DE102007062242A1

DE102007062242A1 - Entladungslampe-Erregungsschaltung

Info

Publication number: DE102007062242A1
Application number: DE102007062242A
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Ichikawa; Takao Muramatsu
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2008-06-26
Also published as: CN101222809A; US7564200B2; US20080150445A1; JP2008159382A

Abstract

Eine Entladungslampe-Erregungsschaltung wird bereitgestellt. Die Entladungslampe-Erregungsschaltung enthält einen Leistungsversorgungsabschnitt, der eine Stromrichterschaltung aufweist, die ein Schaltelement aufweist; eine Serienresonanzschaltung, die einen Kondensator und eine Spule und/oder einen Transformator aufweist; und eine Antriebsschaltung, die das Schaltelement antreibt, wobei der Leistungsversorgungsabschnitt Gleichstromleistung in Wechselstromleistung wandelt und die Wechselstromleistung einer Entladungslampe zuführt; und einen Steuerabschnitt, der ein Frequenzsteuersignal zum Steuern einer Frequenz eines Antriebssignals, das von der Antriebsschaltung ausgegeben wird, erzeugt, wobei der Steuerabschnitt einen Phasendifferenzdetektionsabschnitt enthält, der eine Phasendifferenz zwischen einer Eingangsspannung und einem Eingangsstrom detektiert, die von der Stromrichterschaltung der Serienresonanzschaltung zugeführt werden; und einen Steuersignalerzeugungsabschnitt, der das Frequenzsteuersignal in Übereinstimmung mit der Phasendifferenz erzeugt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Vorrichtungen, die zu der vorliegenden Erfindung passen, betreffen eine Entladungslampe-Erregungsschaltung.
STAND DER TECHNIK
Um eine Entladungslampe, zum Beispiel eine Metallhalogenlampe, die als Scheinwerfer für ein Fahrzeug verwendet wird, erregen zu können, ist eine Erregungsschaltung (d.h. ein Vorschaltgerät) zum stabilen Zuführen von Leistung zu der Lampe notwendig. Zum Beispiel zeigt die ungeprüfte, japanische Patentveröffentlichung Nr. 2005-63821 eine Entladungslampe-Erregungsschaltung des Standes der Technik, die eine Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung enthält, welche eine Serienresonanzschaltung enthält. Die Gleichstrom-Wechselstrom-Wandelschaltung führt eine Wechselstromleistung einer Entladungslampe zu. Der Wert der zugeführten Leistung wird durch Ändern der Antriebsfrequenz der Serienresonanzschaltung gesteuert.
Entladungslampe-Erregungsschaltungen des Standes der Technik steuern auch das Zünden bzw. Leuchten einer Entladungslampe. Vor dem Zünden der Entladungslampe steuert die Entladungslampe-Erregungsschaltung des Standes der Technik nämlich eine Leerlaufspannung (OCV = Open Circuit Voltage), legt einen Hochspannungsimpuls an die Entladungslampe an, um die Entladungslampe zu zünden, und überträgt danach einen Zustand der Entladungslampe in einen stetigen Leuchtzustand, während eine einschwingende Eingangsleistung reduziert wird.
11 ist ein Kurvenverlauf, der konzeptionell die Beziehungen zwischen der Antriebsfrequenz der Serienresonanz schaltung und dem Wert der zugeführten Leistung (d.h. der OCV) zeigt. In 11 zeigt der Graph Ga die Beziehungen zwischen der Antriebsfrequenz und der OCV vor dem Zünden und der Graph Gb zeigt die Beziehungen zwischen der Antriebsfrequenz und der zugeführten Leistung nach dem Zünden. Wie in 11 gezeigt ist, hat der Wert der zugeführten Leistung (oder die OCV) zu der Entladungslampe einen Maximalwert, wenn die Antriebsfrequenz gleich der Serienresonanzfrequenz ist (d.h., fa vor dem Zünden, fb nach dem Zünden), und sinkt weiter ab, wenn die Antriebsfrequenz von der Serienresonanzfrequenz aus ansteigt (oder abnimmt). In einem Bereich, wo die Antriebsfrequenz niedriger als die Serienresonanzfrequenz ist, ist der Schaltverlust groß und die Leistungseffizienz ist reduziert. Die Höhe der Antriebsfrequenz wird deshalb derart gesteuert, dass sie in einem Bereich ist, wo die Antriebsfrequenz höher als die Serienresonanzfrequenz ist.
Bei der Erregungssteuerung einer Entladungslampe wird der Arbeitspunkt vor dem Zünden auf einen Punkt Pa gesetzt, der einer Antriebsfrequenz fc entspricht, die höher als die Serienresonanzfrequenz fa ist, und wird nach dem Zünden in einen Bereich X gesetzt, wo die Antriebsfrequenz höher als die Serienresonanzfrequenz fb ist. In einer Entladungslampe-Erregungsschaltung des Standes der Technik wird zum Beispiel der Übergang von dem Punkt Pa in den Bereich X in der nachfolgenden Art und Weise durchgeführt. Nachdem die Entladungslampe bei dem Arbeitspunkt Pa gezündet worden ist, wird die Antriebsfrequenz fc vor dem Zünden nur für eine bestimmte, konstante Zeitdauer aufrechterhalten. Zu dieser Zeit wird die Beziehung zwischen der Antriebsfrequenz und der zugeführten Leistung in den Kurvenverlauf Gb geändert. Deshalb wird der Arbeitspunkt in den Punkt Pc verschoben. Danach wird die Antriebsfrequenz erzwungenermaßen um einen vorgegebenen Änderungswert Δf (= fd – fc) geändert und der Arbeitspunkt wird in den Punkt Pb in dem Bereich X verschoben.
Ein Problem existiert in dem Stand der Technik jedoch darin, dass es sehr schwierig ist, die Frequenzänderung Δf aufgrund Änderungsbetrachtungen der Spannungsversorgung, der Streuungen der Betriebstemperatur und Fehlern der elektrischen Eigenschaften der elektrischen Komponenten zu setzen. Die Eigenschaften der elektrischen Komponenten, die in der Entladungslampe-Erregungsschaltung verwendet werden, streuen und die Differenz (fb – fa) zwischen den Resonanzfrequenzen vor und nach dem Zünden ist unterschiedlich für jede Entladungslampe-Erregungsschaltung. Auch in dem Fall, wenn Δf für jede Schaltung eingestellt wird, wenn sich die Eigenschaften der Schaltung aufgrund zum Beispiel von Alterungsverschlechterungen ändern, besteht die Möglichkeit, dass das ungeänderte, anfängliche Δf verursacht, dass sich die Zünd- bzw. Erregungs- oder Leuchteigenschaft verschlechtern.
Um unmittelbar nach dem Start des Zündens eine Bogenentladung einer Entladungslampe wachsen lassen zu können, damit der Leuchtzustand stabilisiert werden kann, muss eine Leistung mit einem bestimmten Wert oder Niveau oder höher von der Versorgungsquelle bzw. Leistungsquelle der Serienresonanzschaltung zugeführt werden. In dem oben bestehenden Verfahren des Standes der Technik, in dem der Frequenzänderungswert vorher gesetzt worden ist, gibt es jedoch den Fall, dass eine Leistung, die zum Sicherstellen der Leuchtstabilität ausreichend ist, nicht sichergestellt werden kann.
ÜBERBLICK
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Entladungslampe-Erregungsschaltung bereit, die bei einer Erregungssteuerung einer Entladungslampe ausreichend eine Erregungseigenschaft bzw. Leuchteigenschaft ent sprechend den Umgebungseigenschaften wie zum Beispiel den Änderungen der Versorgungsspannung und Streuungen der Betriebstemperatur und Änderung der Eigenschaften der Schaltungskomponenten aufrechterhalten kann.
