-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Entladungslampenvorschaltgerät,
das geeignet zum Erleuchten einer Hochintensitäts-Entladungslampe
insbesondere ohne eine Verwendung von Quecksilber ist.
-
Hintergrundstand der Technik
-
In
den vergangenen Jahren haben sich in Fahrzeugen Scheinwerfer verbreitet,
die Entladungslampen umfassen, das heißt Hochintensitätslichtquellen,
die ein Lichtsichtfeld erzeugen. Hinsichtlich eines Entladungslampenvorschaltgerätes
zum Erleuchten der Scheinwerfer, die Entladungslampen umfassen,
sind immer Miniaturisierung, Effizienzverbesserung und Kostenverringerung
erforderlich. Zusätzlich ist ein Ausschluss von Quecksilber,
das ein Umwelt belastendes Material und ein Bestandteil der Entladungslampen
ist, ein großes Problem geworden.
-
Unter
den Entladungslampenvorschaltgeräten mit diesen Problemen
werden viele der Vorschaltgeräte, die für herkömmliche
Entladungslampen verwendet werden (von nun an als „herkömmliche
Birnen" bezeichnet), die Licht mit einem Einschließen von
Quecksilber innerhalb zusätzlich zu Metalljodid (Metallhaliden)
emittieren, wie zum Beispiel Natriumjodid und Scandiumjodid, in
einer derartigen Weise verwendet, um das Leuchtpotential der Entladungslampe
auf einen negativen Wert zu setzen, um die Entglasung zu verringern.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Birnen können
hinsichtlich Entladungslampen ohne eine Verwendung von Quecksilber
(von hier an als „Hg-freie Birnen" bezeichnet), deren Entladespannung
während einem Leuchten in stationärem Zustand
halbiert ist, für diese verwendete Vorschaltgeräte
den Effekt der Entglasung halbieren. Demgemäß brauchen
Vorschaltgeräte keine spezielle Aufmerksamkeit auf das
Leuchtpotential zu richten. Um daher die Größe
und Kosten der Bauteile zu verringern, sind Vorschaltgeräte
vorteilhaft, die Entladungslampen unter Verwendung eines Plus-Potentials
zünden, die eine Hinzufügung einer Batterieleistungsquellenspannung
zu einer Verstärkerleistungsversorgung zum Zünden
ermöglichen.
-
Die
Hg-freien Birnen mit dem vorangehenden Vorteil müssen jedoch
zweimal den Strom der herkömmlichen Birnen während
einem Leuchten im stationären Zustand durchlaufen, was
die Dicke der Elektroden erhöht. Zusätzlich ist
aufgrund des Unterschiedes in den eingeschlossenen, internen Materialien
der interne Gasdruck höher, die Dicke eines Glasballes,
der eine Licht-emittierende Birne bildet, wächst an und
die thermische Kapazität wächst an. Solange zu
diesen daher keine höhere Leistung als zu den herkömmlichen
Birnen während der Zeit vom Durchbruch beim Zünden
der Entladungslampe bis zu dem Start des Stromes im stationären
Zustand zugeführt wird, wird nicht genug Heizung bereitgestellt. Dies
erhöht die Wahrscheinlichkeit eines Erlöschens des
Stromes vom Durchbruch bis zum Zünden (Zündungsfehler).
In einem derartigen Fall muss das Entladungslampenvorschaltgerät
ein Neuzünden direkt nach dem Zündungsfehler beginnen.
Insbesondere ist es für das Vorschaltgerät für
die Hg-freie Birne erforderlich, die zulässige Zeit, um
das Neuzünden zu wiederholen, länger als jene
der herkömmlichen Birne unter Berücksichtigung
des Zündfehlers aufgrund eines Mangels an Heizung einzustellen.
Dies wird als ein Problem speziell für das Vorschaltgerät
für die Hg-freie Birne betrachtet.
-
Wie
oben beschrieben, entsteht eine Vielzahl von Problemen hinsichtlich
des Entladungslampenvorschaltgerätes. Als Beispiele der
herkömmlichen Entladungslampenvorschaltgeräte,
die mit den Problemen umgehen, gibt es folgende, herkömmliche Beispiele.
-
Als
ein erstes herkömmliches Beispiel wird eine Schaltungskonfiguration
vorgeschlagen, die bezweckt, das Entladungslampenvorschaltgerät
mit einer einfachen Schaltungskonfiguration zu miniaturisieren und
die einen Wechselrichter vom H-Brückentyp (H/B) ansteuert,
um die Entladungslampe mit einem negativen Potential zu erleuchten.
Um die Schaltgeräte zu betreiben, die in einem negativen Potential
angeordnet sind, wird eine Pegelverschiebungsschaltung bereitgestellt
(siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
-
Als
ein zweites herkömmliches Beispiel wird ein Gerät
vorgeschlagen, das eine Vereinfachung und Kostenverringerung der
Schaltungskonfiguration des Entladungslampenvorschaltgerätes
bezweckt, die Pegelverschiebungsschaltung des ersten herkömmlichen
Beispiels durch eine Bootstrap-Schaltung ersetzt und die Entladungslampe
bei einem Plus-Potential erleuchtet (siehe zum Beispiel Patentdokument
2).
-
Die
vorangehende Bootstrap-Schaltung lädt einen Kondensator
zum Aufrechterhalten des AN-Zustands eines Schaltgerätes
auf, das an der höheren Potentialseite des Wechselrichters
vom H-Brückentyp angeordnet ist, wenn das Schaltgerät
an der höheren Potentialseite sich im AUS-Zustand befindet und
ein Schaltgerät an der niedrigeren Potentialseite, das
direkt darunter in der Brückenverbindung in Serie verbunden
ist, sich in dem AN-Zustand befindet und verwendet die Leistung
des nun geladenen Kondensators als eine Leistungsquelle zum Aufrechterhalten des
AN-Zustands des Schaltgerätes an der höheren Potentialseite
in dem nächsten Halbzyklus. Dies ermöglicht es,
die Schaltgeräte an der höheren Potentialseite
ohne kontinuierliches Leistungsversorgung von einer Niederpotential-steuernden
Leistungsquelle aufrechtzuerhalten und Gleichstrom (DC) in Wechselstrom
(AC) umzuwandeln.
-
Da
die Bootstrap-Schaltung einfach und kostengünstig ist,
ist diese eine effektive Ansteuervorrichtung der Schaltgeräte
des Wechselrichters vom H-Brückentyp, der als eine Wechselstromumwandelnde
Schaltung dient, die andauernd die Polarität wechselt.
-
Als
ein drittes herkömmliches Beispiel wird eine Konfiguration
vorgeschlagen, die bezweckt, die Schaltgeräte, die den
Wechselrichter vom H-Brückentyp bilden, stabil zu anzusteuern
und die eine Bootstrap-Schaltung mit annähernd der gleichen Konfiguration
wie jene des zweiten herkömmlichen Beispiels aufweist.
Das dritte herkömmliche Beispiel ist jedoch durch Verwenden
einer Hilfsleistungsquelle gekennzeichnet, um eine Steuerleistungsquelle
sicherzustellen, die ebenso als die Ansteuerleistungsquelle des
Wechselrichters vom H-Brückentyp sogar zu der Zeit dient,
wenn die Leistungsquellenspannung abfällt (siehe zum Beispiel
Patentdokument 3).
-
Als
ein viertes herkömmliches Beispiel wird ein Gerät
vorgeschlagen, das ein Miniaturisieren des Entladungslampenvorschaltgerätes
bezweckt und eine Bootstrap-Schaltung in der gleichen Weise wie das
zweite herkömmliche Beispiel oder dritte herkömmliche
Beispiel aufweist. Um es den Schaltgeräten, die an der
höheren Potentialseite angeordnet sind, zu ermöglichen,
den AN-Zustand für eine lange Zeit aufrechtzuerhalten,
wird eine Leistungsquellenschaltung mit höherem Potential
als das Potential der Schaltgeräte derart bereitgestellt,
dass die Hochpotentialleistungsquelle einen Strom kontinuierlich
zu Kondensatoren führt, die als eine Leistungsquelle zum Einschalten
der Schaltgeräte an der höheren Potentialseite
dienen (siehe zum Beispiel Patentdokument 4).
