DE10215472A1

DE10215472A1 - Verfahren zur Simulation der Stromkennlinie einer Glühlampe

Info

Publication number: DE10215472A1
Application number: DE10215472A
Authority: DE
Inventors: Michael Scholz; Michael Gros-Boelting
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2003-11-06
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: DE10215472B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Simulation der Stromkennlinie einer Glühlampe beschrieben, wobei auf einer Stromleitung ein der Stromkennlinie der Glühlampe zumindest ähnlicher Stromverlauf erzeugt wird, der von einer Strommeßschaltung gemessen wird. Dabei wird der Stromfluß auf der Stromleitung direkt oder indirekt durch die periodische Ansteuerung einer elektrischen Last (Stromsenke) eingestellt, wobei die Pulsweite (duty cycle: Verhältnis von high-level-time zu low-level-time) des periodischen Steuersignals zeitlich entsprechend des zu simulierenden Stromverlaufs moduliert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Simulation der Stromkennlinie, d. h. des zeitlichen Stromverlaufs, insbesondere der Kalteinschaltstromspitze einer Glühlampe, wobei auf einer Stromleitung ein der Stromkennlinie der Glühlampe zumindest ähnlicher Stromverlauf erzeugt wird, der von einer Strommeßschaltung gemessen wird.
Das Problem der Glühlampensimulation taucht insbesondere in Verbindung mit Blinkschaltungen auf, bei denen ein konventioneller Blinkgeber, der für die Ansteuerung und Kontrolle von Glühlampen ausgelegt ist, für die Ansteuerung und Kontrolle einer Lampenanordnung verwendet werden soll, welche Leuchtdioden anstatt von Glühlampen aufweist, da die Stromaufnahme von LEDs wesentlich geringer ist als die von Glühlampen. Dabei wird der Strom, der vom Blinkgeber über die Stromleitung zur Lampenanordnung fließt, über eine integrierte Strommeßschaltung gemessen, wobei ein Stromwert unterhalb eines bestimmten Schwellwertes als Lampenausfall gewertet wird.

Aus der DE 101 07 578 (noch nicht veröffentlicht) ist es bekannt, kurzzeitig während des Blinkimpulses innerhalb eines Kontrollzeitfensters parallel zur LED-Lampenanordnung eine elektrische Last zu zuschalten, so daß lediglich impulsartig für einen bestimmten Zeitpunkt ein Stromwert simuliert wird, der dem Stromwert der komplexen Stromkennlinie einer Glühlampe für diesen Zeitpunkt nach dem Einschalten der Glühlampe entspricht. Diese Vorgehensweise setzt jedoch voraus, daß die Strommeßschaltung im Blinkgeber ein zeitlich mit dem Simulationszeitpunkt synchronisiertes Kontrollzeitfenster aufweist. Die Zeitpunkte, zu denen die im Einsatz befindlichen Blinkgeber während des Blinkimpulses den Strom kontrollieren, variieren jedoch, so daß mit einem einzigen Simulationszeitpunkt oder Bereich eine Anpassung an die im Einsatz befindlichen Blinkgeber nicht erfolgen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem in einfacher und zuverlässiger Weise die gesamte Stromkennlinie einer Glühlampe zumindest annähernd nachgebildet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Stromfluß auf der Stromleitung direkt oder indirekt durch die periodische Ansteuerung einer elektrischen Last (Stromsenke) eingestellt wird, wobei die Pulsweite (duty cycle: Verhältnis von high-level-time zu low- level-time) des periodischen Steuersignals zeitlich entsprechend des zu simulierenden Stromverlaufs moduliert wird.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird das periodische, pulsweitenmodulierte Steuersignal dem Eingang eines Tiefpasses zugeführt, wobei das geglättete Ausgangsspannungssignal des Tiefpasses dann dazu dient eine über einen Spannungspegel einstellbare Stromsenke anzusteuern, die wiederum letztendlich einen Stromfluß auf der Stromleitung bewirkt, der dem Verlauf einer Glühlampenstromkennlinie entspricht.

