DE102005006665B4

DE102005006665B4 - Vorschaltgerät für eine Entladungslampe

Info

Publication number: DE102005006665B4
Application number: DE102005006665A
Authority: DE
Inventors: Syouhei Yokosuka Maeda; Yoshito Kato
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: KR20060042996A; US7282867B2; KR100649517B1; CN1665367A; DE102005006665A1; US20050200303A1

Abstract

Vorschaltgerät für eine Entladungslampe (144, 54, 84), enthaltend:
eine Gleichspannungsquelle (111, 511, 811);
einen Gleichspannungswandler (11, 51), der die ihm zugeführte Gleichspannung der Gleichspannungsquelle (111, 511, 811), durch getakteten Betrieb eines ersten Schaltelements (Q1, Q3, Q7), in eine erhöhte, gleichgerichtete Ausgangsspannung umwandelt;
einen Glättungskondensator (12, 52, 82) zum Glätten der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (11, 51);
einen Wechselrichter (13, 53), der das erste Schaltelement (Q1, Q3, Q7) und ein hierzu in Reihe geschaltetes zweites Schaltelement (Q2, Q4, Q8) aufweist, zum Konvertieren einer Gleichspannungsleistung, die von dem Glättungskondensator (12, 52, 82) geliefert wird, in eine Wechselspannungsleistung durch abwechselndes Ein- und Ausschalten des ersten und zweiten Schaltelements (Q1, Q3, Q7; Q2, Q4, Q8); und
eine die Entladungslampe (144, 54, 84) aufweisende Lastschaltung (14), die mit dem Ausgangssignal des Wechselrichters (13, 53) schwingt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gleichspannungswandler (11, 51) einen Transformator (112, 512, 812) aufweist, dessen...

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das diese mit einer geringen DC-Spannung starten kann.
Ein derartiges herkömmliches Vorschaltgerät für eine Entladungslampe, wie beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung JP 2001-128 461 A Seiten 7 und 8, 1 bis 3 offenbart, verwendet ein Schaltelement, das eine Brückenschaltung und eine Chopper-Schaltung bildet, um eine Entladungslampe zu starten und zu betreiben.
Wenn bei diesem Stand der Technik jedoch eine DC-Energiequelle mit einer geringen Spannung, beispielsweise eine Batterie verwendet wird, um die Spannung zum Betreiben der Lampe während des stabilen Leuchtbetriebs der Lampe zu gewinnen, muss die Betriebsrate für ein Ein- oder Ausschalten des Schaltelements für den Chopper geändert werden, und eine Lampenelektrode wird unterschiedlich verbraucht, wodurch die Lebensdauer der Lampe verringert wird.
Die US 5 798 630 A betrifft ein Batterieladegerät zum kollektiven Laden einer Mehrzahl von Speicherbatterien, insbesondere eine Schaltung für ein Batterieladegerät, das verwendet wird zum Laden von Speicherbatterien zum Antreiben eines elektrischen Fahrzeugs. Der dort vorgesehene Wechselrichter weist einen Schalter auf, der gleichzeitig im Primärkreis eines einen Transformator aufweisenden Gleichspannungswandlers angeordnet ist.
Die US 4 725 762 A betrifft eine Schaltung, die mit Gleichspannung versorgt wird, zum Erzeugen von Spannungen und/oder Strömen mit unterschiedlichen Kurvenformen und/oder unterschiedlichen Frequenzen und/oder unterschiedlichen Polaritäten. Bei dem dort vorgesehenen Vollbrückenwechselrichter werden zwei Schalter hochfrequent und zwei Schalter niederfrequent getaktet.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe, mit dem eine ausreichende Startspannung gewonnen und die Lebensdauer der Lampe verlängert werden kann, selbst wenn eine DC-Energiequelle mit einer geringen Spannung verwendet wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Vorschaltgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Induktivität, die die Primärspule eines Transformators 112 bildet zum Durchführen eines Chopper-Betriebs durch Ein- oder Ausschalten eines ersten Schaltelements MOSFET Q1 und zum Gewinnen einer vergrößerten Spannung auf der Sekundärseite des Transformators 112 vorgesehen, und basierend auf der Betriebsrate des Transformators 112 kann eine hohe Spannung zum Zeitpunkt des stabilen Betriebs von einer DC-Energiequelle 111 mit einer geringen Spannung Vin gewonnen werden. Wenn die Einschaltdauern der ersten und zweiten Einschaltelemente MOSFET Q1 und Q2, die eine Inverterschaltung bilden, fasst gleich sind, kann der zeitliche Ablauf der Energieverwendung an beiden Enden einer Lampe 144 ähnlich ausgebildet werden, so dass die Lebensdauer der Lampe verlängert werden kann.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung im Einzelnen erklärt.