Um die zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermeiden zu können, wird als ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Entladungslampe-Erregungsschaltung bzw. Entladungslampe-Beleuchtungsschaltung bereitgestellt, die eine Wechselstromleistung zum Erregen einer Entladungslampe der Entladungslampe zuführt, worin die Entladungslampe-Erregungsschaltung einen Versorgungsabschnitt bzw. Leistungszuführabschnitt aufweist, der hat: eine Stromrichterschaltung, die ein Schaltelement enthält; eine Serienresonanzschaltung, die eine Spule bzw. Induktor oder Drosselspule und/oder einen Transformator und einen Kondensator enthält; und eine Antriebsschaltung bzw. Treiberschaltung, die das Schaltelement antreibt, wobei der Versorgungsabschnitt einen Ausgang einer Gleichstromversorgungsquelle wandelt, um eine Wechselstromleistung der Entladungslampe zuführen zu können; und einen Steuerabschnitt, der ein Frequenzsteuersignal erzeugt, das eine Frequenz eines Antriebssignals, das von der Antriebsschaltung ausgegeben wird, steuert, und worin der Steuerabschnitt aufweist: einen Phasendifferenzdetektionsabschnitt, der eine Phasendifferenz zwischen einer Eingangsspannung und einem Eingangsstrom detektiert, die von der Stromrichterschaltung der Serienresonanzschaltung zugeführt werden; und einen Steuersignalerzeugungsabschnitt, der das Frequenzsteuersignal derart erzeugt, dass die Frequenz des Antriebssignals in Übereinstimmung mit der Phasendifferenz ansteigt oder abfällt.
In der Entladungslampe-Erregungsschaltung wird die Phasendifferenz zwischen der Eingangsspannung und dem Eingangsstrom, die von der Stromrichterschaltung der Serienresonanzschaltung zugeführt werden, detektiert, wodurch die induktiven und kapazitiven Tiefen bzw. Werte der Serienresonanzschaltung, wie sie von der Stromrichterschaltung aus gesehen werden, bestimmt werden, und die Antriebsfrequenz der Stromrichterschaltung wird auf der Basis der Phasendifferenz angehoben oder abgesenkt. Gemäß diesem Aufbau kann die Antriebsfrequenz der Stromrichterschaltung der Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung folgend eingestellt werden. Auch wenn die Schaltung oder die Umgebungseigenschaften variieren, kann deshalb eine ausreichende Leistung der Entladungslampe zugeführt werden und die Leuchtstabilität der Entladungslampe kann vorteilhaft sichergestellt werden.
Der Phasendifferenzdetektionsabschnitt kann enthalten:
eine erste Phasendifferenzdetektionsschaltung, die, wenn die Phase der Eingangsspannung der Phase des Eingangsstromes vorauseilt, ein induktives Detektionssignal erzeugt, das eine Impulsweite hat, die proportional zu der Phasendifferenz ist; und eine zweite Phasendifferenzdetektionsschaltung, die, wenn die Phase der Eingangsspannung der Phase des Eingangsstroms nacheilt, ein kapazitives Detektionssignal erzeugt, das eine Impulsweite hat, die proportional zur Phasendifferenz ist, wobei der Steuersignalerzeugungsabschnitt enthält: einen Detektionskondensator, bei dem ein Ende auf eine erste Spannung gesetzt ist; eine Ladeschaltung, die mit einem anderen Ende des Detektionskondensators gekoppelt ist und die einen Strom dem anderen Ende des Detektionskondensators in Übereinstimmung mit dem einen induktiven oder kapazitiven Detektionssignal zuführt; eine Entladeschaltung, die mit dem anderen Ende des Detektionskondensators gekoppelt ist und die einen Strom von dem anderen Ende des Detektionskondensators in Übereinstimmung mit dem anderen induktiven oder kapazitiven Detektionssignal zieht bzw. entnimmt; und eine Signalerzeugungsschaltung, die eine Spannung an dem Detektionskondensator detektiert und die das Frequenzsteuersignal derart erzeugt, dass die Frequenz des Antriebssignals in Übereinstimmung mit der anliegenden Spannung erhöht oder abgesenkt wird, und wobei die erste Spannung auf einen Wert zwischen einer Versorgungsspannung, die der Ladeschaltung zugeführt wird, und einer Versorgungsspannung gesetzt wird, die der Entladeschaltung zugeführt wird.
In diesem Fall wird durch den Phasendifferenzdetektionsabschnitt das Signal, das die Impulsweite entsprechend der induktiven Tiefe bzw. dem induktiven Wert hat, erzeugt und wird das Signal, das die Impulsweite entsprechend der kapazitiven Tiefe bzw. dem kapazitiven Wert hat, erzeugt. In dem Steuersignalerzeugungsabschnitt wird der Detektionskondensator in Übereinstimmung mit Impulsen der beiden Signale geladen oder entladen und die Antriebsfrequenz des Antriebssignals der Stromrichterschaltung wird gemäß der Spannung an dem Detektionskondensator eingestellt. Deshalb kann die Antriebsfrequenz der Stromrichterschaltung gezwungen werden, der Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung durch einen einfachen Schaltungsaufbau zu folgen. Das eine Ende des Detektionskondensators ist auf einen Wert zwischen der Versorgungsspannung der Ladeschaltung und der der Entladeschaltung gesetzt, wodurch ermöglicht wird, dass die Frequenz in Übereinstimmung mit dem induktiven Zustand und dem kapazitiven Zustand der Serienresonanzschaltung sicher folgen kann.
Die Entladungslampe-Erregungsschaltung kann weiterhin einen Startabschnitt aufweisen, der einen Hochspannungsimpuls an die Entladungslampe anlegt, um ein Leuchten zu fördern, und der Steuersignalerzeugungsabschnitt entlädt den Detektionskondensator in Übereinstimmung mit der Detektion des Hochspannungsimpulses in dem Startabschnitt. Gemäß diesem Aufbau wird in dem Fall, in dem die Schaltung derart gesetzt ist, dass die Antriebsfrequenz schnell nach dem Anlegen des Hochspannungsimpulses geändert wird, der Zustand der Serienresonanzschaltung, der in der Vergangenheit detektiert worden ist, beim Starten des Leuchtens bzw. Zündens zurückgesetzt, wodurch die Frequenz gezwungen werden kann, sofort und stabil der Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung in Übereinstimmung mit dem Zustand beim Starten des Leuchtens zu folgen.
Die Entladungslampe-Erregungsschaltung kann weiterhin einen Startabschnitt aufweisen, der einen Hochspannungsimpuls an die Entladungslampe anlegt, um ein Leuchten bzw. Zünden zu fördern, wobei der Phasendifferenzdetektionsabschnitt enthält: eine erste Phasendifferenzdetektionsschaltung, die, wenn die Phase der Eingangsspannung der Phase des Eingangsstromes vorauseilt, ein induktives Detektionssignal erzeugt, das eine Impulsweite hat, die proportional zur Phasendifferenz ist; und eine zweite Phasendifferenzdetektionsabschnitt, die, wenn die Phase der Eingangsspannung der Phase des Eingangsstromes nacheilt, ein kapazitives Detektionssignal erzeugt, das eine Impulsweite hat, die proportional zu der Phasendifferenz ist, und wobei der Steuersignalerzeugungsabschnitt enthält: einen Detektionskondensator; eine Entladungsschaltung, die mit dem Detektionskondensator gekoppelt ist und die einen Strom dem Detektionskondensator in Übereinstimmung mit dem induktiven Detektionssignal oder dem kapazitiven Detektionssignal zuführt; eine Entladungsschaltung, die mit dem Detektionskondensator gekoppelt ist und die einen Strom von dem Detektionskondensator in Übereinstimmung mit dem anderen induktiven oder kapazitiven Detektionssignal zieht bzw. entnimmt; eine Signalerzeugungsschaltung, die eine Spannung an dem Detektionskondensator empfängt und die das Frequenzsteuersignal derart erzeugt, dass die Frequenz des Antriebssignals in Übereinstimmung mit der Spannung an dem Detektionskondensator ansteigt oder abfällt; und einen Schaltabschnitt, der die Spannung an dem Detektionskondensator der Signalerzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit der Detektion des Hochspannungsimpulses in dem Startabschnitt zuführt und der vor der Detektion des Hochspannungsimpulses eine Spannung entsprechend der momentanen Frequenz des Antriebssignals an den Detektionskondensator anlegt.
In diesem Fall wird durch den Phasendifferenzdetektionsabschnitt das Signal, das die Impulsweite entsprechend der induktiven Tiefe hat, erzeugt und wird das Signal erzeugt, das die Impulsweite entsprechend der kapazitiven Tiefe hat. In dem Steuersignalerzeugungsabschnitt wird der Detektionskondensator in Übereinstimmung mit den Impulsen von den beiden Signalen geladen oder entladen und die Antriebsfrequenz des Antriebssignals der Stromrichterschaltung wird in Übereinstimmung mit der anliegenden Spannung an dem Detektionskondensator eingestellt. Gemäß dem Aufbau kann die Antriebsfrequenz der Stromrichterschaltung gezwungen werden, der Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung durch einen einfachen Schaltungsaufbau zu folgen. Wenn die Antriebsfrequenz nach dem Starten des Erregens bzw. Zündens kontinuierlich von der Frequenz vor dem Start des Erregens aus geändert wird, kann die Entladungslampe stabil in eine Lichtbogenentladung durch das Starten übertragen werden.
