Vorschaltgerät zum Betreiben von Hochdruckgasentladungslampen

Abstract

 Beschrieben wird ein Vorschaltgerät zum Betreiben von Hochdruck-Gasentladungslampen bei der die Hochdruck-Gasentladungslampe über eine H-Brückenschaltung angesteuert wird. Das Vorschaltgerät ist so aufgebaut, daß die H-Brückenschalter durch zwei zueinander invertierte digitale Signale gesteuert werden, wobei jedes Signal zueinander diagonal angeordnete H-Brückenschalter steuert und daß jedes Signal zusätzlich am Steuereingang eines Halbleiterschalters anliegt, welcher den Steuerkreis eines H-Brückenschalters der jeweils nichtangesteuerten Brückendiagonale kurzschließt oder niederohmig verbindet und so einen sehr schnellen Ladungsausgleich in der Steuerstrecke des H-Brückenschalter bewirkt.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden Querströme in den H-Brückenzweigen auf einfache Weise wirkungsvoll vermieden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät zum Betreiben von Hochdruck-Gasentladungslampen gemäß dem Oberbegriff unseres Anspruchs 1.

[0002] Aus der deutschen Patentschrift DE 34 45 817 C2 ist eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Hochdruck-Entladungslampe an Niedervolt-Gleichspannung bekannt. Diese Schaltungsanordnung verfügt über einen DC/DC-Wandler, der eine gegenüber der positiven Eingangsspannung erhöhte Gleichspannung erzeugt. Zudem weist die Schaltungsanordnung einen Wechselrichter auf, der als eine H-Brückenschaltung ausgebildet ist, über die die Hochdruck-Gasentladungslampe als Last aus der Gleichspannung des DC/DC-Wandlers betrieben wird, wobei die H-Brückenschaltung niederfrequent die Polarität der Lampenspannung kommutiert, so daß die Hochdruck-Gasentladungslampe, bezogen auf ihre Eingangsklemmen, mit einer niederfrequenten, rechteckförmigen Wechselspannung ohne den Gleichspannungs-Anteil versorgt wird. Zwischen der H-Brückenschaltung und der Hochdruck-Gasentladungslampe weist diese Schaltungsanordnung ein Zündgerät auf, das als Überlagerungszündgerät ausgebildet ist. Des weiteren weist die bekannte Schaltungsanordnung einen Pulsgenerator auf der Rechteckpulse zur Umsteuerung der H-Brückenschaltung erzeugt.

[0003] Bei der bekannten Schaltungsanordnung erweist es sich als nachteilig, daß unerwünschte Brückenquerströme für den zuverlässigen Betrieb der Hochdruck-Gasentladungslampe nicht oder nur bei Verminderung der Umschaltgeschwindigkeit vermieden werden können, so daß bei dem Betrieb der Hochdruck-Gasentladungslampe durch den Wechselrichter hohe Ansteuer- und Verlustleistungen entstehen. Des weiteren erweist sich bei der bekannten Schaltungsanordnung als nachteilig, daß diese durch die Verwendung mehrerer Spannungswandler aufwendig und kostenintensiv ist.

[0004] Aus der DE 42 24 996 A1 ist ein Vorschaltgerät bekannt, bei dem der Pulsgenerator Rechteckpulse liefert, aufgrund derer bei jedem Umschalten der Brückenzweige eine Totzeit erzeugt wird, über die alle Schalttransistoren der H-Brückenschaltung abgeschaltet sind, wobei die Pulsdauer der Rechteckpulse von dem Pulsgenerator der Totzeit entspricht und die Pulswiederholungsfrequenz der doppelten Rechteckfrequenz entspricht.

[0005] Dadurch daß der Pulsgenerator Rechteckpulse liefert, aufgrund derer bei jedem Umschalter der Brückenzweige eine Totzeit erzeugt wird, über die alle Schalttransistoren der H-Brückenschaltung abgeschaltet sind, wobei die Pulsdauer der Rechteckpulse von dem Pulsgenerator der Totzeit entspricht und die Pulswiederholfrequenz der doppelten Rechteckfrequenz entspricht, wird erreicht, daß bei geringen Brückenquerströmen die Ansteuer- und Verlustleistungen des Wechselrichters gering gehalten werden können.

