DE102005006828A1

DE102005006828A1 - Entladungslampenvorschaltgerät

Info

Publication number: DE102005006828A1
Application number: DE200510006828
Authority: DE
Inventors: Shigeki Harada; Kikuo Izumi; Akihiko Iwata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2005-09-08
Also published as: US7164239B2; CN1658732A; US20050179406A1

Abstract

Es wird ein Entladungslampenvorschaltgerät bereitgestellt, welches die Lebensdauer einer Entladungslampe verlängern und Größe und Kosten des Vorschaltgeräts reduzieren kann. Es erzeugt aus einer von einer DC-AC-Wechselrichterschaltung (2) verstärkten AC-Spannung eine DC-Spannung, die höher ist als die Durchbruchspannung einer HID-Lampe (8), oder eine Überlagerungsspannung, bei der eine pulsierende Komponente über die DC-Spannung gelegt wird, und startet die Entladung, indem die DC-Spannung oder die Überlagerungsspannung an die HID-Lampe angelegt wird. Es kann die Lebensdauer der HID-Lampe länger machen als in dem Fall, bei dem ein hoher Spannungskurzimpuls an die HID-Lampe angelegt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Entladungslampenvorschaltgerät zum Steuern einer Entladungslampe wie einer HID-Lampe (Hochdruckentladungslampe).
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
HID-Lampen, die in einem Fahrzeug installiert sind, müssen beispielsweise einen Durchbruch erzeugen, indem eine Kurzimpulsspannung von ca. 20 kV angelegt wird, um die Entladung anlaufen zu lassen.
Wie bei einem herkömmlichen Entladungslampenvorschaltgerät erzeugt ein eingebauter Zünder eine hohe Kurzimpulsspannung und liefert diese an die HID-Lampen.
Der eingebaute Zünder des herkömmlichen Entladungslampenvorschaltgeräts hat folgenden Aufbau.
Speziell wenn die Spannung an einem Kondensator, der mit einer Funkenstrecke parallelgeschaltet ist, die Einschaltspannung der Funkenstrecke übersteigt, wird diese eingeschaltet.
Dadurch fließt ein Impulsstrom durch die Primärwicklung eines Zündtransformators, was eine hohe Kurzimpulsspannung von ca. 20 kV an der Sekundärwicklung erzeugt, wodurch eine hohe Kurzimpulsspannung an die Elektroden an beiden Enden der HID-Lampen angelegt wird (siehe beispielsweise einschlägige Bezugsschrift 1).

Einschlägige Bezugsschrift 1: japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnr. 2002-352989 (Absätze [0014] und [0015] und 1).

Beim vorstehenden Aufbau kann das herkömmliche Entladungslampenvorschaltgerät die Entladung der HID-Lampen starten, indem es die hohe Spannung (Kurzimpulsspannung) von ca. 20 kV an die HID-Lampen anlegt. Da es aber jedes Mal die hohe Spannung anlegen muss, um die HID-Lampen zu starten, tritt das Problem auf, dass die Elektroden der HID-Lampen durch Zerstäuben verschleißen, und von daher ihre Lebensdauer verkürzt wird.

Zusätzlich muss der Zündtransformator des Zünders ein großes Windungsverhältnis haben, um die hohe Spannung von ca. 20 kV zu erzeugen, und eine hohe dielektrische Stehspannung zwischen den Windungen. Dies wirft das Problem auf, die Reduktion von Größe und Kosten zu behindern.

Um den Start der Hochdrucklampen ohne Fehlschlag beim ersten Versuch zu erreichen, muss eine hochzuverlässige Funkenstrecke verwendet werden, was einer Zunahme der Ausbeuten und einer Kostensenkung für das Bauteil im Wege steht.

Im Übrigen schaltet das herkömmliche Entladungslampenvorschaltgerät die Lampe mit einer niedrigen Frequenz von 400 Hz ein, um das Problem akustischer Resonanz zu umgehen. Folglich kann es als Vorrichtung, die mit der Lampe in Reihe geschaltet ist, um die Zündspannung zu erzeugen, nur einen Blindwiderstand verwenden, der Energie mit einer niedrigen Frequenz übertragen kann.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird dazu eingesetzt, die vorstehenden Probleme zu lösen. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Entladungslampenvorschaltgerät bereitzustellen, das in der Lage ist, die Lebensdauer einer Entladungslampe zu erhöhen, und Größe und Kosten des Vorschaltgeräts zu reduzieren.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Entladungslampenvorschaltgerät bereitgestellt, das einen Zünder umfasst, um aus der von einem Wechselrichter verstärkten AC-Spannung eine DC-Spannung, die höher ist als eine Durchbruchspannung einer Entladungslampe, oder eine Überlagerungsspannung zu erzeugen, bei welcher eine pulsierende Komponente über die DC-Spannung gelegt wird, und um der Entladungslampe die DC-Spannung oder die Überlagerungsspannung zuzuführen, um die Entladung zu starten.