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm zum Erklären eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und 2 zeigt eine Darstellung zum Erklären des Betriebs des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
3 zeigt ein Schaltungsdiagramm zum Erklären eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, und 4 zeigt eine Darstellung zum Erklären des Betriebs des Ausführungsbeispiels gemäß 3.
5 zeigt eine Darstellung eines Aufbaubeispiels des Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und 6 zeigt eine schematische Darstellung, die die Wellenform jeder Einheit des Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe des Ausführungsbeispiels gemäß 5 zeigt. 7 zeigt eine Darstellung zum Erklären des Betriebs des Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe des Ausführungsbeispiels gemäß 5.
8 zeigt eine Darstellung, die ein Aufbaubeispiel des Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe für ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, und 9 zeigt eine Darstellung, die ein Aufbaubeispiel des Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe für ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm zum Erklären eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung. Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet einen Gleichspannungswandler (Energieumwandlungsschaltung) der eine DC-Energiequelle 111, einen Transformator 112, eine Gleichrichterdiode 113 und einen Feldeffekttransistor vom MOS-Typ (im Folgenden als MOSFET bezeichnet) Q1, der ein erstes Schaltelement ist, enthält. Der positive Anschluss der DC-Energiequelle 111, deren negativer Anschluss geerdet (mit Masse verbunden) ist, ist mit einem Ende einer Primärwicklung des Transformators 112 verbunden, und das andere Ende der Primärwicklung ist über den MOS FET Q1 mit Masse verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung des Transformators 112 ist mit Masse verbunden, und das andere Ende ist über die Gleichrichterdiode 113 und einen Glättungskondensator 12 mit Masse verbunden.
Die Energieumwandlungsschaltung 11 hat eine Funktion, um eine DC-Energie Vin, die von der DC-Energiequelle 111 geliefert und durch den Chopper gemäß der Einschaltdauer (Betriebsrate) des Transformators 112 durch den Ein/Aus-Betrieb des MOSFET Q1 vergrößert wird, an den Glättungskondensator 12 zu liefern.
Das Bezugszeichen 13 kennzeichnet eine Wechselrichter (Inverterschaltung) der durch das erste Schaltelement MOSFET Q1 und das zweite Schaltelement MOSFET Q2 gebildet ist. Der Drain-Anschluss des zweiten Schaltelements MOSFET Q2 ist mit dem Verbindungspunkt der Gleichrichterdiode 113 der Energieumwandlungsschaltung 11 und des Glättungskondensators 12 verbunden, und der Source-Anschluss ist mit dem Drain-Anschluss des ersten Schaltelements MOSFET Q1 verbunden. Der MOSFET Q1 wird zusammen mit der Energieumwandlungsschaltung 11 verwendet, und das erste Schaltelement MOSFET Q1 und das zweite Schaltelement MOSFET Q2 werden durch ein Steuersignal, das von einer Steuerung 15 ausgegeben wird, gesteuert.
Das Bezugszeichen 14 kennzeichnend eine Lastschaltung, die einen DC-Abgrenzungskondensator 141, eine Resonanzschaltung aus einem Kondensators 142 und einer Spule 143, und eine Lampe 144 enthält, beispielsweise eine Heißkathodenentladungslampe, eine Kaltkathodenentladungslampe, oder eine Halogenmetalldampflampe. Ein Ende des Kondensators 141 ist mit dem anderen Ende des Transformators 112 verbunden, und das andere Ende des Kondensators 141 ist über die Spule 143 mit einem Ende der Lampe 144 verbunden, zu der der Kondensator 142 parallel geschaltet ist. Das andere Ende der Lampe 144 ist mit Masse verbunden (geerdet).
Die Lastschaltung 14 enthält eine Resonanzschaltung, die den Kondensator 142 und die Spule 143 enthält, und insbesondere, wie in der Figur gezeigt, wenn die Inverterschaltung 13 eine Halbbrückenschaltung ist, enthält die Resonanzschaltung den DC-Abgrenzungskondensator 141.
Als Nächstes wird der Betrieb der Beleuchtungsvorrichtung für eine Entladungslampe gemäß 1 zusammen mit der in 2 gezeigten Wellenform erklärt. Zuerst wird die Energieumwandlungsschaltung 11 erklärt.
