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GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer Entladungslampe, welche von einer Wechselspannungs-Leistungsquelle gespeist wird und Entladungslampen mit hohen Leistungsfaktoren ansteuert.
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HINTERGRUND DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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6 illustriert eine Schaltungskonfiguration einer Entladungslampen-Steuervorrichtung nach dem Stand der Technik, welche in der Japanischen Offenlegungsschrift
JP 09-45490 A offenbart ist. In dieser Figur ist mit
1 eine Wechselspannungs-Leistungsquelle, mit
42 eine Gleichrichterschaltung, mit
43 ein Aufwärtsinverter, mit
44 ein Abwärtsinverter, mit
45 eine Rechteckschaltung, mit
46 eine Startschaltung, mit
8 eine Entladungslampe, mit
48 eine Aufwärtsinverter-Steuerschaltung, mit
49 eine Abwärtsinverter-Steuerschaltung, mit
50 eine Rechteckwellen-Steuerschaltung und mit
11 eine gesteuerte Leistungsquellenschaltung bezeichnet.
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In der Entladungslampen-Schaltungsanordnung nach dieser Konfiguration erzeugt die gesteuerte Leistungsquellenschaltung 11 eine gesteuerte Leistung, wenn die kommerzielle Leistungsquelle 1 angeschaltet ist, und dann initiieren die Aufwärtsinverter-Steuerschaltung 48, die Abwärtsinverter-Steuerschaltung 49 und die Rechteckwellen-Steuerschaltung 50 die Operation.
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Der Aufwärtsinverter 43 wandelt ein Ausgangssignal, welches durch Gleichrichten der von der Leistungsquelle 1 gelieferten Wechselspannung in der Gleichrichterschaltung 42 erzeugt wurde, in eine vorbestimmte Gleichspannung um. Zu dieser Zeit korrigiert die Aufwärtsinverter-Steuerschaltung 48 die Wellenformverzerrung des zu dem Aufwärtsinverter 43 gelieferten Eingangsstroms und steuert den Aufwärtsinverter 43 derart, daß der Eingangsleistungsfaktor nahezu 100% wird.
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Der Abwärtsinverter 44 ist ein Gleichspannungs-/Gleichspannungs-Wandler, der die von dem Aufwärtsinverter 43 gelieferte Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umwandelt. Die Abwärtsinverter-Steuerschaltung 49 steuert die Ausgangsspannung des Abwärtsinverters 44 in der Weise, daß der durch die Entladungslampe 8 fließende Strom ein vorbestimmter Strom wird.
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Die Rechteckwellenschaltung 45 wandelt die Gleichspannung des Abwärtsinverters 44 in eine Wechselspannung um. Die Rechteckwellen-Steuerschaltung 50 steuert die Rechteckwellenschaltung 45 in der Weise, daß der durch die Entladungslampe 8 fließende Strom ein rechteckiger Wechselstrom mit einer vorbestimmten Frequenz wird.
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Die Startschaltung 46 erzeugt Hochspannungsimpulse, um die Entladungslampe 8 zu starten.
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7 ist ein Blockschaltbild, das die herkömmliche Lampensteuervorrichtung illustriert, welche als Steuervorrichtung vom Magnettyp bezeichnet wird, bei der mit 1 eine herkömmliche Leistungsquelle, mit 51 ein Kondensator, mit 52 eine Drosselspule, mit 53 ein Hochspannungs-Impulsgenerator und mit 8 eine Entladungslampe bezeichnet sind. Der Hochspannungs-Impulsgenerator 53 legt Hochspannungsimpulse an die Entladungslampe 8 an. Wenn die Entladungslampe 8 zündet, fließt ein Strom von der kommerziellen Leistungsquelle 1 zu der Entladungslampe 8. Die Drosselspule 52 begrenzt den zu der Entladungslampe 8 fließenden Strom. Der Kondensator 51 hebt den Leistungsfaktor an durch Verbessern des Nacheilens des Stroms, das durch die Drosselspule 52 bewirkt wurde.
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Von elektrischen Geräten wird gefordert, daß sie hohe Leistungsfaktoren haben, um negative Wirkungen auf Einrichtungen des Leistungssystems für die Wechselstromleistung herabzusetzen. Um den Leistungsfaktor eines elektrischen Gerätes anzuheben, ist es erforderlich, durch die Verwendung eines Aufwärtsinverters eine Wechselspannung in eine Gleichspannung bei hohen Leistungsfaktoren umzuwandeln, wie in dem Beispiel des Standes der Technik gezeigt ist. Somit wird die Entladungslampen-Steuervorrichtung groß und kostenaufwendig, da ein derartiger Aufwärtsinverter installiert ist.
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Andererseits ist es möglich, wie in 7 gezeigt ist, den durch die Entladungslampe fließenden Strom zu steuern durch Verwendung einer Drosselspule mit großer Induktivität. Jedoch führt die Verwendung einer großen Drosselspule zu einer großen Lampenzündvorrichtung. Zusätzlich wird, wie in 8(a) gezeigt ist, da der Entladungslampenstrom dieselbe Sinuswelle darstellt wie die der herkömmlichen Wechselspannung der herkömmlichen Leistungsquelle, die Zeitperiode, in welcher der Entladungslampenstrom nahe Null ist, lang. Dann tritt, wie in 8(b) gezeigt ist, eine Wiederzündspannung auf, wenn der Entladungslampenstrom niedrig ist. Das Auftreten der Wiederzündspannung führt zur Abschaltung der Entladungslampe und verringert den Leuchtwirkungsgrad.
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Die
DE 44 20 182 A1 beschreibt eine Stromversorgungsvorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe. Die Stromversorgungsvorrichtung enthält dabei ein Spannungswandlermittel, an dessen Eingangsseite eine Gleichspannungsquelle und an dessen Ausgangsseite ein kapazitives Element und die Entladungslampe angeschlossen sind.
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Die
US 5,331,534 A offenbart eine Energieversorgungseinheit für Entladungslampen, die zu einer Entladungslampe gelieferte elektrische Leistung mittels eines Wandlers steuert und mittels einer zusätzlichen Leistungsschaltung zu der Entladungslampe liefert.
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Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, eine kostengünstige, kleine Schaltungsanordnung zum Steuern von Entladungslampen mit hohem Leistungsfaktor zu schaffen, welche die Erzeugung einer Wiederzündspannung herabsetzen kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltungsanordnung werden in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält eine Schaltungsanordnung zum Steuern der zu der Entladungslampe gelieferten elektrischen Leistung mittels eines Aufwärts/Abwärts-Wandlers mit einem Transformator, einem ersten Schaltelement, das in Reihe mit einer Primärwicklung des Transformators mit einer Wechselspannungs-Leistungsquelle geschaltet ist, und mit einer ersten Diode und einem ersten Kondensator, die in Reihe mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind, eine Nulldurchgangs-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Nulldurchgangs der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle; eine zusätzliche Leistungsschaltung mit einer zweiten Diode, die mit einem Verbindungspunkt zwischen der Primärwicklung des Transformators und dem ersten Schaltelement verbunden ist, einem zweiten Kondensator zum Laden mit in der Primärwicklung des Transformators gespeicherter Energie über die zweite Diode, und einem zweiten Schaltelement, einer dritten Diode und einer Induktivität, durch welche die in dem zweiten Kondensator geladene Energie zu der Entladungslampe geliefert wird; und eine Steuerschaltung, welche die Frequenz der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle berechnet auf der Grundlage des Ausgangssignals von der Nulldurchgangs-Erfassungsvorrichtung, und dann das zweite Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung mit einer hohen Frequenz während einer vorbestimmten Zeitperiode um den Nulldurchgang herum betätigt.
