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Die
vorliegende Erfindung beansprucht ausländische Priorität auf der
Basis der japanischen Patentanmeldung Nr. JP2004-209751 vom 16.
Juli 2004, deren Inhalt hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen
ist. Dieser Anspruch auf Priorität wird
gleichzeitig zu der Einreichung der vorliegenden Anmeldung erhoben.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Technik zum Unterdrücken einer
Variation in der optischen Ausgabe und zum Unterdrücken von
Strahlungsrauschen in der Übergangsleistungssteuerung
einer Entladungslampe, die eine kleine Menge Quecksilber oder gar
kein Quecksilber enthält.
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Bei
der Verwendung einer Entladungslampe in einem Kraftfahrzeug muss
die Lichtintensität
nach dem Starten der Entladungslampe schnell erhöht werden. Dementsprechend
wird eine Übergangsleistungssteuerung
derart durchgeführt,
dass unmittelbar nach dem Starten eine elektrische Leistung zu der
Entladungslampe zugeführt
wird, die größer als die
Leistung im stabilen Leuchtzustand ist. Dann wird die zu der Entladungslampe
zugeführte
elektrische Leistung graduell über
die Zeit reduziert.
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In
einem Typ von Entladungslampe ist eine kleine Menge Quecksilber
eingeschlossen. In einer umweltfreundlichen Entladungslampe wird
kein Quecksilber eingeschlossen (so genannter Quecksilber-freier
Typ). Bei diesem Typ wird eine Übergangsleistungssteuerung
angesichts der Varianz der Lampenspannung in der Anfangsleuchtphase,
der Varianz der Anstiegskennlinie des Lichtstrahls während des
Leuchtens usw. durchgeführt.
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Zum
Beispiel wird in einem Aufbau aus dem Stand der Technik eine Lampenspannung
(oder eine Signalspannung in Entsprechung zu der Lampenspannung)
der Entladungslampe direkt nach dem Starten erfasst und als Anfangswert
gespeichert. Dann wird ein Änderungswert
der Lampenspannung (Spannungsdifferenz) in Bezug auf den Anfangswert berechnet
und wird die zu der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung auf
der Basis des Änderungswerts
gesteuert (siehe die japanische Patentveröffentlichung JP-A-2003-338390).
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Weil
bei der Quecksilber enthaltenden Lampe während einer Zeitperiode zwischen
dem Starten und dem stabilen Leuchten der Änderungswert der Lampenspannung
groß ist
und der Korrelationsgrad zwischen der Lampenspannung und der optischen Ausgabe
hoch ist, wird ein Verfahren verwendet, in dem die Lampenspannung
erfasst wird, um die zu der Lampe zugeführte elektrische Leistung zu
steuern.
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Weil
im Gegensatz dazu bei der Quecksilber-freien Lampe der Änderungswert
der Lampenspannung während
der Zeitperiode zwischen dem Starten und dem stabilen Leuchten klein
ist, lässt
sich schwierig eine Korrelation zwischen der Lampenspannung und
der optischen Ausgabe erhalten. Deshalb muss ein Steuerverfahren
verwendet werden, das sich von dem Übergangsleistungssteuerverfahren
unterscheidet. Zum Beispiel wird das folgende Verfahren für eine Entladungslampe
mit einer Nennleistung von 35 W vorgeschlagen.
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Eine konstante elektrische Leistung von 75 W wird beim Starten an
der Lampe angelegt.
- (2) Wenn der Änderungswert
der Lampenspannung in Bezug auf die Lampenspannung (Anfangswert)
direkt nach dem Starten durch „ΔVL" wiedergegeben wird
und ΔVL
einen Schwellwert (ΔVL1)
erreicht, wird die zu der Lampe zugeführte elektrische Leistung auf
einen Wert reduziert, der in Übereinstimmung
mit ΔVL
bestimmt wird.
- (3) Wenn ΔVL
weiterhin bis zu einem anderen Schwellwert (ΔVL2) erhöht wird, wird eine Zeitsteuerung
gestartet, um die zu der Lampe zugeführte elektrische Leistung graduell über die
Zeit auf 35 W zu reduzieren. Bei der Zeitsteuerung wird die zu der
Lampe zugeführte
elektrische Leistung graduell mit der Spannungserhöhung an einem
Kondensator reduziert, wobei eine Integrationsschaltung verwendet
wird, die durch den Kondensator und einen Widerstand gebildet wird.
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8 zeigt
die zeitliche Veränderung
der zu der Lampe zugeführten
elektrischen Leistung „Pw", der Lampenspannung „VL" und der Anschlussspannung „Vc" eines Kondensators
für die
Zeitsteuerung, wenn die Entladungslampe aus einem Zustand heraus
gestartet wird, in dem die Leuchtröhre kühl ist (so genannter Kaltstart).
Die Zeitpunkte t1, t2, t3, t4 und eine Zeitperiode Tn sind wie folgt
definiert.
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t1
entspricht dem Zeitpunkt, zu dem ΔVL
den Schwellwert ΔVL1
erreicht.
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t2
entspricht dem Zeitpunkt, zu dem ΔVL
den Schwellwert ΔVL2
erreicht.
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t3
entspricht dem Zeitpunkt, zu dem die Rauscherzeugung startet.
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t4
entspricht dem Zeitpunkt, zu dem die Rauscherzeugung beendet wird.
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Tn
entspricht der Zeitperiode, während
der Rauschen erzeugt wird (t3 bis t4).
