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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordung zum Zünden und
Betreiben einer Entladungslampe, die in der Lage ist, die stabilisierte Lichtabgabe
von Entladungslampen aufrechtzuerhalten.
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine herkömmliche Halogen-Metalldampflampen-Schaltanordung
zum Zünden
und Betreiben zeigt.
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Eine
in 1 gezeigte Zündvorrichtung 500 aktiviert
eine Halogen-Metalldampflampe 505 durch Zuführung einer
Gleichspannung (DC-Spannung), die durch Ganzwellengleichrichtung
und Glättung
einer Wechselspannung (AC-Spannung) von einer Wechselspannungsquelle 501 erhalten
wurde, zu einer Lampenstartschaltung 504.
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Gleichzeitig
wird die zuzuführende
elektrische Leistung durch eine Drosselspule und einen an der elektrischen
Stromversorgungsleitung zu der Startschaltung 504 vorgesehenen
Schalttransistor 507 reguliert.
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D.
h., um die elektrische Stromversorgung auf einen konstanten Pegel
zu regulieren, wird ein Spannungswert der Startschaltung 504 zuerst
durch Aufteilen der Anschlußspannung
der Startschaltung 504 durch einen Spannungserfassungswiderstand 508 gemessen,
der zwischen den beiden Anschlüssen
der Startschaltung 504 verbunden ist. Ferner wird ein Strom
von der Anschlußspannung
eines Stromerfassungswiderstandes 509 erhalten, der an dem
Minus-Anschluß der
Startschaltung 504 vorgesehen ist. Dann wird aus diesen
Spannungswerten der Startschaltung 504 und dem Strom des
Stromerfassungswiderstandes 509 durch eine elektrische Leistungserfassungsschaltung 511 der
momentane Leistungsverbrauch erfaßt. Dieser Leistungsverbrauch
wird einem PWM-Steuer-IC 512 zurückgekoppelt. Gemäß diesem
rückgekoppelten
Leistungsverbrauch wird die Basisspannung des Schalttransistors 507 durch
das PWM-Steuer-IC 512 gesteuert. Wenn dessen Basisspannung
gesteuert wird, wird der Schalttransistor 507 geschaltet,
so daß dieser
die Stromversorgung zu der Halogen-Metalldampflampe 505 auf
einem konstanten Pegel hält.
Die elektrische Leistungserfassungsschaltung 511 erfaßt die elektrische
Leistung unter Verwendung der Drosselspule als Transformator und
der PWM-Steuer-IC 512 erfaßt die elektrische
Leistung auch von der elektrischen Stromversorgungsleitung.
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Bei
der Berechnung der elektrischen Leistung in der Erfassungsschaltung 511 für die elektrische
Leistung wird ein analoger Multiplizierer verwendet, aber da die
Genauigkeit der Berechnung der elektrischen Leistung nicht ausreichend
ist, ist die konstante Steuerung der elektrischen Leistung nicht ausreichend.
So ist es wünschenswert,
die elektrische Leistung unter Verwendung eines Mikrocomputers präzise zu
berechnen.
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Jedoch
auch wenn man eine Erfassungsschaltung für die elektrische Leistung
mit einem Mikrocomputer anstelle der Erfassungsschaltung 51 für die elektrische
Leistung verwendet, besteht das im Folgenden beschriebene Problem.
D. h., wenn eine Erfassungsschaltung für eine elektrische Leistung unter
Verwendung eines Mikrocomputers mit der Sekundärseite der Drosselspule 506 entsprechend
der in 1 gezeigten Erfassungsschaltung 511 für die elektrische
Leistung verbunden wird, ist die Masse (Ground GND) des Mikrocomputers
aufgrund des Schaltvorgangs des Schalttransistors 507 und
des durch die Drosselspule 506 fließenden Stromes nicht stabilisiert
und daher ist auch der Betrieb des Mikrocomputers nicht stabilisiert.
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So
ist es wünschenswert,
die der Halogen-Metalldampflampe 505 zugeführte elektrische Leistung
durch Erfassung von Spannung und Strom der elektrischen Stromversorgungsleitung
durch Verbindung einer Erfassungsschaltung für die elektrische Leistung
mit einem Mikrocomputer mit der Wechselspannungsquellenseite 501 der
elektrischen Stromversorgungsleitung von dem Schalttransistor 507 und
der Drosselspule 506 auf einen konstanten Pegel zu steuern.
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Um
beispielsweise die elektrische Leistung durch Erfassung des Leistungsverbrauchs
der Halogen-Metalldampflampe 505 durch Erfassung von der Spannung
und Strom der elektrischen Stromversorgungsleitung ohne Messung
der Spannung der Halogen-Metalldampflampe 505 wie
oben gezeigt zu steuern, wird die Spannung der Halogen- Metalldampflampe 505 nicht
konstant und das im folgenden beschriebene Problem tritt auf.
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D.
h., wenn der Äquivalentwiderstand
der Halogen-Metalldampflampe 505 niedrig ist, ein abnormal
großer
Strom zu der Lastseite fließt
und der Leistungsverlust proportional zu dem Quadrat des Stroms
multipliziert mit dem Widerstand ist, wird der Leistungsverlust
extrem groß.
Und der Leistungsverlust wird in dem Schalttransistor 507,
der Diode 510, der Verdrahtung usw. verbraucht und heizt
diese stark auf, wobei Mängel
wie eine Funktionsunterbrechung oder eine Beschädigung der Elemente auftreten
können.
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Wenn
andererseits der Äquivalentwiderstand
der Halogen-Metalldampflampe 505 hoch ist, kann eine abnormal
hohe Spannung kontinuierlich angelegt sein. Dann tritt das Problem
auf, daß Leckströme zunehmen
oder die Sicherheit beeinträchtigt wird,
wenn elektrische Leckströme
auftreten.