Nach der vorliegenden Erfindung ist das Entladungslampenvorschaltgerät so aufgebaut, dass es aus der vom Gleichrichter verstärkten AC-Spannung die DC-Spannung, die höher ist als die Durchbruchspannung der Entladungslampe, oder die Überlagerungsspannung erzeugt, bei welcher die pulsierende Komponente über die DC-Spannung gelegt wird, und der Entladungslampe die DC-Spannung oder die Uberlagerungsspannung zuführt, um die Entladung zu starten. Auf diese Weise bietet es den Vorteil, die Lebensdauer der Entladungslampe verlängern und Größe und Kosten des Vorschaltgeräts reduzieren zu können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Entladungslampenvorschaltgeräts einer Ausführungsform 1 nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine grafische Darstellung einer Antriebsfrequenz und einer Verstärkung als Verhältnis von Ausgang zu Eingang, wenn der Lampenwiderstand der HID-Lampe 2 MΩ beträgt;
3 ist eine grafische Darstellung von Verhältnissen zwischen der Pulsbreite der an die HID-Lampe angelegten Spannung und der Durchbruchspannung der HID-Lampe;
4 ist eine grafische Darstellung der Antriebsfrequenz und einer Verstärkung als Verhältnis von Ausgang zu Eingang, wenn der Lampenwiderstand der HID-Lampe 500 Ω beträgt;
5 ist eine grafische Darstellung der Verhältnisse zwischen einer Antriebsfrequenz und einer Verstärkung als Verhältnis von Ausgang zu Eingang, wenn der Lampenwiderstand der HID-Lampe 200 Ω beträgt;
6 ist eine grafische Darstellung der Wirkung einer Drossel Lp;
7 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Entladungslampenvorschaltgeräts einer Ausführungsform 3 nach der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 ist eine grafische Darstellung der Resonanzkennlinien von Ausführungsform 3 nach der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
1 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Entladungslampenvorschaltgeräts einer Ausführungsform 1 nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In 1 erzeugt eine DC-Stromversorgung 1 eine DC-Spannung von beispielsweise 12 Volt und ist minuspotentialseitig an Masse gelegt.
Eine DC-AC-Wechselrichterschaltung (Wechselrichter) 2 wandelt die von der DC-Stromversorgung 1 erzeugte DC-Spannung in eine AC-Spannung um und verstärkt diese. Die DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 umfasst MOSFETS 2a und 2b, welche Schaltvorrichtungen sind, die als Halbbrücke ausgebildet sind, und einen Impulsübertrager 2c, dessen Windungsverhältnis beispielsweise 1:23 beträgt.
Eine MOSFET-Gate-Steuerschaltung 3 steuert die Betriebsfrequenz und Einschaltdauer der MOSFETs 2a und 2b in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 im Ansprechen auf den Zustand einer HID-Lampe 8.
Eine Drossel 4, eine erste Drossel (ab hier „Drossel Lp" genannt), ist mit der Sekundärseite des Impulsübertragers 2c in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 parallelgeschaltet. Eine Drossel 5, eine zweite Drossel (ab hier „Drossel Ls" genannt), hat ihr erstes Ende an ein Ende der Drossel Lp angeschlossen. Ein Kondensator 6, ein zweiter Kondensator (ab hier „Kondensator Cp" genannt), hat sein erstes Ende an ein zweites Ende der Drossel Ls angeschlossen, und sein zweites Ende an ein zweites Ende der Drossel Lp und ein zweites Ende der HID-Lampe 8.
Eine Zündschaltung (Zünder) 7 umfasst eine Cockroft-Walton-Schaltung, um aus der von der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 verstärkten AC-Spannung eine DC-Spannung zu erzeugen, die höher ist als die Durchbruchspannung der HID-Lampe 8, und führt die DC-Spannung der HID-Lampe 8 zu, um die Entladung herbeizuführen.