Der Steuersignalerzeugungsabschnitt kann eine Betriebsfrequenz in der Serienresonanzschaltung derart steuern, dass an eine Resonanzfrequenz durch Erzeugen des Frequenzsteuersignals angenähert wird. Wenn der Steuersignalerzeugungsabschnitt angeordnet ist, wird die Leistung, die der Leuchtsteuerschaltung zugeführt wird, nahe an einen maximalen Wert gebracht, wodurch die Leuchtstabilität weiter verbessert werden kann.
Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann bei einer Erregungssteuerung einer Entladungslampe eine Erregungseigenschaft bzw. Zündeigenschaft oder Leuchteigenschaft ausreichend entsprechend den Umgebungseigenschaften wie zum Beispiel den Änderungen der Versorgungs spannung und Streuungen der Betriebstemperatur und Eigenschaften der Schaltungskomponenten aufrechterhalten werden.
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung können aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den beiliegenden Zeichnungen und den Ansprüchen hervorgehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Entladungslampe-Erregungsschaltung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Kurvenverlauf, der konzeptionell die Beziehungen zwischen einer Antriebsfrequenz und einer zugeführten Leistung zeigt;
3(a), 3(b) und 3(c) sind Ansichten, die Signalwellenverläufe in einer Serienresonanzschaltung in einem Fall zeigen, in dem eine Antriebsfrequenz in einem induktiven Bereich ist, und 3(a) zeigt eine Signalwellenform einer Eingangsspannung, 3(b) zeigt eine Signalwellenform eines Eingangsstromes und 3(c) zeigt einen Signalwellenverlauf, der durch Formen eines Eingangsstromes in eine Rechteckwelle erhalten wird;
4(a), 4(b) und 4(c) sind Ansichten, die Signalwellenverläufe in einer Serienresonanzschaltung in einem Fall zeigen, in dem die Antriebsfrequenz in einem kapazitiven Bereich ist, und 4(a) zeigt eine Signalwellenform einer Eingangsspannung, 4(b) zeigt eine Signalwellenform eines Eingangsstromes und 4(c) zeigt eine Signalwellenverlauf, die durch Formen eines Eingangsstromes in eine Rechteckwelle erhalten wird;
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Aufbau eines Phasendifferenzdetektionsabschnitts zeigt;
6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) sind Ansichten, die Signalwellenformen in einem Fall zeigen, in dem die Serienresonanzschaltung in einem induktiven Bereich ist, und 6(a) zeigt einen Wellenverlauf einer Eingangsspannung, 6(b) zeigt eine Signalwellenform, die durch Formen eines Eingangsstromes in eine Rechteckwelle erhalten wird, 6(c) zeigt eine Wellenform eines induktiven Detektionssignals und 6(d) zeigt eine Wellenform eines kapazitiven, induktiven Detektionssignals;
7(a), 7(b), 7(c) und 7(d) sind Ansichten, die Signalwellenformen in einem Fall zeigen, in dem eine Serienresonanzschaltung in einem kapazitiven Bereich ist, und 7(a) zeigt eine Wellenform einer Eingangsspannung, 7(b) zeigt eine Signalwellenform, die durch Formen eines Eingangsstromes in eine Rechteckwellenform erhalten wird, 7(c) zeigt eine Wellenform eines induktiven Detektionssignals und 7(d) zeigt eine Wellenform eines kapazitiven, induktiven Detektionssignals;
8 ist ein Schaltungsdiagramm, das im Detail einen Aufbau einer Signalerzeugungsschaltung und einen Spannungsfrequenz(V-F)-Wandelabschnitt zeigt, der in 1 gezeigt ist;
9 ist ein Schaltungsdiagramm, das im Detail einen Aufbau einer Signalerzeugungsschaltung und einen V-F-Wandel abschnitt einer Entladungslampe-Erregungsschaltung gemäß einer weiteren, exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Schaltungsdiagramm, das im Detail einen Aufbau einer Ladeschaltung und Entladeschaltung einer Entladungslampe-Erregungsschaltung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11 ist ein Kurvenverlauf, der konzeptionell die Beziehungen zwischen einer Antriebsfrequenz der Serienresonanzschaltung und einem Niveau der zugeführten Leistung gemäß dem Stand der Technik zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER EXEMPLARISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Nachfolgend werden exemplarische Ausführungsformen der Entladungslampe-Erregungsschaltung der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden identische oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre wiederholte Beschreibung wird hier deshalb weggelassen.
1 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer Entladungslampe-Erregungsschaltung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Entladungslampe-Erregungsschaltung 1, die in 1 gezeigt ist, führt eine Wechselstromleistung zum Erregen bzw. Zünden oder Leuchten einer Entladungslampe L der Entladungslampe L zu und wandelt eine Gleichspannung von einer Gleichspannungsversorgung B in eine Wechselspannung um und führt die Wechselspannung der Entladungslampe L zu. Die Entladungslampe- Erregungsschaltung 1 kann zum Beispiel in einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Fahrzeug, zum Beispiel einem Scheinwerfer, verwendet werden. Zudem kann die Entladungslampe-Erregungsschaltung 1 bzw. Entladungslampe-Beleuchtungsschaltung in einem weiten Bereich von Anwendungen verwendet werden, und zwar grundsätzlich dort, wo ein Scheinwerfer verwendet wird. Als Entladungslampe L kann zum Beispiel eine quecksilberfreie Metallhalogenidlampe verwendet werden. Eine Entladungslampe einer anderen Art kann jedoch auch mit der Entladungslampe-Erregungsschaltung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Gemäß 1 umfasst die Entladungslampe-Erregungsschaltung 1: einen Leistungsversorgungsabschnitt 2, der eine Leistungszuführung von der Gleichspannungsversorgung B empfängt und der Wechselstromleistung der Entladungslampe L zuführt; einen Steuerabschnitt 3, der einen Wert der Leistung, der der Entladungslampe L zugeführt werden soll, steuert; und eine Spannungsfrequenz(V-F)-Wandelabschnitt 4, der eine Spannungsfrequenzwandlung (V-F-Wandlung) eines Frequenzsteuersignals S_C1 durchführt, das ein analoges Signal ist, das von dem Steuerabschnitt 3 zugeführt wird, um ein Steuersignal S_C2 zu erzeugen.
Der Leistungsversorgungsabschnitt 2 führt Leistung zu, wobei deren Wert auf dem Steuersignal S_C2 basiert, das von dem V-F-Wandelabschnitt 4 der Entladungslampe L zugeführt wird. Der Leistungsversorgungsabschnitt 2 ist mit der Gleichstromversorgungsquelle B gekoppelt, zum Beispiel einer Gleichstrombatterie, um die Gleichspannung von der Gleichstromversorgungsquelle B zu empfangen und führt einen Wechselstromwandelbetrieb und einen Spannungsverstärkungsbetrieb durch. In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Leistungsversorgungsabschnitt 2: einen Startabschnitt 5, der beim Starten der Erregung einen Hochspannungs impuls an die Entladungslampe L anlegt, um ein Zünden bzw. Leuchten hervorzurufen; einen Halbbrückenstromrichter (d.h. eine Stromrichterschaltung) 6, in der zwei Transistoren 6a, 6b, die Schaltelemente sind, in Serie verbunden sind; und einen Brückentreiber (d.h. eine Antriebsschaltung) 7, die die Transistoren 6a, 6b derart ansteuert, dass sie alternierend geschaltet werden. Wie in 1 gezeigt ist, können zum Beispiel N-Kanal-Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOS-FETs) als Transistoren 6a, 6b verwendet werden. In Alternative können andere FETs oder bipolare Transistoren verwendet werden. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist der Drain-Anschluss des Transistors 6a mit einem positiven Anschluss der Gleichstromleistungsquelle B über einen Schalter SW gekoppelt, der für das Starten des Leuchtbetriebs verwendet wird, wobei der Source-Anschluss des Transistors 6a mit dem Drain-Anschluss des Transistors 6b gekoppelt ist und wobei der Gate-Anschluss des Transistors 6a mit dem Brückentreiber 7 gekoppelt ist. Der Source-Anschluss des Transistors 6b ist mit einer Erdepotenziallinie GND (d.h. einem Minusanschluss der Gleichstromleistungsquelle B) gekoppelt und der Gate-Anschluss des Transistors 6b ist mit dem Brückentreiber 7 gekoppelt. Der Brückentreiber 7 führt Antriebssignale S_d1, S_d2, die entgegengesetzt in der Phase zueinander sind, auf der Basis des Steuersignals S_C2, das ein Impulssignal ist, den Gate-Anschlüssen der Transistoren 6a, 6b zu, wodurch die Transistoren 6a, 6b dazu gezwungen werden, alternierend leitend zu werden.
