DE4428850B4

DE4428850B4 - Schaltungsanordnung zum Steuern des Lampenstroms einer Hochdruck-Entladungslampe

Info

Publication number: DE4428850B4
Application number: DE4428850A
Authority: DE
Inventors: Kenji Sanda Nakamura; Nobuo Ukita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-08-03
Filing date: 1994-08-03
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2014-08-04
Also published as: JPH0745390A; JP3280475B2; US5481163A; DE4428850A1

Abstract

Schaltungsanordnung zum Steuern des Lampenstroms einer Hochdruck-Entladungslampe mit
einer Spannungszuführungsanordnung (3, 8, 11) zum Anlegen einer Wechselspannung an die Hochdruck-Entladungslampe (12),
einer Zündvorrichtung (11) zum Anlegen einer Hochspannung an die Hochdruck-Entladungslampe (12), um eine Entladung der Hochdruck-Entladungslampe (12) zu starten,
einer Spannungserfassungsvorrichtung (6) zum Erfassen der an die Hochdruck-Entladungslampe (12) angelegten Spannung,
einer Stromerfassungsvorrichtung (5) zum Erfassen eines der Hochdruck-Entladungslampe (12) zugeführten Stroms, und
einer Lampenspannungs-Steuervorrichtung (4, 7) zum Steuern einer von der Spannungszuführungsanordnung (3, 8, 11) gelieferten Spannung, derart, daß der Wert des von der Stromerfassungsvorrichtung erfassten Stroms mit einem vorbestimmten Stromwert, der der Hochdruck-Entladungslampe zuzuführen ist, übereinstimmt,
gekennzeichnet durch
eine Lampenstrom-Steuereinrichtung (7) mit einer Speichervorrichtung (73) zur Speicherung einer Mehrzahl von sich voneinander unterscheidenden Lampenstrom-Steuerkennlinien, wobei die Lampenstrom-Steuerkennlinien unter Berücksichtigung der Abhängigkeit der Lichtausbeute der Hochdruck-Entladungslampe (12) von der an die Hochdruck-Entladungslampe (12) angelegten Spannung derart bestimmt sind, daß der von...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer Hochdruckentladungslampe, im folgenden auch verkürzt als Entladungslampe bezeichnet, wie einer Halogenmetalldampflampe oder dergleichen.
In neuen Fahrzeugen sind Sicherheit bezüglich der Fahreigenschaften des Fahrzeugs und Anpassung an die Umgebung verlangt und Individualität bekommt jetzt mehr Wichtigkeit. Die Scheinwerfer eines Fahrzeugs müssen zur Zeit so ausgebildet sein, dass sie eine Erhöhung in der Lichtmenge und eine Verringerung der Abmessung aufweisen, wobei eine Verbesserung in der Sicherheit und im Design gegeben sein soll. Übliche für die Fahrzeuge verwendete Lampen treffen auf Schwierigkeiten, solchen Anforderungen zu entsprechen. Daher wurde die Anwendung einer Entladungslampe als neue Lichtquelle diskutiert, die für die Fahrzeugbeleuchtung verwendet werden soll.
1 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer 35 W Halogenmetalldampflampe entsprechend einer Entladungslampe nach dem Stand der Technik. Die Halogenmetalldampflampe 12 weist einen Aufbau auf, bei der ein Quarzkolben 121 an seinen beiden Enden abgedichtet und ein leuchtendes oder lichtemittierendes Rohr 122 in seiner Mitte angeordnet ist.
Die Bezugszeichen 123a und 123b bezeichnen jeweils Wolframelektroden, die in dem lichtemittierenden Rohr 122 vorgesehen sind und jeweils elektrisch über Molybdänfolien 124a, 124b mit externen Leitungen 125a, 125b verbunden sind. Das Leuchtrohr 122 wurde in seinem Innern mit Metallhalogeniden 126 geladen, die durch Kombinieren verschiedener Arten von Metallen, wie Natrium, Scandium usw. mit Jod hergestellt werden, sowie einem Startergas (wie Xenongas) 127 und Quecksilber 128.
Derartige Entladungslampen sind sehr unterschiedlich zu den üblichen Lampen darin, dass die Entladungslampe einen zwischen den Elektroden erzeugten Lichtbogen als Leuchtelement verwendet, und es ist notwendig, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Bogens im Vergleich mit den Lampen nach dem Stand der Technik vorzusehen, deren einziger Glühfaden lediglich mit einer Spannung versorgt wird, um Licht zu emittieren.
Im folgenden wird eine Beschreibung der von der Schaltungsanordnung zu spielenden Rolle über die Art des Aussendens von Licht aus der Entladungslampe gegeben. Die Entladungslampe 12 benötigt zuerst eine hohe Spannung zwischen einigen kV und einigen zehn kV um die Entladung zu starten. Die Schaltungsanordnung erzeugt diese Hochspannung und legt sie zwischen die Wolframelektroden 123a und 123b der Entladungslampe an.
