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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Zuführen einer
Spannung zu einem Starterkreis, der ein Hochspannungs-Startsignal
für eine Gasentladungslampe
erzeugt, und diese in einem Beleuchtungsstromkreis einer Gasentladungslampe vorgesehen
ist.
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Im
Zusammenhang mit einem Beleuchtungsstromkreis zum Erleuchten bzw.
Zünden
einer Gasentladungslampe (beispielsweise einer Halogen-Metalldampflampe)
ist eine Struktur allgemein bekannt, die eine elektrische Gleichspannungsquelle
enthält, sowie
einen Wechselrichter und einen Starterkreis (der als Anlassschaltung
bezeichnet wird). Beispielsweise wird ein DC-DC-Umsetzer in der
elektrischen Gleichspannungsquelle verwendet, und eine Schaltung
vom Vollbrückentyp
(vier Halbleiterschaltelemente oder Schaltelemente werden in zwei
Paaren zum Durchführen
einer Schaltsteuerung ausgebildet) und deren Treiberschaltung werden
in dem Wechselrichter verwendet. Bei der obigen Struktur wird die Spannung
positiver oder negativer Polarität,
die durch den DC-DC Umsetzer ausgegeben wird, in eine Rechteckwellenspannung
durch die Schaltung vom Vollbrückentyp
umgesetzt und einer Gasentladungslampe zugeführt.
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Die
Patentschrift
DE 44
42 658 A1 betrifft einen Beleuchtungsschaltkreis für eine Fahrzeugentladungslampe.
In diesem Schaltkreis wird der Ein-Zustand oder der Aus-Zustand der Entladungslampe bestimmt
und die Lichtfrequenz wird derart abgeändert, dass die Frequenz der
Rechteckwellenform von dem Wechselrichter vor Anschalten der Entladungslampe
geringer ist, als die Frequenz der Rechteckwelle nach Einschalten
der Lampe.
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Die
Patentschrift
DE 19
803 139 A1 betrifft eine Zündvorrichtung für eine Entladungslampe
in einem Fahrzeug. Die Zündvorrichtung
ist in einem Lampensockel einer Entladungslampe untergebracht, die
mit einem Entladungsgefäß, einem
Lampensockel und Mitteln zur Gasentladung innerhalb des Entladungsgefäßes ausgestattet
ist.
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Die
Patentschrift
DE 41
32 299 A1 betrifft einen Beleuchtungsstromkreis für eine Fahrzeug-Entladungslampe
und insbesondere einen Beleuchtungsstromkreis, bei dem die Zeit,
die für
die Stabilisierung des von einer Entladungslampe ausgehenden Lichtstroms
nach dem Einschalten derselben erforderlich ist, abgekürzt werden
kann.
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In
diesem Zusammenhang enthält
im Hinblick auf den Starterkreis beispielsweise der Starterkreis
einen Transformator, einen an der Seite der Primärwicklung vorgesehenen Kondensator
und ein Schaltelement vom Selbstentladungs-Typ (Engl.: self-yielding
type). Übersteigt
die Spannung parallel zu beiden Anschlüssen des Kondensators einen Schwellwert,
so Schaltet das Schaltelement vom Selbstentladungs-Typ durch, so
dass ein Primärstrom
in die Schaltung fließt,
und die Spannung dieses Stroms wird erhöht und bei der Gasentladungslampe
ausgehend von der Sekundärwicklung
angelegt bzw. eingeprägt.
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In
diesem Zusammenhang ist allgemein bekannt, dass in dem Fall ohne
Last, bei dem eine Gasentladungslampe noch nicht angeschaltet ist,
je höher
die Spannung ist {dies wird als eine Leerlaufspannung oder Ausschaltspannung
bezeichnet, die zeitweise durch die elektrische Gleichspannungsquelle
ausgegeben wird}, desto einfacher sich die Funkenentladungslampe
anschalten lässt.
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Jedoch
wird es dann, wenn die obige Leerlaufspannung zu stark angehoben
wird, erforderlich, die Haltespannungen der elektrischen Gleichspannungsquelle
und des Wechselrichters zu erhöhen, was
zu einer Erhöhung
der Herstellungskosten führt. Demnach
ist der obere Grenzwert der obigen Leerlaufspannung beschränkt.
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Im
Fall der Erzeugung der Startspannung zum Starten der Gasentladungslampe
lässt sich dann,
wenn es möglich
ist, einen Startpuls (oder Starterpuls) zu erzeugen, indem eine
Leerlaufspannung zugeführt
wird, die von der elektrischen Gleichspannungsquelle oder dem Wechselrichter
erhalten wird, und zwar zu dem Primärkreis der Starterschaltung, die
Zahl der Teile zum Aufbauen der Schaltung auf ein Minimum reduzieren.
Jedoch ist es zum Erhalten eins Puls, dessen Wellenlänge ausreichend
hoch zum Starten der Gasentladungslampe ist, erforderlich, ein Erhöhungsverhältnis des
in dem Starterkreis vorgesehenen Transformators zu erhöhen. Zum
Erhöhen
des Erhöhungsverhältnis des
Transformators ist es erforderlich, die Induktivität der Sekundärwicklung
des betroffenen Transformators zu erhöhen. Im Ergebnis ist die Größe des Transformators
erhöht, wodurch
die Herstellungskosten ansteigen.
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Es
ist möglich,
eine Struktur zu verwenden, bei der die Ausgangsspannungen der elektrischen Gleichspannungsquelle
und des Wechselrichters durch eine Spannungsdopplerschaltung erhöht werden,
die neu bereitgestellt wird, mit einem Kondensator und einer Diode,
und anschließend
kann die derart erhöhte
Spannung dem Starterkreis zugeführt werden.
Es ist auch möglich,
eine Struktur zu verwenden, bei der eine neue Sekundärwicklung
bei der Sekundärseite
des Umsetztransformators zum Aufbauen der elektrischen Gleichspannungsquelle
vorgesehen ist, und eine hohe Spannungsausgabe wird von der betroffenen
Wicklung dem Starterkreis zugeführt.
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Jedoch
ist es gemäß der obigen
Schaltungsstruktur erforderlich, eine Haltespannung der Leitung zu
erhöhen,
durch die die Ausgangsspannung der Spannungsdopplerschaltung eingeprägt wird.
Es ist auch erforderlich, eine Haltespannung der Leitung zu erhöhen, durch
die die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung dem Starterkreis
zugeführt
wird. Demnach liegen große
Entwurfsbeschränkungen
bei der Schaltung vor, so dass sie der hohen Spannung widerstehen
kann.
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Wird
die dem Starterkreis (dem Primärkreis der
Starterschaltung) zugeführte
Spannung angehoben, so können
Sicherheitsprobleme im Hinblick auf die Verdrahtung auftreten. D.
h., ist der Starterkreis in der Nähe der Gasentladungslampe angeordnet
(beispielsweise dann, wenn die Beleuchtungsstromeinrichtung an dem
Starterkreis befestigt ist), so ist es erforderlich, zwei elektrische
Energiezuführleitungen von
den Ausgangsanschlüssen
des Beleuchtungsstromkreis zu der Gasentladungslampe zu führen, und
ferner ist es erforderlich, eine Spannungszuführleitung von dem Ausgangsanschluss
des Beleuchtungsstromkreises zu dem Starterkreis zu legen. Betrachtet
man den Standpunkt zum Vermeiden eines zufälligen tödlichen Elektroschocks, so
ist es vorzuziehen, dass die Spannung der Spannungszuführleitung
so niedrig wie möglich
festgelegt ist, d. h. es ist vorzuziehen, dass das elektrische Potential
der Spannungszuführleitung
im Hinblick auf das elektrische Massepotential (GND) niedrig ist.
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Die
vorliegende Erfindung reduziert eine Haltespannung einer Spannungszuführleitung
zu einem Starterkreis eines Beleuchtungsstromkreis auf einen Wert
so niedrig wie möglich,
zum Verbessern der Sicherheit durch Reduzieren der Differenz des
elektrischen Potentials der Spannungszuführleitung im Hinblick auf das
elektrische Massepotential. Zusätzlich reduziert
die vorliegende Erfindung die Herstellungskosten.
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Es
wird ein Beleuchtungsstromkreis einer Gasentladungslampe vorgestellt,
der eine elektrische Gleichspannungsquelle zum Ausgeben einer Gleichspannung
enthält;
sowie einen Wechselrichter zum Umsetzen einer Ausgangsspannung der
elektrischen Gleichspannungsquelle in eine AC-Spannung zum Zuführen der
AC-Spannung zu einer Gasentladungslampe; und einen Starterkreis
zum Erzeugen eines Hochspannungs-Startsignals
für den
Start der Gasentladungslampe. Der Beleuchtungsstromkreis einer Gasentladungslampe
hat eine Struktur, wie sie anhand der folgenden Punkte (a) bis (d)
aufgezeigt ist.
