DE4400412A1 - Beleuchtungsvorrichtung mit einer Entladungslampe für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Be­ leuchtungsvorrichtung einer Metallhalogenlampe die als neue Lichtquelle für ein Fahrzeug Verwendung fin­ det und bezieht sich insbesondere auf eine Beleuch­ tungsvorrichtung für eine Entladungslampe, mit der die Verlängerung der Lebensdauer der Metallhalogen­ lampe erwartet werden kann.

Auf dem Gebiet von Kraftfahrzeugen ist die Anforde­ rung für Individualität, Sicherheit oder Anpassung an die Umwelt hoch. Um solche Forderung zu erfüllen, wurden Entwürfe des Fahrzeugkörpers in einem hoch in­ dividuellen Stil und Verbesserungen der Fahrzeug- und Fahrsicherheit durchgeführt. Beispielsweise wurde bei Scheinwerfern anstelle der Glühlampen verstärkt die Anwendung von Wolfram eingesetzt. Weiterhin wurde, um die Lichtqualität der Scheinwerfer zu verbessern und um gleichzeitig die Forderung hinsichtlich der Stil­ frage zu erfüllen, die Anwendung einer Metallhalogen­ lampe untersucht.

Eine Metallhalogenlampe ist eine Art Hochintensitäts­ lampe (HID). Da die Metallhalogenlampe im Vergleich mit anderen künstlichen Lichtquellen nahe am Sonnen­ lichtspektrum (gute Farbwiedergabe) liegt und darüber hinaus als Licht verbrauchte elektrische Energie ef­ fizient erzeugen kann (guten Lichtquellenwirkungs­ grad), wird sie als Elementarlampe (ultimate lamp) bezeichnet.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus der Metallhalogenlampe. Die Metallhalogenlampe 100 weist ein Quarzrohr 101 auf, das an beiden Enden dicht abgeschlossen ist und in dem in seiner Mitte ein lichtemittierendes Rohr 102 eingeschlossen ist. Das lichtemittierende Rohr 102 ist mit Wolframelek­ troden 103a, 103b versehen, die über Molybdänblätter 104a, 104b mit externen Leitungen 105a, 105b verbun­ den sind. Metalljodide 106 von verschiedenen Metall­ sorten, wie Natrium, Scandium, das mit Jod reagiert, Startgas (z. B. Xenon) 107 und Quecksilber 108 sind in dem lichtemittierenden Rohr 102 eingeschlossen.

Die Lichtemission der Metallhalogenlampe wird wie folgt ausgeführt. Zuerst tritt eine Startentladung durch das Startgas 107 auf. Wenn dann der Innenraum des lichtemittierenden Rohrs eine hohe Temperatur und einen Druck erreicht, tritt eine Bogenerzeugung auf­ grund des Startgases 107 auf. Das Metalljodid ver­ dampft und vergast und tritt in den Bogen ein und wird dann in Metallionen und Halogenionen getrennt. Das heißt, der Zustand tritt auf, bei dem Strom über­ tragen wird. Bald erhält die Temperatur im mittleren Bereich des Bogens ungefähr 4500 K und die Metallio­ nen emittieren in dem Bogen starkes Licht. Zur glei­ chen Zeit wird an einer Stelle, an dem der Bogen nicht erzeugt wird, Metall und Halogen rekombiniert in Metalljodid 106. Die Ionisierung und Rekombination werden wie oben beschrieben wiederholt, wodurch star­ kes Licht mit dem Eigenspektrum der Metallatome fort­ laufend emittiert wird. Eine derartige Beleuchtungs­ vorrichtung für Fahrzeuge unter Verwendung einer Me­ tallhalogenlampe ist beispielsweise in der japani­ schen Offenlegungsschrift Nr. 8299/1991 offenbart.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels ei­ ner Beleuchtungsvorrichtung mit einer Hochspannungs­ entladungslampe für Fahrzeuge nach dem Stand der Technik. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Batterie, 16 einen Gleichstromhochstufungskreis mit einem Eingangsanschluß, der über einen Licht­ schalter 15 fit der Batterie 1 verbunden ist und 17 bezeichnet einen Hochfrequenz-Hochstufungskreis, der an der Ausgangsseite des Gleichstromhochstufungskrei­ ses 16 vorgesehen ist, um die Batteriespannung in eine Sinuswechselspannung umzuwandeln. Beispielsweise wird ein Gegentaktinverterkreis als Hochfrequenz- Hochstufungskreis 17 verwendet. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine strombegrenzende Last und einen Zünd­ kreis und eine Entladungslampe 9 ist mit dem Aus­ gangsende des Kreises 18 verbunden.

Bezugszeichen 19 bezeichnet einen Zündstartkreis zum Aussenden von Startsignalen an die strombegrenzende Last und den Zündkreis 16 und 20 bezeichnet einen Steuerkreis. Die Bezugszeichen 21, 22 bezeichnen Wi­ derstände, die zur Spannungsteilung zwischen den Aus­ gangsanschlüssen des Gleichstromhochstufungskreises 16 vorgesehen sind, das Bezugszeichen 23 bezeichnet einen veränderlichen Widerstand, der zwischen den Widerständen 21, 22 vorgesehen ist und Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Abtastwiderstand, der in einer den Gleichstromhochstufungskreis 16 und die Hochfre­ quenz-Hochstufungskreis 17 verbindenden Verbindungs­ leitung vorgesehen ist.

