechnungsbereichen 19 und 20 und sendet den Impuls zu dem Gate des FET 16 der Wandlerschaltung 4.

Spannungsberechnungsbereich

Eine Differenzverstärkerschaltung 22 wird gebildet aus einem Differenzverstärker 24 und einem Widerstand 23, welche in einer Gegenkopplungsanordnung verbunden sind. Ein nichtinvertierender Eingang des Operationsverstärkers 24 der Differenzverstärkerschaltung 22 ist mit dem Abgriff des veränderlichen Widerstandes 12 der vorerwähnten Spannungsteilung über einen Widerstand 25 verbunden. Ein Widerstand 26 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang und der Erdleitung verbunden. Dem invertierenden Eingang des Operati­ onsverstärkers 24 wird eine vorbestimmte erste Bezugsspannung (bezeichnet als V₁ (V)) zugeführt, welche durch Spannungstei­ lungswiderstände 27 und 28 bestimmt wird.

Stromberechnungsbereich

Eine Verstärkerschaltung 29 umfaßt einen Operationsverstärker 31 und einen Widerstand 30, welche in einer Gegenkopplungsan­ ordnung verbunden sind. Der invertierende Eingang der Ver­ stärkerschaltung 29 ist über einen Widerstand 32 mit dem Ende des Meßwiderstandes 13 verbunden, welcher sich auf der Seite des Kondensators 18 befindet. Der nichtinvertierende Eingang der Verstärkerschaltung 29 ist mit dem anderen Ende des Meßwiderstandes 13 verbunden. Die Verstärkerschaltung 29 dient der Verstärkung der Spannung, die an dem Meßwiderstand 13 erzeugt wird entsprechend dem Ausgangsstrom der Wandler­ schaltung 4 und gibt die verstärkte Spannung ab.

Ein Tiefpaßfilter (LPF) 33 ist in der auf die Verstärker­ schaltung 29 folgenden Stufe zur Gleichrichtung vorgesehen.

Eine Differenzverstärkerschaltung 34 umfaßt einen Operati­ onsverstärker 36 und einen Widerstand 35, welche in einer Gegenkopplungsanordnung verbunden sind. Der nichtinvertie­ rende Eingang der Schaltung 34 ist mit der Ausgangsklemme des Tiefpaßfilters 33 über einen Widerstand 37 verbunden. Ein Widerstand 38 ist an den nichtinvertierenden Eingang der Schaltung 34 und die Erdleitung angeschlossen. Dem invertie­ renden Eingang der Schaltung 34 wird eine vorbestimmte zweite Bezugsspannung (bezeichnet als V₂ (V)) zugeführt, welche durch einen veränderlichen Widerstand 39 spezifiziert wird.

Der Stromberechnungsbereich 20 umfaßt ferner einen Kondensa­ tor 40, welcher dem Rückkopplungswiderstand parallel geschal­ tet ist, um das Ansprechen zu verlangsamen.

PWM-Bereich

Der PWM-Bereich 21 umfaßt einen Komparator 41, einen Aus­ gangsmoduswähler 43 und eine Gateansteuerschaltung 45. Die Minuseingangsklemme des Komparators 41 ist ODER-verknüpft mit den Ausgängen der Operationsverstärker 24 und 36, und seinem positiven Eingang wird eine Sägezahnspannung von einem Oszil­ lator (OSC) 42 zugeführt.

Der Ausgangsmoduswähler 43 ist mit der Ausgangsklemme des Komparators 41 verbunden, um von diesem Ausgangssignale zu wählen. Das Ausgangssignal des Wählers 43 wird zu einem Puf­ fer 44 gesendet.

Der Eingang der Gateansteuerschaltung 45 ist mit dem Ausgang des Puffers 44 verbunden und sein Ausgang mit dem Gate des FET 16 der Wandlerschaltung 4 verbunden. Die Gateansteuer­ schaltung 45 dient zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Schaltoperation des FET 16.

Mit dem geschilderten Aufbau erzeugt der PWM-Bereich 21 ein lmpulssignal mit einem Tastverhältnis entsprechend den Aus­ gangsspannungen der Differenzverstärker 22 und 34, welche Fehlerverstärkern entsprechen, und führt den Impuls zurück zu dem Gate des FET 16 der Wandlerschaltung 4. Obzwar nicht ge­ zeigt, ist auch eine Schaltung zum Spezifizieren des Maximal­ wertes des Arbeitszyklus dieses Impulssignals vorgesehen, welche angewendet wird, um das Erhöhungsverhältnis der Wandler­ schaltung 4 zu steuern.

Die Arbeitsweise der Anordnung wird jetzt beschrie­ ben.

Fig. 3 zeigt schematisch die zeitlichen Veränderungen der Ausgangsspannung V₀ (V) und des Ausgangsstromes I₀ (A) des Gleichspannungswandlers 4, das Potential V_e (V) an den Ausgangsklemmen der Operationsverstärker 24 und 36, den Lampenstrom I_L (A), die Lampenspannung V₁ (V) und den Licht­ fluß L (lm) der Lampe 8. Der Ursprung der Zeitachse ent­ spricht dem Zeitpunkt, bei dem der Lichtschalter 5 geschlos­ sen wird.

Wie aus den mit ausgezogenen Linien gezeigten Kurven in Fig. 3 ersichtlich, ist zum Zeitpunkt des Kaltstarts, da die Lam­ penspannung V_L unmittelbar nach dem Zünden der Entladungs­ lampe niedrig ist, der Ausgangsstrom I₀ der Wandlerschaltung 4 niedrig. Folglich wird das Tastverhältnis des lmpulssignals von dem PWM-Bereich 21 durch das verstärkte Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 22 so eingestellt, daß es den Maximalwert annimmt. Dies erhöht die Ausgangsspannung V₀ der Wandlerschaltung 4 auf einen vorbestimmten Pegel und er­ höht den Lampenstrom I_L, wodurch die Lichtemission von der Lampe 8 angetrieben wird.

Mit Zunahme des Lichtflusses L der Lampe 8 steigt die Lampen­ spannung V_L, was zu einer Zunahme des Ausgangsstromes I₀ der Wandlerschaltung 4 führt. Wenn dieser Ausgangsstrom I₀ einen vorbestimmten Pegel erreicht entsprechend der Bezugs­ spannung V₂ des Differenzverstärkers 34, wird das Tastverhältnis des Impulssignals von dem PWM-Bereich 21 dann durch das verstärkte Ausgangssignal des Differenzverstärkers 34 spezifiziert, so daß dieses Tastverhältnis mit einer Zunahme der Spannung V_e abnimmt. Folglich nimmt die Ausgangsspannung V₀ der Wandlerschaltung 4, welche auf einem hohen Wert gehal­ ten worden ist, allmählich ab mit der Zunahme des Ausgangs­ stromes I₀, und der Ausgangsstrom I₀ erreicht schließlich einen normalen Pegel. Dementsprechend steigt der Lichtfluß L der Lampe am Beginn des Leuchtens der Lampe steil an und ver­ ändert sich dann, um den Nennwert zu erreichen.