Wenn ein High-Level Steuersignal zum Einschalten des MOSFETs Q1 von der Steuerung 15 geliefert wird, wird die DC-Spannung Vin der DC-Energiequelle 111 an die Primärseite des Transformators 112 angelegt, und ein Strom Ip fließt von dem MOSFET Q1 zur DC-Energiequelle 111. Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Sekundärseite des Transformators 112 eine Spannung gemäß der Einschaltdauer (Betriebsrate) erzeugt, obwohl aufgrund des Betriebs der Gleichrichterdiode 113 kein Strom durch die Sekundärseite des Transformators 112 fließt. Die Energie wird in dem Transformator 112 akkumuliert.
Wenn als Nächstes ein Low-Pegel Steuersignal zum Ausschalten des MOSFETs Q1 von der Steuerung 15 geliefert wird, bis ein High-Pegel Steuersignal zum Einschalten des MOSFETs Q2 von der Steuerung 15 geliefert wird, wird eine Zeitperiode erzeugt, während der beide MOSFET Q1 und Q2 ausgeschaltet sind. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Strom Is durch die Sekundärseite des Transformators 112, die Diode 113, den Glättungskondensator 12 und die Sekundärseite des Transformators 112 in dieser Reihenfolge, und die in dem Transformator 112 akkumulierte Energie wird an den Glättungskondensator 12 geliefert, und eine elektrische Ladung Vdc akkumuliert. Die Energieumwandlungsschaltung 11 arbeitet als sogenannter Fly-Back Konverter.
Die Inverterschaltung 13 wird als Nächstes erklärt.
Der MOSFET Q2 wird eingeschaltet, und ein Strom fließt durch den Glättungskondensator 12, die Lastschaltung 14 und den Glättungskondensator 12 in dieser Reihenfolge, und Energie wird an die Lampe 144 geliefert. Ferner wird die Restenergie des Transformators 112, die durch das erste und zweite Schaltelement MOSFET Q1 und Q2 während der Aus-Periode nicht entladen werden konnte, an die Lastschaltung 14 während dieser Zeitperiode geliefert und dort verbraucht.
Wenn das zweite Schaltelement MOSFET Q2 ausgeschaltet und das erste Schaltelement MOSFET Q1 erneut eingeschaltet wird, fließt ein Strom aufgrund des generativen Stroms der Lastschaltung 14, durch die Lastschaltung 14, den MOSFET Q1 und die Lastschaltung 14 in dieser Reihenfolge. Wenn dieser Prozess wiederholt wird, wird eine AC-Leistung VL in der Lampe 144 der Lastschaltung 14 erzeugt, und die Lampe 144 durch die AC-Leistung VL gestartet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Induktivität zur Chopper-Spannungsvergrößerung als ein Transformator verwendet, so dass eine Spannung gewonnen werden kann, die durch die Einschaltrate des Transformators vergrößert ist. Selbst wenn die Einschaltraten der MOSFET Q1 und Q2 fast gleich sind, kann eine hohe Spannung erhalten werden. Eine Spannung mit fast gleicher Einschaltrate wird ferner an die Lampenelektrode geliefert, so dass sie zur Verbesserung (Verlängerung) der Lebensdauer der Lampe beiträgt.
Der Kondensator 141, der mit der Lampe 144 der Lastschaltung 14 in Reihe geschaltet ist, kann nicht verbunden sein. Wenn jedoch der Kondensator verbunden ist, wird der Gleichstrom unterbrochen, und die Wellenform, die an die Lampe 144 angelegt ist, kann als eine positive oder negative symmetrische Wellenform gebildet und die Lebensdauer der Lampe weiter verlängert werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
3 zeigt ein Schaltungsdiagramm zum Erklären eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die gleichen Komponenten gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Inverterschaltung als Vollbrückenschaltung ausgebildet.
Die Inverterschaltung 13 ist durch vier Schaltelemente MOSFET Q3 bis Q6 gebildet. Die Drain-Anschlüsse des vierten Schaltelements MOSFET Q4 und des fünften Schaltelements MOSFET Q5 sind verbunden, und der Source-Anschluss des fünften Schaltelements MOSFET Q5 und der Drain-Anschluss des sechsten Schaltelements MOSFET Q6 sind verbunden, und die Source-Anschlüsse des sechsten Schaltelements MOSFET Q6 und des dritten Schaltelements MOSFET Q3 sind miteinander verbunden.
Die Lastschaltung 14 enthält den DC-Abgrenzungskondensator 141 und die Lampe 144. Das andere Ende des Kondensators 141, das nicht mit der Lampe 144 verbunden ist, ist mit dem Verbindungspunkt des Source-Anschlusses des vierten Schaltelements MOSFET Q4 und des Drain-Anschlusses des dritten Schaltelements MOSFET Q3 verbunden. Das andere Ende der Lampe 144 ist mit dem Verbindungspunkt des Source-Anschlusses des fünften Schaltelements MOSFET Q5 und des Drain-Anschlusses des sechsten Schaltelements MOSFET Q6 verbunden.
