DE10290424B4

DE10290424B4 - Vorschaltgerät für eine Entladungslampe und Verfahren zum Betreiben einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE10290424B4
Application number: DE10290424T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Kadoma Konishi; Toshiaki Kadoma Nakamura; Takashi Kadoma Kambara; Miki Kadoma Kotani; Toshifumi Kadoma Tanaka
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: WO2002056645A2; WO2002056645A3; DE10290424T1; CN1321547C; US6693393B2; US20030111969A1; CN1456029A

Abstract

Vorschaltgerät einer Hochdruckentladungslampe, das folgendes umfaßt:
– einen Gleichstromwandler (20), der so ausgelegt ist, daß er eine Eingabegleichspannung von einer Gleichspannungsquelle (10) empfängt, wobei der Gleichstromwandler ein Schaltelement (24) aufweist, das so angesteuert wird, daß es die Eingabegleichspannung wiederholt schaltet, um eine variable Gleichstromausgabe zu liefern, die zum Ansteuern der Entladungslampe angelegt wird;
– eine Steuervorrichtung (70), die die Gleichstromausgabe überwacht und eine closed-loop Regelung zur Verfügung stellt, die das Tastverhältnis des Schaltelements auf der Basis der überwachten Gleichstromausgabe variiert, um die Gleichstromausgabe derart zu regeln, daß der Gleichstromwandler eine Startspannung zum Einleiten einer Entladung der Entladungslampe sowie eine Betriebsspannung zum Aufrechterhalten des Betriebs der Entladungslampe liefert;
– wobei die Steuervorrichtung eine open-loop Steuerung zur Verfügung stellt, die die closed-loop Regelung unterbricht, um eine Startunterstützungsperiode (P1) zur Verfügung zu stellen, in der das Schaltelement (24) so gesteuert wird, daß es nach einem vorbestimmten Muster ein- und ausgeschaltet...

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe wie etwa eine Hochdruckentladungslampe (High Intensity Discharge Lampe, HID-Lampe) und insbesondere ein elektronisches Vorschaltgerät mit einem Gleichstromwandler, der eine Eingabegleichspannung von einer Gleichspannungsquelle wie etwa einer Batterie ableitet, um eine Gleichstromhochspannung zum Betreiben der Lampe zu liefern, und auch ein Verfahren zum Betreiben der Entladungslampe unter Verwendung des Gleichstromwandlers.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Wie aus der japanischen Patentveröffentlichung JP 11-260584 A bekannt ist, enthält ein typisches elektronisches Vorschaltgerät für die HID-Lampe einen Gleichstromwandler, der eine vergrößerte Gleichstromausgabe liefert, und einen Inverter, der die Gleichstromausgabe in eine Wechselstromleistung zum Ansteuern der Lampe umsetzt. Der Gleichstromwandler enthält ein Schaltelement, das so angesteuert wird, daß es zum Regeln der resultierenden Gleichstromausgabe eine Eingabegleichspannung wiederholt unterbricht. In dem Vorschaltgerät ist außerdem eine Steuervorrichtung enthalten, die die Gleichstromausgabe überwacht und das Tastverhältnis des Schaltelements des Gleichstromwandlers auf der Basis der überwachten Gleichstromausgabe variiert, um die Gleichstromausgabe in einer Regelung zu regeln und dadurch eine Startspannung sowie eine Betriebsspannung zu erzeugen, um die Lampe entsprechend dem Zustand der Lampe zu starten und in Betrieb zu halten.
Zum Einschalten der Lampe wird der Gleichstromwandler zunächst so gesteuert, daß er die Ausgabegleichspannung auf eine Startspannung erhöht, die so hoch ist, daß sie die Entladung der Lampe einleitet, wonach die Lampe zu ihrem Start gezündet wird. Sobald die Lampe gestartet ist, d. h. sich eine Lichtbogenentladung eingestellt hat, ist eine rasche Senkung der Ausgabegleichspannung zu erkennen, die mit einer entsprechenden Senkung des Lampenstroms verbunden ist. Dazu kommt es in einer derart kurzen Zeit, daß die Regelung Schwierigkeiten hat, die sem zu folgen. Infolgedessen verzögert sich die Regelung mit großer Wahrscheinlichkeit und verläßt sich immer noch auf eine hohe Spannung um die Startspannung herum und verursacht dadurch, daß der Gleichstromwandler nur eine geringere Menge des Lampenstroms erzeugt, obwohl die Lampe, nachdem sie gerade gestartet worden ist, eine größere Strommenge benötigt, um sich mit Erfolg zu einem stabilisierten Lampenbetrieb fortzubewegen. Das heißt, daß der Gleichstromwandler aufgrund der Verzögerung bei der Reaktion der Regelung in der sehr kurzen Übergangsperiode von dem Lampenstart zum stabilen Lampenbetrieb der Lampe keine ausreichende Strommenge liefert, was manchmal zu einem unbeabsichtigten Erlöschen der Lampe führen kann.
Aus Dokument EP 0 878 982 A2 sind eine Entladungslampe und ein Vorschaltgerät für eine solche Entladungslampe bekannt, die einen Gleichspannungswandler und eine Steuervorrichtung offenbart, wobei die Steuervorrichtung mittels einer Pulsweiten-Modulation, die ein bestimmtes Tastverhältnis aufweist, einen Transistor steuert.
Aus dem Dokument DE 37 29 383 A1 ist ferner eine Schaltungsanordnung zum Starten einer Hochdruckentladungslampe bekannt, die eine Steuereinheit umfaßt, die beim Starten der Lampe einen Halbleiterschalter derart schaltet, daß ein erhöhtes Tastverhältnis (Starttastverhältnis) gegenüber dem Betriebstastverhältnis zur Verfügung gestellt wird.
Basierend auf diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe, ein verbessertes Vorschaltgerät für eine Hochleistungs-Entladungslampe sowie ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch ein Vorschaltgerät gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 19 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 18 betreffen besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Angesichts des obigen Problems ist die vorliegende Erfindung erzielt worden, um ein verbessertes Vorschaltgerät für eine Entladungslampe bereitzustellen, das in der Lage ist, ohne Bewirken eines unbeabsichtigten Erlöschens der Lampe mit Erfolg vom Lampenstart zum stabilen Lampenbetrieb fortzuschreiten. Das Vorschaltgerät (ballast) gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Gleichstromwandler, der so ausgelegt ist, daß er eine Eingabegleichspannung von einer Gleichspannungsquelle erhält. Der Gleichstromwandler weist ein Schaltelement auf, das so angesteuert wird, daß es die Eingabegleichspannung wiederholt schaltet, um eine Gleichstromausgabe zu liefern. Im Vorschaltgerät ist eine Steuervorrichtung enthalten, die die Gleichstromausgabe überwacht und eine Regelung bzw. closed-loop Regelung liefert, die das Tastverhältnis (duty) des Schaltelements auf der Basis der überwachten Gleichstromausgabe variiert, um die Gleichstromausgabe derart zu regeln, daß der Gleichstromwandler eine Startspannung zum Einleiten einer Entladung der Entladungslampe sowie eine Betriebsspannung zum Aufrechterhalten des Lampenbetriebs liefert. Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Steuervorrichtung eine Steuerung bzw. open-loop Steuerung bereitstellt, die die (closed-loop) Regelung unterbricht, damit man eine Startunterstützungsperiode erhält, in der das Schaltelement so gesteuert wird, daß es in einem vorbestimmten Muster ein- und ausgeschaltet wird, damit man eine Gleichstromausgabe mit einem ausreichenden Pegel zum erfolgreichen Kom plementieren des Lampenstarts erhält. Die Startunterstützungsperiode ist so ausgelegt, daß sie dann startet, wenn erkannt wird, daß die Gleichstromausgabe einer ersten Referenz genügt, was anzeigt, daß das Entladen der Lampe gerade gestartet hat, und dann endet, wenn ein Zustand erkannt wird, der die Beendigung des Starts der Lampe anzeigt.
Dementsprechend kann die (open-loop) Steuerung der Lampe unmittelbar nach dem Starten der Lampe eine ausreichende Strommenge ohne eine Verzögerung liefern, die ansonsten mit der (closed-loop) Regelung verbunden wäre, wodurch der Lampenstart erfolgreich komplementiert und die Lampe in den stabilen Lampenbetrieb überführt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung so ausgelegt, daß sie die Startunterstützungsperiode nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit ab dem Beginn der Startunterstützungsperiode beendet. Die vorbestimmte Zeit ist so ausgewählt, daß der von dem Gleichstromwandler der Lampe zugeführte Strom keine abrupte Änderung erfährt, wenn die Regelung unmittelbar nach der Steuerung wieder übernimmt.