Falls die Lampe 8 wieder gezündet wird, nachdem sie zeitwei­ lig einige Sekunden lang ausgeschaltet war, ist der Glaskol­ ben der Lampe 8 noch heiß. Wie aus den Kurven hervorgeht, die mit punkt-strichlierten Linien gezeigt sind, ist die Lampenspannung V_L unmittelbar nach dem Wiederzünden der Lampe 8 hoch, und der Ausgangsstrom I₀ der Wandlerschal­ tung 4 ist hoch. Folglich ist das Tastverhältnis des Impuls­ signals des PWM-Bereichs 21 klein, so daß die Ausgangsspan­ nung V₀ der Wandlerschaltung 4 unmittelbar nach dem Zünden der Lampe auf nahezu den normalen Spannungspegel abnimmt. Der Lampenstrom I_L erfährt eine ähnliche Veränderung. Der Licht­ fluß L erreicht schnell den Nennflußpegel.

Falls die Lampe wieder eingeschaltet wird nach Ablauf von einigen zehn Sekunden, nachdem sie ausgeschaltet worden ist, wird eine Rückkopplungssteuerung in der Weise durchgeführt, daß I₀, V_e, I_L, V_L und L die Werte annehmen, die in Fig. 3 durch die mit zwei Punkten gestrichelten Linien angezeigt sind, welche zwischen der ausgezogenen Linie und der mit einem Punkt gestrichelten Linie für die vorherigen zwei Fälle liegen.

Die Anordnung 1 führt die Steuerung so aus, daß der Maximalwert des Lampenstromes I_L bei Beginn des Zündens der Lampe 8 zum Zeitpunkt des Kaltstarts, für welchen die Ingangsetzungszeit besonders wichtig ist, durch den Spannungsberechnungsbereich 19 spezifiziert wird, und die Lichtemissionssteuerung für die Lampe 8 wird danach an dem Stromberechnungsbereich 20 angewendet, um zuzulassen, daß der Ausgangsstrom I₀ der Wandlerschaltung 4 schnell einen vorbe­ stimmten Pegel erreicht. Diese Steuerung verhindert, daß die Ingangsetzungszeit und die Wiederingangsetzungszeit bedeutend lang werden aufgrund des physikalischen Zustandes der Lampe 8 (der Temperatur und des Innendrucks des Glaskolbens usw.), der Umgebungsbedingungen, wie der Umgebungstemperatur oder des Einflusses äußerer Ursachen, wie zum Beispiel einer Verände­ rung der Batteriespannung. Es ist daher möglich, den Licht­ fluß der Lampe in einer kurzen Zeitspanne auf den normalen stabilen Zustand anzuheben. Es ist auch möglich, den Maximal­ wert des Lampenstromes I₀ zum Zeitpunkt des Kaltstarts leicht einzustellen und bei Beginn des Leuchtens der Lampe einen um ein Vielfaches über dem Nennstrompegel der Lampe liegenden Strom anzuwenden. Diese herkömmliche Anordnung kann daher für eine Lampe verwendet werden, deren Lichtfluß langsam ansteigt.

Die bevorzugte Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für eine Fahrzeug-Entladungslampe gemäß der Erfindung wird nun im einzelnen anhand der Fig. 4 bis 10 beschrie­ ben.

In Fig. 4 weist eine Anordnung 101 eine Batterie 102 auf, welche eine Gleichspannung von 12 Volt liefert. Die Bat­ terie 102 ist an die Gleichspannungs-Eingangsklemmen 103 und 103′ der Anordnung 101 angeschlossen.

Die Bezugszeichen 104 und 104′ bezeichnen Gleichspannungs-An­ schlußleitungen. Ein Lichtschalter 105 ist mit der positiven Leitung 104 verbunden.

Bei Empfang eines Signals von einem Abnormalitätsdetektor (der später beschrieben wird), wenn eine Unregelmäßigkeit in dem Lampenstromkreis auftritt, öffnet eine Stromabschaltre­ lais-Schaltung 106 einen Relaiskontakt 106a, der in der posi­ tiven Leitung 104 angeordnet ist, um die Stromver­ sorgung zu Schaltungen zu unterbrechen, die in nach­ folgenden Stufen angeordnet sind.

Eine Stromanschlußklemme 107 ist vorgesehen zum Abziehen einer Stromversorgungsspannung über eine Diode 108 bei der auf den Relaiskontakt 106a folgenden Stufe. Diese Netzan­ schlußspannung B (V) wird einer Steuerschaltung usw. zuge­ führt, welche später beschrieben wird.

Ein Gleichspannungswandler 109 ist bei der auf die Stromabschaltrelais-Schaltung 106 folgenden Stufe vorgesehen. Diese Wandlerschaltung 109 hebt die Batteriespannung an unter Kontrolle der Steuerschaltung (die später beschrieben wird).

Ein Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umformer 110 ist in der auf den Gleichspannungswandler 109 folgenden Stufe vorgese­ hen. Dieser Umformer 110 wandelt die Ausgangsgleich­ spannung der Wandlerschaltung 109 in eine sinusförmige Wechselspannung um. Eine Gegentakt-Wechselrichterschaltung kann zum Beispiel als Umformer 110 dienen.

Eine Zündschaltung 111 erzeugt einen Lampentriggerimpuls bei Empfang eines Signals von einer Zündstartschaltung (die spä­ ter beschrieben wird) bei Beginn des Zündens einer Lampe und legt das lmpulssignal an die Primärwicklung 112a des Trigger­ transformators 112 an.

Wechselspannungs-Ausgangsleitungen 113 und 113′ verbinden die Ausgangsklemmen des Umformers 110 mit Wechselspannungs-Ausgangsklemmen 114 und 114′. Die Leitung 113 ist mit einer Sekundärwicklung 112b eines Triggertrans­ formators 112 verbunden, der an der Leitung 113 vorgesehen ist, während die andere Leitung 113′ mit einem Kondensator 115 verbunden ist. Der Kondensator 115 bildet zusammen mit der Sekundärwicklung 112b eine Strombegrenzungslast, dient aber auch zur Ermittlung des Lampenstromes.

Eine Metallhalogenid-Lampe 116 mit einer Nennleistung von 35 W ist mit den Wechselspannungs-Ausgangsklemmen 114 und 114′ verbunden.

Eine Zündstartschaltung 117 ermittelt auf der Grundlage des durch den Kondensator 115 ermittelten Lampenstromes, ob die Lampe 116 eingeschaltet ist oder nicht, und liefert ein Signal zur Erzeugung eines Triggerimpulssignals an die Zünd­ schaltung 111, wenn die Lampe sich in ungezündetem Zustand befindet.

Eine Steuerschaltung 118 erzeugt einen Steuerimpuls Ps mit einem Tastverhältnis entsprechend der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 109 sowie einer über einen Stromermittlungswiderstand 120 angelegten Spannung, sendet dann das Signal Ps zum Gleichspannungswandler 109 über eine Gateansteuerschaltung 121, um die Ausgangsspan­ nung des Wandlers 109 zu steuern. Die Ausgangsspan­ nung des Wandlers 109 wird bei Beginn des Leuchtens ermittelt durch Spannungsteilungswiderstände 119 und 119′, die zwischen den Ausgängen des Wandlers 109 angeord­ net sind. Der Widerstand 120 ist mit einer Erdleitung verbun­ den, die einen der Ausgänge des Wandlers 109 und einen Eingang des Umformers 110 verbin­ det, um den Ausgangsstrom des Wandlers 109 in eine Spannung umzuwandeln.

