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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Entladelampen-Belastungsvorrichtung
mit einem DC/DC- bzw. Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler zum Erleuchten
einer Entladelampe.
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STAND DER TECHNIK
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Zum
Einschalten einer Entladelampe ist es an erster Stelle nötig, einen
Durchschlag bzw. eine Entladung zwischen Elektroden der Entladelampe durch
Anlegen einer hohen Spannung über
den Elektroden zu erzeugen. Zum Erzeugen des Durchschlags zwischen
den Elektroden wird ein Impuls hoher Spannung verwendet, der über der
Sekundärwicklung
eines Zünd-(von nun an mit IGN
abgekürzt)-Transformators
bzw. -Trafos erzeugt wird, wenn die in einem Kondensator gespeicherten
Ladungen über
die Primärwicklung
des IGN-Transformators entladen werden.
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Das
Windungsverhältnis
zwischen den Primär-
und Sekundärwicklungen
des IGN-Transformators kann durch Erhöhen der vom Kondensator zur Primärwicklung
des IGN-Transformators zu entladenden Spannung reduziert werden.
Anders ausgedrückt
macht es ein Erhöhen
der an die Primärwicklung
des IGN-Transformators
angelegten Spannung möglich,
die Anzahl von Windungen der Sekundärwicklung zu reduzieren. Dies
ermöglicht
ein Verwenden eines dicken Drahts zum Reduzieren eines Widerstands
und eine Miniaturisierung des IGN-Transformators.
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Aus
diesem Grund hat die Entladelampen-Belastungsvorrichtung eine Schaltung
zum Anlegen einer hohen Spannung an den IGN-Transformator.
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Eine
herkömmliche
Entladelampen-Belastungsvorrichtung hat einen Aufwärtstransformator zum
Erhöhen
der Spannung einer AC- bzw. Wechselstrom-Energieversorgung und erzeugt
eine hohe DC- bzw. Gleichspannung durch eine Spannungsverdoppelungs-Gleichrichterschaltung,
die aus einer Vielzahl von Dioden auf der Sekundärseite des Aufwärtstransformators
besteht. Die Entladelampe wird durch Laden des Kondensators mit
der hohen Gleichspannung und durch Verwenden der im Kondensator gespeicherten
Ladungen gestartet (siehe beispielsweise das Patentdokument 1).
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Alternativ
dazu gibt es eine weitere Vorrichtung, die veranlasst, dass die
Sekundärwicklung
eine erhöhte
AC- bzw. Wechselspannung durch Unterbrechen der von einer Belastungsschaltung
mit einer Schaltvorrichtung, wie beispielsweise Saidac, ausgegebenen
DC-Spannung und durch Anlegen von ihr an die Primärwicklung
eines Transformators ausgibt; eine hohe Spannung durch Zuführen der
Wechselspannung zu einer Spannungsverdoppelungs-Gleichrichterschaltung erzeugt; und
die Entladelampe durch Laden des Kondensators mit der hohen Spannung
und durch Zuführen
der vom Kondensator entladenen Ladungen zum IGN-Transformator auf dieselbe Weise einschaltet,
wie es oben beschrieben ist (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
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Zusätzlich gibt
es noch eine weitere Vorrichtung, die eine DC- bzw. Gleichstrom-Erhöhungsschaltung
mit einem Transformator, eine DC-zu-AC- bzw. Gleichstrom-zu-Wechselstrom-Wandlerschaltung
und eine Startpuls-Generatorschaltung
hat und die die Entladelampe dadurch einschaltet, dass sie einen
Kondensator in der Startpuls-Generatorschaltung
veranlasst, eine Spannung mit hohem Puls synchron zum Betrieb der
DC-zu-AC-Wandlerschaltung auszugeben. Auf der Sekundärseite des
Transformators der DC-Erhöhungsschaltung
ist eine Wicklung zum Erzeugen der hohen Spannung zum Starten der Entladelampe
vorgesehen und speichert die Startpulsschaltung die von der Wicklung
zugeführte
Energie im Kondensator. Wenn die Spannung über dem Kondensator einen vorbestimmten
Wert erreicht, führt
eine Schaltvorrichtung für
einen eigenen Durchschlag in der Startpulsschaltung zu einem Durchschlag.
Die beim Durchschlag erzeugte Pulsspannung wird einer von einer
Brückenschaltung,
die eine DC-zu-AC-Wandlerschaltung bildet, ausgegebenen Pulsspannung überlagert
und die Spannung wird an die Entladelampe angelegt, um sie einzuschalten (siehe
beispielsweise das Patentdokument 3).
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Die
Schaltvorrichtung für
einen eigenen Durchschlag in der Startpuls-Generatorschaltung hat einen
Luftspalt, der zu einem Durchschlag führt und zu einem Leiten gebracht
wird, wenn eine Spannung von etwa 1000 V angelegt wird. Anders ausgedrückt lädt die Startpuls-Generatorschaltung
den Kondensator mit der Spannung, die höher als 1000 V ist. Um die
hohe Spannung von etwa 1000 V unter Verwendung der Spannungsverdoppelungs-Gleichrichterschaltung
zu erzeugen, ist es nötig,
eine hohe Spannung, die größer als
500 V ist, einzugeben oder die Spannungsverdoppelungs-Gleichrichterschaltung als
Multipliziererschaltung für
drei oder mehr Spannungen auszubilden, wenn die Eingabe etwa 300
V beträgt.