Das Vorschaltgerät kann weiterhin eine Eingabegleichspannungsüberwachungsvorrichtung enthalten, die die von der Gleichspannungsquelle gelieferte Eingabegleichspannung überwacht. Die Steuervorrichtung arbeitet während der Startunterstützungsperiode dahingehend, die Einschaltperiode des Schaltelements mit zunehmender überwachter Eingabegleichspannung zu senken. Bei dieser Anordnung kann der Gleichstromwandler unabhängig von einer möglichen Variation bei der Eingabegleichspannung die Ausgabe mit einem geeigneten Pegel liefern und dadurch die Lampe erfolgreich betreiben, während die verfügbare Eingabegleichspannung relativ gering ist, wobei gleichzeitig verhindert wird, daß bei relativ hoher Eingabegleichspannung übermäßige Leistung an die Lampe angelegt wird, damit die Lampe und das Vorschaltgerät geschützt werden.
Anstelle von oder in Kombination mit dem obigen Verfahren zum Senken der Einschaltperiode kann die Steuervorrichtung die Schaltfrequenz des Schaltelements mit steigender überwachter Eingabegleichspannung erhöhen, um die Lampe erfolgreich zu betreiben und gleichzeitig die Lampe sowie das Vorschaltgerät zu schützen.
Die Steuervorrichtung ist bevorzugt so ausgelegt, daß sie die Einschaltperiode des Schaltelements mit der Zeit während der Startunterstützungsperiode erhöht, so daß der Lampe in Übereinstimmung mit der entsprechenden Erhöhung der Lampenspannung in der Startunterstützungsperiode eine ausreichende Strommenge kontinuierlich zugeführt werden kann und dadurch das Starten der Lampe erfolgreich abgeschlossen werden kann. Die Einschaltperiode kann schrittweise oder kontinuierlich erhöht werden.
Das Vorschaltgerät kann weiterhin einen Lampenabschaltzeitgeber enthalten, der nach dem Abschalten der Entladungslampe eine abgelaufene Zeit mißt. In diesem Fall ist die Steuervorrichtung so ausgelegt, daß die Einschaltperiode des Schaltelements mit abnehmender abgelaufener Zeit zunimmt. Das heißt, je kürzer die Zeit ab dem Abschalten der Lampe zum Neustart der Lampe, um so größer die Strommenge, die der Lampe zu einem erfolgreichen Neustart der Lampe zugeführt werden kann. Anders ausgedrückt wird die Einschaltperiode größer eingestellt, wenn der Neustart früher nach dem Abschalten der Lampe erfolgt, wodurch einerseits eine ausreichende Strommenge zum Neustarten der Lampe zugeführt werden kann. Andererseits ist es außerdem möglich, den Strom zu reduzieren, wenn der Neustart länger nach dem Abschalten der Lampe erfolgt, wodurch verhindert wird, daß ein übermäßiger Strom durch die Lampe und das Vorschaltgerät fließt, damit diese beschützt werden.
Das Vorschaltgerät kann weiterhin einen Speicher enthalten, der die während der Startunterstützungsperiode aktualisierte überwachte Gleichstromausgabe speichert, so daß die Steuervorrichtung sich auf die aktualisierte Gleichstromausgabe verlassen kann, sobald die Regelung wieder übernimmt. Mit diesem Ergebnis kann die Regelung den die Gleichstromausgabe korrekt angebenden aktualisierten Wert während der Startunterstützungsperiode verwenden, um die Gleichstromausgabe stimmig zu regeln, ohne unter einer möglichen Verzögerung der Reaktion zu lei den, die ansonsten eintreten würde, wenn die Gleichstromausgabe nach der Beendigung der Steuerung gelesen wird, wodurch ein glatter Übergang vom Lampenstart in den stabilen Lampenbetrieb sichergestellt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Vorschaltgerät einen ersten Detektor, der einen Ausgabepegel der Gleichstromausgabe überwacht und ein erstes Statussignal ausgibt, das anzeigt, daß das Entladen der Lampe gerade begonnen hat, wenn der Ausgabepegel der ersten Referenz genügt, und einen zweiten Detektor, der den Ausgabepegel der Gleichstromausgabe überwacht und ein zweites Statussignal ausgibt, das anzeigt, daß die Lampe bereits gestartet worden ist, wenn der Ausgabepegel einer zweiten Referenz genügt, die von der ersten Referenz verschieden ist. Wenn sowohl das erste wie auch das zweite Statussignal abgegeben werden, arbeitet die Steuervorrichtung dahingehend, die Steuerung und die Regelung in Sequenz durchzuführen, um die Gleichstromausgabe normal zu regeln. Wenn andererseits nur das zweite Statussignal abgegeben wird, reagiert die Steuervorrichtung dahingehend, die Steuerung zu deaktivieren, und nimmt nur die Regelung vor. Die Regelung arbeitet in diesem Fall dahingehend, im Vergleich zu der Ausgabe, die von der Steuerung erzeugt wird, eine relativ geringe Ausgabe zu erzeugen und dadurch eine gute Basis zum Bestimmen eines anormalen Zustands des Vorschaltgeräts zu liefern, wenn die resultierende Gleichstromausgabe mit dem relativ geringen Pegel unter einen unteren Schwellwert absinkt.
Wenn sowohl das erste wie auch das zweite Statussignal ab- bzw. ausgegeben werden, reagiert die Steuervorrichtung damit, daß sie ein erstes Muster eines Leistungsbefehls liefert, auf dem die Regelung basiert, um die Gleichstromausgabe zu regeln. Dieses erste Muster definiert den mit der Zeit auf einen vorbestimmten Pegel abnehmenden Leistungsbefehl, so daß die Steuervorrichtung entsprechend dem ersten Muster der erfolgreich gestarteten Lampe optimale Leistung zusetzen kann, wodurch es ermöglicht wird, die Lampe in eine nachfolgende Hochlaufphase mit ausreichender Lichtausgabe zu bringen.
Wenn nur das zweite Statussignal abgegeben wird, kann es den anormalen Zustand anzeigen, der sich möglicherweise daraus ergibt, daß das Vorschaltgerät beispiels weise aufgrund eines Kurzschließens oder Massefehlers teilweise fehlerhaft wird und dennoch aufgrund des Vorliegens einer bestimmten Stromkreisimpedanz immer noch etwas Ausgabe liefert. In diesem Zustand liefert die Steuervorrichtung ein zweites Muster des Leistungsbefehls, auf dem die Regelung zum Regeln der Gleichstromausgabe basiert. Das den Leistungsbefehl definierende zweite Muster ist verschieden und nimmt mit der Zeit bis auf einen vorbestimmten Pegel ab. Das zweite Muster des Leistungsbefehls ergibt den niedrigen Leistungsbefehl als das erste Muster, wenn die Regelung gleichzeitig ab dem Start der Regelung basiert. Bei Verwendung des zweiten Musters wird die Gleichstromausgabe schnell unter den unteren Schwellwert abgesenkt, was eine sofortige Bestimmung des anormalen Zustands zu Beginn der Regelung nicht nach der Steuerung ermöglicht, wodurch sowohl das Vorschaltgerät sowie auch die Lampe geschützt werden, ohne die Stromkreiskomponenten des Vorschaltgeräts unnötig zu beanspruchen. Das zweite Muster kann leicht durch Modifizieren des ersten Musters zum Beschleunigen des Absenkens des Leistungsbefehls erhalten werden. Das zweite Muster kann alternativ als ein fester Pegel definiert werden, der nicht größer ist als ein Nennleistungspegel.
Bevorzugt ist die erste Referenz ein Spannungspegel der Gleichstromausgabe und liegt unter einer maximalen Gleichspannung, die vor dem Starten der Lampe angelegt wird, und die zweite Referenz ist ein Spannungspegel, der unter der ersten Referenz liegt.
Das Vorschaltgerät kann weiterhin einen Eingabestromdetektor enthalten, der einen durch das Schaltelement fließenden Eingabestrom überwacht. In diesem Zusammenhang besteht die Funktion der Steuervorrichtung darin, den Eingabestrom unter Bezugnahme auf den überwachten Eingabestrom zu begrenzen, und sie ist in der Lage, eine erste Obergrenze auszuwählen, damit der Eingabestrom in der Steuerung darunter begrenzt wird, und eine zweite Obergrenze auszuwählen, die unter der ersten Obergrenze liegt, damit der Eingabestrom in einer Nennlampenoperation darunter begrenzt wird. Die erste Obergrenze wird bei der Steuerung eingeführt, damit das Vorschaltgerät und die Lampe vor einem übermäßigen Strom geschützt werden. Die erste Obergrenze kann während der Startunterstützungspe rode mit der Zeit abnehmen, so daß später in der Startunterstützungsperiode ein gemäßigter Strom zugeführt wird, um die Lampe gemäß einer Lampenstartcharakteristik gestartet zu halten und gleichzeitig unnötige Leistung zu eliminieren. Die erste Obergrenze kann außerdem mit steigender überwachter Eingabegleichspannung abnehmen, damit eine adäquate Strommenge der Lampe zugeführt wird, um den Lampenstart unabhängig von einer Variation bei der Eingabegleichspannung erfolgreich zu komplementieren.