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In
diesem Beispiel liegt der Anfangswert der Lampenspannung bei 25
Volt und ist die zu der Lampe zugeführte elektrische Leistung auf
75 W gesetzt, wenn sich ΔVL
mit der Zeit erhöht
und die Zeit den Zeitpunkt t1 erreicht. Wenn die Zeit den Zeitpunkt
t1 erreicht, wird die zu der Lampe zugeführte elektrische Leistung in Übereinstimmung
mit ΔVL
reduziert. Wenn dann die Zeit den Zeitpunkt t2 erreicht, startet die
Zeitsteuerung. Das heißt,
das Aufladen des Kondensators für
die Zeitsteuerung wird gestartet und Vc graduell erhöht. Die
zu der Lampe zugeführte
elektrische Leistung wird graduell in einer umgekehrten Phasenrelation
zu der Anstiegskurve von Vc zu 35 W reduziert (in diesem Beispiel
ist der Sättigungswert der
Lampenspannung gleich 45 Volt).
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In
der Rauscherzeugungsdauer Tn ab dem Zeitpunkt t3 (zum Beispiel 10
bis 20 Sekunden nach dem Starten) ist der Zustand der Entladungslampe instabil,
sodass das Problem entsteht, dass elektromagnetisches Rauschen während dieser
Zeitperiode ausgestrahlt wird.
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Bei
der Konfiguration aus dem Stand der Technik besteht das Problem,
dass es schwierig ist, eine gute Anstiegskennlinie der optischen
Ausgabe zu erhalten und den Einfluss des elektromagnetischen Rauschens
zu unterdrücken.
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In
der Quecksilber enthaltenden Entladungslampe bewirkt das Quecksilber
unter anderem, dass der Temperaturanstieg der Leuchtröhre gefördert wird,
sodass das Licht auch in einem kalten Zustand der Leuchtröhre emittiert
werden kann. Weil also in der Quecksilber-freien Entladungslampe
keine derartige Wirkung des Quecksilbers gegeben ist, muss die zu
der Entladungslampe zugeführte
elektrische Leistung erhöht
werden, um die Temperatur der Leuchtröhre zu erhöhen.
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Dazu
ist die Quecksilber-freie Entladungslampe derart aufgebaut, dass
die Leuchtröhre
eine große
Dicke aufweist, um der angelegten übermäßigen elektrischen Leistung
standzuhalten.
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Die Übergangsleistungssteuerung
für die Quecksilber-freie
Entladungslampe erfordert im Vergleich zu einer Quecksilber enthaltenden
Entladungslampe eine lange Zeitperiode zwischen dem Starten und
dem stabilen Entladungszustand. Wenn also das während dieser Zeitperiode erzeugte
elektromagnetische Rauschen ein Hochfrequenzrauschen ist, kann das
Rauschen verschiedene elektronische Einrichtungen wie etwa ein Radio- oder Fernsehgerät stören.
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Als
Verfahren zum Unterdrücken
des Erzeugens von elektromagnetischem Rauschen während der Rauscherzeugungsperiode
Tn hat sich ein Verfahren zum Zuführen von mehr elektrischer
Leistung zu der Entladungslampe in Experimenten als effektiv herausgestellt.
Wenn jedoch die zu der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung zu
einem Grad erhöht
wird, bei das Rauschen unterdrückt
werden kann, entsteht das Problem, dass ein großes Überschwingen in der Anstiegskennlinie
der optischen Ausgabe entsteht bzw. der Verschleiß der Leuchtröhre beschleunigt
wird.
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9 ist
ein Kurvendiagramm, das beispielhaft die zeitlichen Änderungen
der optischen Ausgabe „L", der angelegten
elektrischen Leistung „Pw" und der Anschlussspannung „Vc" beim Kaltstart zeigt.
Diese Figur zeigt die Zeitkonstante der Integrationsschaltung mit
dem Kondensator für
die Zeitsteuerung.
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In
diesem Fall wird der Anstieg von Vc sanft und wird das Rauschen
unterdrückt,
indem die zu der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung während der
Zeitperiode Tn relativ erhöht
wird. Weil jedoch die zu der Entladungslampe zugeführte Leistung übermäßig wird,
wird das Überschwingen
(„Ov", übermäßig in der
Figur wiedergegeben) der optischen Ausgabe groß.
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Deshalb
ergibt sich im Stand der Technik das Problem, dass es schwierig
ist, sowohl das Rauschen zu unterdrücken als auch die Anstiegskennlinie
der optischen Ausgabe zu verbessern bzw. eine entsprechende Steuer-
und Schaltkonfiguration zu realisieren.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine optimale Anstiegskennlinie
der optischen Ausgabe einer Entladungslampe zu realisieren und gleichzeitig
das Erzeugen von Rauschen in einer Startvorrichtung für die Entladungslampe
zu unterdrücken,
die kein Quecksilber oder eine kleine Menge Quecksilber enthält. Die
vorliegende Erfindung kann jedoch auch andere Aufgaben oder gar
keine Aufgaben aufweisen, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang
verlassen wird.
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Um
die oben genannte Aufgabe zu lösen, umfasst
die Startvorrichtung für
eine Entladungslampe zum graduellen Reduzieren der zu der Entladungslampe
zugeführten
elektrischen Leistung über die
Zeit während
einer Übergangszeitperiode,
während
welcher die kein Quecksilber oder eine kleine Menge Quecksilber
enthaltende Lampe einen stabilen Leuchtzustand erreicht, die im
folgenden genannten Komponenten.
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Die
Vorrichtung umfasst eine Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung, die einen Änderungswert
einer Lampenspannung gegenüber
einem Anfangswert der Lampenspannung erfasst; und eine elektrische
Leistungssteuereinrichtung, die ab einem Zeitpunkt, zu dem der durch
die Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung
erfasste Änderungswert einen
vorbestimmten Schwellwert oder mehr erreicht, eine zeitliche Änderungsrate
der zu der Entladungslampe zugeführten
elektrischen Leistung während
der Übergangszeitperiode
in Übereinstimmung mit
einer Erhöhung
des Änderungswerts
oder über die
Zeit ändert.
