DE4412510A1 - Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung, welche in der Lage ist, ein Flackern aufgrund einer Lichtbogen-Bewegung zu verhindern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungslampen- Erleuchtungsvorrichtung, welche ohne ein Flackern zu verursachen, Hochspannungs-Entladungslampen, wie z. B. eine Metallhalidlampe, die für einen Fahrzeugscheinwerfer usw. benutzt wird, erleuchten kann.

Es gibt eine Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung, welche eine Inverterschaltung hat zum Zuführen einer elektrischen Leistung an eine Entladungslampe durch einen Schaltbetrieb eines Halbleiterschaltelements, und ein Rückkopplungs- Steuersystem zum Rückkopplungssteuern des Schaltelements der Inverterschaltung zum Zuführen der notwendigen Leistung durch Erfassen einer Lampenspannung, eines Lampenstroms oder einer Lampenleistung der Entladungslampe.

Herkömmliche Rückkopplungssysteme haben ein Ansprechen, welches eine Verzögerung der Schaltung selbst beinhaltet sowie eine Verzögerung aufgrund einer Phasenkompensation. Das Ansprechen bleibt dasselbe vom Erleuchtungsstart bis zum stabilen Leuchtbetrieb einer Entladungslampe.

Beim Erleuchtungs-Steuerverfahren für die herkömmliche Entladungslampe wird eine niedrige Leistung zugeführt an eine Entladungslampe beim Beginn, und die Nennlampenleistung wird zugeführt während eines stabilen Betriebs. Bei diesem Verfahren ist die Steuerung so gemacht, daß es einige Minuten vom Kaltstart (die Entladungslampe wird gestartet, wenn sie kalt ist) bis zum stabilen Leuchten benötigt, d. h. einem Zeitpunkt, zu dem die Lichtausgabe der Entladungslampe 100% erreicht. Da die Charakteristika der Entladungslampe sehr langsam variieren, ist ein Flackern, welches durch eine Bewegung eines Entladungslichtbogens auf den Entladungslampen-Elektroden verursacht wird, kein Problem. Jedoch in einer Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung für beispielsweise eine Entladungslampe, welche für einen Fahrzeugscheinwerfer benutzt wird, wird die Steuerung so gemacht, daß es nur eine kurze Zeit von etwa einer Sekunde vom Kaltstart bis zum stabilen Leuchten braucht. In diesem Fall wird, wie gezeigt in Fig. 15, eine hohe Lampenleistung Wla zugeführt an eine Entladungslampe von dem Start zum Variieren der Entladungslampen-Charakteristika in schneller Art und Weise durch schnelles Verdampfen von Quecksilber und Metallhalid, welche in einer Röhre versiegelt sind.

Deshalb ändern sich, wie gezeigt in Fig. 12, Entladepunkte eines Entladungslichtbogens 3 zwischen einem Paar von Elektroden 1 und 2 häufig auf den Elektroden 1 und 2 während des Prozesses von dem Leuchtstart bis zum stabilen Leuchten aufgrund von beispielsweise einer Verdampfung von Quecksilber, das an den Elektroden in der Röhre haftet, und eines Phänomens, das eine Wärmeleitung einer Temperaturverteilung einheitlich in einem Bereich einschließlich des Entladungspunktes macht.

Die Änderung der Entladungspunkte bedeutet eine Änderung einer Entladungslichtbogen-Länge l. Es existiert die folgende Beziehung zwischen einer Lampenspannung Vla, einem Lampenstrom Ila und der Entladungslichtbogen-Länge l:

Vla = a + bl + (c + dl)/Ila

wobei a, b, c und d Konstanten sind, welche von einem Elektrodenmaterial abhängen. Deshalb steigt, falls der Lampenstrom Ila konstant ist, die Lampenspannung Vla, wenn der Entladungslichtbogen länger wird, und nimmt ab, wenn der Entladungslichtbogen kürzer wird.

Eine spezielle Beschreibung eines Beispiels wird gemacht werden. Unmittelbar nach dem Kaltstart ist die Lampenspannung Vla niedrig (etwa 20 V), da der Quecksilber-Dampfdruck in der Röhre niedrig ist. Dann, wenn der Quecksilber-Dampfdruck ansteigt durch Verdampfung von Quecksilber, welches eine Lichtbogen-Entladungsenergie empfangen hat, steigt die Lampenspannung Vla und wird stabilisiert bei einem bestimmten Wert (z. B. 90 V).

Fig. 13 zeigt eine Steuercharakteristik bezüglich der Lampenspannung Vla, und Fig. 14 zeigt eine Beziehung zwischen der Lampenspannung Vla und der Leuchteffizienz einer Entladungslampe (L/P-Wert, welcher die Beleuchtungsstärke lx/Lampenleistung Wla ist).

Wie in Fig. 14 gezeigt, ist die Leuchteffizienz der Entladungslampe niedrig in dem Bereich, in dem die Lampenspannung Vla niedrig ist, und sie ist hoch in dem Bereich, wo die Lampenspannung Vla hoch ist. Deshalb kann die Beleuchtungsstärke konstant gemacht werden durch Zuführen von Leistung an die Entladungslampe in Übereinstimmung mit der Leuchteffizienz, welche mit der Lampenspannung Vla variiert. Die Steuercharakteristik von Fig. 13 ist von solch einem Typ.