Als Nächstes wird der Betrieb des Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe, wie in 3 gezeigt, erklärt, in Verbindung mit dem in 4 gezeigten Wellenformdiagramm.
Wenn ein High-Pegel Steuersignal zum Einschalten des dritten Schaltelements MOSFET Q3 und des fünften Schaltelements MOSFET Q5 von der Steuerung 15 geliefert wird, wird die DC-Spannung Vin der DC-Energiequelle 111 an die Primarseite des Transformators 112 angelegt, und ein Strom Ip fließt von dem MOSFET Q3 und Q5 zu der DC-Energiequelle 111. Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Sekundärseite des Transformators 112 eine Spannung gemäß der Einschaltrate erzeugt, obwohl aufgrund des Betriebs der Gleichrichterdiode 113 kein Strom durch die Sekundärseite des Transformators 112 fließt. Energie wird in dem Transformator 112 akkumuliert.
Wenn ein Low-Pegel Steuersignal zum Ausschalten des dritten Schaltelements MOSFET Q3 und des fünften Schaltelements MOSFET Q5 von der Steuerung 15 geliefert wird, bis ein High-Pegel Steuersignal zum Einschalten des vierten Schaltelements MOSFET Q4 und des sechsten Schaltelements MOSFET Q5 von der Steuerung 15 geliefert wird, wird eine Zeitperiode erzeugt, während der das dritte Schaltelement MOSFET Q3 und das vierte Schaltelement MOSFET Q4 beide ausgeschaltet sind.
Zu diesem Zeitpunkt fließt der Strom Is durch die Sekundärseite des Transformators 112, die Diode 113, den Glättungskondensator 12 und die Sekundärseite des Transformators 112 in dieser Reihenfolge, und die in dem Transformator 112 akkumulierte Energie wird an den Glättungskondensator 12 geliefert, und die elektrische Ladung Vdc wird in dem Kondensator ak kumuliert. Die Energieumwandlungsschaltung 11 arbeitet als ein sogenannter Fly-Back Konverter.
Eine Inverterschaltung 13 wird im Folgenden erklärt.
Das vierte Schaltelement MOSFET Q4 und das sechste Schaltelement MOSFET Q6 werden eingeschaltet, und ein Strom fließt durch den Glättungskondensator 12, den MOSFET Q4, die Lampe 144, den MOSFET Q6 und den Glättungskondensator 12, in dieser Reihenfolge, und Energie wird an die Lampe 144 geliefert. Die Restenergie des Transformators 112, die durch das dritte Schaltelement MOSFET Q3 und das vierte Schaltelement MOSFET Q4 während der Aus-Periode nicht entladen werden konnte, wird an die Lastschaltung 14 während dieser Zeitperiode geliefert und dort verbraucht.
Wenn das vierte Schaltelement MOSFET Q4 und das sechste Schaltelement MOSFET Q6 ausgeschaltet werden, und das dritte Schaltelement MOSFET Q3 und das fünfte Schaltelement MOSFET Q5 erneut eingeschaltet werden, fließt durch den regenerativen Strom der Lastschaltung 14 ein Strom durch die Lastschaltung 14, den MOSFET Q3 und die Lastschaltung 14, in dieser Reihenfolge. Wenn dieser Vorgang wiederholt wird, wird eine AC-Leistung VL in der Lampe 144 der Lastschaltung 14 erzeugt, und die Lampe 144 durch die AC-Leistung VL gestartet.
Wie oben erwähnt, selbst wenn die Inverterschaltung einen Vollbrückenaufbau aufweist, kann der gleiche Effekt erzeugt werden, wie bei dem oben genannten Ausführungsbeispiel. Ferner braucht der Kondensator 141 nicht verbunden zu sein. Wenn der Kondensator 141 jedoch verbunden ist, kann verhindert werden, dass die Wellenform zum Zünden der Beleuchtung vertikal unausgeglichen wird. Wenn die Wellenform nicht ausgeglichen ist, wird eine Elektrode mehr belastet und die Lebensdauer der Lampe verkürzt. Wenn jedoch der Kondensator 141 verbunden ist, kann die Lebensdauer der Lampe verlängert werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet die AC-Leistung VL ferner eine quadratische Wellenform. Wenn jedoch eine Sinuswellenform besser ist, in Abhängigkeit von der Art der Lampe 144, kann die Lampe 144 durch eine Sinuswelle betrieben werden, wenn eine Spule zwischen den Verbindungspunkt des Source-Anschlusses des vierten Schaltelements MOSFET Q4 und des Drain-Anschlusses des dritten Schaltelements MOSFET Q3 und das eine Ende des Kondensators 141 geschaltet wird, und ein Kondensator parallel zu der Lampe 144 geschaltet wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können das dritte und vierte Schaltelement einen IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) an Stelle eines MOSFET verwenden. Ferner kann die Inverterschaltung 13 eine Funktion aufweisen zum Konvertieren der DC-Energie, die von dem Glättungskondensator 12 geliefert wird, in eine AC-Leistung durch abwechselndes Ein- und Ausschalten des dritten Schaltelements MOSFET Q3 und des vierten Schaltelements MOSFET Q4, und durch Liefern dieser AC-Leistung an die Lastschaltung 14 auf der letzteren Stufe, und mindestens einen Schalter mit der Energieumwandlungsschaltung teilen.
