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TECHNISCHER BEREICH
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe
zum effektiven Einschalten einer Entladungslampe, und genauer gesagt,
auf ein Vorschaltgerät
für eine
Entladungslampe, das dazu geeignet ist, Entladungslampen einzuschalten,
die als Frontscheinwerfer eines Fahrzeugs verwendet werden.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Als
ein herkömmliches
Vorschaltgerät
für eine
Entladungslampe zum Einschalten einer Entladungslampe, wie beispielsweise
eine HID-(high-intensity discharge)-Lampe, mit einer Gleichspannung ist
eine Vorrichtung bekannt, die der Entladungslampe eine konstante
Vorschaltspannung von einer Gleichstromquellenschaltung zuführt; die
eine Starteinrichtung dazu veranlasst, einen eindirektionalen Hochspannungsimpuls
zum Starten (nachfolgend als ein "Einschaltimpuls" bezeichnet) in entgegengesetzter Richtung
zu der konstanten Vorschaltspannung zu erzeugen; und die einen dielektrischen
Durchschlag zwischen zwei Elektroden der Entladungslampe erzeugt,
indem der Einschaltimpuls der konstanten Vorschaltspannung überlagert
wird, wodurch die Entladungslampe eingeschaltet wird. Das Überlagern
des Einschaltimpulses, der in Bezug auf die konstante Vorschaltspannung
eine entgegengesetzte Richtung aufweist, wird durchgeführt, da
ein solches Überlagern
gute experimentelle Ergebnisse liefert (siehe beispielsweise Patentdokument
1).
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Als
ein weiteres herkömmliches
Vorschaltgerät
für eine
Entladungslampe ist ferner eine Vorrichtung bekannt, welche die
Entladungslampe, wie beispielsweise eine HID-Lampe, einschaltet,
indem eine Rechteckspannung angelegt wird. Die Vorrichtung umfasst
eine Gleichstromquellenschaltung, einen Wechselrichterkreis, eine
Einschaltsignal-Ausgangsschaltung und eine Einschaltimpuls-Erzeugungsschaltung,
und sie schaltet die Entladungslampe ein, indem der Gleichspannungsausgang
von einer Gleichstromquellenschaltung durch einen Wechselrichterkreis
periodisch umgekehrt wird. Zum Einschalten der Entladungslampe erfasst
die Einschaltsignal-Ausgangsschaltung die Operation des Wechselrichterkreises,
treibt die Einschaltimpuls-Erzeugungsschaltung
zu einem Zeitpunkt an, wenn eine Spannung hohen Potentials von dem
Wechselrichterkreis an der Entladungslampe angelegt wird, und schaltet
die Entladungslampe ein, indem der Einschaltimpulsausgang von der
Einschaltimpuls-Erzeugungsschaltung dem Impulsspannungsausgang von dem
Wechselrichterkreis überlagert
wird. Das Überlagern
des Einschaltimpulses über
die Impulsspannung hohen Potentials und das Anlegen desselben an
der Entladungslampe vereinfacht den dielektrischen Durchschlag zwischen
den Elektroden (siehe beispielsweise Patentdokument 2).
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Als
eine Entladungslampe, die mit Hilfe einer Gleichspannung eingeschaltet
wird, umfasst diese separat eine Anode und eine Kathode, und sie
wird manchmal vernebelt oder brüchig,
da Ionen am Siliziumglas in der Nähe der Kathode anhaften. Als
noch ein weiteres herkömmliches
Vorschaltgerät
für eine Entladungslampe
ist eine Vorrichtung bekannt, die einen so genannten Proximity-Leiter
in der Nähe
der Kathode der Gleichstromentladungslampe positioniert und dem
Proximity-Leiter
auf dem gleichen Potential wie die Kathode der Gleichstromentladungslampe
hält, wodurch
ein Vernebeln verhindert wird. Das Vorschaltgerät für eine Entladungslampe umfasst
ein Paar von Einschaltschaltungen mit unterschiedlicher Anwendungsrichtung
oder Anwendungspolarität
des Hochspannungsimpulses entsprechend einer Anodenseite und einer
Kathodenseite der Gleichstromentladungslampe. Um die Gleichstromentladungslampe
einzuschalten, führen die
individuellen Einschaltschaltungen der Gleichstromentladungslampe
positive Einschaltimpulse und negative Einschaltimpulse zu, die
willkürlich
geschaltet sind, wodurch die Entladungslampe sicher und sofort eingeschaltet
wird. Das willkürliche
Anlegen der positiven Einschaltimpulse und der negativen Einschaltimpulse
an der Gleichstromentladungslampe ermöglicht es, die Einschalteigenschaften beim
Einschalten der Entladung durch die negativen Einschaltimpulse zu
verbessern, wenn die Gleichstromentladungslampe kalt ist, und durch
die positiven Einschaltimpulse zu verbessern, wenn diese erneut
eingeschaltet wird (siehe beispielsweise Patentdokument 3).
Patentdokument
1:
Japanische offen gelegte
Patentanmeldung Nr. 2-54639/1990 (Seiten 2 und 3 und
3-
8).
Patentdokument
2:
Japanische offen gelegte
Patentanmeldung Nr. 5-266984/1993 (Seiten 3-5 und
1).
Patentdokument
3:
Japanische offen gelegte
Patentanmeldung Nr. 10-241874/1998 (Seiten 4 und 5 und
1-
3).
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Bei
den zuvor beschriebenen Konfigurationen weisen die herkömmlichen
Vorschaltgeräte
für eine
Entladungslampe ein Problem dahingehend auf, dass sie eine große Energiemenge
erfordern, um die Entladungslampe einzuschalten. Das liegt daran, dass
sie die Entladungslampe einschalten, indem der Einschaltimpuls zwischen
den Elektroden angelegt wird, ohne die Konditionen zwischen den
Elektroden der Entladungslampe zu berücksichtigen, weshalb die Verwendungseffizienz
des Einschaltimpulses gering ist.