Um eine hohe Spannung von etwa 1000 V zu erzeugen, ist die Schaltung
unter Verwendung von Komponenten einer hohen Durchschlagsspannung konfiguriert,
oder der Schaltung zum Erzeugen der multiplizierten Spannung mit
vielen Komponenten. Angesichts von diesem erhält die vorangehende Vorrichtung
die hohe Spannung durch Verwenden der DC-Erhöhungsschaltung,
der DC-zu-AC-Wandlerschaltung und der Startpuls-Generatorschaltung.
Genauer gesagt ist es bevorzugt, die hohe Spannung durch Erzeugen
einer Dreifachspannung zu erhalten.
Patentdokument 1:
Japanische offengelegte Patentanmeldung
Nr. 59-196594/1984 (Seiten 2 und 3 und
2)
Patentdokument
2:
Japanische offengelegte
Patentanmeldung Nr. 9-69393/1997 (Seiten 4 und 5 und
1)
Patentdokument
3:
Japanische offengelegte
Patentanmeldung Nr. 7-142185/1995 (Seiten 3 und 4 und
1)
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Mit
einer solchen Konfiguration hat die herkömmliche Entladelampen-Belastungsvorrichtung die
Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung auf der Ausgangsseite
der DC-zu-AC-Wandlerschaltung (des DC/AC-Inverters) platziert, die eine AC-Spannung
mit vergleichsweise niedriger Frequenz ausgibt. Somit dauert es
nicht nur eine lange Zeit zum erneuten Laden des Kondensators der IGN-Schaltung
zum Starten der Entladelampe, sondern ist auch ein Kondensator mit
einer großen
Kapazität
für die
Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung erforderlich. Zusätzlich präsentiert
eine große
Anzahl von Teilen, die zum Aufbauen der Schaltung erforderlich sind,
ein derartiges Problem, dass eine Miniaturisierung schwer gemacht
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist implementiert, um die vorangehenden Probleme
zu lösen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Entladelampen-Belastungsvorrichtung
zur Verfügung
zu stellen, die zu einer Miniaturisierung und einer Kostenreduzierung
durch Eliminieren der Wicklung zum Starten der Entladelampe vom
Transformator im DC/DC-Wandler und durch Vereinfachen der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
fähig ist.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Entladelampen-Belastungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält
Folgendes: eine Vielzahl von DC/DC-Wandlern, die Transformatoren
zum Erhöhen
einer Energieversorgungsspannung enthalten und parallel geschaltet
sind; eine Steuereinrichtung zum Ausführen einer Steuerung auf eine
derartige Weise, dass die Betriebsphasen der Transformatoren der
DC/DC-Wandler verschoben werden; und eine Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
zum Erzeugen einer hohen Spannung, die zum Starten einer Entladelampe verwendet
wird, unter Verwendung einer Potentialdifferenz zwischen Ausgangsspannungen
der Transformatoren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält die
Entladelampen-Belastungsvorrichtung die Steuereinrichtung zum Steuern
des Betriebs der Transformatoren der Vielzahl von DC/DC-Wandlern,
um die Phasen der Ausgangsspannungen zu verschieben; und die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung,
die zum Erzeugen der hohen Spannung verwendet wird, die zum Starten
der Entladelampe verwendet wird, indem die Potentialdifferenz zwischen den
Ausgangsspannungen verwendet wird. Somit bietet die Entladelampen-Belastungsvorrichtung
einen derartigen Vorteil, dass ihre Größe und ihre Kosten reduziert
werden können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Entladelampen-Belastungsvorrichtung eines Ausführungsbeispiels
1 gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
ein Diagramm, das den Betrieb der Entladelampen-Belastungsvorrichtung
des Ausführungsbeispiels
1 darstellt; und
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3 ist
ein Diagramm, das den Betrieb der Entladelampen-Belastungsvorrichtung
des Ausführungsbeispiels
1 darstellt.
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BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Die
beste Art zum Ausführen
der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, um die vorliegende Erfindung detaillierter zu erklären.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
1
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Entladelampen-Belastungsvorrichtung eines Ausführungsbeispiels
1 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein Transformator T1 und ein Transformator T2 haben jeweils
ein erstes Ende ihrer Primärwicklung
an eine positive Elektrode einer Energieversorgung 1 angeschlossen,
die DC-Energie zuführt.
Der Transformator T1 hat ein zweites Ende seiner Primärwicklung
an eine Schaltvorrichtung 2 angeschlossen, die zwischen
dem Transformator T1 und der negativen Elektrode der Energieversorgung 1 EIN
und AUS schaltet. Der Transformator T2 hat ein zweites Endes seiner
Primärwicklung
an eine Schaltvorrichtung 3 angeschlossen, die zwischen
dem Transformator T2 und der negativen Elektrode der Energieversorgung 1 EIN
und AUS schaltet. Ein Steuerabschnitt (eine Steuereinrichtung) 4 ist
an die Steuersignal-Eingangsanschlüsse der
Schaltvorrichtungen 2 und 3 angeschlossen. Wenn
beispielsweise FETs als die Schaltvorrichtungen 2 und 3 verwendet
werden, ist der Steuerabschnitt 4 an ihre Gateanschlüsse angeschlossen.