Der Leistungsversorgungsabschnitt 2 umfasst weiterhin einen Transformator 8, einen Kondensator 9 und eine Spule 10. Der Transformator 8 ist derart angeordnet, dass er einen Hochspannungsimpuls an die Entladungslampe L anlegt, die Leistung zuführt und die Leistung erhöht. Der Transformator 8, der Kondensator 9 und die Spule 10 weisen eine Serienresonanzschaltung auf. Die Primärwicklung 8a des Transformators 8, die Spule 10 und der Kondensator 9 sind nämlich in Serie gekop pelt. Ein Ende der Serienschaltung ist mit dem Source-Anschluss des Transistors 6a und dem Drain-Anschluss des Transistors 6b gekoppelt und das andere Ende ist mit der Erdepotenziallinie GND gekoppelt. Gemäß diesem Aufbau wird die Resonanzfrequenz durch eine kombinierte Recktanz bestimmt, die durch die Leckinduktanz der Primärwicklung 8a des Transformators 8 und durch die Induktanz der Spule 10 und die Kapazität des Kondensators 9 aufgebaut ist. In Alternative kann die Serienresonanzschaltung durch nur die Primärwicklung 8a und den Kondensator 9 aufgebaut sein und die Spule 10 kann weggelassen werden. In Alternative kann die Induktanz der Primärwicklung 8a so festgelegt sein, dass sie viel kleiner als die der Spule 10 ist und die Resonanzfrequenz kann im wesentlichen durch die Spule 10 und die Kapazität des Kondensators 9 bestimmt sein.
In dem Leistungsversorgungsabschnitt 2 werden die Transistoren 6a, 6b abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet, wodurch eine Wechselstromleistung verursacht wird, die in der Primärwicklung 8a des Transformators 8 erzeugt wird. Die Wechselstromleistung wird zu der Sekundärwicklung 8b des Transformators 8 gesendet, während sie erhöht wird, und wird dann der Entladungslampe L, die mit der Sekundärwicklung 8b gekoppelt ist, zugeführt. Der Brückentreiber 7, der die Transistoren 6a, 6b antreibt, treibt die Transistoren 6a, 6b derart komplementär an, dass beide Transistoren 6a, 6b nicht gleichzeitig in dem leitenden Zustand sind.
Nachfolgend werden Beziehungen zwischen der Antriebsfrequenz der Serienresonanzschaltung des Leistungsversorgungsabschnitts 2 und der Leistung, die der Entladungslampe L zugeführt wird, mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 ist ein Kurvenverlauf, der konzeptionell die Beziehungen zwischen der Antriebsfrequenz und den Transistoren 6a, 6b und der zugeführten Leistung zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, hat der Wert der Leistung, die der Entladungslampe L zugeführt wird, einen Maximalwert Pmax, wenn die Antriebsfrequenz gleich der Resonanzfrequenz fon der Serienresonanzschaltung ist, und nimmt ab, wenn die Antriebsfrequenz erhöht wird (oder abgesenkt wird) von der Resonanzfrequenz fon der Serienresonanzschaltung aus. Dieser Anstieg des Wertes, wenn sich die Antriebsfrequenz von der Resonanzfrequenz fon der Serienresonanzschaltung wegbewegt, tritt auf, da eine Impedanz der Serienresonanzschaltung durch die Frequenz des Antriebs der Transistoren 6a, 6b durch den Brückentreiber 7 geändert wird. Der Wert der Wechselstromleistung, die der Entladungslampe L zugeführt wird, kann deshalb durch Ändern der Antriebsfrequenz gesteuert werden. Wenn die Antriebsfrequenz niedriger als die Resonanzfrequenz fon ist, kann jedoch ein Schaltverlust ansteigen und der Leistungswirkungsgrad wird folglich reduziert. Es ist deshalb von Vorteil, die Höhe der Antriebsfrequenz des Brückentreibers 7 derart zu steuern, dass sie innerhalb eines Bereichs A in 2 ist, einem Bereich, in dem die Antriebsfrequenz höher als die Resonanzfrequenz fon ist. Der Bereich, in dem die Frequenz niedriger als die Resonanzfrequenz fon ist, wird als ein kapazitiver Bereich bezeichnet und der Bereich, in dem die Frequenz höher als die Resonanzfrequenz fon ist, wird als ein induktiver Bereich bezeichnet.
3(a), 3(b) und 3(c) und 4(a), 4(b) und 4(c) zeigen Beziehungen zwischen der Spannung und dem Strom, die von dem Halbbrückenstromrichter 6 der Serienresonanzschaltung in einem Fall zugeführt werden, indem die Antriebsfrequenz in dem induktiven Bereich oder dem kapazitiven Bereich ist. 3(a), 3(b) und 3(c) sind Ansichten, die Signalwellenverläufe in einem Fall zeigen, in dem die Antriebsfrequenz in dem induktiven Bereich ist, und 3(a) zeigt den Signalwellenform einer Eingangsspannung V₁, 3(b) zeigt die Signalwellenform eines Eingangsstromes I₁ und 3(c) zeigt eine Signalwellenform I₂, die durch Formen eines Eingangsstromes zu einer Rechteckwelle erhalten wird. 4(a), 4(b) und 4(c) sind Ansich ten, die Signalwellenverläufe in einem Fall zeigen, in dem die Antriebsfrequenz in einem kapazitiven Bereich ist, und 4(a) zeigt den Signalwellenform einer Eingangsspannung V₁, 4(b) zeigt die Signalwellenform I₂ eines Eingangsstromes I₁ und 4(c) zeigt einen Signalwellenverlauf, der durch Formen des Eingangsstromes I₁ zu einer Rechteckwelle erhalten wird. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, eilt in dem Fall, in dem die Antriebsfrequenz in dem induktiven Bereich ist, die Eingangsspannung V₁ in der Phase dem Eingangsstrom I₁ voraus und in dem Fall, in dem die Antriebsfrequenz in dem kapazitiven Bereich ist, eilt die Eingangsspannung V₁ in der Phase dem Eingangsstrom I₁ nach.
Gemäß 1 ist der Startabschnitt 5 der Entladungslampe-Erregungsschaltung 1 eine Schaltung zum Anlegen eines Hochspannungsimpulses zum Starten an die Entladungslampe L. Eine Triggerspannung und ein Triggerstrom (d.h. ein Hochspannungsimpuls) werden an die Primärwicklung 8a des Transformators 8 angelegt, wodurch der Hochspannungsimpuls der Wechselspannung überlagert wird, die in der Sekundärwicklung 8b des Transformators 8 erzeugt wird. Genauer umfasst der Startabschnitt 5: einen Startkondensator, der Leistung zum Erzeugen des Hochspannungsimpulses speichert; ein selbstdurchbrechendes Schaltelement (nicht gezeigt), zum Beispiel einen Funkenspalt oder Gasfunkenableiter und Ähnliches. In dem Startabschnitt 5, wenn die Spannung an dem Startkondensator gezwungen wird, die Entladestartspannung zu erreichen, indem der Startkondensator während des Erregungsstarterbetriebs geladen wird, wird das selbstdurchbrechende Schaltelement momentan in den leitenden Zustand gesetzt, wodurch die Triggerspannung und der Triggerstrom ausgelöst werden. In dem Moment, in dem die Triggerspannung und der Triggerstrom erzeugt werden, erzeugt der Startabschnitt 5 ein Impulsdetektionssignal S_P und sendet das Impulsdetektionssignal S_P zu dem Steuerabschnitt 3, der nachfolgend beschrieben wird.
Der Steuerabschnitt 3 der Entladungslampe-Erregungsschaltung 1 ist eine Schaltung zum Steuern einer Frequenz der Antriebssignale S_d1, S_d2, die von dem Brückentreiber 7 zugeführt werden, um die Antriebsfrequenz der Serienresonanzschaltung einzustellen, und hat einen Spannungsdetektionsabschnitt 15, einen Stromdetektionsabschnitt 16, einen Phasendifferenzdetektionsabschnitt 17, einen ersten Steuersignalerzeugungsabschnitt 18 für das erste Steuersignal und einen zweiten Steuersignalerzeugungsabschnitt 19 für das zweite Steuersignal.