Ein Kondensator 7a, ein erster Kondensator (ab hier „Kondensator Cs" genannt), welcher einen Teil der Zündschaltung 7 darstellt, hat sein erstes Ende an das zweite Ende der Drossel Ls angeschlossen, und sein zweites Ende an ein erstes Ende der HID-Lampe 8.
Um die Spannung am Kondensator Cp zu verstärken, besitzt die Zündschaltung 7 neben dem Kondensator Cs fünf Kondensatoren 7b, 7c, 7d, 7e und 7f (ab hier „Kondensator Cc1", „Kondensator Cc2", „Kondensator Cc3", „Kondensator Cc4" und „Kondensator Cc5" genannt; fünf Dioden 7h, 7i, 7j, 7k und 7l (ab hier „Diode D1", „Diode D2", „Diode D3", „Diode D4" und „Diode D5" genannt); und einen Widerstand 7g (ab hier „Widerstand Rc" genannt).
Hier beträgt die Kapazität des Kondensators Cs 3 nF, die Kapazität der Kondensatoren Cc1 – Cc2 beträgt 500 pF und der Widerstand des Widerstands Rc beträgt 500 kΩ.
Im Beispiel von 1 bilden die Drossel Lp, die Drossel Ls, der Kondensator Cp und der Kondensator Cs einen Resonanzkreis, der im Ansprechen auf die Last der HID-Lampe 8 schwingt.
Hier beträgt die Induktivität der Drossel Lp 0,25 mH, die Induktivität der Drossel Ls beträgt 0,3 mH, und die Kapazität des Kondensators Cp beträgt 3 nF.
Die HID-Lampe 8 ist eine Entladungslampe, die mit der Entladung beginnt, wenn eine Spannung angelegt wird, die höher ist als die Durchbruchspannung.
Als Nächstes wird der Betrieb beschrieben.
Die MOSFET-Gate-Steuerschaltung 3 steuert die Betriebsfrequenz und Einschaltdauer der MOSFETs 2a und 2b in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 im Ansprechen auf den Zustand der HID-Lampe 8.
Im Spezielleren variiert der Widerstand der HID-Lampe 8 entsprechend ihres Zustands von nichtleuchtend bis stetig entladend. Folglich muss der Eingangsstrom zur HID-Lampe 8 im Ansprechen auf den Zustand der HID-Lampe 8 verändert werden. Und somit steuert die MOSFET-Gate-Steuerschaltung 3 die MOSFETs 2a und 2b im Ansprechen auf den Zustand der HID-Lampe 8. Der Betrieb der HID-Lampe 8 vom Anlaufzeitpunkt des Vorschaltgeräts bis zur Zeit der stetigen Entladung wird später noch ausführlicher beschrieben.
Die MOSFETs 2a und 2b der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 wiederholen das Ein- und Ausschalten unter der Steuerung der MOSFET-Gate-Steuershaltung 3, um die von der DC-Stromversorgung 1 erzeugte DC-Spannung in AC-Spannung umzuwandeln und die AC-Spannung zu verstärken.
Die Zündschaltung 7 erzeugt aus der von der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 verstärkten AC-Spannung eine DC-Spannung, die höher ist als die Durchbruchspannung der HID-Lampe 8, oder eine Überlagerungsspannung, bei der eine pulsierende Komponente über diese DC-Spannung gelegt wird, und startet die Entladung, indem die DC-Spannung oder die Überlagerungsspannung an die HID-Lampe 8 angelegt wird.
In diesem Fall schwingt der Resonanzkreis einschließlich der Drossel Lp, der Drossel Ls, des Kondensators Cp und des Kondensators Cs mit der Antriebsfrequenz der MOSFETs 2a und 2b, um den Verlust zu reduzieren, der auf die Widerstandskomponenten auf der Primärseite des Impulsübertragers 2c in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 zurückzuführen ist.
Als Nächstes wird der Betrieb in Abfolge vom Start des Vorschaltgeräts der HID-Lampe 8 bis zur Zeit der stetigen Entladung beschrieben.
A. Entladungswarteperiode
Wenn ein Fahrer eines Automobils einen Beleuchtungsbefehl für die HID-Lampe 8 erteilt, schickt die MOSFET-Gate-Steuerschaltung 3 den MOSFETs 2a und 2b in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 Gatesignale, so dass die MOSFETs 2a und 2b damit beginnen, wiederholt ein- und auszuschalten.
