-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung zum
Beleuchten einer Hochspannungsentladungslampe, die für
einen Frontprojektor verwendet wird.
-
Stand der Technik
-
Patentschrift
1 offenbart zum Beispiel diese Art von Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung.
Die in Patentschrift 1 offenbarte Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung
wird unter Bezug auf 1 und 2 beschrieben. 1 ist
ein Schaltplan der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung. 2 ist
ein Wellenform-Diagramm jedes in der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung
enthaltenen Elements.
-
In
der in 1 veranschaulichten Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung wird
eine von einer Wechselstromversorgung AC eingespeiste Wechselspannung
durch eine Gleichrichterschaltung DB, die in einer Gleichstromversorgung 1 enthalten
ist, gleichgerichtet, wird von einer Aufwärts-Zerhackerschaltung
CP1 und einer Glättungsschaltung 2 in eine Gleichspannung
mit einem Wert, der höher als der der eingespeisten Wechselspannung
ist, umgewandelt und wird dann ausgegeben. Die Ausgangsgleichspannung
wird von einer Abwärts-Zerhackerschaltung CP2 in eine Gleichspannung
mit einem niedrigeren Wert umgewandelt und wird dann zu einer Polaritätsumkehrschaltung 3 ausgegeben.
Die Polaritätsumkehrschaltung 3 ist eine Vollbrückenschaltung,
die aus den Schaltelementen Q2 bis Q5 besteht. Die Polaritätsumkehrschaltung 3 wandelt
die von der Abwärts-Zerhackerschaltung CP2 eingespeiste
Gleichspannung in eine Wechselspannung um und liefert die Wechselspannung
einer Hochspannungsentladungslampe LA.
-
Die
Schaltelemente Q2 bis Q5, die in der Vollbrücken-Polaritätsumkehrschaltung 3 enthalten sind,
werden durch eine Treiberschaltung S angetrieben. Wenn die Schaltelemente
Q2 und Q5 in einem EIN-Zustand sind, sind die Schaltelemente Q3
und Q4 grundsätzlich abgeschaltet. Wenn die Schaltelemente
Q2 und Q5 in einem AUS-Zustand sind, sind die Schaltelemente Q3
und Q4 grundsätzlich eingeschaltet. Dadurch wird eine Wechselspannung
erzeugt. Die Treiberschaltung S wird durch eine Steuerschaltung
MC gesteuert, die eine Messschaltung 5 umfasst. Die Steuerschaltung
MC steuert auch eine Aufwärts-Zerhackersteuerschaltung
CN1 und eine Abwärts-Zerhackersteuerschaltung CN2.
-
Eine
Aufgabe der in Patentschrift 1 offenbarten Erfindung besteht darin,
der Hochspannungsentladungslampe eine Spannung und einen Strom zu liefern,
die das Auftreten von Überschwingen zum Zeitpunkt der Polaritätsumkehr
verhindern können. Um die Aufgabe zu verwirklichen, wird
das Schaltelement Q2 bei einer zwei- oder dreistelligen Hz-Frequenz
ein-/ausgeschaltet, und das Schaltelement Q5, das mit dem Schaltelement
Q2 gepaart sein sollte, wird in der Polaritätsumkehrschaltung
bei einer ein- bis zweistelligen kHz-Frequenz ein-/ausgeschaltet.
Während sich das Schaltelement Q2 in dem EIN-Zustand befindet,
wird dadurch das Schaltelement Q5 wiederholt ein-/ausgeschaltet.
Während sich das Schaltelement Q4 in dem EIN-Zustand befindet,
wird das Schaltelement Q3 analog wiederholt ein-/ausgeschaltet.
Folglich werden eine Sägezahnspannung und ein Sägezahnstrom,
die in 2(a) gezeigt sind, erzeugt.
Weiterhin werden durch lineares oder nichtlineares Ändern
des Tastverhältnisses der Abwärts-Zerhackerschaltung
CP2 die Sägezahnwellenspitzenwerte in Zeiträumen,
die den in 2 gezeigten Zeiträumen
A und B entsprechen, verringert. Eine solche Spannungswellenform
und eine solche Stromwellenform werden als Trapezwelle, die in 2(b) gezeigt ist, mittels eines Tiefpassfilters,
das aus einer Spule L2 und einem Kondensator C5 besteht, die in
einer Lastschaltung 4 enthalten sind, oder mittels eines
Tiefpassfilters, das aus einer Spule L3 und einem Kondensator C4
besteht, die in der Lastschaltung 4 enthalten sind, in
die Hochspannungsentladungslampe LA eingespeist.