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Gemäß der Erfindung
ist also ab dem Zeitpunkt, zu dem der Änderungswert der Lampenspannung
den vorbestimmten Schwellenwert oder mehr erreicht, die zeitliche Änderungsrate
der zu der Entladungslampe zugeführten
elektrischen Leistung nicht gleichmäßig definiert, sondern wird
in Übereinstimmung
mit der Erhöhung
des Änderungswerts
der Lampenspannung oder über
die Zeit geändert,
wodurch eine Übergangsleistungssteuerung
mit einer Unterdrückung
des Strahlungsrauschens und einer Unterdrückung der Änderung der optischen Ausgabe realisiert
werden kann.
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Gemäß der Erfindung
kann während
der Übergangszeitperiode,
in welcher die Entladungslampe den stabilen Leuchtzustand erreicht,
die elektrische Leistungssteuerung derart durchgeführt werden,
dass das Strahlungsrauschen aus einer Leuchtröhre unterdrückt wird und auch kein wesentliches Überschwingen
in der Anstiegskennlinie der optischen Ausgabe aufgrund der Rauschunterdrückung verursacht
wird.
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Um
den Schaltungsaufbau zu vereinfachen und die Steuerfähigkeit
zu verbessern, kann die zeitliche Änderungsrate der zu der Entladungslampe
zugeführten
elektrischen Leistung stufenweise von einem negativen Wert zu Null
unter Verwendung der Zeitkonstantenschaltung mit dem Kondensator
und einem Widerstand geändert
werden. Das heißt,
die Zeitkonstantenschaltung wird zu dem Zeitpunkt betrieben, zu
dem erfasst wird, dass der Spannungsänderungswert der Lampenspannung
gegenüber
dem Anfangswert wenigstens den Schwellwert erreicht, wobei die Ladezeitkonstante
des Kondenstors in Übereinstimmung
mit der Erhöhung
des Spannungsänderungswerts
oder der Erhöhung
der Spannung des Kondensators geschaltet wird, um die elektrische Leistung
zu einer elektrischen Nennleistung zu führen, wobei die zeitliche Änderungsrate
der elektrischen Leistung während
der Übergangszeitperiode geschaltet
wird.
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In
einer Konfiguration, in welcher die Zeitkonstantenschaltung einen
Kondensator und eine Vielzahl von Widerständen umfasst, wird die elektrische Leistung
während
der Übergangszeitperiode
in Übereinstimmung
mit einer ersten Zeitkonstante zu dem Zeitpunkt gesteuert, zu dem
erfasst wird, dass der Spannungsänderungswert
der Lampenspannung gegenüber
dem Anfangswert wenigstens den Schwellwert oder mehr erreicht hat,
um das Rauschen zu unterdrücken.
Danach wird die elektrische Leistung während der Übergangszeitperiode in Übereinstimmung
mit einer zweiten Zeitkonstante gesteuert, die kleiner als die erste
Zeitkonstante ist. Gemäß dieser Konfiguration
muss das Schalten der Zeitkonstante nur in zwei Stufen erfolgen,
sodass eine einfache Schaltungskonfiguration realisiert werden kann
(es wird schwierig, die Bedingung für den Schaltzeitpunkt usw.
zu erhalten, wenn drei oder mehr Stufen verwendet werden).
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1 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte und nicht einschränkende Grundkonfiguration zeigt.
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2 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Leistungssteuereinheit zeigt.
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3 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt.
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4 ist
ein Diagramm, das die Grundkonfiguration einer zweiten Steuereinheit
zeigt.
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5 ist
ein Diagramm, das den Hauptteil der beispielhaften Schaltkonfiguration
der zweiten Steuereinheit zeigt.
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6 ist
ein Kurvendiagramm, das die Steuerung bei einem Kaltstart der Entladungslampe
erläutert.
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7 ist
ein Diagramm, das die Grundkonfiguration eines anderen Modus der
zweiten Steuereinheit zeigt.
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8 ist
ein Kurvendiagramm, das die Steuerung bei einem Kaltstart der Entladungslampe
gemäß dem Stand
der Technik erläutert.
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9 ist
ein Diagramm, das ein Problem aus dem Stand der Technik zeigt.
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1 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte und nicht einschränkende Konfiguration
einer Entladungslampen-Startvorrichtung 1 zeigt.
Die Entladungslampen-Startvorrichtung
umfasst eine Gleichstromversorgung 2, eine Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3,
eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung 4,
eine Starterschaltung (ein so genannter Starter) 5, eine
Entladungslampe 6 und eine Steuerschaltung 7.
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Die
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3 empfängt eine
Eingangsgleichspannung von der Gleichstromversorgung 2 und
wandelt diese zu einer gewünschten
Gleichspannung. Zum Beispiel wird ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler
des Rücklauftyps
als Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung verwendet.
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Die
Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung 4 ist vorgesehen,
um die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3 zu
einer Wechselspannung zu wandeln und die Wechselspannung zu der
Entladungslampe 6 zuzuführen.
Wenn zum Beispiel die Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung durch eine Schaltung
des H-Brücken-Typs
(oder Voll-Brücken-Typs)
vorgesehen wird, werden zwei Arme durch vier Halbleiterschaltelemente
gebildet, werden Ansteuerschaltungen zum separaten Ansteuern der
Schaltelemente der zwei Arme vorgesehen und werden zwei Paare von
Schaltelementen alternierend und entgegengesetzt auf der Basis eines
Signals aus einer Ansteuereinheit 7b der Steuerschaltung 7 ein-
und ausgeschaltet, um die Wechselspannung auszugeben.
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Die
Starterschaltung 5 ist vorgesehen, um ein Hochspannungs-Impulssignal
(Startimpuls) für die
Entladungslampe 6 zum Starten der Entladungslampe zu erzeugen.
