WO1998035538A1 - Verfahren zum auffinden der resonanzfrequenz eines elektrischen schwingkreises - Google Patents

Verfahren zum auffinden der resonanzfrequenz eines elektrischen schwingkreises Download PDF

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WO1998035538A1 PCT/DE1998/000344 DE9800344W WO9835538A1 WO 1998035538 A1 WO1998035538 A1 WO 1998035538A1 DE 9800344 W DE9800344 W DE 9800344W WO 9835538 A1 WO9835538 A1 WO 9835538A1
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resonance frequency
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Rüdiger LAUBENSTEIN
Ulrich Exner
Ernst Damerau
Robert Kern
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Robert Bosch GmbH
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B41/288—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices and specially adapted for lamps without preheating electrodes, e.g. for high-intensity discharge lamps, high-pressure mercury or sodium lamps or low-pressure sodium lamps
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    • H05B41/2882—Load circuits; Control thereof the control resulting from an action on the static converter
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Definitions

  • the invention is based on methods for finding the resonance frequency of an electrical resonant circuit, in particular a starting resonant circuit for high-pressure gas discharge lamps, of the type defined in the preamble of claim 1.
  • the resonance frequency during the starting process of a gas discharge lamp is determined by frequency wobble.
  • the method according to the invention for finding the resonance frequency of an electrical resonant circuit with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it enables the tolerant resonance frequency of an electric resonant circuit to be controlled to be met as precisely as possible in a short time with little effort.
  • the frequency search is carried out in a search run with individual stitch attempts, a specific, fixed frequency is used in each of the stitch attempts, and each fixed frequency is selected and used according to a specific search scheme.
  • the invention provides a purely controlled, time-optimized search method. This eliminates the need for a self-oscillating circuit, which is particularly difficult to achieve in the area of very high frequencies. In addition, there is even no need to recognize whether one is approaching or moving away from the actual resonant frequency. Such a detection would otherwise have to take place via a phase detection, which is associated with greater hardware expenditure. If a microcontroller is provided in the control unit in which the electrical oscillating circuit is contained, which can very often be the case today, then the otherwise necessary hardware circuits can be dispensed with and through Software functions are replaced, which are carried out by the microcontroller.
  • the first stitch test is carried out with the center frequency f m i tt in the search scheme, the center frequency f m ⁇ t being the mean value of the minimum f min and the maximum f max possible resonance frequency.
  • the frequency range between minimum f min and maximum f max possible resonance frequency is divided into equidistant steps ⁇ f, and the number of steps is selected taking into account the ratio of frequency range to bandwidth of the resonant circuit.
  • the further stitch tests at the test frequencies f m ⁇ tt + 2 ⁇ f, f m ⁇ C t - 2 ⁇ f; fmitt + 3 ⁇ f - f m ⁇ tt - 3 ⁇ f; f mltt -F4 ⁇ f, f m ⁇ tt - 4 ⁇ f; f m i t + 5 ⁇ f, f mlt t - 5 ⁇ f, and so on.
  • the resonant frequency determined in a search run f res stored and is available as a quasi learning frequency ren f ⁇ in a subsequent search run as output frequency for this search run are available.
  • the search process does not begin at f m i tt . but f ⁇ s in the previously learned and stored value -
  • the learning frequency f learning is stored in a non-volatile memory.
  • the storage of the learning frequency can be made to f ⁇ ren in an EEPROM cell of a microcontroller, wherein the learning frequency f learning as a control voltage for a voltage controlled oscillator can be deposited is. It is particularly expedient to save the frequency value that was determined during the most recent search run.
  • the resonance frequency f res determined in a search run is only stored again as learning frequency fj .ern if the distance between the old stored value and the newly determined value exceeds a certain amount. This can reduce the number of new saves. This is particularly advantageous if the number of switch-on processes of the control device in which the resonant circuit is installed is greater than the number of the maximum permissible write cycles of the non-volatile data memory.
  • the subsequent search is only carried out in the direction of the respective other limit.
  • a further advantageous embodiment of the method provides that this will be repeated after a complete unsuccessful search and where appropriate again at the stored learning frequency f ⁇ ren is started.
  • This configuration is of particular use in applications where the resonance frequency f res is assessed according to whether a desired breakdown has occurred when the electrical resonant circuit swings open, for example in a high-pressure gas discharge lamp to be ignited, and in which it occurs temporarily due to high occurrence Breakdown voltages, despite the precisely hit resonance frequency f res, do not breakdown and thus ignite on the first attempt.
  • a further advantageous modification of the method according to the invention provides that the search run is initially not carried out completely, but only in a restricted manner
  • search range in particular of learning frequency f ⁇ ern + - n * ⁇ f, where n is selected such that the typically occurring drift of the resonance frequency lies within the selected search range.
  • the search is first carried out a few times only in the restricted search area before the search is possibly extended to the entire search area.
  • the restricted search area can be gradually expanded to the maximum search area after each unsuccessful search series.
  • the method according to the invention is used to find the resonance frequency of a starting resonant circuit for high-pressure gas discharge lamps in which an ignition voltage is provided which is higher than the operating supply voltage, then a particularly advantageous and expedient development of the invention is provided that the frequency search is carried out with a voltage which is below the ignition voltage, the current is measured in the resonance circuit, the maximum of the measured current is determined and the resonance frequency is determined at the maximum current.