- [Patentschrift
1] ungeprüfte japanische
Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004-220817
-
Offenlegung der Erfindung
-
Durch die Erfindung zu lösende
Probleme
-
Bei
dem in Patentschrift 1 offenbarten Beleuchtungsverfahren für
Hochspannungsentladungslampen sind aber eine Spule großer
Konstante und ein Kondensator großer Konstante, die eine
Sägezahnspannungswellenform und eine Sägezahnstromwellenform
zu einer trapezförmigen Spannungswellenform und einer trapezförmigen
Stromwellenform ändern können, erforderlich. Bei
einer solchen trapezförmigen Spannungswellenform und einer
solchen trapezförmigen Stromwellenform ist es unmöglich,
eine schnelle Polaritätsumkehr zu erreichen. D. h. es ist
unmöglich, eine Polaritätsumkehr bei einer Geschwindigkeit
in der Größenordnung von mehreren μs
zu erreichen, die derzeit für Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtungen
erforderlich ist.
-
Mittel zum Lösen
der Probleme
-
Eine
erfindungsgemäße Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung
zum Beleuchten einer Hochspannungsentladungslampe umfasst: eine
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung zum Umwandeln einer von
einer Gleichstromeinspeisungs-Stromversorgung eingespeisten Gleichspannung
in eine vorbestimmte Gleichspannung; eine Ausgangsspannungsdetektionsschaltung zum
Detektieren einer von der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung
ausgegebenen Spannung; eine Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung zum
Umwandeln der von der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung ausgegebenen
Spannung in eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz;
eine Lampenstromdetektionsschaltung zum Detektieren eines Lampenstroms,
der durch die Hochspannungsentladungslampe fließt; eine
Zündschaltung zum Anlegen einer Spannung an der Hochspannungsentladungslampe
zum Zeitpunkt des Beginns der Beleuchtung, die höher als
die an der Hochspannungsentladungslampe bei einem stetigen Beleuchtungszustand
angelegte Spannung ist; und eine Steuerschaltung zum Steuern der
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung und der Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung.
Die Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung und die Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung
weisen jeweils Halbleiterschaltelemente auf. Die Steuerschaltung
synchronisiert einen EIN/AUS-Zustand des Halbleiterschaltelements,
das in der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung enthalten ist, mit
einem EIN/AUS-Zustand des Halbleiterschaltelements, das in der Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung
enthalten ist, steuert die Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung
und die Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung auf der Grundlage
eines Werts der von der Ausgangsspannungsdetektionsschaltung detektierten
Ausgangsspannung und eines Werts des von der Lampenstromdetektionsschaltung
detektierten Lampenstroms und steuert eine EIN-Zeit des Halbleiterschaltelements,
das in der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung enthalten ist,
bei einem Zeitpunkt nahe einem Polaritätsumkehrzeitpunkt
in einer Wechselstromwellenform der Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung.
-
In
der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung ist die
Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung eine Abwärts-Zerhacker-Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung.
-
In
der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung ist die
Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung eine Vollbrücken-Umrichterschaltung.
-
In
der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung wird ein
digitaler Signalprozessor (DSP) als Steuerschaltung verwendet.
-
In
der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung führt
die Steuerschaltung an der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung
eine PWM-Steuerung durch.
-
In
der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung steuert
die Steuerschaltung eine Einschaltzeit eines PWM-Impulses, der an
dem in der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung enthaltenen
Halbleiterschaltelement angelegt wird, zu einem Zeitpunkt nahe dem
Polaritätsumkehrzeitpunkt in der Wechselstromwellenform
der Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung.
-
In
der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung führt
die Steuerschaltung eine Steuerverarbeitung aus, so dass eine vorbestimmte
Anzahl an PWM-Impulsen nicht zu einem Zeitpunkt nahe dem Polaritätsumkehrzeitpunkt
in der Wechselstromwellenform der Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung
zu dem in der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung enthaltenen Halbleiterschaltelement
ausgegeben wird.
-
In
der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung synchronisiert
die Steuerschaltung die Wechselstromwellenform der Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung
mit dem Schalten des Halbleiterschaltelements, das in der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung
enthalten ist, und verschiebt eine Phase eines Schaltimpulses für
das Halbleiterschaltelement, das in der Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung
enthalten ist, bezüglich der Phase eines Schaltimpulses
für die Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung.