- (a) Der Starterkreis enthält einen
Transformator mit einem magnetischen Körper, einer Primärwicklung
und einer Sekundärwicklung
und einen Primärkreis,
der an der Primärseite
des Transformators vorgesehen ist.
- (b) Der Primärkreis
enthält
die Primärwicklung und
eine Serienschaltung eines ersten Kondensators und eines Schaltelements,
und die Serienschaltung ist parallel mit der Primärwicklung
verbunden.
- (c) Wenn oder nachdem die Spannung parallel zu beiden Anschlüssen des
ersten Kondensators einen Schwellwert in Übereinstimmung mit der Akkumulation
elektrischer Ladung in dem Kondensator übersteigt, so wird das Schaltelement
geschlossen, so dass das Hochspannungs- Startsignal bei der Gasentladungslampe
ausgehend von dem Primärkreis über die
Sekundärwicklung
eingeprägt
wird.
- (d) Ist die Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle
positiv im Hinblick auf das elektrische Massepotential, so wird
bewirkt, dass die Polarität
der Zuführspannung,
die zu dem Primärkreis
zum Laden des ersten Kondensators in dem Primärkreis gemäß der Ausgangsgröße der elektrischen
Gleichspannungsquelle oder dem Wechselrichter zugeführt wird,
mit einer negativen Polarität
ausgebildet ist, und ist die Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle
negativ im Hinblick auf das elektrische Massepotential, so wird
bewirkt, dass die Polarität
der Zuführspannung,
die dem Primärkreis
zum Laden des ersten Kondensators dem Primärkreis gemäß der Ausgangsgröße von der
elektrischen Gleichspannungsquelle oder dem Wechselrichter zugeführt wird,
zu einer positiven Polarität
ausgebildet ist, wobei am Ausgang der Gleichspannungsquelle ein
zweiter Kondensator mit weiteren Bauelementen in Serie in die Zuführungsleitung
zum Laden des ersten Kondensators geschaltet ist.
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Im
Ergebnis wird dann die Zuführspannung, deren
Polarität
die umgekehrte Polarität
der Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle ist,
dem Primärkreis
des Starterkreis zugeführt;
somit läßt sich
die Haltespannung der Spannungsversorgungsleitung zu der betroffenen
Schaltung reduzieren.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben;
es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild der Schaltung zum Darstellen einer Grundstruktur
eines Beleuchtungsstromkreises einer Gasentladungslampe gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein
Schaltbild zum Darstellen eines Beispiels einer Struktur einer elektrischen
Gleichspannungsquelle;
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3 ein
Schaltbild zum Darstellen eines Beispiels einer Struktur eines Starterkreises;
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4 ein
Beispiel einer Struktur einer Spannungszuführschaltung, die mit einem
Starterkreis verbunden ist;
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5 ein
anderes Beispiel einer Struktur einer Spannungszuführschaltung
für eine
Verbindung mit einem Starterkreis;
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6 ein
Beispiel einer Schaltungsstruktur, durch die eine Zuführ- bzw.
Versorgungsspannung einem Starterkreis bei einer Ausgangsstufe einem Wechselrichter
zugeführt
wird;
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7 ein
Beispiel einer Struktur einer Spannungszuführschaltung für einen
Starterkreis in dem Fall, in dem der Starterkreis ein Schaltelement
mit einer hohen Selbstnachgebespannung (Engl.: self-yielding voltage)
enthält;
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8 ein
Schaltbild zum Darstellen eines anderen Beispiels einer Struktur
eines Starterkreises;
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9 ein
Beispiel einer Struktur einer Schaltung zum Zuführen von Spannung zu dem Starterkreis
gemäß einer
Spannungsausgabe negativer Polarität von der elektrischen Gleichspannungsquelle;
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10 ein
Beispiel einer Struktur eines Beleuchtungsstromkreises mit einer
elektrischen Gleichspannungsquelle zum Augeben sowohl positiver
und negativer Spannungen für
zwei Gasentladungslampen;
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11 ein Beispiel einer Struktur eines Beleuchtungsstromkreises
mit einer elektrischen Gleichspannungsquelle zum Ausgeben sowohl
positiver als auch negativer Spannungen und zum Anlassen einer Gasentladungslampe;
und
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12 ein
schematisches Diagramm zum Erläutern
der Polaritätsregulierung
im Zusammenhang mit einem Hochspannungssignal für einen Starterkreis.
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Die 1 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Implementierung eines Beleuchtungsstromkreises
einer Gasentladungslampe gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Beleuchtungsstromkreis 1 einer Gasentladungslampe
enthält:
eine
elektrische Energiequelle 2, eine elektrische Gleichspannungsquelle 3,
einen Wechselrichter 4 und einen Starterkreis bzw. eine
Starterschaltung 5. Der Beleuchtungsstromkreis 1 einer
Gasentladungslampe steuert bzw. regelt Energie zum An- und Abschalten
einer Gasentladungslampe 6 (beispielsweise einer Halogen-Metalldampflampe).
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Die
elektrische Gleichspannungsquelle 3 empfängt eine
DC-Eingangsspannung
(auf die hiernach als ”Vin” Bezug
genommen wird) von der elektrischen Energiequelle 2, und
sie gibt eine vorgegebene Gleichspannung aus. Die Ausgangsspannung der
elektrischen Gleichspannungsquelle 3 wird einer variablen
Steuerung gemäß einem
Steuersignal unterzogen, das von der Starterschaltung 7 gesendet wird.
Ein DC-DC-Umsetzer
(beispielsweise ein Umsetzer vom Zerhacker- bzw. Chopper-Typ oder
vom Zurückschnapptyp
(Engl.: fly-back type) mit einer Struktur einer Schaltreguliereinrichtung
bzw. eines Schaltreglers wird für
diese elektrische Gleichspannungsquelle 3 verwendet. Allgemein
werden die folgenden Formen verwendet.
- (i)
Eine erste Form mit einer Ausgangsgröße positiver Polarität (der Ausgangsspannung,
deren elektrisches Potential im Hinblick auf das elektrische Potential
der Masse positiv ist)
- (ii) eine zweite Form mit einer Ausgangsgröße negativer Polarität (der Ausgangsspannung,
deren elektrisches Potential negativ im Hinblick auf das elektrische
Potential der Masse ist)
- (iii) eine dritte Form mit Ausgangsgrößen beider Polaritätstypen
(beide Ausgangsspannungen, deren elektrisches Potential positiv
und negativ im Hinblick auf das elektrische Potential der Masse ist).
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D.
h., bei den Formen der obigen Punkte (i) und (ii) ist die Ausgangsspannung
der elektrischen Gleichspannungsquelle 3 auf eine der Polaritäten der positiven
und negativen Spannung fixiert. Andererseits lassen sich bei der
Form des obigen Punkts (iii) beide Typen von Spannungspolaritäten (positiv
und negativ) ausgeben.
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Die 2 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Beispiels der Struktur der elektrischen
Gleichspannungsquelle 3 in der Form, die in dem Punkt (iii) beschrieben
ist. Ist ein Ende der Primärwicklung
Tp des Transformators T mit dem DC-Eingangsanschluss ”ta” verbunden,
so lässt
sich die Spannung Vin bei dem Transformator T eingeben. Das andere Ende
der Primärwicklung
Tp des Transformator T ist über
den Halbleiterschalter SW und den Detektionswiderstand für elektrischen
Strom Rs geerdet. In diesem Fall ist der Halbleiterschalter SW durch
die Markierung eines Schalters in der Zeichnung gezeigt, jedoch
lässt sich
ein elektrischer Feldeffekttransistor für den Halbleiterschalter SW
verwenden (in diesem Fall ist der Widerstand Rs beliebig angeordnet,
d. h. der Widerstand Rs kann nicht erforderlich sein). Das Steuersignal ”Sc” wird von
der Starterschaltung 7 zu dem Steueranschluss (dem Gate
im Fall des FET-Transistors) des Halbleiterschalters SW zugeführt, so
dass sich das Schaltsteuern durchführen lässt.
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Ein
Ende der Sekundärwicklung
Ts des Transformator T ist mit der Anode der Diode D1 verbunden,
und die Kathode der Diode D1 ist über den Kondensator C1 geerdet.
Die Anschlussspannung des Kondensators C1 wird von dem Terminal ”tot” als Ausgangsspannung
positiver Polarität
(”Vdcp”) ausgegeben.
Das andere Ende der Sekundärwicklung
Ts ist mit der Kathode der Diode D2 verbunden, und die Anode der
Diode D2 ist über
den Kondensator C2 geerdet, der mit dem Anschluss ”to2” verbunden
ist. Demnach lässt
sich die Ausgangsspannung negativer Polarität (”Vdcn”) über den betreffenden Anschluss
ausgeben.
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Bei
dieser Schaltung wird eine Spannung positiver Polarität Vdcp (> 0) und eine Spannung
negativer Polarität
Vdcn (< 0) jeweils
von den Ausgangsanschlüssen ”tot” und ”to2” ausgegeben.