Der Steuerkreis 20 erzeugt ein Impulssignal mit einem Tastverhältnis abhängig zu der Ausgangsspannung des Gleichstromhochstufungskreises 16, die über die Wi­ derstände 21, 22 und den veränderlichen Widerstand 23 sowie durch die Spannung von dem Abtastwiderstand 24 gegeben ist. Dann wird das Impulssignal an den Gleichstrom-Hochstufungskreis 16 gegeben und die Aus­ gangsspannung des Gleichstrom-Hochstufungskreises 16 wird gesteuert.

Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Wenn der Lichtschalter 15 eingeschaltet wird, wird ein Startimpuls durch ein von dem Zündstartkreis 19 an die strombegrenzende Last und Zündkreis 18 gesandtes Signal erzeugt. Der Startimpuls wird an die erste und zweite Elektrode 9a, 9b der Entladungslampe 9 ange­ legt. Die Steuerung der Hochtransformierung oder Hochstufung der Batteriespannung wird zu jeder Zeit durch Steuerkreis 20 durchgeführt und die Lampe wird schließlich in den stabilen Zustand überführt.

Da die Beleuchtungsvorrichtung für eine Hochdruckent­ ladungslampe für Fahrzeuge nach dem Stand der Technik wie oben beschrieben ist folgt, beispielsweise, wenn der Hochfrequenzhochstufungskreis 17 ein Gegentaktin­ verter ist, daß die Entladungslampe 9 bei Plus- oder Minus-Potential, wie in Fig. 3 gezeigt wird, leuch­ tet.

Wenn die Entladungslampe 9 leuchtet werden die Me­ tallatome in dem lichtemittierenden Rohr der Entla­ dungslampe 9 in Ionen mit einer positiven Ladung io­ nisiert. Wenn die Umgebung des lichtemittierenden Rohrs auf einem niedrigeren Potential als dasjenige der positiven Ladung ist, werden die Metallione zum Quarz (SiO₂) des lichtemittierenden Rohrs gezogen. Die meisten der verschiedenen Metallione werden durch die Sperre des Quarzglases gehemmt. Allerdings rea­ gieren Natriumionen (Na⁺) mit Quarz, daher dringen die Natriumionen in das Quarzglas ein und gehen schließlich durch das Glas hindurch. Dies ist ein Phänomen, das als sogenannter Na-Verlust bekannt ist.

Wenn folglich die Umgebung der Entladungslampe 9 bei einem niedrigeren Potential als das mittlere Beleuch­ tungspotential liegt, wird aufgrund des Na-Verlustes das Natriumspektrum (589 nm) stufenweise aus dem durch die Entladungslampe emittierte Lichtspektrum entfernt. Daher wird die rote Farbe aus der Farbe des emittierten Lichtes fahl. Die Metallhalogenlampe hat ursprünglich eine ausgezeichnete Farbwiedergabe. Es besteht allerdings das Problem, daß diese Eigenschaft aufgrund des Na-Verlustes merkbar verschlechtert wird und die Lebensdauer der Entladungslampe 9 wird extrem kurz.

Insbesondere, wenn eine Halterung und ihre Umgebung mit Masse verbunden wird, wie in einer Beleuchtungs­ vorrichtung mit Hochdrucklampen für Fahrzeuge, ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der oben er­ wähnten Probleme sehr hoch. Allerdings wurde dieses Problem bzw. dieser Nachteil nie berücksichtigt.

Der Nachteil tritt nicht nur im Falle der Verwendung des Hochfrequenz-Hochstufungskreises 17 mit einem Gegentaktinverter auf, sondern auch im Falle der Ver­ wendung des Hochfrequenz-Hochstufungskreises 17 mit einer Halbbrücke, einer Vollbrücke oder dergleichen.

Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Be­ leuchtungsvorrichtung mit einer Entladungslampe für ein Fahrzeug zu schaffen, bei dem die Verschlechte­ rung der Lebensdauer der Entladungslampe aufgrund des Na-Verlustes unterdrückt werden kann, wobei die Si­ cherheit gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

In einer Beleuchtungsvorrichtung für Fahrzeuge mit einer Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung wird das mittlere Beleuchtungspotential der Entla­ dungslampe niedriger gemacht als das Potential der die Entladungslampe umgebenden Halterung. Beispiels­ weise wird ein Inverterkreis am Ausgangsende eines Polaritätsinversions-Hochstufungskreises vorgesehen, in dem die Spannung der Batterie in der Polarität invertiert wird und hochtransformiert wird und das Ausgangsende des Inverterkreises wird mit der Entla­ dungslampe verbunden und das Elektrodenpotential in der Entladungslampe wird niedriger gemacht als das der Halterung, die geerdet ist, oder das der Umgebung der Halterung. Das Ausgangsende des Hochstufungskrei­ ses zum Hochtransformieren der Spannung der Batterie kann auch mit der Halterung oder Umgebung der Haltung verbunden sein, wodurch das Elektrodenpotential in der Entladungslampe niedriger gemacht wird als das Potential der Halterung oder der Umgebung der Halte­ rung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Auf­ baus einer Metallhalogenlampe,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Beleuch­ tungsvorrichtung mit Entladungslampe nach dem Stand der Technik,