Die Steuerschaltung 118 verändert in Reaktion auf die durch eine Zeitsteuerung 122 erhaltene Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 109 den Steuermodus auf Konstantstromsteuerung für die Lampe nach Ablauf einer Zeit­ spanne, die bestimmt wird gemäß der Abschaltzeit der Lampe, nachdem das Zünden der Lampe gestartet worden ist. Dieser Steuerungsübergang wird bewirkt, da die Startzeit länger wäre, wenn die Konstantstromsteuerung durchgeführt würde, un­ mittelbar nachdem das Leuchten der Lampe begonnen hat. Dies wird mehr im einzelnen unten beschrieben.

Ein Spannungsabfalldetektor 123 für die zugeführte Spannung sendet ein Signal zu der Steuerschaltung 118, wenn die Span­ nung an der Anschlußklemme 107 unter einen vorbestimmten Pegel abfällt, wodurch die Lampe 116 mit einer Steuerleistung unterhalb der Nennleistung gesteuert wird.

Ein Abnormalitätsdetektor 124 ermittelt eine Abnormalität des Schaltungszustandes aus der Beziehung zwischen der Ausgangs­ spannung und dem Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers 109. Bei Ermittlung einer Abnormalität sendet der Abnormalitätsdetektor ein Signal zu der Stromabschaltrelais- Schaltung 106, um die Stromzufuhr abzuschalten; Der Abnorma­ litätsdetektor 124 weist eine Niederspannungs-Rückstellschal­ tung 124a auf, welche ein Signal zu der Stromabschaltrelais- Schaltung 106 sendet, um die Lampe abzuschalten, wenn die Batteriespannung abnormal niedrig wird, um auf diese Weise das Leuchten der Lampe aufrechtzuerhalten. Wenn die Batterie­ spannung wiederhergestellt ist auf einen Pegel gleich oder über dem vorbestimmten Pegel, beginnt der Lampenzündvorgang von neuem.

Wesentliche Abschnitte der Anordnung 101 werden nachfolgend im einzelnen beschrieben.

Gleichspannungswandler

Der Gleichspannungswandler 109, der durch einen Zerhacker-Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler gebildet wird, umfaßt eine Spule 125, die mit der positiven Leitung 104 verbunden ist, einen n-Kanal-FET 126, eine Gleichrichter­ diode 127 und einen Glättungskondensator 128. Der FET 126 ist in der auf die Spule 125 folgenden Stufe angeordnet und ist an die positive Leitung 104 und die Erdleitung 104′ ange­ schlossen. Der FET 126 führt seine Schaltoperation aus in Re­ aktion auf einen Steuerimpuls Ps, der durch die Gateansteuer­ schaltung 121 von der Steuerschaltung 118 gesendet wird. Die Anode dieser Gleichrichterdiode 127 an der positiven Leitung 104 ist mit dem Drain des FET 126 verbunden. Der Glättungs­ kondensator 128 ist an die Kathode der Gleichrichterdiode 127 und die Erdleitung 104′ angeschlossen. In dem Gleichspan­ nungswandler speichert die Spule 125 Energie, wenn der FET 126 leitend wird in Reaktion auf den Steuerimpuls Ps von der Steuerschaltung 118 über die Gateansteuerschaltung 121. Wenn der FET 128 nichtleitend wird, gibt die Spule 125 die gespeicherte Energie frei mit der darauf folgenden Über­ lagerung der entsprechenden Spannung auf die Eingangsspan­ nung, wodurch die Gleichspannung angehoben wird.

Steuerbereich

Ein Spannungsdetektor 129 ermittelt die Ausgangsspan­ nung des Gleichspannungswandlers 109 über die Span­ nungsteilungswiderstände 119 und 119′, vergleicht die ermit­ telte Spannung mit einem vorbestimmten Bezugswert und gibt die Spannungsdifferenz als ein Fehlersignal aus.

Der nichtinvertierende Eingang eines Operationsverstärkers 130, der als Fehlerverstärker dient, ist zwischen den Span­ nungsteilungswiderständen 119 und 119′ angeschlossen über einen Widerstand 131, und seinem invertierenden Eingang wird eine vorbestimmte erste Bezugsspannung V₁ (V) zugeführt, die durch die Spannungsteilungswiderstände 132 und 132′ spezifiziert wird. An ein Ende des Widerstandes 132 ist eine vorbestimmte Spannung +Vcc (V) von einer (nicht gezeigten) Stromversor­ gungsschaltung angelegt.

Ein Rückkopplungswiderstand 133 ist an den Ausgang und an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 130 an­ geschlossen.

Ein Stromdetektor 134 ermittelt den Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers 109 als einen in eine Span­ nung umgewandelten Wert durch den Stromermittlungswiderstand 120, vergleicht den ermittelten Wert mit einem vorbestimmten Bezugswert und gibt die Spannungsdifferenz als ein Fehler­ signal aus.

Eine Verstärkerschaltung 135 wird gebildet durch einen Opera­ tionsverstärker 137 und einen Widerstand 136, welche in einer Gegenkopplungsanordnung verbunden sind. Der nichtinvertie­ rende Eingang des Operationsverstärkers 137 ist über einen Widerstand 138 mit einem Ende (auf der nichtgeerdeten Seite) des Widerstands 120 verbunden, und sein invertierender Ein­ gang ist über einen Widerstand 139 geerdet.

Der nichtinvertierende Eingang eines Operationsverstärkers 140, der als Fehlerverstärker dient, ist über einen Wider­ stand 141 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 137 ver­ bunden, und seinem invertierenden Eingang wird eine zweite Bezugs­ spannung V₂ (V) durch einen Bezugsspannungsgenerator 143 zugeführt.

Ein Rückführwiderstand 142 verbindet den Ausgang und den in­ vertierenden Eingang des Operationsverstärkers 140.

Der Bezugsspannungsgenerator 143 umfaßt einen Widerstand 144, einen variablen Widerstand 145 und einen Widerstand 144′, welche in Reihe geschaltet sind, sowie einen Spannungspuffer 146, welcher die Spannung zwischen dem veränderlichen Wider­ stand 145 und dem Widerstand 144′ erhält. Die Ausgangsspan­ nung des Spannungspuffers 146 wird dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 140 über einen Widerstand 147 eingegeben. An ein Ende des Widerstands 144 ist eine vor­ bestimmte Spannung +V_cc von der (nicht gezeigten) Stromver­ sorgungsschaltung angelegt.

Zeitsteuerung

Die Zeitsteuerung 122 ist vorgesehen, um einen Übergang auf Konstantleistungssteuerung sicherzustellen nach Ablauf einer Zeitspanne, die der Ausschaltzeit der Lampe entspricht, nachdem das Zünden der Lampe begonnen hat. Diese Zeitsteue­ rung 122 umfaßt eine aktive Schalteinrichtung und eine Zeitkonstantenschaltung.