Diese und noch weitere Aufgaben und vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltplan, der ein Vorschaltgerät für eine Hochleistungsentladungslampe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Wellenformdiagramm, das einen allgemeinen Betrieb des Vorschaltgeräts veranschaulicht;
3 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Lampenspannungskurve und eine Lampenstromkurve zeigt, die durch das Vorschaltgerät erzeugt werden sollen;
4 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Grundbetrieb des Vorschaltgeräts veranschaulicht;
5A und 5B sind Diagramme, die alternative Möglichkeiten zum Regeln einer Ausgabeleistung des Vorschaltgeräts mit einer Steuerung veranschaulichen;
6 ist ein Diagramm, das den Betrieb des Vorschaltgeräts veranschaulicht;
7A und 7B sind Diagramme, die Parameter veranschaulichen, die jeweils mit einer Eingabegleichspannung des Vorschaltgeräts variieren;
8 ist ein Diagramm, das die mit der Eingabegleichspannung variierende Stromgrenze veranschaulicht;
9 ist ein Flußdiagramm, das eine Betriebssequenz des Vorschaltgeräts veranschaulicht;
10 ist ein Wellenformdiagramm, das einen Neustartbetrieb des Vorschaltgeräts veranschaulicht;
11 ist ein Schaltplan, der ein weiteres Vorschaltgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
12 ist ein Schaltplan, der ein weiteres Vorschaltgerät gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
13A und 13B sind Diagramme, die die Betriebsarten des Vorschaltgeräts veranschaulichen.
BESTE VERFAHRENSWEISEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders für den Betrieb eines Hochleistungsscheinwerfers eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer Fahrzeugbatterie als Eingabegleichstromquelle, obwohl die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf diese besondere Anwendung beschränkt ist und allgemein auf Lampenvorschaltgeräte für Entladungslampen angewendet werden kann.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 wird das Vorschaltgerät gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Vorschaltgerät besteht aus einem Gleichstromwandler 20, der so angeschlossen ist, daß er eine Eingabegleichspannung von der Gleichstromquelle 10 wie etwa einer Autobatterie erhält, um eine geregelte Gleichstromausgabe zu liefern, und einem Inverter 40, der die Gleichstromausgabe in einen niederfrequenten Wechselstrom umwandelt, der an eine Entladungslampe 1 angelegt wird. Ebenfalls enthalten im Vorschaltgerät sind ein Spannungsverstärker 50, der Leistung von einem Teil des Gleichstromwandlers 20 ableitet, um eine verstärkte Spannung zu erzeugen, und eine Zündvorrichtung 60, die aus der verstärkten Spannung eine Zündspannung erzeugt, die zum Zünden der Lampe 1 angelegt wird. Das Vorschaltgerät enthält weiterhin eine Steuervorrichtung 70, die den Gleichstromwandler 20 und den Inverter 40 steuert, um die Lampe zu starten und den Lampenbetrieb hauptsächlich auf der Basis einer überwachten Ausgabegleichstromleistung des Gleichstromwandlers 20 aufrechtzuerhalten.
Der Gleichstromwandler 20 enthält einen Transformator 30 und ein Schaltelement 24, das mit einer Primärwicklung 31 des Transformators 30 in Reihe an die Gleichstromquelle 10 angeschlossen ist. Das Schaltelement 24 wird so gesteuert, daß es mit variierenden Frequenzen und variierenden Einschaltperioden wiederholt ein- und ausschaltet, um im Transformator 30 und in einem Kondensator 34 Energie zu akkumulieren. Wenn das Schaltelement 24 eingeschaltet ist, fließt ein Eingabestrom von der Gleichstromquelle 10 durch die Primärwicklung 31, um die Energie darin zu speichern. Der Kondensator 34 ist zwischen die Primärwicklung 31 und eine Sekundärwicklung 32 geschaltet und in einer Serienbeziehung mit einer Diode 26 an die Gleichspannungsquelle 10, so daß bei ausgeschaltetem Schaltelement 24 ein anderer Eingabestrom durch die Primärwicklung 31, den Kondensator 34, die Sekundärwicklung 32 und die Diode 26 fließt, um die Energie in den Wicklungen 31 und 32 sowie im Kondensator 34 zu akkumulieren. Die Serienkombination aus Diode 26 und Sekundärwicklung 32 ist an ein Tiefpaßfilter 36 angeschlossen, das aus einer Induktionsspule 37 und einem Kondensator 38 besteht, d. h. einen Ausgang zum Inverter 40, so daß bei abgeschaltetem Schaltelement 24 die in der Sekundärwicklung 32 akkumulierte Energie durch die Diode 26 freigesetzt wird, damit eine Ausgabegleichspannung an den Inverter 40 geliefert wird. Ebenfalls in diesem Zustand fließt der Eingabestrom weiterhin durch die Primärwicklung 31, den Kondensator 34, die Sekundärwicklung 32 und die Diode 26 und zurück zur Spannungsquelle 10, um die Eingabestromwelligkeit zu reduzieren. Der Kondensator 34 setzt seine Energie bei eingeschaltetem Schaltelement 24 frei, um dem Inverter 40 weiterhin die Ausgabegleichspannung zu liefern. Der dargestellte Wandler 20 ist nur beispielhaft gezeigt und kann anders konfiguriert sein, vorausgesetzt, ein gleiches Schaltelement wird zum Regeln der Gleichstromausgabe verwendet. Beispielsweise können gleichermaßen bekannte Gleichstromwandler vom Rücklauftyp oder vom Tief-/Hochsetz-Typ verwendet werden.
Der Inverter 40 weist eine Vollbrückenkonfiguration (full-bridge configuration) mit vier Schaltern 41, 42, 43 und 44 auf, die von einem Treiber 45 angesteuert werden, so daß sie derart ein- und ausschalten, daß ein diagonal gegenüber angeordnetes Paar von Schaltern 41 und 44 abwechselnd mit dem anderen diagonal gegenüber angeordneten Paar von Schaltern 42 und 43 ein- und ausgeschaltet wird, um eine niederfrequente Wechselspannung zum Betrieb der Lampe zu erhalten. Der Treiber 45 ist so angeschlossen, daß er ein niederfrequentes Steuersignal von der Steuervorrichtung 70 erhält, um die niederfrequente Inverterausgabe zu erzeugen. Der Treiber 45 und ein Treiber 25 für das Schaltelement 24 des Wandlers 20 werden von einer Spannungsquelle 121 bestromt, die ihre Leistung von einem Teil des Wandlers 20 ableitet. Obwohl das Vorschaltgerät der dargestellten Ausführungsform den Inverter zum Betreiben der Lampe 1 enthält, sollte die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt sein, und sie erfordert möglicherweise nicht den Inverter zum Betreiben eines bestimmten Typs der Entladungslampe.
Die Zündvorrichtung 60 enthält einen Transformator mit einer Primärwicklung 61 und einer Sekundärwicklung 62, die in einem Weg der Zufuhr der Inverterausgabe mit der Lampe 1 in Serie geschaltet ist. An die Primärwicklung 61 ist eine Serienkombination aus einem Kondensator 64 und einem Entladungsstreckenschalter 65 angeschlossen, der für das Entladen des Kondensators 64 zuständig ist, damit an der Sekundärwicklung 62 eine hohe Zündspannung induziert wird, die zum Zünden der Lampe angelegt wird.
Der Kondensator 64 wird von dem Spannungsverstärker 50 geladen, der eine im Stromkreis des Wandlers 20 erscheinende Spannung verwendet, um eine verstärkte Gleichspannung zu liefern, die zum schnellen Aufladen des Kondensators 64 ausreicht. Der Spannungsverstärker 50 ist als ein Cockcroft-Walton-Spannungsvervielfacher konfiguriert, der aus Dioden, Kondensatoren und Widerständen besteht. Der Eingang des Spannungsverstärkers 50 ist an die Diode 26 des Wandlers 20 angeschlossen und erzeugt die verstärkte Gleichspannung aus der Spannung an der Diode 26. Der auf diese Weise konfigurierte Spannungsverstärker 50 liefert die verstärkte Gleichspannung, die mit steigender Schaltfrequenz des Schaltelements 24 schnell ansteigt. Der Spannungsverstärker kann eine andere Konfiguration aufweisen, wie etwa unter Verwendung eines Transformators oder dergleichen.