Fig. 3 eine Kennlinie der Wellenform einer an die Entladungslampe nach dem Stand der Technik angelegten Spannung,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Beleuchtungsvor­ richtung mit Entladungslampe für ein Fahrzeug nach dem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung,

Fig. 5 die Kennlinie der Wellenform in der Beleuchtungsvorrichtung nach Fig. 4 bei dem Startentladungszustand,

Fig. 6 eine Wellenformkennlinie des Steuermu­ sters der Beleuchtungsvorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 7 eine Signalwellenformkennlinie in je­ dem Teil eines Schaltkreises der Be­ leuchtungsvorrichtung nach Fig. 4,

Fig. 8 eine Schaltung einer Beleuchtungsvor­ richtung mit Entladungslampe für ein Fahrzeug nach einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 eine Wellenformkennlinie in der Be­ leuchtungsvorrichtung nach Fig. 8 beim Startentladungszustand,

Fig. 10 eine Wellenformkennlinie des Steuermu­ sters in der Beleuchtungsvorrichtung nach Fig. 8, und

Fig. 11 eine Signalwellenformkennlinie in je­ dem Teil des Kreises in der Beleuch­ tungsvorrichtung nach Fig. 8.

Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert. In Fig. 4 bezeichnen die Bezugszeichen 1 eine Batterie, 2 einen Polaritätsinversion-Hochstufungskreis (im folgenden als "Inversions-Hochstufungskreis" bezeich­ net), der aus einem Schaltelement 2a, eine Spule 2b, einer Diode 2c und einem Kondensator 2d besteht. Ein Steuerkreis 3 ist mit drei Ausgangsanschlüssen und zwei Eingangsanschlüssen versehen. Das Schaltelement 2a ist im Ausführungsbeispiel als FET (Feldeffekt­ transistor) ausgebildet.

Der Drain-Anschluß des Schaltelementes 2a, der den Eingangsanschluß des Inversions-Hochstufungskreises 2 bildet, ist mit der Batterie verbunden. Der Source- Anschluß des Schaltelementes 2a ist mit der Kathode der Diode 2c und einem Anschluß der Spule 2b verbun­ den. Der Gate-Anschluß ist mit dem ersten Ausgangs­ anschluß des Steuerkreises 3 verbunden. Der Anoden­ anschluß der Diode 2c wird der Ausgang des Inver­ sions-Hochstufungskreises 2 und ist mit einem An­ schluß des Kondensators 2d verbunden. Der andere An­ schluß des Kondensators 2d ist zusammen mit dem ande­ ren Anschluß der Spule 2b an den Masseanschluß der Batterie 1 angeschlossen.

Ein Vollbrückeninverter 5 wird durch die Schaltele­ mente 5a-5d gebildet und die Source-Anschlüsse der Schaltelemente 5a und 5b sind mit dem Ausgangsan­ schluß des Inversions-Hochstufungskreises 2 verbun­ den. Die Drain-Anschlüsse der Schaltelemente 5a und 5b sind jeweils an die Source-Elektroden der Schalt­ elemente 5c und 5d angeschlossen.

Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Stromerfassungs­ widerstand und ein Anschluß des Widerstandes 6 ist mit den Drain-Anschlüssen der Schaltelemente 5c und 5d und gleichfalls mit dem zweiten Eingangsanschluß des Steuerkreises 3 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstandes 6 ist geerdet.

Ein Treiber schaltet die Schaltelemente 5a-5d ein oder aus, um den Vollbrückeninverter 5 zu bilden und weist zwei Ausgangsanschlüsse und ein Eingangsan­ schluß auf. Der erste Ausgangsanschluß des Treibers 7 ist mit den Gate-Anschlüssen der Schaltelemente 5a und 5d verbunden und der zweite Ausgangsanschluß ist an die Gateanschlüsse der Schaltelemente 5b und 5c angeschlossen. Von diesen Ausgangsanschlüssen wird jedes mit einer Periode (Randperiode) versehenes Si­ gnal abgegeben, wobei die Schaltelemente 5a, 5d und die Schaltelemente 5b, 5c nicht simultan bei dersel­ ben Frequenz und den entgegenliegenden Phasen einge­ schaltet werden. Auch der Eingangsanschluß des Trei­ bers 7 ist mit dem zweiten Ausgangsanschluß des Steu­ erkreises 3 verbunden.