[0006] Nachteilig hingegen ist, daß die Schaltung gegenüber rückwirkenden Zündimpulsen störanfällig und zudem durch die zur Totzeiterzeugung vorgesehenen Logikbausteine (Flip-Flop, NAND-Gatter) relativ kostenaufwendig ist.

[0007] Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Vorschaltgerät zu schaffen, welches ohne ein spezielles Totzeitsignal eine querstromfreie und gegen Störimpulse weniger anfällige H-Brücke für den Betrieb von Wechselstrom-Xenon-Gasentladungslampen besitzt.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die H-Brückenschalter durch zwei zueinander invertierte digitale Signale gesteuert werden, wobei jedes Signal zueinander diagonal angeordnete H-Brückenschalter steuert, und daß jedes Signal zusätzlich am Steuereingang eines Halbleiterschalters anliegt, welcher den Steuerkreis eines H-Brückenschalters derjeweils nicht angesteuerten Brückendiagonale kurzschließt oder niederohmig verbindet.

[0009] Erfindungsgemäß wird in jedem Halbbrückenzweig nur noch jeweils ein Brückenschalter beschleunigt abgeschaltet, und die zwei Abschaltbeschleunigungsschaltungen werden nicht mehr durch das zugehörige Abschaltsignal, sondern durch das Einschaltsignal für den Brückenschalter im jeweils anderen Brückenzweig gesteuert, wodurch eine geringere Störanfälligkeit gegenüber Störimpulsen erreicht wird.

[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.

[0011] In der einzigen Figur ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer H-Brücke dargestellt. Die vier Brückenschalter (M1, M2, M3, M4) sind hier als Power-MOS-FET dargestellt. Es ist jedoch möglich und vorteilhaft, diese Schalter als IGBT auszuführen, die sich insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen sowie bei hohen Anlaufströmen durch eine besonders niedrige Verlustleistung auszeichnen.

[0012] Die hier nicht gezeigte Hochdruck-Gasentladungslampe ist als ohmsche Last (ZL) zwischen den Eingangsklemmen (A, B) dargestellt. Ein nicht dargestelltes Zündgerät ist zwischen der Hochdruck-Gasentladungslampe und den Eingangsklemmen (A, B) angeordnet. Das in der Figur dargestellte Vorschaltgerät besteht aus einem DC/DC-Wandler (D) mit negativer Ausgangsspannung, einem nicht dargestellten Pulsgenerator zur Erzeugung digitaler Signale (E1, E2), vier schaltbaren Stromquellen (Q1, Q2, Q3, Q4) sowie vier H-Brückenschaltern (M1, M2, M3, M4), die als Power-MOS-FET ausgebildet sind.

[0013] Zwischen den Brückendiagonalen sind die Eingangsklemmen (A, B) der Last (ZL), bestehend aus der Hochdruck-Gasentladungslampe und dem Zündgerät, angeordnet. Die Schaltstrecken der H-Brückenschalter (M1, M2, M3, M4) sind zwischen Fahrzeugmasse (GND) und der am Ausgang des DC/DC-Wandlers (D) anliegenden negativen geregelten Gleichspannung (-UW) angeordnet. Der DC/DC-Wandler (D) ist zum einen mit der positiven Bordspannung (+UB) und zum anderen mit der Fahrzeugmasse (GND) verbunden.

[0014] Die vier H-Brückenschalter (M1, M2, M3, M4) schalten die auf die Fahrzeugmasse (GND) bezogene Spannung (-UW) wechselseitig über die Eingangsklemmen (A, B) auf die Last (ZL) (Reihenschaltung aus Zündgerät und Xenon-Lampe). Die H-Brückenschalter (M1, M2, M3, M4) werden über die vier als Stromquellen beschalteten Transistoren (Q1, Q2, Q3, Q4) angesteuert. Die vier Stromquellen (Q1, Q2, Q3, Q4) werden über die beiden zueinander invertierten digitalen Signale (E1, E2) geschaltet. Die Signale (E1, E2) können die beiden Zustände (GND = low, UB = high) annehmen.

[0015] E1 = low bedeutet: die Stromquellen (Q1, Q2) sind aktiv; E2 = low bedeutet: die Stromquellen (Q3, Q4) sind aktiv.

