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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zur kostengünstigen
Erfassung einer Spannung und eines Stromes einer Entladungsleuchte
in einer Entladungsleuchtenansteuerschaltung.
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HINTERGRUND
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Eine
bekannte Konfiguration einer Schaltung zum Ansteuern einer Entladungsleuchte,
etwa einer Metallhalogenidleuchte, umfasst eine DC-(Gleichspannungs-)
Leistungsversorgungsschaltung mit einem DC-DC-Wandler, einer DC-AC-
(Gleichspannungs-Wechselspannungs-)
Wandlerschaltung (z. B. eine Inverterschaltung) und eine Starterschaltung. Die
Ansteuerschaltung ist mit einer Schaltung zum Erfassen einer Spannung,
die an die Entladungsleuchte angelegt ist, und eines elektrischen
Stromes, der durch die Entladungsleuchte fließt, versehen (siehe z. B. die
japanischen Patentdokumente JP-A-7-142182 und JP-A-10-312896).
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Wenn
die Entladungsleuchte mit konstanter Leistung angesteuert wird,
wobei sich die Entladungsleuchte in einem stetigen Beleuchtungszustand
befindet, müssen
die Spannung und der Strom der Entladungsleuchte zur Steuerung der
Leistung erfasst werden. Beispielsweise kann ein Verfahren zum Erfassen
des elektrischen Stromes der Entladungsleuchte das Erfassen eines
Wertes des durch einen für
Detektionszwecke zwischen dem DC-DC-Wandler und der DC-AC-Wandlerschaltung angeordneten
Widerstand (beispielsweise ein Shunt-Widerstand) fließenden Stroms,
der in eine Spannung umgewandelt wird, umfassen. Ein Verfahren zum
Erfassen der Spannung der Entladungsleuchte kann das Erfassen einer
Spannung, die von dem DC-DC-Wandler ausgegeben wird, unter Verwendung
des Spannungsteilerwiderstands umfassen, wenn die Ausgangsspannung
ungefähr
gleich der der Entladungsleuchte zugeführten Spannung ist. In diesem
Verfahren können
die Spannungs- und Stromdetektionssignale, die der Entladungsleuchte zugeordnet
sind, als DC-Spannung und DC-Strom erfasst werden.
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In
einer Konfiguration, in der die Spannungsumwandlung in zwei Stufen
stattfindet (d. h. eine DC-DC-Spannungsumwandlungsstufe und eine DC-AC-Wandlerstufe),
wird die Konfiguration jedoch ungeeignet, um die Größe der Schaltung
zu verringern. Daher wird eine Konfiguration verwendet, in der ein
Ausgangssignal – dessen
Spannung durch eine einstufige Spannungswandlung in einer DC-AC-Wandlerschaltung
hochgesetzt wurde – einer Entladungsleuchte
zugeführt
(siehe beispielsweise das japanische Patentdokument JP-A-7-169583). Für das Erfassen
der Spannung und des Stromes der Entladungsleuchte sind ein Verfahren
für das
direkte Erfassen einer Spannung, die an einem Ausgangsanschluss
der Entladungsleuchte auftritt, und ein Verfahren zum Erfassen eines
Stromes unter Anwendung eines Detektionswiderstands und einer Detektionsspule,
die beide in Reihe zu der Entladungsleuchte geschaltet sind, vorgesehen.
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Jedoch
kann es bei den konventionellen Verfahren Probleme in Verbindung
mit der Miniaturisierung einer Baugruppe, der Kostenverringerung,
der Erfassungsgenauigkeit und dergleichen geben.