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Der
Transformator T1 hat ein erstes Ende seiner Sekundärwicklung
an die Anode einer Diode 5, die Anode einer Diode 7 und
ein erstes Ende eines Kondensators 10 angeschlossen. Der
Transformator T2 hat ein erstes Ende seiner Sekundärwicklung
an die Anode einer Diode 6 und ein erstes Ende eines Kondensators 11 angeschlossen.
Der Kondensator 11 hat sein zweites Ende an die Kathode
der Diode 7 angeschlossen. Die Diode 7 hat ihre
Kathode an die Anode der Diode 8 angeschlossen und die
Diode 8 hat ihre Kathode an die Anode einer Diode 9 angeschlossen.
Anders ausgedrückt
sind die Dioden 7-9 in Reihe geschaltet. Der Kondensator 10 hat
sein zweites Ende an die Verbindungsstelle der Diode 8 und
der Diode 9 angeschlossen.
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Die
Diode 5 hat ihre Kathode an die Kathode der Diode 6 angeschlossen
und weiterhin an ein erstes Ende eines Kondensators 12,
ein erstes Ende eines Kondensators 13 und Transistoren 14 und 16. Die
Verbindungsstelle ist geerdet. Der Transformator T1 hat ein zweites
Ende seiner Sekundärwicklung
an ein zweites Ende der Sekundärwicklung
des Transformators 2 angeschlossen, und weiterhin an ein zweites
Ende des Kondensators 13 und Transistoren 15 und 17.
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Die
Schaltvorrichtung 2, der Steuerabschnitt 4, der
Transformator T1, die Diode 5 und der Kondensator 13,
die angeschlossen sind, wie es oben beschrieben ist, bilden einen
DC/DC-Wandler zum Erhöhen
der DC-Spannung der Energieversorgung 1. Zusätzlich bilden
die Schaltvorrichtung 3, der Steuerabschnitt 4,
der Transformator T2, die Diode 6 und der Kondensator 13 einen
DC/DC-Wandler gleich demjenigen, der oben beschrieben ist. Somit
hat die Entladelampen-Belastungsvorrichtung,
wie sie in 1 gezeigt ist, zwei parallel
geschaltete DC/DC-Wandler. Die Ausgaben der zwei DC/DC-Wandler werden
zu einer einzigen Spannung über
dem Kondensator 13 kombiniert und zu einem DC/AC-Inverter
zugeführt,
der später
beschrieben werden wird.
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Zusätzlich bilden
die Dioden 7-9 und die Kondensatoren 10-12 eine
Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung. In Kombination mit
den zwei DC/DC-Wandlern erzeugt die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
eine Verdoppelung der Spannung der Ausgangsspannung der DC/DC-Wandler und führt sie
zu einer IGN-Schaltung zu, die später beschrieben werden wird.
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Der
Transistor 14 und der Transistor 15 sind in Reihe
geschaltet und der Transistor 16 und der Transistor 17 sind
in Reihe geschaltet. Die Transistoren 14-17 bilden
eine Brückenschaltung
vom H-Typ. Wenn beispielsweise n-Kanal-FETs als die Transistoren 14-17 verwendet
werden, hat der Transistor 14 seinen Sourceanschluss an
den Drainanschluss des Transistors 15 angeschlossen und
hat der Transistor 16 seinen Sourceanschluss an den Drainanschluss des
Transistors 17 angeschlossen. Der Transistor 14 hat
seinen Drainanschluss an den Drainanschluss des Transistors 16 angeschlossen
und der Transistor 15 hat seinen Sourceanschluss an den
Sourceanschluss des Transistors 17 angeschlossen. Bei einer solchen
Konfiguration haben die Transistoren 14 und 16 ihre
Drainanschlüsse
an die Kathoden der Dioden 5 und 6 und an die
ersten Enden der Kondensatoren 12 und 13 angeschlossen,
wie es oben beschrieben ist. Die Transistoren 15 und 17 haben
ihre Sourceanschlüsse
an die zweiten Enden der Sekundärwicklungen
der Transformatoren T1 und T2 und an das zweite Ende des Kondensators 13 angeschlossen.
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Die
Verbindungsstelle des Transistors 14 und des Transistors 15 ist
an eine erste Elektrode der Entladelampe 22 angeschlossen.
Die Verbindungsstelle des Transistors 16 und des Transistors 17 ist
an ein erstes Ende eines Kondensators 20 und ein Ende der
Primärwicklung
eines IGN-Transformators
T3 angeschlossen. Der EIN- und AUS-Betrieb der Transistoren 14-17 wird
durch einen Steuerabschnitt 18 gesteuert. Wenn n-Kanal-FETs
als die Transistoren 14-17 verwendet werden, wie
es oben beschrieben ist, haben die Transistoren 14-17 ihre
Gateanschlüsse
an den Steuerabschnitt 18 angeschlossen, der die Gatespannungen
steuert. Die Transistoren 14-17 und der Steuerabschnitt 18,
die in der Form der Brückenschaltung
vom H-Typ angeschlossen sind, bilden einen DC/AC-Inverter zum Zuführen einer AC-Spannung zur Entladelampe 22.
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Der
IGN-Transformator T3 hat sein Ende der Sekundärwicklung an eine zweite Elektrode
der Entladelampe 22 angeschlossen. Die Diode 9 hat
ihre Kathode an ein erstes Ende eines Widerstands 19 angeschlossen.