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Ferner
ist eine Technologie zum Abschalten einer Ansteuerschaltung einer
Entladungslampe durch Erfassung eines abnormalen Zustandes einer Entladungslampe
in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 43 22 139 A1 beschrieben. Dort werden Schwellenwerte
von oberen und unteren Grenzwerten für die Lampenspannung von Entladungslampen von
Kraftfahrzeugen festgelegt und wenn ein gemessener Wert der Lampenspannung
den oberen Schwellenwert übersteigt
oder den unteren Schwellenwert nach einem festgelegten Zeitablauf
unterschreitet, wird ein solcher nicht normaler Zustand, in dem
die Entladungslampe in einem offenen Zustand oder in einem kurzgeschlossenen
Zustand ist, erfaßt und
basierend auf dem Resultat dieser Erfassung wird die Entladungslampen-Ansteuerschaltung
ausgeschaltet.
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Eine ähnliche
Technologie zum Unterbrechen der Spannungszufuhr nach der Detektion
eines anormalen Zustandes ist in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 05 776 A1 beschrieben.
Der anormale Zustand wird erkannt, wenn die Entladungslampenspannung
sich für
eine wohl definierte Zeit über
oder unter einen der oberen oder der unteren Schwellwerte befindet.
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Jedoch
hat die Lampenspannung einer Hochdruckentladungslampe einen solchen
Charakter, daß der
Niedrigspannungszustand für
eine Zeitlang unmittelbar nach dem Starten der Ansteuerung fortbesteht
und die Spannung anschließend
auf die Nenn-Lampenspannung
ansteigt. Aufgrund dieses Charakters der Lampenspannung, die in
zwei Stufen variiert, tritt das Problem auf, daß ein nicht normaler Zustand
einer zu geringen Lampenspannung nicht sicher lediglich durch einfaches
Feststellen, ob die Lampenspannung unter den unteren Schwellenwert fällt, erfaßt werden
kann, wie in der oben erwähnten deutschen
Offenlegungsschrift
DE
43 22 139A1 beschrieben ist.
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Ferner
war es im Falle einer Fluoreszenzlampe bisher notwendig, die Lampe
auszutauschen, wenn die Enden einer Lampenröhre geschwärzt sind oder die Lampe zu
flackern beginnt. Oder durch Festsetzen einer Betriebszeit der Lampe
und Ausführung einer
periodischen Wartung wurde das Lampenleben durch Austausch der Lampe
gesteuert, bevor deren Betriebszeit abgelaufen war.
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Jedoch
werden Hochdruckentladungslampen in den letzten Jahren häufig in
Büromaschinen, wie
Overhead-Projektoren, Projektionsfernsehgeräten etc. genutzt. Wenn daher
eine Hochdruckentladungslampe ausgebrannt ist, ist das Geschäft und das
Leben deutlich gestört,
und es ist bisher sehr mühsam,
die Betriebszeiten von Hochdruckentladungslampen zu steuern und
diese auszutauschen, bevor deren Betriebszeiten zu Ende sind. Da
zusätzlich
nicht immer ein Vorrat von teuren Hochdruckentladungslampen vorgehalten
wird, tritt das Problem gehäuft
auf, daß Geschäft und Leben
merklich gestört
sind, wenn die Lebensdauer einer Hochdruckentladungslampe plötzlich beendet
ist. Da ferner eine schleichende Undichtigkeit der Hochdruckentladungslampe
nicht einfach festgestellt werden kann, tritt das Problem auf, daß ein aus
der schleichenden Undichtigkeit resultierender nicht normaler Zustand nicht
wahrgenommen werden kann. Da zusätzlich der
Zwischenelektrodenabstand einer Hochdruckentladungslampe kurz ist,
fließt
ein hoher Lampenstrom nach Entzündung
der Lampe kontinuierlich, der die Elektroden extrem aufheizt, und
eine Spannung akkumuliert sich in dem abgedichteten Fußbereich
der Elektroden und erzeugt möglicherweise
Risse.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordung
zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe vorzuschlagen, die keine solchen
Probleme, wie Defekte, Bruch, Beschädigung von Schaltungselementen
oder dergleichen der Lampe hervorruft, wenn die Spannung der Entladungslampe
außerhalb
der korrekten Werte liegt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordung
zum Zünden und
Betreiben einer Entladungslampe vorzuschlagen, die in der Lage ist,
eine Entladungslampe durch Erfassung eines nicht normalen Zustandes
sicher auszuschalten, wenn die Lampenspannung der Entladungslampe
zu niedrig oder zu hoch ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltungsanordung
zum Zünden und
Betreiben einer Entladungslampe vorzuschlagen, die in der Lage ist,
das Auftreten von Schwierigkeiten aufgrund der aufgebrauchten Lebensdauer der
Lampe und/oder einer schleichenden Undichtigkeit zu erfassen.