Der Spannungsdetektionsabschnitt 15 detektiert die Eingangsspannung V₁, die von dem Halbbrückenstromrichter 6 der Serienresonanzschaltung zugeführt wird und führt ein Detektionssignal der Eingangsspannung V₁, das als Rechteckwelle ausgebildet ist, dem Phasendifferenzdetektionsabschnitt 17 zu. Ähnlich detektiert der Stromdetektionsabschnitt 16 den Eingangsstrom I₁, der von dem Halbbrückenstromrichter 6 der Serienresonanzschaltung zugeführt wird, und führt das Detektionssignal I₂ des Eingangsstroms I₁, der in eine Rechteckwelle geformt ist, dem Phasendifferenzdetektionsabschnitt 17 zu. Als Verfahren, durch das der Stromdetektionsabschnitt 16 den Eingangsstrom I₁ detektiert, können verschiedene Verfahren verwendet werden. Da die Kapazität des Kondensators 9 bekannt ist, kann zum Beispiel die Wellenform des Eingangsstromes I₁ durch Detektieren der Spannungen an beiden Enden des Kondensators 9 erhalten werden.
Der Phasendifferenzdetektionsabschnitt 17 ist eine Schaltung, die die Phasendifferenz zwischen der Eingangsspannung V₁ und dem Eingangsstrom I₁ detektiert, um Informationen bezüglich einer induktiven Tiefe bzw. eines induktiven Werts oder einer kapazitiven Tiefe bzw. eines kapazitiven Werts bei der Antriebsfrequenz der Serienresonanzschaltung erhalten zu können, und ist durch eine induktive Detektionsschaltung (d.h. eine erste Phasendifferenzdetektionsschaltung) 17a und eine kapazitive Detektionsschaltung (d.h. eine zweite Phasendifferenzdetektionsschaltung) 17b aufgebaut.
5 zeigt den Schaltungsaufbau des Phasendifferenzdetektionsabschnitts 17 im größeren Detail. Wie in der Figur gezeigt ist, umfasst die induktive Detektionsschaltung 17a zwei D-Flip-Flops 20, 21 und eine ODER-Schaltung 22 und die kapazitive Detektionsschaltung 17b umfasst zwei D-Flip-Flop 23, 24 und eine ODER-Schaltung 25. Die Daten (D)-Anschlüsse der D-Flip-Flops 20, 21, 23, 24 werden durch eine positive Spannung vorgespannt und sind auf einem hohen Niveau fixiert. Das Detektionssignal der Eingangsspannung V₁ wird dem Takt(CK)-Anschluss des D-Flip-Flops 20 zugeführt, eine Spannung, die eine Umkehrung des Detektionssignals der Eingangsspannung V₁ ist, wird dem CK-Anschluss des D-Flip-Flops 21 zugeführt, die Signalwellenform I₂, die durch Formen des Eingangsstromes I₁ in eine Rechteckwelle erhalten wird, wird dem Takt(CK)-Anschluss des D-Flip-Flops 23 zugeführt und eine Spannung, die eine Inversion bzw. Umkehrung der Signalwellenform I₂ ist, wird dem CK-Anschluss des D-Flip-Flops 24 zugeführt. Die Q-Ausgänge der Flip-Flops 20, 21 werden der ODER-Schaltung 22 zugeführt und der Ausgang der ODER-Schaltung 22 wird als ein induktives Detektionssignal S_L der induktiven Detektionsschaltung 17a gesetzt. Die Q-Ausgänge der Flip-Flops 23, 24 werden der ODER-Schaltung 25 zugeführt und der Ausgang der ODER-Schaltung 25 wird als ein kapazitives, induktives Detektionssignal S_C der kapazitiven Detektionsschaltung 17b gesetzt.
6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) sind Ansichten, die Signalwellenformen in dem Fall zeigen, in dem die Serienresonanzschaltung des Leistungsversorgungsabschnitts 2 in dem induktiven Bereich ist, und 6(a) zeigt einen Wellenverlauf der Eingangsspannung V₁, 6(b) zeigt einen Wellenverlauf des Signals I₂, das durch Formen des Eingangsstromes I₁ in eine Recht eckwelle erhalten wird, 6(c) zeigt eine Wellenform des induktiven Detektionssignals S_L, und 6(d) zeigt eine Wellenform des kapazitiven, induktiven Detektionssignals S_C. Auf diese Art und Weise ist das induktive Detektionssignal S_L, das durch die induktive Detektionsschaltung 17a erzeugt wird, auf einem hohen Niveau während einer Zeitdauer von einem Anstieg von V₁, wenn I₂ auf einem niedrigen Pegel ist, zu einem Anstieg von I₂, und während einer Zeitdauer von einem Abfall von V₁, wenn I₂ auf einem hohen Niveau ist, zu einem Abfall von I₂. Wenn die Eingangsspannung V₁ in der Phase dem Eingangsstrom I₁ vorauseilt, erzeugt die induktive Detektionsschaltung 17a deshalb ein induktives Detektionssignal S_L, das eine Impulsweite hat, die proportional zu der Phasendifferenz ist. Die Impulsweite des induktiven Detektionssignals S_L gibt nämlich die induktive Tiefe der Serienresonanzschaltung in dem Antriebszustand wieder.
Im Unterschied hierzu sind 7(a), 7(b), 7(c) und 7(d) Ansichten, die Wellenverläufe in einem Fall zeigen, in dem die Serienresonanzschaltung und der Leistungsversorgungsabschnitt 2 in dem kapazitiven Bereich sind, und 7(a) zeigt den Wellenverlauf der Eingangsspannung V₁, 7(b) zeigt einen Wellenverlauf des Signals I₂, 7(c) zeigt einen Wellenverlauf des induktiven Detektionssignals S_L und 7(d) zeigt einen Wellenverlauf des kapazitiven, induktiven Detektionssignals S_C. Auf diese Art und Weise ist das kapazitive Detektionssignal S_C, das durch die induktive Detektionsschaltung 17b erzeugt wird, auf einem hohen Niveau während einer Zeitdauer von einem Anstieg von I₂, wenn V₁ auf einem niedrigen Pegel ist, bis zu einem Anstieg von V₁, und während der Zeitdauer von einem Abfall von I₂, wenn V₁ auf einem hohen Niveau ist, bis zu einem Abfall von V₁. Wenn die Eingangsspannung V₁ in der Phase dem Eingangsstrom I₁ nachfolgt, erzeugt deshalb die kapazitive Detektionsschaltung 17b ein kapazitives Detektionssignal S_C, das eine Impulsweite hat, die proportional zu der Phasendifferenz ist. Die Impulsweite des kapazitiven Detektionssignals S_C gibt nämlich die kapazitive Tiefe der Serienresonanzschaltung in dem Antriebszustand wieder.
Gemäß 1 steuert der erste Steuersignalerzeugungsabschnitt 18 auf der Basis der Lampenspannung V_L und des Lampenstromes I_L der Entladungslampe L die Antriebsfrequenz des Brückentreibers 7 (d.h. den Wert der Leistung, die der Entladungslampe L zugeführt wird). Der erste Steuersignalerzeugungsabschnitt 18 ist eine Schaltung, die ein Frequenzsteuersignal S_C1 derart erzeugt, dass ein Wert der Leerlaufspannung (OCV) oder Leistung, die der Entladungslampe L zugeführt wird, nahe an dem Schwellenwert (der vorher bestimmt werden kann) ist, und ist durch einen Berechnungsabschnitt 26 und einem Fehlerverstärker 27 aufgebaut. Der Berechnungsabschnitt 26 berechnet die Spannung, die an die Entladungslampe L angelegt wird, oder die zugeführte Leistung auf der Basis der Werte der Lampenspannung V_L und des Lampenstromes I_L, die auf der Seite der Sekundärwicklung 8b des Transformators 8 detektiert werden und erzeugt ein Spannungssignal derart, dass die berechnete Spannung oder die zugeführte Leistung nahe eines Schwellenwerts oder einer Zeitfunktion sind. Der Fehlerverstärker 27 invertiert und verstärkt das Spannungssignal, das von dem Berechnungsabschnitt 26 zugeführt wird, und gibt das resultierende Signal als das Frequenzsteuersignal S_C1 aus. In Übereinstimmung mit dem Spannungspegel des Frequenzsteuersignals S_C1 wird die Antriebsfrequenz des Brückentreibers 7 gesteuert.