Der Kollektor eines npn-Transistors 148 ist mit dem positiven Ausgang des Gleichspannungswandlers 109 verbunden, und sein Emitter ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 140 über einen Widerstand 149 verbun­ den.

Die Basis des Transistors 148 ist mit der Anode einer Diode 150 verbunden, deren Kathode durch einen Kondensator 151 geerdet ist (wobei seine elektrostatische Kapazität durch C₁₅₁ bezeichnet wird).

Ein Widerstand 152 (mit einem Widerstand R₁₅₂) ist an die Basis und den Kollektor des Transistors 148 angeschlossen, und ein Widerstand 153 (mit einem Widerstand R₁₅₂) ist an die Kathode der Diode 150 und den Kollektor des Transistors 148 angeschlossen.

PWM-Bereich

Der PWM-Bereich 154 umfaßt einen Komparator 155, welcher die Eingangsspannung mit einer Sägezahnspannung von einem Oszil­ lator 156 vergleicht. Auf der Basis des Vergleichsergebnisses erzeugt der PWM-Bereich 154 den Steuerimpuls Ps mit einem Tastverhältnis, das gemäß der Eingangsspannung bestimmt wird. Mehr im einzelnen ist der negative Eingang des Komparators 155 verbunden mit den Ausgängen der Operationsverstärker 130 und 140, und sein positiver Eingang ist mit dem Ausgang des Oszillators 156 verbunden. Das Ausgangssignal des Komparators 155 wird durch einen Puffer 157 zu der Gateansteuerschaltung 121 gesendet. Bei dem geschilderten Aufbau erzeugt der PWM- Bereich 154 den Steuerimpuls Ps mit einem Tastverhältnis ent­ sprechend der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 130 oder 140 und führt den lmpuls zurück zu dem Gate des FET 120 des Gleichspannungswandlers 109, um dadurch deren Ausgangsspannung zu steuern. Obwohl nicht gezeigt, ist auch eine Schaltung zum Spezifizieren des Maximalwertes des Tastverhältnis dieses Impulssignals vorgesehen.

Der Spannungsabfalldetektor 123 verändert eine Bezugsspannung V₂ in dem Stromdetektor 134 gemäß einer Verminderung in der Stromversorgungsspannung B, um die an die Lampe 116 angelegte Spannung zu steuern.

Der Spannungsabfalldetektor 123 umfaßt eine Zenerdiode 158 und einen Spannungspuffer 160. Die Kathode der Zenerdiode 158 ist mit einer Stromversorgungsklemme 107 verbunden, und ihre Anode ist über Widerstände 159 und 159′ geerdet. Die Ausgangsklemme des Spannungspuffers, welcher die Spannung zwischen den Widerständen 159 und 159′ erhält, ist mit der Kathode einer Diode 161 verbunden. Die Anode dieser Diode 161 ist über einen Widerstand 162 zwischen den veränderlichen Wi­ derstand 145 und den Widerstand 144′ des Bezugsspannungsgene­ rators 143 angeschlossen.

Die Niederspannungs-Rückstellschaltung 124a erhält die Strom­ versorgungsspannung von der positiven Leitung 104, um eine Verminderung der Batteriespannung zu ermitteln.

Eine Stromversorgungsklemme 163 ist über eine Diode 164 mit der positiven Leitung in der auf den Lichtschalter 105 fol­ genden Stufe verbunden.

Die Schaltung 124a umfaßt einen Widerstand 165, eine Zenerdi­ ode 168 und einen Komparator 169. Das eine Ende des Wider­ standes 165 ist mit der Stromversorgungsklemme 163 verbunden, und sein anderes Ende ist über Widerstände 166 und 167 geer­ det. Die Kathode der Zenerdiode 168, die den Widerständen 166 und 167 parallel geschaltet ist, ist zwischen den Widerstän­ den 165 und 166 angeschlossen, und ihre Anode ist geerdet. Der negative Eingang des Komparators 169 ist über einen Wi­ derstand 170 zwischen den Widerständen 166 und 167 ange­ schlossen, und seinem positiven Eingang wird eine Spannung zugeführt, die durch Spannungsteilung der an die Stromversor­ gungsklemme 163 angelegten Spannung mittels Spannungstei­ lungswiderständen 171 und 172 erhalten wird.

Das Ausgangssignal des Komparators 169 wird der Stromab­ schaltrelais-Schaltung 106 zugeführt.

Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umformer

Ein selbsterregender Gegentakt-Wechselrichter, der die entge­ gengesetzten Operationen von zwei FETs nutzt, wie in Fig. 7A gezeigt, wird als Umformer 110 ver­ wendet.

Das eine Ende einer Drosselspule 173 ist mit der positiven Ausgangsklemme des Gleichspannungswandlers 109 ver­ bunden, und ihr anderes Ende ist mit dem Mittelabgriff einer Primärwicklung 174a eines Transformators 174 verbunden.

Die Source-Anschlüsse von zwei n-Kanal-FETs 175 und 176 sind mit der Erdleitung 104′ über einen Widerstand 120 zur Stromermittlung verbunden. Das Drain des FET 175 ist mit einem Ende der Primärwicklung 174a des Transformators 174 verbunden, während das Drain des anderen FET 176 mit dem an­ deren Ende der Primärwicklung 174a verbunden ist.

Das eine Ende einer Rückkopplungswicklung 177 ist über einen Widerstand 178 mit dem Gate des FET 176 verbunden, und ihr anderes Ende ist über einen Widerstand 179 mit dem Gate des FET 175 verbunden.

Ein Kondensator 180 und Zenerdioden 181, die in entgegenge­ setzten Vorspannungsrichtungen verbunden sind, sind zwischen dem Gate und dem Source des FET 175 vorgesehen. Ein Kondensa­ tor 180′ und Zenerdioden 181′, die ebenso in entgegengesetz­ ten Vorspannungsrichtungen verbunden sind, sind zwischen dem Gate und dem Source des FET 175 vorgesehen. Die Zenerdioden 181 und 181′ sind zum Schutz gegen Stoßspannungen vorgesehen.

Konstantstromdioden 182 und 182′ dienen dazu, eine Vorspan­ nung für die FETs 175 und 176 konstant zu machen, um den Zeitablauf für die Schaltoperation zu steuern, wodurch der Leistungsverlust vermindert wird. Die Diode 182 ist zwischen das Gate des FET 175 und das Ende der Drosselspule 173 einge­ fügt, welches mit der Primärwicklung 174a des Transformators 174 verbunden ist. Die andere Diode 182′ ist zwischen dieses Ende der Drosselspule 173 und das Gate des FET 176 eingefügt.

Ein Widerstand 183 ist an das Gate und das Source des FET 175 angeschlossen. Ein Widerstand 183′ ist an das Gate und das Source des FET 176 angeschlossen.

Ein Kondensator 184 ist an die beiden Enden der Primärwick­ lung 174a des Transformators 174 angeschlossen, und ein Kon­ densator 185 ist an die beiden Enden einer Sekundärwicklung 174b angeschlossen.

ln der so aufgebauten Hochfrequenz-Boosterschaltung 110 wird die Steuerung zum Schalten der FETs 175 und 176 in den entge­ gengesetzten Richtungen durch die Rückkopplungswicklung 177 durch­ geführt, um auf diese Weise eine sinusförmige Ausgangsspan­ nung durch den Transformator 174 zu liefern.