Die Steuervorrichtung 70 ist vorgesehen, um den Ausgabegleichstrom des Gleichstromwandlers 20 hauptsächlich durch eine Regelung zu regeln, d. h. mit Rückkopplung auf der Basis der Ausgabe des Wandlers, um beim Lampenstart eine Lampenstartspannung und nach dem Starten der Lampe eine Lampenbetriebsspannung bereitzustellen. Die Steuervorrichtung 70 ist auch so konfiguriert, daß sie unmittelbar nach dem Zünden der Lampe einen ausreichenden Lampenstrom liefert, und zwar ohne Abhängigkeit von der Rückkopplungssteuerung, um den Lampenstart zu komplementieren und den Lampenstart erfolgreich bis zum stabilen Nennlampenbetrieb fortzusetzen. Somit liefert die Steuervorrichtung 70 eine Steuerung, die die Regelung nur innerhalb einer begrenzten Zeitperiode P1 unmittelbar nach dem Lampenstart umgeht oder unterbricht.
2 zeigt typische Kennlinien der Lampenspannung und des Lampenstroms, die zum Starten und Inbetriebhalten der Lampe geliefert werden. Wenn der Gleichstromwandler 20 bei ausgeschalteter Lampe bestromt wird, nimmt die Steuervorrichtung 70 die Regelung vor, um die Ausgabespannung des Gleichstromwandlers 20 von Null bis zur Lampenstartspannung von beispielsweise etwa 380 V zu erhöhen und die Startspannung bis zum Zünden der Lampe aufrechtzuerhalten. Bis zu diesem Zeitpunkt liefert der Spannungsverstärker 50 der Zündvorrichtung 60 ausreichend hohe Spannung zum Zünden der Lampe. Sobald die Zündvorrichtung 60 die Lampe zündet, um das Entladen der Lampe zu starten, was normalerweise in nerhalb von beispielsweise 20 Millisekunden ab der Bestromung des Gleichstromwandlers 20 erfolgt, erfährt die Lampenspannung Via eine abrupte Abnahme. Dies wird dadurch bestätigt, daß die Spannung bis auf eine Schwellwertspannung V_TH von beispielsweise 220 V absinkt. Sobald das Absenken der Spannung von der Steuervorrichtung 70 bestätigt ist, umgeht die Steuerung die Regelung, um eine Startunterstützungsperiode P1 zu liefern, in der ein ausreichender Lampenstrom ohne Verzögerung zugeführt wird, zu der es ansonsten kommen würde, wenn die Regelung fortgesetzt wird, wodurch der Lampenstart komplementiert und erfolgreich bis zum stabilen Lampenbetrieb fortgesetzt wird.
Die Startunterstützungsperiode P1 wird mit einem festen Wert von beispielsweise 300 μs ausgewählt, der länger ist als die Reaktionszeit, in der die Regelung reagieren würde, um einen Rückkopplungsstrom auf der Basis des Ausgabegleichstroms des Gleichstromwandlers 20 zu liefern. Das heißt: falls wie in 3 gezeigt, die Regelung weiterhin aktiv ist und auf den zum Zeitpunkt T1 überwachten Ausgabegleichstrom reagiert, wenn die Ausgabegleichspannung auf die Schwellwertspannung V_TH absinkt, würde es eine bestimmte Verzögerung bei der Bereitstellung des Rückkopplungsstrom geben, der die aktuelle Ausgangsleistung richtig wiedergibt. Die Regelung könnte deshalb nur einen unzureichenden und fehlerhaften Rückkopplungsstrom liefern, wie durch gepunktete Linien in 3 angegeben, was die Ausgangsleistung wiedergibt, d. h. die hohe Ausgabespannung, die überwacht wird, bevor sie auf den Schwellwert V_TH absinkt. Im Gegensatz wird die Steuerung der vorliegenden Erfindung bei dem Absinken der Ausgabegleichspannung auf V_TH aktiviert, wodurch ein ausreichender Lampenstrom (wie in 3 durch eine durchgezogene Linie gezeigt wird) ohne Verzögerung geliefert wird und der zuverlässige Lampenstart ohne unerwünschte Auslöschung der Lampe sichergestellt wird, was bei dem unzureichenden Lampenstrom, wie er in 3 durch die gepunktete Linie angezeigt wird, durchaus möglich wäre.
Nach dem Ende der Steuerung übernimmt die Regelung wieder, um den geregelten Ausgabegleichstrom zu liefern, so daß der Gleichstromwandler 20 mit dem Inverter 40 zusammenarbeitet und den Lampenstrom I_1a eines ersten Musters für eine nachfolgende Aufwärmperiode P2 von beispielsweise etwa 15 bis 75 Millisekunden und dann den Lampenstrom I_1a eines zweiten Musters für eine nachfolgende Hochlaufperiode P3 von beispielsweise 0 bis 60 Sekunden liefert und schließlich danach den Lampenstrom I_1a eines dritten Musters liefert. Wie in 2 gezeigt, ist das erste Muster in Periode P2 dadurch gekennzeichnet, daß der Strom mit einem relativ hohen Pegel von beispielsweise etwa 0,4 bis 2 A über etwa die Hälfte der Periode P2 in einer Richtung und dann in der anderen Richtung fließt, um die Lampenelektroden ausreichend aufzuwärmen, um ein versehentliches Erlöschen der Lampe zu verhindern, während das zweite Muster in der Periode P3 dadurch gekennzeichnet ist, daß der Strom mit einem allmählich auf beispielsweise etwa 0,4 A abnehmenden Pegel fließt, um die Lichtintensität erfolgreich auf einen Zielpegel anzuheben. Das dritte Muster ist vorgesehen, damit ein Strom von beispielsweise etwa 0,4 A fließt, um den Nennlampenbetrieb aufrechtzuerhalten.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 wird nun die ausführliche Konfiguration der Steuervorrichtung 70 erläutert. Die Steuervorrichtung 70 enthält einen Ansteuerimpulsgenerator 80, der einen Ansteuerimpuls erzeugt, der durch den Treiber 25 dem Schaltelement 24 zugeführt wird, damit das Schaltelement 24 mit variierenden Einschaltperioden und mit variierenden Frequenzen ein- und ausgeschaltet wird. Ebenfalls enthalten in der Steuervorrichtung 70 sind eine Ausgabespannungsüberwachungsvorrichtung 71, die die die Lampenspannung anzeigende Ausgabegleichspannung überwacht, eine Ausgabestromüberwachungsvorrichtung 72, die den den Lampenstrom anzeigenden Ausgabestrom überwacht, eine Eingabestromüberwachungsvorrichtung 73, die einen durch das Schaltelement 24 fließenden Eingabestrom überwacht. Jedes Mal, wenn an einem Vergleicher 74 erfaßt wird, daß die Ausgabegleichspannung eine Obergrenze V_H übersteigt, was die Lampenstartspannung von beispielsweise etwa 380 V ist, gibt der Vergleicher 74 ein Stoppsignal an den Ansteuerimpulsgenerator 80 aus, der damit reagiert, daß er das Schaltelement 24 ausschaltet. So erzeugt der Gleichstromwandler 20 die Ausgabegleichspannung, die nach der Bestromung des Wandlers bis zur Lampenstartspannung zunimmt und bis nach dem Zünden der Lampe bei der Lampenstartspannung gehalten wird, wie in 2 gezeigt. Ein weiterer Vergleicher 75 ist vorgesehen, der die Ausgabegleichspannung mit dem Schwellwert V_TH vergleicht und infolgedessen, daß die Lampe gerade gestartet worden ist, ein die Steuerung anforderndes Signal ausgibt.
Die Steuervorrichtung 70 enthält weiterhin eine Leistungsbefehlstabelle 90, die einen vorbestimmten Leistungsbefehl speichert, der einen Leistungsbefehl bezeichnet, auf dessen Basis die Regelung den Ausgabegleichstrom regelt. Der Leistungsbefehl wird zusammen mit der überwachten Ausgabegleichspannung einer Strombefehlsvorrichtung 91 zugeführt, die aus der Gleichung I = P/V (wobei P = Strombefehl, V = überwachte Gleichspannung) einen Strombefehl I berechnet. Der so erhaltene Strombefehl wird einem Fehlerverstärker 92 zugeführt, wo er mit dem überwachten Ausgabestrom verglichen wird, damit man durch einen Proportional- und Integrationsprozeß einen Zielstrombefehl I_P1 erhält. Der Zielstrombefehl I_P1 wird verarbeitet, um das Schaltelement 24 anzusteuern, damit der Ausgabegleichstrom entsprechend dem Zielstrombefehl geregelt wird. Im Einzelnen enthält der Ansteuerimpulsgenerator 80 einen Auslöser 81, der so angeschlossen ist, daß er von einem PWM-Generator 94 einen Impulszug empfängt und bei Erkennen einer ansteigenden Flanke der Impulse ein Auslösesignal liefert. Das Auslösesignal wird durch ein AND-Gatter 82 zu einem Setzanschluß eines RS-Flipflop 83 geführt, der damit reagiert, daß er das Schaltelement 24 durch ein anderes AND-Gatter 84 einschaltet, vorausgesetzt, der Vergleicher 74 liefert dem AND-Gatter 82 eine Hochpegelausgabe, die anzeigt, daß die Ausgabegleichspannung die Obergrenze V_H oder die Lampenstartspannung nicht übersteigt. Das Schaltelement 24 wird ausgeschaltet, wenn entweder der RS-Flipflop 83 zurückgesetzt wird, und zwar durch eine Hochpegelausgabe von einem Vergleicher 85, die anzeigt, daß der überwachte Eingabestrom, d. h. der durch das Schaltelement 24 fließende Strom, den durch einen D/A-Umsetzer 86 in einen entsprechenden analogen Wert umgesetzten Zielstrombefehl I_P1 übersteigt, oder wenn das AND-Gatter 84 die fallende Flanke des Impulses vom PWM-Generator 94 erkennt, was immmer zuerst kommt. Die Regelung wird somit veranlaßt, das Schaltelement 24 im Grunde mit einer festen Frequenz anzusteuern, die durch den Impuls von dem PWM-Generator 94 bestimmt wird, aber mit variierenden Einschaltperioden des Schaltelements 24.