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Wie vorbeschrieben ist, liefert die zusätzliche Leistungsschaltung elektrische Leistung zu der Entladungslampe während der Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Wechselspannungs-Leistungsquellenspannung, und somit wird die Dauer, während der der durch die Entladungslampe fließende Strom Null ist, kurz. Daher tritt keine Wiederzündspannung in der Entladungslampe auf, die Abschaltung der Lampe kann verhindert werden und die Abnahme des Leuchtwirkungsgrades kann verhindert werden.
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Wenn die erste Schaltvorrichtung des Aufwärts/Abwärts-Wandlers ausgeschaltet ist, wird die in der Streuinduktivität des Transformators in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler gespeicherte Energie zu dem zweiten Schaltelement in der Leistungsverstärkungsschaltung entladen, und dann wird eine hohe Spannung an das zweite Schaltelement angelegt. Somit wird es möglich, Energie wirksam zu verwenden und die Umwandlungsgeschwindigkeit zu erhöhen, da die hohe Spannung in dem Kondensator über die Diode gespeichert und dann zu der Entladungslampe geliefert wird.
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Zusätzlich kann, da die an das Schaltelement angelegte Spannung gesenkt werden kann, ein Schaltelement mit niedriger Stehspannung verwendet werden, und die Systemkosten hierdurch verringert werden.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Schaltungsanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel weiterhin eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen des durch die Entladungslampe fließenden Stroms, wobei die Steuerschaltung eine Rechenvorrichtung zum Berechnen eines zu der Entladungslampe zu liefernden Zielstroms hat, die Rechenvorrichtung einen konstanten Zielstrom während der Zeitperiode, in der das zweite Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung mit einer hohen Frequenz betätigt wird, und einen anderen Zielstrom mit einer bogenförmigen Wellenform mit Maxima bei etwa 90° und 270° der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle während der Zeitperiode, in der das zweite Schaltelement nicht betätigt wird, liefert, und die Steuerschaltung den durch die Entladungslampe fließenden und von der Stromerfassungsvorrichtung erfaßten Strom so steuert, daß er gleich dem berechneten Zielstrom wird.
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Als eine Folge kann, da der Eingangsstrom eine sinusförmige Wellenform ähnlich der der Leistungsquellen-Wechselspannung darstellt, ein kostengünstiges System mit einem hohen Leistungsfaktor erhalten werden ohne Hinzufügen eines Aufwärts-Wandlers zum Verbessern des Leistungsfaktors.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel hat bei der Schaltungsanordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Zielstrom mit einer bogenförmigen Wellenform mit Maxima bei etwa 90° und 270° der Leistungsquellen-Wechselspannung während der Zeitperiode, in der das zweite Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung nicht betätigt wird, eine quadratische Sinusform.
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Als eine Folge wird der von der Leistungsquelle zu der Schaltungsanordnung gelieferte Eingangsstrom sehr ähnlich einer Sinuswelle. Dann wird der Leistungsfaktor angehoben und die harmonischen Komponenten, die in dem Eingangsstrom enthalten sind, werden reduziert.
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Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert bei der Schaltungsanordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel die Steuerschaltung die zusätzliche Leistungsschaltung derart, daß sie nur während der Periode zwischen 45° vor und 45° nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle oder weniger arbeitet, den konstanten Zielstrom derart festlegt, daß er gleich der oder weniger als die Hälfte des Spitzenwertes des Zielstroms wird, und betätigt das zweite Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung mit derselben Frequenz und derselben oder kürzeren Ein-Zeit wie die für das erste Schaltelemente in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler.
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Als eine Folge wird der durch die zusätzliche Leistungsschaltung fließende Strom auf 1/4 oder weniger des durch die Entladungslampe fließenden Stroms reduziert. Da Komponenten mit niedriger Stromkapazität in der zusätzlichen Leistungsschaltung verwendet werden können, können Schaltungskosten verringert werden.
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Da das Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung mit derselben Frequenz und für dieselbe oder proportionale Ein-Zeit wie die des Schaltelements in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler betätigt wird, nimmt darüber hinaus die Verzerrung des Eingangsstroms ab, wenn die zusätzliche Leistungsschaltung die Operation beginnt oder beendet. Dann werden die harmonischen Komponenten, die in dem Eingangsstrom enthalten sind, reduziert.
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Da das Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung so gesteuert wird, daß es mit derselben Frequenz und mit derselben oder proportionalen Ein-Zeit wie der für das Schaltelement in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler betätigt wird, ist eine zusätzliche Steuerschaltung, welche die Dauer der Ein-Zeit bestimmt, nicht erforderlich, und die Systemkosten können reduziert werden.
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Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält eine Schaltungsanordnung zum Steuern der elektrischen Leistung, die zu der Entladungslampe geliefert wird mittels eines Aufwärts/Abwärts-Wandlers enthaltend einen Transformator, ein erstes Schaltelement, das in Serie mit einer Primärwicklung des Transformators mit der Wechselspannungs-Leistungsquelle verbunden ist, und mit einer ersten Diode und einem ersten Kondensator, die in Reihe mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind, eine Nulldurchgangs-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Nulldurchgangs der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle; eine zusätzliche Leistungsschaltung mit einem zweiten Kondensator, der auf der Primärseite des Transformators installiert ist, welcher über eine zweite Diode, eine erste Induktivität und das erste Schaltelement des Aufwärts/Abwärts-Wandlers geladen wird, und der die in dem zweiten Kondensator gespeicherte Energie zu der Entladungslampe über eine dritte Diode, zweite Induktivität und ein zweites Schaltelement liefert; und eine Steuerschaltung, welche die Spannungsfrequenz der Wechselspannungs-Leistungsquelle berechnet auf der Grundlage des Ausgangssignals von der Nulldurchgangs-Erfassungsvorrichtung und dann das zweite Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung mit einer hohen Frequenz während einer vorbestimmten Zeitperiode um den Nulldurchgang herum betätigt.
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Als eine Folge liefert die zusätzliche Leistungsschaltung elektrische Leistung zu der Entladungslampe während der Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle, und somit wird die Dauer, während der der durch die Entladungslampe fließende Strom Null ist, kurz. Dann tritt keine Wiederzündspannung in der Entladungslampe auf, das Ausschalten der Lampe kann verhindert werden und eine Abnahme des Beleuchtungswirkungsgrades kann verhindert werden.