  • This development of the invention makes it possible to carry out the frequency search in a series of tests without endangering the start circuit with excessive load in its lifetime.
  • the operating supply voltage is used as the voltage below the ignition voltage in the frequency search without applying the ignition voltage.
  • the battery voltage of a motor vehicle is used as the operating supply voltage.
  • Fig. 2 is a diagram of the search frequencies ren is started over time similar to Figure 1, wherein f ⁇ of a stored learning frequency.
  • FIG. 3 shows a diagram of the search frequencies over time in accordance with a modified embodiment of the method according to the invention, a different search strategy being continued after an unsuccessful search history;
  • FIG. 4 shows a diagram of the search frequencies over time in accordance with a further modification of the method according to the invention with a search strategy in which the search area is at least initially restricted
  • FIG. 5 shows a diagram of the search frequencies over time similar to that in FIG. 4, in which the restricted search range is gradually expanded.
  • the search frequencies are plotted against time according to the basic method according to the invention.
  • the frequency search is carried out in a search run with individual stitch attempts according to the underlying idea.
  • a specific, fixed frequency is used in the stitch tests, and each fixed frequency is selected according to a specific search scheme and is used according to a specific pattern. Doing so with the very first Search for finding the resonant frequency of the electrical resonant circuit with the center frequency f m ⁇ tt started.
  • the center frequency f ra ⁇ tt is defined as the frequency that lies in the middle between the minimum (f min ) and maximum (f max ) possible resonance frequency, that is the mean of these two
  • the first stitch test is carried out starting with the center frequency (f m ⁇ tc ).
  • the next stitch test takes place at another specific and fixed frequency which differs from the first by a discrete value ⁇ f.
  • the frequency range between minimum f min and maximum f max becomes possible
  • Ratio of frequency range to bandwidth of the resonant circuit selected depends on this ratio.
  • Test frequencies are referred to as ⁇ f.
  • the second stitch test is carried out at the fixed frequency f m i tt + ⁇ f
  • the third stitch test is carried out at the fixed frequency f m tt t - ⁇ f, or vice versa.
  • the further stitch tests are carried out at the test frequencies f m ⁇ ct + 2 ⁇ f, f m ⁇ tt -2 ⁇ f; f m i tt + 3 ⁇ f, f m ⁇ tt -3 ⁇ f; f m i tt + 4 ⁇ f, f m ⁇ tt -4 ⁇ f; fmi t + 5 ⁇ f, f m ⁇ tt -5 ⁇ f, and so on.
  • the resonance frequency f res determined in a search run is stored. It is then quasi available as a learning frequency for a subsequent search run as an output frequency for this search run. This case is shown in the diagram in FIG. 2.
  • the learning frequency f learn differs from the center frequency f m i t , which was assumed in the example according to FIG. 1.
  • the search operation starts f ⁇ ren not at f m i tt, but with the previously learned and stored value.
  • the resonance frequency f res or the fulfillment event is thus found or reached after the fifth stitch attempt.
  • the storage of learning frequency f ⁇ s done in an appropriate manner in a non-volatile memory.
  • the storage of learning frequency can to f ⁇ ren in an EEPROM cell of a microcontroller done.
  • the learning frequency f learning is stored there as a control voltage for a voltage-controlled oscillator, a VCO. It is particularly expedient to save the frequency value that was determined during the most recent search run.
  • the resonance frequency f res determined in a search run only then again as Learn to store the learning frequency if the distance between the old stored value and the newly determined value exceeds a certain amount. This can reduce the number of new saves. This is particularly important if the number of times the
  • Control device in which the resonant circuit is installed is greater than the number of maximum permissible write cycles of the non-volatile data memory.
  • FIG. 3 shows a further possible embodiment of the method according to the invention.
  • the limits f min and f max of the search area are reached without the resonance frequency f res having been found or the fulfillment event occurring. If this is the case, as shown in FIG. 3 by the serpentine lines 31, and at 32 with the
  • FIG. 3 shows a further possibility that the method according to the invention offers. If a limit is reached, for example f min at level 34, the entire search can be repeated from the beginning .
  • the subsequent search process begins with the stitch test at the learning frequency f learning at level 35, then runs through the normal basic diagram shown in FIG. 1 and ends at 40 in finding the resonance frequency.
  • a further advantageous modification of the invention consists in that the search run is initially not carried out completely, but is only carried out in a restricted search area, as is illustrated by the diagram in FIG. 4.
  • seven reference tests are based on the learning frequency ren f ⁇ starting in each 3 levels below and carried out above the same.
  • ren f ⁇ the learning frequency
  • FIG. 5 a further development is shown with reference to FIG. 5.
  • the restricted search area is displayed after each unsuccessful search gradually expanded to the maximum search area until the fulfillment event occurs.
  • two unsuccessful test series in the restricted search area and a complete search run according to the basic idea of the invention are shown.