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In
diesem Zusammenhang stellt die bei der Wicklung des Transformators
T angebrachte Markierung ”•” einen
Startpunkt der Wicklung dar. Beispielsweise sind im Hinblick auf
die Sekundärwicklung
Ts Markierungen ”•” jeweils
bei dem Verbindungsende der Sekundärwicklung Ts angebracht, mit
der Diode D2 und dem Wicklungsstartende des Mittenabgriffs, der
geerdet ist.
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Im
Hinblick auf die vorgenannten Formen (i) und (ii) ist es ausreichend
zu betrachten, dass sich jede Form mit lediglich dem Sekundärkreis bereitstellen
lässt,
von dem die Spannung positiver Polarität oder negativer Polarität ausgegeben
wird. Deshalb werden weitere Erläuterungen
hier weggelassen.
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Der
Wechselrichter 4 ist bei der Rückstufe der elektrischen Gleichspannungsquelle 3 angeordnet,
wie in 1 gezeigt. Dieser Wechselrichter 4 dient
zum Umsetzen einer Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle 3 in
eine AC-Spannung (beispielsweise einer rechteckwellenförmigen Spannung),
sowie zum Zuführen
der AC-Spannung zu der Gasentladungslampe 6. Eine Schaltungsstruktur
vom Halbbrückentyp
oder Vollbrückentyp,
in die ein Halbleiterschaltelement aufgenommen ist, kann für diese
Schaltung verwendet werden.
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Der
Starterkreis 5 ist zum Erzeugen eines Hochspannungs-Startsignal (oder
eines Startpulses) ausgebildet, zum Starten der Gasentladungslampe 6 bei
der Anfangsstufe des Beleuchtens der Gasentladungslampe 6.
Das betreffende Hochspannungssignal wird der AC-Spannung ”Vout” überlagert,
die von dem Wechselrichter 4 ausgegeben wird, und bei der Gasentladungslampe 6 eingeprägt.
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Die 3 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Grundstruktur des Starterkreises 5,
der bei der Rückstufe
des Wechselrichters 4 angeordnet ist. Der Starterkreis 5 besteht
aus einem Transformator 8 mit einem magnetischen Körper (Kern),
einer Primärwicklung,
einer Sekundärwicklung
und einem Primärkreis 9,
der bei der Primärseite
des Transformators 8 angeordnet ist. Wie in der Zeichnung
gezeigt, sind in dem Primärkreis
eine Primärwicklung 8a des Transformators 8,
ein Kondensator und ein Schaltelement 11 (beispielsweise
ein Schaltelement vom selbst Selbstentlandungs-Typ oder ein Schaltelement als Thyristor,
der durch ein externes Signal gesteuert wird) vorgesehen, und diese
sind in Form einer Serienschaltung ausgebildet. D. h., diese Serienschaltung
ist parallel zu der Primärwicklung 8a des
Transformators 8 angeschlossen. In diesem Zusammenhang
ist im Hinblick auf die Sekundärwicklung 8b des Transformators 8 ein
Ende der Sekundärwicklung 8b mit
dem Verbindungspunkt der Primärwicklung 8a mit dem
Kondensator 10 verbunden, und ebenso ist ein Ende der Sekundärwicklung 8b mit
einem der Ausgangsanschlüsse
des Wechselrichters verbunden, und das andere Ende der Sekundärwicklung 8b ist mit
der Gasentladungslampe 6 verbunden.
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Im
Fall des Startens der Gasentladungslampe 6 schließt sich
dann, wenn die Spannung parallel zu beiden Anschlüssen des
Kondensators 10 einen Schwellwert in Übereinstimmung mit mit der
Akkumulation von elektrischer Ladung in dem Kondensator 10 übersteigt
oder wenn ein Triggersignal hiernach abgegeben wird, der Schalter 11,
so dass ein elektrischer Strom in die Primärwicklung 8a fließt, und
ein Hochspannungs-Startsignal zum Starten der Gasentladungslampe 6 lässt sich
bei der Gasentladungslampe 6 über die Sekundärwicklung 8b einprägen.
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Im
Hinblick auf die Versorgungs- bzw. Zuführspannung zu dem Primärkreis 9 lässt sich
diese als Spannung zuführen,
die von der elektrischen Gleichspannungsquelle 3 gesendet
wird (oder als Spannung, die von dem Wechselrichter 4 gesendet wird).
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Die 4 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Beispiels einer geeigneten Schaltungsstruktur. In
diesem Zusammenhang ist ein Abschnitt der Schaltung nach der Sekundärseite des
Umsetztransformators zum Aufbauen der elektrischen Gleichspannungsquelle
gezeigt (beispielsweise einc Gleichrichter vom Fly-Back-Typ. In
diesem Zusammenhang ist die Polarität der Ausgangsspannung der elektrischen
Gleichspannungsquelle positiv.
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Ein
Ende der Sekundärwicklung 12b des Umsetztransformators 12 ist
mit der Anode der Diode 13 verbunden, die für das Gleichrichten
verwendet wird, und die Kathode der Diode 13 ist mit dem
Kondensator 14 verbunden, der zum Glätten verwendet wird, und das
andere Ende des Kondensators ist geerdet. D. h., die Sekundärspannung
des Umsetztransformators 12 wird gleichgerichtet und geglättet, und
anschließend
wird sie zu dem Wechselrichter 4 ausgesendet.
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Der
Schaltungsabschnitt (Spannungsversorgungs- bzw. Zuführschaltung) 15 enthält: einen
parallel zu der Diode 13 angeordneten Kondensator 16;
einen in Serie zu dem betreffenden Kondensator 16 angeschlossenen
Widerstand; und Dioden 18, 19. D. h., ein Ende
des Kondensators 16 ist mit der Anode der Diode 13 verbunden,
und das andere Ende des Kondensators 16 ist mit dem Widerstand 17 und
der Anode der Diode 18 verbunden, und die Kathode der Diode 18 ist
geerdet. Ein Anschluss des Widerstands 17, der entgegengesetzt
zu dem Verbindungspunkt mit dem Kondensator 16 liegt, ist
mit dem Spannungsversorgungsanschluss 20 verbunden. Dieser Spannungsversorgungsanschluss 20 ist
mit dem Primärkreis 9 über die
Diode 19 verbunden. D. h., die Kathode der Diode 19 ist
mit dem Spannungsversorgungsanschluss 20 verbunden, und
die Anode der Diode 19 ist mit dem Verbindungspunkt des
Kondensators 10 mit dem Schaltelement 11 in dem
Primärkreis 9 verbunden.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist der Wechselrichter in einer Brückentypstruktur ausgebildet,
die aus den Halbleiterschaltelementen sw1 bis sw4 aufgebaut ist.
In der 4 sind die Halbleiterschaltelemente sw1 bis sw4
als Markierungen zum Darstellen der Schalter gezeigt, jedoch können FET
und andere Elemente verwendet werden. Wird ein Signal von einer
in der Zeichnung nicht gezeigten Treiberschaltung abgegeben, so
führt ein
Paar der Elemente sw1 und sw4 und ein Paar der Elemente sw2, sw3
wechselweise das Schaltsteuern aus. Der Kontaktpunkt des Elements
sw1 mit dem Element sw2 ist mit jeder Wicklung des Transformators 8 des
Starterkreises 5 verbunden, und der Kontaktpunkt des Elements
sw3 mit dem Element sw4 ist mit einem Ende der Gasentladungslampe 6 verbunden.
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Wie
oben beschrieben, wird in dem Fall, in dem die Polarität des Sekundärspannung
des Umsetztransformators 12 positiv ist, dann, wenn eine Leerlaufspannung
(auf die hiernach als ”OCR” Bezug genommen
wird) von der elektrischen Gleichspannungsquelle 3 ausgegeben
wird, bevor die Gasentladungslampe bei beispielsweise näherungsweise
350 V angeschaltet wird, eine Ausgangsgröße des Wechselrichters 4 im
wesentlichen eine Spannung, die zwischen 0 Volt und 350 V wechselt,
und diese wechselnde Spannung wird der Gasentladungslampe über die
Sekundärwicklung
des Transformators zugeführt.
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Ein
Element vom Selbstentladungs-Typ wird für das Schaltelement 11 zum
Aufbauen des Primärkreises 9 in
dem Starterkreis 5 verwendet. Demnach wird das Schaltelement
hiernach als ein Schaltelement vom selbstentladungs Typ beschrieben.
Beträgt die
Nachgebespannung des Schalters vom Selbstentladungs-Typ 600 V, so
ist eine OCR = 350 V nicht ausreichend. Deshalb kann beispielsweise
dann, wenn die Spannung von –350
V dem Spannungszuführanschluss 20 in
der in 4 gezeigten Schaltung zugeführt wird, der Kondensator 10 in
dem Primärkreis 9 elektrisch
durch die Spannung geladen werden, so dass der maximale Wert 700
V ist. Aufgrund der vorangehenden Vorgehensweise lässt sich
das Schaltelement 11 schließen.