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Zur
Lösung
wird erfindungsgemäß eine Schaltungsanordung
zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe vorgeschlagen, aufweisend: eine
Entladungslampe; eine Startschaltung zum Starten der Entladungslampe;
eine Betriebschaltung zum Zünden
und Betreiben der Entladungslampe; einen Spannungssensor zur Erfassung
der Lampenspannung der Entladungslampe; eine erste Vergleichseinrichtung
zum Vergleich der durch den Spannungssensor erfaßten Lampenspannung mit einem
ersten Schwellenwert unterhalb einer festgelegten Nennspannung der
Entladungslampe und einem zweiten Schwellenwert, der niedriger ist
als der erste Schwellenwert; eine erste Abschalteinrichtung zum sofortigen
Ausschalten der Betriebsschaltung, wenn der Vergleich durch die
erste Vergleichseinrichtung ergibt, daß die Lampenspannung unter
dem zweiten Schwellenwert liegt; eine erste Zeitsteuerschaltung zum
Zählen
einer abgelaufenen Zeit, in der der Vergleich durch die erste Vergleichseinrichtung
ergibt, daß die
Lampenspannung einen Wert zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert
hat; eine zweite Abschalteinrichtung zum Ausschalten der Betriebsschaltung,
wenn die durch die erste Zeitsteuerschaltung gezählte Zeit eine festgelegte
Zeitdauer überschreitet;
und eine dritte Abschalteinrichtung zum Ausschalten der Startschaltung,
wenn der Vergleich durch die erste Vergleichseinrichtung ergibt, daß die Lampenspannung
unter den ersten Schwellenwert fällt.
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben, in der
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1 eine
Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer herkömmlichen
Entladungslampe als Stand der Technik zeigt;
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2A eine
Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe zeigt,
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2B eine
Startschaltung, der in 2A gezeigten Schaltungsanordung
zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe im Detail zeigt;
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3 eine
Erfassungsschaltung für
die elektrische Leistung in der in 2A gezeigten
Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe zeigt;
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4 ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiels
der Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe zeigt;
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5 eine
Ausschaltschaltung der in 4 gezeigten
Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe zeigt;
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In 2A ist
eine Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer Halogen-Metalldampflampe
gezeigt.
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Eine
Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe 101 ist mit einer Gleichrichtungsschaltung 103 und
einer Glättungsschaltung 104 zwischen
sich und der Seite einer Wechselstromquelle 102 parallel
verbunden. Eine Startschaltung 106 zum Einschalten der
Halogen-Metalldampflampe ist mit den Ausgangsseitenleitungen der
Gleichrichtungsschaltung 103 und der Glättungsschaltung 104 verbunden.
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An
der Minus-Seite der Startschaltung 106 sind eine Drosselspule 107 und
ein Schalttransistor 108 verbunden, die die Stromversorgung
zu der Startschaltung 106 steuern. Ferner ist zwischen
beiden Anschlüssen
der Startschaltung 106 eine Diode 109 für einen
geschlossenen Stromfluß von
der Drosselspule 107 mit der an der Plus-Seite vorgesehenen Kathodenseite
verbunden. Ferner ist zwischen den beiden Anschlüssen der Startschaltung 106 ein
Glättungskondensator 115 verbunden.
Ein PWM-Steuer-IC 110 steuert die Spannungsversorgung zu
der Startschaltung 106 durch Einstellung der Basisspannung
des Schalttransistors 108.
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Zwischen
den Ausgangsleitungen der Gleichrichterschaltung 103 und
der Glättungsschaltung 104 ist
ein Spannungserfassungswiderstand 111 zur Messung der Spannung
durch Aufteilung mit einem Widerstand verbunden. Ferner ist ein
Stromerfassungswiderstand 112 mit der Kathodenseitenleitung
des Schalttransistors 108 zu Erfassung des Stromes von
dem Schalttransistor 108 durch Messung der Spannung zwischen
beiden Anschlüssen verbunden.
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Eine
Analogsignalspannung von dem Spannungserfassungswiderstand 111 und
Spannungen an beiden Anschlüssen
des Stromerfassungswiderstandes 112 werden einer Erfassungsschaltung 113 für die elektrische
Leistung eingegeben, die aus einem Mikrocomputer besteht, und der
momentane Lampenleistungsverbrauch wird basierend auf diesen Spannungswerten
abgeschätzt.
Gemäß dieses abgeschätzten Leistungsverbrauchs
wird ein Steuersignal zu dem PWM-Steuer-IC 110 ausgegeben,
um den Lampenleistungsverbrauch zu steuern, so daß er auf
einem konstanten Pegel gehalten wird.
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Ferner
erfassen sowohl das PWM-Steuer-IC (Pulsbreitenmodulationssteuerung) 110 als
auch die Erfassungsschaltung 113 die elektrische Leistung von
den Ausgängen
der Gleichrichtungsschaltung 103 und der Glättungsschaltung 104.
Ferner ist die Erfassungsschaltung 113 für die elektrische
Leistung mit der Seite der Wechselspannungsquelle 102 und nicht
derjenigen des Schalttransistors 108 und der Diode 109 der
elektrischen Stromversorgungsleitung verbunden.
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2B zeigt
ein bestimmtes Ausführungsbeispiel
der in 2A gezeigten Startschaltung 106. Die
Startschaltung 106 besteht aus einem Pulswandler PT und einem
Pulsgenerator 114 zur Erzeugung von Hochspannungspulsen
durch Schalten des Pulswandlers PT. Der Pulswandler PT in Einzelwindungsstruktur
mit einer Primärseitenwindung
NI und einer Sekundärseitenwindung
N2, die teilweise genutzt werden, wird verwendet. Der hier verwendete
Pulswandler PT besteht aus einem 33 mm langen Eisenkern mit rechteckigem
Querschnitt, wobei die Sekundärseitenwindung
N2 (einschließlich
der Primärseitenwindung
N1) darum gewickelt ist, wobei der Induktivitätswert der Sekundärseitenwindung
N2 sehr klein, ungefähr
20 μH ist.
Ein sehr dicker Polyurethandraht, der sehr widerstandsfähig gegenüber großen Strömen
ist, wird für
die Wicklung verwendet.
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3 zeigt
die Schaltungskonfiguration der Erfassungsschaltung 113 für die elektrische
Leistung mit einem Mikrocomputer. Die Erfassungsschaltung 113 für die elektrische
Leistung weist ein IC 121 auf. Das IC 121 ist
ein Ein-Chip-Mikrocomputer,
der gemäß einem
in einem internen Festwertspeicher (ROM) gespeicherten Programm
arbeitet und das PWM-Steuer-IC 110 steuert.