  • the method according to the invention can be implemented very flexibly and very easily in software functions in the control unit in which the electrical resonant circuit is used, which is equipped with a microcontroller, which is often and increasingly the case today. This eliminates the need for complex hardware implementations.
  • the frequency supply search uses the operating supply voltage as the voltage below the ignition voltage without applying the ignition voltage.
  • the battery voltage of a motor vehicle is used as the operating supply voltage.
  • high-pressure gas discharge lamps which have considerably better light output with lower energy consumption, are started with ignition modules whose resonance frequency of the starting resonant circuit is determined in accordance with the method according to the invention.
  • the resonance circuit is therefore subjected to a low voltage for frequency search, so that the lamp cannot ignite even in the event of a resonance.
  • the current is evaluated to determine the resonance frequency.
  • This measure keeps the thermal load on the output stage of a lamp control unit, in particular the clock transistor, which is caused by frequency searching, low. This also eliminates the restriction that due to the high or too high load, only a few attempts can be carried out in the search for the resonance frequency, and thereby additionally the ones used
  • Frequency jumps for the ⁇ f were very large, for example 170 kHz. With such values and restrictions, the proper ignition of the lamp was not always guaranteed. This is especially the case if you need ignition times of 3 ms when igniting a hot lamp and only the clock transistor. load for 6 ms. This limits you to just two attempts at different frequencies.
  • this particular embodiment of the resonance search according to the invention therefore opens up the resonance frequency of the resonant circuit within a very narrow range within the scope of the measuring accuracy of about 5 kHz, without any great effort and without essentially claiming the clock transistor. As a result, a significantly higher ignition voltage and a larger transfer energy are obtained.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Auffinden der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises, insbesondere eines Startschwingkreises für Hochdruck-Gasentladungslampen, angegeben, bei dem der Schwingkreis mit verschiedenen Frequenzen angeregt wird. Die Frequenzsuche wird in einem Suchlauf mit einzelnen Stichversuchen vorgenommen, wobei bei den Stichversuchen jeweils eine bestimmte, feste Frequenz verwendet wird. Jede feste Frequenz wird nach einem bestimmten Suchschema ausgewählt und eingesetzt. Bei dem Suchschema wird der erste Stichversuch mit der Mittenfrequenz (fmitt) durchgeführt, wobei die Mittenfrequenz der Mittelwert aus minimal (fmin) und maximal (fmax) möglicher Resonanzfrequenz ist. Bei nachfolgenden Stichversuchen wird die Testfrequenz jeweils in Stufen (+-n*Δf) geändert. Die bei einem Suchlauf gefundene Resonanzfrequenz kann als Lernfrequenz (flern) für die Verwendung als Ausgangsfrequenz für nachfolgende Suchläufe gespeichert und ggf. jeweils erneuert werden. Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird die Frequenzsuche mit einer Spannung durchgeführt, die unterhalb der Zündspannung liegt, der Strom im Resonanzkreis gemessen, das Maximum des gemessenen Stroms bestimmt und die Resonanzfrequenz ermittelt, die beim maximalen Strom auftritt.

Description

Verfahren zum Auffinden der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von Verfahren zum Auffinden der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises, insbesondere eines Startschwingkreises für Hochdruck-Gasentladungslampen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei einem aus der EP-A 271 369 bekannten Verfahren dieser Art wird die Resonanzfrequenz beim Startvorgang einer Gasentladungslampe durch Frequenzwobbein ermittelt. Dabei wird jeweils eine
Frequenzrampe stetig durchfahren von einem minimalen Wert hin zu einem maximalen und wieder zurück. Jedesmal bei Durchfahren der Resonanzfrequenz wird der Schwingkreis kurzzeitig angeregt. Ein anderes Verfahren sieht das Durchfahren einer Frequenzrampe vor. Bei Erreichen der Resonanzfrequenz schwingt der Schwingkreis auf. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Aufbau einer selbstschwingenden Schaltung vorzusehen, in welcher der Resonanzkreis die Schwingf equenz selbst einstellt. Allen diesen bekannten Verfahren haftet der Nachteil an, daß sie nicht in allen Belangen zufriedenstellend arbeiten und/oder recht aufwendig sind und kostenträchtigen Einsatz von besonderen Bauelementen benötigen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auffinden der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß es ermöglicht, die toleranzbehaftete Resonanzfrequenz eines anzusteuernden elektrischen Schwingkreises in kurzer Zeit mit geringem Aufwand möglichst genau trifft bzw. feststellt und findet .
Gemäß der grundlegenden Lösung vorliegender Erfindung wird die Frequenzsuche in einem Suchlauf mit einzelnen Stichversuchen vorgenommen, bei den Stichversuchen jeweils eine bestimmte, feste Frequenz verwendet, und jede feste Frequenz nach einem bestimmten Suchschema ausgewählt und eingesetzt.