Die (closed-loop) Regelung wird nur für die kurze Zeitperiode P1 unmittelbar nach dem Senken der Ausgabespannung auf die Schwellwertspannung V_TH durch die (open-loop) Steuerung unterbrochen. Dazu enthält die Steuervorrichtung 70 einen Steuerungsunterbrecher 100 und einen Wähler 101. Der Unterbrecher 100 liefert eine Unterbrechungsanforderung bei Empfang einer Niederpegelausgabe von dem Vergleicher 75, die anzeigt, daß die Ausgabegleichspannung als Ergebnis der Einleitung der Lampenentladung zunächst auf die Schwellwertspannung V_TH absinkt. Die Unterbrechungsanforderung wird zwischengespeichert, und keine Unterbrechungsanforderung wird nach dem Verstreichen der Periode P1 ausgeteilt. Der Wähler 101 ist vorgesehen, um unter der Kontrolle des Unterbrechers 100 zwischen der Regelung und der Steuerung zu schalten, und ist so konfiguriert, daß er entweder den Zielstrombefehl I_P1 von dem Fehlerverstärker 92 oder eine Stromgrenze I_P2 eines vorbestimmten, von einer Stromgrenzenbefehlsvorrichtung 102 gelieferten Musters ausgibt. Das heißt, solange die Unterbrechungsanforderung von dem Unterbrecher 100 ausgegeben wird, ist der Wähler 101 so gesetzt, daß er die Stromgrenze I_P2 zum Ansteuerimpulsgenerator 80 ausgibt, um zu bewirken, daß die Steuerung der Zufuhr des Stroms die Stromgrenze I_P2 nicht übersteigt. Ansonsten liefert der Wähler 101 den Zielstrombefehl I_P1, um zu veranlassen, daß die Regelung den Befehl verwendet.
Bei Erteilung der Unterbrechungsanforderung aktiviert der Unterbrecher 100 einen Frequenzzuordner 103 beziehungsweise einen Einschaltperiodenzuordner 104, um vorbestimmte Muster der Frequenz und der Einschaltperiode des Schaltelements 24 zuzuordnen, woraufhin der PWM-Generator 94 den entsprechenden Impulszug zur Verwendung im Ansteuerimpulsgenerator 80 erzeugt, um die Steuerung zu bewirken. Die Frequenz in der Steuerung ist beispielsweise auf 80 kHz fixiert, während die Einschaltperiode mit der Zeit T1 bis T2 während der Startunterstützungsperiode P1, wie in 4 gezeigt, D1 auf D2 erhöht, um den Lampenstrom später in der Startunterstützungsperiode P1 zu erhöhen, damit der Lampenstart erfolgreich komplementiert wird. Die Einschaltperiode kann ein Muster aufweisen, das wie in 5A gezeigt mit dem Ablauf der Zeit von T1 bis T2 schrittweise von D1 auf D2 zunimmt, oder sie kann ein anderes Muster aufweisen, das wie in 5B gezeigt kontinuierlich von D1 auf D2 zunimmt. Wenngleich dies in der Figur nicht dargestellt ist, kann die Frequenz so gesteuert werden, daß sie mit der Zeit während der Startunterstützungsperiode P1 anstelle von oder in Kombination mit der variierenden Einschaltperiode zunimmt. In diesem Zusammenhang kann die Stromgrenze so gesetzt sein, daß sie ein Muster aufweist, das mit der Zeit wie in 4 gezeigt in der Startunterstützungsperiode P1 von I_H auf I_L abnimmt.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 enthält die Steuervorrichtung 70 weiterhin einen Lampenabschaltzeitrechner 110, der in Zusammenwirkung mit einer Lade-/Entladeschaltung 112 und einer Lampenabschaltüberwachungsvorrichtung 114 die Lampenabschaltzeit angibt, die seit dem Ausschalten der Lampe verstrichen ist. Die Lade-/Entladeschaltung 112 enthält einen nicht gezeigten Kondensator, der von einer Spannung V_DD aufgeladen wird, die von einer von der Eingabegleichspannungsquelle 10 abgeleiteten eigenen Spannungsquelle 120 durch die Spannungsquelle 121 zugeführt wird. Die Lampenabschaltüberwachungsvorrichtung 114 wird als Reaktion auf das Einschalten der Lampe aktiviert, um mit dem Laden des Kondensators der Lade-/Entladeschaltung 112 zu beginnen, und als Reaktion auf das Ausschalten der Lampe aktiviert, um mit dem Entladen des Kondensators zu beginnen. Auf der Basis der am Kondensator anliegenden Spannung berechnet der Lampenausschaltrechner 110 die Lampenauschaltzeit und sendet sie zu dem Unterbrecher 100, der damit reagiert, daß er die Einschaltperiode des während der Startunterstützungsperiode P1 anzusteuernden Schaltelements 24 modifiziert. Wie in 6 gezeigt, wird die Einschaltperiode modifiziert, um von D4 auf D3 abzunehmen, wenn die Lampenabschaltzeit zunimmt. Wenn somit die Lampe kurz nach dem Ausschalten wieder gestartet wird, kann ihr ein großer Strom zugeführt werden, der zum Neustarten der Lampe ausreicht. Da die gerade abgeschaltete und immer noch heiße Lampe mehr Strom zum Neustart benötigt als unter einem normalen Kaltstartzustand, eignet sich obiges Verfahren besonders zum erfolgreichen Neustarten der Lampe. Die Lampenabschaltzeit kann üblicherweise durch beliebige andere Techniken als die hier offenbarten gemessen werden.
Die Steuervorrichtung 70 enthält weiterhin eine Eingabegleichspannungsüberwachungsvorrichtung 130, die eine überwachte Eingabegleichspannung dem Unterbrecher 100 zuführt, der damit reagiert, den Einschaltperiodenzuordner 104 und den Frequenzzuordner 103 zu aktivieren, damit die Einschaltperiode sowie die Frequenz des Schaltelements 24 während der Startunterstützungsperiode P1 als Kompensation für eine mögliche Variation der Eingabegleichspannung korrigiert werden. Das heißt, die Einschaltperiode wird so gesetzt, daß sie von D5 auf D6 zunimmt, wenn die Eingabegleichspannung in einen tolerierbaren Bereich zwischen VinL und VinH absinkt, wie in 7A gezeigt, während die Frequenz so gesetzt wird, daß sie von F1 auf F2 abnimmt, wenn die Eingabegleichspannung im tolerierbaren Bereich absinkt, wie in 7B gezeigt. Dementsprechend kann der Gleichstromwandler 20 bei abnehmender Eingabegleichspannung mehr Lampenstrom liefern, wodurch sichergestellt wird, daß der Lampenstart erfolgreich komplementiert wird. Obwohl das Ausführungsbeispiel zeigt, daß sowohl die Einschaltperiode als auch die Frequenz variiert werden, ist es gleichermaßen möglich, die Einschaltperiode und/oder die Frequenz zu variieren. In diesem Zusammenhang kann der Unterbrecher 100 auch die Stromgrenzenbefehlsvorrichtung 102 aktivieren, um die Stromgrenze von I_P2L auf I_P2H zu erhöhen, wenn die Eingabegleichspannung im tolerierbaren Bereich abnimmt, wie in 8 gezeigt.