Jetzt werden wir einen Fall betrachten, in dem die Entladungspunkte des Lichtbogens 3 auf den Elektroden 1 und 2 sich in solche Richtungen bewegen, daß sie die Entladungslichtbogen-Länge l reduzieren, beispielsweise zu einem Zeitpunkt von Vla = 80 V, während die Lampenspannung Vla vom Leuchtbeginn ansteigt. In diesem Fall ändert sich die Lampenspannung Vla plötzlich um -ΔVla, was einer Abnahme der Lichtbogenlänge l entspricht. Ansprechend darauf steuert das Rückkopplungs-Steuersystem die Inverterschaltung in Übereinstimmung mit der Steuercharakteristik von Fig. 13, so daß die Lampenleistung, die der Entladungslampe zugeführt wird, geändert wird um +ΔWla, was der Variation -ΔVla entspricht. Daraus resultierend wird, wie gezeigt in Fig. 15, die Lichtausgabe der Entladungslampe erhöht um einen Betrag entsprechend der Leistungsvariation +ΔWla, um eine Beleuchtungsstärken-Variation +Δlx zu verursachen. Diese plötzliche Änderung der Entladungslampen- Beleuchtungsstärke wird als ein Flackern durch menschliche Augen erkannt.

Angesichts des obigen Problems beim Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochspannungs- Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung zu schaffen, welche ein Flackern einer Entladungslampe verhindern kann, welches andererseits verursacht werden würde durch eine Bewegung der Entladungspunkte eines Entladungslichtbogens auf den Elektroden.

Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe gelöst nach Anspruch 1 durch eine Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung mit:
einer Inverterschaltung zum Erzeugen einer geeigneten elektrischen Leistung, welche einer Entladungslampe zuzuführen ist;
einem Rückkopplungs-Steuersystem zum Erfassen einer Lampenspannung und eines Lampenstroms oder einer Lampenleistung der Entladungslampe, und zum Rückkopplungssteuern der Inverterschaltung basierend auf zumindest einer der erfaßten Lampenspannung des Lampenstroms und der Lampenleistung; und
einer Ansprechschalt-Schaltung zum Schalten einer Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungssteuersystems, so daß die Ansprechgeschwindigkeit hoch ist in einem Bereich niedriger Leuchteffizienz und niedrig ist in einem Bereich hoher Leuchteffizienz.

Bei der obigen Konstruktion steuert, sogar falls die Lampenspannung sich ändert aufgrund einer Bewegung der Lichtbogen-Entladungspunkte auf den Elektroden der Entladungslampe, wenn die Leuchteffizienz hoch ist, das Rückkopplungssteuersystem, welche in dem Langsam- Ansprechzustand ist, die Inverterschaltung langsam, und dementsprechend erzeugt die Inverterschaltung eine sich langsam ändernde elektrische Leistung.

Deshalb ändert sich sogar in dem Bereich hoher Leuchteffizienz die Beleuchtungsstärke der Entladungslampe langsam und somit wird eine Beleuchtungsstärken-Änderung nicht durch menschliche Augen erkannt. Andererseits steigt in dem Bereich niedriger Leuchteffizienz die Lampenspannung in einer kurzen Periode, und die Entladungslampen­ charakteristika ändern sich schnell. Da jedoch das Rückkopplungs-Steuersystem die hohe Ansprechgeschwindigkeit hat, kann die Steueroperation korrekt bewirkt werden ohne eine ungute Verzögerung.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer Entladungslampen-Erleuchtvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Wellenformdiagramm zum Zeigen, wie Beleuchtungsstärke und Lampenleistung variieren, wenn Lichtbogen-Entladungspunkte sich auf Elektroden einer Entladungslampe bewegen;

Fig. 3(a)- 3 (d) Wellenformdiagramme zum Zeigen des Betriebs der Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen des Hauptteils der Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung von Fig. 4;

Fig. 6(a)- 6(h) Wellenformdiagramme zum Zeigen des Betriebs der Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform;

Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen einer Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 ein Schaltungsdiagramm zum Zeigen des Hauptteils der Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung von Fig. 8;

Fig. 10 eine Verstärkungs-Frequenz-Charakteristik einer Ansprechschalt-Schaltung, benutzt in der ersten bis vierten Ausführungsform;

Fig. 11 eine Verstärkungs-Frequenz-Charakteristik einer Ansprechschalt-Schaltung, benutzt in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Bewegung eines Entladungslichtbogens der Entladungslampe;

Fig. 13 eine Darstellung zum Zeigen einer Entladungslampen-Steuercharakteristik;

Fig. 14 eine Darstellung zum Zeigen einer Beziehung zwischen einer Leuchteffizienz und einer Lampenspannung der Entladungslampe; und

Fig. 15 ein Wellenformdiagramm zum Zeigen einer Entladungslampen-Erleuchtungs-Charakteristik bei einer herkömmlichen Erleuchtungsvorrichtung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beschrieben werden mit Bezug auf die begleitende Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 10 eine Entladungslampe für einen Scheinwerfer usw., und Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Gleichspannungsquelle. Eine Gleichspannungs/Gleichspannungs- Konverterschaltung 12 als eine Inverterschaltung führt Leistung an die Entladungslampe 10 durch Unterwerfen einer Ausgabespannung der Gleichspannungsquelle 11 einer Gleichspannungs/Gleichspannungs-Umwandlung, die durchgeführt wird durch einen Ein/Aus-Betrieb eines Halbleiterschaltelements.

Eine Impulsbreiten-Modulationsschaltung 13 hat eine Oszillationsschaltung 14 zum Erzeugen einer Dreieckswelle, eine Vergleichsschaltung 15 und eine Antriebsschaltung 16 und steuert eine Ausgangsleistung der Konverterschaltung 12 durch Ändern des Arbeitsfaktors des Ein/Aus-Schaltens des Schaltelements in der Konverterschaltung 12.