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Eine
Hilfsschaltung für
eine A/D-Wandlung 122 weist eine CR-Ladeschaltung 125 mit
einem Widerstand 123 und einen in Serie geschalteten Kondensator 124 auf.
Ferner ist ein Anschluß 126 des
IC 121 mit dem Anschluß der
CR-Ladungsschaltung 125 auf der Seite des Widerstandes 123 und
der Kathodenseite der Diode 127 verbunden. Die Kondensatorseite
der CR-Ladeschaltung 125 ist mit Masse (GND) verbunden.
Ferner ist die Ladeseite des Kondensators 124 mit den inversen
Eingangsanschlüssen
der Komparatoren 131, 132 und 133 und
der Anodenseite der Diode 127 verbunden.
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Dem
nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 131 wird
die beschriebene Referenzspannung eingegeben. Dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 133 wird
die Analogsignalspannung von dem Spannungserfassungswiderstand 111 eingegeben.
Dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 132 wird
die Ausgangsspannung einer Niederfrequenzverstärkungsschaltung 134 eingegeben,
die später beschrieben
wird. Die Ausgangsanschlüsse
der Komparatoren 131, 132 und 133 sind
mit Anschlüssen 135, 136 und 137 des
IC 121 verbunden.
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Ein
D/A-Wandler 141 ist ein Tiefpaßfilter des primären Typs
mit einem Widerstand 155 und einem Kondensator 156,
die miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Seite des Widerstandes 155 ist
mit einem Anschluß 142 des
IC 121 und die Seite des Kondensators 156 mit
Masse verbunden. Ferner ist die Ladungsseite des Kondensators 156 mit
dem nicht invertierenden Eingangsanschluß eines Verstärkers 154 verbunden.
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Die
Anschlußspannung
des Stromerfassungswiderstandes 112 wird der Niedrigfrequenzverstärkerschaltung 134 und
einer hochempfindlichen Verstärkungsschaltung 143 zugeführt.
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Die
Niedrigfrequenzverstärkerschaltung 134 weist
einen Widerstand 144, einen Kondensator 145 und
einen Operationsverstärker 146 auf.
Aus den Anschlußspannungen
des Stromerfassungswiderstandes 112 wird eine relativ niederfrequente
Komponente, die von der CR-Zeitkonstante des Widerstandes 144 und
des Kondensators 145 abhängt, durch den Operationsverstärker 146 verstärkt und
dem Komparator 132 ausgegeben. Die hochempfindliche Verstärkerschaltung 143 weist
einen Widerstand 151, einen Kondensator 152 und
einen Operationsverstärker 153 auf.
Von den Anschlußspannungen
von dem Stromerfassungwiderstand 112 wird eine relativ hochfrequente
Komponente, die von der CR-Zeitkonstante des Widerstandes 151 und
des Kondensators 152 abhängt, auch durch den Operationsverstärker 153 verstärkt und
dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 154 eingegeben.
Dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 154 wird die
Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 141 eingegeben.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordung zum Zünden und
Betreiben einer Entladungslampe 101 beschrieben.
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Zunächst wird
ein Spannungswert Vv durch den Spannungserfassungswiderstand 111 erfaßt und ein
Spannungswert Vi, der ein umgewandelter Wert von einem Strom ist,
der durch den Stromerfassungswiderstand 112 erfaßt wird,
wie unten gezeigt, A/D-gewandelt.
Hier ist die Spannung Vi eine Spannung proportional zu dem Mittelwert
der Spannungen an beiden Anschlüssen
des Stromerfassungswiderstandes 112 mit nur einer niedrigfrequenten
Komponente unterhalb von 10 Hz, die durch die Niedrigfrequenzverstärkerschaltung 134 verstärkt wird,
und den Hochfrequenzanteil ausschließt.
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Zunächst wird
eine Schaltung und ein Algorithmus initialisiert. D. h., die CR-Ladeschaltung 125 wird
entladen und der interne Zähler
des IC 121 initialisiert.
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Dann
wird der Ladevorgang der CR-Ladeschaltung 125 initialisiert
und die folgenden Zeiten 11, V1 und R1, die benötigt werden, bis die Spannung
des Kondensators 124 gleich der Spannung Vi wird, die Spannung
Vv und die Referenzspannung Vref (beispielsweise 2 Volt) werden
gemessen. Dabei ist
11 eine Zeit, wenn die Spannung des Kondensators 124 geringer
ist als die Spannung Vi, d. h., eine Zeit, die für die Spannung des Kondensators 124 von
dem Beginn des Ladevorgangs bis zum Schneiden des Spannungswertes
Vi benötigt
wird;
Vi eine Zeit, wenn die Spannung des Kondensators 124 geringer
ist als die Spannung Vv, d. h., eine Zeit, die die Spannung des
Kondensators 124 vom Beginn des Ladevorgangs bis zum Erreichen
des Spannungswertes Vv benötigt;
R1
eine Zeit, wenn die Spannung des Kondensators 124 geringer
ist als die Referenzspannung Vref, d h, eine Zeit, die die Spannung
des Kondensators 124 vom Beginn des Ladevorgangs bis zum
Erreichen des Spannungswertes Vref benötigt.
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D.
h., das IC 121 gibt ein Pulssignal einer festen Breite
der CR-Ladeschaltung 125 von dem Anschluß 126 ein
und startet den Ladevorgang der CR-Ladeschaltung 125. So
wird eine Pulsspannung mit einer festen integrierten Wellenform,
die gemäß der CR-Ladeschaltung 125 kontinuierlich
größer wird,
den invertierenden Eingangsanschlüssen der Komparatoren 131, 132 und 133 eingegeben.