Fig. 7B stellt die Spannungswellenformen der einzelnen Bereiche in dem Umformer 110 dar. A in der Figur zeigt die Eingangsspannung V_IN und die Spannung V₁₇₃ bei der auf die Drosselspule 173 folgenden Stufe, und B zeigt das Vorspannungspotential V_B (mit gestrichelter Linie) und das Gatepotential V_G des FET 175 (oder 176).

In der oben beschriebenen Schaltung wird die an die FETs 175 und 176 angelegte Vorspannung von der auf die Drosselspule 173 folgenden Stufe genommen, um zu verhindern, daß eine Schwankung in der Vorspannung die FETs 175 und 176 schwierig abzuschalten macht, was dazu führt, daß beide FETs gleichzei­ tig eingeschaltet werden. Solch ein Problem würde zu einem Anhalten der Schwingung und zur Beschädigung der FETs auf­ grund des resultierenden Überstromes führen.

Dies wird mehr im einzelnen beschrieben. Die an die FETs 175 und 176 anzulegende Vorspannung wird von der auf die Drossel­ spule 173 folgenden Stufe genommen durch die Konstantstromdi­ oden 182 und 182′ und die Widerstände 183 und 183′, so daß die Spannung V₁₇₃ eine Wellenform aufweist, welche eine völ­ lig gleichgerichtete sinusförmige Wellenform ist. Daher weist die Wellenform des Vorspannungspotentials V_B ein Wellental auf, das den Wellentälern der Spannung V₁₇₃ entspricht, so daß das Vorspannungspotential V_B zeitweilig abfällt, wodurch die FETs in einen AUS-Zustand versetzt werden. Diese Wirkung verhindert, daß beide FETs sich in einem EIN-Zustand befinden aufgrund einer Veränderung der Eingangsspannung V_IN, womit eine stabile Schwingung sichergestellt wird.

Zündschaltung und Zündstartschaltung Zündschaltung

Die Primärwicklung 112a und die Sekundärwicklung 112b des Triggertransformators 112 sind an ihrem einen Ende miteinan­ der verbunden, und das gemeinsame Ende ist mit einem Ausgang des Umformers 110 verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 112b ist mit der Wechselspannungs- Ausgangsklemme 114 verbunden, und das andere Ende der Primär­ wicklung 112a ist mit der Anode eines Thyristors 186 verbun­ den.

Ein Kondensator 187 und ein Widerstand 188 sind zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors 186 parallelgeschaltet.

Die Anode einer Zenerdiode 189 ist mit dem Gate des Thyri­ stors 186 über einen Widerstand 190 verbunden, und ihre Kathode ist mit der Wechselspannungs-Ausgangsleitung 113 ver­ bunden.

Das eine Ende eines Widerstandes 191 ist mit der Kathode der Zenerdiode 189 verbunden, und sein anderes Ende ist mit der Kathode des Thyristors 186 verbunden.

Ein Kondensator 192 ist parallel zu dem Widerstand 191 ange­ ordnet.

Zündstartschaltung

Die Anode einer Diode 193 ist mit der Wechselspannungs- Ausgangsklemme 114′ verbunden, und ihre Kathode ist mit der Wechselspannungs-Ausgangsleitung 113′ über einen Widerstand 194 und einen Kondensator 195 verbunden. Die Diode 193, der Widerstand 194, und der Kondensator 195 sind dem Kondensator 115 parallel geschaltet.

Eine Zenerdiode 196 ist dem Kondensator 195 parallelgeschal­ tet.

Die Basis eines npn-Transistors 197, der einen geerdeten Emitter aufweist, ist über einen Widerstand 198 mit der Kathode der Zenerdiode 196 verbunden. Ein Kondensator 199 und ein Widerstand 200 sind einander parallelgeschaltet zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 197.

Der Kollektor des Transistors 197 ist mit dem Gate eines Thyristors 202 und über einen Widerstand 201 mit der Anode des Thyristors 202 verbunden. Die Kathode des Thyristors 202 ist mit der Wechselspannungs-Ausgangsleitung 113′ verbunden, und ein Widerstand 203 und ein Kondensator 204 sind einander parallelgeschaltet zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors 202.

Die Kathode einer Diode 205 ist mit der Anode des Thyristors 202 verbunden, und ihre Anode ist über einen Widerstand 206 mit der Kathode des Thyristors 186 der Zündschaltung 111 ver­ bunden.

In der Zündstartschaltung 117 ist unmittelbar, nachdem der Lichtschalter 112 geschlossen wird und bevor die Lampe gezün­ det wird, die Klemmenspannung des Kondensators 115 Null, und der Transistor 197 ist ausgeschaltet. Der Thyristor 202 befindet sich daher im EIN-Zustand.

Dementsprechend wird der Kondensator 192 der Zündschaltung 111 allmählich geladen in einer Halbwellenperiode des Wech­ selspannungssignals des Umformers 110.

Die Klemmenspannung des Kondensators 192 wird ermittelt durch eine Schaltung, welche durch die Zenerdiode 189 und Wider­ stände 188 und 190 gebildet wird. Wenn diese Klemmenspannung ansteigt und die Zenerdiode 189 leitend gemacht wird, wird der Thyristor 186 eingeschaltet, und der Kondensator 192 wird entladen.

Die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Spannung wird durch den Triggertransformator 112 so angehoben, daß sie ein Triggerim­ puls von hohem Spannungspegel ist. Dieser Triggerimpuls wird einer sinusförmigen Spannung vom Umformer 110 überlagert, und die resultierende Spannung wird an die Lampe 116 angelegt, um sie zu zünden.

Danach wird, wenn die Lampe gezündet ist, eine Spannung eines vorbestimmten Wertes oder höher an den Kondensator 115 ange­ legt, wodurch der Transistor 197 eingeschaltet wird; Das ver­ setzt den Thyristor 202 in einen AUS-Zustand, welcher die Erzeugung des Triggerimpulses stoppt.

Da in der beschriebenen Zündstartschaltung 117 die Stromver­ sorgungsspannung (das heißt, die dem Transistor 197 und dem Thyristor 202 zuzuführende Spannung) von den Wechselspan­ nungs-Ausgangsleitungen 113 und 113′ erhalten wird, ist es möglich, die Zündschaltung 111 und die Zündstartschaltung 117 beide auf der gleichen Schaltplatte anzuordnen, und es ist überflüssig, die Stromversorgungsspannung von der Stromver­ sorgungsklemme 107 (oder der mit dieser Klemme verbundenen Stromversorgungsschaltung) zu der Zündstartschaltung 117 zu liefern, womit ein Aufbau verwirklicht wird, welcher die An­ zahl benötigter Verdrahtungsoperationen vermindert, und wel­ cher nicht leicht durch Rauschen beeinflußt wird.

Steuervorgang

Der Steuervorgang der Anordnung 101 wird nun anhand von zwei Fällen beschrieben: Im ersten Fall, in welchem der Schaltzustand nicht abnormal ist und die Lampe 116 unmittel­ bar gezündet wird, nachdem der Lichtschalter 105 eingeschal­ tet wird (nachfolgend als "die normale Zeit" bezeichnet), und dem zweiten Fall, in welchem eine Abnormalität in dem Schalt­ zustand auftritt (nachfolgend als "die abnormale Zeit" be­ zeichnet).