Der zweite Steuersignalerzeugungsabschnitt 19 steuert die Antriebsfrequenz des Brückentreibers 7 auf der Basis des induktiven Detektionssignals S_L und des kapazitiven, induktiven Detektionssignals S_C, die durch den Phasendifferenzdetektionsabschnitt 17 erzeugt werden. Der zweite Steuersignalerzeugungsabschnitt 19 weist eine Ladeschaltung 28, eine Entlade schaltung 29, einen Detektionskondensator 30, ein Schaltelement 31 und eine Signalerzeugungsschaltung 32 auf.
Die Ladeschaltung 28 ist durch Koppeln einer Stromquelle 28a und eines Schaltelements 28b in Serie aufgebaut. Ein Ende der Stromquelle 28a ist mit einer Spannungsversorgung bzw. Leistungsquelle, die auf eine positive Spannung V_CC gesetzt ist, gekoppelt und das andere Ende ist mit dem Schaltelement 28b gekoppelt. Im Unterschied hierzu ist die Entladeschaltung 29 durch Koppeln einer Stromquelle 29a und eines Schaltelements 29b in Serie aufgebaut. Ein Ende der Stromquelle 29a ist geerdet und das andere Ende ist mit dem Schaltelement 29b gekoppelt. Die Schaltelemente 28b, 29b sind miteinander derart gekoppelt, dass die Ladeschaltung 28 und die Entladeschaltung 29 eine Serienschaltung aufweisen. Die Stromquelle 28a führt einen Strom der Entladeschaltung 29 über das Schaltelement 28b zu und die Stromquelle 29a zieht einen Strom von der Entladeschaltung 29 über das Schaltelement 29b. Das Schaltelement 29b wird in Übereinstimmung mit dem induktiven Detektionssignal S_L von der induktiven Detektionsschaltung 17a ein- und ausgeschaltet und das Schaltelement 28b wird ein- und ausgeschaltet in Übereinstimmung mit dem kapazitiven, induktiven Detektionssignal S_C von der kapazitiven Detektionsschaltung 17b. Die Kombinationen aus der Stromquelle 28a und dem Schaltelement 28b und aus der Stromquelle 29a und dem Schaltelement 29b können durch Schaltungen ersetzt werden, die derart arbeiten, dass sie ein Schalten zwischen dem Betrieb der entsprechenden Stromquelle und einer hohen Impedanz in Übereinstimmung mit dem induktiven Detektionssignal S_L oder dem kapazitiven, induktiven Detektionssignal S_C durchführen.
Ein Ende des Detektionskondensators 30 ist auf eine Zwischenspannung V_O zwischen der positiven Spannung V_CC, die von der Ladeschaltung 28 zugeführt wird, und der Erdespannung, die von der Entladeschaltung 29 zugeführt wird, gesetzt und das andere Ende ist mit der Ladeschaltung 28 und der Entladeschaltung 29 gekoppelt. Die Zwischenspannung V_O kann auf irgendeinen Wert zwischen der positiven Spannung V_CC und der Erdespannung gesetzt sein.
Gemäß diesem Aufbau wird ein Strom von der Ladeschaltung 28 zu dem anderen Ende des Detektionskondensators 30 in Übereinstimmung mit dem kapazitiven, induktiven Detektionssignal S_C zugeführt und die Entladeschaltung 29 zieht einen Strom von dem anderen Ende des Detektionskondensators 30 in Übereinstimmung mit dem induktiven Detektionssignal S_L. Durch die Ladeschaltung und Entladeschaltung, die die Stromquellen enthalten, wird nämlich die Zeitänderung der Spannung an dem Detektionskondensator 30 konstant unabhängig von der Kondensatorspannung gemacht. Die Spannung an dem Detektionskondensator 30 wird deshalb in Übereinstimmung mit der Phasendifferenz zwischen der Eingangsspannung V₁ und dem Eingangsstrom I₁ erhöht oder abgesenkt, d.h. der induktiven Tiefe und der kapazitiven Tiefe der Serienresonanzschaltung.
Das Schaltelement 31 ist entlang des Detektionskondensators 30 gekoppelt und wird zum Zurücksetzen des Antriebszustands verwendet, der durch den Detektionskondensator 30 detektiert wird. Das Schaltelement 31 empfängt das Impulsdetektionssignal S_P von dem Startabschnitt 5 und wird in Synchronisation mit dem Timing des Erzeugens des Impulsdetektionssignals S_P eingeschaltet, wodurch die Ladungen, die in dem Detektionskondensator 30 gespeichert sind, entladen werden.
In Übereinstimmung mit der Spannung an dem Detektionskondensator 30 erzeugt die Signalerzeugungsschaltung 32 das Frequenzsteuersignal S_C1, das der Spannung entspricht, und gibt das Signal an den V-F-Wandelabschnitt 4 über einen Schalter 33 aus. 8 ist ein Schaltungsdiagramm, das im Detail den Aufbau der Signalerzeugungsschaltung 32 und des V-F- Wandelabschnitts 4 zeigt. Wie in der Figur gezeigt ist, weist die Signalerzeugungsschaltung 32 zwei Differenzverstärker 32a, 32b zum Setzen einer hohen Eingangsimpedanz auf, detektiert die Spannung an dem Detektionskondensator 30 und führt die Spannung als das Frequenzsteuersignal S_C1 dem Schalter 33 zu. Der Schalter 33 ist ein Schaltelement zum Schalten zwischen dem Fehlerverstärker 27 des ersten Steuersignalerzeugungsabschnitts 18 und der Signalerzeugungsschaltung 32 und dem V-F-Wandelabschnitt 4 und wird derart gesteuert, dass vor dem Start der Entladungslampe L der Fehlerverstärker 27 und der V-F-Wandelabschnitt 4 miteinander gekoppelt werden und dass unmittelbar nach dem Start des Zündens bzw. Erregens der Entladungslampe L die Signalerzeugungsschaltung 32 und der V-F-Wandelabschnitt 4 miteinander gekoppelt werden. Vor dem Start der Entladungslampe L wird deshalb die Antriebsfrequenz durch die Lampenspannung V_L und dem Lampenstrom I_L gesteuert und unmittelbar nach dem Start der Erregung der Entladungslampe L wird die Antriebsfrequenz durch die Eingangsspannung V₁ und den Eingangsstrom I₁ der Serienresonanzschaltung gesteuert.
Der V-F-Wandelabschnitt 4 umfasst einen Stromspiegelschaltungsabschnitt 34, einen Hysteresevergleicher 35, einen Kondensator 36 und einen Transistor 37. Der Stromspiegelschaltungsabschnitt 34 erzeugt und gibt aus einen Strom, der dem Frequenzsteuersignal S_C1 entspricht, das von der Signalerzeugungsschaltung aus zugeführt wird. Ein Ende des Kondensators 36 ist mit dem Ausgang des Stromspiegelschaltungsabschnitts 34 verbunden und das andere Ende ist geerdet. Der Kollektor-Anschluss des Transistors 37 ist mit dem einen Ende des Kondensators 36 gekoppelt und der Emitter-Anschluss ist geerdet. Der Eingang des Hysteresevergleichers 35 ist mit dem einen Ende des Kondensators 36 gekoppelt und der Ausgang ist mit dem Basis-Anschluss des Transistors 37 gekoppelt. Gemäß dem Aufbau wird das Steuersignal S_C2, das eine Impulswelle mit einer Fre quenz entsprechend dem Wert des Frequenzsteuersignals S_C1 hat, aus dem Ausgangssignal des V-F-Wandelabschnitts 4 erzeugt.
Gemäß der Entladungslampe-Erregungsschaltung 1 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Phasendifferenz zwischen der Eingangsspannung V₁ und dem Eingangsstrom I₁, die von dem Halbbrückenstromrichter 6 der Serienresonanzschaltung zugeführt werden, detektiert, wodurch die induktive Tiefe und die kapazitive Tiefe der Serienresonanzschaltung, wie von dem Halbbrückenstromrichter 6 aus gesehen wird, bestimmt werden und die Antriebsfrequenz des Halbbrückenstromrichters 6 wird auf der Basis der Phasendifferenz erhöht oder abgesenkt. Gemäß diesem exemplarischen Aufbau kann die Antriebsfrequenz des Halbbrückenstromrichters 6 der Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung folgend derart eingestellt werden, dass sie sich der Resonanzfrequenz annähert. Auch wenn die Schaltung oder die Umgebungseigenschaften, zum Beispiel die Änderungen der Versorgungsspannung und die Streuungen der Betriebstemperatur, variiert werden, kann deshalb eine ausreichende Leistung der Entladungslampe zugeführt werden und die Leuchtstabilität der Entladungslampe kann verbessert werden.