Der Widerstand 19 hat sein zweites Ende an ein erstes Ende
eines zweiten Endes des Kondensators 20 und an einen SPALT-
bzw. GAP-Schalter 21 angeschlossen. Der GAP-Schalter 21 ist
ein Schalter, der in einen leitenden Zustand gebracht wird, wenn
eine hohe Spannung an seine zwei Enden angelegt wird. Er hat einen
Entladungsspalt, der zu einem Durchschlag führt und leitet, wenn ein hohe
Spannung von beispielsweise etwa 800 V angelegt wird. Der IGN-Transformator
T3 ist ein automatischer bzw. Auto-Transformator, der eine einzige Wicklung
hat, von welcher ein Teil für
sowohl die Primärwicklung
als auch die Sekundärwicklung
gemeinsam ist. Das gemeinsame Ende der Primärwicklung und der Sekundärwicklung
ist an ein zweites Ende des GAP-Schalters 21 angeschlossen.
Der IGN-Transformator
T3, der Widerstand 19, der Kondensator 20 und
der GAP-Schalter 21, die so angeschlossen sind, bilden
eine IGN-Schaltung zum Starten der Entladelampe 22.
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Der
Steuerabschnitt 4 ist auf eine derartige Weise angeschlossen,
dass die Ausgangsspannung der DC/DC-Wandler erfasst werden, die
zum Einschalten der Entladelampe 22 verwendet wird. Beispielsweise
ist er an die Verbindungsstelle des Kondensators 13 und
der Transistoren 15 und 17 angeschlossen, um die
Spannung über
dem Kondensator 13 zu erfassen.
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Als
nächstes
wird der Betrieb beschrieben werden. Um die Entladelampe 22 einzuschalten, führt der
Steuerabschnitt 18 die Steuerung auf eine derartige Weise
aus, dass die Transistoren 14 und 17 in den EIN-Zustand
und die Transistoren 15 und 16 in den AUS-Zustand
gebracht werden. In diesem Zustand steuert der Steuerabschnitt 4 den
Betrieb der Schaltvorrichtungen 2 und 3 so, dass
die hohe Spannung über
der Sekundärwicklung
der Transformatoren T1 und T2 erzeugt wird. Die hohe Spannung wird durch
die Dioden 5 und 6 und den Kondensator 13 zu einer
DC-Spannung von beispielsweise 400 V umgewandelt, die über die
Transistoren 14 und 17 im EIN-Zustand an die Entladelampe 22 angelegt wird. Hier
ist die Spannung über
dem Kondensator 13 gleich den Ausgangsspannungen der DC/DC-Wandler.
Zusätzlich
sind die Ausgangsspannungen der DC/DC-Wandler eine Belastungsspannung
zum Beleuchten der Entladelampe 22 nach dem Einschalten.
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Wie
es zuvor beschrieben ist, erhöht
die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung, die aus den
Dioden 7-9 und den Kondensatoren 10-12 besteht,
die über
den Sekundärwicklungen
des Transformators T1 und des Transformators T2 erzeugte Pulsspannung
und erzeugt die hohe DC-Spannung. Die hohe DC-Spannung wird über den
Widerstand 19 an den Kondensator 20 angelegt. Wenn
der Kondensator 20 geladen ist und die Spannung über dem
Kondensator 20 die vorbestimmte hohe Spannung erreicht,
schließt
der GAP-Schalter 21.
Somit wird die im Kondensator 20 gespeicherte Energie zur
Primärspule
des IGN-Transformators T3 zugeführt.
Zu dieser Zeit wird die über
der Sekundärspule
des IGN-Transformators
T3 erzeugte Pulsspannung der vom Kondensator 13 an die
Entladelampe 22 angelegten Belastungsspannung überlagert.
Somit wird die Entladung zwischen den Elektroden der Entladelampe 22 begonnen.
Wenn die Entladelampe 22 einmal gestartet worden ist, schaltet
der Steuerabschnitt 18 die Transistoren 14 und 17 und die
Transistoren 15 und 16 abwechselnd EIN und AUS,
um die Richtung des Stroms, der von den DC/DC-Wandlern zu der Entladelampe 22 fließt, zu ändern. Somit
wird die AC-Spannung zur Entladelampe 22 zugeführt, was
das Entladeleuchten stabilisiert und das ständige Leuchten ermöglicht.
Die Entlade-Belastungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels 1 arbeitet
auf diese Weise allgemein zum Erleuchten der Entladelampe 22.
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Die
Entlade-Belastungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist durch den Betrieb charakterisiert, der die Entladelampe 22 während des
vorangehenden Betriebs startet. Hier wird die Beschreibung des Betriebs
während
des ständigen
Leuchtens unter der Steuerung des Steuerabschnitts 18 weggelassen werden.
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Der
Transformator T1 und der Transformator T2 führen einen Rücklaufbetrieb
aus. Beispielsweise speichert der Transformator T1 die von der Energieversorgung 1 zu
der Primärwicklung
während
des EIN-Zustands der Schaltvorrichtung 2 zugeführte Energie
und gibt die gespeicherte Energie von der Sekundärwicklung aus, wenn die Schaltvorrichtung 2 AUS
geschaltet wird. Der Transformator T2 führt denselben Ausgabebetrieb
in Reaktion auf den EIN- und AUS-Betrieb der Schaltvorrichtung 3 aus.
