DE102005033240B4

DE102005033240B4 - Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE102005033240B4
Application number: DE102005033240A
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Ichikawa; Takuya Serita
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2025-07-16
Also published as: JP2006032139A; KR100685764B1; FR2874784B1; CN100525574C; FR2874784A1; US7548031B2; JP4400872B2; DE102005033240A1; GB2417840B; GB2417840A; KR20060050217A; US20060012318A1; GB0514490D0; CN1735309A

Abstract

Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Entladungslampe (6), die kein Quecksilber enthält, zum graduellen Reduzieren der zu der Entladungslampe (6) zugeführten elektrischen Leistung über die Zeit während einer Übergangszeitperiode, bis die Entladungslampe (6) einen stabilen Leuchtzustand erreicht, mit: einer Einrichtung (9, 10) zum Erfassen eines Änderungswerts (ΔVL) einer Lampenspannung gegenüber einem Anfangswert (VLS) der Lampenspannung, und einer Einrichtung (7, 12) zum Steuern der elektrischen Leistung, die, nachdem der Änderungswert (ΔVL) wenigstens einen ersten Schwellwert (ΔVL2) erreicht hat, eine zeitliche Änderungsrate der zu der Entladungslampe (6) während der Übergangszeitperiode zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit einer Erhöhung des Änderungswerts (ΔVL) oder über die Zeit stufenweise schaltet, wobei die Einrichtung (12) zum Steuern eine Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator (23) und mehreren Widerständen (21, 22, 24) umfasst, und eine Zeitkonstante (τ1, τ2) des Kondensators (23) in Abhängigkeit einer Erhöhung des Änderungswerts (ΔVL) oder einer Erhöhung der Spannung des Kondensators (23) über einen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Entladungslampe, die kein Quecksilber enthält und insbesondere eine Technik zum Unterdrücken einer Variation in der optischen Ausgabe und zum Unterdrücken von Strahlungsrauschen in der Übergangsleistungssteuerung einer solchen Entladungslampe.
Aus der EP 1 345 479 A2 ist bereits eine Entladungslampe ohne Quecksilber bekannt, mit einer Einrichtung zur Änderung der elektrischen Leistung und einer Einrichtung zum Steuern der elektrischen Leistung, die sich ändert, wenn ein Grenzwert erreicht wird. Bei der Steuerung gibt es eine feste Zeitkonstante, zusammengesetzt aus einem Widerstand und einem Kondensator. Diese Druckschrift zeigt keine Einrichtung zum Steuern der elektrischen Leistung, die eine zeitliche Änderungsrate der zugeführten elektrischen Leistung während der Übergangszeitperiode stufenweise schaltet, da in dieser Druckschrift die Zeitkonstante konstant ist. Hier gibt es keine unterschiedlichen Ladepfade bzw. Zeitkonstantenschaltungen, die derart geschaltet werden können, dass sich unterschiedliche Zeitkonstanten ergeben und somit unterschiedliche zeitliche Änderungsraten. Aus der EP 0 762 809 A2 ist ebenfalls bereits eine Entladungslampe bekannt, wobei die Versorgungsleistung in verschiedenen Steuerbereichen gesteuert wird. Diese Druckschrift zeigt keine Einrichtung zum Steuern der elektrischen Leistung, die die zeitliche Änderungsrate während der Übergangszeitperiode in Übereinstimmung mit einer Erhöhung des Änderungswertes ΔV_L oder über die Zeit stufenweise schaltet.
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.
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.
Zum Beispiel wird in einem Aufbau aus dem Stand der Technik eine Lampenspannung (oder eine der Lampenspannung entsprechende Signalspannung) 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 der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung auf Basis des Änderungswerts gesteuert (siehe die japanische Patentveröffentlichung JP 2003-338 390 A ).
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 der Lampe zugeführte elektrische Leistung zu steuern.
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.

(1) 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 „ΔV_L” wiedergegeben wird und ΔV_L einen Schwellwert (ΔV_L1) erreicht, wird die zu der Lampe zugeführte elektrische Leistung auf einen Wert reduziert, der in Abhängigkeit von ΔV_L bestimmt wird.
(3) Wenn ΔV_L weiterhin bis zu einem anderen Schwellwert (ΔV_L2) 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 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.