Zudem erzeugt der Phasendifferenzdetektionsabschnitt 17 gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein induktives Detektionssignal S_L, das eine Impulsweite entsprechend der induktiven Tiefe hat, und auch das kapazitive, induktive Detektionssignal S_C, das eine Impulsweite entsprechend der kapazitiven Tiefe hat. In dem zweiten Steuersignalerzeugungsabschnitt 19 wird der Detektionskondensator 30 in Übereinstimmung mit den Impulsen des zweiten Signals geladen oder entladen und die Antriebsfrequenz des Steuersignals S_C2 des Halbbrückenstromrichters 6 wird in Übereinstimmung mit der angelegten Spannung an den Detektionskondensator 30 eingestellt. Die Antriebsfrequenz des Halbbrückenstromrichters kann deshalb dazu gezwungen werden, der Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung durch einen einfachen Schaltungsaufbau zu folgen.
Zudem wird in einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das eine Ende des Detektionskondensators 30 auf eine Zwischenspannung zwischen der Versorgungsspannung der Ladeschaltung 28 und der Spannung der Entladeschaltung 29 gesetzt. Auch wenn nur ein kleiner Grad der Abweichung von der Resonanzfrequenz auftritt, wird deshalb die Spannung an dem Detektionskondensator 30 auf einen oberen Grenzwert oder unteren Grenzwert nach Ablauf einer bestimmten Zeitdauer gesättigt. Wenn nämlich die Folgegeschwindigkeiten der Schaltungen nicht betrachtet werden, wird die Geschwindigkeit des Folgens der Resonanzfrequenz nur durch die Stromwerte der Stromquellen 28a, 29a und die Verstärkung des V-F-Wandelabschnitts 4 in der nachfolgenden Stufe bestimmt. Eine Hochgeschwindigkeitsresonanzfolgesteuerung kann deshalb mit einer reduzierten Anzahl von Schaltungsparametern realisiert werden. Folglich kann die Frequenz in Übereinstimmung mit sowohl dem induktiven Zustand als auch dem kapazitiven Zustand der Serienresonanzschaltung sicher folgen.
Der zweite Steuersignalerzeugungsabschnitt 19 entlädt den Detektionskondensator 30 in Übereinstimmung mit der Detektion eines Hochspannungsimpulses in dem Startabschnitt 5 und setzt den Zustand der Serienresonanzschaltung, der in der Vergangenheit detektiert wurde, bei dem Start der Erregung bzw. Zündung zurück. In dem Fall, in dem die Schaltung derart gesetzt ist, dass sich die Antriebsfrequenz schnell nach dem Anlegen des Hochspannungsimpulses ändert, kann deshalb die Frequenz gezwungen werden, sofort und stabil der Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung in Übereinstimmung mit einem Zustand beim Starten der Erregung zu folgen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen exemplarischen Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel arbeitet der Steuerabschnitt 3 derart, dass, wenn die kapazitive Tiefe detektiert wird, der Detektionskondensator 30 geladen wird und dass, wenn die induktive Tiefe detektiert wird, der Detektionskondensator 30 entladen wird. In Alternative kann gemäß einer weiteren, exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Steuerabschnitt 3 in einer umgekehrten Art und Weise arbeiten. In Alternative kann die Antriebsfrequenz derart gesteuert werden, dass sie niedriger als die Spannung an dem Detektionskondensator 30 wird oder höher wird.
In Alternative kann gemäß einer weiteren, exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Entladungslampe-Erregungsschaltung derart aufgebaut sein, dass die Spannung an dem Detektionskondensator 30 das Frequenzsteuersignal S_C1, das von dem V-F-Wandelabschnitt 4 zugeführt wird, dazu zwingt, dass es kontinuierlich durch das Starten der Entladungslampe L geändert wird. 9 ist ein Schaltungsdiagramm einer Signalerzeugungsschaltung 132, die eine Modifikation der Erfindung ist, die wie oben beschrieben aufgebaut ist. Die Signalerzeugungsschaltung 132 hat drei Schaltelemente (d.h. Schaltabschnitte) 133, 134, 135, die parallel zueinander mit einem Ende des Detektionskondensators 30 gekoppelt sind, und das andere Ende des Detektionskondensators 30 ist geerdet. Die Schaltelemente 134, 135 sind mit einem Eingang des V-F-Wandelabschnitts 4 über Puffer gekoppelt, die dem Durchstimmen zugeordnet sind, und das Schaltelement 133 ist mit dem Eingang des V-F-Wandelabschnitts 4 über einem Puffer gekoppelt. Die Schaltelemente 133, 134, 135 werden in Übereinstimmung mit dem Impulsdetektionssignal S_P von dem Startabschnitt 5 eingeschaltet und ausgeschaltet. Genauer werden vor dem Starten der Entladungslampe L die Schaltelemente 133, 135 eingeschaltet und das Schaltelement 134 wird ausgeschaltet. Im Unterschied hier zu werden unmittelbar nach dem Start der Erregung bzw. Zündung der Entladungslampe L die Schaltelemente 133, 135 ausgeschaltet und das Schaltelement 134 wird eingeschaltet. Gemäß diesem exemplarischen Aufbau führt vor dem Anlegen des Hochspannungsimpulses an die Entladungslampe L der erste Steuersignalerzeugungsabschnitt 18 das Frequenzsteuersignal S_C1 dem V-F-Wandelabschnitt 4 zu und die Spannung, die durch das Frequenzsteuersignal S_C1 erzeugt wird, wird an den Detektionskondensator 30 durch das Schaltelement 133 angelegt. Eine Spannung entsprechend der vorliegenden Antriebsfrequenz des Halbbrückenstromrichters 6 wird an den Detektionskondensator 30 somit angelegt, um den Kondensator zu laden. Im Unterschied hierzu wird unmittelbar nach dem Anlegen des Hochspannungsimpulses an die Entladungslampe L das Frequenzsteuersignal S_C1, das der angelegten Spannung an dem Detektionskondensator 30 des zweiten Steuersignalerzeugungsabschnitts 19 entspricht, dem V-F-Wandelabschnitt 4 zugeführt. Gemäß der Signalerzeugungsschaltung 132 wird gemäß dieser exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Frequenz in der Serienresonanzschaltung vor dem Start der Erregung kontinuierlich in die Antriebsfrequenz nach dem Start der Erregung geändert, wodurch die Entladungslampe stabil in eine Bogenentladung durch das Starten überführt wird.
Die Ladeschaltung und Entladeschaltung sind nicht darauf beschränkt, dass sie einen Aufbau haben, der eine Stromquelle enthält. In dem Fall, in dem eine Stromquelle aus irgendeinem Grund, zum Beispiel den Kosten oder der Leistungsfähigkeit der Stromquelle, nicht verwendet werden kann, kann ein exemplarischer Aufbau, wie er in 10 gezeigt ist, verwendet werden. 10 ist ein Schaltungsdiagramm des Aufbaus, der eine Ladeschaltung 228 und eine Entladeschaltung 229 enthält, die eine weitere exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweisen. Wie in der Figur gezeigt ist, ist die Ladeschaltung 228 eine Serienschaltung, die durch den Widerstand 228a und das Schaltelement 28b aufgebaut ist, und die Entladeschaltung 229 ist eine Serienschaltung, die durch einen Widerstand 229a und das Schaltelement 29b aufgebaut ist. Die positive Spannung V_CC liegt an einem Ende der Ladeschaltung 228 an, eine Erdespannung V_EE liegt an dem einen Ende der Entladeschaltung 229 an und die Entladeschaltung 228 und die Entladeschaltung 229 sind in Serie in den jeweils anderen Endseiten gekoppelt. Ein Ende des Detektionskondensators 30 ist mit der Verbindung zwischen den beiden Schaltungen gekoppelt und das andere Ende des Detektionskondensators 30 ist über einen Kondensator 230 geerdet. Eine Spannung von (V_CC + V_EE)/2, die durch Aufteilen der Spannungen durch die Widerstände 231, 232 erhalten wird, wird an das andere Ende des Detektionskondensators 30 angelegt. Der Kondensator 230 ist angeordnet, um die Spannung (Strom), die an den Detektionskondensator 30 anliegt, zu glätten.