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Wenn
beispielsweise eine Detektionsschaltung zum Erfassen einer Spannung
eines AC-Ausgangsanschlusses
vorgesehen ist, mit dem die Entladungsleuchte zu verbinden ist,
wird ein Hochspannungspuls (d. h. ein sogenannter Anlaufpuls oder Starterpuls)
zum Zeitpunkt des Zündens
der Entladungsleuchte erzeugt, wodurch eine Schutzschaltung zum
Schutze von Komponenten der Detektionsschaltung erforderlich ist,
die wiederum zu erhöhten Kosten
beiträgt
oder einer Miniaturisierung der Baugruppe entgegensteht. Wenn die
Spannungsumwandlung unter Verwendung eines Detektionselements, etwa
eines Shunt-Widerstands
erfolgt, um einen elektrischen Strom zu erfassen, der durch die Entladungsleuchte
fließt,
kann eine Beeinträchtigung der
Detektiergenauigkeit hervorgerufen werden, wenn die von dem Detektionselement
gewonnene minimale Spannung zum Zeitpunkt des Zündens der Entladungsleuchte
klein ist. Wenn ein gleichrichtendes Element, etwa eine Diode, in
der Schaltung zum Erfassen einer AC-Signalform eingesetzt wird,
ist der Spannungsabfall in Durchlassrichtung von der Temperatur
oder der Größe des Durchlassstromes
beeinflusst. Wenn es daher wünschenswert
ist, eine AC-Spannung mit einer kleinen erfassten Spannungsamplitude
zu detektieren, können
Schwierigkeiten beim Ausführen
einer genauen Detektion auftreten. Wenn der Wert des Shunt-Widerstands
erhöht wird,
kann die Amplitude der erfassten Spannung erhöht werden. Dennoch verbleibt
die Problematik des Anstiegs der Verluste, die von dem Widerstand
oder dergleichen herrühren.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Folglich
richtet sich die vorliegende Erfindung gemäß einem Aspekt an die Problematik,
eine Verringerung der Größe und Kosten
einer Entladungsleuchtenansteuerschaltung zu ermöglichen, die die Funktion einer
AC-Wandlung und Hochsetzung (einschließlich des Hochsetzens eines
Anlaufsignals) in einer DC-AC-Wandlerschaltung und eine Detektionsschaltung
zum Erfassen einer Spannung und eines elektrischen Stromes einer
Entladungsleuchte aufweist, wobei auch die Genauigkeit der Detektion
der Spannung und des elektrischen Stromes gewährleistet ist.
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Um
die vorhergehenden Probleme zu lösen, stellt
die vorliegende Erfindung eine Entladungsleuchtenansteuerschaltung
bereit mit einer DC-AC-Wandlerschaltung, die eine Eingangsgleichspannung
einer Wechselspannungswandlung bei Empfang der Eingangsgleichspannung
unterwirft, und einer Detektionsschaltung zum Erfassen einer Spannung
einer Entladungsleuchte oder eines elektrischen Stromes, der durch
die Entladungsleuchte fließt,
wobei die Ansteuerung der Entladungsleuchte gesteuert wird, indem
ein Ausgangssignal der DC-AC-Wandlerschaltung gesteuert wird. Die
Schaltung kann die folgenden Merkmale aufweisen.
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Insbesondere
umfasst die DC-AC-Wandlerschaltung einen AC-Transformator, mehrere
Schaltelemente und einen Resonanzkondensator. Die Schaltelemente
werden so aktiviert, um den Resonanzkondensator und induktive Komponenten
des AC-Transformators oder ein mit dem Resonanzkondensator verbundenes
induktives Element zu einer Reihenresonanz zu verbinden.
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Die
Detektionsschaltung erfasst eine Spannung oder einen Strom der Entladungsleuchte
unter Verwendung von Wicklungen des AC-Transformators oder des induktiven
Elements.
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Ferner
kann die vorhergehende Konfiguration mit den folgenden zusätzlichen
Merkmalen versehen sein:
eine Hilfswicklung (die den elektrischen
Strom der Entladungsleuchte mittels des Ausgangssignals der Wicklung
erfasst)
eine Wicklung für
Detektionszwecke, die an dem AC-Transformator vorgesehen ist (die
die Spannung der Entladungsleuchte mittels des Ausgangssignals der
Wicklung erfasst)
ein Kondensator und ein Gleichrichterelement,
die die Detektionsschaltung bilden (die ein AC-Signal, das von der
Wicklung des AC-Transformators oder des induktiven Elements abgegriffen
wird, in ein DC-Signal umwandelt)
eine Schaltung zum Unterdrücken einer
detektierten Spannung, die mit einer Hochspannung verknüpft ist, die
sich in der Wicklung des AC-Transformators zum Zeitpunkt des Anlaufens
der Entladungsleuchte ausbildet.
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Somit
können
erfindungsgemäß die Spannung
und der Strom der Entladungsleuchte erfasst werden, indem die Wicklung
des AC-Transformators und des induktiven Elements, das die Resonanzschaltung
in Kombination mit dem Resonanzkondensator bildet, abgegriffen wird.
Es besteht keine Notwendigkeit, ein Widerstandselement zum Erfassen eines
elektrischen Stromes zu verwenden.
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In
einigen Ausführungsformen
können
einer oder mehrere der folgenden Vorteile erhalten werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann eine einfache Detektion einer Spannung
und eines elektrischen Stromes durch Verwendung der Wicklung des AC-Transformators
und des bestehenden induktiven Elements ermöglichen, und ist daher günstig für eine Größenverringerung
oder Kostenreduzierung einer Schaltung. Da ferner ein Widerstandselement
nicht erforderlich ist, müssen
die Verluste des Elements oder dergleichen nicht berücksichtigt
werden, und es kann eine geforderte Detektionsgenauigkeit erreicht werden,
indem eine ausreichende Detektionsamplitude gewährleistet wird.