8 zeigt die zeitliche Veränderung der der Lampe zugeführten elektrischen Leistung „Pw”, der Lampenspannung „V_L” und der Anschlussspannung „V_c” 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.
t1 entspricht dem Zeitpunkt, zu dem ΔV_L den Schwellwert ΔV_L1 erreicht.
t2 entspricht dem Zeitpunkt, zu dem ΔV_L den Schwellwert ΔV_L2 erreicht.
t3 entspricht dem Zeitpunkt, zu dem die Rauscherzeugung startet.
t4 entspricht dem Zeitpunkt, zu dem die Rauscherzeugung beendet wird.
Tn entspricht der Zeitperiode, während der Rauschen erzeugt wird (t3 bis t4).
In diesem Beispiel liegt der Anfangswert der Lampenspannung bei 25 Volt und ist die der Lampe zugeführte elektrische Leistung auf 75 W gesetzt, wenn sich ΔV_L 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 ΔV_L reduziert. Wenn dann die Zeit den Zeitpunkt t2 erreicht, startet die Zeitsteuerung. Das heißt, das Aufladen des Kondensators für die Zeitsteuerung wird gestartet und V_c graduell erhöht. Die der Lampe zugeführte elektrische Leistung wird graduell in einer umgekehrten Phasenrelation zu der Anstiegskurve von V_c auf 35 W reduziert (in diesem Beispiel ist der Sättigungswert der Lampenspannung gleich 45 Volt).
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.
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.
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 der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung erhöht werden, um die Temperatur der Leuchtröhre zu erhöhen.
Dazu ist die Quecksilber-freie Entladungslampe derart aufgebaut, dass die Leuchtröhre eine große Dicke aufweist, um der angelegten übermäßigen elektrischen Leistung standzuhalten.
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.
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 der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung in einem Maße erhöht wird, bei dem 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.
9 ist ein Kurvendiagramm, das beispielhaft die zeitlichen Änderungen der optischen Ausgabe „L”, der angelegten elektrischen Leistung „Pw” und der Anschlussspannung „V_c” beim Kaltstart zeigt. Diese Figur zeigt die Zeitkonstante der Integrationsschaltung mit dem Kondensator für die Zeitsteuerung.
In diesem Fall ist der Anstieg von V_c sanft und das Rauschen wird unterdrückt, indem die der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung während der Zeitperiode Tn relativ erhöht wird. Weil jedoch die der Entladungslampe zugeführte Leistung übermäßig wird, wird das Überschwingen („Ov”, übermäßig in der Figur wiedergegeben) der optischen Ausgabe groß.
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.
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.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der Erfindung ist also ab dem Zeitpunkt, zu dem der Änderungswert der Lampenspannung mindestens den vorbestimmten Schwellenwert erreicht, die zeitliche Änderungsrate der der Entladungslampe zugeführten elektrischen Leistung nicht gleichmäßig definiert, sondern wird in Abhängigkeit 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.
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.
Um den Schaltungsaufbau zu vereinfachen und die Steuerfähigkeit zu verbessern, kann die zeitliche Änderungsrate der 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 Kondensators 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.
In einer Konfiguration, in welcher die Zeitkonstantenschaltung einen Kondensator und eine Vielzahl von Widerständen umfasst, wird die elektrische Leistung während der Übergangszeitperiode in Abhängigkeit 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 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).
1 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte und nicht einschränkende Grundkonfiguration zeigt.
2 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Leistungssteuereinheit zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das die Grundkonfiguration einer zweiten Steuereinheit zeigt.
5 ist ein Diagramm, das den Hauptteil der beispielhaften Schaltkonfiguration der zweiten Steuereinheit zeigt.
6 ist ein Kurvendiagramm, das die Steuerung bei einem Kaltstart der Entladungslampe erläutert.
7 ist ein Diagramm, das die Grundkonfiguration eines anderen Modus der zweiten Steuereinheit zeigt.
8 ist ein Kurvendiagramm, das die Steuerung bei einem Kaltstart der Entladungslampe gemäß dem Stand der Technik erläutert.
9 ist ein Diagramm, das ein Problem aus dem Stand der Technik zeigt.
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 (Gleichrichter), eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung 4 (Wechselrichter), eine Starterschaltung (ein so genannter Starter) 5, eine Entladungslampe 6 und eine Steuerschaltung 7.
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.
Die Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung 4 ist vorgesehen, um die Ausgangsspannung der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3 zu einer Wechselspannung zu wandeln und die Wechselspannung 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.
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 mit der Wechselspannung aus der Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung 4 überlagert 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.