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Die
vorliegende Erfindung soll das zuvor beschriebene Problem lösen. Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Vorschaltgerät für eine Entladungslampe
zu schaffen, das dazu geeignet ist, die Entladungslampe effektiv
einzuschalten, indem ein Einschaltimpuls angelegt wird, der einen Potentialgradienten
um die Elektrode zum Emittieren von Elektronen steil macht.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Das
Vorschaltgerät
für eine
Entladungslampe gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen reflektierenden Spiegel, der um eine Entladungslampe
angeordnet ist, um Licht von der Entladungslampe in einer Richtung
auszusenden; und eine Stromquellenschaltung zum Anlegen eines Einschaltimpulses mit
einem negativen Potential in Bezug auf ein Potential des reflektierenden
Spiegels an einer Entladungselektrode an einer Seite mit höherer Konzentration
eines elektrischen Feldes, das zwischen Entladungselektroden erzeugt
wird, denen eine hohe Spannung des Einschaltimpulses zugeführt wird.
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Dies
bietet einen Vorteil dahingehend, dass die Entladungslampe effektiv
eingeschaltet werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Entladungslampen-Vorschaltgerätes einer
ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Ansicht, die ein elektrisches Feld zeigt, die in einer Entladungsglühlampe des
Entladungslampen-Vorschaltgerätes
der ersten Ausführungsform
erzeugt wird;
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3A ist
eine Ansicht, die einen Elektronenstrom über die Elektroden der Entladungsglühlampe zeigt;
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3B ist
eine Ansicht, die einen Elektronenstrom über die Elektroden der Entladungsglühlampe zeigt;
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4 ist
eine Ansicht, die einen Startimpuls des Entladungslampen-Vorschaltgeräts der ersten Ausführungsform
zeigt;
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5 ist
ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Stromquellenschaltung
des Entladungslampen-Vorschaltgeräts der ersten
Ausführungsform zeigt;
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6 ist
eine Ansicht, welche die Operation des Entladungslampen-Vorschaltgeräts der ersten Ausführungsform
zeigt; und
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7 ist
eine Ansicht, die eine Konfiguration des Entladungslampen-Vorschaltgeräts einer
zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
zeigt.
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BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Nachfolgend
wird der beste Modus zum Ausführen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben, um die vorliegende Erfindung genauer zu erläutern.
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Entladungslampen-Vorschaltgeräts einer
ersten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Eine Entladungsglühlampe 1, wie beispielsweise
eine so genannte HID, bei der es sich um eine Entladungslampe handelt,
ist an oder in der Nähe
der konkaven Mitte der Reflektionsebene eines konkaven Spiegels
angeordnet, bei dem es sich um einen reflektierenden Spiegel 2 handelt.
Die Entladungsglühlampe 1 umfasst
eine lichtemittierende Röhre 3 und
leitende Leitungen 4, die aus einem leitenden Material
hergestellt sind. An die Enden der beiden leitenden Leitungen 4,
die aus der lichtemittierenden Röhre 3 führen, ist
eine Stromquellenschaltung 5 angeschlossen, die dazu dient,
der Entladungsglühlampe 1 einen
Vorschaltstrom zuzuführen. Die
beiden leitenden Leitungen 4 sind jeweils mit Elektroden 6 und 7 innerhalb
der lichtemittierenden Röhre 3 verbunden.
Die Elektroden 6 und 7 sind Entladungselektroden,
die einander gegenüber
an beiden Seiten eines Entladungsspalts 8 innerhalb der lichtemittierenden
Röhre 3 angeordnet
sind. Die Elektrode 6 ist an einer tieferen Seite der Wölbung der
Reflektionsebene des reflektierenden Spiegels 2 angeordnet,
wenn diese von der Öffnungsseite
derselben betrachtet wird, und die Elektrode 7 ist näher an der Öffnung als
die Elektrode 6 angeordnet. Zudem ist die lichtemittierende
Röhre 3 mit
einem Gas gefüllt,
wie beispielsweise ein Xenongas. Die lichtemittierende Röhre 3 ist
an dem reflektierenden Spiegel 2 derart befestigt, dass
die Elektrode 6 und die Elektrode 7 in der Richtung
der Normalen zur Mitte der Reflektionsebene des reflektierenden
Spiegels 2 fluchten. Eine derartige Befestigung der lichtemittierenden
Röhre 3 führt dazu,
dass die Elektrode 6 näher
an dem reflektierenden Spiegel 2 als die Elektrode 7 angeordnet
ist.
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Der
reflektierende Spiegel 2 kann insgesamt aus einem leitenden
Material bestehen, oder aus einem nicht leitenden Material als sein
Hauptkörper, wobei
die Innenwand desselben mit einer leitenden Schicht beschichtet
ist, oder ein Teil der Innenwand, der einen Leiter aufweist, der
zu den Elektroden weist. Das Potential des reflektierenden Spiegels 2 wird
entsprechend konstant gemacht, indem die leitende Schicht geerdet
wird. Eine Mehrzahl von Äqui-Potentialkurven 9,
die durch Strichpunktlinien angedeutet sind, zeigen die Intensitätsverteilung
des elektrischen Feldes, das innerhalb der Entladungsglühlampe 1 und
in deren Umgebung erzeugt wird, also an der Seite der Reflektionsebene
des reflektierenden Spiegels 2.
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2 ist
eine Ansicht, die ein elektrisches Feld zeigt, das in der Entladungsglühlampe des
Entladungslampen-Vorschaltgeräts der ersten
Ausführungsform
erzeugt wird. In 2 sind gleiche Bereiche wie
diejenigen in 1 mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet, wobei auf ihre Beschreibung verzichtet wird. 2 zeigt
anhand einer Mehrzahl von Äqui-Potentialkurven 9 das
Verhalten des Einflusses des geerdeten, reflektierenden Spiegels 2 und
der leitenden Leitungen 4, welche die Spannung der Stromquellenschaltung 5 anlegen,
auf das elektrische Feld, das um die Elektroden 6 und 7 innerhalb der
lichtemittierenden Röhre 3 erzeugt
wird, wie es in 1 dargestellt ist.
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Nachfolgend
wird die Operation beschrieben.
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Die
Stromquellenschaltung 5, die in 1 gezeigt
ist, erzeugt eine hohe Gleichspannung und legt diese an der Entladungsglühlampe 1 an.