Auch gemäß dem exemplarischen Schaltungsaufbau, der die so aufgebaute Ladeschaltung 228 und Entladeschaltung 229 enthält, kann der Detektionskondensator 30 in Übereinstimmung mit der induktiven Tiefe und der kapazitiven Tiefe geladen oder entladen werden. In einer Lade- oder Entladeschaltung, die durch einen Kondensator und einen Widerstand aufgebaut ist, ist jedoch die Zeitänderung der Kondensatorspannung bei einem bestimmten Zeitpunkt in Abhängigkeit von der Kondensatorspannung bei dem Zeitpunkt bestimmt (da die Kondensatorspannung sich exponentiell ändert). Wenn die Beziehung zwischen dem Grad der Abweichung der Frequenz, die sich auf die Induktivität bezieht, und einer Spannungsänderung des Kondensators unterschiedlich von der zwischen dem Grad der Abweichung der Frequenz, die sich auf die Leitfähigkeit bezieht, und der Spannungsänderung des Kondensators ist, wird die Konvergenz der Resonanzfrequenz beeinflusst. Die Referenzspannung des Detektionskondensators 30 wird deshalb auf (V_CC + V_EE)/2 oder auf eine Zwischenspannung gesetzt und deshalb können die Änderun gen der Kondensatorspannung bezüglich dem Grad der Abweichung von der Resonanzfrequenz in sowohl der Induktivität als auch der Leitfähigkeit gleich zueinander gemacht werden. Im Ergebnis kann die Stabilität des Folgens der Resonanzfrequenz verbessert werden.
Die vorhergehenden, exemplarischen Ausführungsformen und Vorteile sind nur exemplarisch und nicht als beschränkend für die vorliegende Erfindung gedacht. Die vorliegende Lehre kann vollständig auf andere Typen von Vorrichtungen angewandt werden. Die Beschreibung der exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch erläuternd gedacht und nicht beschränkend für den Bereich der Ansprüche und viele Alternativen, Modifikationen und Variationen sind für Fachleute offensichtlich.

Claims

Entladungslampe-Erregungsschaltung, die aufweist: einen Leistungsversorgungsabschnitt, der aufweist eine Stromrichterschaltung, die ein Schaltelement aufweist; eine Serienresonanzschaltung, die einen Kondensator und eine Spule und/oder einen Transformator aufweist; und eine Antriebsschaltung, die das Schaltelement antreibt, wobei der Leistungsversorgungsabschnitt Gleichstromleistung in Wechselstromleistung wandelt und die Wechselstromleistung einer Entladungslampe zuführt; und einen Steuerabschnitt, der ein Frequenzsteuersignal zum Steuern einer Frequenz eines Antriebssignals erzeugt, das von der Antriebsschaltung ausgegeben wird, wobei der Steuerabschnitt aufweist: einen Phasendifferenzdetektionsabschnitt, der eine Phasendifferenz zwischen einer Eingangsspannung und einem Eingangsstrom detektiert, die von der Stromrichterschaltung der Serienresonanzschaltung zugeführt werden; und einen Steuersignalerzeugungsabschnitt, der das Frequenzsteuersignal in Übereinstimmung mit der Phasendifferenz erzeugt.
Entladungslampe-Erregungsschaltung nach Anspruch 1, worin der Phasendifferenzdetektionsabschnitt aufweist: eine erste Phasendifferenzdetektionsschaltung, die, wenn eine Phase der Eingangsspannung einer Phase des Eingangsstromes vorauseilt, ein induktives Detektionssignal erzeugt, das eine Impulsweite hat, die proportional zu der Phasendifferenz ist; und eine zweite Phasendifferenzdetektionsschaltung, die, wenn die Phase der Eingangsspannung der Phase des Eingangsstromes nacheilt, ein kapazitives Detektionssignal erzeugt, das eine Impulsweite hat, das proportional zu der Phasendifferenz ist.
Entladungslampe-Erregungsschaltung nach Anspruch 2, worin der Steuersignalerzeugungsabschnitt aufweist: einen Detektionskondensator, wobei ein Ende davon auf eine erste Spannung gesetzt ist; eine Ladeschaltung, die mit einem anderen Ende des Detektionskondensators gekoppelt ist, wobei die Ladeschaltung einen Strom dem anderen Ende des Detektionskondensators in Übereinstimmung mit dem induktiven Detektionssignal oder dem kapazitiven Detektionssignal zuführt; eine Entladeschaltung, die mit dem anderen Ende des Detektionskondensators gekoppelt ist und die einen Strom von dem anderen Ende des Detektionskondensators in Übereinstimmung mit dem jeweils anderen induktiven Detektionssignal oder kapazitiven Detektionssignal zieht; und eine Signalerzeugungsschaltung, die eine Spannung an dem Detektionskondensator detektiert und das Frequenzsteuersignal derart erzeugt, dass die Frequenz des Antriebssignals in Übereinstimmung mit der Spannung an dem Detektionskondensator gesteuert wird, worin die erste Spannung auf einen Wert kleiner als eine Versorgungsspannung gesetzt ist, die der Ladeschaltung zugeführt wird, und größer als die Versorgungsspannung gesetzt ist, die der Entladeschaltung zugeführt wird.
Entladungslampe-Erregungsschaltung nach Anspruch 3, die weiterhin einen Startabschnitt aufweist, der einen Hochspannungsimpuls an die Entladungslampe anlegt, um ein Erregen bzw. Zünden zu fördern, und worin der Steuersignalerzeugungsabschnitt den Detektionskondensator in Übereinstimmung mit einer Detektion des Hochspannungsimpulses in dem Startabschnitt entlädt.
Entladungslampe-Erregungsschaltung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Startabschnitt aufweist, der einen Hochspannungsimpuls an die Entladungslampe anlegt, um ein Erregen bzw. Zünden zu fördern, und worin der Phasendifferenzdetektionsabschnitt aufweist: eine erste Phasendifferenzdetektionsschaltung, die, wenn eine Phase der Eingangsspannung einer Phase des Eingangsstromes vorauseilt, ein induktives Detektionssignal erzeugt, das eine Impulsweite hat, die proportional zu der Phasendifferenz ist; und eine zweite Phasendifferenzdetektionsschaltung, die, wenn eine Phase der Eingangsspannung einer Phase des Eingangsstromes nacheilt, ein kapazitives Detektionssignal erzeugt, das eine Impulsweite hat, die proportional zu der Phasendifferenz ist; und worin der Steuersignalerzeugungsabschnitt aufweist: einen Detektionskondensator; eine Ladeschaltung, die mit dem Detektionskondensator gekoppelt ist und die einen Strom dem Detektionskondensator in Übereinstimmung mit dem induktiven Detektionssignal und dem kapazitiven Detektionssignal zuführt; eine Entladeschaltung, die mit dem Detektionskondensator gekoppelt ist und die einen Strom von dem Detektionskondensator in Übereinstimmung mit dem jeweils anderen induktiven Detektionssignal oder dem kapazitiven Detektionssignal zieht; eine Signalerzeugungsschaltung, die eine Spannung an dem Detektionskondensator empfängt und die das Frequenzsteuersignal derart erzeugt, dass die Frequenz des Antriebssignals in Übereinstimmung mit einer Spannung an dem Detektionskondensator gesteuert wird; und einen Schaltabschnitt, der die Spannung an dem Detektionskondensator der Signalerzeugungsschaltung in Übereinstimmung mit einer Detektion des Hochspannungsimpulses in dem Startabschnitt zuführt und der vor der Detektion des Hochspannungsimpulses eine Spannung entsprechend einer momentanen Frequenz des Antriebssignals an den Detektionskondensator anlegt.
Entladungslampe-Erregungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Steuersignalerzeugungsabschnitt eine Betriebsfrequenz der Serienresonanzschaltung derart steuert, dass an eine Resonanzfrequenz unter Verwendung des Frequenzsteuersignals angenähert wird.
Entladungslampe-Erregungsschaltung, die aufweist: eine Stromrichterschaltung, die ein Schaltelement aufweist; eine Serienresonanzschaltung, die einen Kondensator und einen Induktor bzw. eine Spule und/oder einen Transformator aufweist; und eine Antriebsschaltung, die das Schaltelement antreibt, wobei der Leistungsversorgungsabschnitt Gleichstromleistung in Wechselstromleistung wandelt und die Wechselstromleistung einer Entladungslampe zuführt; und eine Einrichtung zum Steuern einer Frequenz eines Antriebssignals, das von der Antriebsschaltung ausgegeben wird, auf der Basis einer Phasendifferenz zwischen einer Eingangsspannung und einem Eingangsstrom, die von der Stromrichterschaltung der Serienresonanzschaltung zugeführt werden.