-
Als
ein fünftes herkömmliches Beispiel wird eine Schaltungskonfiguration
vorgeschlagen, die bezweckt, die Entladungslampen ohne Fehler zu
starten. Diese unterscheidet sich von den ersten bis vierten herkömmlichen
Beispielen darin, dass diese den Wechselrichter vom H-Brückentyp
unter Verwendung eines Transformators ansteuert (siehe zum Beispiel Patentdokument
5).
-
Obwohl
ein gewöhnliches Ansteuern der Schaltgeräte mit
einem Transformator den AN-Zustand der Schaltgeräte nicht
für eine lange Zeit genau so wie eine herkömmliche
Bootstrap-Schaltung fortsetzen kann, ist das fünfte herkömmliche
Beispiel dadurch gekennzeichnet, dass es diesen ermöglicht wird,
den AN-Zustand für eine lange Zeit durch Versorgen jedes
der Schaltgeräte an der höheren Potentialseite
und niedrigeren Potentialseite, die sich beim Durchleiten des Stromes
paaren, mit einer isolierten Gleichstromleistungsquelle fortzusetzen,
um den Strom zu jedem von diesen zuzuführen.
- Patentdokument
1: veröffentlichtes japanisches
Patent Nr. 10-41083/1999 .
- Patentdokument 2: veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 2000-166258 .
- Patentdokument 3: veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 10-321393/1998 .
- Patentdokument 4: veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 4-251576/1992 .
- Patentdokument 5: veröffentlichtes japanisches Patent Nr. 6-196285/1994 .
-
Die
herkömmlichen Entladungslampenvorschaltgeräte
sind wie oben beschrieben konfiguriert. Daher kann hinsichtlich
des ersten herkömmlichen Beispiels die Schaltungskonfiguration
basierend auf der Pegelverschiebungsschaltung die Schaltgeräte, die
an dem negativen Potential angeordnet sind, in einem Gleichstrommodus
betreiben und optional eine Anlegespannungspolarität und
Zeit zum Zünden der Entladungslampe auswählen.
Obwohl dieses ein stabiles Zünden der Entladungslampe ermöglichen kann,
erfordert diese eine komplizierte Pegelverschiebungsschaltung. Zusätzlich
muss diese, um eine negative Gleichstromleistungsquelle bereitzustellen,
die gesamte Ausgangsleistung über einen Gleichstrom/Gleichstromumwandler
ohne Hinzufügen der Gleichstromleistung der Leistungsquelle
erzeugen. Als ein Ergebnis umfasst diese den Transformator und die
Schaltgeräte mit einem Bezugswert, der der Ausgangsleistung
genügt, was ein Problem eines Begrenzens der Miniaturisierung
oder einer Kostenverringerung der Entladungslampengerätes darstellt.
-
Hinsichtlich
des zweiten herkömmlichen Beispiels können die
Kondensatoren, die die Bootstrap-Schaltung bilden, den AN-Zustand
der Schaltgeräte an der höheren Potentialseite
lediglich während einem begrenzten Zeitraum aufrechterhalten,
während dem der Kondensator geladene Leistung aufweist.
Daher ist es wie zu einer Zeit des Zündens, wenn die AN-Zeit
der Schaltgeräte an der höheren Potentialseite
länger als jene beim stationären Beleuchten sein
muss, für die Kondensatoren erforderlich, die als die Leistungsquelle
arbeiten, die Leistung für eine längere Zeit sicherzustellen.
Falls zum Beispiel ein Zündungsfehler wiederholt wird,
muss die AN-Zeit manchmal für eine Sekunde aufrechterhalten
werden. Daher kann, solange die Kondensatoren mit einer begrenzten
Größe verwendet werden, die Polarität
der angelegten Spannung zum Zünden der Entladungslampe
nicht für einen gewünschten Zeitraum festgesetzt
werden (zum Beispiel für die vorangehende eine Sekunde),
was ein Problem eines Erschwerens darstellt, die Entladungslampe
stabil unter allen Bedingungen zu zünden.
-
Obwohl
in diesem Fall ein Verwenden von Kondensatoren mit großer
Kapazität einen langen AN-Zustand implementieren kann,
verursacht dies einen Zuwachs in Raum und Kosten zum Montieren der
Kondensatoren mit großer Kapazität, die zu der Zeit
eines stationären Beleuchtens nicht notwendig ist, was
für das Entladungslampenvorschaltgerät für Scheinwerfer
ungünstig ist. Zusätzlich weist eine Erweiterung
der Betriebszeit eine Korrelation mit der Kapazität der
Kondensatoren auf und die Auswahl der Kondensatoren in dem begrenzten
Raum des Vorschaltgerätes weist lediglich eine enge Freiheit auf
(insbesondere wenn eine Zeit ausgedehnt wird).
-
Hinsichtlich
des dritten herkömmlichen Beispiels weist dieses potentiell
die gleichen Probleme wie das zweite herkömmliche Beispiel
gegenüber der AN-Zeit auf. Daher weist dieses das gleiche
Problem darin auf, dass es schwierig ist, die Entladungslampe stabil
zu zünden.
-
Hinsichtlich
des vierten herkömmliche Beispiels ermöglicht
die Hochpotentialleistungsquelle, dass die Schaltgeräte
an der höheren Potentialseite den AN-Zustand für
eine längere Zeit aufrechterhalten und ermöglicht
es, die Spannungsanlegedauer und die Spannungspolarität
zum Zünden der Entladungslampe frei auszuwählen,
wodurch ein stabiles Zünden der Entladungslampe ermöglicht
wird. Um jedoch zu ermöglichen, dass die Schaltgeräte
an der höheren Potentialseite die längere AN-Zeit
erreichen, führt das vierte herkömmliche Beispiel
die Leistung zu den Schaltgeräten an den rechten und linken
Armen in der gleichen Weise zu. Die Schaltungen der zwei Arme, die
abwechselnd arbeiten, weisen die gleiche Potentialdifferenz wie
die Leistungsquellenspannung des Wechselrichters vom H-Brücketyp
auf. Demgemäß müssen die Kondensatoren,
die an der Niederspannungsseite arbeiten, über einen Strom-begrenzenden
Serienwiderstand aufgeladen werden, um einen Überstrom
zu vermeiden. Dies erhöht natürlich einen Verlust
aufgrund des Widerstandes und stellt ebenso ein Problem eines Beteiligens eines
Raumzuwachses dar und ein Verhindern der Miniaturisierung des Vorschaltgerätes
aufgrund der Spannung, die an den Widerstand angelegt wird, ist hoch
und daher müssen ein Widerstand mit einer hohen Spannungsfestigkeit
oder Widerstände verwendet werden, die in Serie verbunden
sind.
-
Hinsichtlich
des fünften herkömmlichen Beispiels, obwohl dieses
den Gleichstrom/Wechselstrom-Wechselrichter des Entladungslampenvorschaltgerätes
unter Verwendung des Transformators konstruieren kann, ist der Transformator
eine elektronische Komponente, deren Eigenschaften von seiner Größe
beeinflusst werden. Demgemäß erfordert der Transformator,
der für das Entladungslampenvorschaltgerät erforderlich
ist, einen größeren Raum und höhere Kosten
als die Halbleiter-Pegelverschiebungsschaltung, die in dem ersten
herkömmlichen Beispiel verwendet wird oder die Bootstrap-Schaltung
unter Verwendung der Kondensatoren des zweiten herkömmlichen
Beispiels, die die Raum-sparende, kostengünstige Schaltungskonfiguration
implementiert. Daher weist das fünfte herkömmliche
Beispiel ein Problem auf, ungünstig als eine Schaltungskonfiguration
für das Entladungslampenvorschaltgerät für
Scheinwerfer zu sein.