Die Erfindung stellt ein rein gesteuertes, zeitoptimiertes Suchverfahren zur Verfügung. Es entfällt dadurch die Notwendigkeit einer selbstschwingenden Schaltung, was insbesondere im Bereich sehr hoher Frequenzen schwierig zu realisieren ist. Darüber hinaus entfällt sogar die Notwendigkeit, zu erkennen, ob man sich beim Suchen der tatsächlichen Resonanzfrequenz nähert oder sich von ihr entfernt. Eine solche Erkennung müßte sonst über eine Phasendedektion erfolgen, welches mit größerem Hardwareaufwand verbunden ist. Ist in dem Steuergerät, in welchem der elektrische Schwingkreis enthalten ist, ein Mikrokontroller vorgesehen, was heute sehr oft der Fall sein kann, dann können die sonst notwendigen Hardwareschaltungen entfallen und durch Softwarefunktionen ersetzt werden, welche vom Mikrokontroller durchgeführt werden.
Durch die in den weiteren Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird bei dem Suchschema der erste Stichversuch mit der Mittenfrequenz fmitt durchgeführt, wobei die Mittenfrequenz fmιtt der Mittelwert aus minimal fmιn und maximal fmax möglicher Resonanzfrequenz ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Frequenzbereich zwischen minimal fmιn und maximal fmax möglicher Resonanzfrequenz in äquidistante Schritte Δf aufgeteilt wird, und die Anzahl der Schritte dabei in Berücksichtigung des Verhältnisses von Frequenzbereich zu Bandbreite des Schwingkreises gewählt ist .
In besonders zweckmäßiger Weiterbildung dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der zweite Stichversuch bei der festen Frequenz fmιCt +Δf , der dritte Stichversuch bei der festen
Frequenz f---lCC -Δf, oder auch umgekehrt, vorgenommen wird.
Entsprechend einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist bei diesem Verfahren vorgesehen, daß die weiteren Stichversuche bei den Testfrequenzen fmιtt +2Δf , fmι C t - 2Δf ; fmitt + 3 Δf - fmιtt - 3Δf ; fmltt -F4Δf , fmιtt - 4Δf ; fmi t + 5Δf , fmlt t - 5Δf , und so weiter , vorgenommen wird . Gemäß einer anderen sehr zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die in einem Suchlauf ermittelte Resonanzfrequenz fres gespeichert und steht als quasi Lernfrequenz fιern bei einem nachfolgenden Suchlauf als Ausgangsfrequenz für diesen Suchlauf zur Verfügung. Beim nächsten Suchvorgang, beispielsweise nach Aus- und Wiedereinschaltung des den Schwingkreis enthaltenden Steuergerätes, beginnt der Suchvorgang nicht bei fmitt. sondern bei dem zuvor gelernten und gespeicherten Wert fιe n-
In besonders vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Speicherung der Lernfrequenz flern in einem nichtflüchtigen Speicher. In weiterer Ausgestaltung kann dazu die Speicherung der Lernfrequenz fιern in einer EEPROM-Zelle eines Mikrokontrollers erfolgen, wobei die Lernfrequenz flern als Steuerspannung für einen spannungsgesteuerten Oszillator ablegbar ist. Besonders zweckmäßig ist es, jedesmal denjenigen Frequenzwert abzuspeichern, der beim neuesten Suchlauf ermittelt wurde.
In weiterer Verbesserung dieser Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in einem Suchlauf ermittelte Resonanzfrequenz fres nur dann erneut als Lernfrequenz fj.ern gespeichert, wenn der Abstand zwischen dem alten abgespeicherten und dem neu ermittelten Wert einen bestimmten Betrag überschreitet. Dadurch kann erreicht werden, daß die Anzahl der Neuabspeicherungen reduziert wird. Dies ist dann von besonderem Vorteil, wenn die Anzahl der Einεchaltvorgänge des Steuergerätes, in welchem der Schwingkreis eingebaut ist, größer ist als die Anzahl der maximal zulässigen Schreibzyklen des nichtflüchtigen Datenspeichers .
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Erreichen einer der durch die minimal fmin und maximal fmax mögliche Resonanzfrequenz gegebenen Grenzen während eines Suchlaufs, die nachfolgende Suche nur noch in der Richtung auf die jeweilige andere Grenze hin durchgeführt .
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß nach einem kompletten erfolglosen Suchlauf dieser wiederholt wird und dabei gegebenenfalls erneut bei der gespeicherten Lernfrequenz fχern begonnen wird. Diese Ausgestaltung ist bei solchen Anwendungen von besonderem Nutzen, wo das Treffen der Resonanzfrequenz fres danach beurteilt wird, ob beim Aufschwingen des elektrischen Schwingkreises ein erwünschter Durchschlag, beispielsweise in einer zu zündenden Hochdruck- Gasentladungslampe, stattgefunden hat und bei denen es durch zeitweises Auftreten hoher DurchschlagsSpannungen trotz genau getroffener Resonanzfrequenz fres nicht beim ersten Versuch zum Durchschlag und damit zur Zündung kommt .