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 der Entladungslampe 6 zugeführte elektrische Leistung zu steuern. Das heißt, eine Leistungssteuereinheit 7a in der Steuerschaltung 7 steuert die zugeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit des Zustands der Entladungslampe 6. Zum Beispiel empfängt die Leistungssteuereinheit das Erfassungssignal (als Spannungserfassungssignal „V_L” 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.
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.
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.
Die Startanfangsspannungs-Erfassungs-/Halteeinheit 9 erfasst die Lampenspannung unmittelbar nach dem Einschalten der Entladungslampe 6 und hält die erfasste Lampenspannung als Anfangswert (nachfolgend als „V_Ls” bezeichnet). Die Startanfangsspannungs-Erfassungs-/Halteeinheit gibt den Anfangswert V_Ls und die Spannungsdifferenz-Erfassungseinheit 10 aus.
Die Spannungsdifferenz-Erfassungseinheit 10 subtrahiert V_Ls von dem Erfassungssignal V_L der Lampenspannung, um einen Änderungswert (nachfolgend als „ΔV_L” bezeichnet) der Lampenspannung mit Bezug auf V_Ls berechnen, und gibt den Änderungswert zu einer ersten Steuereinheit 11 und einer zweiten Steuereinheit 12 aus.
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 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.
Die erste Steuereinheit 11 erzeugt das Steuersignal des Ausgangsstroms „i1” abhängig von V_Ls aus der Spannungsdifferenz-Erfassungseinheit 10. Zum Beispiel führt die erste Steuereinheit die folgende Steuerung durch.
i1 wird auf einem konstanten Wert gehalten, wenn ΔV_L ≤ Sh1.
i1 wird mit der Erhöhung von ΔV_L erhöht, wenn Sh1 < ΔV_L < Sh2.
i1 wird konstant gehalten, wenn ΔV_L ≥ Sh2.
„Sh1” und „Sh2” geben Bezugswerte (Schwellwerte) in Bezug auf ΔV_L wieder und weisen die Beziehung Sh1 < Sh2 auf.
Die zweite Steuereinheit 12 erhält ΔV_L und V_L und führt die elektrische Leistungssteuerung derart durch, dass in der Übergangszeitperiode, bis die Entladungslampe den stabilen Leuchtzustand erreicht, die zeitliche Änderungsrate der der Entladungslampe zugeführten elektrischen Leistung entsprechend einer Erhöhung von ΔV_L oder über die Zeit ab dem Zeitpunkt geändert wird, zu dem ΔV_L zu einem Schwellwert oder mehr steigt. Der Ausgangsstrom „i2” der zweiten Steuereinheit erhöht sich mit der Zeit ab diesem Zeitpunkt.
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 ΔV_L mindestens den Schwellwert 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).
Die dritte Steuereinheit 13 umfasst einen Schaltungsteil, der die Steuerung während des stabilen Leuchtens mit der elektrischen Nennleistung und die elektrische Leistungssteuerung in Abhängigkeit von der Lampenspannung und dem Strom (V_L, 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).
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.
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, das sich in Abhängigkeit des Fehlersignals aus der Fehlerberechnungseinheit 14 ändert und die Steuersignal-Erzeugungseinheit 15 das Ausgangssignal an der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandelschaltung 3 (an den darin enthaltenen Schaltelementen) anlegt.
Im Gegensatz dazu erzeugt die Steuersignal-Erzeugungseinheit im Falle des PFM-Verfahrens ein Ausgangssignal, dessen Frequenz sich abhängig vom 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.
In dieser beispielhaften Konfiguration wird die Leistungssteuerung derart durchgeführt, dass die der Entladungslampe zugeführte elektrische Leistung in Abhängigkeit der Erhöhung der Ausgangsströme i1 bis i3 erhöht wird.
3 zeigt eine beispielhafte Konfiguration der Spannungsdifferenz-Erfassungseinrichtung 16 zum Erfassen eines Änderungswerts von V_L gegenüber dem Anfangswert V_Ls 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.
Die Abtast-/Halteschaltung 17 empfängt ein Zeitsignal (ein nachfolgend als „SP” bezeichnetes Abtastsignal) zum Halten von V_L, sodass V_Ls 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 (V_Ls) zu halten.
Die Differenzverstärkerschaltung 18 ist angeordnet, um eine Ausgabe ΔV_L zu erhalten, die proportional zu dem Ergebnis der Subtraktion von V_Ls von V_L ist (V_L – V_Ls). Zum Beispiel verwendet eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltung einen Operationsverstärker als Differenzverstärkerschaltung.