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Bei
der Anode der Diode 13 zum Gleichrichten, die an der Sekundärwicklungsseite 12b des
Umsetztransformators 12 nach 4 angeordnet
ist, wiederholt sich eine abwechselnde Spannung zwischen OCR = 350
V und 0 V mit der Schaltfrequenz des Umsetzens durch eine Halbwellen-Gleichrichterwirkung.
Wird diese Spannung 350 V, so fließt ein elektrischer Strom in
den Kondensator 16 über
die Diode 18, so dass sich der Kondensator elektrisch laden
lässt.
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Nimmt
die betreffende Spannung (Anodenspannung) einen Wert von nicht mehr
als 0 V an, so wird ein elektrisches Potential bei dem Verbindungspunkt
des Kondensators 16 mit der Diode 18 zeitweise
verringert (in der Zeichnung ist die Polarität des Kondensators durch die
Markierung ”+” dargestellt). Zu
diesem Zeitpunkt wird der folgende elektrische Strompfad gebildet:
Ausgangsanschluss des Wechselrichters 4 → Kondensator 10 in
dem Starterkreis 5 → Diode 19 → Widerstand 17 → Kondensator 16 (ferner, → Sekundärwicklung 12b des
Transformators 12 → Glättungskondensator 14 → Eingangsanschluss des
Wechselrichters 4). Aufgrund des Vorangehenden wird die
elektrische Ladung des Kondensators 10 in den Primärkreis 9 in
den Kondensator 14 bewegt. Demnach lässt sich dann, wenn der obige
Zyklus mehrfach wiederholt wird (die Ladezeit hängt von einem Verhältnis elektrostatischer
Kapazitäten des
Kondensators und einem Widerstandswert des Widerstands 17 ab),
eine Spannung von –350
V schließlich
bei dem Spannungszuführanschluss 20 erhalten.
Als Ergebnis lässt
sich eine negative Spannung (–350
V), deren maximaler Absolutwert 350 V ist, bei einem Anschluss des
Kondensators 10 in den Primärkreis 9 einprägen, und
es lassen sich 350 V (= OCR) bei dem anderen Anschluss einprägen. Demnach
lässt sich
die Spannung parallel zu beiden Anschlüssen, deren Maximalwert 700
V ist (in dem Fall, in dem das Schaltelement geöffnet ist), erzielen. Demnach
ist es möglich,
eine Spannung zu erhalten, die für
ein elektrisches Schließen
des Schaltelements ausreichend ist.
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Ist
die Polarität
der Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle positiv,
wie oben beschrieben, so wird selbstverständlich die Ausgangsspannung
des Wechselrichters positiv. Demnach ist es dann, wenn diese positive
Ausgangsspannung dem einen Ende des Kondensators in dem Primärkreis des
Starterkreises zugeführt
wird und eine negative Spannung von dem Spannungszuführanschluss
zu dem anderen Ende des Kondensators zugeführt wird, möglich, das Zuführen eines
Hochspannungssignals für
einen Start einer Gasentladungslampe zu erzielen. Das Hochspannungssignal wird
lediglich dann erzeugt, wenn eine niedrige Spannung, die niedrig
im Hinblick auf das elektrische Massepotential (Masse) ist, zugeführt wird.
D. h., in dem Fall, in dem die Spannung, deren Polarität dieselbe
ist wie die Spannung der elektrischen Gleichspannungsquelle, zu
dem Primärkreis
wie im üblichen
Fall zugeführt
wird, beispielsweise zum Schließen
des Schaltelements vom Selbstentladungs-Typ, deren Nachgebespannung
den Wert 600 V aufweist, ist es erforderlich, eine Spannung zuzuführen, die
höher als
diese ist (beispielsweise ist es erforderlich, eine Spannung von
+ 700 V zuzuführen).
Demnach ist es erforderlich, die Schaltung zum Halten einer hohen
Spannung zu entwerfen. Ferner wird es dann, wenn ein Speisekabel
zum Vermeiden des Auftretens einer elektromagnetischen Interferenz
abgeschirmt ist, erforderlich, bei dem Entwurf auf den Hochspannungshaltewert
im Hinblick auf ein elektrisches Potential (elektrisches Abschirmpotential)
im Fall der Abschirmung eines Speisekabels zu achten. Jedoch ist
es gemäß der vorliegenden
Erfindung im Hinblick auf den Primärkreis ausreichend, eine Spannung
niedriger als das elektrische Massepotential zuzuführen. Demnach
ist es nicht erforderlich, eine Schaltung zum Halten einer hohen
Spannung zu entwerfen. Demnach lässt
sich die Sicherheit des Beleuchtungsstromkreises verbessern, und
die Herstellungskosten lassen sich reduzieren.
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In
diesem Zusammenhang ist der in 4 gezeigte
Widerstand 17 zum Beschränken eines in die Diode 19 fließenden elektrischen
Stroms vorgesehen, und ebenso zum Angleichen einer Zeitperiode,
die für
das vollständige
Laden des Kondensators 10 in dem Primärkreis 9 erforderlich
ist. Demnach kann beispielsweise ein Widerstand, der in Serie mit der
Diode 18 und dem Kondensator 16 verbunden ist, zum
Erzielen derselben Aufgabe ergänzt
werden, oder diese Widerstände
müssen
in keiner Weise enthalten sein.
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Gemäß der Zeichnung
ist der Verbindungsanschluss der Sekundärwicklung 8b mit der
Primärwicklung 8a des
Transformators mit einem der Ausgangsanschlüsse des Wechselrichters 4 verbunden. Jedoch
ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige spezifische Anordnung
beschränkt.
Es ist möglich,
zahlreiche Schaltungsstrukturen anzuwenden, bei denen jede Komponente,
die in einem geschlossenen Kreis (Primärkreis) vorgesehen ist, der
die Primärwicklung
des Transformators, den Kondensator und das Schaltelement enthält, mit
dem Ausgangsanschluss des Wechselrichters verbunden ist, und Spannung
wird dem Primärkreis
(in diesem Fall wird die Spannung der negativen Polarität zugeführt) zugeführt, so
dass die Spannung parallel zu beiden Anschlüssen des Kondensators einen
Spannungspegel aufweisen kann, der zum Schließen des Schaltelements ausreicht.
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Wie
in 5 gezeigt, lässt
sich ferner eine negative Spannung durch die Schaltung erzeugen, bei
der die Sekundärwicklung 21,
unterschiedlich von der Sekundärwicklung 12b,
an der Sekundärseite des Umsetztransformators 12 vorgesehen
ist. Ferner sind eine Diode 22 und ein Kondensator 23 vorgesehen,
und die derart erzeugte negative Spannung kann dem Primärkreis 9 des
Starterkreises 5 zugeführt
werden. Bei diesem Beispiel ist ein Ende der Sekundärwicklung 21,
die neu vorgesehen ist, mit der Kathode der Diode 22 für ein Gleichrichten
verbunden, und die Anode der Diode ist mit dem Spannungszuführanschluss 20 über den
Widerstand 13 verbunden. Im Hinblick auf den Kondensator 23 zum Glätten ist
ein Ende des Kondensators 23 zum Glätten mit dem Verbindungspunkt
der Diode 22 mit dem Widerstand 17 verbunden,
und das andere Ende ist mit der Sekundärwicklung 21 verbunden,
so dass sie sich erden lässt.
Die negative Spannung, die in der Sekundärwicklung 21 dieser
Schaltung erzeugt und gleichgerichtet und geglättet wird, wird von dem Spannungszuführanschluss 20 dem
Primärkreis 9 des
Starterkreises 5 über
die Diode 19 zugeführt
(siehe 4). Im Hinblick auf diese Sekundärspannung sollten
zum Ausbilden des Absolutwerts dieser Sekundärspannung auf denselben Wert
wie die Sekundärspannung
der obigen Sekundärwicklung
die Wicklungsverhältnisse
beider Sekundärwicklungen dieselben
sein. (Beispielsweise dann, wenn die Spannung der Sekundärwicklung 12b den
Wert 350 V aufweist, kann die Spannung der Sekundärwicklung 21 den
Wert –350
V aufweisen.) Alternativ kann zum Erzielen einer negativen Spannung,
deren Absolutwert höher
als dieser Wert ist, das Festlegen des Wicklungsverhältnisses
geeignet geändert
werden.
-
Bei
der oben erläuterten
Struktur wird die Zuführspannung
des Primärkreises
von der elektrischen Gleichspannungsquelle erhalten, jedoch ist
es möglich,
die Zuführspannung
zu dem Primärkreis von
der Ausgangsgröße des Wechselrichters
zu erhalten.