-
Vorteile
-
Erfindungsgemäß ist
es bei einer Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung, die
einen Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichter zum Ausführen
von Polaritätsumkehr bei einer Geschwindigkeit in der Größenordnung
von mehreren μs umfasst, möglich, das Auftreten
von Überschwingen und Unterschwingen über dem
gesamten Bereich einer Lampenspannung durch Synchronisieren der
Schaltzeit eines Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers, der an einer
Stufe vor dem Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichter angeordnet ist,
und der Schaltzeit des Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichters sowie Ändern
der EIN-Zeit des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers zu einem Zeitpunkt
nahe der Polaritätsumkehr des Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichters
stabil zu unterbinden.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
ein Blockschaltbild einer in Patentschrift 1 offenbarten Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung.
-
2 ist
ein Wellenformdiagramm jedes Elements, das in der in Patentschrift
1 offenbarten Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung
enthalten ist.
-
3 ist
ein Blockschaltbild einer Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung
nach einer ersten Ausführungsform.
-
4 ist
ein Wellenformdiagramm eines Wechselstroms, der im Stand der Technik
an einer Hochspannungsentladungslampe in einer Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung
angelegt wird.
-
5 ist
ein Wellenformdiagramm eines Wechselstroms, der in einer idealen
Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung an einer Hochspannungsentladungslampe
angelegt wird.
-
6 sind
Wellenformdiagramme eines Wechselstroms, der an einer Hochspannungsentladungslampe
in einer Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung nach
der ersten Ausführungsform angelegt wird, und eines PWM-Impulses,
der an einem in einer Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthaltenen
Schaltelement Q11 angelegt wird.
-
7 sind
Wellenformdiagramme eines Wechselstroms, der an einer Hochspannungsentladungslampe
in einer Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung nach
einer zweiten Ausführungsform angelegt wird, und eines
PWM-Impulses, der an einem in einer Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthaltenen
Schaltelement Q11 angelegt wird.
-
8 sind
Wellenformdiagramme eines Wechselstroms, der an einer Hochspannungsentladungslampe
in einer Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung nach
einer dritten Ausführungsform angelegt wird, und eines
PWM-Impulses, der an dem in der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthaltenen
Schaltelement Q11 angelegt wird.
-
- CN11,
CN12 und CN13
- Steckverbinder
- C1
bis C5 und C11 bis 14
- Kondensator
- D1,
D2 und D11
- Diode
- L1
bis L3 und L11 bis L13
- Spule
- Q0
bis Q5 und Q11 bis Q15
- Schaltelement
- R11
bis R13
- Widerstand
- S1
- bidirektionaler
Thyristor mit 2 Anschlüssen
- T1
- Transformator
- AC
- Wechselstromversorgung
- CN1
- Aufwärts-Zerhackersteuerschaltung
- CN2
- Abwärts-Zerhackersteuerschaltung
- CP1
- Aufwärts-Zerhackerschaltung
- CP2
und 12
- Abwärts-Zerhackerschaltung
- DB
- Diodenbrücke
- LA
- Hochspannungsentladungslampe
- MC
- Steuerschaltung
- S
- Treiberschaltung
- 1
- Gleichstromversorgung
- 2
- Glättungsschaltung
- 3
und 13
- Polaritätsumkehrschaltung
- 4
- Lastschaltung
- 5
- Messschaltung
- 11
- Regler
mit drei Anschlüssen
- 13
- Polaritätsumkehrschaltung
(Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung)
- 12
- Abwärts-Zerhackerschaltung
- 14
- Treiber
- 15
- Zünder
- 16
- digitale
Steuerschaltung
-
Beste Methoden zum Ausführen
der Erfindung
-
[Erste Ausführungsform]
-
Eine
erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter
Bezug auf 3 bis 6 beschrieben.
In 3 wird eine Gleichspannung von einem Steckverbinder
CN11 eingespeist. Ein aus einer Spule L11 und einem Kondensator
C11 bestehendes Tiefpassfilter führt die Stabilisierung
und Rauschverringerung der Eingangsgleichspannung aus und ist mit
einer Abwärts-Zerhackerschaltung 12 (die einer
erfindungsgemäßen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung
entspricht), die an einer folgenden Stufe angeordnet ist, verbunden.
Da angenommen wird, dass in der ersten Ausführungsform eine
Hochspannung eingespeist wird, wird eine Abwärts-Zerhackerschaltung
verwendet. Wenn aber eine Niederspannung eingespeist wird, kann
eine Abwärts-Zerhackerschaltung verwendet werden. Alternativ
kann entsprechend einer Situation eine Aufwärts/Abwärts-Zerhackerschaltung
verwendet werden.