Ein Rückkopplungs-Steuersystem 17 führt eine Rückkopplungssteuerung der Konverterschaltung 12 durch zum Erzeugen einer notwendigen Leistung für die Entladungslampe 10, und zwar durch Erfassen eines Lampenstroms Ila und einer Lampenspannung Vla der Entladungslampe 10. Das Rückkopplungs- Steuersystem 17 erfaßt den Lampenstrom Ila mittels eines Widerstands R2 und die Lampenspannung Vla mittels der Widerstände R3 und R4 und führt eine Rückkopplungssteuerung durch durch Veranlassen der Impulsbreiten- Modulationsschaltung 13, die Konverterschaltung 12 zu steuern, und zwar unter Benutzung einer Leistungsberechnungs- Schaltung 18 und einer Ansprechschalt-Schaltung 19.

Basierend auf dem erfaßten Lampenstrom und der Lampenspannung berechnet die Leistungsberechnungs-Schaltung 18 ein Steuersignal zum Schaffen der Steuercharakteristik, welche in Fig. 13 gezeigt ist. Das berechnete Steuersignal wird eingegeben an die Ansprechschalt-Schaltung 19.

Die Ansprechschalt-Schaltung 19 hat eine CR- Integrationsschaltung 20, welche aus einem Widerstand R1 und einem Kondensator C1 besteht, und eine Integrationszeit- Konstante bestimmt, und ein Schaltelement S1, wie z. B. einen Analogschalter, welcher vorgesehen ist parallel mit dem Widerstand R1 und dazu dient, die Integrationszeit-Konstante zu schalten. Das Schaltelement S1 wird angetrieben durch eine Ausgabe einer Spannungserfassungs-Schaltung 21. Die Spannungserfassungs-Schaltung 21 hat einen Komparator 23 zum Vergleichen der Lampenspannung Vla, geteilt durch die Widerstände R3 und R4, mit einer Bezugsspannung einer Bezugsspannungsquelle 22. Der Komparator 23 treibt das Schaltelement S1 der Ansprechschalt-Schaltung 19 an in Übereinstimmung mit dem Pegel der Lampenspannung Vla, und zwar durch Versorgen davon mit einem L-Signal, wenn die geteilte Lampenspannung Vla niedriger als die Bezugsspannung ist, und mit einem H-Signal, wenn die geteilte Lampenspannung Vla größer als die Bezugsspannung ist.

Basierend auf dem Ausgabesignal des Komparators 23 arbeitet die Ansprechschalt-Schaltung 19 auf die folgende Art und Weise, um die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs- Steuersystems 17 umzuschalten. D.h., angesichts der Lampenspannung versus Leuchteffizienz-Charakteristik von Fig. 14 wird, wenn die Lampenspannung Vla hoch ist, das Schaltelement S1 geschlossen zum Löschen der Integrationszeit-Konstanten der CR-Integrationsschaltung 20. Wenn andererseits die Lampenspannung Vla niedrig ist, wird das Schaltelement geöffnet zum Errichten der Integrationszeit-Konstanten.

In der Impulsbreiten-Modulationsschaltung 13 wird das Steuersignal, das durch die Ansprechschalt-Schaltung 19 tritt, eingegeben an die Vergleichsschaltung 15. Die Vergleichsschaltung 15 bestimmt den Arbeitsfaktor in Übereinstimmung mit dem Steuersignal und dem Lampenstrom Ila unter Benutzung des Dreieckwellensignals, welches von der Oszillationsschaltung 14 zugeführt wird. Die Impulsbreiten- Modulationsschaltung 13 steuert die Ausgangsleistung der Konverterschaltung 12 durch Antreiben des Schaltelements der Konverterschaltung 12 durch die Antriebsschaltung 16.

Eine Polaritätsschalt-Schaltung 24 ist vom Vollbrückentyp. Um das Kataphorese-Phänomen zu verhindern, wobei eine Farbseparation der Röhre und eine Abweichung des lichtemittierenden Abschnitts auftritt, wenn die Entladungslampe 10 angetrieben wird durch eine Spannung einer festen Polarität, werden zwei Paare von Schaltelementen einer Vollbrücke alternierend eingeschaltet durch eine Niedrigfrequenz-Antriebsschaltung 25, um die Ausgabe der Konverterschaltung 12 auf eine Niedrigfrequenz-Wechselstrom- Rechteckwelle umzuwandeln. Die Niedrigfrequenz-Wechselstrom- Rechteckwelle wird zugeführt an die Entladungslampe 10 über eine Zündvorrichtung 26, welche einen Hochspannungsimpuls zum Starten der Entladungslampe 10 erzeugt.

Als nächstes wird eine detaillierte Beschreibung gemacht werden von einem Betrieb zur Zeit des Einschaltens der Entladungslampe 10.

Zunächst erzeugt die Konverterschaltung 12 eine Startspannung (etwa 300 V), welche notwendig ist zum Starten der Entladungslampe 10. Ein Paar von Schaltelementen der Polaritätsschalt-Schaltung 24 wird eingeschaltet zum Anlegen der Startspannung an die Entladungslampe 10. Zur selben Zeit wird ebenfalls ein Hochspannungsimpuls (etwa 20 kV), erzeugt durch die Zündvorrichtung 26, angelegt an die Entladungslampe 10, welcher der Startspannung überlagert ist, um einen elektrischen Durchbruch in der Röhre zu erzeugen.