-
Die 6 zeigt
einen Schaltungsabschnitt, der an der Ausgangsstufe des Wechselrichters 4 angeordnet
ist. In diesem Schaltungsabschnitt ist die Kathode der Diode 24 mit
einem Ausgangsanschluss ”O1” des Wechselrichters 4 verbunden,
und die Anode der Diode 24 ist mit dem anderen Ausgangsanschluss ”O2” des Wechselrichters 4 über den
Kondensator 25 verbunden.
-
Ein
Ende des Widerstands 26 ist mit dem Verbindungspunkt der
Diode 24 mit dem Kondensator 25 verbunden, und
das andere Ende des Widerstands 26 ist mit dem Spannungszuführanschluss 20 verbunden.
Demnach ist dieser Spannungszuführanschluss 20 mit
dem Kondensator 10 des Primärkreises 9 über die
Diode 19 verbunden.
-
In
dieser Schaltung fließt
in diesem Fall von OCV = 350 V dann, wenn die von dem Ausgangsanschluss ”O2” des Wechselrichters 4 erhaltene
Ausgangsspannung den Wert 350 V aufweist, Strom durch die Diode 24,
so dass sich der Kondensator 25 laden lässt. Ist die Ausgangsspannung
bei dem Anschluss ”O2” nicht
höher als
0 V, so fließt
ein elektrischer Strom von dem Kondensator 10 in den Primärkreis 9 in
den Kondensator 25 über
die Diode 19 und den Widerstand 26, so dass sich
elektrische Ladung bewegen lässt.
Obgleich eine Zeitdifferenz gemäß einem
Verhältnis
der elektrostatischen Kapazität
des Kondensators 25 zu der elektrischen Kapazität des Kondensators 10 und
ebenso gemäß dem Widerstandswert
des Widerstands 26 bewirkt wird, wird der obige Zyklus
mehrfach wiederholt. Aufgrund der vorangehenden Vorgehensweise lässt sich
die Spannung mit dem Wert –350
V bei dem Spannungszuführanschluss 20 erhalten.
Im Ergebnis kann die Spannung parallel zu beiden Anschlüssen des
Kondensators 10 maximal den Wert 700 V aufweisen, d. h.,
es lässt
sich eine Spannung erhalten, die die selbstnachgebende Spannung
des Schaltelements 11 übersteigt.
In diesem Zusammenhang ist die Funktion des Widerstands 26 dieselbe
wie diejenige des Widerstands 17.
-
Bei
den obigen Beispielen erfolgte einer Erläuterung für den Fall, in dem die Selbstnachgebespannung
des Schaltelements 11 näherungsweise 600
V ist. Ein Beispiel der Schaltstruktur, bei der die Selbstnachgebespannung
des Schaltelements 11 höher
als dieser Wert ist, d. h. ein Beispiel der Schaltungsstruktur,
bei dem die Selbstnachgebespannung des Schaltelements 11 800
V ist, ist in 7 gezeigt.
-
In 7 ist
ein Schaltungsabschnitt (Spannungszuführ- bzw. Versorgungsschaltung) gezeigt, der
zwischen dem Sekundärkreis
des Umsetztransformators 12 zum Aufbauen der elektrischen
Gleichspannungsquelle und des Wechselrichters angeordnet ist. Dieser
Schaltungsabschnitt besteht aus mehreren Dioden 18, 27, 28 und
Kondensatoren 16, 29, 30. Die Verbindungsbeziehung
der Diode 13, die zum Gleichrichten verwendet wird, zu
dem Kondensator 14, der zum Glätten verwendet wird, im Hinblick
auf die Sekundärwicklung 12b des
Umsetztransformators 12 ist dieselbe wie diejenige des
in 4 gezeigten Beispiels.
-
D.
h., die Anode der Diode 13 ist mit einem Ende der Sekundärwicklung 12b verbunden,
die Kathode der Diode 13 ist mit Masse über den Kondensator 14 verbunden.
Ein Ende des Kondensators 16, der parallel zu der Diode 13 angeordnet
ist, ist mit der Anode der 13 verbunden.
Das andere Ende des Kondensators 16 ist mit der Anode der
Diode 18 verbunden, und die Kathode der Diode 18 ist
geerdet. Die Kathode der Diode 27 ist mit dem Verbindungspunkt
des Kondensators 16 mit der Diode 18 verbunden.
Die Anode der Diode 27 ist über den Kondensator 29 geerdet
und mit der Kathode der Diode 28 verbunden. Die Anode der
Diode 28 ist mit der Anode der Diode 13 über den
Kondensator 30 verbunden, und sie ist ebenso mit dem Spannungszuführanschluss 20 über den
Widerstand 17 verbunden. Die von dem betreffenden Spannungszuführanschluss 20 erhaltene
negative Spannung wird dem Primärkreis 9 des
Starterkreises 5 zugeführt.
-
In
diesem Zusammenhang zeigen in der Zeichnung mehrere Pfeile – dargestellt
anhand unterbrochener Linien – Richtungen
der elektrischen Ströme,
die in der Schaltung dann fließen,
wenn elektrische Ladungen bewegt werden. Beispielsweise dann, wenn
die in der Sekundärwicklung
vor dem Anschalten der Gasentladungslampe erhaltene Spannung gleich
OCV = 350 V ist, wird aufgrund der Tatsache, dass ein elektrischer
Strompfad, bei dem ein elektrischer Strom dann fließt, wenn
die Anodenspannung der Anode 13 350 V ist, gebildet wird,
der elektrische Strompfad gemäß dem Pfeil
ausgehend von dem Kondensator 30 zu der Diode 28 gebildet, und
als elektrischer Pfad, bei dem ein elektrischer Strom dann fließt, wenn
die Anodenspannung der Diode 13 0 V ist, wird der elektrische
Strompfad gemäß dem Pfeil
ausgehend von dem Kondensator 29 zu der Diode 27 und
gemäß dem Pfeil
ausgehend von dem Widerstand 17 zu dem Kondensator 30 gebildet.
-
Als
Ergebnis der Bewegung der elektrischen Ladung, wie sie oben beschrieben
ist, ist es bei dieser Schaltung möglich, eine Zuführspannung
von ”–350 × 2 = –700 V” maximal
zu erhalten. Demnach lässt
sich die Spannung parallel zu beiden Anschlüssen des Kondensators in dem
Primärkreis
auf das Dreifache der Höhe
des OCV-Wertes erhöhen.
Demnach ist es ausreichend, ein Schaltelement 11 zu verwenden,
dessen Selbstnachgebespannung niedriger als ”OCV × 3” ist und ”OCV × 2” übersteigt. Die Gründe hierfür sind nachfolgend
beschrieben. Es ist vorteilhaft, dass die primärseitige Spannung hoch ist,
im Hinblick auf die Größe des Starterkreises
und die Herstellungskosten, und es ist erforderlich, die Schwankungen
der Selbstnachgebespannung (Engl.: self yielding voltage) der Schaltelemente
zu berücksichtigen,
die verwendet werden.
-
Demnach
wird es dann, wenn die Zahl der Stufen in der Schaltung, bei der
Dioden und Kondensator verwendet werden, erhöht ist, möglich, eine negative Spannung
zuzuführen,
deren Absolutwert höher
ist. Jedoch werden weitere Erläuterungen
hier weggelassen.
-
Im
Hinblick auf den Beleuchtungsstromkreis der Gasentladungslampe bei
der die Ausgangsgröße positiver
Polarität
verwendet wird, lassen sich die Ergebnisse wie folgt zusammenfassen.
-
(A)
Ist die Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle
positiv im Hinblick auf das elektrische Potential der Masse, so
wird gemäß der Ausgangsgröße der elektrischen
Gleichspannungsquelle oder des Wechselrichters die Polarität der Zuführspannung,
die der Schaltung im Zusammenhang mit dem Laden des Kondensators
in dem Primärkreis
des Starterkreises zugeführt
wird, negativ ausgebildet.
-
Als
nächstes
folgen die Erläuterungen
im Hinblick auf die Schaltungsstruktur, bei der die Polarität der Ausgangsspannung
der elektrischen Gleichspannungsquelle negativ ist.
-
Die 8 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen einer Grundstruktur des Starterkreises 5,
der bei der Rückstufe
des Wechselrichters 4 angeordnet ist. Unterschiedliche
Punkte der Schaltungsstruktur nach 8 gegenüber derjenigen
der Schaltungsstruktur nach 3 lassen
sich wie folgt beschreiben.
- • Die Polarität der wechselnden
Spannungsausgangsgröße von dem
Wechselrichter ist eine negative Polarität.
- • Die
Richtung der Diode (19')
im Hinblick auf den Primärkreis
ist gegenüber
derjenigen, die für
die in 3 gezeigte Schaltung beschrieben ist, umgekehrt.
-
Beispielsweise
ist in dem Fall für ”OCV = –350 V”, bevor
die Gasentladungslampe 6 angeschaltet wird, die Ausgangsspannung
des Wechselrichters 4 eine wechselnde Spannung (Rechteckwellen
oder Trapezwellen), mit einer Wiederholung zwischen 0 V und –350 V.