Auf diese Weise wird die von der DC-Stromversorgung 1 erzeugte DC-Spannung in AC-Spannung umgewandelt, und der Impulsübertrager 2c in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 erzeugt die AC-Spannung auf der Sekundärseite, die um einen Faktor des Windungsverhältnisses höher ist als die AC-Spannung auf der Primärseite des Impulsübertragers 2c.
Während der Entladungswarteperiode wird der Kondensator Cs, da die HID-Lampe 8 einen hohen Widerstand von ca. 2 MΩ an den Elektroden hat, von der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 verdeckt.
Dementsprechend besteht der Resonanzkreis aus der Drossel Ls und dem Kondensator Cp.
2 ist eine grafische Darstellung einer Antriebsfrequenz und einer Verstärkung als Verhältnis von Ausgang zu Eingang, wenn der Lampenwiderstand der HID-Lampe 2 MΩ beträgt. Wie klar aus 2 ersichtlich ist, kann die AC-Spannung, die auf der Sekundärseite des Impulsübertrages 2c erzeugt wird, durch die Resonanz verstärkt werden, indem die Betriebsfrequenz der MOSFETs 2a und 2b auf in etwa die Resonanzfrequenz von 165 kHz eingestellt wird.
Im Beispiel von 1 werden unter Berücksichtigung der Stehspannung des Kondensators Cp die Betriebsfrequenz und Einschaltdauer der MOSFETs 2a und 2b so bestimmt, dass die Spannung am Kondensator Cp ohne Lastspitze auf 2 kV oder darunter geht.
Die AC-Spannung von ±2 kV am Kondensator Cp wird durch die Zündschaltung 7 um einen Faktor fünf verstärkt und erscheint als DC-Spannung von 10 kV am Kondensator Cs. Auf diese Weise wird die HID-Lampe 8 mit der Überlagerungsspannung versorgt, bei der die pulsierende Spannung von ±2 kV über die DC-Spannung von 10 kV gelegt wird. Im Übrigen umfasst in der vorliegenden Beschreibung die DC-Spannung, die an die HID-Lampe 8 angelegt werden soll, solch eine Überlagerungsspannung.
Was den Widerstandswert des Widerstands Rc betrifft, der an die Ausgangsseite der Zündschaltung 7 angeschlossen ist, so wird er durch Berücksichtigung der folgenden beiden Punkte festgelegt.

(1) Beim Starten der HID-Lampe 8 liegt die Gesamtspannung an den Kondensatoren Cc1, Cc2 und Cc3 am Kondensator Cs und Widerstand Rc an. Dementsprechend sollte der Widerstandswert des Widerstands Rc vorzugsweise von dem Gesichtspunkt her so klein wie möglich sein, dass die Spannung am Kondensator Cs so hoch wie möglich angesetzt wird.
(2) Während der stetigen Entladung wird die HID-Lampe 8, vorausgesetzt, der Widerstand Rc ist eingesteckt und die Spannung hat die Polarität, die einen Vorwärtsstrom durch die Dioden D1 – D5 fließen lässt, aufgrund des durch die Dioden fließenden Stroms nicht mit Spannung versorgt. Um dies zu verhindern, muss der Widerstand Rc einen Widerstandswert haben, der ausreichend höher ist als die Last der HID-Lampe 8.

Unter Berücksichtigung dieser Punkte (1) und (2) stellt die vorliegende Ausführungsform 1 den Widerstandswert des Widerstands Rc auf 500 kΩ ein.
Im Übrigen können die in Reihe geschalteten Kondensatoren Cc1, Cc2 und Cc3 anstelle des Kondensators Cs mit der HID-Lampe 8 in Reihe geschaltet werden, um die HID-Lampe 8 mit einer DC-Spannung zu versorgen. In diesem Fall können der Kondensator Cs und der Widerstand Rc entfallen, wodurch die Anzahl an Bauteilen gesenkt wird. Da die Gesamtspannung an den Kondensatoren Cc1, Cc2 und Cc3 direkt an die HID-Lampe 8 angelegt wird, ist überdies der Wirkungsgrad des Anlegens der Spannung an die HID-Lampe 8 besser. Aufgrund dieser Vorteile scheint es, dass eine solche Auslegung vorzuziehen ist. Die Auslegung der vorliegenden Ausführungsform 1 hat aus folgenden Gründen ihren Vorteil jedoch in der Flexibilität der Schaltungskonstruktion und in der Größe und den Kosten der Bauteile.