Daraus resultierend startet die Entladungsröhre 10 zu leuchten, während ein Übergang stattfindet von einer Glimm- Entladung zu einer Lichtbogen-Entladung. Während der Startperiode, wenn der Quecksilber-Dampfdruck niedrig ist, und deshalb die Entladungslampe 10 eine niedrige Impedanz hat, ist die Lampenspannung Vla etwa 20 V.

Andererseits werden in dem Rückkopplungs-Steuersystem 17 der Lampenstrom Ila und die Lampenspannung Vla jeweils erfaßt durch den Widerstand R2 und die Widerstände R3 und R4, und die Leistungsberechnungsschaltung 18 erzeugt das Steuersignal in Übereinstimmung mit dem erfaßten Lampenstrom Ila und der Lampenspannung Vla zum Schaffen der in Fig. 13 gezeigten Steuercharakteristik.

Das so erhaltene Steuersignal wird eingegeben an die Impulsbreiten-Modulationsschaltung 13 über die Ansprechschalt-Schaltung 19.

Die Impulsbreiten-Modulationsschaltung 13 bestimmt den Impulsarbeitsfaktor basierend auf dem Steuersignal und dem Lampenstrom Ila und treibt das Schaltelement der Konverterschaltung 12 so an, daß die Ausgangsleistung der Konverterschaltung 12 der Steuercharakteristik von Fig. 13 genügt. Die Ausgabespannung der Konverterschaltung 12 wird umgewandelt durch die Polaritätsschalt-Schaltung 24 in die Wechselstrom-Rechteckwelle, welche der Entladungslampe 10 zugeführt wird.

In der Entladungslampe 10 wird Quecksilber innerhalb der Röhre verdampft beim Empfangen thermischer Energie von der Lichtbogen-Entladung. Daraus resultierend steigt der Quecksilber-Dampfdruck schnell an, und die Lampenspannung Vla steigt dementsprechend an.

Der Komparator 23 der Spannungserfassungs-Schaltung 21 vergleicht die Lampenspannung Vla, geteilt durch die Widerstände R3 und R4, mit der Bezugsspannung. Im Betriebsbereich, in dem die Lampenspannung Vla niedrig ist, und das Leuchtvermögen der Entladungslampe 10 ebenfalls niedrig ist, ist die (geteilte) Lampenspannung Vla niedriger als die Referenzspannung, wie gezeigt in Fig. 3(a), und der Komparator 23 gibt ein H-Signal aus, wie gezeigt in Fig. 3(d). Ansprechend auf das H-Signal, welches von dem Komparator 23 ausgesendet wird, wird das Schaltelement S1 der Ansprechschalt-Schaltung 19 geschlossen, um den Widerstand R1 kurzzuschließen, und zwar wie gezeigt in Fig. 3 (b). Da in diesem Fall die Integrationszeit-Konstante der CR- Integrationsschaltung 20 gelöscht ist, ist die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems 17 schnell, wie gezeigt in Fig. 3(c).

Die schnelle Ansprechgeschwindigkeit wird in diesem Betriebsbereich angewendet, da in diesem Bereich die Lampenspannung Vla schnell ansteigt, um schnell die Charakteristika der Entladungslampe 10 zu ändern. Falls die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems 17 nicht schnell wäre, würde die Steuerung nicht geeignet ausgeführt werden wegen einer Verzögerung.

Da die Leuchteffizienz der Entladungslampe 10 in diesem Bereich niedrig ist, ist die Variation Δlx der Lampen- Beleuchtungsstärke sehr klein, sogar falls die Lichtbogen- Entladungspunkte auf den Elektroden variieren, um kein Flackern zu verursachen.

Weiterhin sind in diesem Betriebsbereich, da nur eine kurze Zeit verstrichen ist seit dem Start der Entladungslampe 10, die Entladungspunkte auf den Elektroden heißer als die übrigen Abschnitte, und es gibt deshalb fast keine Möglichkeit, daß die Lichtbogen-Entladungspunkte sich bewegen.

Wenn die Entladungslampe 10 weiter leuchtet, und der Quecksilber-Dampfdruck innerhalb der Röhre ansteigt, steigen sowohl die Lampenspannung Vla als auch die Leuchteffizienz der Entladungslampe 10, wie gezeigt in Fig. 3(a). Da die Lampenspannung Vla, geteilt durch die Widerstände R3 und R4, höher ist als die Bezugsspannung (siehe Fig. 3(a)), gibt der Komparator 23 ein L-Signal, wie gezeigt in Fig. 3(d), aus.

Ansprechend auf das L-Signal wird das Schaltelement S1 der Ansprechschalt-Schaltung 19 geöffnet, wie gezeigt in Fig. 3 (d). Da das Steuersignal von der Leistungsberechnungs- Schaltung 18 integriert wird mit der Zeitkonstanten
T = R1 × C1 der CR-Integrationsschaltung 20, welche aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 besteht, ist die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems 17 niedrig, wie gezeigt in Fig. 3 (c).

In diesem Betriebsbereich, wie gezeigt in Fig. 3(a), nähert sich die Lampencharakteristik ihrem stabilen Zustand, und die Lampenspannung Vla und der Lampenstrom Ila variieren langsam. Deshalb wird, sogar falls das Steuersignal integriert wird mit der Zeitkonstanten T, eine Verzögerung in dem Steuerbetrieb nicht die Lampencharakteristika widrig beeinflussen.