Außerdem enthält die Steuervorrichtung 70 weiterhin eine Lampeneinschaltüberwachungsvorrichtung 132, die die Ausgabegleichspannung des Gleichstromwandlers 20 ständig überwacht, um ein Lampeneinschaltsignal zu liefern, das anzeigt, daß die Lampe bereits eingeschaltet ist, wenn die Ausgabegleichspannung innerhalb eines vorbestimmten Referenzspannungsbereichs von beispielsweise 40 bis 100 V liegt. Als Reaktion auf das Lampeneinschaltsignal wird eine Invertersteuervorrichtung 140 aktiviert, die ein Invertersteuersignal erzeugt, das die Frequenz der Schalter 41 bis 44 des Inverters 40 bestimmt. Dann wird das Invertersteuersignal einem Ansteuersignalgenerator 141 zugeführt, der den Treiber 45 aktiviert, die Schalter 41 bis 44 mit der beabsichtigten Frequenz ein- und auszuschalten. Somit wird die Wechselspannung an die Lampe angelegt, und zwar ab dem Zeitpunkt T2 unmittelbar nach der Startunterstützungsperiode P1, wodurch die Lampe, wie in 2 gezeigt, durch die Aufwärmehase P2 und die Hochlaufphase P3 in eine Nennlampenbetriebsphase P4 gebracht wird.
Die (open-loop) Steuerungsunterbrechung 100 ist zusammen mit einigen anderen Komponenten der Steuervorrichtung 70 in einem Mikrocomputer integriert und enthält eine Sequenzsteuervorrichtung 200, die so programmiert ist, daß sie eine Betriebssequenz, wie in 9 gezeigt, ausführt. Die Sequenz startet mit der Bestromung des Vorschaltgeräts. Zu diesem Zeitpunkt bestätigt die Sequenzsteuervorrichtung 200 von der Ausgabe der Lampeneinschaltüberwachungsvorrichtung 132, daß die Lampe nicht gestartet ist, d. h. daß keine Last an das Vorschaltgerät angeschlossen ist, so daß ein „Nichtlastmodus” gesetzt wird (Schritt 1). Beim Nichtlastmodus geht die Sequenz zu einer „Ausgaberegelung für den Lampenstart” (Schritt 2), wodurch die Regelung die Ausgabespannung auf die Lampenstartspannung erhöhen kann, d. h. die durch den Vergleicher 74 definierte maximale Spannung V_H von beispielsweise 380 V, wie in 2 gezeigt. Wenn die Lampe gezündet wird, während die Lampenstartspannung auf der Lampenstartspannung gehalten wird, sieht man eine abrupte Absenkung der Ausgabegleichspannung aufgrund der Einleitung der Entladung der Lampe. Die Entladung wird durch das entsprechende Absenken der Ausgabegleichspannung herunter auf die Schwellwertspannung V_TH von beispielsweise 220 V erfaßt. Wenn die Steuervorrichtung 200 das Absinken der Spannung von der Ausgabe des Vergleichers 75 sieht (Schritt 3), aktiviert sie den Unterbrecher 100, die Regelung zu umgehen, und gestattet die Regelung über die Startunterstützungsperiode P1, um den ausreichenden Lampenstrom zu liefern, wie oben erörtert (Schritt 4). Nach dem Ende der Startunterstützungsperiode P1 übernimmt die Regelung wieder und liefert die Ausgabegleichspannung, um die Lampe eingeschaltet zu halten. Zu diesem Zeitpunkt prüft die Steuervorrichtung 200 in Zusammenwirkung mit der Lampeneinschaltüberwachungsvorrichtung 132, ob die Lampe noch eingeschaltet ist (Schritt 5). Wenn die Lampe eingeschaltet ist, wird ein Lampe-eingeschaltet-Modus gesetzt (Schritt 6), damit die Regelung weiter den Ausgabegleichstrom zum Eingeschaltethalten der Lampe liefert (Schritt 7).
Während der (closed-loop) Regelung wird sie ständig veranlaßt zu prüfen, ob die lampe ausgeschaltet wird (Schritt 8). Falls die Lampe abgeschaltet ist, beurteilt die Steuervorrichtung 200, ob das Neustarten der Lampe erforderlich ist oder nicht (Schritt 9). Falls es als nicht erforderlich beurteilt wird, wird die Kontrolle beendet, um das Betreiben des Vorschaltgeräts zu stoppen. Ansonsten geht die Sequenz zum Neustarten der Lampe zurück zu Schritt 2. Wenn beispielsweise kein Lampeeingeschaltet-Signal von der Lampe-an-Überwachungsvorrichtung 132 kommt, und gleichzeitig eine gewisse niedrige Ausgabespannung unter dem obigen Referenzspannungsbereich erfaßt wird, der zum Bestimmen des Lampe-an-Zustands verwendet wird, beurteilt die Steuervorrichtung 200, daß in der Lampe oder im Vorschaltgerät ein gewisser kritischer Ausfall aufgrund eines Massefehlers oder eines Kurzschlusses vorliegt, und bestimmt, daß das Neustarten nicht erforderlich ist, und stoppt den Betrieb des Vorschaltgeräts. Wenn im Gegensatz kein Lampeeingeschaltet-Signal vorliegt und keine derartige niedrige Ausgabespannung, die auf den Ausfall der Lampe oder des Vorschaltgeräts hinweist, reagiert die Steuervorrichtung 200 mit dem Neustart der Lampe durch die Schritte 1 bis 4. Wenn bei Schritt 3 keine Entladung der Lampe erfaßt wird, wird die Steuerung übersprungen und die Sequenz geht zurück durch Schritt 5 zu Schritt 2, um den Start der Lampe zu versuchen. Dazu ist die Lampe-an-Überwachungsvorrichtung 132 so konfiguriert, daß sie der Steuervorrichtung 200 ein Fehlstartsignal liefert, wenn die Ausgabegleichspannung erheblich höher ist als der Referenzbereich, der zum Beurteilen des normalen Lampe-an-Zustands verwendet wird. Das heißt, die Ausgabegleichspannung wird mit einer Ausfallschwellwertspannung V_FTH in der Nähe der Schwellwertspannung V_TH verglichen, um das Entladen der Lampe zu bestimmen, so daß die Lampe-an-Überwachungsvorrichtung 132 das Fehlstartsignal liefert, wenn die Ausgabegleichspannung die Ausfallschwellwertspannung V_FTH übersteigt, wodurch die Steuervorrichtung 200 wieder den Schritt 2 ausführt, um die Ausgabegleichspannung so zu erhöhen, daß sie zum Starten der Lampe bereit ist. Falls die Lampe sogar dann nicht starten sollte, wenn die Startunterstützungsperiode P1 infolge der Erfassung der Lampenentladung begonnen hat, wie in 10 gezeigt, würde die Ausgabegleichspannung in der nachfolgenden Regelung bis auf die Obergrenze ansteigen, während der die Ausgabegleichspannung die obige Ausfallschwellwertspannung V_FTH übersteigt. Wenn es dazu kommt, bestätigt die Steuervorrichtung 200 in Schritt 5, daß die Lampe nicht eingeschaltet ist, wodurch die Sequenz zum Neustarten der Lampe wieder zu Schritt 2 zurückgeht.
Zweite Ausführungsform
11 zeigt ein anderes Vorschaltgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das mit Ausnahme zusätzlicher Speichermodule 171 und 172 zum Speichern der überwachten Ausgabegleichspannung und des Stroms von der Konfiguration und vom Betrieb her mit der ersten Ausführungsform identisch ist. Gleiche Teile sind zur leichteren Bezugnahme mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Jedes der Speichermodule 171 und 172 ist so konfiguriert, daß es mehrere Speicher aufweist, die jeweils in kurzen Zeitintervallen abgetastete Spannung und Strom speichern, und ein Filter, das die Werte von den Speichern verarbeitet, damit man einen geeignet gewichteten Wert zum Verbessern der Regelung erhält. Wenn die Regelung somit nach der Steuerung wieder übernimmt, kann sie sofort auf den gewichteten Werten der Ausgabegleichspannung und der Ströme basieren, die die Ausgabe des Wandlers während der Startunterstützungsperiode gut wiedergeben und eine zuverlässige Basis für die Regelung ergeben, damit sie den Ausgabegleichstrom optimal regeln kann, wodurch ein glatter Übergang des Lampenstarts zum Nennlampenbetrieb ermöglicht wird. Die gewichteten Werte können auch die zuverlässige Basis für die fortgesetzte Regelung liefern.