Somit wird eine elektrische Entladung zwischen den Wolframelektroden 123a und 123b der Entladungslampe hervorgerufen, so dass ein Strom zwischen den Wolframelektroden 123a und 123b fließt. Danach liefert die Schaltungsanordnung die maximale Nennleistung oder den maximalen Nennstrom der Entladungslampe 12 an die Entladungslampe 12, um dabei die durch oder von der Entladungslampe 12 ausgesandte Lichtmenge so schnell wie möglich zu erhöhen.
Zu diesem Zeitpunkt aktiviert der Strom, der durch die Entladungslampe 12 fließt, das in dem Leuchtrohr 122 vorhandene Startergas 127, um dabei eine Bogenentladung auf der Grundlage des Startergases 127 zu initiieren.
Zu diesem Zeitpunkt beträgt die der Entladungslampe zugeführte Spannung ungefähr 20 V. Darüber hinaus stellt die Schaltungsanordnung die der Entladungslampe zuzuführende Leistung ein, um graduell die Leistung in Übereinstimmung mit dieser Spannung zu verringern, um dabei die von der Entladungslampe 12 in einem Überlastzustand emittierte Lichtmenge zu steuern oder einzustellen.
Wenn die der Entladungslampe 12 zuzuführende Leistung gesteuert ist, steigt die Temperatur im Innern der Entladungslampe 12 schnell an, um das Quecksilber 128 zu verdampfen, mit dem Ergebnis, dass eine Bogenentladung auf der Grundlage eines Quecksilbergases beginnt. Da die Temperatur im Zentrum der Quecksilberbogenentladung ungefähr 4500 Kelvin erreicht und der Innenraum des lichtemittierenden Rohrs 122 auf eine höhere Temperatur und einen höheren Druck gebracht wird, beginnen die Metallhalogenide 126 zu verdampfen und werden in Metallionen und Halogenionen in dem Bogen getrennt. Als Ergebnis emittiert das Metallion Licht mit einem dem Metall eigenen Spektrum.
Nach der Verdampfung von im wesentlichen allen Metallhalogeniden 126 erreicht das Bogenlicht seine endgültige Form bzw. Ausgangsleistung und eine stabile Spannung ist erreicht (im folgenden „stationäre Lampenspannung" genannt). Zu diesem Zeitpunkt legt die Schaltungsanordnung die der Entladungslampe 12 zugeführte Leistung auf die Nennleistung fest, wodurch die Entladungslampe ein stabiles Licht frei von jedem Flackern emittiert.
Es ist für die Schaltungsanordnung notwendig, dass sie aktiv die der Entladungslampe 12 zugeführte Leistung auf der Grundlage der Lampenspannung steuert, damit das Licht schnell ansteigt und stabilisiert wird. Ein Verfahren zum Durchführen einer solchen Leistungskontrolle wurde in dem Standard EUREKA PROJEKT 273 VEDILIS (im folgenden einfach "VEDILIS" genannt) beschrieben, wobei in 2 ein Beispiel hiervon gezeigt wird.
2 zeigt eine Lampenstrom-Steuerkennlinie, die den durch eine Entladungslampe fließenden Lampenstrom (d.h. Leistung) in Abhängigkeit von der gewünschten, an der Entladungslampe anliegenden Lampenspannung angibt. Entsprechend der Lampenstrom-Steuerkennlinie basierend auf "VEDILIS" wird die Lichtanstiegssteuerung in einem Bereich durchgeführt, in dem die maximale Nennleistung und der maximale Nennstrom der Entladungslampe gegeben sind und die Entladungslampe wird schließlich bei der Nennleistung betrieben und gesteuert.
Vor allem wird bewirkt, daß ein Strom weniger als oder gleich dem maximalen Nennstrom in der Entladungslampe in dem Lampenspannungsbereich von 0 V bis 28,8 V fließt, der aus der maximalen Nennleistung/maximalen Nennstrom der Entladungslampe bestimmt wird. Während dieses Zeitraums erscheint ein linearer Bereich an der Lampenstrom-Steuerkennlinie. Ein Strom, der in bezug auf die Lampenspannung die maximale Nennleistung vorsieht, kann in der Entladungslampe in dem Lampenspannungsbereich von 28,8 V bis auf eine gewünschte Spannung (40 V in diesem Beispiel) fließen. Während dieses Zeitraums erscheint ein Kurvenkennlinienstück auf der Lampenstromsteuerkennlinie.
Als nächstes erscheint ein lineares Kennlinienstück in dem Lampenspannungsbereich von 40 V bis zu der minimalen Nennspannung 65 V der Entladungslampe. Wenn der Lampenspannungsbereich diesen Bereich überschreitet, kann ein Lampenstrom, der die Entladungslampe an der oberen Grenze der Nennleistung von 38 W in bezug auf die Lampenspannung betreibt, in der Entladungslampe fließen. Während dieses Zeitraums erscheint ein gekrümmtes Kennlinienstück auf der Lampenstromsteuerkennlinie.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß ein lineares Kennlinienstück, ein gebogenes Kennlinienstück, ein lineares Kennlinienstück und ein gekrümmtes Kenntlinienstück als Lampenstrom-Steuerkennlinie auf der Grundlage des "VEDILIS" in dieser Weise erscheint, bis die Lampenspannung gesättigt und stabilisiert ist.