Andererseits können in diesem Betriebszustand, da eine gewisse Zeit verstrichen ist seit dem Start der Entladungslampe 10 und eine Temperaturdifferenz zwischen den Entladungspunkten und den übrigen Abschnitten auf den Elektroden klein ist, die Lichtbogen-Entladungspunkte sich auf den Elektroden bewegen. Falls die Lampenspannung Vla sich ändert, wie gezeigt in Fig. 3(a), durch eine Bewegung des Entladungslichtbogens, reflektiert das Steuersignal, das von der Leistungsberechnungs-Schaltung 18 ausgegeben wird, diese Variation ΔVla.

Da jedoch das Schaltelement S1 der Ansprechschalt-Schaltung 19 geöffnet ist (siehe Fig. 3(b)), um das Rückkopplungs­ steuersystem 17 in den Langsam-Ansprechzustand zu versetzen, verursacht die Integrationszeit-Konstante der CR- Integrationsschaltung 20 der Ansprechschalt-Schaltung 19, daß sich das Steuersignal langsam ändert. Daraus resultierend ändert sich, wie gezeigt in Fig. 2, die Leistung, die von der Konverterschaltung 12 zugeführt wird, welche gesteuert wird durch die Impulsbreiten-Modulationsschaltung 13, an die Entladungslampe 10 in Übereinstimmung mit dem Steuersignal langsamer (angezeigt durch eine durchgezogene Linie in Fig. 2) als im herkömmlichen Fall (angezeigt durch eine gestrichelte Linie).

Deshalb ändert sich, sogar wenn die Lichtbogen- Entladungspunkte sich auf den Elektroden bewegen, die Beleuchtungsstärke der Entladungslampe 10 langsamer (angezeigt durch eine durchgezogene Linie in Fig. 2) als im herkömmlichen Fall (angezeigt durch eine gestrichelte Linie). Obwohl eine absolute Beleuchtungsstärken-Variation Δlx die gleiche bleibt, kann ein zeitdifferentieller Wert Δlx/dt verkleinert werden, so daß die Beleuchtungsstärken-Variation nicht durch menschliche Augen erkannt werden wird. Das kommt daher, weil eine Beleuchtungsstärken-Variation gemittelt wird bei der visuellen Erkennung, falls Δlx/dt kleiner ist als ein bestimmter Wert, und zwar aufgrund der Zeitkonstante der physiologischen Reaktion von der Retina zum Großhirn und der Funktion des Sehsystems des Aufaddierens temporärer Variationen des Lichts (Blochs Gesetz).

Bei dieser Ausführungsform ist basierend auf Experimenten die Integrationszeit-Konstante der CR-Integrationsschaltung 20, welche aus dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 besteht, auf 0,8 Sekunden eingestellt.

Wie oben beschrieben, erfaßt gemäß der ersten Ausführungsform die Spannungserfassungs-Schaltung 21 die Lampenspannung Vla, und die Ansprechschalt-Schaltung 19 schaltet die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems 17 so, daß die Ansprechgeschwindigkeit erniedrigt wird, wenn die Lampenspannung Vla die Stabilzustands-Spannung minus 10 V erreicht, basierend auf den Tatsachen, daß die Lampenspannung Vla eine Korrelation mit der Leuchteffizienz hat und daß die Lampencharakteristika und die Frequenz der Entladungs- Lichtbogenbewegungen sich schnell ändern in dem Betriebsbereich, in dem die Lampenspannung Vla niedrig ist.

Die Ansprechgeschwindigkeit kann geschaltet werden durch Erfassen der Variationsrate der Lampenspannung Vla (siehe Fig. 4 und 5) oder die Beleuchtungsstärken-Variation der Entladungslampe 10.

Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei die Variationsrate der Lampenspannung Vla erfaßt wird und die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems 17 geschaltet wird durch die Ansprechschalt-Schaltung 19 in Übereinstimmung mit der erfaßten Variationsrate.

Nach dem Leuchtbeginn der Entladungslampe 10 steigt die Lampenspannung Vla schnell an mit dem Anstieg des Quecksilber-Dampfdrucks innerhalb der Röhre, und die Variationsrate nimmt ab, wenn die Lampenspannung Vla sich ihrem Stabilzustandswert annähert. Deshalb ist es möglich, eine Bedingung zum Schalten der Ansprechgeschwindigkeit durch Erfassen der Variationsrate der Lampenspannung Vla zu erhalten.

In Fig. 4 und 5 hat eine Abtast-Halte-Schaltung 27 Pufferverstärker 28 und 29, ein Schaltelement S2 und einen Kondensator C2 und tastet ab und hält die Lampenspannung Vla, geteilt durch die Widerstände R3 und R4 in Übereinstimmung mit der Oszillationsperiode einer Oszillationsschaltung 30. Eine Differenzierschaltung 31 hat einen Kondensator C3 und einen Pufferverstärker 32 und differenziert eine Ausgabe der Abtast-Halte-Schaltung 27 zum Bestimmen einer Variationsrate der Lampenspannung Vla bezüglich der Oszillationsperiode der Oszillationsschaltung 30.

Eine Spitzenwert-Ladeschaltung 33 hat eine Diode D1, einen Kondensator C4 und eine Widerstand R5 und wandelt eine Ausgabe der Differenzierschaltung 31 in ein geglättetes Signal zum Anzeigen der Variationsrate der Lampenspannung Vla. Eine Vergleichsschaltung 34 hat eine Referenzspannungsquelle 35 und einen Komparator 36. Vergleichend eine Ausgabe der Spitzenwert-Ladeschaltung 33 mit einer Bezugsspannung schließt die Vergleichsschaltung 34 das Schaltelement S1 der CR-Integrationsschaltung 20, wenn die Variationsrate der Spannung Vla größer ist als die Bezugsspannung und öffnet ihn, wenn die Variationsrate kleiner ist als die Bezugsspannung.