-
Die
vorliegende Erfindung wird implementiert, um die vorangehenden Probleme
zu lösen. Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
ein Entladungslampenvorschaltgerät bereitzustellen, das
in der Lage ist, die Miniaturisierung und Kostenverringerung zu
erreichen, um eine Anwendung auf die Scheinwerfer eines Fahrzeuges
zu ermöglichen und das in der Lage ist, die Entladungslampe
stabil zu erleuchten.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Ein
Entladungslampenvorschaltgerät gemäß der
vorliegenden Erfindung umfasst: einen Wechselrichter vom H-Brückentyp,
der vier Schaltgeräte aufweist, die in einer Brücke
verbunden sind, einschließlich zweier Schalter, die ein
erstes Schaltgerät und ein zweites Schaltgerät
umfassen, die an einer höheren Potentialseite eines ersten
Gleichstromleistungsquellenabschnittes angeordnet sind und der eine Gleichspannung
von dem ersten Gleichspannungsleistungsabschnitt in eine Wechselspannung
umwandelt und die Wechselspannung zu einer Entladungslampe zuführt;
eine erste Bootstrap-Schaltung zum Aufrechterhalten eines AN-Zustands
des ersten Schaltgerätes mit einer in einem ersten Kondensator geladenen
Spannung, der von einem zweiten Gleichstromleistungsquellenabschnitt
geladen wird; eine zweite Bootstrap-Schaltung zum Aufrechterhalten
eines AN-Zustandes des zweiten Schaltgerätes mit einer
in einem zweiten Kondensator geladenen Spannung, der von dem zweiten
Gleichstromleistungsquellenabschnitt geladen wird und einen Ladeabschnitt
zum Laden des ersten Kondensators oder des zweiten Kondensators
in Verbindung mit dem zweiten Gleichstromleistungsquellenabschnitt.
-
Wie
oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung
diese in einer derartigen Weise konfiguriert, um den ersten Kondensator
der ersten Bootstrap-Schaltung zum Aufrechterhalten des AN-Zustandes
des ersten Schaltgerätes, das an der höheren Potentialseite
angeordnet ist oder den zweiten Kondensator der zweiten Bootstrap-Schaltung zum
Aufrechterhalten des AN-Zustandes des zweiten Schaltgerätes
an der höheren Potentialseite mittels des anderen Ladeabschnittes
zusätzlich zu dem zweiten Gleichstromleistungsquellenabschnitt
zu laden. Demgemäß wird der erste Kondensator
oder der zweite Kondensator, der durch den Ladeabschnitt geladen
wird, ausreichend durch sowohl den zweiten Gleichstromleistungsquellenabschnitt
als auch den Ladeabschnitt geladen. Dies ermöglicht es,
den AN-Zustand des ersten Schaltgerätes oder des zweiten
Schaltgerätes an der geladenen Kondensatorseite für
eine lange Zeit aufrechtzuerhalten. Als ein Ergebnis kann das Gerät
die Hg-freie Birne stabil erleuchten, die eine niedrige Zündwahrscheinlichkeit und
eine hohe Möglichkeit eines Wiederholens eines Neuzündens
aufweist.
-
Zusätzlich
macht ein Bereitstellen des Ladeabschnittes es möglich,
die einfachen und kostengünstigen Bootstrap-Schaltungen
zum Zünden der Hg-freien Birne mit einer hohen Möglichkeit
eines Wiederholens eines Neuzündens zu verwenden. Dies
ermöglicht die Miniaturisierung und Kostenverringerung
des Entladungslampenvorschaltgerätes für das Fahrzeug,
wenn Hg-freie Birnen für die Scheinwerfer verwendet werden.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Entladungslampenvorschaltgerätes
einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
-
2 ist
ein Diagramm, das einen Zündprozess der Entladungslampe
darstellt; und
-
3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Konfiguration des Entladungslampenvorschaltgerätes
einer Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
Beste Ausführungsform
der Erfindung
-
Die
beste Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, um die vorliegende
Erfindung in größerem Detail zu erläutern.
-
Ausführungsform 1
-
1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration des Entladungslampenvorschaltgerätes
einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
In 1 besteht
das Entladungslampenvorschaltgerät hauptsächlich
aus einer Gleichstromleistungsquelle 1, einem ersten DC/DC-Umwandler 2 (Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler),
einem zweiten Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3, einer ersten
Bootstrap-Schaltung 4, einer zweiten Bootstrap-Schaltung 5,
einem Wechselrichter vom H-Brückentyp 6, einem
Zünder 7, einer Entladungslampe 8 und
einem Steuerabschnitt 9.
-
In
der vorangehenden Konfiguration ist die Gleichstromleistungsquelle 1 eine
Batterie, die zum Beispiel auf einem Fahrzeug montiert ist.
-
Der
erste Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 2, ein erster Gleichstromleistungsquellenabschnitt,
unterliegt der Schaltsteuerung durch den Steuerabschnitt 9 und
wandelt die Gleichspannung, die von der Gleichstromleistungsquelle 1 zugeführt wird,
in eine erste Gleichspannung V1 mit einem vorgeschriebenen Wert
um.
-
In
dem Folgenden wird der erste Gleichstromleistungsquellenabschnitt
als der erste Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 2 bezeichnet.
-
Hier
ist die erste Gleichspannung V1, die der erste Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 2 erzeugt,
ein (positives) Plus-Potential und 1 zeigt eine
Konfiguration zum Erleuchten unter Verwendung des Plus-Potentials.
-
Demgemäß kann
die erste Gleichspannung V1 eine Spannung sein, die als ein Ergebnis
eines Hinzufügens der Spannung der Gleichstromleistungsquelle 1 erhalten
wird. Dies ermöglicht es, die Miniaturisierung und Kostenverringerung
der Bauteile zu erreichen.
-
Der
zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3, ein zweiter
Gleichstromleistungsquellenabschnitt, ist ein Schaltregler vom Zerhackertyp
und wandelt die Gleichspannung, die von der Gleichstromleistungsquelle 1 zugeführt
wird, in eine zweite Gleichspannung V2 mit einem vorgeschriebenen Wert.
Als seine Konfiguration umfasst dieser einen Schalttransistor 31 vom
PNP-Typ; einen Transformator 32 mit einer primären
Wicklung n1, die als eine Drosselspule arbeitet und einer sekundären
Wicklung n2 zum Erzeugen einer Wechselspannung; eine Diode 33 zum
Bilden eines Strompfades der primären Wicklung n1 des Transformators 32 zu
der Zeit, wenn der Transistor 31 in dem AUS-Schaltzustand ist;
einen Transistor 34 vom NPN-Typ zum Schalten; eine invertierende
Schaltung 35 zum Invertieren eines Eingangssignals derart,
dass der Transistor 31 und der Transistor 34 in
Phase an- und ausgeschaltet werden; eine Gleichrichterdiode 36;
einen Glättungskondensator 37; eine Gleichrichterdiode 38;
und eine Konstantspannungssteuerschaltung 39 zum Ausführen
einer Schaltsteuerung des Transistors 31 und Transistors 34 in
einer derartigen Weise, um die Gleichspannung, die von der Gleichstromleistungsquelle 1 zugeführt
wird, in eine zweite Gleichspannung V2 mit vorgeschriebenem Wert
umzuwandeln.
-
Der
zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 ist ein Umwandler
zum Herunter- und Herauftransformieren der Spannung und wandelt
die Spannung in eine konstante zweite Gleichspannung V2 um, sogar
wenn die Spannung der Gleichstromleistungsquelle 1 einen
hohen oder niedrigen Unterschied in Bezug auf den Standardspannungswert aufweist.
Sogar wenn zum Beispiel in der Konfiguration aus 1 die
Spannung der Gleichstromleistungsquelle 1 (die Spannung
der Batterie) einen Bereich von 6 V bis 16 V in Bezug auf den Standardspannungswert
12 V aufweist, wandelt der Umwandler diese in die konstante zweite
Gleichspannung V2 (= 8 V) um.
-
Um
dies zu erzielen, erzeugt die Konstantspannungssteuerschaltung 39 in
Reaktion auf den Spannungswert der zweiten Gleichspannung V2, die zurück
zu dem Eingang geführt wird, ein Schaltsteuersignal Sa,
um die zweite Gleichspannung V2 konstant zu machen und führt
die Schaltsteuerung des Transistors 31 und Transistors 34 mit
dem Steuersignal Sa durch. Hinsichtlich des vorherigen Transistors 31 führt
diese die Schaltsteuerung über die invertierende Schaltung 35 durch.
Die Diode 36 richtet die Wechselspannung gleich, die über
der Primärwicklung n1 des Transformators 32 durch
die Schaltsteuerung erzeugt wird und der Kondensator 37 glättet diese,
um die konstante zweite Gleichspannung V2 (= 8 V) zu erhalten.
-
Der
zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 ist als sowohl
der Herauftransformier- als auch Herabtransformier-Umwandler konfiguriert,
wie oben beschrieben, damit Halbleitergerät-IGBTs (Insulated
Gate Bipolar Transistors – bipolare Transistoren mit isoliertem
Gate) mit einer hohen An-Gate-Spannung als erstes Schaltgerät 61 – viertes
Schaltgerät 64 verwendet werden, die den Wechselrichter 6 vom
H-Brückentyp bilden, der später beschrieben wird.