Wenn das Betreiben der Lampe 144 eine hohe Startspannung erfordert, kann ferner eine Zündvorrichtung verwendet werden, wenn es notwendig ist. In diesem Fall ist es möglich eine Wicklung zu dem Transformator 112 der Energieumwandlungsschaltung 11 hinzuzufügen, um diese als Energieversorgungsquelle für die Zündvorrichtung zu verwenden.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
5 zeigt ein Schaltungsdiagramm des Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Vorschaltgerät für eine Entladungslampe enthält eine Energieumwandlungsschaltung 51, einen Glättungskondensator 52, eine Inverterschaltung 53, die einen Teil und einige Komponenten der Energieumwandlungsschaltung 51 verwendet, eine Lastschaltung 54 zum Betreiben der Lampe, eine Hochfrequenztreiberschaltung 55 zum wechselseitigen Ein- und Ausschalten des siebenten Schaltelements MOSFET Q7 und des achten Schaltelements MOSFET Q8, wie im Folgenden beschrieben wird, durch Hochfrequenzwellen, und eine Tieffrequenztreiberschaltung 56 zum wechselseitigen Ein- und Ausschalten des neunten Schaltelements MOSFET Q9 und des zehnten Schaltelements MOSFET Q10, wie im Folgenden beschrieben wird, durch Tieffrequenzwellen.
Die Frequenz eines Steuersignals der Hochfrequenztreiberschaltung 55 beträgt beispielsweise 45 kHz und die Frequenz eines Steuersignals der Tieffrequenztreiberschaltung 56 beträgt beispielsweise 100 Hz bis 500 Hz.
Die Energieumwandlungsschaltung 51 enthält eine DC-Energiequelle 511, einen Transformator 512 zum Liefern der Ausgangsleistung der DC-Energiequelle 511 an seine Primärseite, eine Gleichrichterdiode 513, die mit der Sekundärseite des Transformators 512 zum Gleichrichten induzierter AC-Leistung verbunden ist, und einen MOSFET Q7, der mit der DC-Energiequelle 511 und dem Transformator 512 als ein siebentes Schaltelement verbunden ist. Die DC-Energiequelle 511 ist beispielsweise auf 12 Volt eingestellt.
Der positive Anschluss der DC-Energiequelle 511, deren negativer Anschluss geerdet ist, ist mit einem Ende der primären Wicklung des Transformators 512 verbunden, und das andere Ende der primären Wicklung ist über das siebente Schaltelement MOSFET Q7 mit Masse verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung des Transformators 512 ist geerdet, und das andere Ende ist mit dem Anodenanschluss der Gleichrichterdiode 513 verbunden, und der Kathodenanschluss der Gleichrichterdiode 513 ist mit einem Ende des Glättungskondensators 52 verbunden, und das andere Ende des Glättungskondensators 52 ist mit Masse verbunden.
Die Energieumwandlungsschaltung 51 hat eine Funktion, um DC-Leistung, die von der DC-Energiequelle 511 geliefert wird, die durch den Chopper gemäß der Einschaltrate des Transformators 512 durch die Ein/Aus-Operation des siebenten Schaltelements MOSFET Q7 vergrößert ist, an den Glättungskondensator 52 zu liefern.
Die Inverterschaltung 53 enthält das erste Schaltelement MOSFET Q1, wie oben erwähnt, und das achte, neunte und zehnte Schaltelement MOSFET Q8, MOSFET Q9 und MOSFET Q10.
Das siebente Schaltelement MOSFET Q7 ist mit dem achten Schaltelement MOSFET Q8 in Reihe geschaltet, und das neunte Schaltelement MOSFET Q9 ist in Reihe mit dem zehnten Schaltelement MOSFET Q10 geschaltet. Der Drain-Anschluss des siebenten Schaltelements MOSFET Q7 ist mit dem Source-Anschluss des achten Schaltelements MOSFET Q8 verbun den, und der Drain-Anschluss des zehnten Schaltelements MOSFET Q10 ist mit dem Source-Anschluss des neunten Schaltelements MOSFET Q9 verbunden.