Bei dieser Ausführungsform, wie gezeigt in Fig. 6(a)-6(c), wird die Lampenspannung Vla, geteilt durch die Widerstände R3 und R4, abgetastet und gehalten durch die Schaltung 27 in Übereinstimmung mit der Oszillationsperiode der Oszillationsschaltung 30. Insbesondere wird die Lampenspannung Vla, geteilt durch die Widerstände R3 und R4, eingegeben an das Schaltelement S2 über den Pufferverstärker 28, der elektrisch deren Eingabe und Ausgabe separiert. Wenn eine Ausgabe der Oszillationsschaltung 30 H ist, ist die Schalt-Schaltung S2 geschlossen zum Laden des Kondensators C2 mit dem Signal, das durch den Pufferverstärker 28 gesendet wird. Wenn die Ausgabe der Oszillationsschaltung 30 L wird, ist die Schalt-Schaltung S2 ausgeschaltet. Da in diesem Fall die Eingangsimpedanz des Pufferverstärkers 29 hoch ist, entlädt sich der Kondensator C2 nicht, d. h. er behält seine Spannung.

Dann, wenn die Ausgabe der Oszillationsschaltung 30 wieder H wird, wird das Schaltelement S2 geschlossen zum Laden des Kondensators C2 mit dem Signal, das durch den Pufferverstärker 28 gesendet wird. Da in diesem Fall der Kondensator C2 die Spannung gehalten hat, die aufgebaut wurde, während die Ausgabe des Oszillators zuvor H war (der Kondensator C2 ist getrennt vom Pufferverstärker 28 durch das Schaltelement S2), wird er schnell aufgeladen um einen Betrag entsprechend eines Anstiegs der Lampenspannung Vla während der L-Ausgabeperiode der Oszillationsschaltung 30. Durch Wiederholen der obigen Operation tastet die Schaltung 27 die Lampenspannung Vla ab und hält sie, nämlich wie geteilt durch die Widerstände R3 und R4, und zwar in Übereinstimmung mit der Oszillationsperiode der Oszillationsschaltung 30, wie gezeigt in Fig. 6(b) und 6(c).

Durch Differenzieren der Ausgabe der Abtast-Halte-Schaltung 27 erzeugt die Differenzierschaltung 31 ein Signal zum Anzeigen der Variationsrate der Lampenspannung Vla bezüglich der Oszillationsperiode der Oszillationsschaltung 30, wie gezeigt in Fig. 6(d). Insbesondere nimmt der Kondensator 03 nur die Randabschnitte des Ausgabesignals der Abtast-Halte- Schaltung 27 auf, welches in einer schrittartigen Weise variiert, und die extrahierten Randabschnitte werden durchgelassen durch den Pufferverstärker 32. Da der Pufferverstärker 29 mit einer einzelnen Spannungsquelle arbeitet, wird ein plötzlicher Abfall der Lampenspannung Vla aufgrund einer Entladungslichtbogen-Bewegung nicht ausgegeben von dem Pufferverstärker 29, da sie einer Minus-Ausgabe entspricht.

Nachdem die Variationsrate bestimmt ist durch die Differenzierschaltung 31, wandelt die Spitzenwert- Ladeschaltung 33 die Ausgabe der Differenzierschaltung 31 in ein geglättetes Signal zum Anzeigen der Variationsrate der Lampenspannung Vla, wie gezeigt in Fig. 6(e). Da die Dreieckswellen-Spitzen der Ausgabe der Differenzierschaltung 31 die Variationsrate der Lampenspannung Vla darstellen, ist die Spitzenwert-Ladeschaltung 33 so konstruiert, daß der Kondensator C4 geladen wird mit der Ausgabe der Differenzierschaltung 31 über die Diode D1, und die Diode D1 erlaubt, daß sich der Kondensator C4 nur über den Widerstand R5 entlädt. Bei dieser Konstruktion wandelt die Spitzenwert- Ladeschaltung 33 die Variationsrate der Lampenspannung Vla in ein geglättetes Signal durch Laden des Kondensators C4 bei jeder Dreieckswellen-Spitze der Ausgabe der Differenzierschaltung 31.

Der Komparator 36 der Vergleichsschaltung 34 vergleicht die Ausgabe der Spitzenwert-Ladeschaltung 33 mit der Bezugsspannung. Wie gezeigt in Fig. 6(f), gibt der Komparator 36 ein H-Signal aus, wenn die Ausgabe der Spitzenwert- Ladeschaltung 33 höher ist als die Bezugsspannung, und er gibt ein L-Signal aus, wenn sie niedriger ist als die Bezugsspannung.

Da das Schaltelement S1 der CR-Integrationsschaltung 20 gesteuert wird durch die Ausgabe der Vergleichsschaltung 24, ist das Schaltelement S1 geschlossen, wenn die Variationsrate der Lampenspannung Vla höher ist als die Bezugsspannung, und es ist geöffnet, wenn sie niedriger ist als die Bezugsspannung, so daß das Steuersignal sich langsam ändert durch die Integrationszeit-Konstante der CR- Integrationsschaltung 20 (siehe Fig. 6 (g) und 6 (h)).

Bei der zweiten Ausführungsform ändert sich wie im Fall der ersten Ausführungsform die Beleuchtungsstärke der Entladungslampe 10 langsam, und solch eine Beleuchtungsstärken-Änderung wird nicht erkannt durch menschliche Augen, sogar falls die Entladungs- Lichtbogenpunkte sich auf den Elektroden bewegen.

Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ansprechgeschwindigkeit erhöht wird während einer vorbestimmten Phase nach dem Leistungseinschalten und niedrig gemacht wird nach einem Verstreichen der vorbestimmten Periode. In Fig. 7 startet ein Zeitgeber 37 zu operieren, wenn ein Leistungsschalter 38 eingeschaltet wird, und schaltet das Schaltelement S1 der Ansprechschalt-Schaltung 19 aus, wenn die vorbestimmte Zeitspanne vorübergegangen ist.

Bei dieser Ausführungsform wird, sofort nachdem der Leistungsschalter 38 eingeschaltet ist zum Starten der Entladungslampe 10, das Schaltelement S1 geschlossen zum Erhöhen der Ansprechgeschwindigkeit. Nach Verstreichen der vorbestimmten Periode schaltet das Schaltelement S1 aus ansprechend auf ein Signal, das von dem Zeitgeber 37 gesendet wird, um die Ansprechgeschwindigkeit zu erniedrigen. Ebenfalls bei dieser Ausführungsform ändert sich nach Verstreichen der vorbestimmten Periode die Beleuchtungsstärke der Entladungslampe 10 langsam, und eine Beleuchtungsstärken- Änderung wird nicht erkannt durch menschliche Augen, sogar falls die Entladungs-Lichtbogenpunkte sich auf den Elektroden bewegen.

Fig. 8 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird nach dem Schalten von dem schnellen Ansprechzustand zum langsamen Ansprechzustand der langsame Ansprechzustand beibehalten, bis die Entladungslampe 10 ausgeschaltet wird. Der schnelle Ansprechzustand wird wiederhergestellt zu einer Zeit des Neustartens der Entladungslampe 10.

Insbesondere hält, nachdem sich die Lampenspannung Vla, erfaßt durch die Spannungserfassungs-Schaltung 21, sich in den Hochspannungsbereich verschiebt, eine Einrastschaltung 39 das Schaltelement 51 der Ansprechgeschwindigkeit-Schalt- Schaltung 19 in dem Auszustand, bis die Entladungslampe 10 ausgeschaltet wird.

Da die Einrastschaltung 39 den langsamen Ansprechzustand beibehält, wenn das Schaltelement S1 einmal ausgeschaltet ist zum Schalten der Ansprechgeschwindigkeit der Rückkopplungs- Steuerschaltung 17 auf die niedrige Geschwindigkeit, wird kein irrtümlicher Betrieb auftreten in der Erleuchtungsvorrichtung, sogar wenn die Charakteristika der Entladungslampe 10 geändert werden durch beispielsweise eine Bewegung der Lichtbogen-Entladungspunkte auf den Elektroden. Zusätzlich wird die Einrastschaltung 39 zurückgesetzt, wenn die Entladungslampe 10 ausgeschaltet wird durch Ausschalten des Leistungsschalters 38 (keine Spannung wird an die Einrastschaltung 39 zugeführt). Deshalb ist, wenn die Entladungslampe 10 neu gestartet wird durch Einschalten des Leistungsschalters 38, die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems 17 notwendigerweise zurückversetzt auf die hohe Geschwindigkeit.

Fig. 9 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, wobei die CR-Integrationsschaltung 20 der Ansprechschalt-Schaltung 19, die bei den obigen Ausführungsformen benutzt wurde, ersetzt ist durch eine Tiefpaß-Filterschaltung 40 zweiter Ordnung.

Wenn die Ansprechschalt-Schaltung 19 aufgebaut ist aus der CR-Integrationsschaltung 20, wie bei den obigen Ausführungsformen, ist eine Abschneidefrequenz fc der CR- Integrationsschaltung 20 so eingestellt, daß eine Frequenz f1, welche der temporären Variation der Steuercharakteristik entspricht, niedriger ist als die Abschneidefrequenz fc (siehe Fig. 10)
Wenn die Lichtbogen-Entladungspunkte sich auf den Elektroden bewegen, tritt eine Komponente mit einer Frequenz f2 auf in der Ausgabe der Leistungs-Berechnungsschaltung 18, welche eine schnelle Änderung als eine Ursache eines Flackerns der Entladungslampe 10 darstellt. Da die Frequenz f2 höher ist als die Frequenz f1 (entspricht der temporären Variation der Steuercharakteristik) und auf einer Abfallinie von -20 dB/dez. liegt, wird diese Komponente integriert mit einem Zerfall von -20 dB/dez. bezüglich des Abschneidesignals fc, so daß sie nicht als ein Flackern erkannt wird.

Obwohl die CR-Integrationsschaltung 20 einen Zerfall von -20 dB/dez. für eine Komponente mit einer Frequenz höher als der Abschneidefrequenz fc vorsieht, kann sie dennoch nicht hinreichend die flackernverursachende Komponente der Frequenz f2 beseitigen und integrieren, falls f1 und f2 nahe beieinander liegen.

Wo eine hinreichende Integration nicht durchgeführt werden kann durch eine Tiefpaß-Filterschaltung erster Ordnung, wie z. B. die CR-Integrationsschaltung 20, ist es effektiv, eine Tiefpaß-Filterschaltung 40 zweiter Ordnung, wie gezeigt in Fig. 9, zu benutzen.