-
Die
Abwärts-Zerhackerschaltung 12 umfasst ein Schaltelement
Q11, eine Diode D11, eine Spule L12 und einen Kondensator C12. Die
Abwärts-Zerhackerschaltung 12 ist eine Schaltung
zum Heruntertransformieren der Eingangsgleichspannung auf einen
erwünschten Spannungswert. Der EIN/AUS-Zustand des Schaltelements
Q11 wird durch eine digitale Steuerschaltung 16 gesteuert.
Dadurch erhält die Abwärts-Zerhackerschaltung 12 eine
erwünschte Ausgangsspannung.
-
Eine
von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 ausgegebene
Spannung wird durch einen Kondensator C13 geglättet und
wird dann durch Widerstände R12 und R13 geteilt. Eine Teilspannung
wird in die digitale Steuerschaltung 16 eingespeist. Dieser Schaltungsteil
entspricht einer Ausgangsspannungsdetektionsschaltung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
-
Dadurch
kann die digitale Steuerschaltung 16 eine von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 ausgegebene
Spannung überwachen und Steuerverarbeitung ausführen,
um eine konstante Ausgangsspannung zu erhalten.
-
Ein
Regler 11 mit drei Anschlüssen, der an einer Stufe
vor der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 angeordnet
ist, wird zum Erzeugen einer Stromversorgungsspannung für
die digitale Steuerschaltung 16 verwendet. Eine von dem
Regler 11 mit drei Anschlüssen ausgegebene Spannung
wird als Stromversorgungsspannung für die digitale Steuerschaltung 16 verwendet.
-
Die
von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 ausgegebene
Gleichspannung wird einer Polaritätsumkehrschaltung 13 (die
einer Gleichstrom-Wechselstrom-Umrichterschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung entspricht), die an einer folgenden Stufe angeordnet ist,
geliefert.
-
Die
Polaritätsumkehrschaltung 13 ist eine Vollbrückenschaltung,
die vier Schaltelemente, die Schaltelemente Q12 bis Q15, eine Spule
L13, einen Kondensator C14 und einen Treiber 14 zum Treiben der
Schaltelemente Q12 bis Q15 umfasst. Auch wenn in dieser Ausführungsform
eine Vollbrückenschaltung als Polaritätsumkehrschaltung 13 verwendet
wird, kann nach Bedarf eine Halbbrückenschaltung oder eine
Gegentaktschaltung als Polaritätsumkehrschaltung 13 verwendet
werden.
-
Der
Treiber 14 schaltet ein Paar der Schaltelemente Q12 und
Q15 und ein Paar der Schaltelemente Q13 und Q14 als Reaktion auf
ein Befehlssignal, das von der digitalen Steuerschaltung 16 gesendet
wird, komplementär ein/aus, um die Gleichspannung in eine
Wechselspannung umzuwandeln. Die erzeugte Wechselspannung wird einer
Hochspannungsentladungslampe zugeführt, die mit einem Steckverbinder
CN13 verbunden ist.
-
An
einer zu dem Steckverbinder CN13 verlaufenden Wechselspannungsausgangsleitung
ist eine Zünderschaltung 15, die einen bidirektionalen Thyristor
S1 mit zwei Anschlüssen und einen Transformator T1 umfasst,
ausgebildet. Im Allgemeinen leuchten Hochspannungsentladungslampen
nur, wenn an ihnen eine signifikant hohe Spannung angelegt wird.
Sobald eine solche Hochspannungsentladungslampe aufleuchtet, bleibt
sie bei einer verhältnismäßig niedrigen
Spannung an. Um an der Hochspannungsentladungslampe zum Zeitpunkt
des Beginns des Leuchtens sofort eine Hochspannung anzulegen, wird
demgemäß von der digitalen Steuerschaltung 16 dem
bidirektionalen Thyristor S1 mit zwei Anschlüssen ein Befehlssignal übermittelt,
so dass der bidirektionale Thyristor S1 mit zwei Anschlüssen
sofort eingeschaltet wird und eine Spannung erzeugt, die höher
als die bei einem stetigen Beleuchtungszustand erzeugte Spannung
ist.
-
Ein
durch die Hochspannungsentladungslampe fließender Lampenstrom,
der einer Last entspricht, wird von der digitalen Steuerschaltung 16 überwacht,
wenn ein Widerstand R11 als Stromdetektionswiderstand fungiert.
Dieser Schaltungsteil entspricht gemäß der vorliegenden
Erfindung einer Lampenstromdetektionsschaltung.