Da insbesondere die An-Gate-Spannung der IGBTs, die ungefähr
6 V beträgt, höher als die An-Gate-Spannung von
4 V eines FET (Feldeffekttransistor) ist, tritt es manchmal auf,
dass die IGBTs nicht über das Gate während dem
Betrieb eingeschaltet werden können, wenn eine 12 V Batterieleistungsquelle
des Fahrzeuges als die Gleichstromleistungsquelle 1 verwendet
wird und falls die Spannung der Batterieleistungsquelle sehr niedrig
ist. Um demgemäß die An-Gate-Spannung der IGBTs
sicherzustellen, sogar wenn die Spannung der Batterieleistungsquelle
niedrig ist, wird die Konfiguration verwendet, die sowohl als der
Herauftransformier- und Herabtransformier-Umwandler arbeitet.
-
Hinsichtlich
einer dritten Gleichspannung V3, die durch Gleichrichten der Wechselspannung
durch die Diode 38 erhalten wird, die an der sekundären Wicklung
n2 des Transformators 32 erzeugt wird, dient diese als
die Leistungsquelle zum Zuführen eines Ladestromes zu einem
Kondensator 32 (C1), der die erste Bootstrap-Schaltung 4 bildet.
Die Leistungsquelle bildet einen Ladeabschnitt zum Laden des Kondensators 42 (C1).
-
Die
erste Bootstrap-Schaltung 4 umfasst eine Diode 41 mit
ihrer Annode, die mit der zweiten Gleichspannung V2 versorgt wird;
einen ersten Kondensator (von nun an als „Kondensator 42 (C1)"
bezeichnet), der mit der zweiten Gleichspannung V2 über
die Diode 41 geladen wird; einen Widerstand 43 zum
Zuführen der Ladespannung des Kondensators 42 (C1)
zu dem Gate (G) des ersten Schaltgerätes 61 des
Wechselrichters 6 vom H-Brückentyp, der später beschrieben
wird; und einen Transistor 44 vom NPN-Typ, der von dem
Steuerabschnitt 9 ein- und ausgeschaltet wird, der später
beschrieben wird; und führt die An/Aus-Ansteuerung des
ersten Schaltgerätes 61 durch.
-
Der
Kondensator 42 (C1), der die erste Bootstrap-Schaltung 4 bildet,
wird mit der zweiten Gleichspannung V2 über die Diode 41 geladen
und mit dem Ladestrom von einer Leistungsquelle versorgt, die aus
der dritten Gleichspannung V3 an der Seite der sekundären
Wicklung n2 des Transformators 32 besteht, der den Ladeabschnitt
wie oben beschrieben bildet.
-
Die
zweite Bootstrap-Schaltung 5 umfasst eine Diode 51,
einen zweiten Kondensator (von nun an als „Kondensator 52 (C2)"
bezeichnet), einen Widerstand 53 und einen Transistor 54 vom
NPN-Typ, die die gleichen Zwecke wie ihre Gegenstücke der ersten
Bootstrap-Schaltung 4 aufweisen; und führt die
An/Aus-Ansteuerung des Schaltgerätes 62 des Wechselrichters 6 vom
H-Brückentyp durch, das später beschrieben wird.
-
Der
Wechselrichter 6 vom H-Brückentyp umfasst das
erste Schaltgerät 61 und das zweite Schaltgerät 62,
die an der höheren Potentialseite der ersten Gleichspannung
V1 angeordnet sind, die der erste Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 2 erzeugt;
und das dritte Schaltgerät 63 und das vierte Schaltgerät 64,
die an der niedrigeren Potentialseite der ersten Gleichspannung
V1 angeordnet sind, bei denen das Paar des ersten Schaltgerätes 61 und
vierten Schaltgerätes 64 und das Paar des zweiten
Schaltgerätes 62 und des dritten Schaltgerätes 63 abwechselnd durch
den Steuerabschnitt 9 an- und ausgeschaltet werden, um
die erste Gleichspannung V1 in eine Wechselspannung umzuwandeln
und die Wechselspannung wird zu der Entladungslampe 8 zugeführt, was
später beschrieben wird.
-
Wenn
eine herkömmliche Birne als die Entladungslampe 8 verwendet
wird, können FETs als das erste Schaltgerät 61 – vierte
Schaltgerät 64 verwendet werden. Wenn im Gegensatz
dazu eine Entladungslampe 8 mit Hg-freier Birne verwendet
wird, ist der Strom, der während einem Leuchten im stationären
Zustand fließt, zweimal jener der herkömmlichen Birne
und der Strom der durch jedes des ersten Schaltgerätes 61 – vierten
Schaltgerätes 64 fließt, ist ebenso zweimal
jener der herkömmlichen Birne. Wenn demgemäß die
FETs verwendet werden, die für die Entladungslampe 8 verwendet
werden, die aus der herkömmlichen Birne besteht, wird für
das erste Schaltgerät 61 – vierte Schaltgerät 64 in
dem Fall der Hg-freien Birne der Verlust aufgrund des An-Widerstands
während dem Betrieb groß. Um daher den Verlust
auf den gleichen Pegel wie zu der Zeit zu drücken, wenn
die herkömmliche Birne leuchtet, wenn die FETs für
die Hg-freie Birne verwendet werden, muss der An-Widerstand auf
1/4 verringert werden, da ein Verlust aufgrund eines Widerstandes proportional
zu dem Quadrat des Stromes ist. In diesem Fall wächst der
Chip-Bereich der FETs um einen Faktor von 4 (dies verursacht natürlich
einen Kostenzuwachs), was unrealistisch ist.
-
In
Anbetracht dessen werden die IGBTs für das erste Schaltgerät 61 – vierte
Schaltgerät 64 verwendet. Da in diesem Fall der
Verlust während des Betriebes linear zu dem Strom aufgrund
der annähernd konstanten An-Spannung wird, werden die IGBTs
vorzugsweise für das Vorschaltgerät für
die Hg-freie Birne verwendet. Übrigens weist der IGBT, ein
Gerät, das durch Kombinieren eines MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor)
und eines bipolaren Transistors in einem einzelnen Chip erhalten
wird, die Eigenschaften eines MOSFET, wie zum Beispiel ein Hochgeschwindigkeitsschalten
und eine niedrige Ansteuerleistung und die Eigenschaften eines bipolaren
Transistors auf, wie zum Beispiel einen niedrigen Widerstand. Die
An-Gate-Spannung des IGBT ist jedoch höher als jene des
FET, wie zuvor beschrieben und erfordert eine spezielle Berücksichtigung
der Leistungsquelle zum Zuführen der Gate-Spannung.
-
Der
Zünder 7 erzeugt Hochspannungspulse aus der ersten
Gleichspannung V1, die von dem ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 2 über
den Wechselrichter 6 vom H-Brückentyp zugeführt
wird.
-
Die
Entladungslampe 8 ist eine Hochintensitätsentladungslampe
(HID), wie zum Beispiel eine Hg-freie Birne, die als ein Scheinwerfer
eines Fahrzeuges verwendet wird. Die Hochspannungspulse, die der
Zünder 7 erzeugt, werden über die Elektroden derart
zugeführt, dass der Durchbruch über die Elektroden
stattfindet und die Entladung beginnt. Nach dem Zünden
wird der Zustand der Entladungslampe 8 zu dem Leuchten
im stationären Zustand durch die Wechselspannung bewegt,
die von dem Wechselrichter 6 vom H-Brückentyp
zugeführt wird.
-
Der
Steuerabschnitt 9 umfasst eine Entladungslampenvorsteuerschaltung 91,
einen Transistor 92 vom NPN-Typ, einen Transistor 93 vom PNP-Typ,
eine invertierende Schaltung 94, einen Transistor 95 vom
NPN-Typ, einen Transistor 96 vom PNP-Typ und Widerstand 97 – Widerstand 108.
Dieser führt die Schaltsteuerung des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandlers 2 durch
und steuert das Leuchten der Entladungslampe 8 durch Schalten des
Paares des ersten Schaltgerätes 61 und vierten Schaltgerätes 64 und
des Paares des zweiten Schaltgerätes 62 und dritten
Schaltgerätes 63 des Wechselrichters 6 vom
H-Brückentyp in einer derartigen Weise, dass die zwei Paare
sich abwechselnd ein- und ausschalten.