Zudem erzeugt sie einen Startimpuls von einigen wenigen zehn Kilovolt
und überlagert
diesen der Hochspannung, um zwischen den Elektroden der Entladungsglühlampe 1 einen
Durchschlag zu erzeugen, wodurch das Licht eingeschaltet wird. Nach
dem Einschalten verringert die Stromquellenschaltung 5 die an
der Entladungsglühlampe 1 angelegte
Spannung, wodurch das Entladungsphänomen konstantisiert wird,
und erhält
die beständige
Beleuchtung aufrecht, indem eine vorbestimmte Wechselspannung angelegt
wird.
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In
den meisten Fällen,
wie es in 1 gezeigt ist, ist die Entladungsglühlampe 1 von
dem reflektierenden Spiegel 2 umgeben, um das Licht von der
lichtemittierenden Röhre 3 in eine
Richtung auszusenden. Zudem ist bei der Entladungsglühlampe 1 die
leitende Leitung 4 mit der Elektrode 7 verbunden und
nahe der Außenseite
der lichtemittierenden Röhre 3 angeordnet.
Die leitende Leitung 4, die mit der Elektrode 7 verbunden
ist, ist derart befestigt, dass sie an einem Ende in der Längsrichtung
der lichtemittierenden Röhre
herausgeführt
ist, um an diesem Ende eine Kehrtwendung zu machen und die Außenseite
der lichtemittierenden Röhre 3 zu
passieren. Entsprechend erstreckt sich die leitende Leitung 4 parallel
zu dem Entladungsspalt 8 innerhalb der lichtemittierenden
Röhre 3,
wobei ein Abschnitt auf der Seite der Elektrode 6 angeordnet
ist. Die leitende Leitung 4 und der geerdete, reflektierende
Spiegel 2, die außerhalb
der lichtemittierenden Röhre 3 angeordnet sind,
weisen jeweils ein bestimmtes Potential auf. Somit haben sie einen
Einfluss auf das elektrische Feld, das in dem Entladungsspalt 8 erzeugt
wird, auf die Elektronen, die von der Elektrode 6 emittiert
werden, und auf die Einschaltcharakteristika der Entladungsglühlampe 1.
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Wie
es anhand der 2 dargestellten Äqui-Potentialkurven 9 zu
erkennen ist, führt
der Einfluss der leitenden Leitung 4 entlang der Seite
des reflektierenden Spiegels 2 und der lichtemittierenden Röhre 3 zu
einer Konzentration des elektrischen Feldes, wodurch ein elektrisches
Feld mit ungleichmäßigen Potentialgradienten
in der Nähe
der Elektroden 6 und 7 erzeugt wird. Die Vorschaltspannung,
die der Entladungsglühlampe 1 von
der Stromquellenschaltung 5 zugeführt wird, erzeugt eine Potentialdifferenz zwischen
der Elektrode 6 und der Elektrode 7. Wenn die
Stromquellenschaltung 5 beispielsweise eine hohe Spannung
an der Elektrode 6 anlegt, nimmt die Differenz zwischen
dem Potential des reflektierenden Spiegels 2 und dem Potential
der Elektrode 6 zu. Im Gegensatz dazu wird die Differenz
zwischen dem Potential des reflektierenden Spiegels 2 und
dem Potential der Elektrode 7 vergleichsweise gering oder gleich.
Wie es zuvor beschrieben wurde, ist die Elektrode 6 zudem näher an dem
reflektierenden Spiegel 2 als die Elektrode 7 angeordnet.
Somit sind die Äqui-Potentialkurven 9 der
Umgebung der Elektrode 6 dichter, und die Konzentration
des elektrischen Feldes ist höher,
wie es in 2 gezeigt ist. Das Erden des
reflektierenden Spiegels 2 zum Festlegen des Potentials
und das Anlegen einer negativ hohen Spannung an der Elektrode 6,
die an der Seite angeordnet ist, an der die Konzentration des elektrischen Feldes
höher ist,
macht den Potentialgradienten an der Spitze der Elektrode 6 steil,
wodurch die Intensität
des elektrischen Feldes lokal im Vergleich zur Umgebung erhöht wird.
Entsprechend wird der dielektrische Durchschlag des Gases, das in
der lichtemittierenden Röhre 3 abgedichtet
enthalten ist, an der Spitze der Elektrode 6 mit der hohen
elektrischen Feldintensität
leicht erzeugt. Somit wird die Entladungsglühlampe 1 effizient
eingeschaltet, wenn der Einschaltimpuls an der Elektrode 6 angelegt
wird.
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Die 3A und 3B sind
Ansichten, die einen Strom von Elektronen über die Elektroden der Entladungsglühlampe zeigen.
In den 3A und 3B sind
gleiche oder gleichartige Bereiche wie in 2 mit den
gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und auf ihre Beschreibung wird
verzichtet. 3A zeigt Elektronen e und Ionen
pi des Gases, das abgedichtet in der lichtemittierenden Röhre 3 vorhanden
ist, die sich durch den Entladungsspalt 8 bewegen, wenn
die Hochspannung angelegt wird, wobei die Elektrode 6 an
einer positiven Seite und die Elektrode 7 an einer negativen
Seite angeordnet ist. 3B zeigt Elektronen e, die sich
durch den Entladungsspalt 8 bewegen, wenn die Hochspannung
angelegt wird, wobei die Elektrode 6 an einer negativen Seite
und die Elektrode 7 an einer positiven Seite positioniert
ist.
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Wie
es in 3A gezeigt ist, löst der dielektrische
Durchschlag, der durch das Anlegen der positiven hohen Spannung
an der Elektrode 6 erzeugt wird, deren Umgebung ein elektrisches
Feld mit höherer
Intensität
aufweist, das in der lichtemittierenden Röhre 3 abgedichtete
Gas im Bereich um die Elektrode 6 in Elektronen e und Ionen
pi. Da die Ionen pi sich langsam zur negativ geladenen Elektrode 7 bewegen,
bewegen sie sich langsam durch den Entladungsspalt 8, so
dass ein Strom fließt.