[0016] Die Stromquelle (Q2) schaltet mit dem Spannungsabfall an Widerstand (R9) den H-Brückenschalter (M1). Die Stromquelle (Q3) schaltet mit dem Spannungsabfall an Widerstand (R10) den H-Brückenschalter (M2). Die Stromquelle (Q1) erzeugt mit dem Spannungsabfall an Widerstand (R13) und der Basis-Emitter-Spannung vom Transistor (Q5) ein Schaltsignal, welches über den Widerstand (R11) den H-Brückenschalter (M4) einschaltet; gleichzeitig wird der Transistor (Q5) durchgeschaltet, welcher seinerseits den H-Brückenschalter (M3) beschleunigt abschaltet. Die Stromquelle (Q4) erzeugt mit dem Spannungsabfall an Widerstand (R15) und der Basis-Emitter-Spannung von Transistor (Q6) ein Schaltsignal, welches über den Widerstand (R12) den H-Brückenschalter (M3) einschaltet; gleichzeitig wird der Transistor (Q6) durchgeschaltet, welcher seinerseits den H-Brückenschalter (M4) beschleunigt abschaltet.

[0017] Die beschleunigte Abschaltung der H-Brückenschalter (M3 bzw. M4) geschieht dadurch, daß die angesteuerten Transistoren (Q5 bzw. Q6) die Steuerstrecke der zugehörigen H-Brückenschalter kurzschließen bzw. niederohmig verbinden und so einen sehr schnellen Ladungsausgleich bewirken. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden Querströme in den H-Brückenzweigen auf einfache Weise wirkungsvoll vermieden.

Bezugszeichenliste

[0018] 

A, B

Eingangsklemmen der Last

D

DC/DC-Wandler

M1, M2, M3, M4

H-Brückenschalter

R9, R10, R11, R12, R13, R15

Widerstände

Q1, Q2, Q3, Q4

schaltbare Stromquellen (Transistoren)

Q5, Q6

Halbleiterschalter (Transistoren)

ZL

Last

E1, E2

digitale Signale

GND

Fahrzeugmasse

UAB

Lampenspannung

+UB

Bordspannung

-UW

geregelte Gleichspannung

Ansprüche

1. Vorschaltgerät zum Betreiben von Hochdruck-Gasentladungslampen mit niederfrequenter, rechteckförmiger Spannung in Kraftfahrzeugen, mit einem DC/DC-Wandler (D), der aus einer auf die Fahrzeugmasse (GND) bezogenen positiven Bordspannung (+UB) eine geregelte Gleichspannung (-UW) erzeugt, mit einem Wechselrichter, der als eine H-Brückenschaltung, welche vier H-Brückenschalter (M1, M2, M3, M4) aufweist, ausgebildet ist, über die die Hochdruck-Gasentladungslampe als Last (ZL) aus der geregelten Gleichspannung (-UW) des DC/DC-Wandlers (D) betrieben wird, wobei die H-Brückenschaltung niederfrequent die Polarität der Lampenspannung (UAB) kommutiert, so daß die Hochdruck-Gasentladungslampe, bezogen auf ihre Eingangsklemmen (A, B), mit einer niederfrequenten, rechteckförmigen Wechselspannung ohne Gleichspannungsanteil versorgt wird, und mit einem Pulsgenerator, der Rechteckpulse zur Umsteuerung der H-Brückenschaltung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß die H-Brückenschalter (M1, M2, M3, M4) durch zwei zueinander invertierte digitale Signale (E1, E2) gesteuert werden, wobei jedes Signal (E1 bzw. E2) zueinander diagonal angeordnete H-Brückenschalter (M1, M4 bzw. M2, M3) steuert, und daß jedes Signal (E1 bzw. E2) zusätzlich am Steuereingang eines Halbleiterschalters (Q5 bzw. Q6) anliegt, welcher den Steuerkreis eines H-Brückenschalters (M3 bzw. M4) der jeweils nichtangesteuerten Brückendiagonale kurzschließt oder niederohmig verbindet.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die H-Brückenschalter (M1, M2, M3, M4) Leistungs-MOS-FET sind.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die H-Brückenschalter (M1, M2, M3, M4) IGBT sind.

Zeichnung