-
Die
Entladungslampenvorschaltsteuerung 91 des Steuerabschnittes 9,
die unter Verwendung der zweiten Gleichspannung V2, die durch den
zweiten Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 erzeugt wird,
als der Leistungsquelle arbeitet, erzeugt das Schaltsteuersignal
Sb zum Steuern des Schaltens des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandlers 2, wodurch
dieser veranlasst wird, die erste Gleichspannung V1 mit dem vorgeschriebenen
Wert auszugeben.
-
Zusätzlich
lässt der Steuerabschnitt 9 die Entladungslampenvorschaltsteuerschaltung 91 ein An-/Aussetzendes
Schaltsignal Sc zum An-/Ausschalten des ersten Schaltgerätes 61 bis
vierten Schaltgerätes 64 des Wechselrichters 6 vom
H-Brückentyp erzeugen und liefert dieses an die Gates (G) des
ersten Schaltgerätes 61 bis vierten Schaltgerätes 64 über
die erste Bootstrap-Schaltung 4, zweite Bootstrap-Schaltung 5 oder
invertierende Schaltung 94 oder direkt.
-
Als
nächstes wird ein allgemeiner Grundbetrieb der Konfiguration
aus 1 beschrieben.
-
In
dem Grundbetrieb wird die Beschreibung über die Zuführung
des Ladestromes von der dritten Gleichspannung V3 an der Seite der
sekundären Wicklung n2 des Transformators 32 zu
dem Kondensator 42 (C1) der ersten Bootstrap-Schaltung 4 ausgelassen
(wird später beschrieben) und es wird angenommen, dass
ein Übergang von einem Zünden zu einem Leuchten
im stationären Zustand der Entladungslampe stabil durchgeführt
wird.
-
Der
Steuerabschnitt 9 setzt als seinen Anfangsbetrieb durch
das An-/Aus-setzende Schaltsignal Sc das Paar des ersten Schaltgerätes 61 und vierten
Schaltgerätes 64 des Wechselrichters 6 vom H-Brückentyp
auf einen AN-Zustand und das Paar des zweiten Schaltgerätes 62 und
des dritten Schaltgerätes 63 auf einen AUS-Zustand.
Das AN- oder AUS-Setzen dieser Schaltgeräte wird wie folgt
nicht nur beim Anfangsbetrieb durchgeführt, sondern ebenso
in einem anderen Betrieb.
-
Hinsichtlich
der Zuführung des An-/Aus-setzenden Schaltsignals Sc, das
von der Entladungslampenvorschaltsteuerschaltung 91 der
Steuerschaltung 9 erzeugt wird, zu der ersten Bootstrap-Schaltung 4,
wird dieses zu der Basis (B) des Transistors 44 über
eine Transistorschaltung, die aus dem Transistor 92 und
dem Widerstand 97 – Widerstand 100 besteht
und eine Transistorschaltung zugeführt, die aus dem Transistor 93 und
den Widerständen 101 und 102 besteht;
und der Ausgang des Kollektors (C) des Transistors 44 wird
an das Gate (G) des ersten Schaltgerätes 61 derart
angelegt, dass das erste Schaltgerät 61 dem An-/Aus-Setzen
unterliegt. In gleicher Weise wird zu der zweiten Bootstrap-Schaltung 5 das
An-/Aussetzende Schaltsignal Sc', das durch Invertieren der Phase
des An-/Aus-setzenden Schaltsignals Sc durch die invertierende Schaltung 94 erhalten
wird, zu der Basis (B) des Transistors 54 über
eine Transistorschaltung, die aus dem Transistor 95 und
dem Widerstand 103 – Widerstand 106 besteht
und eine Transistorschaltung zugeführt, die aus dem Transistor 96 und
dem Widerstand 107 und 108 besteht; und die Ausgang
des Kollektors (C) des Transistors 54 wird an das Gate
(G) des zweiten Schaltgerätes 62 derart angelegt,
dass das zweite Schaltgerät 62 dem An-/Aus-Setzen
unterliegt. Zu dem dritten Schaltgerät 63 wird
das An-/Aus-setzende Schaltsignal Sc direkt zu seinem Gate (G) derart zugeführt,
dass dieses dem An-/Aus-Setzen unterliegt. Zusätzlich wird
zu dem vierten Schaltgerät 64 das An-/Aus-setzende
Schaltsignal Sc', das durch die invertierende Schaltung 94 läuft,
zu seinem Gate (G) derart zugeführt, dass dieses dem An-/Aus-Setzen
unterliegt.
-
Zu
der Zeit des Setzens bei dem Anfangsbetrieb arbeitet die erste Bootstrap-Schaltung 4 wie folgt.
Insbesondere wird gemäß dem Grundbetrieb der vorangehenden
Bootstrap-Schaltung, wenn das erste Schaltgerät 61,
das an der höheren Potentialseite der ersten Gleichspannung
V1 angeordnet ist, in den AUS-Zustand gesetzt ist, und das dritte
Schaltgerät 63, das direkt mit diesem darunter
an der niedrigen Potentialseite in der Brückenverbindung
in Serie verbunden ist, in den AN-Zustand gesetzt ist, wird der
Kondensator 42 (C1) geladen und die Leistung des Kondensators 42 (C1),
der zu dieser Zeit geladen ist, wird als eine Leistungsquelle zum
Aufrechterhalten des AN-Zustandes des ersten Schaltgerätes 61 in dem
nächsten Halbzyklus verwendet. Der Kondensator 42 (C1)
wird mit der zweiten Gleichspannung V2 über die Diode 41 geladen
(obwohl in der Praxis eine zusätzliche Ladung aufgrund
der dritten Gleichspannung V3 ebenso vorliegt, wird diese hier aufgrund
der vorangehenden Annahme ausgeschlossen).
-
Zu
der Zeit wenn der Kondensator 42 (C1) geladen ist, invertiert
der Steuerabschnitt 9 die Polarität des An-/Aussetzenden
Schaltsignals Sc derart, um das Paar des ersten Schaltgerätes 61 und
vierten Schaltgerätes 64 des Wechselrichters 6 vom
H-Brücketyp auf den AN-Zustand zu setzen und das Paar des
zweiten Schaltgerätes 62 und dritten Schaltgerätes 63 auf
den AUS-Zustand zu setzen. Durch dieses Setzen wird die Spannung,
die in dem Kondensator 42 (C1) der ersten Bootstrap-Schaltung 4 geladen
ist, an das Gate (G) des ersten Schaltgerätes 61 über den
Widerstand 43 derart angelegt, dass der AN-Zustand des
ersten Schaltgerätes 61 aufrechterhalten wird.
Der AN-Zustand des ersten Schaltgerätes 61 und
des vierten Schaltgerätes 64 ermöglicht
es, dass die erste Gleichspannung V1 an den Zünder 7 angelegt
wird und der Zünder 7 erzeugt den Hochspannungspuls
aus der an diesen angelegten ersten Gleichspannung V1. Der Hochspannungspuls
wird über die Elektroden der Entladungslampe 8 derart angelegt,
dass der Durchbruch zwischen den Elektroden auftritt, wodurch die
Entladung (das Leuchten) der Entladungslampe 8 beginnt.
-
Zusätzlich
wird in der gleichen Weise wie oben beschrieben, wenn das zweite
Schaltgerät 62, das an der höheren Potentialseite
der ersten Gleichspannung V1 angeordnet ist, in den AUS-Zustand gesetzt
ist und das vierte Schaltgerät 64, das mit diesem
direkt darunter an der niedrigeren Potentialseite in der Brückenverbindung
in Serie verbunden ist, in den AN-Zustand gesetzt ist, der Kondensator 52 (C2) der
zweiten Bootstrap-Schaltung 5 in der gleichen Weise geladen
wie der Kondensator 42 (C1) der ersten Bootstrap-Schaltung 4 und
die Leistung von diesem wird als eine Leistungsquelle zum Aufrechterhalten
des AN-Zustandes des zweiten Schaltgerätes 62 in
dem nächsten Halbzyklus verwendet.