Erstens ist die Kapazität des mit der HID-Lampe 8 in Reihe geschalteten Kondensators so ausgelegt, dass sie einen Resonanzkreis bildet und in der vorliegenden Ausführungsform 1 3 nF beträgt. Um die Kapazität durch drei in Reihe geschaltete Kondensatoren zu bewerkstelligen, sind drei Kondensatoren mit 9 nF erforderlich, was die Größe und Kosten der Bauteile erhöht. Zusätzlich wird die Kapazität wie bei den Kondensatoren der Cockroft-Walton-Schaltung auf optimale Werte eingestellt, damit die DC-Spannung in einem bestimmten Zeitraum ansteigt (ein zu schneller Anstieg kann zusätzliche Anforderungen an die Stromversorgung stellen, und ein zu langsamer Anstieg kann das Ansprechen der Beleuchtung verschlechtern). In der vorliegenden Ausführungsform 1 beträgt sie 500 pF. Zusammenfassend ausgedrückt müssen die Kondensatoren Cc1, Cc2 und Cc3 auf 9 nF eingestellt werden, um die Resonanzkennlinien zu erfüllen und auf 500 pF, um die Anstiegszeit der DC-Spannung zu optimieren, was nicht miteinander vereinbar ist. Somit ist die Flexibilität für die Schaltungskonstruktion herabgesetzt. Folglich ist die Auslegung, die den Kondensator Cs und Widerstand Rc verwendet, eine sehr bedeutende Angelegenheit.
B. Entladungsbeginnperiode
3 ist eine grafische Darstellung von Verhältnissen zwischen der Pulsbreite der an die HID-Lampe 8 angelegten Spannung und der Durchbruchspannung der HID-Lampe 8.
Aus 3 ist klar ersichtlich, dass die Durchbruchspannung der HID-Lampe 8 abnimmt, wenn die Pulsbreite der Spannung zunimmt, und dass der Durchbruch stattfindet, wenn die an die HID-Lampe 8 angelegte Spannung 8 kV übersteigt.
Da herkömmlicher Weise eine Impulsspannung mit einer geringen Breite angelegt wird, muss eine hohe Spannung von ca. 20 kV angelegt werden, was die Elektroden der HID-Lampe 8 aufgrund Zerstäubens verschleißt. Im Gegensatz dazu versorgt die vorliegende Ausführungsform 1 die HID-Lampe 8, um den vom Zerstäuben herrührenden Verschleiß der Elektroden der HID-Lampe 8 zu reduzieren, mit einer DC-Impulsspannung von 10 kV oder darunter, mit einer ausreichenden Pulsbreite, wodurch der Durchbruch der HID-Lampe 8 herbeigeführt wird.
Konkreter ausgedrückt erzeugt die Zündschaltung 7, welche die von der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 verstärkte AC-Spannung erhält, aus der AC-Spannung die DC-Spannung (DC-Spannung, die gleich oder weniger als 10 kV beträgt), die die Durchbruchspannung der HID-Lampe 8 übersteigt, und versorgt die HID-Lampe 8 mit der DC-Spannung.
C. Entladungsübergangsperiode
Die HID-Lampe 8 wie eine Metallhalogenlampe umfasst Xenon-, Quecksilber- und Metallhalogenide, und je nach der Energie (wie Röhreninnendruck und -temperatur), die nach dem Durchbruch einfließt, entladen sich die Xenon-, Quecksilber- und Metallhalogenide nach und nach und tragen zur Beleuchtung bei.
Schließlich steigt der Dampf der Metallhalogenide zu einem ausreichenden Druck an und erreicht die stetige Entladung. Bis zum Erreichen der stetigen Entladung durchläuft die Lampe eine Entladungsübergangsperiode, in der die Entladung instabil ist.
In der Entladungsübergangsperiode muss eine kurze Zeit lang genügend Energie kontinuierlich zugeführt werden, um zu verhindern, dass die Entladung erlischt.
Insbesondere, wenn die Lampe ca. 10 Sekunden nach dem Ausschalten wieder eingeschaltet wird („Zehnsekundenwarmzustand" genannt), erlischt die Entladung leicht.
Man geht davon aus, dass beim Zehnsekundenwarmzustand der Lampenwiderstand der HID-Lampe 8 während der Entladungsübergangsperiode ca. 500 Ω beträgt. Um die Entladung erfolgreich fortzusetzen, muss sofort eine Energie von 400 W oder darüber zugeführt werden.