Eine weitere vorteilhafte Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß der Suchlauf zunächst nicht komplett durchfahren wird, sondern nur in einem eingeschränkten
Suchbereich, insbesondere von Lernfrequenz fιern +- n*Δf, wobei n so gewählt ist, daß die typisch auftretende Drift der Resonanzfrequenz innerhalb des ausgewählten Suchbereichs liegt. In zweckmäßiger Weiterbildung dieser Modifikation ist vorgesehen, daß dann, wenn das Erfolgskriterium nicht innerhalb des eingeschränkten Suchbereichs gefunden wird, die Suche zunächst noch einige Male nur im eingeschränkten Suchbereich durchgeführt wird, ehe gegebenenfalls die Suche auf den gesamten Suchbereich ausgedehnt wird. Dies ist auch hier von besonderem Vorteil, wenn die Anzahl der Einschaltvorgänge des Steuergerätes, in welchem der Schwingkreis eingebaut ist, größer ist als die Anzahl der maximal zulässigen Schreibzyklen der nichtflüchtigen Datenspeichers. Entsprechend einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist der eingeschränkte Suchbereich nach jeder erfolglosen Suchreihe schrittweise bis zum maximalen Suchbereich erweiterbar.
Wird das Verfahren nach der Erfindung, so wie es bisher beschrieben ist, zum Auffinden der Resonanzfrequenz eines Startschwingkreises für Hochdruck-Gasentladungslampen, bei denen eine gegenüber der Betriebsversorgungsspannung erhöhte Zündspannung vorgesehen ist, verwendet, dann ist entsprechend einer besonders vorteilhaften und zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Frequenzsuche mit einer Spannung durchgeführt wird, die unterhalb der Zündspannung liegt, der Strom im Resonanzkreis gemessen wird, das Maximum des gemessenen Stroms bestimmt wird und die Resonanzfreqeunz beim maximalen Strom ermittelt wird. Diese Weiterbildung der Erfindung ermöglicht es, die Frequenzsuche in einer Reihe von Versuchen durchzuführen, ohne die Startschaltung mit zu hoher Belastung in ihrer Lebensdauer zu gefährden.
In weiterer Ausgestaltung dieser zweckmäßigen Weiterbildung wird bei der Frequenzsuche als die Spannung unterhalb der Zündspannung die Betriebsversorgungsspannung ohne Anlegen der Zündspannung verwendet. Entsprechend einem besonderen Anwenwendungsfall wird als Betriebsversorgungsspannung die Batteriespannung eines Kraftfahrzeuges verwendet.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Diagramm der Suchfrequenzen über der Zeit, gemäß dem grundlegenden erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem von der Frequenz fmitt gestartet wird;
Fig. 2 ein Diagramm der Suchfrequenzen über der Zeit ähnlich dem in Fig. 1, wobei von einer abgespeicherten Lernfrequenz fιern gestartet wird;
Fig. 3 ein Diagramm der Suchfrequenzen über der Zeit gemäß einer modifizierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei nach erfolglosem Suchverlauf eine andere Suchstrategie in Fortsetzung genutzt wird;
Fig. 4 ein Diagramm der Suchfrequenzen über der Zeit gemäß einer weiteren Modifikation des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Suchstrategie, bei der zumindest zunächst der Suchbereich eingeschränkt ist, und
Fig. 5 ein Diagramm der Suchfrequenzen über der Zeit ähnlich dem in Fig. 4, bei dem der eingeschränkte Suchbereich schrittweise erweitert wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 sind in einem Diagramm die Suchfrequenzen über der Zeit gemäß dem grundlegenden erfindungsgemäßen Verfahren aufgetragen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach der zugrunde liegenden Idee die Frequenzsuche in einem Suchlauf mit einzelnen Stichversuchen vorgenommen. Bei den Stichversuchen wird jeweils eine bestimmte, feste Frequenz verwendet, und jede feste Frequenz ist nach einem bestimmten Suchschema ausgewählt und wird nach einem bestimmten Muster eingesetzt. Dabei wird mit dem allerersten Suchlauf zur Auffindung der Resonanzfrequenz des elektrischen Schwingkreises mit der Mittenfrequenz fmιtt gestartet. Die Mittenfrequenz fraιtt ist als diejenige Frequenz definiert, die in der Mitte zwischen minimal (fmιn) und maximal (fmax) möglicher Resonanzfrequenz liegt, also den Mittelwert aus diesen beiden
Grenzwerten bildet. Entsprechend dem angewandten Suchschema wird der erste Stichversuch mit der Mittenfrequenz (fmιtc ) beginnend durchgeführt. Der nächst Stichversuch erfolgt bei einer anderen bestimmten und festen Frequenz, die sich von der ersten um einen diskreten Wert Δf unterscheidet.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Frequenzbereich zwischen minimal fmιn und maximal fmax möglicher
Resonanzfrequenz in äquidistante Schritte Δf aufgeteilt. Die Anzahl der Schritte ist dabei in Berücksichtigung des
Verhältnisses von Frequenzbereich zu Bandbreite des Schwingkreises gewählt, sie richtet sich also nach diesem Verhältnis. Der so ermittelte Abstand zwischen zwei benachbarten Such- oder
Testfrequenzen wird als Δf bezeichnet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zweite Stichversuch bei der festen Frequenz fmitt +Δf, der dritte Stichversuch bei der festen Frequenz fmιtt -Δf, oder auch umgekehrt, vorgenommen. Die weiteren Stichversuche werden bei den Testfrequenzen fmιct +2Δf, fmιtt -2Δf; fmitt +3Δf, fmιtt -3Δf; fmitt +4Δf, fmιtt -4Δf; fmit +5Δf, fmιtt -5Δf, und so weiter, vorgenommen.