-
Ein
mit der digitalen Steuerschaltung 16 verbundener Steckverbinder
CN12 wird für den Anschluss an einen Mikrocomputer oder
dergleichen in einer Vorrichtung wie einem Frontprojektor verwendet.
Mittels des Steckverbinders CN12 ist es möglich, den Betriebszustand
der Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung zu prüfen und
ein Befehlssignal zum Festlegen einer Ausgangsspannung oder eines
Ausgangsstroms in die Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung
einzugeben.
-
Die
digitale Steuerschaltung 16 führt die kollektive
Abwicklung eines Befehls zum Ein-/Ausschalten des Schaltelements
Q11, das in der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthalten
ist, eines Befehls zum Veranlassen des Treibers 14, den
EIN/AUS-Zustand der Schaltelemente Q12 bis Q15, die in der Polaritätsumkehrschaltung 13 enthalten
sind, zu steuern, eines Befehls für die Zünderschaltung 15 zu
Beginn der Beleuchtung, etc. auf der Grundlage eines Ausgangsspannungswerts
der Abwärts-Zerhackerschaltung 12, der von den
Widerständen R12 und R13 detektiert wird, eines Werts eines
durch die Hochspannungsentladungslampe fließenden Wechselstroms, der
von dem Widerstand R11 detektiert wird, eines Befehls, der mittels
des Steckverbinders CN12 von der Vorrichtung erhalten wurde, etc.
durch.
-
Die
digitale Steuerschaltung 16 führt eine konstante
Leistungssteuerung auf der Grundlage eines Werts einer Ausgangsspannung
von der Abwärts- Zerhackerschaltung 12 und eines
Werts eines Wechselstroms, der durch die Hochspannungsentladungslampe
fließt, durch, so dass die Hochspannungsentladungslampe
bei einem vorbestimmten Helligkeitswert in einem stetigen Beleuchtungszustand
bleibt. D. h. die digitale Steuerschaltung 16 passt den
Wert der von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 ausgegebenen
Spannung und den Wert des durch die Hochspannungsentladungslampe
fließenden Wechselstroms an, so dass das Produkt derselben
(Ausgangsleistung) konstant ist. Weiterhin unterdrückt
die digitale Steuerschaltung 16 das Auftreten von Überschwingen
und Unterschwingen eines durch die Hochspannungsentladungslampe
fließenden Stroms durch Ausführen von Steuerverarbeitung,
was später beschrieben wird.
-
Wenn
in der in 3 gezeigten Schaltung die Verarbeitung
zum Steuern einer von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 ausgegebenen
Spannung und die Verarbeitung zum Steuern der Erzeugung einer Wechselspannung,
die von der Polaritätsumkehrschaltung 13 ausgeführt
wird, separat ausgeführt werden, fließt ein Strom
mit einer in 4 gezeigten Wechselstromwellenform
durch die Hochspannungsentladungslampe, die eine Last ist. Hier beträgt
die Frequenz einer an der Hochspannungsentladungslampe angelegten
Wechselspannung etwa 50 Hz bis 500 Hz.
-
In
den neuesten Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtungen,
die für Frontprojektoren verwendet werden, ist es erforderlich,
zum Zeitpunkt der Polaritätsumkehr eine steile Anstiegs-/Abfallzeit
(zum Beispiel eine Zeit gleich oder kürzer als 20 μs)
zu erreichen und das Auftreten von Überschwingen und Unterschwingen
in einer Spannungswellenform und einer Stromwellenform zu unterbinden.
Wenn das Verkürzen einer Anstiegs-/Abfallzeit zum Zeitpunkt
der Polaritätsumkehr bevorzugt ausgeführt wird,
kann das Unterbinden des Auftretens von Überschwingen und
Unterschwingen nicht erreicht werden.
-
Das
Verkürzen einer Anstiegs-/Abfallszeit zum Zeitpunkt der
Polaritätsumkehr hat eine Wirkung auf das Flackern einer
Hochspannungsentladungslampe, und Überschwingen und Unterschwingen
in einer Spannungswellenform und einer Stromwellenform haben eine
Wirkung auf die Lebensdauer der Hochspannungsentladungslampe. Daher
ist es wünschenswert, dass beide wie in einer in 5 veranschaulichten
Wellenform erreicht werden.