Der Drain-Anschluss des achten Schaltelements MOSFET Q8 ist mit dem Verbindungspunkt der Kathode einer Gleichrichterdiode 513 der Energieumwandlungsschaltung 51 und des Glättungskondensators 52 verbunden, und der Source-Anschluss des siebenten Schaltelements MOSFET Q7 ist mit Masse verbunden. Der Source-Anschluss des neunten Schaltelements MOSFET Q9 ist mit dem Drain-Anschluss des zehnten Schaltelements MOSFET Q10 verbunden, und der Drain-Anschluss des neunten Schaltelements MOSFET Q9 ist mit dem Drain-Anschluss des achten Schaltelements MOSFET Q8 verbunden, und der Source-Anschluss des zehnten Schaltelements MOSFET Q10 ist mit Masse verbunden.
Zwischen dem Verbindungspunkt des Drain-Anschlusses des siebenten Schaltelements MOSFET Q7 und des Source-Anschlusses des achten Schaltelements MOSFET Q8 und dem Verbindungspunkt des Drain-Anschlusses des zehnten Schaltelements MOSFET Q10 und des Source-Anschlusses des neunten Schaltelements MOSFET Q9 ist die Lastschaltung 54 geschaltet. Die Lastschaltung 54 enthält die Resonanzschaltung der Lampe, beispielsweise eine Heißkathodenentladungslampe, eine Kaltkathodenentladungslampe, oder eine Halogenmetalldampflampe, und die Spule.
Durch Bezugnahme auf das in 6 gezeigte Wellenformdiagramm und die Darstellungen, die den Stromfluss zeigen, gemäß den 7A bis 7D, wird als Nächstes der Betrieb des Vorschaltgeräts für eine Entladungslampe erklärt.
Die Hochfrequenztreiberschaltung 55 schaltet das siebente Schaltelement MOSFET Q7 ein. Dazu wird ein High-Level Steuersignal zum Einschalten des siebenten Schaltelements MOSFET Q7 von der Hochfrequenztreiberschaltung 55 geliefert, wodurch folglich die DC-Spannung Vin der DC-Energiequelle 511 an die Primärseite des Transformators 512 angelegt wird, und der Strom Ip fließt von dem MOSFET Q7 zu der DC-Energiequelle 511. Zu diesem Zeitpunkt wird auf der Sekundärwicklung des Transformators 512 eine Spannung gemäß der Einschaltrate erzeugt, obwohl aufgrund des Betriebs der Gleichrichterdiode 513 kein Strom durch die Sekundärseite des Transformators 512 fließt und Energie wird in dem Transformator 512 akkumuliert.
Wenn das siebente Schaltelement MOSFET Q7 und das neunte Schaltelement MOSFET Q9 ebenfalls ausgeschaltet werden, wird die Energie zu dem Glättungskondensator 52 geliefert, und die Ladung Vdc akkumuliert. Die Energieumwandlungsschaltung 51 arbeitet als sogenannter Fly-Back Konverter.
Die Inverterschaltung 53 wird im Folgenden beschrieben. Wenn das High-Level Steuersignal an das neunte Schaltelement MOSFET Q9 von der Tieffrequenztreiberschaltung 56 geliefert und der MOSFET Q9 eingeschaltet wird, fließt die Energie, die in dem Glättungskondensator 52 akkumuliert ist, wie in 7A gezeigt, als Strom durch die Lastschaltung 54, da das siebente Schaltelement MOSFET Q7 bereits eingeschaltet ist.
Das siebente Schaltelement MOSFET Q7 und das achte Schaltelement MOSFET Q8 werden wechselseitig ein- und ausgeschaltet durch die Hochfrequenztreiberschaltung 55, so dass eine Zeitperiode auftritt, während der das siebente Schaltelement MOSFET Q7 den Aus-Zustand einnimmt, und das achte Schaltelement MOSFET Q8 noch nicht eingeschaltet ist. In diesem Zustand, wie in 7B gezeigt, fließt kein Strom.
Wenn das achte Schaltelement MOSFET Q8 eingeschaltet wird, wie in 7C gezeigt, fließt ein Strom durch den Glättungskondensator 52, den MOSFET Q8 und die Lastschaltung 54, in dieser Reihenfolge, und Energie wird an die Lastschaltung 54 geliefert. Die Restenergien des Transformators 512, die nicht entlanden wird, da das siebente Schaltelement MOSFET Q7 und das achte Schaltelement MOSFET Q8 beide ausgeschaltet sind, wird an die Lastschaltung 54 während dieser Zeitperiode geliefert und dort verbraucht.