Das heißt,
der Startimpuls wird über
die Wechselspannung aus der Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung 4 gelagert und
dann an der Entladungslampe 6 angelegt. Die Entladungslampe 6 ist
dabei eine Entladungslampe des Quecksilber-freien Typs oder eine
Entladungslampe mit einer reduzierten Menge an Quecksilber.
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Die
Steuerschaltung 7 empfängt
ein die Lampenspannung der Entladungslampe 6 wiedergebendes
Erfassungssignal und einen durch die Entladungslampe fließenden Strom
oder eine Spannung, die der Lampenspannung entspricht, und einen Strom,
der dem durch die Entladungslampe fließenden Strom entspricht, um
die zu der Entladungslampe 6 zugeführte elektrische Leistung zu
steuern. Das heißt,
eine Leistungssteuereinheit 7a in der Steuerschaltung 7 steuert
die zugeführte
elektrische Leistung in Übereinstimmung
mit dem Zustand der Entladungslampe 6. Zum Beispiel empfängt die
Leistungssteuereinheit das Erfassungssignal (als Spannungserfassungssignal „VL" und als Stromerfassungssignal „IL" bezeichnet) aus
einer Erfassungseinheit 8, die die Ausgangsspannung und
den Ausgangsstrom der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3 erfasst,
und die Steuereinheit 7 gibt ein Steuersignal (nachfolgend
als „So" bezeichnet) zu der
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3 aus,
um die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung
zu steuern.
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Die
Leistungssteuereinheit 7a steuert die elektrische Leistung
in einer übergangszeitperiode, bis
die Entladungslampe 6 einen stabilen Leuchtzustand erreicht,
und steuert weiterhin die elektrische Leistung in einem stabilen
Zustand der Entladungslampe. Zum Beispiel können ein Pulsbreitenmodulations-Verfahren
(PWM) und ein Pulsfrequenzmodulations-Verfahren (PFM) aus dem Stand
der Technik als Schaltsteuerverfahren für die Leistungssteuereinheit
verwendet werden.
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2 ist
eine beispielhafte Ausführungsform der
Konfiguration der Leistungssteuereinheit 7a. Eine Startanfangsspannungs-Erfassungs-/Halteeinheit 9 und
eine Spannungsdifferenz-Erfassungseinheit 10 in der folgenden
Stufe bilden eine Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung, die
eine Funktion zum Erfassen eines Änderungswerts der Lampenspannung
der Entladungslampe 6 gegenüber einem Anfangswert durchführt.
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Die
Startanfangsspannungs-Erfassungs-/Halteeinheit 9 erfasst
die Lampenspannung unmittelbar nach dem Einschalten der Entladungslampe 6 und
hält die
erfasste Lampenspannung als Anfangswert (nachfolgend als „VLs" bezeichnet). Die Startanfangsspannungs-Erfassungs-/Halteeinheit gibt
den Anfangswert VLs und die Spannungsdifferenz-Erfassungseinheit 10 aus.
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Die
Spannungsdifferenz-Erfassungseinheit 10 subtrahiert VLs
von dem Erfassungssignal VL der Lampenspannung, um einen Änderungswert
(nachfolgend als „ΔVL" bezeichnet) der
Lampenspannung mit Bezug auf VLs berechnen, und gibt den Änderungswert
zu einer ersten Steuereinheit 11 und einer zweiten Steuereinheit 12 aus.
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Die
erste Steuereinheit 11 und die zweite Steuereinheit 12 bilden
zusammen mit einer dritten Steuereinheit eine elektrische Leistungssteuereinrichtung.
Die Ausgangsströme
(siehe „i1", „i2", „i3" in der Figur) aus
diesen Steuereinheiten werden zu einer Fehlerberechnungseinheit 14 in
der auf diese Steuereinheiten 11, 12, 13 folgenden
Stufe zugeführt.
Die erste Steuereinheit 11 und die zweite Steuereinheit 12 steuern
die elektrische Übergangsleistung,
und die dritte Steuereinheit 13 steuert die andere elektrische
Leistung neben der elektrischen Übergangsleistung.
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Die
erste Steuereinheit 11 erzeugt das Steuersignal des Ausgangsstroms „i1" in Übereinstimmung
mit VLs aus der Spannungsdifferenz-Erfassungseinheit 10.
Zum Beispiel führt
die erste Steuereinheit die folgende Steuerung durch.
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i1
wird auf einem konstanten Wert gehalten, wenn ΔVL ≤ Sh1.
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i1
wird mit der Erhöhung
von ΔVL
erhöht, wenn
Sh1 < ΔVL < Sh2.
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i1
wird konstant gehalten, wenn ΔVL ≥ Sh2.
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„Sh1" und „Sh2" geben Bezugswerte (Schwellwerte)
in Bezug auf ΔVL
wieder und weisen die Beziehung Sh1 < Sh2 auf.
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Die
zweite Steuereinheit 12 erhält ΔVL und VL und führt die
elektrische Leistungssteuerung derart durch, dass in der Übergangszeitperiode,
bis die Entladungslampe den stabilen Leuchtzustand erreicht, die
zeitliche Änderungsrate
der zu der Entladungslampe zugeführten
elektrischen Leistung in Übereinstimmung
mit einer Erhöhung
von ΔVL
oder über
die Zeit ab dem Zeitpunkt geändert
wird, zu dem ΔVL
zu einem Schwellwert oder mehr steigt. Der Ausgangsstrom „i2" der zweiten Steuereinheit
erhöht sich
in Übereinstimmung
mit der Zeit ab diesem Zeitpunkt.