4 ist eine grafische Darstellung der Antriebsfrequenz und einer Verstärkung als Verhältnis von Ausgang zu Eingang, wenn der Lampenwiderstand der HID-Lampe 8 500 Ω beträgt. Aus 4 ist klar ersichtlich, dass ein hoher Ausgang aus der Sekundärseite des Impulsübertragers 2c erhalten werden kann, indem die Betriebsfrequenz der MOSFETs 2a und 2b auf in etwa die Resonanzfrequenz von 140 kHz eingestellt wird, und dass die Entladung aufrechterhalten werden kann, indem sofort die Energie von 400 W oder darüber zugeführt wird.
D. Periode der stetigen Entladung
Während der stetigen Entladung wird die HID-Lampe 8 mit 90 kHz angesteuert, um akustische Resonanz zu vermeiden.
Während der stetigen Entladung beträgt der Lampenwiderstand der HID-Lampe 8 ca. 200 Ω. In diesem Fall steuert die MOSFET-Gate-Steuerschaltung 3 die Einschaltdauer der MOSFETs 2a und 2b so, dass die Nennleistung von 35 W an diesem Lampenwiderstand der HID-Lampe 8 abgegeben wird.
5 ist eine grafische Darstellung der Verhältnisse zwischen einer Antriebsfrequenz und einer Verstärkung als Verhältnis von Ausgang zu Eingang, wenn der Lampenwiderstand der HID-Lampe 8 200 Ω beträgt.
Die Bauteile, die in die Resonanzkennlinien des Lampenwiderstands der HID-Lampe 8 mit eingebunden sind, sind die Drossel Ls, der Kondensator Cp und der Kondensator Cs, und es ist aus 5 ersichtlich, dass der Resonanzpunkt bei 120 kHz angesetzt ist.
Da die Antriebsfrequenz der MOSFETs 2a und 2b 90 kHz beträgt, wird die Impedanz auf der Lastseite, von der Eingangsseite her gesehen, als kapazitive Last gesehen.
Ohne die Drossel Lp hat der durch die Primärseite fließende Strom, wenn die MOSFETS 2a und 2b im leitenden Zustand sind, da die Impedanz auf der Lastseite als kapazitive Last angesehen wird, einen hohen Spitzenwert und einen hohen Stromeffektivwert. Dementsprechend ist der Leistungsverlust der Widerstandsbauteile auf der Primärseite erhöht.
Die Drossel Lp ist angeschlossen, um den Verlust auf der Primärseite zu reduzieren, indem sie die Parallelresonanz mit 90 kHz mit der zusammengefassten Impedanz der Drossel Ls, des Kondensators Cp und des Kondensators Cs herstellt.
6 ist eine grafische Darstellung der Wirkung einer Drossel Lp. 6 stellt die Verhältnisse zwischen der Drossel Lp und dem Verlust aufgrund der primärseitigen Widerstandsbauteile dar, wenn Cp = 3 nF, Cs = 3 nF und Ls = 0,3 mH.
Der Verlust wird am kleinsten, wenn Lp = 0,25 mH. Konkreter ausgedrückt, wenn die Drossel Lp einen Wert von 0,25 mH hat, weist ihre mit der Drossel Ls, dem Kondensator Cp und dem Kondensator Cs zusammengefasste Impedanz die Resonanzfrequenz auf, die zur Antriebsfrequenz von 90 kHz passt, wodurch die Bedingungen der Parallelresonanz erfüllt sind und ein minimaler Verlust erreicht wird.
Auf diese Weise kann die HID-Lampe 8 vom Entladungsbeginn bis zur stetigen Entladung durch Festlegen einer Abfolge ordnungsgemäß arbeiten, wobei die Antriebsfrequenz und Einschaltdauer der MOSFETs 2a und 2b im Ansprechen auf die Veränderungen des Lampenwiderstands der HID-Lampe 8 über die Entladungswarteperiode → Entladungsbeginnperiode → Entladungsübergangsperiode → Periode der stetigen Entladung verändert werden.
Hier wird noch die Beschreibung der akustischen Resonanz angefügt.