In einer alternativen Ausführungsform schaltet das periodische, pulsweitenmodulierte Steuersignal direkt eine elektrische Last periodisch zu und ab. Damit wird über die Dauer des Blinkimpulses ein sich zeitlich gemäß einer Glühlampenstromkennlinie ändernder Effektivwert für den Strom erzeugt, wobei die Frequenz des periodischen Steuersignals höher ist als die höchste Frequenz, die die träge Strommeßschaltung im Blinkgeber auflösen kann.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Blockschaltbild einer Beleuchtungseinrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird,
Fig. 2 eine LED-Leuchte mit Ausfallkontrollschaltung und einem Fehler- Impulserzeuger,
Fig. 3 den Stromverlauf auf der Stromleitung zwischen einem Vorschaltgerät der Beleuchtungseinrichtung und einer LED-Leuchte zur Veranschaulichung des Fehlerstromimpulses,
Fig. 4 eine mittels Pulsweitenmodulation erfindungsgemäß nachgestellte Stromkennlinie einer Glühlampe,
Fig. 5 ein Blockschaltbild für die pulsweitenmodulierte Ansteuerung einer einstellbaren Stromsenke unter Zwischenschaltung eines Tiefpasses,
Fig. 6 den zeitlichen Verlauf des pulsweitenmodulierten Steuersignals sowie das Ausgangssignal des Tiefpasses.
Fig. 1 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung für die das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird. Die Beleuchtungseinrichtung besteht aus einer Lampenanordnung, welche mindestens eine Leuchtdiode, vorzugsweise eine LED-Matrix, aufweist. Bei einer solchen Lampenanordnung kann es sich beispielsweise um eine Leuchte oder einen Scheinwerfer handeln. Diese Lampenanordnung ist nun über eine einzige Verbindungsleitung (Stromleitung) mit einem Steuergerät (z. B. einem Blinkgeber) verbunden, wobei der vom Steuergerät zur Lampenanordnung fließende Strom von einer Stromüberwachungsschaltung im Steuergerät zur Funktionskontrolle der Lampenanordnung gemessen wird. Der Lampenanordnung ist ein Vorschaltgerät vorgeschaltet, welches in die Verbindungsleitung zwischen dem nicht dargestellten Steuergerät und der Lampenanordnung geschaltet ist. Die Lampenanordnung weist eine Ausfallkontrollschaltung für die mindestens eine LED und einen Impulserzeuger auf. Der Impulserzeuger generiert bei Ausfall mindestens einer LED einen Strom- oder Spannungsimpuls auf der Verbindungsleitung, um dem Vorschaltgerät den Fehler anzuzeigen. In dem Vorschaltgerät befindet sich die elektrische Last (Stromsenke) mit deren Hilfe die Glühlampe, genauer gesagt die Stromkennlinie einer Glühlampe, simuliert wird. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird die Nachbildung der Glühlampenkennlinie dadurch bewirkt, daß die "Simulationslast" periodisch und pulsweitenmoduliert über einen Schalter, vorzugsweise ein Halbleiterschalter, von einer im Vorschaltgerät angeordneten Steuer- und Überwachungsschaltung angesteuert wird. Die Stromüberwachungsschaltung im Steuergerät, welche nur in der Lage ist, Effektivwerte zu messen, misst jetzt nicht unmittelbar den Strom der in die Lampenanordnung fließt, sondern den erfindungsgemäß eingestellten Effektivstrom, der in das Vorschaltgerät fließt. Dieser setzt sich additiv aus dem LED-Strom der Lampenanordnung und dem Strom durch die im Vorschaltgerät parallel zugeschaltete Last, welche den Strom durch eine Glühlampe simuliert, zusammen. Darüber hinaus ist im Vorschaltgerät ferner eine Schaltung zur Detektion des vom Impulserzeuger generierten Fehlerimpulses vorgesehen. Diese Detektionsschaltung besteht beispielsweise aus einer Strommeßschaltung, die den Fehlerstromimpuls über einen Shuntwiderstand ermittelt und ein entsprechendes Signal an die Steuer- und Überwachungsschaltung im Vorschaltgerät sendet. Die Steuer- und Überwachungsschaltung unterbindet dann im Fehlerfall das periodische, pulsweitenmodulierte Zuschalten der Last. Dies führt dazu, daß kein Glühlampenstrom mehr simuliert wird und die Stromüberwachungsschaltung im Steuergerät korrekterweise einen Fehler in der Lampenanordnung erkennt. Dabei muß durch die zuschaltbare Last nur ein Stromfluß in einer Höhe erzeugt werden, die der Differenz zwischen dem zu simulierenden Glühlampenstrom und dem Strom in die Lampenanordnung entspricht, da der Strom in die LED- Lampenanordnung als Offset ohnehin vorhanden ist. In diesem Zusammenhang misst die Strommeßschaltung im Vorschaltgerät nicht nur den Fehlerstromimpuls, sondern auch den Strom in die LED-Lampenanordnung.
Der Stromimpuls, der bei Ausfall mindestens einer LED erzeugt wird, wird in einem bestimmten Zeitfenster während des Blinkimpulses erzeugt, wobei die Detektionsschaltung im Vorschaltgerät ein Kontrollzeitfenster aufweist, das mit dem Zeitfenster für die Erzeugung des Fehlerstromimpulses synchronisiert ist. Wenn die Detektionsschaltung innerhalb des Kontrollzeitfensters einen Fehlerstrom detektiert, wird die "Simulationslast" nicht mehr zugeschaltet. So ist es in einer Ausführungsform beispielsweise vorgesehen, im Falle eines Ausfallfehlers 100 Millisekunden nach dem Start des Blinkimpulses einen Fehlerimpuls von 10 bis 20 Millisekunden Dauer zu generieren. Beim ersten Blinkimpuls nach einem Ausfallfehler wird dann zwar noch die "Simulationslast" zugeschaltet. Der detektierte Fehlerimpuls wird jedoch von der Steuer- und Überwachungsschaltung gespeichert, so daß das Zuschalten der "Simulationslast" bereits beim nächsten Blinkimpuls unterbleibt und so der Fehler vom Steuergerät/Blinkgeber erkannt wird. Um die Fehlerinformation auch während der Blinkpause, in der auch das Vorschaltgerät nicht mit elektrischer Energie versorgt wird, in der Steuer- und Überwachungsschaltung (z. B. einem Mikrokontroller) speichern zu können, ist im Vorschaltgerät eine Elektrolytkondensator (nicht dargestellt) als Versorgungspuffer vorgesehen.
Zur Ausfallkontrolle (siehe Fig. 2) werden beispielsweise die Ströme durch die parallelgeschalteten Stränge der LED-Matrix miteinander verglichen. Nur dann, wenn die Ströme innerhalb einer bestimmten Toleranzbreite nicht übereinstimmen, da in einem Strang eine LED ausgefallen ist, wird ein Fehlersignal an den Impulserzeuger weitergeleitet.
Fig. 4 veranschaulicht den erfindungsgemäßen Zusammenhang zwischen dem Verlauf einer zu simulierenden Glühlampenstromkennlinie und der Pulsweitenmodulation. Dabei nimmt die Pulsweite (duty cycle) nach dem Einschalten des Blinkimpulses (Einschalten der Verbindungsleitung/Stromleitung) zur Nachbildung der Kalteinschaltstromspitze mit fortschreitender Zeit ab. So sind eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten vorgesehen, wobei jedem Zeitabschnitt eine bestimmte Pulsweite zugeordnet ist und die Pulsweite in den zeitlich aufeinander folgenden Zeitabschnitten abnimmt. Es ist jedoch auch vorgesehen, daß die Pulsweite quasi kontinuierlich abnimmt. Zur Nachbildung der Kalteinschaltstromspitze hat es sich herausgestellt, daß es vorteilhaft ist, wenn die Pulsweite zu Beginn des Blinkimpulses nahezu 100% und gegen Ende des Blinkimpulses nur noch ca. 10% beträgt.
In Fig. 5 ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform wird das periodische, pulsweitenmodulierte Steuersignal dem Eingang eines Tiefpasses zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des Tiefpasses mit seinem Spannungspegel (vgl. Fig. 6) eine einstellbare Stromsenke ansteuert. Derartige einstellbare Stromsenken sind dem Fachmann bekannt.