Dies setzt sich solange fort, bis die Resonanzfrequenz fres gefunden ist bzw. bis das bei der Resonanzfrequenz fres eintretende Erfüllungsereignis, beispielsweise der Durchschlag und das Zünden einer Gasentladungslampe, eintritt. Dies ist in den Figuren jeweils durch den gezackten Pfeil dargestellt. So tritt dies z.B. bei dem in Fig. 1 dargestellten Fall nach dem 10. Stichversuch ein.
Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung, die das Auffinden der Resonanzfrequenz fres in der Praxis besonders schnell und sicher ermöglicht, wird die in einem Suchlauf ermittelte Resonanzfrequenz fres gespeichert. Sie steht dann quasi als Lernfrequenz flern bei einem nachfolgenden Suchlauf als Ausgangsfrequenz für diesen Suchlauf zur Verfügung. Dieser Fall ist im Diagramm gemäß Fig. 2 dargestellt. Die Lernfrequenz flern unterscheidet sich dabei von der Mittenfrequenz fmit, von der im Beispiel gemäß Fig. 1 ausgegangen ist. Beim nächsten Suchvorgang, beispielsweise nach Aus- und Wiedereinschaltung des den Schwingkreis enthaltenden Steuergerätes, beginnt der Suchvorgang nicht bei fmitt, sondern bei dem zuvor gelernten und gespeicherten Wert fιern. Wie im Diagramm von Fig. 2 gezeigt, wird dadurch die Resonanzfrequenz fres bzw. das Erfüllungsereignis bereits nach dem 5. Stichversuch gefunden bzw. erreicht.
Die Speicherung der Lernfrequenz fιern erfolgt in zweckmäßiger Weise in einem nichtflüchtigen Speicher. In weiterer Ausgestaltung kann dazu die Speicherung der Lernfrequenz fιern in einer EEPROM- Zelle eines Mikrokontrollers erfolgen. Dort wird die Lernfrequenz flern als Steuerspannung für einen spannungsgesteuerten Oszillator, einen VCO, abgelegt. Besonders zweckmäßig ist es, jedesmal denjenigen Frequenzwert abzuspeichern, der beim neuesten Suchlauf ermittelt wurde.
In manchen Fällen ist von besonderem Vorteil, die in einem Suchlauf ermittelte Resonanzfrequenz fres nur dann erneut als Lernfrequenz flern zu speichern, wenn der Abstand zwischen dem alten abgespeicherten und dem neu ermittelten Wert einen bestimmten Betrag überschreitet. Dadurch kann erreicht werden, daß die Anzahl der Neuabspeicherungen reduziert wird. Dies ist dann besonders wichtig, wenn die Anzahl der Einschaltvorgänge des
Steuergerätes, in welchem der Schwingkreis eingebaut ist, größer ist als die Anzahl der maximal zulässigen Schreibzyklen des nichtflüchtigen Datenspeichers.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Beim Suchvorgang kann es vorkommen, daß die Grenzen fmιn und fmax des Suchbereichs erreicht werden, ohne daß die Resonanzfrequenz fres gefunden wurde bzw. das Erfüllungsereignis eingetreten ist. Ist dies der Fall, wie in Fig. 3 durch die Schlangenlinien 31 dargestellt, und bei 32 mit der
Maximalfrequenz fmax erreicht, dann wird die nachfolgende Suche nur noch in der Richtung auf die jeweilige andere Grenze hin durchgeführt. Dies ist in Fig. 3 mit den Stufen 33 angedeutet, d.h. bei jedem neuen Stichversuch wird die Suchfrequenz um eine Stufe erniedrigt, bis die Grenze fmιn erreicht ist. Bei Erreichen einer der durch die minimal fmιn und maximal fmax mögliche Resonanzfrequenz gegebenen Grenzen während eines Suchlaufs, wird also die Suchrichtung umgekehrt und nur noch in einer Richtung gesucht. In Fig. 3 ist eine weitere Möglichkeit gezeigt, die das erfindungsgemäße Verfahren bietet. Wird eine Grenze, beispielsweise fmιn bei Stufe 34 erreicht, dann kann die gesamte Suche wieder von vorne wiederholt werden. Der nachfolgende Suchvorgang beginnt mit dem Stichversuch bei der Lernfrequenz flern mit Stufe 35, durchläuft dann das in Fig. 1 dargestellte normale Grundschema und endet bei 40 im Auffinden der Resonanzfrequenz. Nach einem kompletten erfolglosen Suchlauf diesen zu wiederholen und dabei gegebenenfalls erneut bei der gespeicherten Lernfrequenz iem zu beginnen, ist bei solchen Anwendungen von besonderem Nutzen, wo das Treffen der Resonanzfrequenz fres danach beurteilt wird, ob beim Aufschwingen des elektrischen Schwingkreises ein erwünschter Durchschlag, beispielsweise in einer zu zündenden Hochdruck-Gasentladungslampe, stattgefunden hat und bei denen es durch zeitweises Auftreten hoher Durchschlagsspannungen trotz genau getroffener Resonanzfrequenz fres nicht beim ersten Versuch zum Durchschlag und damit zur Zündung kommt.