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Zusätzlich wird es möglich, da der Eingangsstrom eine sinusförmige Wellenform ähnlich der der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle darstellt, den Leistungsfaktor anzuheben ohne Hinzufügung eines Aufwärtswandlers für die Verbesserung des Leistungsfaktors und ein kostengünstiges Entladungslampen-Steuersystem zu erhalten.
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Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Schaltungsanordnung nach dem ersten oder fünften Ausführungsbeispiel weiterhin eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen des durch die Entladungslampe fließenden Stroms, wobei die Steuerschaltung das zweite Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung mit einer hohen Frequenz während der gesamten Zyklen der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle schaltet, bis die Stromerfassungsvorrichtung den durch die Entladungslampe fließenden Strom erfaßt, nachdem die Entladungslampe gezündet ist.
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Als eine Folge liefert, wenn die Entladungslampe den durch Hochspannungsimpulse ausgelösten dielektrischen Durchbruch startet und die Entladung initiiert, die zusätzliche Leistungsschaltung ebenfalls Strom zu der Entladungslampe. Daher wird ein ausreichender Strom während des Übergangs von dem instabilen Entladungszustand unmittelbar nach dem dielektrischen Durchschlag zu einer stabilen Zündung geliefert, und dann wird ein glatter Startvorgang realisiert.
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Gemäß einem siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Schaltungsanordnung nach dem ersten oder fünften Ausführungsbeispiel weiterhin eine Spannungserfassungsvorrichtung zum Erfassen der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle, wobei das zweite Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung mit einer hohen Frequenz geschaltet wird, wenn bestimmt wird, daß die Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle niedriger als die normale Spannung ist.
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Als eine Folge kann, selbst wenn die Spannung abfällt oder die Leistungszuführung zu der Entladungslampe versagt aufgrund eines Fehlers in der Wechselspannungs-Leistungsquelle, elektrische Leistung durch die zusätzliche Leistungsschaltung zu der Entladungslampe geliefert werden, und dann kann die Wahrscheinlichkeit des Ausschaltens der Lampe verringert werden selbst wenn ein Versagen der Wechselspannungs-Leistungsquelle auftritt.
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Gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält eine Schaltungsanordnung zum Steuern der zu der Entladungslampe gelieferten elektrischen Leistung mittels eines Aufwärts/Abwärts-Wandlers mit einem Transformator, einem ersten Schaltelement, das in Reihe mit einer Primärwicklung des Transformators mit der Wechselspannungs-Leistungsquelle verbunden ist, und mit einer ersten Diode und einem ersten Kondensator, die in Reihe mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden ist: eine Nulldurchgangs-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Nulldurchgangs der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle; eine zusätzliche Leistungsschaltung mit einer zweiten Diode, die mit dem Verbindungspunkt zwischen der Primärwicklung des Transformators und dem ersten Schaltelement verbunden ist, einem zweiten Kondensator zum Laden mit in der Primärwicklung des Transformators gespeicherter Energie über die zweite Diode, und einem zweiten Schaltelement, einer dritten Diode und einer Induktivität, durch welche die in dem zweiten Kondensator gespeicherte Energie zu der Entladungslampe geliefert wird; und eine Steuerschaltung, die das zweite Schaltelement in der zusätzlichen Leistungsschaltung mit derselben Frequenz wie der für das erste Schaltelement in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler betätigt während einer Ein-Zeit, die um eine vorbestimmte Zeit kürzer ist als die Ein-Zeit des ersten Schaltelements, über die gesamten Zyklen der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle.
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Als eine Folge wird, selbst wenn ein großer Strom nicht aus der Wechselspannungs-Leistungsquelle entnommen werden kann während der Periode um den Nulldurchgang der Leistungsquellen-Wechselspannung herum, ein ausreichender Strom zu der Entladungslampe über den zweiten Kondensator und das zweite Schaltelement geliefert und die Periode, während der der durch die Entladungslampe fließende Strom Null ist, wird kurz. Daher tritt keine Wiederzündspannung in der Entladungslampe auf, das Ausschalten der Lampe kann verhindert werden und der Beleuchtungswirkungsgrad wird nicht herabgesetzt.
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Wenn das erste Schaltelement in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler ausgeschaltet ist, wird die in der Streuinduktivität des Transformators in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler gespeicherte Energie als eine Stoßspannung zu dem zweiten Schaltelement in der Leistungsverstärkungsschaltung entladen. Diese Energie wird im Allgemeinen in einen Schaltverlust umgewandelt. Da jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel diese Energie über die zweite Diode in dem Kondensator gespeichert ist und dann zu der Entladungslampe geliefert wird, kann die Energie wirksam verwendet werden und die Umwandlungsgeschwindigkeit kann erhöht werden.
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Weiterhin wird die an dem ersten Schaltelement erzeugte Stoßspannung hierdurch über die zweite Diode in dem Kondensator absorbiert, so daß Schaltelemente mit niedriger Stehspannung verwendet werden können, und die Systemkosten hierdurch reduziert werden.
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Da das zweite Schaltelement mit derselben Frequenz wie der des ersten Schaltelements während einer Ein-Zeit betätigt wird, die um eine vorbestimmte Zeit kürzer als die des ersten Schaltelements über die gesamten Zyklen der Wechselspannungs-Leistungsquelle ist, wird es möglich, Strom zu der Entladungslampe über den zweiten Kondensator und das zweite Schaltelement zu liefern, um eine Abschaltung der Entladungslampe zu verhindern, selbst wenn die Wechselspannungs-Leistungsquelle vorübergehend aufgrund eines Fehlers versagt.
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Gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Schaltungsanordnung nach dem achten Ausführungsbeispiel weiterhin eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen des durch die Entladungslampe fließenden Stroms, wobei die Steuerschaltung eine Rechenvorrichtung hat zum Berechnen eines zu der Entladungslampe zu liefernden Zielstroms, einen Zielstrom mit einer bogenförmigen Wellenform mit Spitzen bei etwa 90° und 270° der herkömmlichen Leistungsquellen-Wechselspannung, der nahezu flach um den Nulldurchgang herum ist, erzeugt und den von der Stromerfassungsvorrichtung erfaßten Entladungslampenstrom steuert, um ihn gleich dem berechneten Zielstrom zu machen.
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Als eine Folge wird es möglich, da der Eingangsstrom eine sinusförmige Wellenform ähnlich der der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle darstellt, den Leistungsfaktor anzuheben ohne Hinzufügen eines Aufwärtswandlers für die Verbesserung des Leistungsfaktors und ein kostengünstiges Entladungslampen-Steuersystem zu erhalten.
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Die bei dem ersten bis neunten Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung beschriebenen Vorrichtungen zünden und steuern Entladungslampen synchron mit der Wechselspannungs-Leistungsquelle.