Im Allgemeinen tritt akustische Resonanz dann auf, wenn die Vorschaltfrequenz der Lampe auf einige Kilohertz oder darüber eingestellt wird, und führt zu einem Problem des Flackerns oder Ausgehens der Lampe. Es gibt jedoch eine bestimmte Frequenz, die selbst bei einer hohen Frequenz keine akustische Resonanz hervorruft. Indem zusätzlich der Wellenverlauf wie zur Modulierung der Antriebsfrequenz ausgelegt wird, ist es möglich, die normale Vorschaltwirkung selbst bei einer hohen Frequenz zu erzielen. Als Ergebnis der Optimierung der Bedingungen wie Frequenz und Vorschaltwellenverlauf kann die vorliegende Ausführungsform 1 die Lampe mit 90 kHz vorschalten.
Darüber hinaus gilt, wie beim Schlüsselpunkt der vorliegenden Ausführungsform 1, dass der Lampe in dem Stadium Energie übertragen wird, in dem der Kondensator Cs mit der Lampe in Reihe geschaltet ist, und zwar, weil die Lampe mit einer hohen Frequenz von 90 kHz vorgeschaltet wird. Da das herkömmliche Niederfrequenzvorschaltgerät keine Energie übertragen kann, kann der Kondensator Cs nicht mit der Lampe in Reihe geschaltet werden. Dementsprechend kann das herkömmliche Niederfrequenzvorschaltgerät keine Zündung durch die DC-Spannung bewerkstelligen.
Wie vorstehend beschrieben, ist die vorliegende Ausführungsform 1 so aufgebaut, dass die DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 aus der verstärkten AC-Spannung die DC-Spannung erzeugt, die höher ist als die Durchbruchspannung der HID-Lampe 8, und die Entladung startet, indem sie die DC-Spannung an die HID-Lampe 8 anlegt. Somit bietet sie insofern einen Vorteil, als die Lebensdauer der HID-Lampe 8 länger ausgelegt werden kann, als in dem Fall, bei dem ein kurzer hoher Spannungsimpuls an die HID-Lampe 8 angelegt wird.
Zusätzlich bietet sie insofern einen Vorteil, als Größe und Kosten reduziert werden können, weil der Zündtransformator und die Funkenstrecke zum Erzeugen des kurzen hohen Spannungsimpulses nicht notwendig sind.
Nach der vorliegenden Ausführungsform 1 führt der Resonanzkreis mit der Drossel Lp, der Drossel Ls, dem Kondensator Cp und dem Kondensator Cs Parallelresonanz durch. Dementsprechend bietet sie insofern einen Vorteil, als der Verlust aufgrund der Widerstandsbauteile auf der Primärseite des Impulsübertragers 2c in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 reduziert ist.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
Obwohl die vorstehende Ausführungsform 1 beschrieben wurde, indem konkrete Werte für die Konstanten der Bauteile angegeben wurden, ist offensichtlich, dass auch irgendwelche anderen Konstanten verwendet werden können, solange nur ein entsprechender Arbeitsablauf stattfindet.
Obwohl die vorstehende Ausführungsform 1 als Beispiel beschrieben wurde, bei dem die HID-Lampe 8 eine in ein Fahrzeug eingebaute Metallhalogenlampe mit einer Nennleistung von 35 W ist, ist zusätzlich offensichtlich, dass sich die vorliegende Erfindung auch auf eine HID-Lampe 8 mit einer anderen Nennleistung anwenden lässt.
Obwohl die Zündschaltung 7 mit der Cockroft-Walton-Schaltung als Einrichtung zum Erzeugen der DC-Spannung verwendet wird, ist darüber hinaus offensichtlich, dass auch andere Schaltungen verwendet werden können, um die DC-Spannung zu erzeugen.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
7 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Entladungslampenvorschaltgeräts einer Ausführungsform 3 nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In 7 bezeichnen dieselben Bezugszahlen dieselben oder gleiche Abschnitte wie in 1 und ihre Beschreibung unterbleibt hier.
Eine Drossel 9, eine erste Drossel (ab hier „Drossel Ls1" genannt) hat ihr erstes Ende an ein erstes Ausgangsende der Sekundärseite des Impulsübertragers 2c in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 angeschlossen.
Eine Drossel 10, eine zweite Drossel (ab hier „Drossel Ls2" genannt) hat ihr erstes Ende an das zweite Ende des Kondensators Cp angeschlossen und ihr zweites Ende an das zweite Ende der HID-Lampe 8.