Claims

1. Verfahren zur Simulation der Stromkennlinie einer Glühlampe, wobei auf einer Stromleitung ein der Stromkennlinie der Glühlampe zumindest ähnlicher Stromverlauf erzeugt wird, der von einer Strommeßschaltung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß auf der Stromleitung direkt oder indirekt durch die periodische Ansteuerung einer elektrischen Last (Stromsenke) eingestellt wird, wobei die Pulsweite (duty cycle: Verhältnis von high-level-time zu low-level-time) des periodischen Steuersignals zeitlich entsprechend des zu simulierenden Stromverlaufs moduliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschalten der Stromleitung zur Simulation der Kalteinschaltstromspitze einer Glühlampe die Pulsweitenmodulation des Steuersignals derart erfolgt, daß die Pulsweite mit fortschreitender Zeit abnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschalten der Stromleitung zwei oder mehr aufeinanderfolgende Zeitabschnitte vorgesehen sind, wobei jedem Zeitabschnitt eine bestimmte Pulsweite zugeordnet ist, und wobei die Pulsweite in den zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten abnimmt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische, pulsweitenmodulierte Steuersignal dem Eingang eines Tiefpasses zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal des Tiefpasses eine einstellbare Stromsenke ansteuert.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das periodische, pulsweitenmodulierte Steuersignal periodisch eine elektrische Last zu- und abschaltet und somit effektiv einen Stromverlauf entsprechend der Stromkennlinie einer Glühlampe erzeugt, wobei die Frequenz des periodischen Steuersignals höher ist als die höchste Frequenz, die die Strommeßschaltung auflösen kann.

6. Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge mit einer mindestens eine Leuchtdiode aufweisenden Lampenanordnung, welche über eine Verbindungsleitung mit einem Steuergerät zur Stromversorgung verbunden ist, wobei der vom Steuergerät zur Lampenanordnung fließende Strom von einer Stromüberwachungsschaltung im Steuergerät zur Funktionskontrolle der Lampenanordnung gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß auf der Stromleitung direkt oder indirekt durch die periodische Ansteuerung einer elektrischen Last (Stromsenke) eingestellt wird, wobei die Pulsweite (duty cycle: Verhältnis von high-level-time zu low-level-time) des periodischen Steuersignals zeitlich entsprechend des zu simulierenden Stromverlaufs moduliert wird.