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Somit sind sie besonders geeignet für die Verwendung bei Entladungslampen vom Hochspannungstyp wie Metallhalogenlampen, welche eher instabil bei dem Entladungsvorgang während eines Hochfrequenzstarts werden als Leuchtstofflampen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungsanordnung gemäß dem ersten bis vierten und achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
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2 ist ein Diagramm, welches Operationswellen bei dem ersten Ausführungsbeispiel illustriert.
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3 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungsanordnung gemäß dem fünften bis siebenten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
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4 ist ein Diagramm, welches Operationswellen bei dem fünften Ausführungsbeispiel illustriert.
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5 ist ein Diagramm, welches Operationswellen bei dem achten Ausführungsbeispiel illustriert.
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6 ist ein Blockschaltbild, das eine herkömmliche Schaltungsanordnung illustriert.
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7 ist ein anderes Blockschaltbild, das eine herkömmliche Schaltungsanordnung illustriert.
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8 ist ein Diagramm, welches Operationswellen einer herkömmlichen Entladungslampen-Steuervorrichtung illustriert.
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiel 1
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1 ist ein Blockschaltbild, das eine Schaltungsanordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert, und 2 ist ein Diagramm, welches ihre Operationswellenformen illustriert. In 1 ist mit 1 die Wechselspannungs-Leistungsquelle, mit 2 eine Diodenbrücke für die Vollweggleichrichtung der Wechselspannungsleistung und mit 3 ein Aufwärts/Abwärts-Wandler zum Erhöhen und Erniedrigen der Vollweg-gleichgerichteten Spannung, bestehend aus einem Transformator 3a, einem ersten Schaltelement 3b, einer ersten Diode 3c und einem ersten Kondensator 3d, bezeichnet. Mit 4 ist eine zusätzliche Leistungsschaltung bestehend aus einer zweiten Diode 4a, dritten Diode 4f, Diode 4d, einem zweiten Schaltelement 4b, zweiten Kondensator 4c und einer Induktivität 4e bezeichnet.
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Bezeichnet mit 8 ist eine Entladungslampe, mit 5 ein Stromerfassungswiderstand als eine Stromerfassungsvorrichtung zum Erfassen des durch die Entladungslampe 8 fließenden Stroms, mit 6 ein Polaritätsumschaltkreis zum Umschalten der Polarität des durch die Entladungslampe 8 fließenden Stroms, mit 7 eine Startimpuls-Erzeugungsschaltung zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen zum Starten der Entladungslampe 8, mit eine 9 eine Steuerschaltung und mit 10 eine Nulldurchgangs-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des Nulldurchgangs der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1.
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Es wird nun auf 1 Bezug genommen, deren Arbeitsweise nachfolgend beschrieben ist. Wenn eine Spannung einer Wechselspannungsleistungsquelle zugeführt wird, beginnt die Steuerschaltung 9 zu arbeiten. Die Steuerschaltung 9 aktiviert die Startimpuls-Erzeugungsschaltung 7 und zündet die Entladungslampe 8 durch Anlegen von Hochspannungsimpulsen an die Entladungslampe 8. Unter Verwendung einer Rechenvorrichtung (nicht gezeigt) berechnet die Steuervorrichtung 9 vorher einen Zielstrom, der zu der Entladungslampe 8 zu liefern ist.
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Wenn die Entladungslampe 8 zündet, fließt ein Strom durch den Stromerfassungswiderstand 5. Die Steuerschaltung 9 liest diesen Strom und steuert den Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 mit Rückkopplung in der Weise, daß der erfaßte Strom gleich dem von der Rechenvorrichtung der Steuerschaltung 9 berechneten Zielstrom wird.
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Das erste Schaltelement 3b in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 wiederholt Ein/Aus-Schaltvorgänge mit einer hohen Frequenz von mehreren zehn kHz. Wenn das erste Schaltelement 3b eingeschaltet wird, fließt ein Strom durch den Transformator 3a auf der Primärseite und Energie wird in dem Transformator 3a gespeichert. Wenn das erste Schaltelement 3b ausgeschaltet wird, wird die gespeicherte Energie als elektrische Leistung zu der Sekundärseite des Transformators 3b entladen. Da die entladene elektrische Leistung eine hohe Frequenz von mehreren zehn kHz hat, werden die enthaltenen Hochfrequenzkomponenten durch die erste Diode 3c und den ersten Kondensator 3d entfernt, und dann wird die elektrische Leistung über den Polaritätsumschaltkreis 6 zu der Entladungslampe 8 geliefert.
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Wenn die Dauer, während der das erste Schaltelement 3b eingeschaltet ist, verlängert wird, nimmt die in dem Transformator 3a gespeicherte Energie zu und die Ausgangsleistung zu der Sekundärseite nimmt ebenfalls zu. Die Steuerschaltung 9 verlängert die Dauer der Ein-Zeit des ersten Schaltelements 3b und erhöht den zu der Entladungslampe 8 gelieferten Strom, wenn der erfaßte Strom niedriger als der Zielstrom ist. Während der erfaßte Strom höher als der Zielstrom ist, wird die Ein-Zeit des ersten Schaltelements 3b verkürzt und der zu der Entladungslampe 8 gelieferte Strom wird ebenfalls reduziert. Der durch die Entladungslampe fließende Strom wird so gesteuert, daß er mit dem Zielstrom übereinstimmt, indem derartige Operationen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
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Die Steuerschaltung 9 steuert den Polaritätsumschaltkreis 6 synchron mit dem von der Nulldurchgangs-Erfassungsvorrichtung 10 erfaßten Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle. Als eine Folge fließt ein mit der Wechselspannungs-Leistungsquelle synchronisierter Wechselstrom durch die Entladungslampe 8.
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In der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 wird elektrische Energie in dem Transformator 3a gespeichert während der Zeit, in der das erste Schaltelement 3b in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 eingeschaltet ist, während die gespeicherte Energie als elektrische Leistung zu der Sekundärseite des Transformators 3a entladen wird, wenn das erste Schaltelement 3b abgeschaltet ist. Zur selben Zeit wird elektrische Energie auch in dem zweiten Kondensator 4c über die zweite Diode 4a in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 gespeichert.
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Unter Verwendung der Rechenvorrichtung berechnet die Steuerschaltung 9 die Frequenz der Spannung der Leistungsquellen-Wechselspannung auf der Grundlage der von der Nulldurchgangs-Erfassungsvorrichtung 10 erfaßten Nulldurchgänge der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle. Auf der Grundlage der berechneten Frequenz schaltet die Steuerschaltung 9 während einer Periode von einer vorbestimmten Zeit vor dem Nulldurchgang bis zu einer vorbestimmten Zeit nach dem Nulldurchgang die Schaltvorrichtung 4b der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 mit einer hohen Frequenz und liefert die in dem zweiten Kondensator 4c gespeicherte Energie über die dritte Diode 4f, die Induktivität 4e und den Polaritätsumschaltkreis 6 zu einer Entladungslampe 8.