-
Zu
der Zeit wenn der Kondensator 52 (C2) geladen ist, kehrt
der Steuerabschnitt 9 die Polarität des An-/Aus-setzenden
Schaltsignals Sc um, um das Paar des ersten Schaltgerätes 61 und
des vierten Schaltgerätes 64 auf den AUS-Zustand
zu setzen und das Paar des zweiten Schaltgerätes 62 und
dritten Schaltgerätes 63 auf den AN-Zustand zu
setzen. Durch dieses Setzen wird die Spannung, die in dem Kondensator 52 (C2)
der zweiten Bootstrap-Schaltung 4 geladen ist, an das Gate
(G) des zweiten Schaltgerätes 62 über
den Widerstand 53 derart angelegt, dass der AN-Zustand
des zweiten Schaltgerätes 62 aufrechterhalten
wird. Der AN-Zustand des zweiten Schaltgerätes 62 und
des dritten Schaltgerätes 63 ermöglicht,
dass die erste Gleichspannung V1 an die Entladungslampe 8 über
den Zünder 7 angelegt wird. Die Richtung des Stromes, der
durch die Entladungslampe 8 aufgrund der Anlegespannung fließt,
ist entgegengesetzt zu der Richtung des Stromes, wenn das Paar des
ersten Schaltgerätes 61 und des vierten Schaltgerätes 64 auf
den AN-Zustand gesetzt ist.
-
Wenn
zusätzlich das erste Schaltgerät 61 in den
AUS-Zustand gesetzt ist und das dritte Schaltgerät 63 in
den AN-Zustand gesetzt ist, wird der Kondensator 42 (C1)
der ersten Bootstrap-Schaltung wie zuvor beschrieben geladen.
-
Zu
der Zeit wenn der Kondensator 42 (C1) geladen ist, invertiert
der Steuerabschnitt 9 die Polarität des An-/Aussetzenden
Schaltsignals Sc, um das Paar des ersten Schaltgerätes 61 und
des vierten Schaltgerätes 64 auf den AN-Zustand
und das Paar des zweiten Schaltgerätes 62 und
des dritten Schaltgerätes 63 auf den AUS-Zustand
zu setzen. Durch die geladene Spannung des Kondensators 42 (C1) bei
diesem Setzen wird der AN-Zustand des ersten Schaltgerätes 61 derart
aufrechterhalten, dass der AN-Zustand des ersten Schaltgerätes 61 und
des vierten Schaltgerätes 64 ermöglicht,
dass die erste Gleichspannung V1 an die Entladungslampe 8 über den
Zünder 7 angelegt wird. Die Richtung des Stromes,
der durch die Entladungslampe 8 aufgrund der Anlegespannung
fließt, ist entgegengesetzt zu der Richtung des Stromes,
wenn das Paar des zweiten Schaltgerätes 62 und
des dritten Schaltgerätes 63 auf den AN-Zustand
gesetzt ist.
-
Nach
dem Durchbruch der Entladungslampe 8, gefolgt von der Entladung
(Leuchten), wie oben beschrieben, schaltet sich das Paar des ersten Schaltgerätes 61 und
des vierten Schaltgerätes 64 und das Paar des
zweiten Schaltgerätes 62 und des dritten Schaltgerätes 63 abwechselnd
derart an und aus, dass die erste Gleichspannung V1 in die Wechselspannung
umgewandelt wird und die Wechselspannung wird zu der Entladungslampe 8 zugeführt. Daher
führt die Entladungslampe 8 einen Übergang zu
dem Wechselstromleuchten durch, das das Leuchten im stationären
Zustand (Bogenentladung) ist.
-
Als
nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 und 1 der
Zweck und Betrieb eines Versorgens des Kondensators 42 (C1)
der ersten Bootstrap-Schaltung 4 mit dem Ladestrom aufgrund der
dritten Gleichspannung V3 an der Seite der sekundären Wicklung
n2 des Transformators 32 beschrieben.
-
2 ist
ein Diagramm, das den Leuchtprozess der Entladungslampe 8 beschreibt.
-
In 2 bezeichnet
die Zeit T1 die Verstärkungsstartzeit des ersten Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandlers 2 und
der Zeitraum von der Zeit T1 bis T2 ist eine Zeit eines Zündens
der Entladungslampe 8. Die Zeit T2 und weiter fort bezeichnet
einen Übergang zu dem Wechselstromleuchten, das ein Leuchten
im stationären Zustand (Bogenentladung) ist. Nachdem annähernd
ein fester Zeitraum von der Zeit T2 an verstrichen ist, wird das
Wechselstromleuchten gestartet. Die Frequenz während dem Wechselstromleuchten
liegt zum Beispiel bei ungefähr 400 Hz und die Entladungslampenspannung
Eb beträgt ungefähr 42 V im Falle einer Hg-freien
Birne und zum Beispiel ungefähr 85 V im Falle einer herkömmlichen
Birne.
-
Wie
in dem vorangehenden Grundbetrieb beschrieben worden ist, führt
die Entladungslampe 8 einen Übergang zu einem
Leuchten im stationären Zustand nach dem Zündprozess
durch.
-
Bei
dem realen Zünden der Entladungslampe 8 induziert
die Entladungslampe nicht immer den Durchbruch direkt durch den
Hochspannungspuls, den der Zünder 7 erzeugt, oder
falls sogar dieser den Durchbruch herbeiführt, führt
diese direkt danach nicht immer einen Übergang zu dem stabilen
Leuchten im stationären Zustand (Bogenentladung) durch, was
manchmal in einem Zündfehler resultiert. In diesem Fall
ist es für den Zünder 7 erforderlich,
den Hochspannungspuls erneut zu erzeugen, um die Entladungslampe 8 durch
Wiederholen des Durchbruchs neu zu zünden.
-
2 zeigt
ein Beispiel eines dreimaligen Wiederholens eines Zündfehlers
während der Zeit T1 bis T2 und ein erfolgreiches Zünden
beim vierten Mal, wodurch ein Übergang zu dem Wechselstromleuchten
durchgeführt wird, das das Leuchten im stationären
Zustand ist. Zu jeder Zeit ta–td erzeugt der Zünder
einen Hochspannungspuls, der versucht, durch Wiederholen des Durchbruchs
der Entladungslampe 8 neu zu zünden. Zu der Zeit
ta–tc schlägt das Zünden fehl und zu
der Zeit td ist das Zünden erfolgreich, was einen Übergang
zu dem Leuchten im stationären Zustand durchführt.
-
Insbesondere
weist die Hg-freie Birne eine größere thermische
Kapazität als die zuvor beschriebene, herkömmliche
Birne auf und aufgrund eines Anwachsens der thermischen Kapazität
ist die Wahrscheinlichkeit höher, keinen Durchbruch zu
dem stabilen Leuchten im stationären Zustand durchzuführen,
sogar falls der Durchbruch auftritt. Daher ist die Möglichkeit
eines Wiederholens des Neuzündens höher als in
dem Fall der herkömmlichen Birne.
-
Zusätzlich
ist es, wie in dem Zeitraum von Zeit T1 bis T2 in 2 gezeigt,
für den Wechselrichter 6 vom H-Brückentyp
zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom erforderlich, die
Polarität der Spannung, die an der Entladungslampe 8 angelegt werden
soll, auf die einseitige Polarität festzusetzen, die näher
an dem Gleichstromausgabebetrieb ist (positive Seite (+) in 2),
ohne während dem Zeitraum von vor dem Auftreten des Zwischen-Elektrodendurchbruchs
der Entladungslampe 8 aufgrund des Hochspannungspulses,
den der Zünder erzeugt, zu dem Durchbruch und bis zu dem
Start des stabilen Leuchtens im stationären Zustand (Bodenentladung) zu
schalten. Demgemäß erzwingt die Wiederholung des
Neuzündens beim Leuchtbetrieb, dass der Wechselrichter 6 vom
H-Brückentyp die Ausgabe für eine lange Zeit fortsetzt,
die auf die einseitige Polarität festgesetzt ist.
-
Um
den Wechselrichter 6 vom H-Brückentyp zu veranlassen,
die Ausgabe, die auf die einseitige Polarität festgesetzt
ist, für die lange Zeit aufrechtzuerhalten, muss die erste
Bootstrap-Schaltung 4 aus 1 den AN-Zustand
des ersten Schaltgerätes 61 des Wechselrichters 6 vom
H-Brückentyp für die lange Zeit aufrechterhalten.
Um dies zu erzielen, muss die Leistung, die in dem Kondensator 42 (C1)
zum Aufrechterhalten des AN-Zustandes geladen ist, während
dem AN-Zustand überleben. Da jedoch die Größe
des Kondensators 42 (C1) begrenzt ist, ist ein Laden mit
lediglich der zweiten Gleichspannung V2 über die Diode 41 nicht
ausreichend für die geladene Leistung, so dass es schwierig
wird, den AN-Zustand des ersten Schaltgerätes 61 für
eine lange Zeit aufrechtzuerhalten.