Im Hinblick auf die Richtung der Diode 19' ist die Anode der Diode 19' mit dem Spannungszuführanschluss 20 verbunden,
und die Kathode der Diode 19' ist
mit dem Verbindungspunkt des Kondensators 10 mit dem Schaltelement 11 verbunden.
-
Ausgehend
von der Annahme, dass die Selbstnachgebespannung des Schaltelements 11 den
Wert 600 V aufweist, ist es dann, wenn dem Spannungszuführanschluss 20 die
Spannung +350 V zugeführt
wird, möglich,
den Maximalwert 700 V (= 2 × OCV)
für die
Spannung parallel zu beiden Anschlüssen des Kondensators 10 zu
erhalten. D. h., es ist möglich,
eine ausreichend hohe Spannung zum elektrischen Fortsetzen oder
Schließen
des Schaltelements 11 zu erhalten.
-
Die 9 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Beispiels der Struktur der Spannungszuführschaltung 15' zum Zuführen der
Spannung zu dem Primärkreis 9 als
Spannung, die von der elektrischen Gleichspannungsquelle gesendet
wird. Punkte, die unterschiedlich zu den in 4 gezeigten
sind, werden wie folgt beschrieben. Da die Spannungspolarität umgekehrt
ist, ist die Richtung der Diode umgekehrt, und die Richtung der
Bewegung für
die elektrische Ladung im Zusammenhang mit dem Kondensator ist exakt
entgegengesetzt. Im Hinblick auf die Diode 13' für die Gleichrichtung
ist die Kathode der Diode 13' zum
Gleichrichten mit der Sekundärwicklung 12b des
Umsetztransformators 12 verbunden, und die Anode ist mit
dem Kondensator 14 verbunden. Im Hinblick auf die Diode 18' ist die Kathode
der Diode 18' mit
dem Verbindungspunkt des Widerstands 17 mit dem Kondensator 16 verbunden,
und die Anode ist geerdet.
-
Demnach
wird dann, wenn die Kathodenspannung der Diode 13' zum Gleichrichten
den Wert –350
V annimmt, der Kondensator 16 über die Diode 18' geladen. Ist
die Kathodenspannung der Diode 13' zum Gleichrichten niedriger als
0 V, so fließt
ein elektrischer Strom über
den Widerstand 17 und den Kondensator 10 in dem
Primärkreis,
so dass sich eine elektrische Ladung in dem Kondensator 16 bewegt. Wird
der obige Zyklus mehrfach wiederholt, so ist es möglich, die
Spannung von +350 V bei dem Spannungszuführanschluss 20 zu
erhalten. (Wird die Spannung –350
V – für die Abgabe
an den Kondensator 10 in den Primärkreis 9 – addiert,
ist es möglich, die
maximale Spannung von 700 V zu erhalten.)
-
Bei
dieser Ausführungsform
ist es möglich, eine
Versorgungsspannung für
den Primärkreis
von der Ausgangsgröße des Wechselrichters
zu erhalten, wie in 6 gezeigt. Alternativ ist es
auch möglich, eine
Zuführspannung
zu dem Primärkreis
zu erhalten, indem die Sekundärwicklung
zu dem Umsetztransformator 12 hinzugefügt wird, wie in 5 gezeigt.
Alternativ ist es auch möglich,
die in 7 gezeigte Struktur in dem Fall anzuwenden, bei
dem die Selbstnachgebespannung des Schaltelements hoch ist. Jedoch
ist zu erwähnen,
dass die Richtung der Diode und die Richtung der Bewegung der elektrischen Ladung
umgekehrt sind.
-
Im
Hinblick auf den Beleuchtungsstromkreis einer Gasentladungslampe,
bei der eine Ausgangsgröße negativer
Polarität
verwendet wird, lassen sich die Ergebnisse wie folgt zusammenfassen.
-
(B)
Ist die Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle
im Hinblick auf das elektrische Potential der Masse negativ, so
wird gemäß der Ausgangsgröße der elektrischen
Gleichspannungsquelle oder des Wechselrichters die Polarität der Zuführspannung,
die der Schaltung im Hinblick zum Laden des Kondensators in dem
Primärkreis
des Starterkreises zugeführt
wird, positiv ausgebildet.
-
Als
nächstes
werden Erläuterungen
einer Ausführungsform
gegeben, bei der Spannungen beider Polaritäten gemäß der positiven und negativen Polarität im Hinblick
auf das elektrische Potential der Masse von der Gleichspannungsquelle
ausgegeben werden.
-
Die 10 und 11 zeigen Ansichten zum Darstellen eines
Primärabschnitts
für ein
Beispiel der Struktur des Beleuchtungsstromkreises, der Spannungen
beider Polaritäten
erzeugt.
-
die 10 zeigt
eine Schaltungsstruktur, bei der zwei Gasentladungslampen 6_1, 6_2 mit
einem gemeinsamen Beleuchtungsstromkreis 1A angeschaltet
werden können.
Bei diesem Beispiel besteht die elektrische Gleichspannungsquelle 3 aus
einem DC-DC-Umsetzer 3A zum Ausgeben einer Spannung positiver
Polarität
und einem DC- DC-Umsetzer 3 zum
Ausgeben einer Spannung negativer Polarität (Das Schaltungsbeispiel ist
in 2 gezeigt.). Bei der Rückstufe dieser Umsetzer ist
ein Wechselrichter 4A vorgesehen, mit einer Vollbrückentyp-Schaltungsstruktur
mit vier Schaltelementen sw1, sw2, sw3, sw4 (es können Halbleiterschalter
für diese Schaltelemente
verwendet werden, jedoch sind aus Gründen einer einfachen Bezugnahme
diese Schaltelemente durch Markierungen einfacher Schaltung dargestellt).
Im Hinblick auf die Schaltelemente sw1, sw2, die miteinander in
Serie so verbunden sind, dass sie als ein erstes Paar ausgebildet
sind, ist ein Ende des Schaltelements sw1 mit dem Ausgangsanschluss
des DC-DC-Umsetzers 3A verbunden,
und das andere Ende des Schaltelements sw1 ist mit dem Ausgangsanschluss
des DC-DC-Umsetzers 3B über das
Schaltelement sw2 verbunden. Der Verbindungspunkt α beider Schaltelemente
ist mit der ersten Gasentladungslampe 6_1 über den
Starterkreis 5_1 (als induktive Last bzw. induzierende
Last des Starterkreises 5_1) verbunden. Im Hinblick auf
die Schaltelemente sw3, sw4, die miteinander in Serie so verbunden
sind, dass sie als zweites Paar ausgebildet sind, ist ein Ende des
Schaltelements sw3 mit dem Anschluss des DC-DC-Umsetzer 3A verbunden,
und das andere Ende des Schaltelements sw3 ist mit dem Anschluss
des DC-DC-Umsetzers 3B über
das Schaltelement sw4 verbunden. Der Verbindungspunkt β beider Schaltelemente
ist mit der zweiten Gasentladungslampe 6_2 über den
Starterkreis 5_2 (als induzierende Last bzw. induktive
Last des Starterkreises 5_2) verbunden. Die Anschlüsse der Gasentladungslampen 6_1, 6_2,
die nicht mit den Verbindungspunkten α und β verbunden sind, sind direkt geerdet,
oder über
die Widerstände
R1, R2 geerdet, die für
eine Detektion eines elektrischen Stroms verwendet werden.
-
In
beiden Treiberschaltungen DRV1, DRV2 sind ICs (integrierte Schaltungen)
für die
Verwendung als Halbbrückentreiber
vorgesehen. Eine Treiberschaltung DRV1 bewirkt das An- und Abschalten der
Schaltelemente sw1, sw2, und die andere Treiberschaltung DRV2 bewirkt
das An- und Abschalten der Schaltelemente sw3, sw4. Werden die Schaltelemente
so reguliert, dass sich das Schaltelement sw1 anschalten lässt und
sich das Schaltelement sw2 abschalten lässt, und zwar durch die Treiberschaltung DRV1
zu einem Zeitpunkt, so sind die Schaltelemente so reguliert, dass
sich das Schaltelement sw3 abschalten lässt und sich das Schaltelement
sw4 anschalten lässt,
und zwar durch die Treiberschaltung DRV2 in diesem Zeitpunkt. Werden
die Schaltelemente so reguliert, dass sich das Schaltelement sw1 abschalten
lässt und
sich das Schaltelement sw2 anschalten lässt, und zwar durch die Treiberschaltung DRV1
zu einem anderen Zeitpunkt, so werden die Schaltelemente so reguliert,
dass sich das Schaltelement sw3 anschalten lässt und sich das Schaltelement
sw4 abschalten lässt,
und zwar durch die Treiberschaltung DRV2 in diesem Zeitpunkt. Wie
oben beschrieben, werden die Schaltelemente sw1 und sw4 in denselben
Zustand versetzt, und die Schaltelemente sw2 und sw3 werden in denselben
Zeitpunkt versetzt, und diese Schaltelemente werden wechselweise
geändert.