8 ist eine grafische Darstellung der Resonanzkennlinien von Ausführungsform 3 nach der vorliegenden Erfindung. Sie unterscheidet sich darin von der vorstehenden Ausführungsform 1, dass sie keine Parallelresonanz verwendet. Im Spezielleren ist die 1-mH-Drossel Ls2 mit der HID-Lampe 8 in Reihe geschaltet. Hier sind die Drossel Ls1 = 0,3 mH, der Kondensator Cp = 3 nF und der Kondensator Cs = 3 nF dieselben wie diejenigen der vorstehenden Ausführungsform 1.
Wenn der Widerstandswert der HID-Lampe 8 200 Ω beträgt, wird die Resonanzfrequenz bei 80 Hz angesetzt. Wenn die MOSFETS 2a und 2b mit 90 Hz angesteuert werden, wird dementsprechend die Impedanz der Sekundärseite des Impulsübertragers 2c in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 zu einer induktiven Last. Im Ergebnis wird der Verlust der Primärseite des Impulsübertragers 2c reduziert.
Was den Wert der Drossel Ls2 betrifft, so ist er annähernd derselbe wie der des herkömmlichen Zündtransformators. Da es jedoch ausreicht, dass die Drossel Ls2 der Spannung von ca. 10 kV widersteht und nicht der hohen Spannung von größer oder gleich ca. 20 kV, ist die Auslegung der Stehspannung einfacher, was die Reduzierung bei Größe und Kosten ermöglicht.
Was den Vorteil anbelangt, den von den Widerstandsbauteilen der Primärseite des Impulsübertragers 2c in der DC-AC-Wechselrichterschaltung 2 herrührenden Verlust zu senken, so ist dieser im Wesentlichen derselbe wie bei der vorstehenden Ausführungsform 1.
BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Entladungslampenvorschaltgerät mit: einem Wechselrichter (2), um eine DC-Spannung in eine AC-Spannung umzuwandeln, und um die AC-Spannung zu verstärken; und einem Zünder (7), um aus der vom Wechselrichter verstärkten AC-Spannung eine DC-Spannung, die höher ist als die Durchbruchspannung einer Entladungslampe (8), oder eine Uberlagerungsspannung zu erzeugen, bei der eine pulsierende Komponente über die DC-Spannung gelegt wird, und um der Entladungslampe die DC-Spannung oder die Überlagerungsspannung zuzuführen, um die Entladung zu starten.
Entladungslampenvorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei der Zünder eine Cockcroft-Walton-Schaltung umfasst.
Entladungslampenvorschaltgerät nach Anspruch 1, darüber hinaus einen Resonanzkreis (4, 5, 6 und 7a; bzw. 6, 7a, 9 und 10) umfassend, der an eine Ausgangsseite des Wechselrichters angeschlossen ist und im Ansprechen auf eine Last der Entladungslampe schwingt.
Entladungslampenvorschaltgerät nach Anspruch 3, wobei der Resonanzkreis umfasst: eine erste Drossel (4), die mit der Ausgangsseite des Wechselrichters parallelgeschaltet ist; eine zweite Drossel (5), deren ersten Ende an ein erstes Ende der ersten Drossel angeschlossen ist; einen ersten Kondensator (7a), dessen erstes Ende an ein zweites Ende der zweiten Drossel angeschlossen ist, und dessen zweites Ende an ein erstes Ende der Entladungslampe angeschlossen ist; und einen zweiten Kondensator (6), dessen erstes Ende an das zweite Ende der zweiten Drossel angeschlossen ist, und dessen zweites Ende an ein zweites Ende der ersten Drossel und an ein zweites Ende der Entladungslampe angeschlossen ist.
Entladungslampenvorschaltgerät nach Anspruch 3, wobei der Resonanzkreis umfasst: eine erste Drossel (9), deren erstes Ende an ein erstes Ausgangsende des Wechselrichters angeschlossen ist; einen ersten Kondensator (7a), dessen erstes Ende an ein zweites Ende der ersten Drossel angeschlossen ist, und dessen zweites Ende an ein erstes Ende der Entladungslampe angeschlossen ist; einen zweiten Kondensator (6), dessen erstes Ende an das zweite Ende der ersten Drossel angeschlossen ist, und dessen zweites Ende an ein zweites Ausgangsende des Wechselrichters angeschlossen ist; und eine zweite Drossel (10), deren erstens Ende an das zweite Ende des zweiten Kondensators angeschlossen ist, und deren zweites Ende an ein zweites Ende der Entladungslampe angeschlossen ist.