Eine weitere vorteilhafte Modifikation der Erfindung besteht darin, daß der Suchlauf zunächst nicht komplett durchfahren wird, sondern nur in einem eingeschränkten Suchbereich durchgeführt wird, wie dies anhand des Diagramms von Fig. 4 dargestellt ist. In diesem Beispiel werden sieben Stichversuche ausgehend von der Lernfrequenz fιern ausgehend in je 3 Stufen unter und oberhalb derselben durchgeführt. Generell gilt, ausgehend von der
Lernfrequenz flern +~ n*Δf, wobei n so gewählt ist, daß die typisch auftretende Drift der Resonanzfrequenz innerhalb des ausgewählten Suchbereichs liegt. In zweckmäßiger Weiterbildung dieser Modifikation ist vorgesehen, daß dann, wenn das Erfolgskriterium nicht innerhalb des eingeschränkten Suchbereichs gefunden wird, die Suche zunächst noch einige Male nur im eingeschränkten Suchbereich durchgeführt wird, ehe gegebenenfalls die Suche auf den gesamten Suchbereich ausgedehnt wird, wie dies im dargestellten Beispiel nach der dritten Wiederholung eingeleitet wird. Dies ist auch hier von besonderem Vorteil, wenn die Anzahl der Einschaltvorgänge des Steuergerätes, in welchem der Schwingkreis eingebaut ist, größer ist als die Anzahl der maximal zulässigen Schreibzyklen der nichtflüchtigen Datenspeichers.
Entsprechend einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung dieser gerade beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anhand der Fig. 5 eine Weiterbildung gezeigt. Der eingeschränkte Suchbereich wird nach jeder erfolglosen Suchreihe, schrittweise bis zum maximalen Suchbereich erweitert, bis das Erfüllungsereignis eintritt. Im gezeigten Beispiel sind zwei vergebliche Versuchsreihen im eingeschränkten Suchbereich und ein kompletter Suchlauf gemäß der Grundidee der Erfindung gezeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders dann, wenn im Steuergerät, in dem der elektrische Schwingkreis verwendet wird, mit einem Mikrokontroller ausgestattet ist, was heute oft und zunehmend der Fall ist, sehr flexibel und sehr einfach in Softwarefunktionen realisieren. Dies erübrigt aufwendige Hardwarerealisierungen.
Wird das Verfahren nach der Erfindung, so wie es bisher beschrieben ist, zum Auffinden der Resonanzfrequenz eines Startschwingkreises für Hochdruck-Gasentladungslampen, bei denen eine gegenüber der Betriebsversorgungsspannung erhöhte Zündspannung vorgesehen ist, verwendet, dann ist entsprechend einer besonders vorteilhaften und zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, die Frequenzsuche mit einer Spannung durchzuführen, die unterhalb der Zündspannung liegt. Es wird der
Strom im Resonanzkreis gemessen, das Maximum des gemessenen Stroms wird bestimmt und es wird die Resonanzfreqeunz ermittelt, die beim maximalen Strom auftritt. Diese Weiterbildung der Erfindung ermöglicht es, die Frequenzsuche in einer Reihe von Versuchen durchzuführen, ohne die Startschaltung mit zu hoher Belastung in ihrer Lebensdauer zu gefährden.
In weiterer Ausgestaltung dieser zweckmäßigen Weiterbildung wird bei der Frequenzsuche als die Spannung unterhalb der Zündspannung die Betriebsversorgungsspannung ohne Anlegen der Zündspannung verwende . Entsprechend einem besonderen Anwenwendungsfall wird als Betriebsversorgungsspannung die Batteriespannung eines Kraftfahrzeuges verwendet. In diesem Kraftfahrzeug werden Hochdruck-Gasentladungslampen, die erheblich bessere Lichtausbeute bei geringerem Energieverbrauch aufweisen, mit Zündmodulen gestartet, deren Resonanzfrequenz des Startschwingkreises entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelt wird.
Zur Frequenzsuche wird also entsprechend dieser Ausführungsform der Resonanzkreis mit einer geringen Spannung beaufschlagt, so daß selbst im Resonanzfall die Lampe nicht zünden kann. Der Strom wird zur Bestimmung der Resonanzfrequenz ausgewertet. Durch diese Maßnahme wird die thermische Belastung der Entstufe eines Lampensteuergerätes, insbesondere des Takttransistors, die durch Frequenzsuche verursacht wird, gering gehalten. Dadurch entfällt auch die Beschränkung, daß wegen der hohen oder zu hohen Belastung nur wenige Versuche bei der Suche nach der Resonanzfrequenz durchgeführt werden können und dadurch zusätzlich die verwendeten
Frequenzsprünge für das Δf mit beispielsweise 170 kHz sehr groß waren. Bei solchen Werten und Beschränkungen ist das einwandfreie Zünden der Lampe nicht immer gewährleistet gewesen. Dies besonders dann, wenn man beim Zünden einer heißen Lampe Zündzeiten vom 3 ms benötigt und den Takttransistor nur . für 6 ms belasten darf. Dadurch ist man auf nur zwei Versuche mit unterschiedlicher Frequenz beschränkt.