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Die Diode 4d ist eine regenerierende Diode, welche in der Induktivität 4d gespeicherte Energie zu der Entladungslampe entlädt, wenn das zweite Schaltelement 4b während der Hochfrequenz-Ein/Aus-Operation des zweiten Schaltelements 4b abgeschaltet wird.
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Die Arbeitsweise der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 wird unter Bezugnahme auf 2 weiter beschrieben.
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2(a) illustriert die Spannungswellenform der Wechselspannungs-Leistungsquelle, 2(b) die Wellenform des zweiten Schaltelements 4b während seiner Betätigung, 2(c) die Zielstrom-Wellenform, 2(d) die Wellenform der Polaritätsumschaltung, 2(e) die Wellenform des durch die Entladungslampe 8 fließenden Stroms, 2(f) die Wellenform der Entladungslampenspannung und 2(g) die Wellenform des zu der Entladungslampen-Steuervorrichtung gelieferten Eingangsstroms.
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Zuerst wird die Spannung mit der in 2(a) gezeigten Wellenform von der Wechselspannungs-Leistungsquelle geliefert und das zweite Schaltelement 4b führt eine Schaltoperation mit einer hohen Frequenz während einer Periode zwischen den vorbestimmten Zeiten vor und nach dem Nulldurchgang durch, wie in 2(b) gezeigt ist. Andererseits berechnet die Rechenvorrichtung der Steuerschaltung 9 den in 2(c) gezeigten Zielstrom. Der Zielstrom ist als ein Gleichstrom gesetzt während der Zeit, in der das zweite Schaltelement 4b mit einer hohen Frequenz betrieben wird, während der Zielstrom als ein bogenförmiger Strom mit Maxima bei 90° und 270° der Wellenform der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle gesetzt ist.
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Die Steuerschaltung 9 liest den durch den Stromerfassungswiderstand 5 fließenden Strom und steuert den Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 und die zusätzliche Leistungsschaltung 4 mit Rückkopplung in der Weise, daß der erfaßte Strom gleich dem von der Rechenvorrichtung der Steuerschaltung 9 berechneten Zielstrom wird. Das Ausgangssignal des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 3 und der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 wird modifiziert in Übereinstimmung mit der Polaritätsumschaltwelle, wie in 2(d) gezeigt ist, geliefert durch den Polaritätsumschaltkreis 6, synchronisiert mit dem Spannungsnulldurchgang der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1. Dieser zu der Entladungslampe 8 gelieferte Ausgangsstrom stellt die in 2(e) gezeigt Wellenform dar. Die Dauer, während der der Entladungslampenstrom nahe Null ist, wird kurz, da die zusätzliche Leistungsschaltung 4 elektrische Leistung zu der Entladungslampe 8 vor und nach dem Nulldurchgang liefert, wie in 2(e) gezeigt ist. Als eine Folge stellt die Entladungslampenspannung die in 2(f) gezeigte Spannungswellenform dar, welche keine Wiederzündspannung bewirkt.
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Während des Betriebs der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 liefert die Gleichspannungsquelle des zweiten Kondensators 4c elektrische Leistung zu der Entladungslampe 8, und zu dieser Zeit ist der Zielstrom ein Gleichstrom. Folglich treibt die Steuerschaltung 9 das erste Schaltelement 3b während einer festen Ein-Zeit, und der von der Wechselspannungs-Leistungsquelle zu der Zündvorrichtung fließende Eingangsstrom stellt eine sinusförmige Wellenform dar ähnlich der Spannungswellenform der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle während des Betriebs der zusätzlichen Leistungsschaltung 4. Wenn die zusätzliche Leistungsschaltung 4 nicht arbeitet, stellt der Zielstrom eine bogenförmige Wellenform mit Maxima bei 90° und 270° der Spannungswellenform (oder des Spannungszyklus) der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle dar. Dann stellt der Eingangsstrom ebenfalls eine bogenförmige Wellenform mit Maxima bei 90° und 270° der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle dar. Als eine Folge stellt der Eingangsstrom eine sinusförmige Wellenform ähnlich der Spannungswellenform der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle dar, wie in 2(g) gezeigt ist.
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Wie aus der Wellenform des in 2(e) gezeigten, durch die Entladungslampe fließenden Stroms und der in 2(f) gezeigten Wellenform der an die Entladungslampe angelegten Spannung ersichtlich ist, wird die Spannung an der Entladungslampe konstant gehalten ungeachtet des Stroms durch die Entladungslampe. Es wird nun angenommen, daß die Entladungslampenspannung ein vorbestimmter konstanter Wert A ist, und daß die Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle durch V·sinθ gegeben ist. Wenn der von der Wechselspannungs-Leistungsquelle zu der Schaltungsanordnung fließende Strom eine Wellenform von I·sinθ zu haben hat, die mit der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle synchronisiert ist, sollte der Entladungslampenstrom eine Wellenform annehmen, die durch ein Quadrat von sinθ ausgedrückt ist, wie von der Gleichung abgeleitet ist:
V·sinθ × I·sinθ = A × Entladungslampenstrom. Dann wird der Leistungsfaktor verbessert, da der Eingangsstrom eine Wellenform von sinθ hat, die mit der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle synchronisiert ist.
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Wie vorstehend beschrieben ist, liefert die zusätzliche Leistungsschaltung 4 elektrische Leistung zu der Entladungslampe 8 während der Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1, und somit wird die Dauer, während der der durch die Entladungslampe 8 fließende Strom Null ist, kurz. Dann tritt keine Wiederzündspannung der Entladungslampe 8 auf, das Ausschalten der Lampe kann verhindert werden und die Abnahme des Leuchtwirkungsgrades kann verhindert werden.
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Wenn das erste Schaltelement 3b des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 3 ausgeschaltet ist, wird die in der Streuinduktivität des Transformators 3a des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 3 gespeicherte Energie zu der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 entladen, und dann wird eine hohe Spannung an das zweite Schaltelement 4b angelegt. In den meisten Fällen wird eine aus Kondensatoren und Widerständen zusammengesetzte Dämpfungsschaltung verwendet, um diese hohe Spannung zum Verbrauch in Wärme umzuwandeln. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Energie wirksam zu verwenden und die Umwandlungsgeschwindigkeit anzuheben, da die Hochspannung über die zweite Diode 4a im zweiten Kondensator 4c gespeichert und dann zu der Entladungslampe 8 geliefert wird.
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Da zusätzlich die an das zweite Schaltelement 4b angelegte Spannung herabgesetzt werden kann, können Schaltelemente mit niedriger Stehspannung verwendet werden und die Systemkosten werden hierdurch reduziert.