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2 ist
ein Diagramm, das den Betrieb der Entladelampen-Belastungsvorrichtung
des Ausführungsbeispiels
1 darstellt, welches ein Zeitdiagramm ist, das von den Sekundärwicklungen
des Transformators T1 und des Transformators T2 ausgegebene Spannungswellenformen
darstellt. Die Wellenformen am obersten Ende der 2,
die durch "Tastgrad kleiner
als 50%" angezeigt
sind, sind Ausgangswellenformen, wenn das Tastverhältnis von
EIN und AUS (welches von nun an "EIN-Tastverhältnis" genannt wird) der
Schaltvorrichtungen 2 und 3 kleiner als 50% ist,
was bedeutet, dass der EIN-Zustand kürzer als der AUS-Zustand ist.
Die Wellenformen in der Mitte der 2, die durch "Tastgrad 50%" angezeigt sind,
sind Wellenformen, wenn das EIN-Tastverhältnis der Schaltvorrichtungen 2 und 3 50%
ist, das heißt
dann, wenn die Dauer des EIN-Zustands gleich derjenigen des AUS-Zustands
ist. Die Wellenformen am untersten Ende der 2, die durch "Tastgrad 50% oder
darüber" angezeigt sind,
sind Ausgangswellenformen, wenn das EIN-Tastverhältnis der Schaltvorrichtungen 2 und 3 gleich
oder größer als 50%
ist, was bedeutet, dass der EIN-Zustand länger als der AUS-Zustand ist.
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Die
Schaltvorrichtung 2 und die Schaltvorrichtung 3 werden
durch den Steuerabschnitt 4 auf eine derartige Weise gesteuert,
dass abwechselnd EIN und AUS geschaltet wird. Die Primärwicklungen des
Transformators T1 und des Transformators T2 sind zur Energieversorgung 1 parallel
geschaltet. Somit veranlassen die Schaltvorrichtungen 2 und 3,
die abwechselnd EIN und AUS geschaltet werden, dass der Strom abwechselnd
durch die Primärwicklungen fließt.
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Nun
wird anhand eines Beispiels der Transformator T1 beschrieben werden.
Beim Rücklaufbetrieb
wird dann, wenn die Schaltvorrichtung 2 im AUS-Zustand
ist, eine Spannung E ausgegeben, die auf die hohe Spannung erhöht ist.
Wenn die Schaltvorrichtung 2 im EIN-Zustand ist, gibt der
Transformator T1 eine Spannung e aus, die durch e = VIN·N2/N1
gegeben ist, wobei N1 die Anzahl von Windungen der Primärwicklung
des Transformators T1 ist, N2 die Anzahl von Windungen seiner Sekundärwicklung
ist und VIN die von der Energieversorgung 1 zugeführte Spannung
ist. Somit geben, wie es in 2 dargestellt
ist, der Transformator T1 und der Transformator T2 die asymmetrischen
Pulsspannungen, wie beispielsweise abwechselnd eine positive Spannung
E und eine negative Spannung e, aus.
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Um
den GAP-Schalter 20 einzuschalten, ist eine Energieversorgung
hoher Spannung von 1000 V oder darüber erforderlich. Somit erzeugt
die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung,
die aus den Dioden 7-9 und den Kondensatoren 10-12,
die in 1 gezeigt sind, aufgebaut ist, die hohe Spannung durch
Verwenden der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen
der zwei Transformatoren T1 und T2, das heißt durch Verwenden der Spitze-zu-Spitze-Spannung der Überlagerung
der Ausgangsspannungen der Transformatoren T1 und T2. Wie es später beschrieben
werden wird, wird dann, wenn die Potentialdifferenz zwischen den
Ausgangsspannungen der zwei Transformatoren T1 und T2 groß ist, die
hohe Spannung auf einfache Weise erzeugt, welche ein schnelles Laden
des Kondensators 20 ermöglicht,
der die IGN-Schaltung
bildet. Zusätzlich
kann im Vergleich mit dem Fall, in welchem die Ausgangsspannung
eines einzigen Transformators verwendet wird, die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
mit einer geringeren Anzahl von Dioden und Kondensatoren konfiguriert
sein.
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Beispielsweise
wird, was die Ausgangsspannung des Transformators T1 und die Ausgangsspannung
des Transformators T2 anbetrifft, deren Phasen um 180° verschoben
sind, wie die Wellenformen, die durch "Tastgrad 50%" in der Mitte der 2 angezeigt
sind, die Überlagerung
dieser Wellenformen eine Spitze-zu-Spitze-Spannung von E + e liefern.
Im Fall eines Verwendens der zwei Transformatoren auf diese Weise
behält
dann, wenn ein jeweiliger EIN-Zustand der Schaltvorrichtung 2 kürzer als
ihr jeweiliger AUS-Zustand ist, wie die Wellenform, die durch "Tastgrad kleiner
als 50%" am obersten
Ende der 2 angezeigt ist, und somit die
im Transformator T1 gespeicherte Energie unzureichend ist, die Pulsspannung,
die während
des AUS-Zustands der Schaltvorrichtung 2 von dem Transformator
T1 ausgegeben wird, die Spannung E für eine kurze Periode bei und fällt auf
den Erdungs- bzw. GND-Pegel ab, was in dem Zustand ohne die Spannungsausgabe
resultiert. Wenn die Transformatoren T1 und T2 die Spannung E für eine kurze
Periode ausgeben und darauffolgend die Ausgangsspannung fehlt, ist
es schwierig, ausreichende Ladungen in den Kondensator 11 zu
speichern, der die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung bildet. Dies
wird den normalen Betrieb der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung sperren.