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Da
eine feste Referenzspannung Vref (2 V) dem nicht invertierenden
Eingangsanschluß des Komparators 131 eingegeben
wird, wird eine Pulsspannung mit einer immer konstanten Pulsbreite dem
IC 121 eingegeben. Wenn die Spannung Vv von dem Spannungserfassungswiderstand 111 dem
nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 133 eingegeben
wird, wird eine Pulsspannung mit einer Pulsbreite entsprechend der
Größe dieser
fluktuierenden Spannung dem Anschluß 137 des IC 121 eingegeben.
Wenn die Spannung Vi, die die verstärkte Niedrigfrequenzkomponente
der Anschlußspannung
des Spannungserfassungswiderstandes 112 ist, dem nicht
invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 132 eingegeben
wird, wird eine Pulsspannung mit einer Pulsbreite entsprechend der
Größe dieser
fluktuierenden Spannung dem Anschluß 136 des IC 121 eingegeben.
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Das
IC 121 mißt
die Pulsbreite (R1, 11, bzw. VI) der Pulsspannungen, die über die
Anschlüsse 135, 136 und 137 eingegeben
werden, durch den internen Zähler
und durch Ausführung
des Vergleichs der Zeit R1 mit der Zeit 11 und der Zeit R1 mit der
Zeit V1 und ist in der Lage, die Digitalwerte der Spannungs- und
Stromwerte zu erhalten, die in der Stromversorgungsleitung zu der
Halogen-Metalldampflampe 105 gemessen werden Ferner wird
der Vergleich mit der Zeit R1 zur Beseitigung beispielsweise eines Meßfehlers
aufgrund der Fluktuation der elektrostatischen Kapazität des Kondensators 124 oder
eines Meßfehlers
aufgrund einer Fluktuation des Spannungsausgangs von dem Anschluß 126 ausgeführt.
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Das
IC 121 erhält
einen Eingangsleistungswert der Halogen-Metalldampflampe 105 durch
Multiplikation dieser in der Stromversorgungsleitung gemessenen
Spannungs- und Stromwerte.
Dann wird dieser Eingangsleistungswert mit einem in einer internen
ROM oder dergleichen vorgewählten
gewünschten
Leistungswert verglichen. Wenn der Eingangsleistungswert als Ergebnis
des Vergleichs geringer ist als der gewünschte Leistungswert, wird
von dem Anschluß 142 ein
Steuersignal ausgegeben, um das Tastverhältnis des durch die PWM-Steuerung der
Halogen-Metalldampflampe 105 zugeführten Stromes erhöht, um die
zugeführte
Leistung zu der Halogen-Metalldampflampe 105 auf
einen konstanten Wert zu steuern. Wenn der Eingangsleistungswert
als Ergebnis des Vergleichs höher
ist als der gewünschte
Leistungswert, wird von dem Anschluß 142 ein Steuersignal
ausgegeben, um das Tastverhältnis des
von der PWM-Steuerung der Halogen-Metalldampflampe 105 zugeführten Pulsstromes
zu verringern, um die zugeführte
Leistung zu der Halogen-Metalldampflampe 105 auf
einem konstanten Wert zu halten.
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D.
h., wenn eine Periode, in der der Schalttransistor 108 in
eingeschaltetem Zustand gehalten wird, lang ist, nimmt die der Halogen-Metalldampflampe 105 über die
Drosselspule 107 zugeführte elektrische
Leistung zu und die gespeicherte elektrische Leistung nimmt während dieser
Periode ebenfalls zu.
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Wenn
der Schalttransistor 108 in ausgeschaltetem Zustand gehalten
wird, wird die in dem Glättkondensator 115 gespeicherte
elektrische Leistung der Halogen-Metalldampflampe 105 über die Drosselspule 107 zugeführt und
die Lampe wird kontinuierlich in eingeschaltetem Zustand gehalten. Schließlich wird
ein Zählwert,
der äquivalent
zur Anzahl der Bits des von dem Anschluß 142 ausgegebenen
Steuersignals ist, in dem IC 121 bereitgestellt. Wenn die
eingegebene elektrische Leistung gering ist, wird dieser Zählwert um
1 erhöht
und das Steuersignal wird dem D/AWandler 141 ausgegeben.
Wenn die eingegebene elektrische Leistung hoch ist, wird dieser
Zählwert
um 1 verringert und das Steuersignal wird dem D/A-Wandler 141 ausgegeben.
Wenn ferner gewünscht
ist, ein Verfahren guter Ansprechbarkeit auszuführen, kann die P-Steuerung genutzt
werden, eine Differenz von einem gewünschten Leistungswert, dem
D/A-Wandler 141 auszugeben. Die hier erwähnte P-Steuerung
bezeichnet eine Proportionalsteuerung und ist eine Technik, einen
konstanten Fehlerwert (= gewünschter
Wert – momentaner
Wert) als Steuerwert zu verwenden.
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Das
von dem Anschluß 142 ausgegebene Steuersignal
wird in dem D/A-Wandler 141 D/A gewandelt und dem nicht
invertierenden Eingangsanschluß des
Verstärkers 154 eingegeben.
Ferner verstärkt
der hochempfindliche Verstärker 143 die
relativ hochfrequente Komponente von 1 KHz bis 10 KHz von der Anschlußspannung
des Stromerfassungswiderstandes 112 und gibt diese dem
invertierenden Eingangsanschluß des
Verstärkers 154 ein.
Dann verringert der Verstärker 154 die
Spannung, die durch den hochempfindlichen Verstärker 143 von der Ausgangsspannung
von dem D/A-Wandler 141 ausgegeben wird, verstärkt diese
und gibt diese dem PWM-Steuer-1C 110 aus.