-
Demgemäß wird,
wie in 1 gezeigt, der Kondensator 42 (C1) nicht
nur mit der zweiten Gleichspannung V2 über die Diode 41 geladen,
sondern ebenso mit einem Ladestrom von einer anderen Leistungsquelle
versorgt, das heißt, der dritten Gleichspannung V3 an der
Seite der sekundären Wicklung n2 des Transformators 32.
Daher wird der Kondensator 42 (C1) ausreichend sowohl mit
der zweiten Gleichspannung V2 über die Diode 41 und der
dritten Gleichspannung V3 von der Seite der sekundären
Wicklung n2 des Transformators 32 geladen, wodurch der
AN-Zustand des ersten Schaltgerätes 61 für
eine lange Zeit aufrechterhalten werden kann. Dies ermöglicht
es, eine Hg-freie Birne mit einer hohen Wahrscheinlichkeit eines
Wiederholens des Zündens aufgrund der niedrigen Zündwahrscheinlichkeit
(schlechte Starteigenschaften) zu handhaben, wie oben beschrieben.
-
Zusätzlich
wird, wie in 1 gezeigt, eine derartige Konfiguration
verwendet, bei der die dritte Gleichspannung V3 an der Seite der
sekundären Wicklung n2 des Transformators 32 den
Ladestrom lediglich zu dem Kondensator 42 (C1) der ersten Bootstrap-Schaltung 4 zum
Aufrechterhalten des AN-Zustandes des ersten Schaltgerätes 61 zuführt, jedoch
nicht zu dem Kondensator 52 (C2) der zweiten Bootstrap-Schaltung 5 zum
aufrechterhalten des AN-Zustandes des zweiten Schaltgerätes 62.
-
Im
Gegensatz dazu führt die Bootstrap-Schaltung in dem vierten,
herkömmlichen Beispiel eine Leistungsquelle zu sowohl dem
rechten als auch linken Schaltgerät an der höheren
Potentialseite zu, um es diesem zu ermöglichen, einen Gleichstrommodus-Langzeitbetrieb
durchzuführen. Da jedoch das fünfte, herkömmliche
Beispiel mit der Konfiguration unter Verwendung des Transformators
realisiert wird, erfordert das Entladungslampenvorschaltgerät
die Langzeitpolaritätsfestsetzung lediglich für
den Zeitraum von dem Zwischenelektrodendurchbruch durch den angelegten
Hochspannungspuls bis zu der Stabilisierung des Stromes der Entladungslampe 8 und
es ist nicht notwendig, den äquivalenten Gleichstrommodus-AN-Zustand
für eine lange Zeit bezüglich der entgegensetzten
Polarität in dem Wechselrichter 6 vom H-Brückentyp
aufrechtzuerhalten. Demgemäß ist es ausreichend,
in einem Gleichstrommodus eines des ersten Schaltgerätes 61 und
des zweiten Schaltgerätes 62 einzuschalten, das
an der höheren Potentialseite angeordnet ist. Daher wird,
wie in 1 gezeigt, die Konfiguration verwendet, bei der
die dritte Gleichspannung V3 an der Seite der sekundären
Wicklung n2 des Transformators 32 den Ladestrom zu lediglich
dem Kondensator 42 (C1) der ersten Bootstrap-Schaltung 4 zum
Aufrechterhalten des AN-Zustandes des ersten Schaltgerätes 61 zuführt.
-
Darüber
hinaus verwendet die Schaltung an der Seite der sekundären
Wicklung n2 des Transformators 32 zum Zuführen
des Ladestromes zu dem Kondensator 42 (C1) den zweiten
Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3, der ursprünglich notwendig
ist.
-
Insbesondere
ist der zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 ursprünglich
als die Leistungsquelle zum Setzen der Gate-Spannung des ersten
Schaltgerätes 61 und zweiten Schaltgerätes 62 über
jeweils die Dioden 41 und 51 erforderlich und für
die Entladungslampenvorschaltsteuerschaltung 91. Als die
Konfiguration der Leistungsquelle ist die Konfiguration unter Verwendung
einer Drosselspule in dem Teil der primären Wicklung n1
in 1 ausreichend.
-
Der
zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 verwendet jedoch
eine derartige Konfiguration, die eine Wicklung (zum Beispiel eine
Einzelwicklung) zu der Drosselspule als die sekundäre Wicklung
n2 hinzufügt, wodurch der Transformator 32 mit
der primären Wicklung n1, die als die Drosselspule funktioniert
und der sekundären Wicklung n2 zum Erzeugen der Wechselspannung
konstruiert wird. Die primäre Wicklung n1 und die sekundäre Wicklung
n2 sind voneinander derart isoliert, dass die Seite der sekundären
Wicklung n2 als eine isolierte Leistungsquelle dient.
-
Dies
ermöglicht es, die Leistungsquelle zum Zuführen
des Ladestromes zu dem Kondensator 42 (C1) mit einer kleinen
Anzahl von Bauteilen zuzuführen und den AN-Zustand des
ersten Schaltgerätes 61 für eine lange
Zeit aufrechtzuerhalten, das an der höheren Potentialseite
angeordnet ist.
-
Zusätzlich
ist hinsichtlich des Stromes zum Aufrechterhalten des AN-Zustandes
des ersten Schaltgerätes 61 mit dem Kondensator 42 (C1)
der ersten Bootstrap-Schaltung 4 ein Sicherstellen lediglich
eines sehr kleinen Strombetrages ausreichend, da dies lediglich
der interne Strom der Ansteuerung zum Ansteuern des ersten Schaltgeräts 61 ist.
Demgemäß ist es für den zweiten Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 ausreichend,
der die Konfiguration einschließlich des Transformators 32 mit
der zusätzlichen sekundären Wicklung n2 aufweist,
eine einfache Wicklung als die sekundäre Wicklung n2 des
Transformators 32 zu verwenden.
-
Obwohl
der zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 ein Umwandler
ist, der sowohl die Herauftransformier- als auch die Herabtransformierfunktionen
der Spannung unter der Annahme besitzt, dass die Standardspannung
der Gleichstromleistungsquelle 1 12 V beträgt,
ist dies nicht wesentlich. Wenn zum Beispiel die Standardspannung
der Gleichstromleistungsquelle 1 derart hoch wie zum Beispiel
24 V liegt, kann der zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 ein
Herabtransformier-Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler sein.
-
Obwohl
zusätzlich die vorangehende Beschreibung mittels eines
Beispiels durchgeführt worden ist, das den Ladestrom zu
dem Kondensator 42 (C1) der ersten Bootstrap-Schaltung 4 von
der Seite der sekundären Wicklung n2 des Transformators 32 zuführt,
ist dies nicht wesentlich. Zum Beispiel kann statt der Konfiguration
ebenso eine Konfiguration verwendet werden, die den Ladestrom zu
dem Kondensator 52 (C2) der zweiten Bootstrap-Schaltung 5 von
der Seite der sekundären Wicklung n2 des Transformators 32 zuführt.
Hinsichtlich der Konfiguration wird die Polarität der Spannung
eine negative Seite (–), die von dem Wechselrichter 6 vom
H-Brückentyp an die Entladungslampe 8 während
dem Zeitraum von einer Zeit T1 bis T2 in 2 angelegt wird.
-
Wie
oben beschrieben, ist die vorliegende Ausführungsform 1
in einer derartigen Weise konfiguriert, um den Kondensator 42 (C1),
der in der ersten Bootstrap-Schaltung 4 zum Aufrechterhalten
des AN-Zustandes des ersten Schaltgerätes 31 bereitgestellt
ist, das als eines der zwei Schaltgeräte dient, die an
der höheren Potentialseite der ersten Gleichspannung V1
angeordnet sind, nicht nur mit der zweiten Gleichspannung V2 zu
laden, sondern ebenso mit der dritten Gleichspannung V3 an der Seite
der sekundären Wicklung n2 des Transformators 22. Demgemäß wird
der Kondensator 42 (C1) ausreichend mit der zweiten Gleichspannung
V2 und der dritten Gleichspannung V3 geladen und kann daher den
AN-Zustand des ersten Schaltgerätes 61 für
eine lange Zeit aufrechterhalten. Dies ermöglicht es, zu vermeiden,
dass die Polarität der an die Entladungslampe 8 angelegten
Spannung geschaltet wird und die Polarität auf die eine
Seite festzusetzen, die näher an den Gleichstromausgangsbetrieb
liegt, wodurch die Hg-freie Birne mit einer hohen Möglichkeit eines
Wiederholens eines Neuzündens aufgrund der niedrigen Zündwahrscheinlichkeit
(schlechte Starteigenschaften) erleuchtet werden kann.