In dieser beispielhaften und nicht einschränkenden Ausführungsform wird die Abtast-/Halteschaltung 17 als Einrichtung zum Halten von V_Ls verwendet, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist. Zum Beispiel kann eine Bottom-Hold-Schaltung für V_L anstelle der Abtast-/Halteschaltung verwendet werden (weil der V_L-Wert unmittelbar nach dem Starten der Entladungslampe den Mindestwert aufweist, kann V_Ls erhalten werden, indem der Mindestwert erfasst und gehalten wird).
Im Folgenden werden die Schaltungskonfiguration und der Betrieb der zweiten Steuereinheit 12 mit Bezug auf 4 bis 7 beschrieben.
Zum Beispiel werden die folgenden Modi als Konfiguration der zweiten Steuereinheit einschließlich der Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator und mit Widerständen betrachtet.
In einem Modus (I) wird die zeitliche Änderungsrate der der Entladungslampe zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit von der Erhöhung der Anschlussspannung V_c des Kondensators geändert, wobei die Anschlussspannung mit einer Bezugsspannung verglichen wird.
In einem Modus (II) wird die zeitliche Änderungsrate der der Entladungslampe zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit der Erhöhung des Änderungswerts ΔV_L der Lampenspannung geändert, wobei der Änderungswert mit einem Bezugswert verglichen wird.
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).
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.
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.
Eine Spannung aus der Stromversorgung 19 wird über ein Schaltelement 20 an dem einen Ende eines Widerstands 21 angelegt (dieses Element wird in vereinfachter Weise durch ein Symbol eines Schalters 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 ΔV_L einen Wert (nachfolgend als „V_L2” bezeichnet) erreicht, und in einen Ein-Zustand versetzt wird, wenn ΔV_L gleich ΔV_L2 wird.
Ein Ende des Widerstands 21 ist über einen Widerstand 22 mit einem Kondensator 23 verbunden, und das andere Ende des Widerstands 21 ist geerdet.
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.
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.
Die Vergleichsschaltung 26 vergleicht die Anschlussspannung (nachfolgend als „V_c” bezeichnet) des Kondensators 23 mit einer Bezugsspannung (nachfolgend als „V_TH” 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 V_c ≤ V_TH, und in den Ein-Zustand versetzt wird, wenn V_c > V_TH.
Die Spannung-Strom-Wandeleinheit 27 wandelt die Eingangsspannung (V_c) zu einem Strom, der proportional zu der Eingangsspannung ist, um den Ausgangsstrom (den oben genannten Strom i2) in Übereinstimmung mit V_c zu erhalten, und gibt dann diesen Strom aus.
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 ΔV_L gleich ΔV_L2 ist, wodurch der Ladebetrieb des Kondensators 23 gestartet wird. V_c 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 V_d gesteuert (reduziert) wird. Wenn danach V_c weiter erhöht wird und einen Wert erreicht, der die Beziehung V_c > V_TH 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 von V_c groß wird und die Reduktionsgeschwindigkeit (ein absoluter Wert der zeitlichen Änderungsrate) der zugeführten elektrischen Leistung während der Übergangszeitperiode groß wird.
In dem Aus-Zustand des Schaltelements 20 wird ein Entladungspfad des Kondensators 23 durch den Widerstand 21 gebildet.
5 zeigt nur den Hauptteil der beispielhaften Schaltungskonfiguration der zweiten Steuereinheit 12. Der Vergleicher 28 empfängt ΔV_L an seinem negativen Eingangsanschluss und weiterhin eine Bezugsspannung, die ΔV_L2 an seinem positiven Eingangsanschluss entspricht. Der Vergleicher 28 führt ein Ausgangssignal über einen Widerstand 29 zu der Basis einer NPN-Transistors 30 mit gemeinsamem Emitter zu.
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.
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.
Der Kollektor des NPN-Transistors 30 ist mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 34 verbunden. Wenn also ΔV_L ≤ ΔV_L2 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 ΔV_L ≥ ΔV_L2 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 (V_c erhöht sich also wegen des Beginns der Ladeoperation mit der Zeitkonstante τ₁).
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 V_c und V_TH angelegt wird.
6 ist ein Diagramm, das beispielhaft die zeitlichen Änderungen der optischen Ausgabe „L”, der zugeführten elektrischen Leistung „Pw”, der Lampenspannung „V_L” und der Anschlussspannung „V_c” des Kondensators 23 zeigt. Die Bedeutungen der Zeitpunkte t1, t2, t3, t4 usw. in der Figur wurden bereits weiter oben erläutert.