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So
ist es möglich,
die langsame Betriebsgeschwindigkeit des IC 121 zu überdecken
und einen plötzlichen
Stromanstieg zu der Halogen-Metalldampflampe 105 schnell
zu korrigieren.
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Ferner
berechnet das IC 121 eine abgeschätzte Spannung der Halogen-Metalldampflampe 105 gemäß der unten
dargestellten Gleichung (4): Halogen-Metalldampflampenspannung
= gemessener Spannungswert der Stromversorgungsleitung × Einschaltzeit
(Tastverhältnis)
des der Halogen-Metalldampflampe
durch die PWM-Steuerung zugeführten
Pulsstromes (4)
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Wenn
dann die Spannung der Halogen-Metalldampflampe 105, die
durch diese Berechnung erhalten wird, außerhalb des festgelegten Wertebereichs
ist, wird der Zähler
im IC 121 um 1 inkrementiert und andererseits, wenn sie
innerhalb des festgelegten Wertbereichs ist, wird der Zähler um
1 dekrementiert.
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Wenn
dieser Zählwert
einen bestimmten Wert in einer festgelegten festen Zeit übersteigt,
wird festgestellt, daß die
Spannung der Halogen-Metalldampflampe nicht normal ist und durch
Verringerung des Ein-Zeitverhältnisses
des der Halogen-Metalldampflampe
zugeführten
Pulsstromes auf null (0) durch die PWM-Steuerung wird die Halogen-Metalldampflampe 105 ausgeschaltet
So ist es durch indirekte Messung der der Halogen-Metalldampflampe 105 zugeführten elektrischen
Leistung durch Messung von Spannung und Strom der Stromversorgungsleitung
möglich,
ein Problem zu verhindern, wenn die Spannung der Halogen-Metalldampflampe 105 instabil
wird.
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Da
ferner das IC 121, das den Mikrocomputer aufweist, zur
Konstantsteuerung der Leistung der Halogen-Metalldampflampe 105 in
der Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe 101 verwendet wird,
kann das Problem, daß die
Spannung der Halogen-Metalldampflampe instabil wird, mit der gleichen
Schaltungsanordnung vermieden werden. Daher wird kein neues Schaltungselement
benötigt
und die Schaltungsanordnung kann einfach gemacht werden.
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4 ist
eine Schaltungsanordung zum Zünden
und Betreiben einer Hochdruckentladungslampe, die ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Die
Zündvorrichtung 201 ist
an der Frontseite eines Kraftfahrzeuges vorgesehen und ein Fall
des Einschalten einer Hochdruckentladungslampe 202, die
als Scheinwerfer des Kraftfahrzeuges verwendet wird, ist hier gezeigt.
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Wie
in 4 dargestellt ist, sind in der Schaltungsanordung
zum Zünden
und Betreiben einer Entladungslampe 201 eine Betriebsschaltung (DCDC-Wandler) 204,
ein Spannungs/Stromsensor 205, eine Startschaltung 206 und
eine Hochdruckentladungslampe 202 mit der Stromversorgungsleitung einer
DC-Stromquelle 203 verbunden.
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Die
Betriebsschaltung 204 verstärkt die Spannung der Gleichspannungsquelle 203 und schaltet
die Hochdruckentladungslampe 202 ein. Der Spannungs/Stromsensor 205 erfaßt Spannung
und Strom der Hochdruckentladungslampe 202. Die Startschaltung 206 startet
die Hochdruckentladungslampe 202.
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Die
Betriebsschaltung 204 ist eine bekannte Schaltungskonfiguration,
die mit einem Schaltelement 211. einer Drosselspule 212 und
einer Diode 213 versehen ist. Der Spannungs/Stromsensor 205 ist
mit einem Widerstand 214, dessen eines Ende mit der Plus-Seite
der Ausgangsleitung der Betriebsschaltung 204 verbunden
ist, einem Widerstand 215, der mit dem Widerstand 214 in
Reihe geschaltet und einem Widerstand 216 versehen, der
mit der Minus-Seite der Ausgangsleitung der Betriebsschaltung 204 verbunden
ist. Der Spannungs/Stromsensor 205 hat eine bekannte Konfiguration,
so daß die Lampenspannung
der Hochdruckentladungslampe 202 durch Aufteilung der Ausgangsspannung
der Betriebsschaltung 204 durch die Widerstände 214 und 215 erfaßt wird
und der Lampenstrom entsprechend dem Spannungsabfall im Widerstand 216 erfaßt wird.
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Die
Startschaltung 206 hat eine bekannte Schaltungskonfiguratuion,
um die Hochdruckentladungslampe 202 durch Ausgabe eines
Startpulses an diese zu starten. Die Startschaltung 206 ist
mit einer Leitung verbunden, um die Spannung einzugeben, die von
der Position des vorangegangenen Zustandes des Schaltelements 211 der
Stromversorgungsleitung zugeführt
wird, um die Startschaltung 206 zu starten/zu stoppen.
Mit dieser Leitung ist ein Relais 217 verbunden. Dieses
Relais wird durch eine Relaissteuerung 218 geöffnet/geschlossen.
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In
einem Trenntransformator ist die Primärseitenwindung mit einem PWM-Steuer-IC 222 verbunden,
ein Ende der Sekundärwindung
ist mit der Basis des Schaltelements 211 verbunden und
das andere Ende ist mit der Emitterseite des Schaltelements 211 verbunden.
Das PWMSteuer-IC 222 schaltet das Schaltelement 211 mit
einem variablen Einschaltverhältnis
mittels des Trenntransformators ein und aus und pulsbreitensteuert
die Spannungsversorgung zu der Hochdruckentladungslampe 202 von
der Betriebsschaltung 204.