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Wenn
die zeitliche Änderungsrate
der zugeführten
elektrischen Leistung durch die zweite Steuereinheit 12 von
einem negativen Wert zu Null erhöht wird,
ist ein Modus möglich,
der die zeitliche Änderungsrate
kontinuierlich erhöht,
und ist ein anderer Modus möglich,
der die zeitliche Änderungsrate
stufenweise steuert. Der zweite Modus vereinfacht die Steuerung,
die Schaltungskonfiguration usw. Wenn zum Beispiel die zweite Steuereinheit 12 eine
Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator und mit Widerständen umfasst,
kann diese zweite Steuerschaltung derart angeordnet werden, dass
die Zeitkonstantenschaltung betrieben wird, wenn erfasst wird, dass ΔVL den Schwellwert
oder mehr erreicht, und die zeitliche Änderungsrate der zugeführten elektrischen
Leistung während
der Übergangszeitperiode
stufenweise durch das Schalten der Ladezeitkonstante des Kondensators
geändert
wird, um sie zu einer elektrischen Nennleistung zu führen (die konkrete
Schaltungskonfiguration wird weiter unten beschrieben).
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Die
dritte Steuereinheit 13 umfasst einen Schaltungsteil, der
die Steuerung während
des stabilen Leuchtens mit der elektrischen Nennleistung und die
elektrische Leistungssteuerung in Übereinstimmung mit der Lampenspannung
und dem Strom (VL, IL) usw. durchführt, wodurch der Ausgangsstrom
i3 der dritten Steuereinheit definiert wird (die Konfiguration der
dritten Steuereinheit in der vorliegenden Erfindung ist nicht auf
einen besonderen Aufbau beschränkt,
wobei eine beliebige bekannte Struktur verwendet werden kann; deshalb
wird hier auf einer detaillierte Beschreibung derselben verzichtet).
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Die
Steuersignale aus den entsprechenden Steuereinheiten (die Summe
der Ausgangssignale) werden an der Fehlerberechnungseinheit 14 angelegt.
Das Ausgangssignal der Fehlerberechnungseinheit 14 wird
an einer Steuersignal-Erzeugungseinheit 15 angelegt,
sodass die Steuersignal-Erzeugungseinheit
ein Steuersignal So erzeugt. In dieser Ausführungsform wird eine Bezugsspannung „Eref" an einem der Eingangsanschlüsse (positiver
Eingangsanschluss) eines Fehlerverstärkers der Fehlerberechnungseinheit 14 angelegt, wobei
die Fehlerberechnungseinheit eine an dem anderen Eingangsanschluss
(negativen Eingangsanschluss) angelegte Spannung mit der Bezugsspannung
vergleicht, um ein Fehlersignal zu der Steuersignal-Erzeugungseinheit 15 auszugeben.
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Die
Steuersignal-Erzeugungseinheit 15 umfasst zum Beispiel
einen PWM-Vergleicher usw., wenn das PWM-Verfahren verwendet wird.
In diesem Fall erzeugt die Steuersignal-Erzeugungseinheit 15 ein Ausgangssignal
derart, dass sich das Betriebsverhältnis in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal aus
der Fehlerberechnungseinheit 14 ändert und die Steuersignal-Erzeugungseinheit 15 das
Ausgangssignal an der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3 (an
den darin enthaltenen Schaltelementen) anlegt.
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Im
Gegensatz dazu erzeugt die Steuersignal-Erzeugungseinheit im Falle des PFM-Verfahrens ein
Ausgangssignal, dessen Frequenz sich in Übereinstimmung mit dem Fehlersignal
aus der Fehlerberechnungseinheit 14 ändert, wobei die Steuersignal-Erzeugungseinheit 15 das
Ausgangssignal an der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3 (an den
darin enthaltenen Schaltelementen) anlegt.
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In
dieser beispielhaften Konfiguration wird die Leistungssteuerung
derart durchgeführt,
dass die zu der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung in Übereinstimmung
mit der Erhöhung
der Ausgangsströme
i1 bis i3 erhöht
wird.
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3 zeigt
eine beispielhafte Konfiguration der Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung 16 zum
Erfassen eines Änderungswerts
von VL gegenüber
dem Anfangswert VLs unter Verwendung einer Abtast-/Halteschaltung
(S/H) 17 und einer Differenzverstärkerschaltung 18.
Zum Beispiel kann diese Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung 16 als Spannungsdifferenz-Erfassungseinheit 10 enthalten sein.
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Die
Abtast-/Halteschaltung 17 empfängt ein Zeitsignal (ein nachfolgend
als „SP" bezeichnetes Abtastsignal)
zum Halten von VL, sodass VLs ausgegeben wird. Zum Beispiel wird
die Abtast-/Halteschaltung 17 durch
eine Schaltkonfiguration gebildet, die ein Schaltelement, das zwischen
einer Ein- und einer Aus-Position
in Reaktion auf das Signal SP wechselt, einen Haltekondensator und
einen Spannungspuffer umfasst. Bei dieser Schaltungskonfiguration
wird das Schaltelement durch das Signal SP in einem Einzustand gehalten,
bis eine Zeitperiode ab dem Starten der Entladungslampe abläuft, um
die Lampenspannung an dem Haltekondensator anzulegen, wobei sich
dann das Signal SP nach dem Ablaufen der Zeitperiode ändert, um
das Schaltelement auszuschalten und damit die Lampenspannung (VLs)
zu halten.
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Die
Differenzverstärkerschaltung 18 ist
angeordnet, um eine Ausgabe ΔVL
zu erhalten, die proportional zu dem Ergebnis der Subtraktion von
VLs von VL ist (VL – VLs).
Zum Beispiel verwendet eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung
einen Operationsverstärker
als Differenzverstärkerschaltung.