Entsprechend benötigt
der Strom eine lange Zeitdauer, um von der Elektrode 6 zur
Elektrode 7 zu strömen.
Da ein Anstieg des Stroms zwischen den Elektroden 6 und 7 gering
ist, braucht es zudem eine lange Zeitdauer, um den Übergang
zur Glimmentladung zu erzeugen.
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Um
den Entladungsbeginn zu starten, indem ein Einschlagimpuls einer
hohen positiven Spannung an der Elektrode 6 angelegt wird,
ist es daher erforderlich, die hohe Spannung zwischen den Elektroden 6 und 7 für eine lange
Zeitdauer anzulegen. Mit anderen Worten ist ein Einschaltimpuls
mit einer breiten Impulsbreite erforderlich. Entsprechend ist es
erforderlich, als einen Einschaltimpuls eine hohe Spannung zu erzeugen,
deren quasi-sinusförmige
Anfangshalbwelle eine lange Periode aufweist.
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Im
Gegensatz dazu, wie es in 3B gezeigt
ist, veranlasst der dielektrische Durchschlag, der erzeugt wird,
indem die negative hohe Spannung an der Elektrode 6 angelegt
wird, deren Umgebung ein elektrisches Feld mit hoher Intensität aufweist,
die Elektronen e, die von der Elektrode 6 emittiert werden,
dazu, sich schnell durch den Entladungsspalt 8 zu bewegen,
so dass sie die positiv geladene Elektrode 7 innerhalb
einer kurzen Zeitdauer erreichen. Andererseits erreichen die Ionen
pi, die in der Nähe
der Elektrode 6 erzeugt werden, die Elektrode 6 innerhalb
einer kurzen Zeitdauer und kollidieren mit der Fläche der
Elektrode 6. Somit tragen die Ionen pi dazu bei, die Elektronen
zu multiplizieren, indem Sekundärelektronen
von der Elektrode 6 erzeugt werden, wodurch der Strom erhöht wird,
der schnell zwischen den Elektroden 6 und 7 fließt, so dass
sich ein schneller Übergang
zur Glimmentladung ergibt.
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Zu
Beginn des Einschaltens, indem der Einschaltimpuls mit negativer
hoher Spannung an der Elektrode 6 angelegt wird, wird der
dielektrische Durchschlag zwischen den Elektroden 6 und 7 entsprechend
innerhalb einer kurzen Zeitdauer erzeugt. Entsprechend ist es möglich, einen
Einschaltimpuls zu verwenden, der die hohe Spannung nur für eine kurze
Zeitdauer hält,
also einen Impuls mit einer schmalen Impulsbreite. Entsprechend,
wie es später beschrieben
wird, kann eine hohe Spannung als Einschaltimpuls verwendet werden,
deren quasi-sinusförmige Anfangshalbwelle
eine kurze Periode aufweist.
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Dies
ermöglicht
es, die Erzeugung des dielektrischen Durchschlags zwischen den Elektroden 6 und 7 und
das Emittieren der Elektronen e zu vereinfachen und die Wahrscheinlichkeit
zu erhöhen,
die Entladungsglühlampe 1 mit
einem einzelnen Einschaltimpuls einzuschalten, indem beispielsweise
die Elektrode 6, an die eine hohe Spannung angelegt wird,
an dem negativen Potential in Bezug auf den reflektierenden Spiegel 2 um
die Elektrode angeordnet wird.
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Um
den dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden 6 und 7 unter
Verwendung des Einschaltimpulses mit einer engen Impulsbreite und geringer
Energie zu erzeugen, ist es entsprechend bevorzugt, die quasi-sinusförmige Anfangshalbwelle des
Einschaltimpulses derart zu erzeugen, dass sie eine Spannungspolarität aufweist,
die entgegengesetzt zu der Spannung ist, die über die Elektroden gelegt wurde.
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4 ist
eine Ansicht, die den Einschaltimpuls des Entladungslampen-Vorschaltgeräts der ersten
Ausführungsform
zeigt. 4 zeigt eine Spannungswellenform des Einschaltimpulses,
der durch die in 1 gezeigte Stromquellenschaltung 5 erzeugt
und an der Elektrode 6 der Entladungsglühlampe 1 angelegt
wird, um die Entladungsglühlampe 1 einzuschalten.
Der Einschaltimpuls, der durch die Stromquellenschaltung 5 erzeugt
wird, ist eine Welle, und zwar eine solche, die schnell abklingt,
während sie
wie eine quasi-sinusförmige
Welle schwingt. Von diesen Wellenformen wird die Hochspannung der quasi-sinusförmigen Anfangshalbwelle
als Einschaltimpuls verwendet. Wie es zuvor beschrieben wurde, ist
es effektiv, den Anfangsimpuls der negativen Spannung an den Elektroden 6 und 7 anzulegen,
um die Beleuchtung mit dem Einschaltimpuls einer engen Pulsbreite
zu starten. Wird ein Fall betrachtet, in dem der Abstand zwischen
den Elektroden 6 und 7 5mm oder weniger beträgt, und
bei dem ein Einschaltimpuls mit einer schmalen Impulsbreite angelegt wird,
der von 10% auf 90% des Spitzenwertes der quasi-sinusförmigen Anfangshalbwelle
ansteigt, so wird die höchste
Spannung in einer kurzen Zeitdauer von 150 nsec oder weniger erreicht.
In diesem Fall ist es besonders effektiv, einen Einschaltimpuls
mit negativem Potential zu verwenden. Aufgrund der Tatsache, dass
die Hochspannung der quasi-sinusförmigen Anfangshalbwelle als
ein negatives Potential erzeugt wird, kann eine kompakte Stromquellenschaltung 5 verwendet
werden, die den Einschaltimpuls mit einer engen Impulsbreite erzeugt.
Genauer gesagt, kann die Stromquellenschaltung 5 verwendet werden,
die eine kleine Zündschaltung
aufweist.
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Im Übrigen,
selbst wenn der Einschaltimpuls, der eine breite Impulsbreite aufweist
und langsam mit einem Wert ansteigt, der größer als der vorhergehende Wert
ist, der zwischen den Elektroden 6 und 7 angelegt
wird, ist es effektiv, der quasi-sinusförmigen Anfangshalbwelle
mit einer hohen Spannung ein negatives Potential zu verleihen.