-
Obwohl 1 zusätzlich
eine Konfiguration zeigt, die den Kondensator 42 (C1) der
ersten Bootstrap-Schaltung 4 mit der dritten Gleichspannung
V3 an der Seite der sekundären Wicklung n2 des Transformators 32 lädt,
ist dies nicht wesentlich. Zum Beispiel ist statt der Konfiguration
ebenso eine Konfiguration möglich, die den Kondensator 52 (C2) der
zweiten Bootstrap-Schaltung 5 mit der dritten Gleichspannung
V3 lädt. Im Falle der Konfiguration werden die vorangehenden
Vorteile ebenso erhalten. Zusätzlich kann die Polarität
der angelegten Spannung zum Zünden der Entladungslampe 8 frei
mit einem Ermöglichen eines notwendigen und ausreichenden
Gleichstrommodus-Betriebes ausgewählt werden, wodurch die
Gestaltungsflexibilität des Entladungslampenvorschaltgerätes
erhöht werden kann.
-
Darüber
hinaus lädt die Konfiguration lediglich eine (Seite) des
Kondensator 42 (C1) zum Aufrechterhalten des AN-Zustandes
des ersten Schaltgerätes 61 und des Kondensator 52 (C2)
zum Aufrechterhalten des AN-Zustandes des zweiten Schaltgerätes 62,
die an der höheren Potentialseite angeordnet sind, mit
sowohl der zweiten Gleichspannung V2 als auch der dritten Gleichspannung
V3. Demgemäß kann, verglichen mit dem vierten
herkömmlichen Beispiel, dass es sowohl dem rechten als
auch linken Schaltgerät an der höheren Potentialseite
ermöglicht, den Gleichstrommodusbetrieb für lange Zeit
auszuführen, die vorliegende Ausführungsform 1 die
Funktionen verringern und daher die Konfiguration des Entladungslampenvorschaltgerätes
vereinfachen, wodurch das Gerät miniaturisiert werden kann.
-
Zusätzlich
können durch Bereitstellen der Schaltung zum Laden mit
der dritten Gleichspannung V3 die einfachen und kostengünstigen
ersten und zweiten Bootstrap-Schaltungen 4 und 5 zum
Zünden der Hg-freien Birne mit einer hohen Möglichkeit
eines Wiederholens des Neuzündens verwendet werden. Dies
ermöglicht die Miniaturisierung und Kostenverringerung
des Entladungslampenvorschaltgerätes für das Fahrzeug,
wenn Hg-freie Birnen für die Scheinwerfer verwendet werden.
-
Da
darüber hinaus der zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 zum
Erzeugen der dritten Gleichspannung V3 dem Transformator 32 vom
isolierten Typ verwendet, der eine Wicklung, die als eine Drosselspule
arbeitet, als die primäre Wicklung n1 verwendet und die
einfache sekundäre Wicklung n2 der primären Wicklung
n1 hinzufügt, kann dieser die Leistungsquelle zum Laden
des Kondensator 42 (C1) (oder des Kondensators 52 (C2))
mit einer kleinen Anzahl von Bauteilen implementieren. Da daneben
die primäre Wicklung n1 von der sekundären Wicklung
n2 isoliert ist und daher die dritte Gleichspannung V3 eine isolierte
Leistungsquelle wird, kann die dritte Gleichspannung V3 das Laden ohne
Interferenz mit der zweiten Gleichspannung V2 durchführen.
-
Zusätzlich
sind das erste Schaltgerät 61 bis das vierte Schaltgerät 64 des
Wechselrichters 6 vom H-Brückentyp alle aus einem
FET oder IGBT aufgebaut. Daher ist es möglich, die IGBTs
auszuwählen, wenn als die Entladungslampe 8 die
Hg-freie Birne verwendet wird, deren Strom, der während
dem Leuchten im stationären Zustand fließt, zweimal
derjenige der herkömmlichen Birne ist und die FETs, wenn
die herkömmliche Birne verwendet wird. Dies ermöglicht
es, ein vernünftiges Entladungslampenvorschaltgerät
zu konstruieren.
-
Als
nächstes wird eine zweite Ausführungsform gemäß der
vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Ausführungsform 2
-
3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Entladungslampenvorschaltgerätes
der Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
In 3 unterscheidet
sich die Schaltung zum Erzeugen der dritten Gleichspannung V3 von
jener der Ausführungsform 1 darin, dass der Transformator
(32), der in Ausführungsform 1 verwendet wird, durch
eine Drosselspule (75) ersetzt ist und dass die Dioden
(71 und 72) und ein Kondensator 73 (C3)
verwendet werden, um eine Ladungspumpe zu konfigurieren. Da die
verbleibende Konfiguration die gleiche ist, wird eine Beschreibung
von dieser hier ausgelassen.
-
Wie
in der Ausführungsform 1 beschrieben, ist der zweite Gleichstrom/Gleichstrom-Umwandler 3 ein
Schaltregler vom Zerhackertyp und eine ungefähre Rechteckwelle,
deren Amplitude der zweiten Gleichspannung V2 entspricht, wird an
dem Punkt einer Verbindung zwischen der Drosselspule (75)
und dem Transistor (34) erzeugt. Wenn der Punkt einer Verbindung
sich auf einem „L-Pegel" befindet, wird der Kondensator 73 (C3)
mit der Spannung geladen, die der Ausgangsspannung der H-Brücke
entspricht. Wenn der Punkt einer Verbindung sich auf einem „H-Pegel"
befindet, wird die Spannung, die der zweiten Gleichspannung V2 entspricht,
zu der Spannung hinzugefügt, die der Ausgangsspannung der
H-Brücke entspricht. Dadurch wird die Ladungspumpe zum Erzeugen
des Zusatzergebnisses als die dritte Gleichspannung V3 gebildet.
-
Obwohl,
wie oben beschrieben, die dritte Gleichspannung V3 in der vorliegenden
Ausführungsform 2 nicht isoliert wird, kann ein miniaturisiertes,
kostengünstiges Entladungslampenvorschaltgerät
mit im Übrigen äquivalenten Eigenschaften konfiguriert
werden.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Wie
oben beschrieben stellt das Entladungslampenvorschaltgerät
gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich
zu dem zweiten Gleichstromleistungsquellenabschnitt einen anderen
Ladeabschnitt zu Laden des Kondensators an einem der zwei Kondensatoren
bereit. Daher ermöglicht dieses ein stabiles Erleuchten,
eine Miniaturisierung und eine Kostenverringerung des Gerätes
durch Verwenden einfacher und kostengünstiger Bootstrap-Schaltungen. Demgemäß ist
dieses geeignet zum Anwenden auf das Entladungslampenvorschaltgerät
für Fahrzeuge, die Hg-freie Birnen mit einer niedrigen
Zündwahrscheinlichkeit und einer hohen Möglichkeit
eines Wiederholens eines Neuzündens als die Scheinwerfer
verwenden.
-
Zusammenfassung
-
Ein
Kondensator 42 (C1) einer ersten Bootstrap-Schaltung 4 zum
Aufrechterhalten eines AN-Zustandes eines ersten Schaltgerätes,
wobei eines der zwei Schaltgeräte an einer höheren
Potentialseite der ersten Gleichspannung angeordnet ist, wird nicht
nur mit einer zweiten Gleichspannung V2 geladen, sondern ebenfalls
mit einem Ladestrom von einer dritten Gleichspannung V3 an einer
Seite einer sekundären Wicklung eines Transformators 22 versorgt
und hält den AN-Zustand des ersten Schaltgerätes 61 für
eine lange Zeit mit der Ladung von beiden aufrecht. Dies ermöglicht
es, die Polarität der Spannung, die an die Entladungslampe 8 angelegt werden
soll, auf die einseitige Polarität festzusetzen, die näher
an dem Gleichstromausgabebetrieb liegt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 10-41083/1999 [0013]
- - JP 2000-166258 [0013]
- - JP 10-321393/1998 [0013]
- - JP 4-251576/1992 [0013]
- - JP 6-196285/1994 [0013]