Dritte Ausführungsform
12 zeigt ein weiteres Vorschaltgerät entsprechend einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das mit Ausnahme der Tatsache, daß eine verbesserte Leistungsbefehlstabelle 190 vorgesehen ist, von der Konfiguration und dem Betrieb her mit der ersten Ausführungsform identisch ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet. Die Tabelle 190 enthält ein Muster des Leistungsbefehls, der in der Strombefehlsvorrichtung 91 verarbeitet wird, um den Strombefehl auf der Basis der Gleichung I = P/V (wobei P = Leistungsbefehl, V = überwachte Gleichspannung) einzustellen, damit man die Regelung in Zusammenwirkung mit dem Fehlerverstärker 92 erhält, wobei der resultierende Strombefehl mit dem überwachten Ausgabegleichstrom verglichen wird, damit man den Zielstrombefehl I_P1 erhält. Ebenfalls in der Tabelle 190 enthalten ist ein Zeitgeber 191, der mit dem Zählen der Zeit nach der Bestromung des Vorschaltge räts beginnt, um das Muster des Leistungsbefehls zu erzeugen, d. h. die in den 13A und 13B gezeigten Muster zeichnet, und zwar als Funktion der gezählten Zeit, und zurückgesetzt wird, wenn die Unterbrechungsanforderung von dem Unterbrecher 100 als Ergebnis dessen empfangen wird, daß die Lampenentladung bestätigt wird, d. h., die Steuerung wird aktiviert. Wie in der Figur zu sehen ist, ist der Leistungsbefehl so definiert, daß er mit der gezählten Zeit von einem Maximalleistungsbefehl Wmax bis hinunter auf eine Nennleistung Ws abnimmt. Es wird angemerkt, daß ein anfänglicher Teil des Leistungsbefehls mit einem höheren Pegel in der Aufwärmperiode P2 unmittelbar nach der Startunterstützungsperiode P1 einen relativ großen Lampenstrom zuführen soll, damit der Lampenstart glatt und erfolgreich in den Nennlampenbetrieb überführt werden kann, wie oben unter Bezugnahme auf 2 erörtert wurde. Danach erfolgt die Regelung auf der Basis des verringerten Leistungsbefehls Ws, der ein Nennleistungsbefehl zum Aufrechterhalten des Nennlampenbetriebs ist.
Da der Zeitgeber nur als Reaktion auf die Unterbrechungsanforderung zurückgesetzt wird, damit man am Beginn der Regelung nach der Steuerung den hohen Leistungsbefehl erhält, kann verhindert werden, daß der Wandler eine hohe Ausgabe erzeugt, falls die Steuerung übersprungen werden sollte. Für den Fall, daß die Lampe wegen eines Kurzschlusses oder eines Massefehlers des Vorschaltgeräts nicht startet, ist dies für den Schutz der Lampe sowie des Vorschaltgeräts vorteilhaft, wobei jedoch weiterhin der ausreichende Lampenstrom geliefert wird, wenn die Regelung auf die Steuerung folgt. In diesem Zusammenhang wird angemerkt, daß die Steuervorrichtung 200 einen Fehlerdetektor enthält, der die Ausgabegleichspannung des Wandlers 20 überwacht und den Betrieb des Vorschaltgeräts stoppt, wenn die überwachte Ausgabegleichspannung unter einen kritischen Pegel absinkt, der auf einen anormalen Zustand hinweist. Diesbezüglich wird sichergestellt, daß, wenn die Lampe nicht starten sollte, der Wandler 20 sich nicht auf den anfänglichen hohen Leistungsbefehl verlassen würde, sondern auf den niedrigeren Nennleistungsbefehl Ws, um dadurch die mäßige Ausgabegleichspannung zu erzeugen, so daß der Fehlerdetektor den anormalen Zustand zum sofortigen Schutz der Lampe und des Vorschaltgeräts korrekt bestätigen kann. Wenn andererseits die Regelung ansonsten sich auf den hohen Leistungsbefehl verlassen würde, würde der Wandler 20 die hohe Ausgabegleichspannung erzeugen, die den Fehlerdetektor ganz bestimmt fehlleiten würde und dadurch den Schutz verzögern und möglicherweise die Lampe und das Vorschaltgerät beschädigen würde.
Der Zeitgeber 191 ist durch einen Taktwähler 192 so angeschlossen, daß er selektiv ein erstes Taktsignal CLK1 und ein zweites Taktsignal CLK2, dessen Frequenz höher ist als die des ersten Taktsignals CLK1, empfängt. Der Zeitgeber 191 zählt normalerweise die Zeit unter Verwendung des ersten Taktsignals CLK1. Wenn jedoch vom Unterbrecher 100 keine Unterbrechungsanforderung erteilt wird, empfängt der Zeitgeber 191 das zweite Taktsignal CLK2 und beschleunigt dadurch das Absenken des Leistungsbefehls von Wmax auf Ws, wie in 13B gezeigt. Somit wird das erste Muster des Leistungsbefehls von 13A modifiziert, um das zweite Muster des Leistungsbefehls zu erzeugen, das den Nennleistungsbefehl Ws schneller absenkt als das erste Muster. Mit diesem Beschleunigungsverfahren wird es ermöglicht, die Möglichkeit zu minimieren, daß sich die nicht mit der Steuerung verbundene Regelung auf den hohen Leistungsbefehl verläßt, wodurch die sofortige Erfassung des anormalen Zustands verbessert wird und gleichzeitig das erste Muster des Leistungsbefehls zum Erzeugen des zweiten Musters des Leistungsbefehls am besten verwendet wird.
Obwohl das obige Verfahren zum Beschleunigen zum Absenken des Leistungsbefehls bevorzugt wird, ist es dennoch möglich, obigen Schutz ohne Umschalten der Taktsignale von CLK1 auf CLK2 herzustellen, wobei der hohe Leistungsbefehl nur für eine relativ kurze Zeitperiode benötigt wird, und zwar weil der Zeitgeber 191 bei Fehlen der Unterbrechungsanforderung nicht zurückgesetzt wird, so daß sich die Regelung darauf verläßt, daß mit dem Ablaufen der gezählten Zeit der Leistungsbefehl bereits abgesenkt worden ist, wie in 13A zu sehen ist, wo der Leistungsbefehl nach dem Ablauf einer bestimmten gezählten Zeit Ts auf Ws gesättigt ist.
Anstatt die Taktsignale umzuschalten, um das Absenken des Leistungsbefehls zu beschleunigen, wenn keine Unterbrechungsanforderung zu sehen ist, kann die Leistungsbefehlstabelle 190 so konfiguriert sein, daß sie einen festen Leistungsbefehl ausgibt, der kleiner oder gleich dem Nennleistungsbefehl Ws ist, wenn die Regelung erfolgt, ohne durch die Steuerung unterbrochen zu werden. Somit kann der anormale Zustand gleichermaßen sofort erfaßt werden.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der und beansprucht die Priorität der am 12. Januar 2001 in Japan eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-005704 und der am 16. Juli 2001 in Japan eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-215722 , deren ganzer Inhalt unter Bezugnahme hier ausdrücklich aufgenommen ist.

Claims

Vorschaltgerät einer Hochdruckentladungslampe, das folgendes umfaßt: – einen Gleichstromwandler (20), der so ausgelegt ist, daß er eine Eingabegleichspannung von einer Gleichspannungsquelle (10) empfängt, wobei der Gleichstromwandler ein Schaltelement (24) aufweist, das so angesteuert wird, daß es die Eingabegleichspannung wiederholt schaltet, um eine variable Gleichstromausgabe zu liefern, die zum Ansteuern der Entladungslampe angelegt wird; – eine Steuervorrichtung (70), die die Gleichstromausgabe überwacht und eine closed-loop Regelung zur Verfügung stellt, die das Tastverhältnis des Schaltelements auf der Basis der überwachten Gleichstromausgabe variiert, um die Gleichstromausgabe derart zu regeln, daß der Gleichstromwandler eine Startspannung zum Einleiten einer Entladung der Entladungslampe sowie eine Betriebsspannung zum Aufrechterhalten des Betriebs der Entladungslampe liefert; – wobei die Steuervorrichtung eine open-loop Steuerung zur Verfügung stellt, die die closed-loop Regelung unterbricht, um eine Startunterstützungsperiode (P1) zur Verfügung zu stellen, in der das Schaltelement (24) so gesteuert wird, daß es nach einem vorbestimmten Muster ein- und ausgeschaltet wird, um die Gleichstromausgabe mit einem ausreichenden Pegel zum erfolgreichen Komplettieren des Starts der Entladungslampe zu erhalten, – wobei die Steuervorrichtung (70) bei der closed-loop Steuerung die Ausgabespannung bis zu einem oberen Wert (VH) erhöht, während die Gleichstromausgabe überwacht wird, und einen Zeitpunkt feststellt, an dem die Lampenspannung auf eine erste Referenzspannung (VTH) absinkt, was anzeigt, daß das Entladen der Entladungslampe gerade begonnen hat, um die Startunterstützungsperiode (P1) ab dieser Feststellung zu starten, – wobei diese Startunterstützungsperiode (P1) dann endet, wenn ein Zustand erkannt wird, der die Beendigung des Starts der Entladungslampe anzeigt.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (70) die Startunterstützungsperiode nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit ab dem Beginn der Startunterstützungsperiode beendet.