-
Demnach
wird dann, wenn zwei Paare der Schaltelemente an- und abgeschaltet sind, beispielsweise
während
die Spannung (positive Spannung) der positiven Polarität der ersten
Gasentladungslampe 6_1 zugeführt wird, die Spannung (negative
Spannung) der negativen Polarität
der zweiten Gasentladungslampe 6_2 zugeführt. (Im
Gegensatz hierzu wird während
dem Zuführen
der Spannung der negativen Polarität zu der ersten Gasentladungslampe 6_1 die
Spannung der positiven Polarität
der zweiten Gasentladungslampe 6_2 zugeführt.)
-
Die 11 zeigt einen Primärabschnitt der Schaltungsstruktur
nach der Sekundärwicklung
des Umsetztransformators im Hinblick auf den Starterkreis 1B einer
Gasentladungslampe. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist bei einem
Ende der Sekundärwicklung 12b des
Umsetztransformators 12 eine Diode zum Gleichrichten vorgesehen.
Wird die Spannung, die der Halbwellengleichrichtung durch Wirkung
der betreffenden Diode unterzogen wird, durch den Kondensator 32 geglättet, der
zwischen der Kathode der Diode 31 und dem Zwischenabgriff
der Sekundärwicklung
vorgesehen ist, so lässt
sich die Spannung Vdcp der positiven Polarität erhalten. Bei dem Beginn
der Sekundärwicklung 12b des
Umsetztransformators 12 ist eine Diode 33 zum
Gleichrichten vorgesehen. Wird die Spannung, die durch eine Halbwellengleichrichtung
mittels der Wirkung der betreffenden Diode unterzogen wird, durch
den Kondensator 34 geglättet,
der zwischen der Diode 33 und dem Zwischenabgriff der Sekundärwicklung 12b angeordnet
ist, so lässt
sich die Spannung Vdcn der negativen Polarität erhalten.
-
Im
Hinblick auf den Wechselrichter 43, der bei der Rückstufe
angeordnet ist, sind zum Ändern von
deren Ausgangsspannungen Vdcp, Vdcn, ein Paar von Halbleiterschaltelementen
SW1, SW2 vorgesehen (obgleich Feldeffekttransistoren für diese Elemente
verwendet werden können,
sind aus Gründen
der einfachen Bezugnahme diese Elemente durch Markierungen einfacher
Schaltungen dargestellt). Es erfolgt das Zuführen einer wechselnden Spannung,
die dann erzeugt wird, wenn jedes Element durch die Treiberschaltung
DRV geändert
wird, zu der Gasentladungslampe 6 über den Starterkreis 5 (der
induzierenden Last des Starterkreises 5).
-
Im
Hinblick auf die Schaltelemente SW1 und SW2 ist das Schaltelement
SW1 mit der Kathode der Diode 31 verbunden, und es ist
ebenso mit der Anode der Diode 33 über das Schaltelement SW2 verbunden.
Ein allgemein bekanntes IC wird als Halbbrückentreiber für die Treiberschaltung
CRV verwendet, das wechselweise das Schaltsteuern bei diesen Schaltelementen
durchführt.
Die Halbbrücke
führt eine
Wechselbewegung durch, und eine Gleichspannung wird in eine AC-Spannung
so umgesetzt, dass sich das Element SW2 dann ausschalten lässt, wenn das
Element SW1 angeschaltet ist, und umgekehrt hierzu kann das Element
SW2 dann angeschaltet werden, wenn das Element SW1 durch das von
der Treiberschaltung DRV zu dem Steuerelement jedes Schalters zugeführte Signal
abgeschaltet wird. In diesem Zusammenhang wird, wie in der Zeichnung
gezeigt, die Treiberschaltung DRV gemäß der Spannung negativer Polarität der Spannung
Vdcn betrieben. Demnach ist es erforderlich, eine elektrische Energiequellenspannung
für die
Treiberschaltung DRV vorzusehen. In derselben Weise ist eine Beachtung der
Startersignaleingabe von dem nicht gezeigten Steuerabschnitt in
die Treiberschaltung DRV erforderlich.
-
Bei
den in 10 und 11 gezeigten
Schaltungen weist die Ausgangsgröße der elektrischen Gleichspannungsquelle
beide Polaritäten,
die positive und die negative Polarität, auf, und beide Polaritäten werden
durch das Schaltelement so verändert, dass
die Ausgangsgröße der Gasentladungslampe zugeführt wird.
Demnach ist es erforderlich, die Polarität der Ausgangsspannung des
Wechselrichters dann zu berücksichtigen,
wenn die Gasentladungslampe durch Einprägen eines Hochspannungs-Startsignals
bei der Gasentladungslampe anzuschalten ist.
-
Im
Hinblick auf die Polarität
der Gasentladungslampe von dem Wechselrichter vor dem Start der
Gasentladungslampe zugeführten
Spannung ist es bevorzugt, eine Steuerung so durchzuführen, dass
der Zustand des Schaltelements des Wechselrichters so fixiert ist,
dass die Polarität
der zugeführten
Spannung auf eine der positiven oder negativen Polarität reguliert
werden kann (gemäß der Pegelregulierung
im Zusammenhang mit dem zu der Treiberschaltung gesendeten Steuersignal),
so dass das Schaltelement eine Wechselbewegung nach dem Anschalten
der Gasentladungslampe durchführen kann.
Der Grund hierfür
ist wie nachfolgend beschrieben. Bevor die Gasentladungslampe angeschaltet ist,
erhöht
sich die Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle
auf ein erforderliches Niveau (OCV), und die Polarität des Wechselrichters ist
fixiert, und der Hochspannungs-Startpuls wird bei der Gasentladungslampe eingeprägt. Aufgrund
der vorangehenden Vorgehensweise lässt sich die Gasentladungslampe
positiv anschalten, d. h. die Gasentladungslampe lässt sich
stabil dann anschalten, wenn das Schaltelement eine Wechselbewegung hiernach
durchführt.
-
Es
wird bevorzugt, dass die Polarität
der Zuführspannung
für den
Starterkreis wie folgt reguliert wird.
- • In dem
Fall, in dem die Polarität
der Ausgangsspannung des Wechselrichters so reguliert wird, dass
sie positive Polarität
im Startpunkt dann aufweist, wenn die Gasentladungslampe beleuchtet wird,
wird die Polarität
der Zuführspannung,
die dem Primärkreis
des Starterkreises von der elektrischen Gleichspannungsquelle oder
dem Wechselrichter zugeführt
wird, zu der negativen Polarität
ausgebildet.
- • In
dem Fall, in dem die Polarität
der Ausgangsspannung des Wechselrichters zu der negativen Polarität bei dem
Startpunkt dann reguliert wird, wenn die Gasentladungslampe beleuchtet
wird, wird die Polarität
der Zuführspannung,
die dem Primärkreis
des Starterkreises von der elektrischen Gleichspannungsquelle oder
dem Wechselrichter zugeführt
wird, zu der positiven Polarität ausgebildet.
-
Beispielsweise
ist es bei den in der 10 und 11 gezeigten
Schaltungsstrukturen dann, wenn die Spannungspolarität zu der
positiven Polarität
bei Beleuchten der Gasentladungslampe reguliert wird, ausreichend,
dass die Polarität
der Zuführspannung zu
dem Primärkreis
des Starterkreises für
die Gasentladungslampe zu der negativen Polarität ausgebildet wird. Zum Erzielen
des obigen technischen Problems ist es klar, dass sich die in den 3 bis 7 gezeigten
Schaltungsstrukturen so, wie sie sind, verwenden lassen. (In derselben
Weise ist es für
die in den 10 und 11 gezeigten
Schaltungsstrukturen dann, wenn die Spannungspolarität zu der
negativen Polarität
dann reguliert wird, wenn die Gasentladungslampe beleuchtet wird,
ausreichend, dass die Polarität
der Zuführspannung
zu dem Primärkreis des
Starterkreises für
die Gasentladungslampe zu der positiven Polarität ausgebildet wird. Zum Erzielen des
obigen technischen Problems ist es ausreichend, dass sich die in
den 8 und 9 gezeigten Schaltungsstrukturen
verwenden lassen, und dass sich die in den 5 bis 7 gezeigten
Schaltungsstrukturen, bei denen die Richtung der Diode umgekehrt
ist, verwenden lassen.
-
In
diesem Zusammenhang wird im Hinblick auf das zu erzeugende Hochspannungs-Startsignal das
Hochspannungs-Startsignal
durch den Starterkreis als Resonanzwellenform erzeugt, die im Wesentlichen
als Sinuswelle ausgebildet ist. Bevorzugt erfolgt ein Regulieren
derart, dass die Spannungspolarität des Signals im Hinblick auf
die erste Halbwellenperiode den umgekehrten Wert der Polarität der Ausgangsspannung
der elektrischen Gleichspannungsquelle oder des Wechselrichters
aufweist. Der Grund hierfür
ist wie folgt.