Der Kondensator 23 beginnt zu dem Zeitpunkt t2 mit dem Aufladen, wenn ΔV_L den Schwellwert ΔV_L2 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).
Danach wird zum Zeitpunkt t4 die Spannung V_c größer als V_TH, 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.
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.
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 ΔV_L zwischen zwei Werten geschaltet wird.
Die Spannung der Stromversorgung 19 (siehe Symbol einer Konstantspannungsquelle) wird über ein Schaltelement 20 an ein Ende eines Widerstands 21 angelegt (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 ΔV_L den Schwellwert ΔV_L2 erreicht, und in einen Ein-Zustand versetzt wird, wenn ΔV_L gleich ΔV_L2 wird.
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.
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.
Eine Vergleichsschaltung 26A vergleicht ΔV_L mit einem Wert (nachfolgend als „ΔV_L4” 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 ΔV_L den Schwellwert ΔV_L4 erreicht, in einen Aus-Zustand versetzt, und wird in einen Ein-Zustand versetzt, wenn ΔV_L den Schwellwert ΔV_L4 erreicht.
Die Anschlussspannung V_c 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.
In diesem Modus wird wie in 6 gezeigt die Ladeoperation des Kondensators 23 zum Zeitpunkt t2 begonnen, wenn ΔV_L den Schwellwert ΔV_L2 erreicht. Die Ladezeitkonstante ist in diesem Fall gleich τ₁. Die Reduktionsgeschwindigkeit der der Entladungslampe zugeführten elektrischen Leistung wird also niedrig gehalten, sodass mehr elektrische Leistung zu der Entladungslampe zugeführt werden kann (während einer Zeitperiode zwischen t3 und t4).
Danach erreicht ΔV_L den Schwellwert ΔV_L4 zum Zeitpunkt t4, wodurch das Schaltelement 25 durch den Vergleicher 26A eingeschaltet wird, sodass die Ladungszeitkonstante zu τ₂ geschaltet wird.
Auf diese Weise wird die Zeitkonstante geschaltet, während der Änderungswert der Lampenspannung überwacht wird, sodass die zugeführte elektrische Leistung gesteuert werden kann.
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.
Weiterhin werden bei der oben beschriebenen Konfiguration die Anschlussspannung des Kondensators (23) zum Steuern des Timers und der Änderungswerts ΔV_L 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.

Claims

Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Entladungslampe (6), die kein Quecksilber enthält, zum graduellen Reduzieren der zu der Entladungslampe (6) zugeführten elektrischen Leistung über die Zeit während einer Übergangszeitperiode, bis die Entladungslampe (6) einen stabilen Leuchtzustand erreicht, mit: einer Einrichtung (9, 10) zum Erfassen eines Änderungswerts (ΔV_L) einer Lampenspannung gegenüber einem Anfangswert (V_LS) der Lampenspannung, und einer Einrichtung (7, 12) zum Steuern der elektrischen Leistung, die, nachdem der Änderungswert (ΔV_L) wenigstens einen ersten Schwellwert (ΔV_L2) erreicht hat, eine zeitliche Änderungsrate der zu der Entladungslampe (6) während der Übergangszeitperiode zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit einer Erhöhung des Änderungswerts (ΔV_L) oder über die Zeit stufenweise schaltet, wobei die Einrichtung (12) zum Steuern eine Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator (23) und mehreren Widerständen (21, 22, 24) umfasst, und eine Zeitkonstante (τ₁, τ₂) des Kondensators (23) in Abhängigkeit einer Erhöhung des Änderungswerts (ΔV_L) oder einer Erhöhung der Spannung des Kondensators (23) über einen Schalter (25, 36) geschaltet wird, wobei die elektrische Leistung während der Übergangszeitperiode mit einer ersten Zeitkonstante (τ₁) gesteuert wird, wenn der Änderungswert (ΔV_L) der Lampenspannung wenigstens den ersten Schwellwert (ΔV_L2) erreicht, und die elektrische Leistung mit einer zweiten Zeitkonstante (τ₂) gesteuert wird, die kleiner als die erste Zeitkonstante ist, wenn der Änderungswert (ΔV_L) einen zweiten Schwellwert (ΔV_L4) erreicht, oder die Spannung (V_c) des Kondensators einen Kondensatorschwellwert (V_TH) erreicht, wodurch die Reduktionsgeschwindigkeit der zugeführten elektrischen Leistung erhöht wird.