3 zeigt eine Lampenstrom-Steuerkennlinie, die durch eine in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4-141988 veröffentlichte Schaltungsanordnung erhalten wird. Die Schaltungsanordnung führt eine Leistungssteuerung längs einer geraden Linie g_c und einer geraden Linie g_b durch, die einen Winkel von θ bilden, und zwar während eines Zeitraums (Übergangsbereich Ab), in dem ein Bereich von einem Lichtemissions-Erregungsbereich Aa, bei dem ein Fließen des maximalen Nennstroms in der Entladungslampe in Übereinstimmung mit einer Lampenstrom-Steuerkennlinie, die durch eine gerade Linie g_a bewirkt wird, in einen Bereich B konstanter Leistung geändert wird, bei dem eine Konstantleistungssteuerung in Übereinstimmung mit einer Lampenstrom-Steuerkennlinie durchgeführt wird, die durch die gerade Linie g_c angegeben wird. Die Schaltungsanordnung bewirkt eine Steuerung der Verringerung der Änderungsrate längs einer Kurve h, die in der Nähe des Punkts, bei dem die gerade Linie g_a und die gerade Linie g_b sich schneiden, geglättet ist. Das Symbol PQ in 3 gibt eine Konstantleistungskurve an.

Eine derartige Steuerung einer Hochdruckentladungslampe ist auch aus der DE 41 32 299 A1 bekannt. Diese weist einen Lampenspannungsdetektor und einen Lampenstromdetektor auf. Die Steuerung erzeugt ein Befehlsignal, um die Ausgangsspannung der Spannungsquelle derart zu steuern, daß während einer Einschaltphase der Lampenstrom größer ist als zur Erzeugung der Nennleistung der Entladungslampe erforderlich.

Da die Schaltungsanordnung für Entladungslampen nach dem Stand der Technik wie oben beschrieben ausgebildet ist, wurde der visuelle Nutzeffekt bzw. der Wir kungsgrad der Entladungslampe bei einer gewünschten Lampenspannung, der aufgrund von Änderungen ihrer Herstellung und sekulären Änderungen variiert, überhaupt nicht berücksichtigt. Darüber hinaus kann nur eine Steuerung auf der Grundlage einer festen Lampenstrom-Steuerkennlinie durchgeführt werden. Da die feste Lampenstrom-Steuerkennlinie eine ist, die auf ihre minimale Nennleistung ausgerichtet ist, wird in der Nähe des Punktes, in dem die Lampenspannung die stationäre Lampenspannung erreicht, eine Verringerung in der Leistung bewirkt. Als Folge tritt ein großer Einbruch bzw. ein Unterschwingen in der von der Entladungslampe erzeugten optischen Ausgangsleistung auf.