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Die
Detektion kann mit einer einfachen Konfiguration durch die Verwendung
einer Hilfswicklung des induktiven Elements und der Wicklung des AC-Transformators
ausgeführt
werden.
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Ein
von dem AC-Transformator oder dem induktiven Element gewonnenes
AC-Signal wird in ein DC-Signal umgewandelt, wodurch die Bearbeitung des
erfassten Signals einfach wird. Ferner ermöglicht eine Schaltung zum Unterdrücken einer
Hochspannung, die mit der Erzeugung eines Anlaufsignals der Entladungsleuchte
verknüpft
ist, eine Steuerung so, dass die beim Anlauf erfasste Spannung nicht
zu hoch wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung,
den angefügten
Zeichnungen und den Patentansprüchen
hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die ein Beispiel einer grundlegenden Konfiguration
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Schaltbild, das eine beispielhafte Schaltungskonfiguration einer
Stromdetektionsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 ist
ein Graph, der eine Abhängigkeit zwischen
dem Leuchtenstrom der Entladungsleuchte und einem Stromdetektionssignal
zeigt;
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4 ist
ein Schaltbild, das eine beispielhafte Schaltungskonfiguration einer
Stromdetektionsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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5 ist
eine beschreibende Ansicht, die schematisch die Signalform einer
Leuchtenspannung darstellt; und
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6 ist
ein Graph, der die Abhängigkeit zwischen
der Leuchtenspannung der Entladungsleuchte und dem Spannungsdetektionssignal
zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Erfindung kann auf Ansteuerschaltungen diverser Arten
von Entladungsleuchten angewendet werden, wie sie in Fahrzeugquellen, etwa
als Metallhalogenidleuchten, verwendet sind, und stellen eines oder
mehrere der folgenden Merkmale und Vorteile bereit.
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Eine
Schaltung zum Erfassen einer Spannung einer Entladungsleuchte und
eine weitere Schaltung zum Erfassen eines elektrischen Stromes der
Entladungsleuchte sind vor einer Anlaufpulsspannung, die von einer
Starterschaltung beim Zünden
der Entladungsleuchte erzeugt wird, geschützt, und diese Schutzwirkung
wird mittels einer einfachen Schaltungskonfiguration erreicht (was
wiederum zu einer Größenreduzierung
und Kostenverringerung beiträgt).
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Die
Erfassung einer Spannung wird mit der gleichen Genauigkeit ermöglicht,
wie mit einem Verfahren für
ein direktes Erfassen einer von einem AC-Ausgangsanschluss an die
Entladungsleuchte zum Zeitpunkt der Ansteuerung der Entladungsleuchte
angelegten Spannung.
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Die
Spannung der Entladungsleuchte wird mit einer ausreichend großen Detektionsamplitude und
ohne Verwendung eines Wiederstandselements (eines Reihenwiderstands
bzw. Schuntwiderstands und dergleichen) erfasst, wodurch der Leistungsverlust
einer Schaltung verringert und eine hohe Detektionsgenauigkeit ermöglicht wird.
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1 zeigt
ein grundlegendes Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
wobei eine Entladungsleuchtenansteuerschaltung 1 eine DC-AC-(Gleichspannungs-
Wechselspannungs-) Wandlerschaltung 3, die eine Leistungszufuhr
von einer DC-Leistungsquelle 2 erhält, und eine Starterschaltung 4 aufweist.
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Die
DC-AC-Wandlerschaltung 3 bewirkt eine DC-AC-Wandlung und
ein Hochsetzen beim Anlegen einer Spannung, die direkt von einer
Batterie oder dergleichen ausgegeben wird. Die vorliegende Ausführungsform
ist mit Schaltelementen 5H und 5L und einer Steuereinrichtung 6 versehen,
die die Schaltelemente 5N und 5L so aktiviert,
um eine Steuerung des Schaltvorgangs zu erreichen. Genauer gesagt, ein
Anschluss des Schaltelements 5H an der hochpegeligen Stufe
ist mit einem Leistungszufuhranschluss verbunden, und der andere
Anschluss des Schaltelements 5H an der Seite mit geringer
Spannung ist mittels des Schaltelements 5L mit Masse verbunden. Ferner
werden die Schaltelemente 5H und 5L von der Steuereinrichtung 6 abwechselnd
eingeschaltet oder ausgeschaltet. In der vorliegenden Ausführungsform
wird ein Feldeffekttransistor (FET) für die Schaltelemente 5H und 5L verwendet;
jedoch können
die Schaltelemente 5H und 5L in Form anderer Halbleiterschaltelemente
vorgesehen sein, etwa als Bipolartransistoren, wenn dies erforderlich
ist.