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In
dieser beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsform
wird die Abtast-/Halteschaltung 17 als Einrichtung zum
Halten von VLs verwendet, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf
beschränkt
ist. Zum Beispiel kann eine Bottom-Hold-Schaltung für VL anstelle
der Abtast-/Halteschaltung
verwendet werden (weil der VL-Wert unmittelbar nach dem Starten
der Entladungslampe den Mindestwert aufweist, kann VLs erhalten
werden, indem der Mindestwert erfasst und gehalten wird).
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Im
Folgenden werden die Schaltungskonfiguration und der Betrieb der
zweiten Steuereinheit 12 mit Bezug auf 4 bis 7 beschrieben.
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Zum
Beispiel werden die folgenden Modi als Konfiguration der zweiten
Steuereinheit einschließlich
der Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator und mit Widerständen betrachtet.
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In
einem Modus (I) wird die zeitliche Änderungsrate der zu der Entladungslampe
zugeführten elektrischen
Leistung in Übereinstimmung
mit der Erhöhung
der Anschlussspannung des Kondensators geändert, wobei die Anschlussspannung
mit einer Bezugsspannung verglichen wird.
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In
einem Modus (II) wird die zeitliche Änderungsrate der zu der Entladungslampe
zugeführten elektrischen
Leistung in Übereinstimmung
mit der Erhöhung
des Änderungswerts ΔVL der Lampenspannung
geändert,
wobei der Änderungswert
mit einem Bezugswert verglichen wird.
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Gemäß dem Modus
(I) kann eine Zeitperiode zwischen dem Beginn der Ladung eines Kondensators
zum Steuern eines Timers und dem Zeitpunkt zum Schalten der Zeitkonstante
konstant gehalten werden, wodurch die zugeführte elektrische Leistung auf
einen geeigneten Wert während
der Periode unterdrückt
werden kann, während
welcher eine Rauscherzeugung wahrscheinlich ist (das Rauschen kann
auf einen Minimalgrad gedrückt
werden).
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Gemäß dem Modus
(II) kann der Zustand der Lampe bei der Schaltsteuerung der Zeitkonstante
berücksichtigt
werden, wodurch ein Überschwingen beim
Erhöhen
der Lichtintensität
wesentlich reduziert werden kann.
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4 zeigt
ein Beispiel für
die Grundkonfiguration der zweiten Steuereinheit 12 in
dem Modus (I), die einen Modus zum Schalten der Zeitkonstante zwischen
zwei Werten zeigt.
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Eine
Spannung aus der Stromversorgung 19 wird über ein
Schaltelement 20 an dem einen Ende eines Widerstands 21 angelegt
(dieses Element wird durch eine Symbol eines Schalters in vereinfacht
dargestellt). Das Schaltelement 20 wird derart gesteuert, dass
es in Reaktion auf ein Signal SS derart zwischen einer Ein- und
einer Aus-Position wechselt, dass das Schaltelement in einen Aus-Zustand
versetzt wird, bis ΔVL
einen Wert (nachfolgend als „ΔVL2" bezeichnet) erreicht,
und in einen Ein-Zustand versetzt wird, wenn ΔVL gleich ΔVL2 wird.
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Ein
Ende des Widerstands 21 ist über einen Widerstand 22 mit
einem Kondensator 23 verbunden, und das andere Ende des
Widerstands 21 ist geerdet.
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Ein
Schaltelement 25 (dieses Element ist vereinfacht durch
das Symbol eines Schalters wiedergegeben) ist mit einem Widerstand 24 verbunden, der
parallel zu dem Widerstand 22 verbunden ist. Mit anderen
Worten ist ein Ende des Widerstands 24 mit dem Kondensator 23 verbunden,
während
das andere Ende des Widerstands 24 über das Schaltelement 25 mit
einem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 21 und 22 verbunden
ist.
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Der
Kondensator 23 ist an seinem einen Ende mit dem Eingangsanschluss
einer Vergleichsschaltung 26 und dem Eingangsschluss einer
Spannung-Strom-Wandeleinheit 27 verbunden und ist an seinem
anderen Ende mit der Erde verbunden.
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Die
Vergleichsschaltung 26 vergleicht die Anschlussspannung
(nachfolgend als „Vc" bezeichnet) des
Kondensators 23 mit einer Bezugsspannung (nachfolgend als „VTH" bezeichnet).
Die Vergleichsschaltung gibt ein Binärsignal in Entsprechung zu dem
Vergleichsergebnis aus und legt das Binärsignal an dem Schaltelement 25 als
Steuersignal an. Entsprechend werden der Ein- und der Aus-Zustand
des Schaltelements derart gesteuert, dass das Schaltelement 25 in
den Aus-Zustand versetzt wird, wenn Vc ≤ VTH,
und in den Ein-Zustand
versetzt wird, wenn Vc > VTH.
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Die
Spannung-Strom-Wandeleinheit 27 wandelt die Eingangsspannung
(Vc) zu einem Strom, der proportional zu der Eingangsspannung ist,
um den Ausgangsstrom (den oben genannten Strom i2) in Übereinstimmung
mit Vc zu erhalten, und gibt dann diesen Strom aus.
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Auf
diese Weise wird in diesem Modus in der Zeitkonstantenschaltung
mit dem Kondensator 23 und den Widerständen 21, 22, 24 das
Schaltelement 20 in einen Ein-Zustand versetzt, wenn die Vergleichsschaltung 26 feststellt,
dass ΔVL
gleich ΔVL2 ist,
wodurch der Ladebetrieb des Kondensators 23 gestartet wird.