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Wenn die zusätzliche Leistungsschaltung 4 während der Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle arbeitet, liefert die Wechselspannungsquelle wenig Energie zu der Entladungslampe 8 wegen der niedrigen Spannung der Quelle, und der zweite Kondensator 4c der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 liefert die meiste Energie. Der während dieser Periode zu der Entladungslampe 8 gelieferte Zielstrom wird in dem flachen Bereich der in 2(c) gezeigten Wellenform gesetzt. Das heißt, der Zielstrom ist während dieser Periode ein konstanter Strom. Da die Hauptleistungsquelle zur Lieferung von Leistung zu der Entladungslampe 8 der Gleichstrom von dem Kondensator 4c ist, wird der zu der Entladungslampe 8 gelieferte Strom dadurch konstant gemacht, daß die Steuerschaltung 9 das zweite Schaltelement 4b während einer festen Ein-Zeit betreibt. Wenn das erste Schaltelement 3b auch während der festen Ein-Zeit betrieben wird, stellt der von der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1 zu der Steuervorrichtung fließende Strom eine Sinuswellenform dar, die ähnlich der Wellenform der Leistungsquellen-Wechselspannung ist. Während die zusätzliche Leistungsschaltung 4 nicht arbeitet, stellt der Zielstrom eine bogenförmige Wellenform mit Maxima bei 90° und 270° der Leistungsquellen-Wechselspannung dar. Als eine Folge stellt der Eingangsstrom eine sinusförmige Wellenform ähnlich der der Leistungsquellen-Wechselspannung dar und es wird möglich, den Leistungsfaktor anzuheben ohne Hinzufügen eines Aufwärtswandlers für die Verbesserung des Leistungsfaktors.
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Wenn das zweite Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 nicht arbeitet, stellt der Zielstrom eine bogenförmige Wellenform dar, die durch eine quadrierte Sinusform mit Maxima bei etwa 90° und 270° der Wellenform der Leistungsquellen-Wechselspannung ausgedrückt wird. Daher wird der von der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1 zu der Entladungslampen-Zündvorrichtung gelieferte Eingangsstrom der Sinuswelle sehr ähnlich. Dann wird der Leistungsfaktor angehoben und die in dem Eingangsstrom enthaltenen harmonischen Komponenten werden reduziert.
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Ausführungsbeispiel 2
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Da das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dasselbe ist wie das nach dem ersten Ausführungsbeispiel, wird das zweite Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 1 erläutert.
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In 1 ist die Arbeitsperiode der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 begrenzt auf eine Periode zwischen 45° vor und 45° nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1 oder weniger, nämlich einen halben Zyklus der Wechselspannungs-Leistungsquelle oder weniger. Der Wert des Zielstroms ist auf die Hälfte des Spitzenwertes des Zielstroms oder weniger gesetzt.
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Zusätzlich wird das Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 so gesteuert, daß es mit derselben Frequenz und während derselben Ein-Zeit oder um einige wenige μs kürzere Ein-Zeit wie der des ersten Schaltelements 3b in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 arbeitet.
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Da die Arbeitsperiode der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 auf die Periode zwischen 45° vor und 45° nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1 oder weniger begrenzt ist, nämlich einen halben Zyklus der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle oder weniger, und der Wert des Zielstroms auf die Hälfte des Spitzenwertes des Zielstroms oder weniger gesetzt ist, wird der durch die zusätzliche Leistungsschaltung fließende Strom auf 1/4 oder weniger des durch die Entladungslampe fließenden Stroms reduziert. Als eine Folge können Komponenten mit niedriger Stromkapazität in der zusätzlichen Leistungsschaltung verwendet werden und die Schaltungskosten werden so reduziert.
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Da darüber hinaus das Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 so gesteuert wird, daß es mit derselben Frequenz wie der des ersten Schaltelements 3b in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 während derselben oder proportionalen Ein-Zeit arbeitet, nimmt die Verzerrung des Eingangsstroms ab, welche auftritt, wenn die zusätzliche Leistungsschaltung 4 den Betrieb beginnt oder beendet. Dann werden die in dem Eingangsstrom enthaltenen harmonischen Komponenten verringert und die Systemkosten können herabgesetzt werden, da keine Steuerschaltung für die Bestimmung der Ein-Zeit hinzugefügt werden muß.
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Ausführungsbeispiel 3
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Da das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung dasselbe ist wie das in 1 gezeigte nach dem ersten Ausführungsbeispiel, wird das dritte Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 1 erläutert.
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Das zweite Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 wird mit einer hohen Frequenz über den gesamten Zyklus der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle geschaltet, bis die Startimpuls-Erzeugungsschaltung 7 Hochspannungsimpulse an die Entladungslampe 8 zum Zünden anlegt und der durch die Entladungslampe 8 fließende Strom durch den Stromerfassungswiderstand 5 erfaßt wird.
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Wenn die Entladungslampe den durch Hochspannungsimpulse ausgelösten dielektrischen Durchbruch startet und die Entladung initiiert, liefert die zusätzliche Leistungsschaltung ebenfalls Strom zu der Entladungslampe. Daher wird ein ausreichender Strom während des Übergangs von dem instabilen Entladungszustand unmittelbar nach dem dielektrischen Durchbruch bis zur stabilen Zündung geliefert, und dann wird ein glatter Start realisiert.
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Ausführungsbeispiel 4
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Da das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung dasselbe ist wie das in 1 gezeigte nach dem ersten Ausführungsbeispiel, wird das vierte Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 1 erläutert.
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Die in der Steuerschaltung 9 installierte Spannungserfassungsvorrichtung erfaßt die Spannung der Leistungsquellen-Wechselspannung. Wenn eine Abnahme gegenüber der normalen Spannung in der Leistungsquellen-Wechselspannung erfaßt wird, wird das zweite Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 mit einer hohen Frequenz geschaltet, selbst wenn dies außerhalb der vorbestimmten Zeit vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Leistungsquellen-Wechselspannung ist.
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Daher kann, selbst wenn ein Fehler in der Wechselspannungs-Leistungsquelle auftritt, die Wahrscheinlichkeit des Ausschaltens der Lampe verringert werden.
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Ausführungsbeispiel 5
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3 ist ein Blockschaltbild, welches die Schaltungsanordnung nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert. In 3 sind mit 1 die Wechselspannungs-Leistungsquelle, mit 2 eine Diodenbrücke für die Vollweggleichrichtung der Wechselspannungsleistung, mit 3 ein Aufwärts/Abwärts-Wandler, der die Vollweg-gleichgerichtete Spannung anhebt oder verringert, und mit 4 eine zusätzliche Leistungsschaltung aus einem zweiten Kondensator 4c, einer zweiten Diode 4h, einer dritten Diode 4k, einer ersten Induktivität 4g, einer zweiten Induktivität 4j und einem zweiten Schaltelement 4b bezeichnet. Bezeichnet mit 8 ist eine Entladungslampe, mit 5 ein Stromerfassungswiderstand, der den durch die Entladungslampe 8 fließenden Strom erfaßt, mit 6 ein Polaritätsumschaltkreis, der die Polarität des durch die Entladungslampe 8 fließenden Stroms umschaltet, mit 7 eine Startimpuls-Erzeugungsschaltung, welche Hochspannungsimpulse zum Starten der Entladungslampe 8 erzeugt, und mit 9 eine Steuerschaltung.