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Wenn
ein FET verwendet wird, wie dies in der vorliegenden Ausführungsform
der Fall ist, wird das Einschalten/Ausschalten durch eine Treiberspannung
bewirkt, die von der Steuereinrichtung 6 zu einem Gate
des FET's zugeführt wird.
Da der FET selbst eine parasitäre
Diode aufweist, fließt
elektrischer Strom, der ein einsetzen kann, wenn die beiden FET's im ausgeschalteten
Zustand sind, über
die parasitäre
Diode. Wenn ein Biopolartransistor verwendet wird, wird ein Signal
der Basis des Transistors von der Steuereinrichtung 6 zugeführt, wodurch das
Einschalten/Ausschalten des Transistors bewirkt wird. Wenn eine
Diode parallel zu diesem Transistor angeschlossen ist, fließt der elektrische
Strom, der beim ausgeschalteten Zustand der Transistoren auftritt, über die
Diode.
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Die
DC/AC-Wandlerschaltung 3 weist einen AC-Transformator 7 auf,
dessen Primär-
und Sekundärschaltungen
voneinander isoliert sind. Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform
in der Schaltungskonfiguration ein Resonanzeffekt zwischen einem
Resonanzkondensator 8 und einer Induktivität oder zwischen
dem Resonanzkondensator 8 und einer induktiven Komponente
ausgenutzt. Genauer gesagt, die beiden Schaltungskonfigurationen
können aufgeführt werden:
- (I) Eine Konfiguration, in der eine Resonanz
zwischen dem Resonanzkondensator 8, einem induktiven Element 9 und
der Induktivität
einer Primärwicklung 7p des
AC-Transformators 7 verwendet wird; und
- (II) Eine Konfiguration, in der die Resonanz zwischen dem Resonanzkondensator
8, dem induktiven Element 9 und der Streuinduktivität des AC-Transformators 7 benutzt
wird.
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Das
erste Konfigurationsmuster (1) kann ein weiteres induktives
Element 9, etwa eine Resonanzspule, beinhalten. Beispielsweise
ist ein Ende des induktiven Elements 9 mit einem Anschluss
des Resonanzkondensators 8 verbunden, und der Resonanzkondensator 8 ist
mit einem Knotenpunkt zwischen den Schaltelementen 5H und 5L verbunden;
das andere Ende des induktiven Elements 9 ist ferner mit der
Primärwicklung 7p des
AC-Wandlertransformators 7 verbunden.
In diesem Falle wird die Reihenresonanz ausgenutzt.
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In
der zweiten Konfiguration (II) wird die gemeinsame Reihenreaktanz,
die von dem induktiven Element 9 und der Streuinduktivität gebildet
wird, ausgenutzt.
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In
jeder der obigen Konfigurationen kann eine Entladungsleuchte 10,
die mit einer Sekundärwicklung 7s des
AC-Transformators 7 verbunden ist, in einen sinusförmigen Beleuchtungszustand
versetzt werden, vorausgesetzt, dass die Arbeitsfrequenz der Schaltelemente
auf eine Reihenresonanzfrequenz oder darüber festgelegt ist, indem die
Reihenresonanz zwischen dem Resonanzkondensator 8 und einem
induktiven Element (z. B. einer induktiven Komponente oder einem
induktiven Bauelement) ausgenutzt wird, um die Schaltelemente 5H und 5L abwechselnd
ein- und auszuschalten. Während
der Ansteuerung der Schaltelemente, die von der Steuereinrichtung 6 ausgeführt wird,
müssen
die Elemente 5H und 5L abwechselnd eingeschaltet
werden, um zu verhindern, dass zwei Schaltelemente gleichzeitig leitend
sind (mittels einer Einschaltverhältnissteuerung). Wenn eine
Reihenresonanzfrequenz als „f", eine elektrostatische
Kapazität
des Resonanzkondensators 8 „Cr", eine Induktivität des induktiven Elements 9 als „Lr" und eine primärseitige
Induktivität des
Transformators als „Lp1" bezeichnet wird,
wird die Konfiguration (I) vor dem Zünden der Entladungsleuchte 10 angewendet
und damit wird die Frequenz f = f1 = 1/(2·π·√Cr·(Lr + Lpl)) erhalten.
Ferner wird nach dem Zünden
der Entladungsleuchte 10 die Konfiguration (II) angewendet und
es wird die Frequenz f = f2 ≈ 1/(2·π·√Cr·Lr)(f1<f2)erhalten.
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Die
vorliegende Erfindung kann angewendet werden, ohne auf das durch
die Steuereinrichtung 6 ausgeübte Konfigurationsmuster Rücksicht
zu nehmen. Beispielsweise ist das folgende Konfigurationsmuster
oder dergleichen möglich.