Fig. 9 zeigt schematisch Veränderungen der Ausgangsspannung V₀ (V) und des Ausgangsstromes I₀ (A) des Wandlers 109, dem Lampenstrom I_L (A), der Lampenspannung V_L und dem Lichtfluß L (lm) von der Lampe 116 im Zeitablauf. Der Ur­ sprung der Zeitachse t entspricht dem Zeitpunkt, in dem der Lichtschalter 195 geschlossen wird. Fig. 10 zeigt ein Dia­ gramm der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung V₀ auf der Abszisse und des Ausgangsstromes I₀ auf der Ordinate.

Normale Zeit: Zuerst wird jetzt eine Beschreibung betreffend die Umgebung zum Zeitpunkt des Kaltstarts gegeben.

In diesem Fall wird unmittelbar nach dem Schließen des Licht­ schalters 105 der Kondensator 151 der Zeitsteuerung 122 entladen, und das Emitterpotential des Transistors 148 ist niedrig. Dementsprechend wird nur die Ausgangsspannung des Verstärkers 135 an den nichtinvertierenden Eingang des Opera­ tionsverstärkers 140 in dem Ausgangsstromdetektor 134 ange­ legt.

Wie aus dem Diagramm mit durchgezogener Linie in Fig. 9 hervorgeht, ist jedoch, nachdem die Lampe gezündet ist, die Lampenspannung V_L niedrig, ebenso wie der Ausgangsstrom I₀ des Gleichspannungswandlers 109.

Anders ausgedrückt ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 135 (entsprechend dem Ausgangsstrom I₀) kleiner als die Bezugsspannung V₂ von dem Bezugsspannungsgenerator 143, so daß die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 140 ein Niedrigpegel (L-Pegel) wird.

Daher erzeugt der PWM-Bereich 154 den Steuerimpuls Ps mit einem Tastverhältnis, das durch die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 130 des Spannungsdetektors 129 spezifiziert ist, und dieser Steuerimpuls wird durch die Gateansteuerschaltung 121 zu dem FET 126 des Gleichspannungs­ wandlers 109 gegeben.

Die erste Bezugsspannung V₁ in dem Spannungsdetektor 129 wird so eingestellt, daß sie die Ausgangsspannung V₀ der Wandlerschaltung 109 hoch macht (etwa 2,5 bis 3 mal so hoch wie die in dem Normalzustand erhaltene Spannung), wodurch die Ausgangsspannung V₀ maximiert wird.

Der Punkt a in Fig. 10 zeigt den Zustand unmittelbar, nach­ dem das Zünden der Lampe beginnt. Ein Steuerbereich A_V von dem Punkt a zu dem Punkt b, zu welchem der Ausgangsstrom I₀ allmählich ansteigt, wobei die Ausgangsspannung V₀ annähernd konstant ist, befindet sich unter der Kontrolle des Spannungsdetektors 129.

Dann wird der Kondensator 151 allmählich geladen, das Emit­ terpotential des Transistor 148 nimmt zu, und das Potential des nichtinvertierenden Eingangs des Operationsverstärkers 140 nimmt zu. Wenn die Zeitkonstante zu diesem Zeitpunkt t₁ beträgt, dann gilt

t₁ = (R₁₅₂//R₁₅₃) × C₁₅₁,

worin "//" eine Parallelsummierung der Widerstände wieder­ gibt.

Wenn das Potential den Pegel entsprechend der zweiten Bezugsspannung V₂ erreicht, wird das Tastverhältnis des Steuerimpulses Ps durch die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 140 be­ stimmt.

Das heißt, da das Tastverhältnis des Steuerimpulses Ps mit einer Zunahme der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 140 abnimmt, nimmt die Ausgangsspannung V₀ ab, welche bei dem Maximum gehalten worden ist.

Ein Steuerbereich A_I von dem Punkt b zu dem Punkt d, der durch den Spitzenpunkt c des Ausgangsstromes I₀ verläuft, wird durch den Ausgangsstromdetektor 134 gesteuert.

Wenn der Kondensator 151 völlig geladen wird, wird der Tran­ sistor 148 eingeschaltet, und sein Emitterpotential stimmt nahezu überein mit der Ausgangsspannung V₀ des Gleichspan­ nungswandlers 109. Danach geht die Steuerung in den Konstantleistungs-Steuermodus über.

Da die Steuerung derart durchgeführt wird, daß die Summe der Ausgangsspannung V₀, spannungsgeteilt durch das Widerstands­ verhältnis der Widerstände 141 und 149 und das verstärkte Ausgangssignal entsprechend dem Ausgangsstrom I₀ ein konstan­ ter Wert entsprechend V₂ wird, heißt das, die Konstant­ leistungssteuerung wird verwirklicht in der Form einer linearen Annäherung, bei welcher V₀×I₀ konstant ist.

Ein Bereich A_s von dem Punkt d zu dem Punkt e in Fig. 10 ist ein Konstantleistungsbereich, wo der Lampe 116 die Nenn­ leistung zugeführt wird.

Also steigt der Lichtfluß L steil an, unmittelbar nachdem die Lampe gezündet wird, und verschiebt sich zu dem normalen Zu­ stand, nachdem es durch ein Überschwingen gegangen ist.

Nun wird die Operation zum Wiederzünden der Lampe 116 be­ schrieben, nachdem sie zeitweilig ausgeschaltet worden ist.

Während der Zeit, in der die Lampe ausgeschaltet ist, wird die in dem Kondensator 151 der Zeitsteuerung 122 ge­ speicherte Ladung allmählich entladen mit einer Zeitkonstan­ ten t₂ (=R₁₅₃×C₁₅₁). Diese Zeitkonstante t₂ wird bestimmt entsprechend der Abnahmegeschwindigkeit der Temperatur der Lampe, nachdem sie ausgeschaltet worden ist. Wenn der Licht­ schalter 105 wieder geschlossen wird, beginnt daher der Zünd­ vorgang von dem Steuerbereich entsprechend der Klemmenspan­ nung des Kondensators 151.

Das heißt, die richtige Zündsteuerung wird ausgeführt gemäß der abgelaufenen Zeit, die zum Wiederzünden der Lampe benö­ tigt wird, nachdem sie einmal ausgeschaltet worden ist.

Zum Beispiel beginnt in dem Fall, in welchem die Lampe wieder gezündet wird, nachdem einige zehn Sekunden seit dem vorheri­ gen Ausschalten der Lampe vergangen sind, das Zünden der Lampe von dem Arbeitspunkt in dem Steuerbereich A_I, und der Steuermodus geht über zu Konstantleistungssteuerung. Daher nehmen die Ausgangsspannung V₀ und der Ausgangsstrom I₀ all­ mählich ab von dem Beginn des Zündens der Lampe, wie durch entsprechende mit einem Punkt gestrichelte Linien in Fig. 9 gezeigt, und der Lichtfluß L von der Lampe steigt am Beginn steil an und wird stabil nach Durchlaufen eines Überschwin­ gens.