-
Der
Grund, warum Überschwingen und Unterschwingen zum Zeitpunkt
der Polaritätsumkehr auftreten, liegt darin, dass eine
Hochspannungsentladungslampe von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 gesehen
in dem Moment der Polaritätsumkehr in einen unbelasteten
Zustand gebracht wird. D. h. eine Ausgangsspannung springt zum Zeitpunkt
der Polaritätsumkehrt sofort, und daher treten Überschwingen
und Unterschwingen auf.
-
Um
ein solches Phänomen zu verhindern, steuert in der vorliegenden
Erfindung die digitale Steuerschaltung 16 die EIN-Zeit
des in der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthaltenen
Schaltelements Q11 in dem Moment der Polaritätsumkehr der Polaritätsumkehrschaltung 13,
um eine Einschaltzeit des Schaltelements Q11 in der in 3 gezeigten Schaltung
zu verringern. Dadurch wird eine an einer Last angelegte Energie
verringert und das Auftreten von Überschwingen und Unterschwingen
wird verhindert.
-
6 ist
ein Schaubild, das eine aus der Verringerung einer Einschaltzeit
erhaltene Wirkung veranschaulicht. 6(A) ist
ein Wellenformdiagramm eines an einer Hochspannungsentladungslampe
angelegten Wechselstroms. 6(B) ist
ein Wellenformdiagramm eines PWM-Impulses, der an dem in der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthaltenen
Schaltelement Q11 angelegt wird. Wie in 6(A) und 6(B) gezeigt wird durch Verringern der Einschaltzeit
des Schaltelements Q11, das in der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthalten
ist, im Moment der Polaritätsumkehr der Polaritätsumkehrschaltung 13 (in
durch Tu und Td dargestellten Zeiträumen) das Auftreten
von Überschwingen und Unterschwingen unterbunden.
-
Um
das Auftreten von Überschwingen und Unterschwingen zu unterbinden,
ist es zu diesem Zeitpunkt wichtig, dass die Schaltzeit der Schaltelemente
Q12 bis Q15, die in der Polaritätsumkehrschaltung 13 enthalten
sind, und die Schaltzeit des Schaltelements Q11, das in der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthalten
ist, miteinander synchronisiert werden. In der ersten Ausführungsform
steuert die digitale Steuerschaltung 16 nicht nur das Schaltelement
Q11, das in der Abwärts- Zerhackerschaltung 12 enthalten
ist, sondern auch die Schaltelemente Q12 bis Q15, die in der Polaritätsumkehrschaltung 13 enthalten
sind, wodurch diese synchronisiert werden.
-
Die
digitale Steuerschaltung 16 überwacht immer eine
von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 ausgegebene
Spannung und einen Lampenstromwert. Wenn die Hochspannungsentladungslampe von
einem Nichtbetriebszustand zu einem Glimmentladungszustand überführt
wird, werden eine Impedanz und die Ausgangsspannung der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 schnell
verringert. Nachdem die schnelle Verringerung der Ausgangsspannung
der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 detektiert wurde, wird
im Grunde die Einschaltzeit der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 verringert.
Wie die Einschaltzeit der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 auf
der Grundlage des Bereichs der Abnahme des Ausgangsspannungswerts
der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 pro Zeiteinheit
oder des Bereichs des Anstiegs eines Lampenstromwerts festzulegen
ist, wird demgemäß vorab programmiert.
-
Die
Werte des Überschwingens und Unterschwingens werden unmittelbar
vor der Polaritätsumkehr auf der Grundlage eines detektierten
Lampenspannungswerts und/oder eines detektierten Lampenstromwerts
geschätzt, und die EIN-Zeit des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers
wird zu einem Zeitpunkt nahe der Polaritätsumkehr geändert.
Folglich ist es möglich, das Auftreten von Überschwingen und
Unterschwingen über dem gesamten Bereich einer Lampenspannung
stabil zu unterbinden.
-
Es
ist wünschenswert, dass ein digitaler Signalprozessor (DSP)
als digitale Steuerschaltung 16 verwendet wird. Auch wenn
ein Fall, in dem ein Mikrocomputer oder dergleichen als digitale
Steuerschaltung 16 verwendet wird, erwogen wird, ist es aus
Sicht der Verarbeitungsgeschwindigkeit erwünscht, dass
ein DSP als digitale Steuerschaltung 16 verwendet wird.
-
Weiterhin
ist es wünschenswert, dass eine PWM-Steuerung bei dem in
der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthaltenen
Schaltelement Q11 als Reaktion auf ein von der digitalen Steuerschaltung 16 ausgegebenes
EIN/AUS-Befehlssignal ausgeführt wird.