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5 ist
ein Schaltplan, der eine Konfiguration der Stromquellenschaltung 5 des
Entladungslampen-Vorschaltgerätes
der ersten Ausführungsform
zeigt. In 5 sind die gleichen Bereiche
wie diejenigen in 1 usw. mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet, und auf eine erneute Beschreibung dieser Bereiche wird
verzichtet. Die positive Elektrode einer Stromquelle 10 zum
Zuführen
der Gleichspannung ist mit einem ersten Anschluss der Primärwicklung
P1 eines Transformators T1 verbunden. Ein zweiter Anschluss der
Primärwicklung
P1 ist mit der negativen Elektrode der Stromquelle 10 über eine Schalteinrichtung 11 verbunden.
Der Steueranschluss, wie beispielsweise ein Gate-Anschluss, der Schalteinrichtung 11 ist
mit einem Steuerabschnitt 12 zum Steuern der Schaltoperation
verbunden. Der erste Anschluss der Sekundärwicklung S1 des Transformators
T1 ist geerdet, und ein zweiter Anschluss ist mit der Kathode einer
Diode 13 verbunden. Die Anode der Diode 13 ist
mit den ersten Enden von Kondensatoren 14 und 16 verbunden.
Der Kondensator 16 ist in Reihe mit einem Widerstand 15 verbunden.
Ein erstes Ende des Widerstands 15 und ein zweites Ende
des Kondensators 14 sind mit dem ersten Anschluss der Sekundärwicklung
S1 des Transformators T1 verbunden.
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Ein
erster Anschluss der Sekundärwicklung S2
des Transformators T1 ist mit der Anode einer Diode 17 verbunden,
deren Kathode mit einem Kondensator 18 verbunden ist. Das
zweite Ende des Kondensators 18 ist mit einem zweiten Anschluss
der Sekundärwicklung
S2 und mit dem ersten Anschluss der Sekundärwicklung S1 verbunden, die
geerdet sind.
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Die
Gleichspannung, die durch die Diode 13, den Kondensator 14,
den Widerstand 15 und den Kondensator 16 erzeugt
wird, wird einem DC/AC-Wandler 19 zugeführt. Der DC-/AC-Wandler 19 ist
aus einer Mehrzahl von Schalteinrichtungen, die eine H-artige Schaltung
bilden, und einem Steuerabschnitt 20 zum Steuern der Operation
jeder Schalteinrichtung gebildet.
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Zudem
bilden der Transformator T1, die Schalteinrichtung 11,
der Steuerabschnitt 12, die Diode 13, der Kondensator 14,
der Widerstand 15, der Kondensator 16, die Diode 17 und
der Kondensator 18 einen DC/DC-Wandler zum Verstärken der Gleichspannung
der Stromquelle 10.
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Der
DC/AC-Wandler 19 ist mit der Entladungsglühlampe 1 über eine
Zündschaltung
verbunden, die aus einem Widerstand 21, einem Relais 22, einem
Kondensator 23 und einem Zündtransformator T2 gebildet
ist. Das erste Ende des Widerstands 21 ist mit der Kathode
der Diode 17 und mit dem ersten Ende des Kondensators 18 verbunden.
Das zweite Ende des Widerstands 21 ist mit einem ersten
Ende des Kondensators 23 mit einem ersten Ende des Relais 22 verbunden.
Der Zündtransformator
T2 ist ein Spartransformator mit einer einzelnen Wicklung. Er umfasst
einen herkömmlichen
Anschluss, der als ein Startseitenanschluss der Primärwicklung
und als ein Endseitenanschluss der Sekundärwicklung dient. Der herkömmliche
Anschluss ist mit einem zweiten Ende des Kondensators 23 verbunden.
Der Endseitenanschluss der Primärwicklung
ist mit einem zweiten Ende des Relais 22 und mit einem
ersten Ausgangsanschluss des DC/AC-Wandlers 19 verbunden.
Der zweite Ausgangsanschluss des DC/AC-Wandlers 19 ist
mit der Elektrode 7 der Entladungsglühlampe 1 verbunden.
Der Startseitenanschluss der Sekundärwicklung des Zündtransformators
T2 ist mit der Elektrode 6 der Entladungsglühlampe 1 verbunden.
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6 ist
eine Ansicht, welche die Operation des Entladungslampen-Vorschaltgeräts der ersten Ausführungsform
zeigt. 6 zeigt Variationen der Spannung, die an der Elektrode 6 unter
Bezugnahme auf die Elektrode 7 der Entladungsglühlampe 1 angelegt
wird. Die in 5 dargestellte Stromquellenschaltung 5 richtet
die Spannung gleich, die über
die zweite Wicklung S1 des Transformators T1 mit der Diode 13,
dem Kondensator 14, dem Widerstand 15 und dem
Kondensator 16 erzeugt wird, wodurch beispielsweise eine
Gleichspannung von 400 Volt erzeugt wird. Die Gleichspannung wird
dem DC/AC-Wandler 19 zugeführt, der diese in eine impulsartige
Wechselspannung umwandelt, die ihre Polarität bei einer vorbestimmten Frequenz
unter der Steuerung des Steuerabschnitts 20 umkehrt, und
legt diese an der Entladungsglühlampe 1 an.
Zudem legt der DC/AC-Wandler 19 seine Ausgangsspannung
an der Elektrode 6 der Entladungsglühlampe 1 über die Primär- und Sekundärwicklung
des Zündtransformators
T2 an, der die Zündschaltung
bildet.
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Um
die Entladungsglühlampe 1 einzuschalten,
steuert der Steuerabschnitt 20 des DC/AC-Wandlers 19 jede
Schalteinrichtung des DC/AC-Wandlers 19 derart, dass die
Hochspannungsseite der Vorschaltspannung an der Elektrode 6 angelegt
wird, und dass die Niedrigspannungsseite der Vorschaltspannung an
der Elektrode 7 angelegt wird. In diesem Zustand wird die
Hochspannung, die durch Gleichrichten der Ausgangsspannung der Sekundärwicklung
S1 des Transformators T1 erzielt wird, wie beispielsweise die Gleichspannung
von 400 V, an der Entladungsglühlampe 1 angelegt.