Insbesondere wird eine Steuerspannung mittels einer Schaltung zum Steuern
einer Ausgangsspannung ohne Last vor dem Zünden der Entladungsleuchte,
oder durch eine Schaltung zum Steuern der Übergangseingangsleistung oder
der Eingangsleistung in einem kontinuierlichen Zustand nach dem
Zünden
der Entladungsleuchte 10 festgelegt. Ein Pulssignal, das
als Ergebnis der Umwandlung der Spannung in eine Frequenz durch
eine V (Spannung) – F
(Frequenz) – Wandlung erhalten
wird, wird geformt und das geformte Pulssignal wird als ein Steuersignal übermittelt,
das den Schaltelementen 5H, 5L zuzuführen ist.
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Um
die Entladungsleuchte in einer stabilen Weise zu steuern, ist die
Arbeitsfrequenz der Schaltelemente 5H, 5L, die
nach dem Erzeugen des Anlaufsignals erreicht wird, vorzugsweise
höher als
jene, die vor dem Zünden
vorhanden war. Bevor die Entladungsleuchte durch das Anlegen des
Anlaufsignals gezündet
wird, wird die Sekundärschaltung
des AC-Transformators 7 geöffnet, wodurch
der Transformator als äquivalent
zu einer Drosselspule betrachtet werden kann. Daher entspricht die
in diesem Zustand erhaltene Reihenresonanzfrequenz f1, die kleiner
ist als f2, die zum Zeitpunkt des Zündens erreicht wird. Beim Anlaufen
werden die Schaltelemente auf eine Arbeitsfrequenz in der Nähe von f1
eingestellt. Nach dem Zünden
der Entladungsleuchte werden die Schaltelemente auf eine Abeitsfrequenz
eingestellt, die in der Nähe
der Reihenresonanzfrequenz f2 liegt, die durch die elektrostatische
Kapazität
des Resonanzkondensators 8, der Induktivität des induktiven Elements 9 oder
der Induktivität
und der Streuinduktivität
des AC-Transformators 7 bestimmt ist.
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Während des
Vorgangs der Leistungssteuerung wird das Schalten vorzugsweise mit
einer Arbeitsfrequenz durchgeführt,
die höher
als die Reihenresonanzfrequenz ist. Wenn die Arbeitsfrequenz auf die
Reihenresonanzfrequenz festgelegt wird, kann die maximale Leistung
ausgekoppelt werden. Somit wird das Zünden der Entladungsleuchte
durch Zuführen
der Leistung zu der Entladungsleuchte als Anfangsleistung gefördert, wodurch
ein schneller Übergang
der Entladungsleuchte in einen Gleichgewichtszustand ermöglicht wird.
Wenn die Schaltersteuerung bei einer Arbeitsfrequenz ausgeführt wird,
die kleiner als die Reihenresonanzfrequenz ist, liegt eine zusammengesetzte
Impedanz, die sich aus der elektrostatischen Kapazität des Resonanzkondensators und
der Induktivität
ergibt, im kapazitiven Bereich, wodurch die Entladungsleuchtenansteuerschaltung in
einen unsteuerbaren Zustand übergeht.
Aus diesem Grunde wird die Arbeitsfrequenz (Schaltfrequenz) vorzugsweise
so gesteuert, um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines derartigen
Zustands zu minimieren.
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Die
Starterschaltung 4 dient zum Zuführen eines Anlaufsignals zu
der Entladungsleuchte 10. Ein Ausgangssignal der Starterschaltung 4 wird
beim Anlaufen mittels des AC-Transformators 7 hochgesetzt und
die hochgesetzt Spannung wird der Entladungsleuchte 10 zugeleitet
(die Ausgangsspannung, die einer AC-Umwandlung unterzogen wurde,
wird dem Anlaufsignal überlagert
und danach der Entladungsleuchte zugeleitet).
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Die
vorliegende Ausführungsform
zeigt die Konfiguration, in der einer der Ausgangsanschlüsse der
Starterschaltung 4 mit einem Punkt auf der Primärwicklung 7p des
AC-Transformators 7 verbunden ist,
und wobei der andere Ausgangsanschluss mit einem Ende (einem auf
Masse liegenden Anschluss) der Primärwicklung 7p verbunden
ist. Die Schaltungskonfiguration ist jedoch nicht darauf eingeschränkt und
es kann eine Konfiguration vorgesehen sein, in der die beiden Ausgangsanschlüsse der
Starterschaltung 4 entsprechend mit beliebigen Punkten auf
der Primärwicklung 7p des
AC-Transformators 7 verbunden sind. Um eine Pulsspannung
mit einem Spitzenwert, der zum Aktivieren der Entladungsleuchte 10 erforderlich
ist, auf der Sekundärseite
des AC-Transformators 7 zu erzeugen, sollte ein Kondensator
in der Starterschaltung 4 mit einer möglichst hohen Spannung beaufschlagt
werden, um den Kondensator wieder aufzuladen. In der vorliegenden Ausführungsform
ist ein Eingangsanschluss der Starterschaltung 4 mit einem
Punkt zwischen dem Resonanzkondensator 8 und dem induktiven
Element 9 und der andere Eingangsanschluss mit der Masseleitung
verbunden, wodurch eine resultierende Resonanzspannung ausgenutzt
wird. Ferner kann der Starterschaltung eine Eingangsspannung von
der Sekundärseite
des AC-Transformators 7 zugeleitet werden; oder eine Hilfswicklung 11 (die
im Folgenden zu beschreiben ist), die in Verbindung mit den induktiven
Element 9 einen Transformator bildet, kann eine Eingangsspannung
zu der Starterschaltung 4 zuführen.