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Der zweite Kondensator 4c, die zweite Diode 4h und die erste Induktivität 4g bilden eine Ladevorrichtung für elektrische Ladung über das Schaltelement 3b in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 3, während die dritte Diode 4k, die zweite Induktivität 4j und das zweite Schaltelement 4b eine Entladevorrichtung bilden.
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Als Nächstes wird die Arbeitsweise mit Bezug auf 3 beschrieben. In der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 fließt der Strom zu der Primärseite des Transformators 3a, wenn das erste Schaltelement 3b in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 eingeschaltet ist, und der Transformator speichert dann Energie. Zur selben Zeit fließt ein Strom in den zweiten Kondensator 4c, die zweite Diode 4h und die erste Induktivität 4g, und dann speichert der zweite Kondensator 4c elektrische Ladung.
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Die Steuerschaltung 9 erfaßt den Nulldurchgang der Spannung der Leistungsquellen-Wechselspannung und mißt das Intervall der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle. Auf der Grundlage der berechneten Periode schaltet die Steuerschaltung 9 das zweite Schaltelement 4b mit einer hohen Frequenz während einer vorbestimmten Periode vor und nach dem Nulldurchgang, um die in dem zweiten Kondensator 4c gespeicherte Energie zu der Primärseite des Transformators 3a über das zweite Schaltelement 4b, die dritte Diode 4k und die zweite Induktivität 4j zu liefern.
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Die weitere Arbeitsweise dieser Schaltung ist dieselbe wie die für das in 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel beschriebene.
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Die Arbeitsweise der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 wird mit Bezug auf 4 weiterhin beschrieben.
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4(a) illustriert die Spannungswellenform der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle, 4(b) die Wellenform des zweiten Schaltelements 4b während seines Betriebs, 4(c) die Zielstrom-Wellenform, 4(d) die Wellenform der Polaritätsumschaltung, 4(e) die Wellenform des durch die Entladungslampe fließenden Stroms, 4(f) die Wellenform der Entladungslampenspannung und 4(g) die Wellenform des zu der Schaltungsanordnung gelieferten Eingangsstroms.
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Zuerst wird die Spannung der in 4(a) gezeigten Wellenform von der Wechselspannungs-Leistungsquelle geliefert und die zweite Schaltvorrichtung 4b führt einen Schaltvorgang mit einer hohen Frequenz während der vorbestimmten Periode vor und nach dem Nulldurchgang durch, wie in 4(b) gezeigt ist. Andererseits berechnet die Rechenvorrichtung der Steuervorrichtung 9 den in 4(c) gezeigten Zielstrom. Der Zielstrom ist während der Zeit, in der das zweite Schaltelement 4b mit einer hohen Frequenz arbeitet, ein Gleichstrom, während der Zielstrom ein bogenförmiger Strom mit Maxima bei 90° und 270° der Wellenform der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle ist.
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Die Steuerschaltung 9 liest den durch den Stromerfassungswiderstand 5 fließenden Strom und steuert den Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 und die zusätzliche Leistungsschaltung 4 mit Rückkopplung in der Weise, daß der erfaßte Strom gleich dem von der Rechenvorrichtung der Steuerschaltung 9 berechnete Zielstrom wird. Das Ausgangssignal des Aufwärts/Abwärts-Wandlers 3 und der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 wird durch die von dem Polaritätsumschaltkreis 6 gelieferte Polaritätsumschaltwelle umgewandelt, wie in 4(d) gezeigt ist, synchronisiert mit dem Spannungsnulldurchgang der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1. Dieses durch die Entladungslampe 8 fließende Ausgangssignal stellt die in 4(e) gezeigte Wellenform dar.
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Die Dauer, während der der Entladungslampenstrom nahezu Null ist, wird kurz, da die zusätzliche Leistungsschaltung 4 elektrische Leistung zu der Entladungslampe 8 vor und nach dem Nulldurchgang liefert, wie in 4(e) gezeigt ist. Als eine Folge stellt die Entladungslampenspannung, die in 4(f) gezeigte Spannungswellenform dar, welche keine Wiederzündspannung bewirkt.
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Während des Betriebs der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 liefert die Gleichspannungsquelle des zweiten Kondensators 4c Leistung zu der Entladungslampe 8 über den Aufwärts/Abwärts-Wandler 3. Dann wird der von der Wechselspannungs-Leistungsquelle zu der Zündvorrichtung fließende Eingangsstrom nahe Null, wie in 4(g) gezeigt ist. Andererseits ist während der anderen Perioden der Zielstrom ein bogenförmiger Strom mit Maxima bei 90° und 270° der Wellenform der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle. Dann stellt der Eingangsstrom ebenfalls eine sinusförmige Welle dar, ähnlich der Wellenform der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle mit Maxima bei 90° und 270° in Phase. Wie es der Fall bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wird weiterhin, wenn der Zielstrom vom gebogenen Typ eine quadratische Sinusform hat, der Eingangsstrom nahe der sinusförmigen Welle.
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Wie vorstehend beschrieben ist, liefert die zusätzliche Leistungsschaltung 4 elektrische Leistung zu der Entladungslampe 8 während der Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle, und somit wird die Dauer, während der der durch die Entladungslampe 8 fließende Strom Null ist, kurz. Daher tritt keine Wiederzündspannung der Entladungslampe 8 auf, die Abschaltung der Lampe kann verhindert werden und die Abnahme des Leuchtwirkungsgrads kann verhindert werden.
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In der Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle wird die Entladungslampe 8 über den Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 durch die Gleichspannungsquelle des Kondensators in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 gespeist, wenn die zusätzliche Leistungsschaltung 4 in Betrieb ist. Daher wird der von der Wechselspannungs-Leistungsquelle 1 zu der Entladungslampe 8 fließende Strom Null. Wenn jedoch die zusätzliche Leistungsschaltung 4 nicht arbeitet, stellt, da der Zielstrom eine bogenförmige Wellenform mit Maxima bei 90° und 270° der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle darstellt, der Eingangsstrom eine bogenförmige Wellenform mit Maxima bei 90° und 270° der Wellenform der Leistungsquellen-Wechselspannung dar. Als eine Folge stellt der Eingangsstrom eine sinusförmige Wellenform ähnlich der der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle dar. Dann wird es möglich, den Leistungsfaktor anzuheben ohne Hinzufügen des Aufwärtswandlers 3 für die Verbesserung des Leistungsfaktors, um ein kostengünstiges Entladungslampen-Steuersystem zu erhalten.
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Ausführungsbeispiel 6
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Da das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung dasselbe ist wie das des in 3 gezeigten fünften Ausführungsbeispiels, wird das sechste Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 3 erläutert.
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Das zweite Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 wird mit einer hohen Frequenz über die gesamten Zyklen der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle geschaltet, bis die Startimpuls-Erzeugungsschaltung 7 Hochspannungsimpulse an die Entladungslampe 8 zum Zünden anlegt und der durch die Entladungslampe 8 fließende Strom von dem Stromerfassungswiderstand 5 erfaßt wird.