Entsprechend werden der Elektrode 6 +400 V in Bezug auf die
Elektrode 7 zugeführt,
an der die Niedrigspannungsseite angelegt ist. In diesem Zustand
richtet die Stromquellenschaltung 5 über die Diode 17 und
den Kondensator 18 die Hochspannung gleich, die über die
Sekundärwicklung
S2 des Transformators T1 erzeugt wird. Die erzeugte Gleichspannung
wird dem Kondensator 23 über den Widerstand 21 zugeführt, um
den Kondensator 23 zu laden.
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Wenn
der Kondensator 23 geladen wird, nimmt die Spannung an
dem Verbindungspunkt des Widerstands 21, des Relais 22 und
des Kondensators 23 zu, wodurch die Spannung über dem
Relais 22 erhöht
wird, das mit dem Kondensator 23 über die Primärwicklung
des Zündtransformators
T2 verbunden ist. Das Relais 22, das die Eigenschaft aufweist, einen
Durchschlag zu erzeugen, wenn die Spannung über dem Kondensator 23 beispielsweise
800 V erreicht, führt
zu einem dielektrischen Durchschlag zwischen den Spalten, wodurch
ein Leitzustand erzeugt wird. Wenn das Relais 22 auf diese
Weise eingeschaltet wird, wird der Kondensator 23 in einen
Entladungszustand überführt, und
die Hochspannung wird an dem Endseitenanschluss der Primärwicklung des
Zündtransformators T2
angelegt. Auf diese Weise wird der Einschaltimpuls über die
Sekundärwicklung
des Zündtransformators
T2 erzeugt.
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Wie
es zuvor beschrieben wurde, ist der Startseitenanschluss des Zündtransformators
C2 mit der Elektrode 6 verbunden. Entsprechend wird der Einschaltimpuls
mit negativem Potential an der Elektrode 6 angelegt. Beispielsweise
wird der Einschaltimpuls von etwa –25 kV dem Ausgang des DC/AC-Wandlers 19 überlagert
und der Elektrode 6 zugeführt. Der Einschaltimpuls, der
als eine quasi-sinusförmige
Welle schwingt, wie es in 4 gezeigt ist,
erzeugt einen dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden 6 und 7 aufgrund
der Anfangshalbwelle der quasi-sinusförmigen Welle mit –25 kV, so
dass die Entladung beginnt. Das Anlegen der Hochspannung mit negativem
Potential an der Elektrode 6 startet somit die Entladungsglühlampe 1.
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Sobald
die Entladungsglühlampe 1 mit
der Entladung beginnt, steuert der Steuerabschnitt 20 des
DC/AC-Wandlers 19 jede Schalteinrichtung des DC/AC-Wandlers 19 und
versorgt die Entladungsglühlampe 1 mit
der Spannung, deren Polarität
bei der vorbestimmten Frequenz umgekehrt ist. Das Einschalten der
Entladung ermöglicht
es dem Strom, zwischen den Elektroden 6 und 7 der
Entladungsglühlampe 1 zu
fließen.
Die Spannung zwischen den Elektroden 6 und 7 der
Entladungsglühlampe 1 in dem
konstanten Vorschaltzustand schwankt zwischen +85 V und –85 V.
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Um
den dielektrischen Durchschlag zwischen den Elektroden der Entladungsglühlampe 1 zu erzeugen,
ist es, wie es zuvor beschrieben wurde, vorteilhaft, in dem Einschaltimpuls
mit negativem Potential an der Elektrode mit einem größeren Potentialgradienten
anzulegen. Selbst wenn jedoch der dielektrische Durchschlag ordnungsgemäß auftritt,
da der Strom monoton zunimmt, wenn eine sinusförmige Halbwellenimpulsspannung
mit einer einzigen Polarität
angelegt wird, kann das Einschalten in der Entladungsglühlampe 1 aufgrund
des nachfolgend beschriebenen Prozesses manchmal nicht erzielt werden.
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Die
einzige Polarität
(die quasi-sinusförmige Anfangshalbwelle
des Einschaltimpulses) des Einschaltimpulses mit enger Impulsbreite
(kurze Dauer) erzeugt einen lokalen dielektrischen Durchschlag in der
Nähe der
Elektrode 6 durch die hohe negative Spannung. Die Elektronen
e, die zwischen den Elektroden aufgrund des dielektrischen Durchschlags emittiert
werden, kollidieren mit Gasatomen, die zwischen den Elektroden abgeschottet
sind, wodurch die gelösten
Ionen pi und Elektronen e lawinenartig vermehrt werden. Obwohl die
Zunahme von Ionen pi und Elektronen e zwischen den Elektroden zu
einem Spannungsabfall über
den Elektroden der Entladungsglühlampe 1 führt, kann
nicht immer ausreichend Zeit gewonnen werden, um einen derart großen Strom
zu erzielen, um die Spannung über
den Elektroden auf weniger als 400 V zu verringern, also auf die
Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers. Wenn
der Strom, der durch die Entladungsglühlampe 1 fließt, anhält, bevor
der Strom von dem DC/DC-Wandler zugeführt wird, oder genauer gesagt,
von dem Glättungskondensator 14 und
dergleichen, kann die Entladungsglühlampe 1 während des Zyklus
des Einschaltimpulses nicht eingeschaltet werden.
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Um
den Stromfluss zwischen den Elektroden unter Verwendung des Einschaltimpulses
mit einer engen Impulsbreite (kurze Zeitdauer), also unter Verwendung
eines einperiodischen Einschaltimpulses, oder genauer gesagt unter
Verwendung des Einschaltimpulses, der aus der quasi-sinusförmigen Anfangshalbwelle
und der nachfolgend umgekehrten quasi-sinusförmigen Halbwelle besteht, ausreichend zu
erhöhen,
vermehrt die quasi-sinusförmige
Anfangshalbwelle viele Ionen pi lawinenartig zwischen den Elektroden,
und die darauf folgende umgekehrte quasi-sinusförmige Halbwelle zieht diese
zur Elektrode 7 an, an der die negative Spannung gerade
angelegt wurde. Die Ionen pi, die durch die quasi- sinusförmige Anfangshalbwelle
erzeugt werden, werden auch in der Nähe der Elektrode 7 erzeugt.