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Um
den normalen Betrieb der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung durchzuführen, ist
es vorzuziehen, dass der Transformator T1 und der Transformator
T2 die Pulsspannung mit gleichen EIN-Zustands- und AUS-Zustandsperioden
als die Wellenformen ausgeben, die in der Mitte der 2 durch "Tastgrad 50%" angezeigt sind,
und dass der Betrieb der Schaltvorrichtungen 2 und 3 auf
eine derartige Weise gesteuert wird, dass die Spannung E + e, welche
die Überlagerung
der Ausgangsspannungen ist, immer erhalten wird. Alternativ dazu
werden als die Wellenformen, die am untersten Ende der 2 durch "Tastgrad 50% oder
darüber" angezeigt sind,
die Transformatoren T1 und T2 auf eine derartige Weise betrieben,
dass ihre Spannungsausgaben nicht eliminiert werden. Anders ausgedrückt werden die
Transformatoren T1 und T2 auf eine derartige Weise betrieben, dass
die Ausgangsspannung E der hohen Seite und die Ausgangsspannung
e der niedrigen Seite, welche von den Transformatoren T1 und T2
ausgegeben werden, überlagert
werden.
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Der
Steuerabschnitt 4 betätigt
die Schaltvorrichtung 2 und die Schaltvorrichtung 3 auf
eine derartige Weise, dass ihre EIN/AUS-Zeitgaben um 180° verschoben
sind und dass der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
die Spannung E + e zugeführt
wird, das heißt
die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen des Transformators
T1 und des Transformators T2, in dem das EIN-Tastverhältnis auf
50% oder darüber
eingestellt ist. Vorzugsweise betätigt der Steuerabschnitt 4 die
Schaltvorrichtungen 2 und 3 auf eine derartige
Weise, dass die Spannung E + e für
eine lange Zeit beibebehalten wird, indem das EIN-Tastverhältnis auf
50% eingestellt wird.
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Somit
betreibt der Steuerabschnitt 4 die Transformatoren T1 und
T2 und jeden der DC/DC-Wandler, die den Transformator T1 oder den Transformator
T2 enthalten, auf eine derartige Weise, dass der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
von den Transformatoren T1 und T2 solange wie möglich eine große Potentialdifferenz
zugeführt
wird, um dadurch der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung die größtmögliche Energie zuzuführen.
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Zu
einem ersten Ende des Kondensators 11 wird die vom Transformator
T1 ausgegebene Spannung über
die Diode 7 zugeführt,
und zu seinem zweiten Ende die Spannungsausgabe vom Transformator
T2, um dadurch geladen zu werden und die Spannung E + e über ihm
zu erzeugen. Der Anode der Diode 8 wird die Spannung E
+ e vom Kondensator 11 zugeführt, so dass die Spannung 2E
+ 2e über dem
Kondensator 10 erzeugt wird, welcher über die Diode 8 geladen
wird. Die Diode 9, der die Spannung 2E + 2e zugeführt wird,
hat ihre Kathode an das erste Ende des Kondensators 12 angeschlossen,
so dass die Spannung über
dem Kondensator 12 2E + 2e wird. Der Kondensator 12 ist
in Reihe zum Kondensator 13 geschaltet. Der in Reihe geschaltete
Kondensator des Kondensators 12 und des Kondensators 13 hat
die Potentialdifferenz 3E + 2e über
ihm und erzeugt die hohe Spannung von beispielsweise etwa 1200 V.
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Dem
ersten Ende des Kondensators 20 wird ein Strom von der
Verbindungsstelle zwischen der Diode 9 und dem Kondensator 12 zugeführt. Der
Kondensator 20 wird durch den Strom geladen, so dass die
Spannung über
dem Kondensator 20 an ihrer Spitze auf die Spannung 3E
+ 2e erhöht
wird. Wenn der Kondensator 20 auf diese Weise geladen wird und
die Spannung über
ihm die vorbestimmte hohe Spannung von 800 V oder darüber erreicht,
schließt der
GAP-Schalter 21 und fließt der Entladestrom des Kondensators 20 durch
die Primärspule
des IGN-Transformators T3, um dadurch die hohe Pulsspannung über der
Sekundärspule
des IGN-Transformators T3 zu erzeugen. Die Pulsspannung wird an die
Entladelampe 22 angelegt, um ein Leuchten zu starten.
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Um
die Entladelampe 22 zu starten, müssen sowohl der Kondensator 13 als
auch der Kondensator 20 auf die vorbestimmten hohen Spannungen
geladen werden. Um die Entladelampe 22 in einen ständigen Leuchtzustand
zu bringen, genügt
es, die Spannung von etwa 400 V an die Entladelampe 22 vor
einem Durchschlag anzulegen. Der Kondensator 13 empfängt die
Energieversorgung von den Transformatoren T1 und T2, um die Spannung über ihm auf
der Spannung beizubehalten, die für das ständige Leuchten nötig ist,
das heißt
auf der Belastungsspannung.