Auch die US 5,151,634 offenbart eine Steuervorrichtung für die an eine Hochdruckentladungslampe angelegte Spannung und Strom.

Diese Steuervorrichtung vergleicht abgespeicherte Referenzwerte für den Lampenstrom mit dem gemessenen tatsächlichen Lampenstrom, um den Lampenstrom geeignet zu regeln.

Die US 4,914,356 offenbart die Steuerung einer Entladungslampe während der Warmlaufphase. Hierzu wird mittels Sensoren der Lampenstrom, die Lampenspannung oder andere Kennwerte der Lampe erfaßt und beispielsweise der Lampenstrom konstant eingeregelt. Während der Warmlaufphase der Lampe wird der Lampenstrom derart geregelt, daß die Warmlaufphase abgekürzt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe zu schaffen, durch die schnell die von der Entladungslampe emittierte Lichtmenge auf die Nennlicht menge steigt und auf dieser stabilisiert wird, wobei Unterschiede im visuellen Nutzeffekt bei Variationen der Entladungslampe absorbiert werden sollen, eine Lichtabgabe durch die Entladungslampe bei übermäßiger Leistung sowohl im Startzustand als auch im stationären Zustand verhindert werden soll und wobei der Entladungslampe im Anfangszustand die maximale Leistung zugeführt wird und der Anstieg der Lichtmenge schneller durchgeführt wird und kein Unterschwingen oder Absenken des Lichtpegels auftritt.