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Wie
es zuvor beschrieben wurde, zieht die Elektrode 7, die
gerade auf die negative Spannung umgeschaltet wurde, viele Ionen
pi an, so dass diese Ionen pi gegen die Elektrode 7 stoßen, wodurch
zusätzliche
Sekundärelektronen
e erzeugt werden. Wenn der einperiodische Einschaltimpuls auf diese Weise
effektiv genutzt wird, kann der Stromfluss zwischen der Elektrode
schnell erhöht
werden. Entsprechend kann die Spannung über den Elektroden der Entladungsglühlampe 1 unter
die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers in der einzelnen Periode des
Einschaltimpulses verringert werden.
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Wenn
also die umgekehrte quasi-sinusförmige
Halbwelle, die auf die quasi-sinusförmige Anfangshalbwelle folgt,
synchron mit der Ausgangsspannung des DC/AC-Wandlers 19 derart
betrieben wird, dass ihre Spannungspolarität übereinstimmt, können die
Ladungen, die in dem Kondensator 14 und dergleichen in
dem DC/DC-Wandler gespeichert sind, den Elektroden der Entladungsglühlampe 1 zugeführt werden,
deren Spannung durch die Ionen pi und Elektronen e abfällt, die
ausreichend innerhalb der Entladungsglühlampe 1 vermehrt
werden. Auf diese Weise kann der Stromfluss zwischen den Elektroden
schnell zunehmen, so dass die Glühentladung in
die Bogenentladung übergehen
kann, wodurch die Entladungsglühlampe 1 besser
eingeschaltet werden kann.
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Mit
anderen Worten wird zum schnelleren Einschalten der Entladungsglühlampe 1 bevorzugt, dass
der Einschaltimpuls, der die quasi-sinusförmige Anfangshalbwelle des
negativen Potentials (–25
kV, wie es in 6 dargestellt ist) aufweist,
der Ausgangsspannung mit hohem Potential des DC/DC-Wandlers (+400 V,
wie es in 6 dargestellt ist) überlagert
wird, die an der Elektrode 6 angelegt wird, deren Umgebung
einen größeren Potentialgradienten
aufweist.
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Wie
es zuvor beschrieben wurde, ist die vorliegende erste Ausführungsform
derart konfiguriert, dass das um die Elektroden 6 und 7 der
Entladungsglühlampe 1 erzeugte
elektrische Feld durch Erden des reflektierenden Spiegels 2 modifiziert
wird; dass der Potentialgradient um die Elektrode 6 erhöht wird, an
welche die Hochspannung angelegt wird; und dass der Einschaltimpuls,
dessen quasi-sinusförmige Anfangshalbwelle
eine negative Hochspannung aufweist, der Elektrode 6 überlagert
wird. Somit bietet die vorliegende erste Ausführungsform einen Vorteil dahingehend,
dass sie die Entladungsglühlampe 1 innerhalb
einer kurzen Zeitdauer leicht einschalten kann.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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7 ist
eine Ansicht, die eine Konfiguration des Entladungslampen-Vorschaltgeräts einer
zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. In 7 sind gleiche oder gleichartige Bereiche
wie in 1 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und
auf eine erneute Beschreibung wird verzichtet. Das Entladungslampen-Vorschaltgerät, das in 7 dargestellt
ist, umfasst eine Abschirmung (Abschirmungskomponente 30),
um die in 1 dargestellte Entladungsglühlampe 1 abzudecken,
und eine Hilfselektrode 31, die in der Nähe der lichtemittierenden
Röhre 3 und
dergleichen der Entladungsglühlampe 1 positioniert
ist. Der restliche Aufbau entspricht demjenigen des Entladungslampen-Vorschaltgeräts der ersten
Ausführungsform. Auf
die Beschreibung derjenigen Bereiche, die in der gleichen Weise
wie diejenige des Entladungslampen-Vorschaltgeräts der ersten Ausführungsform ausgeführt sind,
wird verzichtet.
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Die
Abschirmung 30 und die Hilfselektrode 31, die
aus einem leitenden Material ausgebildet sind, sind beispielsweise
geerdet, so dass sie ein vorbestimmtes Potential aufweisen. Die
Abschirmung 30 ist eine Abschirmplatte, die ein Teil der lichtemittierenden
Röhre 3,
einer Lichtquelle, bedeckt und welche die optische Achse des abgeschirmten
Bereichs in Bezug auf die Aussendung von Licht sperrt. Genauer gesagt,
ist die Abschirmung 30 derart ausgebildet, dass sie den
vorderen Abschnitt der lichtemittierenden Röhre 3 abdeckt, dass
sie ein vorstehendes Fenster 32 aufweist, das einen Teil
der Seite der lichtemittierenden Röhre 3 freilegt, und
dass sie an dem reflektierenden Spiegel 2 befestigt ist.
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Die
Hilfselektrode 31, bei der es sich um ein stabartiges oder
netzartiges, leitendes Material handelt, ist an dem vorstehenden
Fenster 32 befestigt, beispielsweise an der Öffnung der
Abschirmung 30. Die Hilfselektrode 31 weist eine
derartige Form auf, dass sie das Licht, das von der lichtemittierenden Röhre 3 ausgestrahlt
wird, zu der Reflektionsebene des reflektierenden Spiegels 2 hindurch
lässt.
Die Abschirmung 30 und die Hilfselektrode 31 können derart
positioniert werden, dass die Hilfselektrode 31 das vorstehende
Fenster 32 bedeckt, oder die Hilfselektrode 31 ist
in der Nähe
des vorstehenden Fensters 32 positioniert. Wenn das Entladungslampen-Vorschaltgerät eine Leuchte
ist, die keine Abschirmung erfordert, kann sie zudem nur die Hilfselektrode 31 aufweisen.