Ein Startentladungskreis 8 umfaßt einen Transformator 8a und einen Hochspannungsimpulsgenerator 8b. Der Primäranschluß des Transformators 8a ist mit dem Hochspannungsimpulsgenerator 8b verbunden. Ein An­ schluß an der Sekundärseite des Transformators 8a ist mit dem Drain-Anschluß des Schaltelementes 5b und der andere Anschluß ist mit einem Anschluß einer Entla­ dungslampe 9 verbunden. Der andere Anschluß der Entla­ dungslampe 9 ist mit dem Drain-Anschluß des Schalt­ elementes 5a verbunden. Auch der Hochspannungsimpuls­ generator 8b ist an den dritten Ausgangsanschluß des Steuerkreises 3 angeschlossen.

Die Entladungslampe 9 ist mit einer ersten Elektrode 9a und einer zweiten Elektrode 9b in dem lichtemit­ tierenden Rohr versehen. Eine die Entladungslampe 9 umfassende Halterung 10 ist über einen Erdanschluß 21 geerdet.

Die Betriebsweise wird wie folgt beschrieben. Wenn entsprechend Fig. 1 der Beleuchtungsschalter (nicht dargestellt) eingeschaltet wird, wird die Spannung der Batterie dem Inversions-Hochstufungskreis 2 zu­ geführt und zur gleichen Zeit beginnt der Steuerkreis 3 seinen Betrieb. Der Steuerkreis 3 liefert ein Im­ pulssignal mit der Frequenz f und einer Tastvariablen von dem ersten Ausgangsanschluß an das Schaltelement 2a und sendet gleichfalls ein Signal von dem zweiten Ausgangsanschluß an den Treiber 7. Der Treiber schal­ tet unter Verwendung dieses Signals die Schaltelemen­ te 5a, 5d ein.

Während des EIN-Zustandes der Schaltelemente 2a wird eine Stromschleife über die Batterie 1, das Schalt­ element 2a, die Spule 2b gebildet und die elektroma­ gnetische Energie durch den über diese Schleife flie­ ßenden Strom wird in der Spule 2b gespeichert.

Während des AUS-Zustandes des Schaltelementes 2a wird eine Schleife über die Spule 2b, die Diode 2c, den Kondensator 2d gebildet. Daher wird die während des EIN-Zustandes in der Spule 2b gespeicherte elektroma­ gnetische Energie über die Diode 2c in den Kondensa­ tor 2d entladen. Das heißt, die elektromagnetische Energie wird in eine elektrostatische Energie umge­ wandelt und in dem Kondensator 2d gespeichert. Folg­ lich erscheint am Anschlußpunkt ª eine minus- und negative Spannung. In diesem Fall ist die negative Spannung Va.

Da das Schaltelement 2a die EIN/AUS-Zustände bei der Frequenz f wiederholt, steigt der absolute Wert der Spannung Va an dem Anschlußpunkt ª stufenweise. Al­ lerdings ist das Vorzeichen von Va negativ. Die Span­ nung Va wird durch die Widerstände 4a, 4b in dem Spannungsteiler 4 geteilt und wird an dem Punkt b, der der Verbindungspunkt zwischen den zwei Widerstän­ den ist, abgetastet. Die abgetastete Spannung wird dem ersten Eingangsanschluß des Steuerkreises 3 zu­ geführt. Auf der Grundlage der an dem ersten Ein­ gangsanschluß eingegebenen Spannung überwacht der Steuerkreis 3, ob die Spannung Va den vorbeschriebe­ nen Wert, beispielsweise -400 V erreicht oder nicht. Wenn die Spannung Va den vorbestimmten Wert erreicht, wird das Impulssignal (Frequenz f) mit dem Tastver­ hältnis zum Einhalten des vorgegebenen Wertes weiter­ hin an den Gate-Anschluß des Schaltelementes 2a gege­ ben. Daher wird das Ausgangssignal des Inversions- Hochstufungskreises 2 auf einem vorbestimmten Wert gehalten.

Da die Schaltelemente 5a, 5d dann eingeschaltet wer­ den, wird die Spannung Va über die Entladungslampe 9 angelegt. Das heißt, die erste Elektrode 9a der Ent­ ladungslampe 9 liegt an der Spannung Va und die zwei­ te Elektrode 9b hat Massepotential.

Der Steuerkreis 3 sendet ein Startsignal von dem dritten Ausgangsanschluß an den Hochspannungs-Impuls­ generator 8b nach einer Zeit t₁, nachdem die Spannung Va den vorbestimmten Wert erreicht hat. Beim Empfan­ gen des Startsignals führt der Hochspannungs-Impuls­ generator 8b der Entladungslampe 9 über den Transfor­ mator 8a einen Hochspannungsimpuls zu.

Der Hochspannungsimpuls wird der Entladungslampe 9 zugeführt, wodurch zwischen der ersten Elektrode 9a und der zweiten Elektrode 9b der Entladungslampe 9 ein Durchbruch der Isolation auftritt und in der Ent­ ladungslampe 9 eine Entladung auftritt. Folglich fließt ein Strom durch die Entladungslampe 9, wobei die Spannung der ersten Elektrode 9a der Entladungs­ lampe 9, d. h. die Spannung Va schnell von dem vorbe­ stimmten Wert aussteigt und die Spannung der zweiten Elektrode 9b wird eine Spannung, die sich aus dem durch die Entladungslampe 9 fließenden Strom multi­ pliziert mit dem Wert des Stromerfassungswiderstandes 6 ergibt.