In dem Fall, in welchem die Lampe 116 wieder gezündet wird, nachdem sie zeitweilig für einige Sekunden ausgeschaltet wor­ den ist, ist der Glaskolben der Lampe 116 noch heiß. Wie aus den Kurven hervorgeht, wie in Fig. 9 durch die mit zwei Punkten strichlierten Linien angegeben ist, ist die Lampen­ spannung V_L unmittelbar nach dem Wiederzünden der Lampe 116 hoch, und der Ausgangsstrom I₀ der Wandlerschaltung 109 ist hoch, wodurch ein Wechsel zu Konstantleistungssteuerung be­ wirkt wird, woraufhin der Lichtfluß L bei der Nennleistung stabil wird.

Die Zeitsteuerung 122 ist vorgesehen, um die Startzeit zu verkürzen. Das heißt, wenn die Zeitsteuerung 122 nicht vorgesehen wäre und die Ausgangsspannung V₀ des Gleich­ spannungswandlers 109 direkt an den nicht-invertie­ renden Eingang des Operationsverstärkers 140 über den Widerstand 149 angelegt würde, würde die Konstantleistungssteuerung von dem Beginn des Zündens der Lampe an durchgeführt werden ohne Rücksicht auf die physikalischen Bedingungen der Lampe, so daß die Lichtemission von der Lampe nicht durch den Steuerbereich A_V oder A_I hindurch fortschreiten würde. Dies würde den Anstieg des Lichtflusses L verzögern.

Abnormale Zeit: Nun wird der Fall beschrieben, in dem die Batteriespannung vermindert ist.

Wenn die Batteriespannung gleich einem vorbestimmten Wert oder größer ist, zum Beispiel 10 Volt, wird die Ausgangsspan­ nung des Spannungspuffers 160 höher als die Eingangsspannung des Spannungspuffers 146 in dem Bezugsspannungsgenerator 143 (wobei die Diode 161 während dieser Zeit ausgeschaltet ist), so daß der Wert der Bezugsspannung V₂ durch die Widerstände 144 und 144′ und den veränderlichen Widerstand 145 bestimmt wird.

Wenn die Batteriespannung gleich oder größer als 10 Volt ist, wird jedoch die Ausgangsspannung des Spannungspuffers 160 niedriger als die Spannung von dem Bezugsspannungsgenerator 143 und die Diode 161 wird angeschaltet, wodurch die Bezugs­ spannung V₂ vermindert wird.

Daher wird eine kleinere Leistung als die Nennleistung (zum Beispiel 50 bis 75%) der Lampe 116 zugeführt entsprechend der Verminderung der Stromversorgungsspannung B. Wenn die Strom­ versorgungsspannung B weiter vermindert wird und die Batterie 102 das Zünden der Lampe nicht weiter aufrechterhalten kann, beginnt die Niederspannungs-Rückstellschaltung 124a zu wir­ ken. Anders ausgedrückt wird, wenn die Batteriespannung gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, zum Bei­ spiel 7 Volt, diese Spannung durch die Spannungsteilungswi­ derstände 171 und 172 ermittelt und wird durch den Komparator 169 mit einem gegebenen Wert verglichen. Der Komparator 169 gibt dann ein L-Pegel-Signal an die Stromabschaltrelais- Schaltung 106, um die Stromversorgung zu einer (nicht gezeig­ ten) Relaisspule abzuschalten, die mit den Gleichspannungs­ leitungen 104 und 104′ verbunden ist, woraufhin der Relais­ kontakt 106a geöffnet wird.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Batteriespannung auf 7 Volt oder darüber zurückkehrt, wird das Ausgangssignal des Komparators ein H-Pegel, und der Relaiskontakt 106a wird geschlossen, so daß der Zündvorgang wieder beginnt.

Der Abnormalitätsdetektor 124 weist eine Schaltung auf zur Ermittlung eines abnormalen Zustands, wie beispielsweise, daß die Lampe 116 aufgrund normaler Verschlechterung an dem Ende ihrer Nutzungsdauer nicht in der Lage ist, Licht zu emittie­ ren, oder daß die Ausgangsstufe des Umformers 110 ein offener Schaltkreis wird. Obwohl der Aufbau dieser Schaltung im einzelnen übergangen wird, wird in diesem Fall der abnormale Zustand aufrechterhalten, wenn nicht der Relaiskontakt 106a geöffnet wird und der Lichtschalter 105a zeitweilig geöffnet und wieder geschlossen wird.

Betrieb

Hinsichtlich der beschriebenen Anordnung 101 gibt das Klemmenpotential des Kondensators 151 in der Zeitsteue­ rung 122 den Zustand nach dem Ausschalten der Lampe an, und die Leistung kann der Lampe dementsprechend zugeführt werden. Daher ist es möglich, die Ingangsetzungszeit (oder Wiederingangsetzungszeit) abzukürzen und das Zünden der Lampe zu stabilisieren.

lnsbesondere wird zum Zeitpunkt des Kaltstarts, für welchen die Ingangsetzungszeit wesentlich ist, der Lampe übermäßige Leistung zugeführt, um den Anstieg des Lichtflusses zu bewir­ ken, indem zugelassen wird, daß die Steuerung durch den Steu­ erbereich A_V geht, der durch den Spannungsdetektor 129 gesteuert wird, nachdem das Zünden der Lampe beginnt und durch den Steuerbereich A_I, der durch den Stromdetek­ tor 134 gesteuert wird, und indem dann der Übergang zu dem normalen Zustand unter Konstantleistungssteuerung A_s zugelas­ sen wird. Diese Steuerung kann die Zündkennlinie verbessern.

Selbst wenn Umweltbedingungen sich verändern oder die Last­ charakteristik sich aufgrund des Ersatzes der Lampe oder am Ende der Nutzungsdauer der Lampe verändert, werden die Ausgangsspannung oder der Ausgangsstrom des Gleichspannungs­ wandlers 109 ermittelt, und ein Produkt dieser Werte (annähernd die Summe der Werte) wird konstant gemacht, wo­ durch eine Konstantleistungssteuerung in dem normalen Zustand der Lampe sichergestellt wird.

Eine Temperaturveränderung kann durch eine Veränderung der Umweltbedingungen hervorgerufen werden. Dies verändert die Induktivität des Triggertransformators 112 oder verändert die Induktivität des Transformators 174 im Umformer 110 oder die elektrostatischen Kapazitäten der Resonanzkondensatoren 184 und 185, wodurch die Schwin­ gungsfrequenz verändert wird.

Die beschriebene Schaltungsanordnung umfaßt also eine Zeitsteuereinrichtung zum Anlegen eines Signals entsprechend der Ausgangsspannung der Wandlerschaltung an den Stromdetektor nach Ablauf einer Zeitspanne, die einer Ausschaltzeit der Entladungslampe entspricht, und Addieren des Signals zu einem Signal, das dem Ausgangsstrom der Wandlerschaltung entspricht für den Über­ gang zur Konstantleistungssteuerung, um auf diese Weise das Additionsergebnis konstant zu machen, wodurch beim Zünden der Entladungslampe bei Start von einem kühlen Zustand die Operation der Zeitsteuereinrichtung nach Ausübung der Steue­ rung den Übergang zur Konstantleistungssteuerung unter Verwen­ dung der Nennleistung bewirkt, um so eine die Nennleistung übersteigende Leistung an den Spannungsdetektor und den Stromdetektor zu liefern.