In Fig. 9 ist der Tiefpaß-Filter 40 zweiter Ordnung als die Integrationseinrichtung eine Tiefpaß-Filterschaltung des Spannungsquellentyps bestehend aus Widerständen R6 und R7, Kondensatoren C5 und C6 und einem Operationsverstärker 41. Falls angenommenerweise R6 = R7 = R, gilt die folgende Beziehung zwischen der Abschneidefrequenz fc und den Schaltungskonstanten C5=1/√2Rfc und C6=1/2√2πRfc.

Deshalb ist, wie gezeigt in Fig. 11, eine Komponente mit einer Frequenz höher als der Abschneidefrequenz fc unterworfen einem Abfall von -40 dB/dez. Verglichen mit dem Fall der CR-Integrationsschaltung 20 wird ein zusätzlicher Abfall von -20 dB/dez. erhalten durch die Tiefpaß- Filterschaltung 40 zweiter Ordnung, falls die Abschneidefrequenz fc dieselbe ist. Deshalb kann die Tiefpaß- Filterschaltung 40 eine hinreichende Integration durchführen, sogar unter der Bedingung, unter der die CR- Integrationsschaltung 20 dies nicht tun kann.

Wo sogar die Tiefpaß-Filterschaltung 40 keine hinreichende Integration durchführen kann, kann eine Tiefpaß- Filterschaltung höherer Ordnung (z. B. dritter Ordnung oder vierter Ordnung) benutzt werden zum Vorsehen einer hinreichenden Integration. Im Fall eines Tiefpaß-Filters Nter Ordnung ist die Abfallrate bezüglich der Abschneidefrequenz fc -20xN dB/dez.

Ebenfalls wird bei der fünften Ausführungsform, während das Schaltelement S1 offen ist, das Steuersignal von der Leistungsberechnungs-Schaltung 18 umgewandelt in ein Langsam- Ansprechsignal durch die Tiefpaß-Filterschaltung 40 zweiter Ordnung und dann zugeführt an die Vergleichsschaltung 15. Während das Schaltelement S1 geschlossen ist, tritt das Steuersignal durch die Tiefpaß-Filterschaltung 40 zweiter Ordnung, wobei die Ansprechgeschwindigkeit nicht reduziert ist, und wird dann zugeführt an die Vergleichsschaltung 15.

Obwohl die obigen Ausführungsformen gerichtet sind auf die Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung, welche die Entladungslampe 10 durch Anlegen der Niedrigfrequenz- Wechselstrom-Rechteckwelle erleuchtet, kann die Erfindung in ähnlicher Weise angewendet werden auf eine Entladelampen- Erleuchtungsvorrichtung eines Hochfrequenz -Erleuchtungstyps.

Die Ansprechschalt-Schaltung 19 kann eine Integrationsschaltung unter Benutzung eines Operationsverstärkers anstatt der CR-Integrationsschaltung 20 sein.

Da, wie oben beschrieben, gemäß der Erfindung die Ansprechgeschwindigkeit-Steuerschaltung die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems schaltet, so daß die Ansprechgeschwindigkeit hoch ist in dem Bereich, in dem die Leuchteffizienz der Entladungslampe niedrig ist, und niedrig ist in dem Bereich, in dem die Leuchteffizienz hoch ist, kann ein Flackern verhindert werden, sogar wenn die Lichtbogen-Entladungspunkte sich auf den Elektroden bewegen. Somit kann die Erfindung die billige Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung schaffen, welche einfach ist im Aufbau und es erlaubt, daß die Entladungslampe ein Hochqualitätslicht erzeugt.

Claims (6)

1. Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung mit:

• - einer Inverterschaltung zum Erzeugen einer geeigneten elektrischen Leistung, welche an eine Entladungslampe zuzuführen ist;
• - einem Rückkopplungs-Steuersystem zum Erfassen einer Lampenspannung und eines Lampenstroms oder einer Lampenleistung der Entladungslampe und zum Rückkopplungs-Steuern der Inverterschaltung basierend auf zumindest einem der erfaßten Lampenspannung, des erfaßten Lampenstroms und der Lampenleistung; und
• - einer Ansprechschalt-Schaltung zum Schalten einer Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs- Steuersystems, so daß die Ansprechgeschwindigkeit hoch ist in einem Bereich niedriger Leuchteffizienz und niedrig ist in einem Bereich hoher Leuchteffizienz.

2. Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschalt-Schaltung die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems so schaltet, daß die Ansprechgeschwindigkeit hoch ist in einem Bereich, in dem die Lampenspannung niedrig ist, und niedrig ist in einem Bereich, in dem die Lampenspannung hoch ist.

3. Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschalt-Schaltung die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems so schaltet, daß die Ansprechgeschwindigkeit hoch ist in einem Bereich, in dem eine Variationsrate der Lampenspannung groß ist, und niedrig ist in einem Bereich, in dem die Variationsrate der Lampenspannung klein ist.

4. Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschalt-Schaltung die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems so schaltet, daß die Ansprechgeschwindigkeit hoch ist, bis eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist nach dem Einschalten der Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung, und niedrig ist, nach einem Verstreichen der vorbestimmten Periode.

5. Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrastschaltung zum Niedrighalten der Ansprechgeschwindigkeit nachdem einmal die Ansprechschalt-Schaltung die Ansprechgeschwindigkeit des Rückkopplungs-Steuersystems von einer schnellen Geschwindigkeit auf eine niedrige Geschwindigkeit geschaltet hat.

6. Entladungslampen-Erleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschalt-Schaltung eine Tiefpaß-Filterschaltung Nter Ordnung umfaßt, wobei N eine natürliche Zahl nicht geringer als zwei ist.