Weil der Startschwingkreis auch stark temperaturabhängig ist, ist auch kein Verlass auf den vorher ermittelten Wert der Resonanzfrequenz. Dabei ist gelegentlich auch noch zu berücksichtigen, daß die Lampe bei einem Wert bereits gezündet hat, der nicht der tatsächlichen Resonanzfrequenz entspricht, wodurch nicht zu gewährleisten ist, daß der Lampe auch die maximale Energie zur Verfügung gestellt worden ist. Bei Beachtung dieses Hintergrundes eröffnet daher diese besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Resonanzsuche ohne größeren Aufwand und ohne den Takttransistor im wesentlichen zu beanspruchen, die Resonanzfrequenz des Schwingkreises im Rahmen der Meßgenauigkeit von etwa 5 kHz in einem recht engen Bereich zu bestimmen. Dadurch wird eine deutlich höhere Zündspannung und eine größere Übernahmeenergie erhalten.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Auffinden der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingkreises, insbesondere eines
Startschwingkreises für Hochdruck-Gasentladungslampen, bei dem der Schwingkreis mit verschiedenen Frequenzen angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsuche in einem Suchlauf mit einzelnen
Stichversuchen vorgenommen wird, bei den Stichversuchen jeweils eine bestimmte, feste Frequenz verwendet wird, und jede feste Frequenz nach einem bestimmten Suchschema ausgewählt ist und eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Suchschema der erste Stichversuch mit der Mittenfrequenz (fmitt ) durchgeführt wird, wobei die Mittenfrequenz (fmitt ) der Mittelwert aus minimal (fmin) und maximal (fmax) möglicher Resonanzfrequenz ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich zwischen minimal (fmιn) und maximal (fmax) möglicher Resonanzfrequenz in äquidistante Schritte (Δf) aufgeteilt wird, und daß die Anzahl der Schritte dabei in Berücksichtigung des Verhältnisses von Frequenzbereich zu Bandbreite des Schwingkreises gewählt ist.
4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Stichversuch bei der festen Frequenz fmιCt +Δf , der dritte Stichversuch bei der festen
Frequenz fmιtt -Δf , oder auch umgekehrt, vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Stichversuche bei den Testfrequenzen fmιtt +2Δf, fmιtc -2Δf; fmitt +3Δf, fmict -3Δf; fmitt +4Δf, fmitt -4Δf; fmit +5Δf, fmit -5Δf , und so weiter, vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Suchlauf ermittelte Resonanzfrequenz (fres) gespeichert wird und als quasi Lernfrequenz (fiern) bei einem nachfolgenden Suchlauf als Ausgangsfrequenz für diesen Suchlauf zur Verfügung steht.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Speicherung der Lernfrequenz (fιern) in einem nichtflüchtigen Speicher erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherung der Lernfrequenz (fιern) in einer EEPROM-Zelle eines Mikrokontrollers erfolgt, wobei die Lernfrequenz (fιern) als Steuerspannung für einen spannungsgesteuerten Oszillator ablegbar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Suchlauf ermittelte Resonanzfrequenz (fres) nur dann erneut als Lernfrequenz ( iem) gespeichert wird, wenn der Abstand zwischen dem alten abgespeicherten und dem neu ermittelten Wert einen bestimmten Betrag überschreitet.
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer der durch die minimal (fmin) und maximal (fmax) mögliche Resonanzfrequenz gegebenen Grenzen während eines Suchlaufs, die nachfolgende Suche nur noch in der Richtung auf die jeweilige andere Grenze hin durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem kompletten erfolglosen Suchlauf dieser wiederholt wird und dabei gegebenenfalls erneut bei der gespeicherten Lernfrequenz (fιern) begonnen wird.
12. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Suchlauf zunächst nicht komplett durchfahren wird, sondern nur in einem eingeschränkten Suchbereich, insbesondere von Lernfrequenz (fιern) +~ n*Δf, wobei n so gewählt ist, daß die typisch auftretende Drift der Resonanzfrequenz innerhalb des ausgewählten Suchbereichs liegt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn das Erfolgskriterium nicht innerhalb des eingeschränkten Suchbereichs gefunden wird, die Suche zunächst noch einige Male nur im eingeschränkten Suchbereich durchgeführt wird, ehe gegebenenfalls die Suche auf den gesamten Suchbereich ausgedehnt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschränkte Suchbereich nach jeder erfolglosen Suchreihe schrittweise bis zum maximalen Suchbereich erweiterbar ist.
15. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche zum Auffinden der Resonanzfrequenz eines Startschwingkreises für Hochdruck- Gasentladungslampen, bei denen eine gegenüber der
Betriebsversorgungsspannung erhöhte Zündspannung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsuche mit einer Spannung durchgeführt wird, die unterhalb der Zündspannung liegt, der Strom im Resonanzkreis gemessen wird, das Maximum des gemessenen Stroms bestimmt wird und die Resonanzfreqeunz beim maximalen Strom ermittelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung unterhalb der Zündspannung die
Betriebsversorgungsspannung ohne Anlegen der Zündspannung ist .
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsversorgungsspannung die Batteriespannung eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.
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