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Nachfolgend
wird die Operation beschrieben.
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Durch
die Anordnung der elektrisch geerdeten Abschirmung 30 und
der Hilfselektrode 31 in der Nähe der lichtemittierenden Röhre 3 in
der zuvor beschriebenen Weise ändert
die Intensitätsverteilung des
elektrischen Feldes, das um die lichtemittierenden Röhre 3 und
die Entladungselektroden innerhalb der lichtemittierenden Röhre 3 erzeugt
wird, wodurch die Konzentration des elektrischen Feldes, wie in
der Umgebung der Elektrode 6, erzeugt wird, wie es unter
Bezugnahme auf die erste Ausführungsform
beschrieben wurde. Die Äqui-Potentialkurven
werden in der Nähe
der ersten Entladungselektrode enger, die eine größere Potentialdifferenz
zwischen sich und der Abschirmung 30 und der Hilfselektrode 31 aufweist.
Durch Anlegen der Spannung zwischen den Entladungselektroden, welche
die Konzentration des elektrischen Feldes von der Stromquellenschaltung 5 aufweisen,
macht den Potentialgradienten zwischen den Entladungselektroden
entsprechend steiler und vereinfacht die Erzeugung eines Durchschlags
in der Nähe
der Entladungselektrode, an der die Konzentration des elektrischen
Feldes auftritt. Wenn das elektrische Feld, das eine solch hohe
Intensität
aufweist, zwischen den Entladungselektroden innerhalb der lichtemittierenden
Röhre 3 vorhanden
ist, kann der Einschaltimpuls mit einem geringeren Spannungshöchstwert
die lichtemittierenden Röhre 3 einschalten.
Somit ist es möglich,
Komponenten mit einer geringeren Leistung als Zündschaltung der Stromquellenschaltung 5 und
als Zündtransformator T2
zu verwenden, die in 5 gezeigt sind. Mit anderen
Worten, können
ein kleinerer Zündtransformator
T2 und dergleichen, und preiswerte Schaltungseinrichtungen mit geringerer
Spannung verwendet werden, wodurch eine Miniaturisierung und eine
Reduzierung der Kosten ermöglicht
wird.
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Die
an der in 7 dargestellten Entladungsglühlampe 1 angelegte
Spannung entspricht derjenigen, die unter Bezugnahme auf die erste
Ausführungsform
beschrieben wurde, und die Stromquellenschaltung 5 der 7 arbeitet
in der gleichen Weise, wie es zuvor unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben
wurde. Da diesbezüglich Identität mit der
ersten Ausführungsform
vorliegt, wird auf eine erneute Beschreibung verzichtet.
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Wie
es zuvor beschrieben wurde, ist die vorliegende zweite Ausführungsform
derart konfiguriert, dass die Abschirmung 30 und die Hilfselektrode 31, die
aus dem leitenden Material ausgebildet sind, in der Nähe der Entladungsglühlampe 1 angeordnet sind;
und dass die Abschirmung 30 und die Hilfselektrode 31 mit
dem gleichen vorbestimmten Potential versehen werden, was beispielsweise
durch Erden derselben erzielt werden kann. Somit bietet die vorliegende
zweite Ausführungsform
einen Vorteil dahingehend, dass diese dazu geeignet ist, das elektrische
Feld mit hoher Intensität
und einem steilen Potentialgradienten um die Elektrode innerhalb
der lichtemittierenden Röhre 3 zu
erzeugen und die Beleuchtung mit einem Einschaltimpuls mit geringer
Spannung einzuschalten.
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DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Die
zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen sind beispielhaft
beschrieben, wobei eine hohe negative Spannung an der Elektrode 6 angelegt
wurde, deren Umgebung das elektrische Feld mit hoher Intensität aufweist.
Wenn die reflektierenden Spiegel der Frontscheinwerfer, die an einem
Fahrzeug befestigt sind, jedoch geerdet werden, um diesen das gleiche
Potential wie dem Fahrzeugkörper
zu verleihen, kann das Zuführen
eines Einschaltimpulses mit einem negativen Potential in Bezug auf
das Potential des reflektierenden Spiegels zu den Entladungslampen,
also den Frontscheinwerfern, den gleichen Effekt und Vorteil bieten,
als wenn die negative Hochspannung an der Elektrode angelegt wird,
deren Umgebung das elektrische Feld mit hoher Intensität aufweist,
wie es zuvor beschrieben wurde.
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Wenn
die Abschirmkomponente, welche die Entladungslampe abdeckt, geerdet
und der Entladungslampe der Einschaltimpuls des negativen Potentials
in Bezug auf das Potential der Abschirmkomponente zugeführt wird,
kann zudem der gleiche Effekt und der gleiche Vorteil erzielt werden,
wie es zuvor beschrieben wurde.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Wie
es zuvor beschrieben wurde, ist das Entladungslampen-Vorschaltgerät gemäß der vorliegenden
Erfindung, das die Entladungslampe effektiv unter Verwendung des
negativen Einschaltimpulses mit hohem Potential einschalten kann,
für Frontscheinwerfer
eines Fahrzeugs oder dergleichen geeignet, die schnell und sicher
eingeschaltet werden müssen.
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Zusammenfassung
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Vorschaltgerät für eine Entladungslampe, das
einen reflektierenden Spiegel (2) und eine Stromquellenschaltung
(5) aufweist. Der reflektierende Spiegel (2) ist
um eine Entladungsglühlampe
(1) derart angeordnet, dass er Licht von der Entladungsglühlampe in
einer Richtung aussendet. Die Stromquellenschaltung (5)
legt einen Einschaltimpuls eines negativen Potentials in Bezug auf
das Potential des reflektierenden Spiegels (2) an eine
Elektrode (6) an, die an einer Seite mit der höheren elektrischen
Feldkonzentration, die zwischen Elektroden (6 und 7)
erzeugt wird, angeordnet ist, an denen eine Hochspannung des Einschaltimpulses
angelegt wird. Auf diese Weise kann ein dielektrischer Durchschlag
in der Nähe
der Elektrode (6) erzeugt werden, um das Einschalten der
Entladungsglühlampe
(1) zu erleichtern.