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Allgemein
wird das EIN-Tastverhältnis
der Transformatoren T1 und T2 auf eine derartige Weise eingestellt,
dass die Spannung über
dem Kondensator 13 beibehalten wird, wenn sie einmal den
vorbestimmten Wert erreicht hat. Somit bringt ein Variieren des
EIN-Tastverhältnisses
zum Einstellen des Stroms den Zustand hervor, in welchem das EIN-Tastverhältnis kleiner
als 50% wird, wie es unter Bezugnahme auf 2 beschrieben
ist. Dies präsentiert
ein Problem beim Betrieb der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung.
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Im
Verlauf eines Startens der Entladelampe 22 durch Laden
des Kondensators 13 und des Kondensators 20 erreicht
die Spannung über
dem Kondensator 13 die hohe Spannung von beispielsweise etwa
400 V im Voraus. Wenn die Steuerung zum Reduzieren des EIN-Tastverhältnisses
der Transformatoren T1 und T2 in Reaktion darauf ausgeführt wird, wird
der Kondensator 20 nicht ausreichend geladen. Dies präsentiert
ein derartiges Problem, dass die Spannung über dem Kondensator 20 die
hohe Spannung von beispielsweise etwa 800 V nicht erreicht und der
GAP-Schalter 21 nicht schließt.
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In
der Entladelampen-Belastungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels 1 fixiert der
Steuerabschnitt 4 das EIN-Tastverhältnis der Transformatoren T1
und T2 auf 50% oder darüber
und betreibt sie in einem intermittierenden Betriebsmode, der eine
Periode zum Durchführen
des Ausgabebetriebs und eine Periode zum Nehmen einer Ruhepause
hat. Der intermittierende Betrieb, der ausgeführt wird, während das EIN-Tastverhältnis der
Transformatoren T1 und T2 konstant auf 50% gehalten wird, kann die
Spannung über
dem Kondensator 13 durch effektives Betreiben des DC/DC-Wandlers
und der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung auf dem vorbestimmten
Wert halten und den Kondensator 20 laden. Anders ausgedrückt hält der Steuerabschnitt 4 die Spannung über den
Kondensator 13 auf der Belastungsspannung eher durch Wiederholen
eines Zuführens
des Ladestroms einer konstanten Größe und darauffolgendes Anhalten
der Zufuhr als durch Unterdrücken
durch Reduzieren des EIN-Tastverhältnisses des Ladestroms, der
zu dem Kondensator 13 zugeführt wird, der die Belastungsspannung über ihm entwickelt.
Zusätzlich
wird deshalb, weil das EIN-Tastverhältnis während des gesamten Betriebs konstant
ist, die vorbestimmte Spannung, wie beispielsweise E + e, zu der
Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
zugeführt.
Dies ermöglicht,
dass die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung die hohe
Spannung normal erzeugt, um dadurch den Kondensator 20 effektiv
laden zu können.
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3 ist
ein Diagramm, das den Betrieb der Entladelampen-Belastungsvorrichtung
des Ausführungsbeispiels
1 darstellt: ein Zeitdiagramm, das die Ausgangsspannungen des Transformators
T1 und des Transformators T2 darstellt. Wie es in 3 dargestellt
ist, bringt der Steuerabschnitt 4 sowohl den Transformator
T1 als auch den Transformator T2 zur selben Zeitgabe in einen Betrieb
oder zur Ruhe. Wie es zuvor beschrieben ist, ist der Steuerabschnitt 4 auf eine
derartige Weise angeschlossen, dass die Spannung über dem
Kondensator 13 erfasst wird. Er steuert die Schaltvorrichtungen 2 und 3,
bis die Spannung über
dem Kondensator 13 beispielsweise 400 V erreicht, und veranlasst,
dass die Transformatoren T1 und T2 Rechteckwellenspannungen ausgeben,
deren Phasen voneinander verschoben sind.
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Übrigens
hat der Kondensator 13 sein erstes Ende, das die Ausgangsstelle
der hohen Seite des DC/DC-Wandlers bildet, geerdet. Demgemäß wird die
durch den Steuerabschnitt 4 erfasste Spannung des Kondensators 13 in
Bezug auf den GND-Pegel negativ.
Somit wird das vorangehende "400
V" zu –400 V.
In der folgenden Beschreibung wird jedoch die Spannung über dem
Kondensator 13 als die Potentialdifferenz über dem Kondensator 13 eher
als der Wert behandelt, der von dem GND-Pegel aus gesehen wird.
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Der
Steuerabschnitt 4 hält
dann, wenn die Potentialdifferenz, die er erfasst, 400 V erreicht,
den EIN/AUS-Betrieb der Schaltvorrichtungen 2 und 3 an, um
dadurch den Ausgabebetrieb der Transformatoren T1 und T2 zu stoppen.
Wenn die Potentialdifferenz, die er erfasst, kleiner als der vorbestimmte
Wert wird, das heißt
kleiner als 400 V, versetzt der Steuerabschnitt 4 die Schaltvorrichtungen 2 und 3 in
Betrieb, um die Transformatoren T1 und T2 die Spannungen ausgeben
zu lassen. Auf diese Weise versetzt der Steuerabschnitt 4 den
DC/DC-Wandler mit dem Transformator T1 und den DC/DC-Wandler mit dem
Transformator T2 in einen intermittierenden Betrieb. Zusätzlich sind
beide DC/DC-Wandler
auf eine derartige Weise aufgebaut, dass ihre Ausgangsspannungen
unter Verwendung des Kondensators 13 beibehalten werden.