Der Bereich des durch die Entladungslampe fließenden Stroms ist einige hundert mA bis ungefähr 3 A. Der Widerstandswert des Stromerfassungswiderstandes wird auf ungefähr 1 Ω festgelegt. Daher liegt die Spannung der zweiten Elektrode 9b in einem Bereich von einigen hundert mV bis einigen V, in bezug auf Massepotenti­ al. Folglich kann die Spannung Va ungefähr als Span­ nung über die Entladungslampe 9 angesehen werden.

Fig. 5 zeigt die Veränderung der Spannung der ersten Elektrode 9a in bezug auf die zweite Elektrode 9b bei Beginn des Entladungszustandes. Die Veränderung der Spannung Va wird von dem Spannungserfassungswider­ stand 4 abgetastet und an den Steuerkreis 3 gesandt. Durch den schnellen Anstieg der Spannung Va erfaßt der Steuerkreis 9 den Erfolg der beginnenden Entla­ dung. Für den Zeitpunkt t₂ von der Erfassungszeit an hält der Steuerkreis 3 die Schaltelemente 5a, 5d ein­ geschaltet, ähnlich zu der Startentladungszeit. Da daher die Gleichspannung der Entladungslampe 9 zuge­ führt wird, wird der Entladungszustand der Entla­ dungslampe 9 stabilisiert.

Dann sendet der Steuerkreis 3 ein Signal der Frequenz f₂ und ungefähr 50% Tastverhältnis von dem zweiten Ausgangsanschluß an den Treiber 7. Der Treiber 7 ad­ diert die Randperiode (Totzeit) von ungefähr einigen µ sec zu diesem Signal und sendet ein Signal, das die EIN/AUS-Schaltvorgänge der Schaltelemente 5b, 5c und alternativ der Schaltelemente 5a, 5d durchführt.

Obwohl durch die Schaltelemente 5a-5d beim Schalt­ zustand ein Verlust auftritt, wird der Entladungslam­ pe 9 eine Wechselspannung mit einem Spannungswert zwischen null und Spitzenwert von ungefähr |Va| zu­ geführt. Der Steuerkreis 3 legt den durch die Entla­ dungslampe 9 fließenden Strom aus der durch den Span­ nungserfassungswiderstand abgetastete Spannung Va entsprechend dem vorbestimmten Spannungs-Strommuster nach Fig. 6 fest. Als Antwort auf das festgelegte Stromverhältnis wird das Tastverhältnis für den EIN/ AUS-Betrieb des Schaltelementes 2a variiert. Durch diese Rückwärtssteuerung wird die Entladungslampe 9 schnell in den stabilen Beleuchtungszustand gebracht.

Zusätzlich erfüllt das vorbestimmte Spannungs-Strom­ muster die Nennwerte der Entladungslampe für Fahrzeu­ ge, beispielsweise den maximalen Strom von 2,6 A, die maximale Leistung von 75 W und die stabile Beleuch­ tungsleistung von 35 W. Die in Fig. 6 gezeigte Span­ nung Vb ist die Spannung der Entladungslampe 9 beim stabilen Beleuchtungszustand.

Fig. 7 zeigt das Potential jeder Elektrode der Entla­ dungslampe 9 in bezug auf das Erdpotential. Wenn zu­ erst die Schaltelemente 5a, 5d eingeschaltet werden und die Schaltelemente 5b, 5c ausgeschaltet sind, ist die Spannung der ersten Elektrode 9a der Entladungs­ lampe die Spannung Va (das Zeichen ist minus). Wenn die Schaltelemente 5a, 5d ausgeschaltet sind und die Schaltelemente 5b, 5c eingeschaltet sind, ist die Spannung der ersten Elektrode 9a nahe dem Erdpotenti­ al, obwohl ein Spannungsabfall aufgrund des Stromer­ fassungswiderstandes 6 auftritt.

Auf der anderen Seite ist die der zweite Elektrode zugeführten Spannung ungefähr Erdpotential, wenn die Schaltelemente 5a, 5d eingeschaltet und die Schalt­ elemente 5b, 5c ausgeschaltet sind. Die Spannung der zweiten Elektrode wird zur Spannung Va (Zeichen ist minus), wenn die Schaltelemente 5a, 5d ausgeschaltet und die Schaltelemente 5b, 5c eingeschaltet sind. Das Potential der die Entladungslampe umfassende Halte­ rung 10 ist Erdpotential. Sowohl die erste Elektrode 9a als auch die zweite Elektrode 9b der Entladungs­ lampe 9 haben Erdpotential oder weniger, woraus folgt, daß die Entladungslampe 9 immer beim mittleren Beleuchtungspotential weniger als das Potential der Halterung 10 leuchtet. Das heißt, da das Umgebungs­ potential der Entladungslampe 9 höher als das mitt­ lere Beleuchtungspotential wird, kann das Phänomen des Na-Verlustes unterdrückt werden. Folglich wird die Lebensdauer der Entladungslampe durch eine ein­ fache Änderung des Schaltaufbaus dahingehend, daß der Polaritätsinversion-Hochstufungskreis 2 anstelle des üblichen Gleichstrom-Hochstufungskreises 16 vorgese­ hen wird, verlängert.

Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 wie folgt beschrieben. In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Batterie und Bezugszeichen 11 einen Gleichstrom- Hochstufungskreis, der von einem Schaltelement 11a, einer Spule 11b, einer Diode 11c und einem Kondensa­ tor 11d gebildet wird. Ein Steuerkreis 12 ist mit drei Ausgangsanschlüssen und zwei Eingangsanschlüssen versehen.

Ein Anschluß der Spule 11b, der ein Eingangsanschluß des Hochstufungskreises 11 bildet, ist mit der Batterie 1 verbunden. Der Drain-Anschluß des Schaltelemen­ tes 11a und die Anode der Diode 11c sind mit dem an­ deren Anschluß der Spule 11b verbunden. Der Gate-An­ schluß des Schaltelementes 11a ist mit dem ersten Ausgangsanschluß des Steuerkreises 12 verbunden. Die Kathode der Diode 11c wird Ausgang des Gleichstrom- Hochstufungskreises 11 und ist mit einem Anschluß des Kondensators 11d verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators 11d ist zusammen mit dem Source-Anschluß des Schaltelementes 11a mit dem Erdanschluß der Bat­ terie 1 verbunden.

Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Spannungserfassungs­ widerstand, der durch die Widerstände 4a und 4b ge­ bildet wird und ein Anschluß des Widerstandes 4a ist mit dem Ausgangsanschluß des Hochstufungskreises 11 verbunden. Der andere Anschluß des Widerstandes 4a ist mit einem Anschluß des Widerstandes 4b verbunden und auch an den ersten Eingangsanschluß des Steuer­ kreises 12 angeschlossen. Der andere Anschluß des Widerstandes 4b ist geerdet.

Ein Vollbrückeninverter 5 wird durch die Schaltele­ mente 5a-5d gebildet. Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Stromerfassungswiderstand und ein Anschluß des Widerstandes 6 ist mit den Source-Anschlüssen der Schaltelemente 5c und 5d sowie mit dem zweiten Ein­ gangsanschluß des Steuerkreises 12 verbunden und der andere Anschluß ist geerdet. Ein Treiber 7 schaltet die Schaltelemente 5a-5d zur Bildung des Vollbrüc­ keninverters 5 ein und aus.

Von jedem Ausgangsanschluß des Treibers 7 wird ein Signal abgegeben, das mit einem als Totzeit genannten Zeitraum versehen ist, in dem die Schaltelemente 5a, 5d und die Schaltelemente 5b, 5c nicht gleichzeitig bei derselben Frequenz und entgegenstehender Phase eingeschaltet werden. Der Eingangsanschluß des Trei­ bers 7 ist auch mit dem zweiten Ausgangsanschluß des Steuerkreises 12 verbunden. Ein Startentladungskreis 8 umfaßt einen Transformator 8a und einen Hochspan­ nungs-Impulsgenerator 8b.

Die Entladungslampe 9 ist mit einer ersten Elektrode 9a und einer zweiten Elektrode 9b in einer Entla­ dungsröhre versehen und wird von einer Halterung 10 (lighting tool) umschlossen. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen Widerstand als Strombegrenzungsele­ ment von einigen MΩ. Hier ist die Halterung 10 über den Widerstand 14 mit dem Ausgang des Gleichstrom- Hochstufungskreises 11 an der plus-Seite durch eine Verbindungsleitung 22 verbunden.

Die Betriebsweise wird wie folgt beschrieben. Wenn entsprechend Fig. 8 ein Beleuchtungsschalter (nicht dargestellt) eingeschaltet wird, wird die Batterie­ spannung 1 dem Hochstufungskreis 11 zugeführt und zur gleichen Zeit beginnt der Steuerkreis 12 mit seinem Betrieb. Der Steuerkreis 12 liefert ein Impulssignal mit der Frequenz f und einem variablen Tastverhältnis von dem ersten Ausgangsanschluß an das Schaltelement 11a und sendet gleichfalls ein Signal vom zweiten Ausgangsanschluß an den Treiber 7. Unter Verwendung dieses Signals schaltet der Treiber 7 die Schaltele­ mente 5a, 5d ein.

Während des EIN-Zustandes des Schaltelementes 11a wird eine Schleife über die Batterie 1, das Schalt­ element 11a, die Spule 11b gebildet und ein Strom fließt durch die Spule 11b in dieser Schleife und die elektromagnetische Energie wird in der Spule 11b ge­ speichert.

Während des AUS-Zustandes des Schaltelementes 11a wird eine Schleife über die Batterie 1, die Spule 11b, die Diode 11c, den Kondensator 11d gebildet und die in der Spule 11b während des Einschaltzustandes gespeicherte elektromagnetische Energie wird über die Diode 11c in den Kondensator 11d entladen. Das heißt, die elektromagnetische Energie wird in eine elektro­ statische Energie umgewandelt und in dem Kondensator 11d gespeichert. Folglich wird die der Kondensator­ spannung entsprechende Spannung der Spannung der Bat­ terie 1 überlagert und erscheint am Punkt ª.