Es geht daher zum Zeitpunkt des Kaltstarts die Steuerung, nachdem die Lichtemission durch die Steuervor­ gänge, die durch den Ausgangsspannungsdetektor und den Aus­ gangsstromdetektor spezifiziert sind, in der spezifizierten Reihenfolge fortschreitet, das heißt, der Steuervorgänge zur Zufuhr von Leistung, welche die Nennleistung übersteigt, über in den Konstantleistungssteuermodus durch die Operation der Zeitsteuereinrichtung. Zu dem Zeitpunkt, in dem die Entla­ dungslampe wieder gezündet wird, wird ferner die Ausgangs­ spannung des Gleichspannungswandlers entsprechend dem physikalischen Zustand der Lampe nach ihrer Abschaltung gesteuert, was durch die Zeitsteuereinrichtung angezeigt wird. Dementsprechend kann der Lichtfluß von der Entladungs­ lampe den stabilen Nennpegel schnell erreichen.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe für einen Fahrzeugscheinwerfer mit

• - einem Gleichspannungswandler (109), der aus einer von einer Gleichspannungsquelle (102) gelieferten Eingangsspannung eine Ausgangsspannung erzeugt, die in eine Wechselspannung umgeformt und an die Hochdruck-Entladungslampe (116) angelegt wird, und
• - einer Steuerschaltung (118) mit
  • - einem Spannungsdetektor (129), der ein Differenzsignal aus der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (109) und einen ersten Bezugswert (V1) erzeugt,
  • - einem Stromdetektor (134), der ein Differenzsignal zwischen dem Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers (109) und einem zweiten Bezugswert (V2) erzeugt, und
  • - einer Gate-Ansteuerschaltung (154, 121), die aus den vom Spannungsdetektor (129) und vom Stromdetektor gelieferten Differenzsignalen ein Steuersignal für den Transistor (126) des Gleichspannungswandlers (109) erzeugt, das die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (109) so steuert, daß nach einem Kaltstart der Hochdruck-Entladungslampe (116) deren Anlaufzeit verkürzt wird und daß am Ende der Anlaufzeit ein Übergang auf eine Konstantleistungssteuerung erfolgt,
• dadurch gekennzeichnet,
• - daß eine Zeitsteuerung (122) vorgesehen ist, die eine Zeitkonstantenschaltung (151, 152, 153) mit einer Ladezeitkonstanten und einer davon verschiedenen Entladezeitkonstanten aufweist,
• - daß die Zeitkonstantenschaltung bei eingeschalteter Anordnung mit der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (109) aufgeladen und bei ausgeschalteter Anordnung entladen wird,
• - daß eine von der Zeitkonstantenschaltung gesteuerte Schalteinrichtung (148) bei am Ende der Anlaufzeit aufgeladener Zeitkonstantenschaltung (151, 152, 153) leitend wird und die Steuerschaltung veranlaßt, die Konstantleistungssteuerung durchzuführen, und
• - daß die Steuerschaltung bei nichtleitender Schalteinrichtung (148) die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (109) so hoch macht, daß der Hochdruck-Entladungslampe während der Anlaufzeit eine die Nennleistung übersteigende Leistung zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Eingangsspannungsdetektor (123) zur Ermittlung der an die Eingangsklemme des Gleichspannungswandlers (109) angelegten Eingangsspannung und zum Ändern des zweiten Bezugswertes (V2) des Stromdetektors (134) entsprechend einer Verminderung der Eingangsspannung, so daß die Steuerschaltung (118) die der Entladungslampe (116) zugeführte Leistung aufgrund des Signals von dem Eingangsspannungsdetektor (123) niedriger als die Nennleistung macht.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Aussteuerschaltung (154, 121) ein Impulsdauer-Modulationssignal erzeugt mit einem Tastverhältnis, das den Differenzsignalen von dem Spannungsdetektor (129) und dem Stromdetektor (134) entspricht.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Zündschaltung (111), um der Entladungslampe (116) Triggerimpulse zu liefern, bis diese nach Erhalt eines Zündstartbefehls gezündet hat, einen Kondensator (115), der mit der Entladungslampe (116) in Reihe geschaltet ist, und durch eine Zündstartschaltung (117), die aufgrund einer am Kondensator (115) ermittelten Spannung entscheidet, ob die Entladungslampe (116) gezündet hat oder nicht, und an die Zündschaltung (116) ein Signal gibt, das die Erzeugung des Triggerimpulses einstellt, wenn die Entladungslampe (116) gezündet hat.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umformer (110) zur Umformung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (109) in die Wechselspannung, die die Zündschaltung (111), die Entladungslampe (116) und die Zündstartschaltung (117) speist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umformer (110) umfaßt:
eine positive und eine negative Eingangsklemme,
einen Transformator (174) mit einer Primärwicklung (174a) und einer Rückkopplungswicklung (117),
eine Drosselspule (173), die zwischen der positiven Eingangsklemme und einer Mittelanzapfung der Primärwicklung (174a) des Transformators angeordnet ist,
ein Paar aktiver Schaltelemente (175, 176), die jeweils zwischen beiden Enden der Primärwicklung (174a) des Transformators (174) und der negativen Eingangsklemme angeordnet sind, um in Gegentakt betrieben zu werden, und
eine Vorspannungsschaltung mit einer Konstantstromeinrichtung (182, 182′), die mit dem Ende der Drosselspule (173) verbunden ist, welches mit dem Transformator (174) verbunden ist, zur Lieferung einer vorbestimmten Vorspannung an die aktiven Schaltelemente (175, 176), die aufgrund eines an einer auf die Drosselspule (174) folgenden Stufe anliegenden Potentials abgeleitet ist (Fig. 7A).

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Abnormalitätsdetektor (124) zur Ermittlung einer Abnormalität des Lampenstromkreises aus einer Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom des Gleichspannungswandlers (109) und zum Abgeben eines Signals zum Abschalten der Speisespannung.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abnormalitätsdetektor (124) eine Niederspannungs-Rückstellschaltung (124a) umfaßt, um die Eingangsgleichspannung an dem Gleichspannungswandler (109) abzuschalten, wenn die Eingangsgleichspannung gleich oder niedriger als ein erster vorbestimmter Wert ist, und um zuzulassen, daß die Eingangsgleichspannung dem Gleichspannungswandler (109) wieder zugeführt wird, wenn die Eingangsgleichspannung wieder gleich oder größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Stromunterbrechungsschaltung (106) zum Zulassen und Sperren der Zufuhr der Eingangsgleichspannung zu dem Gleichspannungswandler (109), wobei die Stromunterbrechungsschaltung einen Relaisschalter (106) zum Abschalten der Eingangsgleichspannung zu dem Gleichspannungswandler (109) bei Empfang eines Signals von der Niederspannungs-Rückstellschaltung (124a) umfaßt, das erzeugt wird, wenn die Eingangsgleichspannung auf oder unter den ersten vorbestimmten Wert abfällt.