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Eine
Warnschaltung 223 weist eine lichtemittierende Diode (LED) 224 in
einem Fach und ein Schaltelement 225 auf, das die LED 224 ein-
und ausschaltet. Ein Reflektor 226 ist auf der Rückseite der
Hochdruckentladungslampe 202 vorgesehen.
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Eine
Steuerung 231 ist mit dem Spannungs/Stromsensor 205,
der Relaissteuerung 218, dem PWM-Steuer-IC 222 und
der Warnschaltung 223 verbunden und die Steuerung 231 steuert
die Relaissteuerung 218, das PWM-Steuer-IC 222 und die
Warnschaltung 223. D. h., die Steuerung 231 ermittelt
die elektrische Leistung der Lampe basierend auf der durch den Spannungs/Stromsensor 205 erfaßten Lampenspannung
und Lampenstrom und sendet ein Steuersignal zu dem PWM-Steuer-IC 222. Eine
Lampenleistungssteuerung (nicht dargestellt) ist mit einer bekannten
Schaltungsanordnung vorgesehen, um die elektrische Leistung der
Lampe auf einem konstanten Pegel durch Schalten des Schaltelements 211 mit
einem variablen Einschaltverhältnis gemäß dem Steuersignal
zu steuern.
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Ferner
ist die Steuerung 231 mit einer Lampenausschaltschaltung 232 versehen,
die in 5 gezeigt ist.
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Wie
in 5 dargestellt ist, weist die Lampenausschaltschaltung 232 Komparatoren 241, 242 und 243 auf,
und die durch den Spannungs/Stromsensor 205 erfaßte Lampenspannung
wird dem invertierenden Eingangsanschluß jedes dieser Komparatoren
eingegeben. Dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 241 wird
eine feste Spannung (eine zweite Schwellenwertspannung) kleiner
als die Lampen-Nennspannung in einem festen Bereich, der für die Hochdruckentladungslampe 202 vorgewählt ist,
als Referenzwert eingegeben. Dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 242 wird
eine feste Spannung (eine erste Schwellenspannung) kleiner als die
beschriebene Lampen-Nennspannung
und größer als
der zweite Schwellenwert als Referenzwert eingegeben. Dem nicht
invertierenden Eingangsanschluß des
Komparators 243 wird eine feste Spannung (ein dritter Schwellenwert)
größer als
die Lampen-Nennspannung eingegeben.
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Der
Ausgangsanschluß des
Komparators 241 ist mit den Eingangsseiten jeder der Verriegelungsschaltungen 246 und 247 verbunden.
Der Ausgangsanschluß des
Komparators 242 ist mit dem Eingangsanschluß einer
Verriegelungsschaltung 246 und dem einer Zeitsteuerschaltung 244 verbunden. Die
Ausgangsseite dieser Zeitsteuerschaltung 244 ist mit der
Eingangsseite der Verriegelungsschaltung 247 verbunden.
Die Ausgangsseite des Komparators 243 ist mit der Eingangsanschlußseite eines
Inverters 249 verbunden. Die Ausgangsanschlußseite des Inverters 249 ist
mit der Eingangsseite einer Zeitsteuerschaltung 245 verbunden.
Die Ausgangsseite dieser Zeitsteuerschaltung 245 ist mit
der Eingangsseite einer Verriegelungsschaltung 248 verbunden.
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Die
Zeitsteuerschaltungen 244 und 245 haben ähnliche
Schaltungskonfigurationen und weisen einen Widerstand 251 und
einen Ladekondensator 252 auf, die in Reihe geschaltet
sind, und Spannungen entsprechend den Eingangsspannungen von dem
Komparator 242 und dem Inverter 249 und RC-Zeitkonstanten
des Widerstandes 251 und des Ladenkondensators 252 werden
den Verriegelungsschaltungen 247 und 248 ausgegeben.
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Die
Verriegelungsschaltungen 246, 247 und 248 haben
eine ähnliche
Konfiguration. D. h., die Ausgangsspannung von den Komparatoren 241, 242 und
von dem Inverter 249 werden dem nicht invertierenden Eingangsanschluß eines
Komparators 253 eingegeben. Ferner ist eine Referenzspannungseingangsschaltung
vorgesehen, die mit in Reihe geschalteten Widerständen 254 und 255 versehen
ist, und eine Versorgungsspannung Vcc wird dem invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 253 eingegeben,
nachdem dessen Spannungspegel durch den Widerstand 254 verringert
wurde. An den beiden Anschlüssen
des Widerstandes 255 ist die Kollektorseite und die Emitterseite
eines Schaltelements 256 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Komparators 253 ist
mit der Ausgangsseite der Verriegelungsschaltungen 246, 247 und
der Basisseite des Schaltelements 256 verbunden.
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Von
der Ausgangsseite der Verriegelungsschaltung 246 wird die
Steuersignalspannung der Relaissteuerung 218 ausgegeben.
Von der Ausgangsseite der Verriegelungsschaltung 247 wird
die Steuersignalspannung dem PWM-Steuer-IC 222 und der
Warnschaltung 223 ausgegeben. Von der Ausgangsseite der
Verriegelungsschaltung 248 wird die Steuersignalspannung
der Relaissteuerung 218, dem PWM-Steuer-IC 222 und
der Warnschaltung 223 ausgegeben.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordung zum Zünden und
Betreiben einer Entladungslampe 201 der oben beschriebenen Struktur
erläutert.
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Der
Zündvorgang
der Hochdruckentladungslampe 202 wird wie unten beschrieben
ausgeführt.