Vc erhöht
sich also mit einer ersten Zeitkonstante (nachfolgend als „τ1" bezeichnet), die durch
die statischen Kapazität
des Kondensators 23 und die Widerstandswerte der zwei Widerstände bestimmt
wird, während
die zu der Entladungslampe zugeführte
elektrische Leistung während
der Übergangszeitperiode
in einer umgekehrten Phasenbeziehung zu der Änderung von Vd gesteuert (reduziert)
wird. Wenn danach Vc weiter erhöht
wird und einen Wert erreicht, der die Beziehung Vc > VTH erfüllt, wird
das Schaltelement 23 in einen Ein-Zustand versetzt. Weil
also der Ladepfad zu dem Kondensator 23 zu zwei Pfaden
erweitert wird, wird die Zeitkonstante zu einer zweiten Zeitkonstante
(nachfolgend als „τ2" bezeichnet) geschaltet,
die kleiner als die erste Zeitkonstante ist. Daraus resultiert,
dass die Erhöhungsrate
Vc groß wird
und die Reduktionsgeschwindigkeit (ein absoluter Wert der zeitlichen Änderungsrate)
der zugeführten
elektrischen Leistung während
der Übergangszeitperiode
groß wird.
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In
dem Aus-Zustand des Schaltelements 20 wird ein Entladungspfad
des Kondensators 23 durch den Widerstand 21 gebildet.
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5 zeigt
nur den Hauptteil der beispielhaften Schaltungskonfiguration der
zweiten Steuereinheit 12. Der Vergleicher 28 empfängt ΔVL an seinem negativen
Eingangsanschluss und weiterhin eine Bezugsspannung in Entsprechung
zu ΔVL2
an seinem positiven Eingangsanschluss. Der Vergleicher 28 führt ein
Ausgangssignal über
einen Widerstand 29 zu der Basis einer NPN-Transistors 30 mit
gemeinsamem Emitter zu.
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Ein
Widerstand 31 ist an einem Ende mit einem Stromversorgungsanschluss 32 mit
einer Spannung verbunden und ist an seinem anderen Ende über einen
Widerstand 33 geerdet. Der Widerstand 31 dient
zusammen mit dem Widerstand 33 also als Spannungsteilungswiderstand.
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Ein
Operationsverstärker 34 ist
an seinem nicht invertierenden Eingangsanschluss mit einem Verbindungspunkt
zwischen den Widerständen 31 und 33 verbunden
und ist an seinem invertierenden Eingangsanschluss mit einer Diode 35 in
der auf den Operationsverstärker 34 folgenden
Stufe verbunden. Mit anderen Worten ist der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 34 mit
der Anode der Diode 35 verbunden, während die Kathode der Diode 35 mit dem
invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkers 34,
dem Widerstand 22 und den NPN-Transistor 36 verbunden
ist.
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Der
Kollektor des NPN-Transistors 30 ist mit dem Ausgangsanschluss
des Operationsverstärkers 34 verbunden.
Wenn also ΔVL ≤ ΔVL2 ist,
wird der NPN-Transistor 30 in Reaktion auf das Ausgangssignal
aus dem Vergleicher 28 eingeschaltet, wobei der Ausgangsanschluss
des Operationsverstärkers 34 beinahe
geerdet wird und der Kondensator 23 somit nicht geladen
wird. Wenn ΔVL ≥ ΔVL2 ist,
wird der NPN-Transistor 30 in Reaktion auf das Ausgangssignal
aus dem Vergleicher 28 ausgeschaltet, wobei der Operationsverstärker 34 als
Pufferschaltung dient und eine durch die Widerstände 31 und 33 geteilte Spannung über den
Widerstand 22 an dem Kondensator 23 angelegt wird
(Vc erhöht
sich also wegen des Beginns der Ladeoperation mit der Zeitkonstante τ1).
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In 5 entspricht
der mit dem Widerstand 24 verbundene NPN-Transistor 36 dem
Schaltelement 25, wobei an der Basis des NPN-Transistors 36 das
Steuersignal in Übereinstimmung
mit dem Vergleichsergebnis zwischen Vc und VTH angelegt
wird.
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6 ist
ein Diagramm, das beispielhaft die zeitlichen Änderungen der optischen Ausgabe „L", der zugeführten elektrischen
Leistung „Pw", der Lampenspannung „VL" und der Anschlussspannung „Vc" des Kondensators 23 zeigt.
Die Bedeutungen der Zeitpunkte t1, t2, t3, t4 usw. in der Figur
wurden bereits weiter oben erläutert.
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Der
Kondensator 23 beginnt zu dem Zeitpunkt t2 mit dem Aufladen,
wenn ΔVL
den Schwellwert ΔVL2
erreicht. Die Ladezeitkonstante (τ1)
zu diesem Zeitpunkt wird auf einen großen Wert gesetzt, sodass die
Reduktionsgeschwindigkeit der zu der Entladungslampe zugeführten elektrischen
Leistung unterdrückt
wird und mehr elektrische Leistung zu der Entladungslampe zugeführt werden
kann (während
der Zeitperiode zwischen t3 und t4). Wenn mit anderen Worten während dieser
Periode mehr elektrische Leistung zu der Entladungslampe zugeführt wird,
kann die Entladungslampe schnell durch den instabilen Zustand hindurchgehen,
in dem eine Wahrscheinlichkeit einer Rauscherzeugung besteht, sodass
der instabile Zustand schnell verlassen werden kann (eine ausreichende
Rauschunterdrückung
vorgesehen werden kann).
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Danach
wird zum Zeitpunkt t4 die Spannung Vc größer als VTH,
wobei die Ladezeitkonstante zu τ2 geschaltet
wird. Weil die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 23 erhöht wird,
kann die zugeführte elektrische
Leistung im Vergleich zu dem Stand der Technik beträchtlich
reduziert werden, um die zugeführte
elektrische Leistung zu dem Pegel der stabilen Steuerung zu führen.
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Daraus
resultiert, dass ein Überschwingen „Ov" in der Anstiegskennlinie
der optischen Ausgabe im wesentlichen zu einem gewissen Grad unterdrückt werden
kann, wobei weiterhin das Strahlungsrauschen aus der Leuchtröhre im wesentlichen
während
der Periode zwischen t3 und t4 reduziert werden kann.