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Wenn die Entladungslampe den durch die Hochspannungsimpulse ausgelösten dielektrischen Durchbruch startet und die Entladung initiiert, liefert die zusätzliche Leistungsschaltung auch Strom zu der Entladungslampe. Daher wird ein ausreichender Strom während des Übergangs von dem instabilen Entladungszustand unmittelbar nach dem dielektrischen Durchbruch bis zur stabilen Zündung geliefert, und dann wird ein glatter Start realisiert.
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Ausführungsbeispiel 7
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Da das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach dem siebenten Ausführungsbeispiel der Erfindung dasselbe ist wie das des in 3 gezeigten fünften Ausführungsbeispiels, wird das siebente Ausführungsbeispiel mit 3 erläutert.
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Die in der Steuerschaltung 9 installierte Spannungserfassungsvorrichtung erfaßt die Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle. Wenn eine Abnahme der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle gegenüber der normalen Spannung erfaßt wird, wird das zweite Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 mit einer hohen Frequenz geschaltet, selbst wenn dies außerhalb der vorbestimmten Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle ist.
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Dann kann, selbst wenn ein Problem in der Wechselspannungs-Leistungsquelle auftritt, die Wahrscheinlichkeit des Ausschaltens der Lampe verringert werden.
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Ausführungsbeispiel 8
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Da das Blockschaltbild der Schaltungsanordnung nach dem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung dasselbe ist wie das des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels, wird das achte Ausführungsbeispiel mit Bezug auf 1 erläutert.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird das zweite Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 während der vorbestimmten Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle mit einer hohen Frequenz geschaltet, und während dieser Periode wird die in dem zweiten Kondensator 4c gespeicherte Energie zu der Entladungslampe 8 geliefert. Bei dem achten Ausführungsbeispiel wird das zweite Schaltelement 4b in der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 mit derselben Frequenz wie der Betriebsfrequenz des ersten Schaltelements 3b in dem Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 derart geschaltet, daß die Ein-Zeit um eine vorbestimmte Zeit kürzer ist als die des Schaltelements 3b, über den gesamten Zyklus der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle. Dann wird die in dem zweiten Kondensator 4c gespeicherte Energie zu der Entladungslampe 8 geliefert.
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Die Arbeitsweise der zusätzlichen Leistungsschaltung 4 wird mit Bezug auf 5, welche die Operationswellenformen illustriert, beschrieben.
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5(a) illustriert die Spannungswellenform der Spannung der Wechselspannungs-Leistungsquelle, 5(b) die Zielstrom-Wellenform, 5(c) die Wellenformen der Schaltelemente 3b und 4b während ihrer Ein-Zeit, nämlich 5(c1) die Wellenform des Schaltelements 3b und 5(c2) die Wellenform des Schaltelements 4b. 5(d) illustriert die Wellenform der Polaritätsumschaltung, 5(e) die Wellenform des durch die Entladungslampe 8 fließenden Stroms, 5(f) die Wellenform der Entladungslampenspannung, und 5(g) die Wellenform des Eingangsstroms zu der Schaltungsanordnung.
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Zuerst wird die Spannung mit der in 5(a) gezeigten Wellenform von der Wechselspannungs-Leistungsquelle geliefert, und die Rechenvorrichtung in der Steuervorrichtung 9 berechnet den in 5(b) gezeigten Zielstrom. Der Zielstrom ist ein Gleichstrom während der Periode vor und nach dem Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle, während der Zielstrom ein bogenförmiger Strom mit Maxima bei 90° und 270° der Wellenform der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle ist.
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Die Steuerschaltung 9 liest den durch den Stromerfassungswiderstand 5 fließenden Strom und steuert den Aufwärts/Abwärts-Wandler 3 mit Rückkopplung derart, daß der erfaßte Strom gleich dem von der Rechenvorrichtung der Steuerschaltung 9 berechneten Zielstrom wird. Da es schwierig ist, Leistung während der Periode um den Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle herum aufgrund der niedrigen Spannung zu entnehmen, erhöht die Steuerspannung 9 die Ein-Zeit des Schaltelements 3b wie in 5(c1) gezeigt, um die erforderliche Leistung zu entnehmen. Zu dieser Zeit wird, da die Ein-Zeit des Schaltelements 4b ebenfalls erhöht wird, wie in 5(c2) gezeigt ist, zusätzliche Leistung über den zweiten Kondensator 4c, die dritte Diode 4f, die Induktivität 4e und den Polaritätsumschaltkreis 6 zu der Entladungslampe 8 geliefert um die Kürzung der Leistungszuführung von der Wechselspannungs-Leistungsquelle zu kompensieren. Auf der Grundlage der in 5(d) gezeigten Polaritätsumschalt-Wellenform schaltet der Polaritätsumschaltkreis 6 den durch die Entladungslampe 8 fließenden Strom um, wie in 5(e) gezeigt ist.
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Eine große Energiezufuhr ist um den Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle herum erforderlich, um die Wiederzündspannung zu unterdrücken, welche in der Entladungslampe 8 auftritt. Zu dieser Zeit nimmt, da der zweite Kondensator 4c Leistung zu der Entladungslampe 8 liefert, der von der Wechselspannungs-Leistungsquelle zu der Entladungslampen-Zündvorrichtung fließende Strom ab, und dann sind die Eingangsstrom-Wellenformen um den Nulldurchgang der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle herum ähnlich denen der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle. Während der Periode, in der der Zielstrom ein bogenförmiger Strom mit Maxima bei 90° und 270° der Wellenform der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle ist, tritt die Wiederzündspannung nicht auf, und dann wird der Eingangsstrom proportional zu dem Entladungslampenstrom. D. h. wenn der Entladungslampenstrom eine bogenförmige Wellenform mit Maxima bei 90° und 270° in Phase hat, zeigt auch der Eingangsstrom eine Wellenform vom bogenförmigen Typ. Daher hat, wie in 5(g) gezeigt ist, welche die Eingangsstrom-Wellenform illustriert, der Eingangsstrom eine bogenförmige Wellenform ähnlich der Wellenform der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle.
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Es wird nun auf einen Bereich (A) in 5(a) Bezug genommen, wonach, wenn die Zuführung der Spannung der Wechselspannungsleistungsquelle aufgrund eines Unfalls vorübergehend unterbrochen ist, die Steuerschaltung 9 die Ein-Zeit des Schaltelements 3b wie in 5(c1) gezeigt vergrößert, mit dem Versuch, elektrische Leistung zu entnehmen. Dann wird die Ein-Zeit des Schaltelements 4b ebenfalls vergrößert, wie in 5(c2) gezeigt ist, und der zweite Kondensator 4c liefert elektrische Leistung zu der Entladungslampe 8. Als eine Folge wird das Ausschalten der Entladungslampe 8 verhindert.