D. h., das Steuersignal wird dem PWM-Steuer-IC 222 durch
eine (nicht gezeigte) Lampenleistungssteuerung der Steuerung 231 zugeführt, um
den Einschalt/Ausschaltvorgang des Schaltelementes 211 zu
starten. Durch diesen Einschalt/Ausschaltvorgang liefert die Betriebsschaltung 204 die
elektrische Leistung zu einer Lastseite. Das Relais 217 wird
immer geschlossen gehalten und wenn eine elektrische Leistung durch
die Betriebsschaltung 204 zugeführt wird, stellt die Startschaltung 206 den
Startpuls der Hochdruckentladungslampe 202 zur Verfügung, die dann
durch die von der Betriebsschaltung 204 gelieferte elektrische
Leistung eingeschaltet wird.
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Die
Lampenspannung hat eine solche Charakteristik, daß, wenn
die Hochdruckentladungslampe 202 gezündet wird, die Lampenspannung
für eine Zeit
unmittelbar nach dem Einschalten der Lampe niedrig gehalten wird,
wie oben beschrieben wurde und später beschrieben wird, und dann
zur Lampen-Nennspannung ansteigt.
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Wenn
so in dem Niedrigspannungszustand unmittelbar nach dem Starten der
Zündung
eine unnormal niedrige Lampenspannung aufgrund eines Lecks der Hochdruckentladungslampe 202 auftritt und
die Spannung unter den zweiten Schwellenwert absinkt, gibt der Komparator 241 eine
Spannung hohen Pegels aus. Diese Spannung hohen Pegels wird der
Verriegelungsschaltung 246 zugeführt. In der Verriegelungsschaltung 246 wird
das Signal mit hohem Pegel dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 253 eingegeben
und der Komparator 253 gibt ein Signal hohen Pegels der
Relaissteuerung 218 und der Basisseite des Schaltelements 256 aus.
So öffnet
die Relaissteuerung 218 das Relais 217 und stoppt
die Startschaltung 206 unmittelbar.
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Wenn
ferner das Schaltelement 256 eingeschaltet wird und beide
Enden des Widerstandes 255 kurzgeschlossen sind, fällt die
Referenzspannung, die dem Komparator 253 eingegeben wird,
auf den Masse-Pegel ab. Wenn das Signal hohen Pegels, das von der
Relaissteuerung 218 ausgegeben wird, so verriegelt wird,
auch wenn die Lampenspannung später
aus irgendwelchen Gründen
ansteigt, wird verhindert, daß die
Startschaltung 206 wieder gestartet wird, bis die Spannungsquelle
wiederum eingeschaltet wird oder das Lampenzündsignal wieder eingegeben
wird.
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Das
von dem Komparator 241 ausgegebene Signal hohen Pegels
wird auch der Verriegelungsschaltung 247 eingegeben und
der Komparator 253 gibt das Signal hohen Pegels auch dem
PWM-Steuer-IC 222 und der Warnschaltung 223 aus.
Daher beendet das PWMSteuer-IC 222, daß das Schaltelement 211,
ein- und ausschaltet, und daher wird die Betriebsschaltung 204 unmittelbar
angehalten. Ferner wird das Schaltelement 225 der Warnschaltung 223 eingeschaltet,
die LED 224 wird eingeschaltet und es wird mitgeteilt,
daß die
Zündung
der Hochdruckentladungslampe 202 angehalten wurde.
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Wenn
die Lampenspannung höher
ist als der zweite Schwellenwert aber niedriger ist als der erste Schwellenwert,
gibt der Komparator 242 die Spannung hohen Pegels an die
Verriegelungsschaltung 246 und die Zeitsteuerschaltung 244 aus.
Wenn die Spannung hohen Pegels der Verriegelungsschaltung 246 ausgegeben
wird, stoppt die Startschaltung 206 ähnlich wie oben unmittelbar
und dieser angehaltene Zustand wird verriegelt.
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Wenn
die Spannung hohen Pegels auch der Zeitsteuerschaltung 244 nur
dann eingegeben wird, wenn der Zustand der Lampenspannung, die geringer
ist als der erste Schwellenwert, sich für eine festgelegte Zeit fortsetzt,
gibt ferner der Komparator 253 ein Signal hohen Pegels
an das PWM-Steuer-IC 222 und die Warnschaltung 223 aus.
So stoppt die Betriebsschaltung 204 und die LED 224 wird
gleichzeitig eingeschaltet. Ferner wird dieser Zustand ähnlich wie oben
durch die Verriegelungsschaltung 247 verriegelt.
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Wenn
die Lampenspannung den dritten Schwellenwert übersteigt, wenn die Hochdruckentladungslampe
das Ende ihrer Lebensdauer erreicht, gibt der Komparator 243 eine
Spannung niedrigen Pegels aus und der Inverter 249 invertiert
diese Spannung niedrigen Pegels in eine Spannung hohen Pegels und
gibt diese der Zeitsteuerschaltung 245 aus. Da diese Spannung
hohen Pegels der Zeitsteuerschaltung 245 eingegeben wird,
gibt der Komparator 253 der Verriegelungsschaltung 248 nur
dann wenn der Zustand, in dem die Lampenspannung den dritten Schwellenwert übersteigt,
für eine
festgelegte Zeit anhält,
die Spannung hohen Pegels der Relaissteuerung 218 dem PWM-Steuer-IC 222 und
der Warnschaltung 223 aus, und die Betriebsschaltung 204 und
die Startschaltung 206 beenden ihren Betrieb und die LED 224 wird
eingeschaltet. Ferner ist die Verriegelung des Spannungsausgangs
hohen Pegels des Komparators 253 der Verriegelungsschaltung 248 die
gleiche wie bei den Verriegelungsschaltungen 246 und 247.