-
Wenn
die PWM-Steuerung an dem Schaltelement Q11 ausgeführt wird,
wird die Schaltfrequenz des Schaltfrequenz des Schaltelements Q11
festgelegt. Durch Festsetzen der Schaltfrequenz des Schaltelements
Q11, so dass sie ein ganzes Mehrfaches der der Schaltelemente Q12
bis Q15 ist, die in der Polaritätsumkehrschaltung 13 enthalten
sind, ist es demgemäß möglich, die Schaltzeit
des Schaltelements Q11 und die Schaltzeit der Schaltelemente Q12
bis Q15, die in der Polaritätsumkehrschaltung 13 enthalten
sind, unvermeidlich zu synchronisieren. Wie bereits beschrieben
ist es zu diesem Zeitpunkt durch Verringern der Einschaltzeit des
Schaltelements Q11 bei einem Zeitpunkt nahe der Polaritätsumkehr
möglich, zu einem Zeitpunkt der Polaritätsumkehr
das Auftreten von Überschwingen und Unterschwingen in einer
Wechselspannungswellenform und einer Wechselstromwellenform zu unterbinden.
-
[Zweite Ausführungsform]
-
Als
Nächstes wird die zweite Ausführungsform unter
Bezug auf 3 und 7 beschrieben. In
der ersten Ausführungsform wird durch Synchronisieren der
Schaltzeit des Schaltelements Q11 und der Schaltzeit der Schaltelemente
Q12 bis Q15 und durch Verringern der Einschaltzeit des Schaltelements
Q11 das Auftreten von Überschwingen und Unterschwingen
in der Wellenform eines von der Polaritätsumkehrschaltung 13 an
der Hochspannungsentladungslampe angelegten Wechselstroms unterbunden.
In der zweiten Ausführungsform werden die Schaltzeit des
Schaltelements Q11 und die Schaltzeit der Schaltelemente Q12 bis
Q15 miteinander synchronisiert, und die Steuerverarbeitung wird
so ausgeführt, dass zu einem Zeitpunkt nahe der Polaritätsumkehr
der Polaritätsumkehrschaltung 13 kein EIN/AUS-Befehlssignal
von der digitalen Steuerschaltung 16 an das Schaltelement
Q11 ausgegeben wird.
-
7 ist
ein Diagramm, das eine Betriebswirkung der zweiten Ausführungsform
veranschaulicht. 7(A) ist ein Wellenformdiagramm
eines an einer Hochspannungsentladungslampe angelegten Wechselstroms. 7(B) ist ein Wellendiagramm eines PWM-Impulses,
der an dem in der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthaltenen
Schaltelement Q11 angelegt ist. Wie in 7(A) und 7(B) gezeigt wird zu einem Zeitpunkt nahe
der Polaritätsumkehr der Polaritätsumkehrschaltung 13 (in
den durch Ta und Tb dargestellten Zeiträumen) kein EIN/AUS-Befehlssignal
von der digitalen Steuerschaltung 16 zu dem Schaltelement
Q11 ausgegeben. Dadurch wird eine vorbestimmte Anzahl an PWM-Impulsen
nicht ausgegeben, ein PWM-Impuls-Zeitraum, in dem eine Einschaltzeit
Null ist, wird erzeugt und die der Polaritätsumkehrschaltung 13 zugeführte
Energie wird verringert. Folglich wird das Auftreten von Überschwingen
und Unterschwingen unterbunden.
-
Somit
wird in der zweiten Ausführungsform ein Verfahren zum Steuern
der Häufigkeit der Elimination eines Schaltimpulses für
die Abwärts-Hackerschaltung 12 durch Verhindern,
dass die digitale Steuerschaltung 16 ein EIN/AUS-Befehlssignal
an das Schaltelement Q11 ausgibt, ausgeführt. Demgemäß überwacht
die digitale Steuerschaltung 16 immer einen Spannungsausgang
von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 und einen
Lampenstromwert. Wenn der Spannungsausgang von der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 stark
abfällt, detektiert die digitale Steuerschaltung 16,
dass die Hochspannungsentladungslampe von einem Nichtbetriebszustand
zu einem Glimmerentladungszustand überführt wurde, und
steuert die Häufigkeit der Elimination eines Schaltimpulses
für die Abwärts-Zerhackerschaltung 12.
Wie die Häufigkeit der Elimination eines Schaltimpulses
für die Abwärts-Zerhackerschaltung 12 auf der
Grundlage des Bereichs der Abnahme des Ausgangsspannungswerts der
Abwärts-Zerhackerschaltung 12 pro Zeiteinheit
oder des Bereichs des Anstiegs eines Lampenstromwerts festgelegt
wird, wird demgemäß vorab programmiert.