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Die
Starterschaltung 4 kann eine beliebige Konfiguration aufweisen.
Beispielsweise kann die Starterschaltung 4 aus mehreren
Gleichrichterelementen, Kondensatoren und Schaltelementen aufgebaut
sein. Ein selbstlöschendes
Element, etwa eine Funkenstrecke oder ein Varistor, oder ein Halbleiterelement
mit einem Steuereingang, etwa ein Thyristor, ein IGBT (Bipolartransistor
mit isoliertem Gate) oder ein FET können als die Schaltelemente
verwendet werden.
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Die
Hilfswicklung 11, die in Verbindung mit dem induktiven
Element 9 einen Transformator bildet, dient zum Erfassen
eines Stromes entsprechend dem Stromfluss durch die Entladungsleuchte 10.
Ein Ausgangssignal aus der Hilfswicklung 11 wird einer Stromdetektionsschaltung 12 zugeleitet.
Insbesondere wird ein Strom, der durch die Entladungsleuchte fließt, durch
Verwendung des induktiven Elements 9 oder eines Teils davon
und der Hilfs wicklung 11 erfasst. Das Ergebnis der Erfassung
wird der Steuereinrichtung 6 zugeleitet und wird zum Steuern
der Leistung oder zum Unterscheiden des Leucht/Dunkelzustands der
Entladungsleuchte benutzt.
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Die
an die Entladungsleuchte 10 angelegte Spannung wird auf
der Grundlage eines Ausgangssignals aus der Primärwicklung 7p des AC-Transformators 7,
eines Teils davon, einer Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 7s des
AC-Transformators 7, eines Teils davon, oder eines Ausgangssignals
einer Detektionswicklung 7v, die an dem AC-Transformator 7 vorgesehen
ist, erfasst. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Ausgangssignal
der Detektionswicklung 7v einer Spannungsdetektionsschaltung 13 zugeführt, wodurch
eine erfasste Spannung entsprechend einer an die Entladungsleuchte 10 angelegten
Spannung durch die Spannungsdetektionsschaltung 13 ermittelt
wird. Danach wird die erfasste Spannung an die Steuereinrichtung 6 gesendet
und zum Steuern der Leistung oder zum Unterscheiden des Leucht/Dunkelzustands
der Entladungsleuchte oder dergleichen benutzt.
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2 zeigt
eine beispielhafte Schaltungskonfiguration der Stromdetektionsschaltung 12.
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Mehrere
Spannungsteilerwiderstände 14, 14,
... sind in Reihe mit einem Ende (d. h. einem nicht auf Masse liegenden
Anschluss) der Hilfswicklung 11 verbunden. Ein Ende eines
Spannungsteilerwiderstands 14, der an der untersten Stufe
angeordnet ist, ist mit einem Gleichrichterelement 15 verbunden, und
das andere Ende des Widerstands 14 liegt auf Masse. In
der vorliegenden Ausführungsform
wird eine Diode (z. B. eine Schottky Diode oder dergleichen) als
das Gleichrichterelement 15 verwendet, und die Spannung,
die der Spannungsteilung unterliegt, wird der Anode der Diode zugeführt, wobei
die Kathode der Diode 15 mit einem der Detektionsausgangsanschlüsse verbunden
ist.
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Ein
Anschluss eines Kondensators 16 ist mit der Kathode des
Gleichrichterelements (Diode 15) verbunden, und der andere
Anschluss liegt auf Masse.
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Wie
zuvor dargestellt ist, kann eine Detektionsschaltung als die Stromdetektionsschaltung 12 verwendet
werden. Das durch Anwendung des induktiven Elements 9 (oder
eines Teils davon) und der Hilfswicklung 11 erfasste AC-Signal
wird in ein DC-Signal umgewandelt (siehe die erfasste Spannung VS1,
die in 2 gezeigt ist), so dass ein Signal erhalten wird,
das in einfacher Weise durch die Steuereinrichtung 6 oder
dergleichen in einer nachfolgenden Stufe verwendet werden kann.