Diese Aufgabe wird durch die Steueranordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steueranordnung werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Entladungslampe nach dem Stand der Technik,
2 eine Darstellung zum Beschreiben eines Steuerungsstandards der Entladungslampe nach dem Stand der Technik nach 1,
3 eine Darstellung zum Beschreiben einer Lampenstrom-Steuerkennlinie auf der Grundlage des Steuerstandards nach 2,
4 ein Blockschaltbild des Aufbaus der Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe nach der vorliegenden Erfindung,
5 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung der Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6 eine Zeitdarstellung zum Beschreiben der Wellenformen von Signalen, die an den jeweiligen Punkten der Schaltungsanordnung nach 5 erscheinen,
7 eine Darstellung zum Beschreiben eines Beispiels der Beziehung zwischen Lampenspannung und Nutzeffekt,
8 eine Darstellung zum Beschreiben der Beziehung zwischen Lampenspannung und zugeführter Leistung auf der Grundlage der Beziehung nach 7,
9 eine Darstellung der Lampenstrom-Steuerkennlinie der Schaltungsanordnung nach 5,
10 eine Darstellung zur Erläuterung der Lichtmengenanstiegskennlinie der Entladungslampe, die auf der Grundlage der Kennlinie nach 9 erzeugt wird,
11 eine Darstellung zur Beschreibung eines Beispiels einer Beziehung zwischen einer Mehrzahl von Lampenspannungen und ihrer entsprechenden Nutzeffekte,
12 eine Ansicht zur Erläuterung einer Beziehung zwischen Lampenspannungen und Eingangsleistung, die auf der Grundlage der Beziehung nach 11 erhalten wird,
13 eine Darstellung der Lampenstrom-Steuerkennlinie der Schaltungsanordnung nach 5 zur Durchführung der Beleuchtungssteuerung auf der Grundlage einer Vielzahl von Steuerkennlinien,
14 eine Ansicht zur Erläuterung einer Lampenstrom-Steuerkennlinie, die mit einer Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird,
15 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Lampenstrom-Steuerkreises, der in der Schaltungsanordnung nach 14 verwendet wird,
16 eine Darstellung zum Beschreiben der von Differenzverstärkern erzeugten Ausgangsspannungen, die in dem Lampenstrom-Steuerkreis nach 15 verwendet werden,
17 eine Ansicht zum Erläutern der Ausgangsspannungen, die von einem Maximalwert-Auswahlkreis erzeugt werden, der in dem Lampenstrom-Steuerkreis nach 15 verwendet wird,
18 eine Darstellung der von dem Lampenstrom-Steuerkreis nach 15 erzeugten Ausgangsspannung,
19 eine Darstellung zum Beschreiben der Anstiegscharakteristik einer Lampenspannung,
20 eine Darstellung für die Erläuterung der Anstiegskennlinien der von der Entladungslampe nach 14 emittierten Lichtmenge,
21 eine Darstellung zur Beschreibung der Lampenstrom-Steuerkennlinien der Schaltungsanordnung nach 14 für die Durchführung einer Beleuchtungssteuerung auf der Grundlage einer Mehrzahl von Steuerkennlinien,
22 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Differenzverstärkerkreises, der in dem Lampenstrom-Steuerkreis zum Durchführen der Beleuchtungssteuerung auf der Grundlage einer Mehrzahl von Steuerkennlinien verwendet wird,
23 eine Darstellung zur Erläuterung der Änderungen in der Lampenstrom-Steuerkennlinie, die beim Abfall der stationären Lampenspannung erzeugt werden,
24 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Lampenstrom-Steuerkreises für die Schaltungsanordnung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
25 eine Darstellung zum Beschreiben von Ausgangsspannungen, die von in dem Lampenstrom-Steuerkreis nach 24 verwendeten Differenzverstärkerkreisen erzeugt werden,
26 eine Darstellung zur Beschreibung der Ausgangsspannung eines in dem Lampenstrom-Steuerkreis nach 24 verwendeten Addierers,
27 eine Darstellung zur Erläuterung der von dem Lampenstrom-Steuerkreis nach 24 erzeugten Ausgangsspannung,
28 eine Darstellung zur Beschreibung der Beziehung zwischen der optischen Ausgangsleistung, einer Lampenspannung und eines Lampenstroms einer Schaltungsanordnung für eine Entladungslampe entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
29 eine Darstellung von Lampenstrom-Steuerkennlinien, die mit der Schaltungsanordnung nach 28 erhalten werden, und
30 eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Differenzverstärkerkreises zum Steuern eines Unterschwingens.
Erstes Ausführungsbeispiel
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In den 4 und 5 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2 und 3 jeweils eine Gleichspannungsversorgung, einen Beleuchtungsschalter und einen Gleichstrom-Hochstufungskreis (im folgenden "Hochsetzsteller" genannt), der eine Chopper-Anordnung aus einer Drossel 31, einer Diode 32, einem Kondensator 33 und einer Schaltvorrichtung bzw. einem Schaltelement 34 besteht.
Die Gleichspannungsversorgung 1 ist elektrisch mit einem der Anschlüsse der Drossel 31 verbunden, die einem Eingangsanschluß der Gleichstrom-Hochsetzstellers 3 entspricht, wobei ein Beleuchtungsschalter 2 zwischengeschaltet ist. Der Drain-Anschluss des Schaltelementes 34 und die Anode der Diode 32 sind elektrisch mit dem anderen Anschluss der Drossel 32 verbunden.