-
Die 12 zeigt
eine Ansicht zum Darstellen eines Abschnitts des in 3 gezeigten
Starterkreises. Die Polarität
der Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle 3 wird
zu der positiven Polarität
ausgebildet. In diesem Zusammenhang wird im Hinblick auf die Richtungen
der elektrischen Ströme,
die in der Primärwicklung 8a und
der Sekundärwicklung 8b des
Transformators 8 fließen,
die durch den Pfeil in die in der Zeichnung dargestellte Richtung,
die nach rechts gerichtet ist, als eine positive Richtung definiert,
d. h. die auf die Markierung ”•” zum Darstellen
eines Startpunkts der Wicklung zulaufende Richtung wird als eine
positive Richtung definiert. Im Hinblick auf jede Wicklung des Transformators 8 ist
das Schaltelement 11 mit dem startseitigen Anschluss der
Primärwicklung 8a verbunden,
und die Gasentladungslampe 6 ist mit dem startseitigen
Anschluss der Sekundärwicklung 8b verbunden.
-
Wie
oben beschrieben, wird dann, wenn die Spannungsregularität zu der
positiven Polarität
im Zeitpunkt geregelt wird, wenn die Gasentladungslampe 6 beleuchtet
wird, der Kondensator 11 in den Primärkreis 9 des Transformators 8 mit
der Polarität geladen,
die durch die Markierung ”+” dargestellt
ist. Hat die Spannung parallel zu beiden Anschlüssen des betreffenden Kondensators
einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, so wird das Schaltelement 11 angeschaltet.
Die Richtung des Resonanzstroms (Primärstrom), der in diesem Zeitpunkt
fließt,
wird bei der ersten Halbperiode positiv. Unter der Annahme, dass
die Gasentladungslampe nicht angeschlossen ist, so dass in diesem
Zeitpunkt keine Last vorliegt, wird in dem durch Resonanz verursachten
Hochspannungspuls die Spannungspolarität in der ersten Halbperiode
T negativ, wie durch die Wellenform W in der Zeichnung gezeigt.
(Die Spannungen bei den Startenden der Primärwicklung 8a und der
Sekundärwicklung 8b sind
negativ.). Andererseits weist im Hinblick auf de elektrischen Strom
die Gasentladungslampe eine Impedanz auf. Demnach ist unter der
Annahme, dass ein elektrischer Strom in die Sekundärwicklung 8b fließt, die
Richtung des in der Sekundärwicklung
fließenden
Resonanzstroms in der ersten Halbperiode negativ.
-
In
dem Fall des Anschaltens der Gasentladungslampe befindet sich die
Gasentladungslampe in einem Zustand ohne Last bei der Anfangsstufe, und
anschließend
wird die Gasentladungslampe elektrisch durch Wirkung der Hochspannungspulse geladen,
so dass die Gasentladungslampe eine Impedanz aufweist. Demnach fließt zu Beginn
der elektrische Sekundärstrom
des Transformators 8 nicht, ist jedoch die Gasentladungslampe 6 elektrisch
geladen, so beginnt der elektrische Sekundärstrom des Transformators 8 zu
fließen.
D. h., dann, wenn das Schaltelement 11 in dem Primärkreis 9 angeschaltet ist,
beginnt ein elektrischer Strom entlang positiver Richtung in der
Primärwicklung 8a zu
fließen,
und eine negative Spannung wird bei dem Anschluss der Sekundärwicklung 8b bei
der Gasentladungslampenseite erzeugt (dem Anschluss bei der Startendseite), so
dass die Gasentladungslampe elektrisch geladen wird (die Gasentladungslampe
ist geladen). Aufgrund der vorangehenden Ereignisse beginnt ein
elektrischer Strom in negativer Richtung, der mit der Primärwicklung 8a kombiniert
ist, in der Sekundärwicklung 8b zu
fließen.
-
Da
der elektrische Primärstrom
während
einer sehr kurzen Zeitperiode gedämpft ist, wird der elektrische Sekundärstrom in
derselben Weise gedämpft.
Jedoch ist die Richtung eines elektrischen Stroms (elektrischer
Versatzstrom), der nach dem Abschluss der Resonanz verbleibt, positiv.
Diese Richtung des elektrischen Stroms hat eine wichtige Bedeutung
für das
Beleuchtungsleistungsvermögen (Engl.:
lighting performance) der Gasentladungslampe. Demnach ist die zuvor
erwähnte
Regulierung der Spannungspolarität
eine notwendige Bedingung, damit die Richtung (die positive Richtung
in diesem Fall) des elektrischen Versatzstroms mit der Polarität (positive
Polarität)
der Ausgangsspannung des Wechselrichters übereinstimmt. Demnach erfolgt
ein Regulieren derart, dass die Spannungspolarität des Hochspannungspulses in
der ersten Halbwellenperiode so reguliert ist, dass sie die umgekehrte
Polarität (die
negative Polarität
in diesem Beispiel) zu der Polarität (die positive Polarität in diesem
Beispiel) der Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle
ist. Werden beide zu derselben Polarität reguliert, besteht aufgrund
der Tatsache, dass die Richtung des elektrischen Versatzstroms negativ wird,
eine Möglichkeit
dahingehend, dass das Beleuchtungsleistungsvermögen der Gasentladungslampe
beeinträchtigt
ist.
-
Bei
den obigen Erläuterungen
wird angenommen, dass die Polarität der Ausgangsspannung der
elektrischen Gleichspannungsquelle positiv ist. Jedoch kann dann,
wenn die Polarität
der Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle negativ
ist, die Richtung des Pfeils zum Anzeigen der Richtung des elektrischen
Stroms umgekehrt werden. Demnach kann die Polarität der Resonanzspannung betreffend
den Hochspannungspuls in der ersten Halbperiode positiv ausgebildet
werden. (Die in 12 gezeigte Wellenform ”w” kann invertiert
werden.). Zum Invertieren der in 12 gezeigten
Wellenform ”w” kann beispielsweise
eine Beziehung des Startendes der Wicklung des Transformators 8 zu dem
abschließenden
Ende der Wicklung zu einer umgekehrten Phasenbeziehung geändert werden (die
Gasentladungslampe 6 ist mit dem Anschluss bei der Abschlussendseite
der Sekundärwicklung 8b verbunden.).
Alternativ kann die Positionsbeziehung des Kondensators 10 mit
dem Schaltelement 11 miteinander gemäß 12 ersetzt
werden.
-
Bevorzugt
wird die zuvor erwähnte
Polaritätsregulierung
auf einen Fall angewandt, bei dem die Polarität des Wechselrichters zeitweise
vor dem Anschalten der Gasentladungslampe in der in 10 und 11 gezeigten Schaltung fixiert ist, deren Ausgänge beide
positive und negative Polaritäten aufweisen.
D. h., dann, wenn die Polarität
der Ausgangsspannung des Wechselrichters zu der positiven Polarität (oder
der negativen Polarität)
reguliert wird, wird die Spannungspolarität des Hochspannungspulses in
der ersten Halbwellenperiode zu der negativen Polarität (oder
der positiven Polarität)
reguliert.
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Wie
sich anhand der vorangehenden Erläuterungen erkennen lässt, lässt sich
gemäß der vorliegenden
Erfindung dann, wenn die Zuführspannung, deren
Polarität
umgekehrt im Hinblick auf die Polarität der Ausgangsspannung der
elektrischen Gleichspannungsquelle ist, zu dem Primärkreis des
Starterkreises zugeführt
wird, die Haltespannung der Spannungszuführleitung zu der betreffenden
Schaltung reduzieren. Demnach lässt
sich der Entwurf der Haltespannung einfach ausführen, und die Sicherheit lässt sich
erhöhen,
und die Herstellungskosten lassen sich reduzieren (es wird unnötig, teurere
Teile zum Halten einer Hochspannung vorzusehen). Ferner ist es selbst
dann, wenn die elektrische Gleichspannungsquelle zum Ausgeben von
Spannungen beider Polaritäten,
der positiven und negativen Polarität, verwendet wird, möglich, die
Zuführspannung (das
elektrische Potential im Hinblick auf das elektrische Potential
der Masse) zu dem Primärkreis
des Starterkreises zu reduzieren. Zusätzlich wird die Spannungspolarität des Hochspannungs-Startsignals,
das in dem Starterkreis erzeugt wird, bei der ersten Halbwellenperiode
zu der umgekehrten Polarität
der Polarität
der Ausgangsspannung der elektrischen Gleichspannungsquelle oder
des Wechselrichters reguliert. Aufgrund der vorangehenden Vorgehensweise
lässt sich
das Beleuchtungsleistungsvermögen
der Gasentladungslampe verbessern, und ein Ausgehen der Gasentladungslampe
lässt sich vermeiden.