Das siebente Schaltelement MOSFET Q7 und das achte Schaltelement MOSFET Q8 werden mit hoher Geschwindigkeit ein- oder ausgeschaltet, verglichen mit dem neunten Schaltelement MOSFET Q9 und dem zehnten Schaltelement MOSFET Q10, so dass in dem in 7B gezeigten Zustand das siebente Schaltelement MOSFET Q7 und das achte Schaltelement MOSFET Q8 beide durch den Aus-Zustand verlaufen, und, wie in 7A gezeigt, das siebente Schaltelement MOSFET Q7 wird eingeschaltet, und das achte Schaltelement MOSFET Q8 wird ausgeschaltet.
Zu diesem Zeitpunkt, fließt in der Lastschaltung 54 ein Strom in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung des Stroms, der in 7B gezeigt ist. Nachdem die Zustände gemäß den 7A und 7B mehrmals in dieser Weise wiederholt werden, wenn das neunte Schaltelement MOSFET Q9 den Aus-Zustand einnimmt, und das zehnte Schaltelement MOSFET Q10 eingeschaltet wird, und ferner das achte Schaltelement MOSFET Q8 eingeschaltet wird, wie in 7C gezeigt, fließt ein Strom durch den Glättungskondensator 52, den MOSFET Q8, die Lastschaltung 54 und den MOSFET Q10 in dieser Reihenfolge.
Ferner, wie in 7D gezeigt, selbst wenn das achte Schaltelement MOSFET Q8 eingeschaltet wird, fließt normalerweise kein Strom, wenn das neunte Schaltelement MOSFET Q9 und das zehnte Schaltelement MOSFET Q10 ausgeschaltet bleiben.
Wie in 6 gezeigt, die das Wellenformdiagramm zeigt, für die Schaltelemente Q7, Q8, Q9 und Q10 und die Spannung VL, den Strom Ip, den Strom Is und die Spannung Vdc, fließt bei dem zeitlichen Ablauf des Schalten des siebenten Schaltelements MOSFET Q7 der Strom Ip bei der DC-Spannung Vin, und der Sekundärstrom des Transformators 512 wird Is, und die Spannung des Glättungskondensators 52 wird Vdc, und an die Lastschaltung 54 wird die Spannung VL angelegt.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch die DC-Umwandlungsschaltung die Leistung mit der DC-Spannung akkumuliert und in dem Glättungskondensator erhöht, und in einen Wechselstrom durch die Inverterschaltung konvertiert und an die Lastschaltung, die die Lampe enthält, angelegt. Einer der zwei MOSFETs, die die Inverterschaltung bilden, wird mit Hochfrequenzwellen ein- oder ausgeschaltet, und der andere wird mit Tieffrequenzwellen ein- oder ausgeschaltet.
In dieser Weise werden die Brückenschaltung zum Betreiben der Entladungslampe und die Chopper-Schaltung zum Gewinnen einer ausreichenden Startspannung, selbst bei einer geringen Spannung, integriert miteinander gebildet, wodurch ein Vorschaltgerät für eine Entladungs lampe geschaffen werden kann, das keine spezielle Chopper-Schaltung aufweist und die Entladungslampe in kurzer Zeit starten kann, wobei ein einfacher Aufbau gewährleistet ist.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lastschaltung direkt mit dem Verbindungspunkt des Drain-Anschlusses des siebenten Schaltelement MOSFET Q7 und des Source-Anschlusses des achten Schaltelements MOSFET Q8 und dem Verbindungspunkt des Drain-Anschlusses des zehnten Schaltelements MOSFET Q10 und des Source-Anschlusses des neunten Schaltelements MOSFET Q9 verbunden.
Wie in 8 gezeigt, kann zwischen einer Lastschaltung 84 und den Verbindungspunkt des Drain-Anschlusses des siebenten Schaltelements MOSFET Q7 und des Source-Anschlusses des achten Schaltelements MOSFET Q8, ein Kondensator 87 in Reihe mit der Lastschaltung 84 geschaltet sein. In 8 entsprechen die Bezugszeichen 811 bis 86 jeweils den Bezugszeichen 511 bis 56, gemäß 5.