Demgemäß steuert
der Steuerabschnitt 4 auf eine derartige Weise, dass der
intermittierende Betrieb der zwei DC/DC-Wandler synchronisiert ist.
Das EIN-Tastverhältnis der
Transformatoren T1 und T2 wird während
des gesamten Betriebs immer konstant auf 50% gehalten. Somit empfängt die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
die konstante hohe Spannung und hält Sie die Ausgangsspannung
auf der konstanten hohen Spannung. Daher wird der Kondensator 20 der
IGN-Schaltung effektiv geladen.
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Allgemein
hat die zu der Entladelampe 22 in dem ständigen Beleuchtungszustand
zugeführte AC-Spannung,
das heißt
die von dem DC/AC-Inverter ausgegebene AC-Spannung, eine Frequenz
von etwa einigen Hundert Hertz. Gegensätzlich dazu ist die Frequenz
der Ausgangsspannungen der Transformatoren T1 und T2, das heißt die Betriebsfrequenz
des DC/DC-Wandlers, viel höher
als die Frequenz der AC-Spannung. Ein Verwenden der Ausgangsspannungen
der Transformatoren T1 und T2 ermöglicht, dass die Kondensatoren
in einer kurzen Zeit geladen werden.
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Ein
Betreiben der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung unter Verwendung
der Ausgangsspannungen der Transformatoren T1 und T2 macht es möglich, eine
Spannung zu erzeugen, die hoch genug ist, und zwar selbst dann,
wenn die Kapazitäten
der Kondensatoren 10-12, die die Schaltung bilden,
auf kleine Werte eingestellt sind, um dadurch die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
unter Verwendung des Kondensators mit kleineren Außendimensionen
miniaturisieren zu können.
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Zusätzlich können deshalb,
weil die Ausgangsspannungen der DC/DC-Wandler und die Ausgangsspannung
der Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung unter Verwendung
der Ausgangsspannungen der Transformatoren T1 und T2 erzeugt werden,
die parallel geschaltet sind, wenn sie von der Energieversorgung 1 aus
gesehen werden, und die abwechselnd arbeiten, die Transformatoren
T1 und T2 die Spannungen mit geringen Welligkeiten erzeugen und
das während
des Betriebs der Schaltung erzeugte Rauschen unterdrücken.
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Wie
es oben beschrieben ist, bildet das Ausführungsbeispiel 1 die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
auf eine derartige Weise aus, dass die hohe Spannung erzeugt wird,
die zum Starten der Entladelampe 22 verwendet wird, indem die
Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen der zwei Transformatoren
T1 und T2 eingegeben wird. Somit kann das vorliegende Ausführungsbeispiel
1 die Anzahl von Komponenten beschränken, und kann somit die Kosten
einsparen und die Vorrichtung miniaturisieren.
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Zusätzlich arbeitet
der Steuerabschnitt 4 auf eine derartige Weise, dass die
Transformatoren T1 und T2 betrieben werden, während der EIN-Tastgrad der
Schaltvorrichtungen 1 und 3 auf dem konstanten Wert
gehalten wird; dass der Betrieb der Transformatoren T1 und T2 angehalten
wird, wenn der Kondensator 13 zum Halten der Ausgangsspannungen
der DC/DC-Wandler
die Belastungsspannung erreicht; und dass dem Kondensator 13 die
Spannungen zugeführt
werden, indem die Transformatoren T1 und T2 betrieben werden, wenn
die Spannung über
dem Kondensator 13 unter die Belastungsspannung abfällt. Somit
kann die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung die vorbestimmte
Potentialdifferenz empfangen und die normale hohe Spannung erzeugen.
Dies bietet einen derartigen Vorteil, dass man den Kondensator 20 der
IGN-Schaltung effektiv laden kann.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie
es oben beschrieben ist, hat die vorliegende Erfindung die Steuereinrichtung
zum Steuern des Betriebs der Transformatoren der DC/DC-Wandler und
die Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung zum Erzeugen
der hohen Spannung. Somit ist die vorliegende Erfindung zum Implementieren einer
kleinen, billigen Entladelampen-Belastungsvorrichtung
geeignet.
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Zusammenfassung
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Eine
Entladelampen-Belastungsvorrichtung enthält einen DC/DC-Wandler mit einem
Transformator T1 und einem DC/DC-Wandler mit einem Transformator
T2, die parallel geschaltet sind; einen Steuerabschnitt 4 zum
Steuern der Ausgangsspannungen der DC/DC-Wandler durch Variieren
ihrer Tastgrade, während
die Betriebsphasen der Transformatoren T1 und T2 der DC/DC-Wandler verschoben werden;
und eine Spannungsmultiplizierer-Gleichrichterschaltung
mit Dioden 7-9 und Kondensatoren 10-12 zum
Erzeugen einer hohen Spannung, die zum Starten einer Entladelampe 22 verwendet
wird, durch Verwenden der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsspannungen
der Transformatoren T1 und T2.