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Im
Folgenden wird ein Beispiel der Grundkonfiguration der zweiten Steuereinheit
gemäß des zweiten
Modus mit Bezug auf 7 erläutert. Eine zweite Steuereinheit 12A weist
einen Modus auf, in dem die Zeitkonstante in Übereinstimmung mit der Erhöhung von ΔVL zwischen
zwei Werten geschaltet wird.
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Die
Spannung aus der durch das Symbol einer Konstantspannungsquelle
wiedergegebenen Stromversorgung 19 wird über ein
Schaltelement 20 zu einem Ende eines Widerstands 21 zugeführt (das Schaltelement
ist vereinfacht durch das Symbol eines Schalters wiedergegeben).
Das Schaltelement 20 wird in Reaktion auf ein Steuersignal,
das in der Figur durch „SS" wiedergegeben wird,
zwischen einer Ein- und einer Aus-Position geschaltet, wobei das Schaltelement
in einen Aus- Zustand
versetzt wird, bis ΔVL
den Schwellwert ΔVL2
erreicht, und in einen Ein-Zustand versetzt wird, wenn ΔVL gleich ΔVL2 wird.
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Das
eine Ende des Widerstands 21 wird über den Widerstand 22 mit
einem Kondensator 23 verbunden, und das andere Ende des
Widerstands 21 wird geerdet.
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Ein
Schaltelement 25 (dieses Element wird vereinfacht durch
das Symbol eines Schalters wiedergegeben) ist mit einem Widerstand 24 verbunden, der
parallel zu dem Widerstand 22 verbunden ist. Mit anderen
Worten wird das eine Ende des Widerstands 24 mit dem Kondensator 23 verbunden,
während
das andere Ende des Widerstands 24 über das Schaltelement 25 mit
einem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 21 und 22 verbunden
wird.
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Eine
Vergleichsschaltung 26A vergleicht ΔVL mit einem Wert (nachfolgend
als „ΔVL4" bezeichnet), um
den Ein- und Aus-Zustand
des Schaltelements 25 in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis
zu definieren. Das heißt,
das Schaltelement 25 wird während einer Zeitperiode, bis ΔVL den Schwellwert ΔVL4 erreicht,
in einen Aus-Zustand versetzt, und wird in einen Ein-Zustand versetzt, wenn ΔVL den Schwellwert ΔVL4 erreicht.
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Die
Anschlussspannung Vc des Kondensators 23 wird an einer
Spannung-Strom-Wandeleinheit 27 angelegt, die die Eingangsanschlussspannung
zu einem Strom wandelt, der proportional zu der Eingangsspannung
ist, um den Ausgangsstrom (den zuvor genannten Strom i2) zu erhalten.
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In
diesem Modus wird wie in 6 gezeigt die Ladeoperation
des Kondensators 23 zum Zeitpunkt t2 begonnen, wenn ΔVL den Schwellwert ΔVL2 erreicht.
Die Ladezeitkonstante ist in diesem Fall gleich τ1. Die Reduktionsgeschwindigkeit
der zu der Entladungslampe zugeführten
elektrischen Leistung wird also unterdrückt, sodass mehr elektrische
Leistung zu der Entladungslampe zugeführt werden kann (während einer
Zeitperiode zwischen t3 und t4).
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Danach
erreicht ΔVL
den Schwellwert ΔVL4 zum
Zeitpunkt t4, wodurch das Schaltelement 25 durch den Vergleicher 26A eingeschaltet
wird, sodass die Ladungszeitkonstante zu τ2 geschaltet wird.
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Auf
diese Weise wird die Zeitkonstante geschaltet, während die Änderungsgröße in Bezug auf die Lampenspannung überwacht
wird, sodass die zugeführte
elektrische Leistung gesteuert werden kann.
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Die
vorstehend beschriebenen Schaltungskonfigurationen sind derart beschaffen,
dass die zeitliche Änderungsrate
der zugeführten
elektrischen Leistung geändert
wird, indem die Zeitkonstante in zwei Stufen geschaltet wird, wobei
die Zeitkonstante bei Bedarf auch in drei oder mehr Stufen geschaltet werden
kann. In diesem Fall muss jedoch berücksichtigt werden, dass sich
die Effekte zur Rauschunterdrückung
und zur Überschwingunterdrückung der optischen
Ausgabe ändern,
die in ausreichender Weise während
der Zeitperiode der ersten Zeitkonstante τ1 (einschließlich der Zeitperiode zwischen
t3 und t4) erhalten werden können, wobei
weiterhin auch die Schaltungskonfiguration in Übereinstimmung mit dem Schalten
der Zeitkonstanten nicht komplizierter werden darf.
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Weiterhin
werden bei der oben beschriebenen Konfiguration die Anschlussspannung
des Kondensators (23) zum Steuern des Timers und der Änderungswerts ΔVL in Bezug
auf die Lampenspannung überwacht.
Während
der Zeitperiode, in welcher das Problem einer Rauscherzeugung gegeben ist,
wird die elektrische Leistung derart gesteuert, dass die Reduktionsgeschwindigkeit
der zugeführten elektrischen
Leistung reduziert wird, wobei das Überschwingen der Lichtintensität berücksichtigt
wird. Dann wird die Ladezeitkonstante ab dem Zeitpunkt des Ablaufs
der Zeitperiode geschaltet, wodurch die Reduktionsgeschwindigkeit
der zugeführten
elektrischen Leistung erhöht
werden kann.
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Dem
Fachmann sollte deutlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an den beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass der Erfindungsumfang
verlassen wird. Die vorliegende Erfindung umfasst alle Modifikationen
und Variationen gemäß dem Umfang
der beigefügten
Ansprüche
und deren Äquivalente.