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Ein
von der Starterschaltung 4 erzeugtes Anlaufsignal (Pulsspannung)
durchläuft
die Spannungsteilung auf Grund der mehreren Widerstandselemente,
wodurch eine erfasste Spannung entsprechend einer Spitzenspannung
des Anlaufssignals auf einen Pegel abgesenkt werden kann, der unproblematisch ist.
Daher kann eine Schaltung zum Unterdrücken einer hohen Spannung,
die sich beim Anlaufen der Entladungsleuchte aufbaut, eine sehr
einfache Konfiguration aufweisen. Bei dem Verfahren zum Festlegen des
Wicklungsverhältnisses
des Transformators, der aus dem induktiven Element 9 und
der Hilfswicklung 11 aufgebaut ist, kann eine Situation
auftreten, in der eine ausreichende Dektionsgenauigkeit nicht erreicht werden
kann, wenn die Amplitude der Spannung, die zum Zeitpunkt des Leuchtens
der Entladungsleuchte erfasst wird, äußerst gering wird.
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Der
Ausgangsstrom, d. h. der Sekundärstrom
des AC-Transformators 7 (der als I2 bezeichnet ist) ist
proportional zu dem Primärstrom
des Transformators (der als I1 bezeichnet ist). Da der Strom I1
in das induktive Element 9 fließt, wird I1·(ω·Lr) erfasst, wobei der Wert
der Kreisfrequenz ω (der
der Arbeitsfrequenz der Schaltelemente entspricht) als bekannt vorausgesetzt
wird, wodurch die Leuchtenspannung indirekt festgestellt werden
kann.
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3 zeigt
die proportionale Abhängigkeit des
Leuchtenstroms der Entladungsleuchte und des Spannungspegels des
Stromdetektionssignals, wobei der Leuchtenstrom auf der horizontalen
Achse und der Spannungspegel auf der vertikalen Achse dargestellt
ist. Wenn die Steigung des Graphen bestimmt wird, um eine Streuung
und eine Standardabweichung zu berechnen, so ist vorzugsweise sicherzustellen,
dass die sich ergebende Streuung und die resultierende Standardabweichung
in einem Fehlerbereich von 3% oder weniger liegen. Um die Detektionsgenauigkeit
zu verbessern, ist vorzugsweise eine Temperaturkompensationsschaltung
oder eine Korrekturschaltung, die mit einer Frequenzänderung kompatibel
ist [=ω/(2·π)], zur Verringerung
der Fehler vorgesehen.
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4 zeigt
ein Beispiel der Konfiguration der Spannungsdetektionsschaltung 13.
Die Detektionsschaltung 13 umfasst ein Gleichrichterelement
und einen Kondensator.
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Der
nicht auf Masse liegende Anschluss der Detektionswicklung 7v (siehe
Punkt „a" in 4)
ist mit einem Anschluss eines Kondensators 18 verbunden
und der andere Anschluss des Kondensators 18 liegt auf
Masse. Ferner ist ein Kondensator 19 parallel zu dem Kondensator 18 vorgesehen
und ist mit der Kathode einer Diode 20 und der Anode einer
Diode 21 verbunden. Die Anode der Diode 20 liegt
auf Masse.
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Die
Kathode der Diode 21 ist zum Gleichrichten mit einem der
Detektionsausgangsanschlüsse und
mit der Kathode einer Zener Diode 22 und einem Anschluss
eines Kondensators 23 verbunden. Die Anode der Zener Diode 22 und
der andere Anschluss des Kondensators 23 liegen auf Masse.
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Ein
Widerstand 24 ist parallel mit dem Kondensator 23 verbunden,
wodurch eine erfasste Spannung VS2 erhalten wird.
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Es
sollten Elemente verwendet werden, die die Pulsspannung aushalten
(die definiert ist als V1 × (n2/n1)
unter der Bedingung, dass die Anzahl der Windungen eines Wicklungsabschnitts
der Primärwicklung 7p – mit der
der Ausgangsanschluss der Starterschaltung 4 verbunden
ist – als „n1" und die Anzahl der
Windungen der Detektionswicklung 7v als „n2" bezeichnet sind).
Die restlichen Elemente müssen
jedoch nicht für
eine derartige hohe Spannung ausgelegt sein.