Da die EIN/AUS-Schaltoperation bei der Frequenz f wiederholt wird, steigt die Spannung am Punkt ª stu­ fenweise. Wenn die an dem Punkt ª erzeugte Spannung zu Va wird, wird die Spannung Va durch die Widerstän­ de 4a, 4b des Spannungsteilers 4 geteilt. Die Span­ nung an dem den Verbindungspunkt zwischen den Wider­ ständen 4a, 4b bildenden Punkt b wird dem ersten Ein­ gangsanschluß des Steuerkreises 12 zugeführt.

Wenn der Steuerkreis 12 feststellt, daß die Spannung Va einen vorbestimmten Wert erreicht, beispielsweise 400 V, wird das Impulssignal (Frequenz f) des Tast­ verhältnisses weiterhin von dem ersten Ausgangsan­ schluß an das Schaltelement 11a ausgegeben, um den vorbestimmten Wert zu halten. Daher wird die Aus­ gangsspannung des Gleichstrom-Hochstufungskreises 11 auf einem vorbestimmten Wert gehalten.

Da die Schaltelemente 11a, 11d dann eingeschaltet werden, wird ungefähr die Spannung Va über die Entladungslampe 9 angelegt, obwohl ein Verlust der Schalt­ elemente im Schaltzustand auftritt. Das heißt, die erste Elektrode 9a der Entladungslampe 9 liegt an der Spannung Va und die zweite Elektrode 9b liegt auf Erdpotential. Da darüber hinaus das Ausgangsende des Gleichstrom-Hochstufungskreises 11 über den Wider­ stand 14 mit der Halterung 10 verbunden ist, besteht, selbst wenn die Halterung 10 nicht geerdet ist, keine Gefahr eines elektrischen Schlages.

Der Steuerkreis 12 sendet ein Startsignal von dem dritten Ausgangsanschluß an den Hochspannungs-Impuls­ generator 8b nach einer Zeit t₁, nachdem die Spannung Va den vorbestimmten Wert erreicht hat. Bei Empfang des Startsignals liefert der Hochspannungs-Impulsge­ nerator 8b Hochspannungsimpulse an die Entladungslam­ pe 9 über den Transformator 8a. Der Hochspannungsim­ puls wird der Entladungslampe 9 zugeführt, wodurch ein Isolationsdurchbruch zwischen der ersten Elektro­ de 9a und der zweiten Elektrode 9b auftritt und die Entladungslampe 9 beginnt die Startentladung. Folg­ lich fließt ein Strom durch die Entladungslampe 9.

Darauffällt die Spannung Va der ersten Elektrode 9a der Entladungslampe 9 schnell von dem vorbestimmten Wert ab und die Spannung an der zweiten Elektrode 9b wird eine Spannung, die dem durch die Entladungslampe 9 fließenden Strom multipliziert mit dem Widerstands­ wert des Stromerfassungswiderstandes 6 entspricht.

Der Bereich des durch die Entladungslampe 9 fließen­ den Stroms liegt zwischen einigen hundert mA und un­ gefähr 3 A. Der Widerstandswert des Stromerfassungs­ widerstandes ist auf ungefähr 1 Ω festgelegt. Daher weist die Spannung an der zweiten Elektrode 9b einen Bereich von einigen hundert mV bis einigen V in bezug auf Erdpotential auf. Folglich kann die Spannung Va ungefähr als Spannung über die Entladungslampe 9 be­ trachtet werden.

Fig. 9 zeigt die Veränderung der Spannung über die Entladungslampe bei dem Startentladungszustand. Die Änderung der Spannung Va wird durch den Spannungser­ fassungswiderstand 4 erfaßt und an den Steuerkreis 12 geliefert. Durch den schnellen Anstieg der Spannung Va erfaßt der Steuerkreis 12 den Erfolg der Startent­ ladung. Für die Zeit t₂ von der Erfassungszeit setzt der Steuerkreis 12 das Einschalten der Schaltelemente 5a, 5d fort, ähnlich zu der Startentladungszeit. Da daher die Gleichspannung der Entladungslampe zuge­ führt wird, wird der Entladungszustand der Entla­ dungslampe 9 stabilisiert.

Dann sendet der Steuerkreis 12 ein Signal der Fre­ quenz f₂ und ungefähr 50% Tastverhältnis von dem zweiten Ausgangsanschluß an den Treiber 7. Der Trei­ ber 7 addiert die Totzeit von einigen µ sec zu diesem Signal und sendet ein Signal, das die EIN- und AUS- Schaltoperationen der Schaltelemente 5b, 5c und der Schaltelemente 5a, 5d in alternativer Weise durch­ führt.

