Browse Prior Art Database

PWM von 14V Kfz-Lampen an höherer Spannung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017979D
Original Publication Date: 2001-Oct-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-23
Document File: 3 page(s) / 258K

Publishing Venue

Siemens

Related People

Dr. Alfons Graf: AUTHOR

Abstract

Es ist absehbar, daß die Bordnetzspannung im Kfz in Zukunft 42V betragen wird. Viele Lasten lassen sich einfach auf diese Spannung umstellen. Bei Lampen ist dies schwieriger, da eine Glühwendel für 42V zu schockempfindlich für den Kfz-Einsatz ist. Die heute diskutierte Lösung ist, alle 14V Lampen im Kfz in Verbindung mit einem zentralen 42V/14V DC/DC- Wandler mit ca. 600W zu betreiben wodurch Zusatz- kosten entstehen. Eine weitere Alternative könnte sein; die Lampe mittels einer Serieninduktivität zu takten, was im Prinzip einem dezentralen DC/DC- Wandler entspricht. Dagegen spricht der hohe Preis der Spulen. Anderseits läßt sich die Lampe auch direkt mit einem PWM-Schalter an 42V betreiben. Wenn der Widerstand der Glühwendel im kalten bzw. heißen Zustand als Konstante angenommen wird, ergeben sich beim Einschalten oder im Dauerzustand bei 42V ca. die 3-fachen Ströme wie bei 14V: Bei einer 21 W Lampe mit 20A/2A Einschalt- strom/Dauerstrom ergeben sich dann 60A/6A. Wir- ken beim Einschalten für längere Zeit 60A, so wird jedoch die Glühwendel extrem schnell aufgeheizt und damit die Lebensdauer der Lampe stark reduziert: Bei einer 65W Lampe werden die 14V Werte mit 50A/5A entsprechend zu 150A/15A bei 42V. Eine Idee kann nun sein, den Einschaltstrom mittels Strombegren- zung eines elektronischen Schalters zu realisieren. Würde man jedoch eine 55W Lampe mit 50A Strom- begrenzung auf 42V einschalten, so würde am Schalter für ca. 10ms eine Spannung von 20-30V anstehen, was einer Energie von 12J entspricht. Diese hohe Energie würde den Schalter zerstören oder seine Lebensdauer stark herabsetzen. Die hier vorgeschlagene Lösung besteht darin, die Lampe mit einem PWM-Schalter ohne Strombegren- zung zu betreiben. Beispielhaft wird eine 21W Lam- pe verwendet (Prinzipschaltung siehe Abbildung 1).

This text was extracted from an ASCII text file.
This is the abbreviated version, containing approximately 34% of the total text.

Verkehr

PWM von 14V Kfz-Lampen an hö-herer Spannung

Idee: Dr. Alfons Graf, Kaufering

Es ist absehbar, daß die Bordnetzspannung im Kfz inZukunft 42V betragen wird. Viele Lasten lassen sicheinfach auf diese Spannung umstellen. Bei Lampenist dies schwieriger, da eine Glühwendel für 42V zuschockempfindlich für den Kfz-Einsatz ist. Die heutediskutierte Lösung ist, alle 14V Lampen im Kfz inVerbindung mit einem zentralen 42V/14V DC/DC-Wandler mit ca. 600W zu betreiben wodurch Zusatz-kosten entstehen.� Eine� weitere� Alternative� könntesein;� die� Lampe� mittels� einer� Serieninduktivität zutakten,� was� im� Prinzip� einem dezentralen DC/DC-Wandler entspricht. Dagegen spricht der hohe Preisder� Spulen.� Anderseits� läßt� sich� die Lampe auchdirekt mit� einem� PWM-Schalter� an� 42V� betreiben.Wenn der Widerstand der Glühwendel im kalten bzw.heißen� Zustand� als� Konstante� angenommen� wird,ergeben sich beim Einschalten oder im Dauerzustandbei 42V ca. die 3-fachen Ströme wie bei 14V: Beieiner 21 W Lampe mit 20A/2A Einschalt-strom/Dauerstrom ergeben sich dann 60A/6A. Wir-ken beim Einschalten für längere Zeit 60A, so wirdjedoch die Glühwendel extrem schnell aufgeheizt unddamit die Lebensdauer der Lampe stark reduziert: Beieiner 65W Lampe werden die 14V Werte mit 50A/5Aentsprechend zu 150A/15A bei 42V. Eine Idee kannnun sein, den� Einschaltstrom� mittels� Strombegren-zung eines elektronischen� Schalters� zu� realisieren.Würde man jedoch eine 55W Lampe mit 50A Strom-begrenzung auf 42V einschalten, so würde amSchalter für ca.� 10ms� eine� Spannung� von� 20-30Vanstehen, was einer Energie von 12J entspricht. Diesehohe Energie würde den Schalter zerstören oder seineLebensdauer stark herabsetzen.

Die hier vorgeschlagene Lösung� besteht� darin,� dieLampe mit einem PWM-Schalter ohne Strombegren-zung zu betreiben. Beispielhaft wird eine 21W Lam-pe verwendet (Prinzipschaltung siehe Abbildung 1).

nung mittels PWM eines Highside oder LowsideLeistungshalbleiters (z.B. MOSFET)

Bei 42V ist der Dauerstrom (Lampe heiß) ca. 6A, d.h.das 3-fache wie bei 14V. Die Energie in der Glüh-wendel� ist� proportional� dem� Quadrat des Lampen-stroms mal der Stromflussdauer (I 2� � � ×� � t on ). Soll derGlühwendel die gleiche. Energie wie bei 14V zuge-führt werden, so muß die Einschaltzeit mit 1/9 derPWM Periodendauer gewählt werden. Die Perioden-dauer ist so zu wählen, daß zum einen die Temperaturder Glühwendel von Periode zu Periode nichtschwankt� (Lebensdauerreduzierung durch Tempera-turschwankungen),� anderseits� die� Schaltverluste imSchalter bzw. die EMV Abstrahlung so gering wiemöglich ist. Eine Periodendauer von T=5000� µ� s(200Hz) mit einem Tastverhältnis von 11 % (t on =550µ� s) erscheint� gut� geeignet,� sollte� aber� für� andereLampenleistungen angepaßt werden.

Abbildung� 2a:� 21� W Lampe Dauerbetrieb mitPWM� an� 42V,� Periodendauer 5000� � � µ

µµµ� � s. Von Periode zu Periode ist kei-ne nennenswerte Stromänderung zu sehen. Kanal1:...