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In
der Schaltung wird beim Zünden
der Entladungsleuchte eine Spannung an die Detektionswicklung 7v angelegt,
wenn ein Hochspannungspuls an die Leuchte angelegt wird. Jedoch
kann die Spannung mittels der Kondensatoren 19 und 23 und
dem Widerstand 24 erfasst werden. Hinsichtlich der Impedanzen
der Kondensatoren 19 und 23 gilt, dass die Größe des Kondensators 23 ungefähr eine
Größenordnung
kleiner als die des Kondensators 19 ist. Ferner wird der
Widerstandswert des Widerstands 24 so festgelegt, dass
dieser wesentlich größer als
die Impedanz des Kondensators 23 ist. Eine an dem Punkt „b" (ein Knotenpunkt
zwischen der Anode der Diode 21 und dem Kondensator 19)
anliegende Spannung in 4 ist durch ein Impedanzverhältnis zwischen den
Kondensatoren 19 und 23 bestimmt.
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Nach
dem Zünden
der Entladungsleuchte fließt
ein elektrischer Strom auf Grund der Wirkung der Diode 21 lediglich
in einer Richtung. Folglich wird der Kondensator 23 erneut
ge laden und es wird graduell Ladung in dem Kondensator gespeichert,
woraufhin eine Spannung an dem Kondensator 23 (siehe Punkt „c" in 4)
ansteigt. Wenn ein Potential an einem Ende der Detektionswicklung 7v (ein
an dem Punkt „a" in 4 anliegendes
Potential) und eine Anschlussspannung (ein an dem Punkt „c" in 4 anstehendes
Potential) des Kondensators 23 nahezu gleich zu einander
sind, fließt
kein Strom mehr in den Kondensator 19. Insbesondere kann
die unter einem stetigen Beleuchtungszustand der Entladungsleuchte
erfasste Spannung detektiert werden, ohne dass eine Spannungsteilung
durch die Kondensatoren 19 und 23 stattfindet,
selbst wenn eine an der Detektionswicklung 7v anliegende
Spannung klein ist. Dadurch kann die erforderliche Genauigkeit gewährleistet
werden.
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Der
Kondensator 18 in der ersten Stufe dient zum Aufnehmen
einer Rückschlagspannung.
Wenn die Leuchtenspannung, die unmittelbar nach dem Zünden der
Entladungsleuchte erreicht wird, gering ist, besitzt der Spitzenwert
der Rückschlagspannung eine
Form, die einen Puls mit einer geringen Breite in Verbindung mit
einer Spannungssignalform gleicht, die schematisch beispielsweise
in 5 gezeigt ist. Wenn daher die Spannungsdetektionsschaltung
den maximalen Bereich der Spannung falsch erkannt hat, kann eine
korrekte Spannung nicht ermittelt werden. Aus diesem Grunde kann
eine Konfiguration verwendet werden, die eine präzise Detektion einer Spannung
ermöglicht,
indem der Kondensator für
die Rückschlagsspannung
mit hoher Frequenz insensitiv gemacht wird.
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Ferner
besitzt die Zener Diode 22 die Funktion eines Klemmelements,
um eine beim Aufbau einer Anlaufpulsspannung verknüpfte hohe
Spannung zu unterdrücken,
und spielt die Rolle eines Begrenzers für eine Überschwingspannung, die zum
Zeitpunkt der Erzeugung der Pulsspannung auftritt. Die Erfindung
ist nicht auf die Zener Diode beschränkt. In einer alternativen
Konfiguration, wenn beispielsweise ein Transistor verwendet wird,
wird die Referenzspannung der Basis eines PNP-Transistors zugeführt; der
Kollektor des Transistors liegt auf Masse; und der Ermitter des
Transistors ist mit einer Signalleitung verbunden, die geklemmt
werden soll. In einer weiteren Konfiguration, wenn ein Operationsverstärker verwendet
wird, sind alternativ die Anode der Diode und ein invertierender
(negativer) Eingang miteinander verbunden, wodurch die Kathode der
Diode mit dem Ausgangsanschluss verbunden wird. Die Referenzspannung
wird dem nicht invertierenden (positiven) Eingangsanschluss zugeleitet.
Somit ist ein Puffer geschaffen, der speziell für Synchronisierzwecke eingerichtet
ist, wodurch eine Klemmung möglich
wird, so dass eine Signalleitung, die mit der Anode oder Diode verbunden
ist, nicht die Referenzspannung überschreitet.
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6 zeigt
eine proportionale Abhängigkeit zwischen
dem Leuchtenstrom der Entladungsleuchte und dem Pegel des Spannungsdetektionssignals, wobei
der Leuchtenstrom auf der horizontalen Achse und der Pegel auf der
vertikalen Achse dargestellt ist. Wenn der Verlauf des Graphen bestimmt
wird, um eine Streuung und eine Standardabweichung zu berechnen,
so sind die resultierende Steuerung und die sich ergebende Standardabweichung
vorzugsweise so zu wählen,
dass sie in einem Fehlerbereich von 3% oder weniger liegen.
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Weitere
Ausführungsformen
liegen innerhalb des Bereichs der angefügten Patentansprüche.