Wenn der Kondensator 87 verbunden ist, kann verhindert werden, dass die Betriebswellenform vertikal unausgeglichen wird. Wenn die Wellenform unausgeglichen ist, wird elektrische Leistung an einer Elektrode konzentriert und die Lebensdauer der Lampe reduziert. Wenn dagegen der Kondensator 87 verbunden wird, wird die Lebensdauer der Lampe verlängert.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner die Primärwicklung des Transformators 512 mit dem siebenten Schaltelement MOSFET Q7 verbunden, und hat eine Funktion einer Chopper-Schaltung. Wie in 9 gezeigt, ist es jedoch möglich das achte Schaltelement MOSFET Q8 mit der Primärwicklung eines Transformators 912 zu verbinden, wodurch die Funktion einer Chopper-Schaltung bereitgestellt wird. In 9 entsprechen die Bezugszeichen 911 bis 96 jeweils den Bezugszeichen 511 bis 56 gemäß 5.
In diesem Fall kann auch in der Lastschaltung 94 ein Kondensator 97 in Reihe mit der Lampe geschaltet sein, um den Gleichstrom zu unterbrechen.
In allen oben genannten Ausführungsbeispielen werden in der Inverterschaltung beispielhaft Feldeffekttransistoren vom MOS-Typ (MOSFET) verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf MOSFETs beschränkt, und die Schaltelement können beispielsweise als IGBT ausgebildet sein.

Claims

Vorschaltgerät für eine Entladungslampe (144, 54, 84), enthaltend: eine Gleichspannungsquelle (111, 511, 811); einen Gleichspannungswandler (11, 51), der die ihm zugeführte Gleichspannung der Gleichspannungsquelle (111, 511, 811), durch getakteten Betrieb eines ersten Schaltelements (Q1, Q3, Q7), in eine erhöhte, gleichgerichtete Ausgangsspannung umwandelt; einen Glättungskondensator (12, 52, 82) zum Glätten der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers (11, 51); einen Wechselrichter (13, 53), der das erste Schaltelement (Q1, Q3, Q7) und ein hierzu in Reihe geschaltetes zweites Schaltelement (Q2, Q4, Q8) aufweist, zum Konvertieren einer Gleichspannungsleistung, die von dem Glättungskondensator (12, 52, 82) geliefert wird, in eine Wechselspannungsleistung durch abwechselndes Ein- und Ausschalten des ersten und zweiten Schaltelements (Q1, Q3, Q7; Q2, Q4, Q8); und eine die Entladungslampe (144, 54, 84) aufweisende Lastschaltung (14), die mit dem Ausgangssignal des Wechselrichters (13, 53) schwingt, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (11, 51) einen Transformator (112, 512, 812) aufweist, dessen Primärwicklung mit der Gleichspannungsquelle (111, 511, 811) eine Reihenschaltung bildet, welche parallel zu dem ersten Schaltelement (Q1, Q3, Q7) geschaltet ist und dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter (113, 513, 813) an den Glättungskondensator (12, 52, 82) angeschlossen ist.
Vorschaltgerät für eine Entladungslampe (144, 54, 84) nach Anspruch 1, bei dem der Wechselrichter (13, 53) ein drittes und viertes Schaltelement (Q5, Q9; Q6, Q10) aufweist, die in Reihe miteinander geschaltet sind, und die parallel zu dem ersten Schaltelement (Q3, Q7) und dem zweiten Schaltelement (Q4, Q8) geschaltet sind, zum Umwandeln der Gleichspannungsleistung, die von dem Glättungskondensator (12, 52, 82) geliefert wird, in eine Wechselspannungsleistung durch abwechselndes Ein- und Ausschalten des ersten und dritten Schaltelements (Q3, Q7; Q5, Q9) und des zweiten und vierten Schaltelements (Q4, Q8; Q6, Q10); wobei die Lastschaltung (14) zwischen einen Verbindungspunkt des ersten und zweiten Schaltelements (Q3, Q7; Q4, Q8) und einen Verbindungspunkt des dritten und vierten Schaltelements (Q5, Q9; Q6, Q10) geschaltet ist.
Vorschaltgerät für eine Entladungslampe (54, 84) nach Anspruch 2, bei dem das erste und zweite Schaltelement (Q7, Q8) abwechselnd durch Hochfrequenzimpulse ein- und ausgeschaltet werden, und das dritte und vierte Schaltelement (Q9, Q10) abwechselnd mit tieferen Frequenzen als die Frequenzen, mit denen das erste und zweite Schaltelement (Q7, Q8) gesteuert werden, ein- und ausgeschaltet werden.
Vorschaltgerät für eine Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem mindestens eines der Schaltelemente (Q1 bis Q10) als Feldeffekttransistor vom MOS-Typ ausgebildet ist.
Vorschaltgerät für eine Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Lastschaltung (14) einen Kondensator (141, 87) enthält, der in Reihe mit der Entladungslampe (144, 84) geschaltet ist.