Vorschaltgerät nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Zeit derart gewählt ist, daß ein von dem Gleichstromwandler (20) der Entladungslampe zugeführter Strom keine abrupte Änderung erfährt, wenn die closed-loop Regelung unmittelbar nach der open-loop Steuerung wieder übernimmt.
Vorschaltgerät nach Anspruch 2, wobei die Startunterstützungsperiode (P1) länger ist als eine Reaktionszeit, in der die closed-loop Regelung darauf reagiert, die überwachte Gleichstromausgabe zu verarbeiten.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes enthält: eine Eingabegleichspannungsüberwachungsvorrichtung (130), die die von der Gleichspannungsquelle zugeführte Eingabegleichspannung überwacht, wobei die Steuervorrichtung in der Startunterstützungsperiode arbeitet, um eine Einschaltperiode des Schaltelements bei zunehmender überwachter Eingabegleichspannung zu senken.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes enthält: eine Eingabegleichspannungsüberwachungsvorrichtung (130), die die von der Gleichspannungsquelle (10) zugeführte Eingabegleichspannung überwacht, wobei die Steuervorrichtung (70) in der Startunterstützungsperiode (P1) arbeitet, um eine Schaltfrequenz des Schaltelements bei zunehmender überwachter Eingabegleichspannung zu erhöhen.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (70) während der Startunterstützungsperiode (P1) so arbeitet, daß die Einschaltzeit des Schaltelements mit der Zeit verlängert wird.
Vorschaltgerät nach Anspruch 7, wobei die Steuervorrichtung (70) die Einschaltzeit des Schaltelementes schrittweise verlängert.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes enthält: einen Lampenabschaltzeitgeber (110), der eine abgelaufene Zeit nach dem Ausschalten der Entladungslampe mißt, wobei die Steuervorrichtung (70) in der Startunterstützungsperiode dahingehend arbeitet, eine Einschaltzeit des Schaltelements mit abnehmender abgelaufener Zeit zu erhöhen.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes enthält: einen Speicher (171, 172), der die während der Startunterstützungsperiode aktualisierte überwachte Gleichstromausgabe speichert, wobei die Steuervorrichtung (70) die aktualisierte Gleichstromausgabe berücksichtigt, sobald die closed-loop Regelung wieder übernimmt, um die Gleichstromausgabe zu regeln.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes enthält: einen ersten Detektor (75), der einen Ausgabepegel der Gleichstromausgabe überwacht und ein erstes Statussignal ausgibt, das anzeigt, daß das Entladen der Lampe gerade begonnen hat, wenn der Ausgabepegel der ersten Referenz (VTH) genügt, und einen zweiten Detektor (132), der den Ausgabepegel der Gleichstromausgabe überwacht und ein zweites Statussignal ausgibt, das anzeigt, daß die Lampe bereits gestartet worden ist, wenn der Ausgabepegel einer zweiten Referenz (VFTH) genügt, die von der ersten Referenz verschieden ist, wobei die Steuervorrichtung (70) so arbeitet, daß die open-loop Steuerung mit nachfolgender closed-loop Regelung ermöglicht wird, wenn sowohl das erste als auch das zweite Statussignal ausgegeben werden, wobei die Steuervorrichtung so arbeitet, daß die open-loop Steuerung deaktiviert und nur die closed-loop Regelung vorgenommen wird, wenn bei Fehlen des ersten Statussignals das zweite Statussignal abgegeben wird.
Vorschaltgerät nach Anspruch 11, wobei die erste Referenz (VTH) ein Spannungspegel der Gleichstromausgabe ist und unter einer maximalen Spannung liegt, die vor dem Starten der Lampe angelegt wird, und die zweite Referenz (VFTH) ein Spannungspegel ist, der unter der ersten Referenz liegt.
Vorschaltgerät nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung (70) ein erstes Muster eines Leistungsbefehls liefert, auf dem die closed-loop Regelung basiert, um die Gleichstromausgabe zu regeln, wenn sowohl das erste als auch das zweite Statussignal ausgegeben werden, wobei das erste Muster den mit der Zeit auf einen vorbestimmten Pegel abnehmenden Leistungsbefehl definiert, wobei die Steuervorrichtung ein zweites Muster des Leistungsbefehls bereitstellt, auf dem die closed-loop Regelung basiert, um die Gleichstromausgabe zu regeln, wenn das zweite Statussignal bei Abwesenheit des ersten Statussignals ausgegeben wird, wobei das zweite Muster den Leistungsbefehl definiert, der sich von dem unterscheidet, der vom ersten Muster definiert wird und der mit der Zeit auf einen vorbestimmten Pegel abnimmt.
Vorschaltgerät nach Anspruch 13, wobei das zweite Muster des Leistungsbefehls durch Modifizieren des ersten Musters hergestellt wird, um den mit der Zeit variierenden Leistungsbefehl zu definieren, der mit einer größeren Rate als das erste Muster abnimmt.
Vorschaltgerät nach Anspruch 11, wobei die Steuervorrichtung (70) ein erstes Muster eines Leistungsbefehls liefert, auf dem die closed-loop Regelung basiert, um die Gleichstromausgabe zu regeln, wenn sowohl das erste als auch das zweite Statussignal ausgegeben werden, wobei das erste Muster den mit der Zeit abnehmenden Leistungsbefehl definiert, wobei die Steuervorrichtung ein zweites Muster des Leistungsbefehls bereitstellt, auf dem die closed-loop Regelung basiert, um die Gleichstromausgabe zu regeln, wenn das zweite Statussignal bei Abwesenheit des ersten Statussignals ausgegeben wird, wobei das zweite Muster den Leistungsbefehl definiert, der auf einem Pegel festgelegt ist, der nicht über einem Nennleistungspegel liegt.
Vorschaltgerät nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes enthält: einen Eingabestromdetektor (73), der einen durch das Schaltelement fließenden Eingabestrom überwacht, wobei die Funktion der Steuervorrichtung (70) darin besteht, den Eingabestrom unter Bezugnahme auf den überwachten Eingabestrom zu begrenzen, wobei die Steuervorrichtung eine erste Obergrenze auswählt, damit der Eingabestrom in der open-loop Steuerung nach oben begrenzt wird, und eine zweite Obergrenze auswählt, damit der Eingabestrom in einer Nennlampenoperation nach oben begrenzt wird, wobei die erste Obergrenze höher liegt als die zweite Obergrenze.
Vorschaltgerät nach Anspruch 16, wobei die erste Obergrenze in der open-loop Steuerung mit der Zeit abnimmt.
Vorschaltgerät nach Anspruch 16, das weiterhin folgendes enthält: eine Eingabegleichspannungsüberwachungsvorrichtung (130), die eine von der Gleichspannungsquelle zugeführte Eingabegleichspannung überwacht, wobei die Steuervorrichtung die erste Obergrenze bereitstellt, die mit zunehmender überwachter Eingabegleichspannung abnimmt.
Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckentladungslampe unter Verwendung eines Gleichstromwandlers (20), – wobei der Wandler so ausgelegt ist, daß er eine Eingabegleichspannung von einer Gleichspannungsquelle (10) empfängt und ein Schaltelement (24) aufweist, das so angesteuert wird, daß es die Eingabegleichspannung wiederholt schaltet, um eine variable Gleichstromausgabe zu liefern, die zum Ansteuern der Entladungslampe angelegt wird; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: – Überwachen der Gleichstromausgabe und Bereitstellen einer closed-loop Regelung, die das Tastverhältnis des Schaltelements auf der Basis der überwachten Gleichstromausgabe variiert, um die Gleichstromausgabe derart zu regeln, daß der Gleichstromwandler eine Startspannung zum Einleiten einer Entladung der Entladungslampe sowie eine Betriebsspannung zum Aufrechterhalten des Betriebs der Entladungslampe liefert; – Bereitstellen einer open-loop Steuerung, die die closed-loop Regelung unterbricht, um eine Startunterstützungsperiode zur Verfügung zu stellen, in der das Schaltelement so gesteuert wird, daß es nach einem vorbestimmten Muster ein- und ausgeschaltet wird, um die Gleichstromausgabe mit einem ausreichenden Pegel zum erfolgreichen Komplettieren des Starts der Entladungslampe zu erhalten, und – Erhöhen der Ausgabespannung bei der closed-loop Steuerung bis zu einem oberen Wert (VH), während die Gleichstromausgabe überwacht wird, und Feststellen eines Zeitpunkts, an dem die Lampenspannung auf eine erste Referenzspannung (VTH) absinkt, was anzeigt, daß das Entladen der Entladungslampe gerade gestartet hat, um die Startunterstützungsperiode (P1) ab dieser Feststellung zu starten, – Beenden der Startunterstützungsperiode (P1), wenn ein Zustand erkannt wird, der die Beendigung des Starts der Entladungslampe anzeigt.