Obwohl daher ein Verlust durch die Schaltelemente 5a-5d beim Schaltzustand auftritt, wird der Entla­ dungslampe 9 eine Rechteckwellen-Wechselspannung mit einem Spannungswert zwischen null und Maximum von ungefähr |Va| zugeführt. Der Steuerkreis 12 bestimmt den durch die Entladungslampe 9 fließenden Strom aus der Spannung Va, die durch den Spannungserfassungs­ widerstand 4 erfaßt wurde, entsprechend einem vorge­ gebenen Spannungs-Strommuster, wie in Fig. 10 gezeigt wird. Entsprechend dem vorbestimmten Stromverhältnis wird das Tastverhältnis des EIN/Aus-Zustandes des Schaltelementes 11a variiert. Durch diese Rückwärts­ steuerung wird die Entladungslampe 9 schnell in den stabilen Beleuchtungszustand gebracht.

Zusätzlich erfüllt das vorbestimmte Spannungs-Strom­ muster die Nennvorgaben der Entladungslampe für Fahr­ zeuge, beispielsweise den maximalen Strom von 2,6 A, die maximale Leistung von 75 W, die stabile Beleuch­ tungsleistung von 35 W. Auch ist die Spannung Vb ent­ sprechend Fig. 9 die Spannung der Entladungslampe 9 im stabilen Beleuchtungszustand.

Fig. 11 zeigt das Potential jeder Elektrode der Ent­ ladungslampe 9 in bezug auf das Massepotential. Wenn zuerst die Schaltelemente 5a, 5d eingeschaltet und die Schaltelemente 5b, 5c ausgeschaltet sind, ent­ spricht die Spannung der ersten Elektrode 9a der Ent­ ladungslampe 9 der Spannung Va. Wenn die Schaltele­ mente 5a, 5d ausgeschaltet und die Schaltelemente 5b, 5c eingeschaltet sind, entspricht die Spannung der ersten Elektrode 9a ungefähr Erdpotential, obwohl ein Spannungsabfall aufgrund des Stromerfassungswider­ standes 6 vorhanden ist.

Andererseits ist die der zweiten Elektrode zugeführte Spannung ungefähr Erdpotential, wenn die Schaltele­ mente 5a, 5d eingeschaltet und die Schaltelemente 5b, 5c ausgeschaltet sind. Die Spannung der zweiten Elek­ trode wird zur Spannung Va, wenn die Schaltelemente 5a, 5d ausgeschaltet und die Schaltelemente 5b, 5c eingeschaltet sind. Da die die Entladungslampe 9 um­ fassende Halterung 10 mit dem Ausgang des Gleichstrom-Hochstufungskreises 11 verbunden ist, ist ihr Potential Va. Sowohl die erste Elektrode 9a als auch die zweite Elektrode 9b der Entladungslampe 9 haben jeweils die Spannung Va oder weniger, wodurch folgt, daß die Entladungslampe 9 immer bei dem mittleren Beleuchtungspotential eingeschaltet ist, das geringer als das Potential der Halterung 10 ist.

Da in diesem Fall der Ausgang der Batterie 1 ohne Polaritätsinversion hochgestuft wird, kann das Phäno­ men des Na-Verlustes wirksam eliminiert werden. Da auch die Halterung 10 über das Strombegrenzungsele­ ment mit dem Ausgangsende des Gleichstrom-Hochstu­ fungskreises 11 verbunden ist, besteht selbst, wenn die Halterung nicht geerdet ist, keine Gefahr eines elektrischen Schlages.

Claims (5)

1. Beleuchtungsvorrichtung mit einer Entladungslam­ pe für Fahrzeuge mit
einer Hochstufungsvorrichtung (2) zum Vergrößern des absoluten Wertes der Eingangsgleichspannung,
einer Spannungsinversionsvorrichtung (5), die die von der Hochstufungsvorrichtung (2) gelie­ ferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, um die Entladungslampe (9) zu zünden und die die Wechselspannung an die in einer Hal­ terung (10) eingeschlossene Entladungslampe (9) liefert und
einer Startentladungsvorrichtung (8) zur Erzeu­ gung eines Hochspannungsimpulses, um das Starten der Entladungslampe (9) auszuführen,
wobei Potentialeinstellmittel vorgesehen sind, die das Potential der Halterung auf einen vor­ bestimmten Wert einstellen, wobei die Hochstu­ fungsvorrichtung (2) die Gleichspannung derart abgibt, daß das mittlere Beleuchtungspotential der Entladungslampe geringer wird als der vor­ bestimmte Wert.

2. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochstufungsvorrichtung (2) einen Polaritätsinversions-Hochstufungskreis zur Abgabe einer Gleichspannung eines negativen Wertes aufweist.

3. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialein­ stellmittel eine Erdanschlußleitung (21) zum Erden der Halterung (10) aufweist.

4. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochstufungsvorrichtung einen Hochstufungskreis zur Abgabe einer positi­ ven Gleichspannung und die Potentialeinstellmit­ tel eine Anschlußleitung für die Verbindung der Halterung an einen Ausgangsanschluß bei der Plusseite des Hochstufungskreises aufweisen.

5. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strombegrenzungselement in der Mitte der Anschlußleitung angeordnet ist.