-
Die
Werte des Überschwingens und Unterschwingens werden unmittelbar
vor der Polaritätsumkehr auf der Grundlage eines detektierten
Lampenspannungswerts und/oder eines detektierten Lampenstromwerts
geschätzt, und die EIN-Zeit des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers
wird zu einem Zeitpunkt nahe der Polaritätsumkehr geändert.
Folglich ist es möglich, das Auftreten von Überschwingen und
Unterschwingen über dem gesamten Bereich einer Lampenspannung
stabil zu unterbinden.
-
[Dritte Ausführungsform]
-
Als
Nächstes wird die dritte Ausführungsform unter
Bezug auf 3 und 8 beschrieben.
-
In
der dritten Ausführungsform wird die Steuerzeit (Phase)
eines Schaltimpulses für das Schaltelement Q11, das in
der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthalten ist,
bezüglich der eines Schaltimpulses für die Polaritätsumkehrschaltung 13 verschoben.
-
8 ist
ein Diagramm, das eine Betriebswirkung veranschaulicht, die aus
dem Verkürzen einer Einschaltzeit erhalten wird. 8(A) ist ein Wellenformdiagramm eines
an einer Hochspannungsentladungslampe angelegten Wechselstroms. 8(B) ist ein Wellendiagramm eines PWM-Impulses,
der an dem in der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthaltenen
Schaltelement Q11 angelegt ist. Wie in 8(A) und 8(B) gezeigt wird die Steuerzeit (Phase)
eines Schaltimpulses für das Schaltelement Q11, das in
der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthalten ist,
bezüglich der eines Schaltimpulses für die Polaritätsumkehrschaltung 13 verschoben,
und in diesem Zustand sind sie miteinander synchronisiert.
-
Wenn
an einer Hochspannungsentladungslampe in dem Nichtbetriebszustand
der Hochspannungsentladungslampe eine Spannung angelegt wird, kommt
es im Allgemeinen zu einem Durchschlag, die Glimmerentladung beginnt
und die Impedanz der Lampe fällt stark. Wenn von einem
Abwärts-Zerhacker der Hochspannungsentladungslampe in dem
Zustand niedriger Impedanz übermäßig Energie
zugeführt wird, treten Überschwingen und Unterschwingen
auf. In dem Zustand niedriger Impedanz muss demgemäß eine
Schaltung so arbeiten, dass der Hochspannungsentladungslampe nicht übermäßig
Energie von dem Abwärts-Zerhacker zugeführt wird.
Bei manchen Hochspannungsentladungslampen, die Lasten sind, wird
der Hochspannungsentladungslampe gemäß der Differenz
zwischen der Schaltzeit der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 und
der Zeit der Polaritätsumkehrt der Polaritätsumkehrschaltung 13 nicht übermäßig
Energie von einem Abwärts-Zerhacker zugeführt.
-
Daher
ist in der dritten Ausführungsform gemäß der
Eigenschaft einer Hochspannungsentladungslampe die Steuerzeit (Phase)
eines Schaltimpulses für das Schaltelement Q11, das in
der Abwärts-Zerhackerschaltung 12 enthalten ist,
bezüglich der eines Schaltimpulses für die Polaritätsumkehrschaltung 13 um ΔT
verschoben. Dadurch wird das Auftreten von Überschwingen
und Unterschwingen in der Wellenform eines Wechselstroms unterbunden.
-
Zusammenfassung
-
Eine
digitale Steuerschaltung (16) synchronisiert einen EIN/AUS-Zustand
eines Halbleiterschaltelements (Q11), das in einer Abwärts-Zerhackerschaltung
(12) enthalten ist, mit einem EIN/AUS-Zustand von Halbleiterschaltelementen
(Q12 bis Q15), die in einer Umrichterschaltung (13) enthalten
sind, und steuert eine EIN-Zeit des Halbleiterschaltelements (Q11),
das in der Abwärts-Zerhackerschaltung (12) enthalten
ist, bei einem Zeitpunkt nahe einem Polaritätsumkehrzeitpunkt
in einer Wechselstromwellenform der Umrichterschaltung (13).
Dadurch wird in einer Hochspannungsentladungslampen-Beleuchtungsvorrichtung,
für die eine schnelle Polaritätsumkehr erforderlich
ist, das Auftreten von Überschwingen und Unterschwingen
in der Wellenform eines durch eine Hochspannungsentladungslampe
fließenden Wechselstroms unterbunden.
-
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
-