Die Kathode der Diode 32 ist elektrisch mit einem Anschluss des Kondensators 33 verbunden, der dem Ausgang des Gleichstrom-Hochsetzstellers 3 entspricht. Der andere Anschluss des Kondensators 33 ist mit dem Source-Anschluss des Schaltelementes 34 und Ground (im folgenden "GND" bezeichnet) der Spannungsversorgung 1 verbunden.
Mit 4 ist ein Steuerkreis für den Hochsetzsteller bezeichnet, der einen Ausgangsanschluss 4a und vier Eingangsanschlüsse 4b bis 4d aufweist. Der Ausgangsanschluss 4a ist elektrisch mit dem Gate-Anschluß des Schaltelementes 34 des Hochsetzstellers 3 verbunden, während der Eingangsanschluss 4b elektrisch an den Ausgang des Hochsetzstellers 3 angeschlossen ist.
Weiterhin ist der Eingangsanschluss 4c elektrisch mit dem Ausgang eines Stromdetektorkreises 5 verbunden, der elektrisch mit GND gekoppelt ist. Der Eingangsanschluss 4d ist elektrisch mit dem Ausgang eines Lampenstrom-Steuerkreises 7 verbunden. Der Steuerkreis 4 für den Hochsetzsteller umfaßt Pulsweitenmodulations (im folgenden "PWM")-Kontroller 41, Fehlerverstärker 42, 43 und Widerstände 44 bis 47.
Die Widerstände sind zwischen dem Eingangsanschluss 4b des Hochsetzsteller-Steuerkreises 4 und GND in Reihe geschaltet. Ein Verbindungspunkt 4e zwischen den Widerständen 44 und 45 ist elektrisch mit einem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 42 verbunden. Weiterhin sind die Widerstände 46 und 47 zwischen einer Referenzspannung (z.B. 5 V) und GND in Reihe geschaltet. Ein Verbindungspunkt 4f zwischen den Widerständen 46 und 47 ist elektrisch mit dem invertierenden Eingang des Fehlerverstärkers 42 verbunden.
Der nichtinvertierende Eingang des Fehlerverstärkers 43 ist elektrisch mit dem Eingang 4c des Steuerkreises 4 verbunden, während der invertierende Eingang an den Eingang 4d des Steuerkreises 4 angeschlossen ist. Die Ausgänge dieser Fehlerverstärker 42, 43 sind ODER-verdrahtet über Dioden 48, 49 miteinander ver bunden und an den Eingang des PWM-Controllers 41 angeschlossen.
Wenn der Pegel des entweder von dem Fehlerverstärker 42 oder dem Fehlerverstärker 43 erzeugten Ausgangssignals niedrig ist, macht der Controller 41 die Einschaltimpulse des Signalausgangs zu dem Schaltelement 34 weiter, so daß dadurch der Hochsetzgrad des Hochsetzstellers 3 erhöht wird. Wenn dagegen der Ausgangspegel entweder des Fehlerverstärkers 42 oder des Fehlerverstärkers 43 hoch ist, steuert der PWM-Controller 41 die Einschaltimpulse der Schaltelemente 34 schmaler, um den Hochsetzgrad des Hochsetzstellers 3 zu verringern.
Da die Fehlerverstärker 42 und 43 in ODER-verdrahteter Weise mit dem PWM-Controller 41, wie oben beschrieben, verbunden sind, wird einem ihrer hohen Ausgangspegel eine Priorität gegeben und an den PWM-Controller 41 geliefert.
Der Stromdetektorkreis 5 wird unter Verwendung von beispielsweise einem Widerstand realisiert, dessen einer Anschluss elektrisch mit GND und der andere Anschluß elektrisch mit dem Eingang 4c des Steuerkreises 4 des Hochsetzstellers 3 verbunden ist.
Mit 6 ist ein Spannungserfassungskreis bezeichnet, der die Widerstände 61, 62, einen Kondensator 63, eine Zenerdiode 64 und einen Operationsverstärker 65 umfaßt. Einer der beiden Anschlüsse des Widerstandes 61 dient als Eingang des Spannungserfassungskreises 6 und ist elektrisch mit dem Ausgang des Gleichstrom-Hochsetzstellerkreises 3 verbunden. Andererseits ist der andere Anschluss des Widerstandes 61 elektrisch mit GND über den Widerstand 62 gekoppelt. Weiterhin ist der andere Anschluss des Widerstandes 61 mit einem der beiden Anschlüsse des Kondensators 63, der Kathode der Zenerdiode 64 und einem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 65 verbunden.
Die anderen Anschlüsse des Kondensators 63 und der Zenerdiode 64 sind an GND angeschlossen. Die Zenerdiode 64 ist in den Spannungserfassungskreis 6 eingefügt, um hauptsächlich den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 65 vor einer zu hohen Spannung zu schützen. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 65 ist elektrisch mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 65 verbunden, der als Ausgang des Spannungserfassungskreises 6 dient.
Der Lampenstrom-Steuerkreis 7 weist eine Verarbeitungseinrichtung 71, einen Timerkreis 72 und eine angebende Stromtabelle 73 auf. Die Verarbeitungseinrichtung 71 besteht aus einem Mikrocomputer mit einem A/D- und einem D/A-Wandler. Die anzeigende Stromtabelle 73 besteht aus einem Speicher, wie einem ROM oder dergleichen.
Der Lampenstrom-Steuerkreis 7 wird dazu verwendet, die Leistung, d.h. den Strom anzugeben, der einer Entladungslampe 12 auf der Grundlage eines ihm von dem Spannungserfassungskreis 6 zugeführten Eingangssignals zugeführt wird. Der Lampenstrom-Steuerkreis 7 gibt ein Signal aus, das beschreibend für den angegebenen Strom zu dem Eingang 4d des Steuerkreises 4 des Hochsetzstellers ist.
Der Wert des angezeigten Stroms, der durch den von dem Lampenstrom-Steuerkreis 7 ausgegebenen Spannungs wert gegeben ist, ist gleich dem Stromwert, der durch die Spannung über den Stromdetektorkreis 5 geliefert wird und die an den Eingang 4c des Steuerkreises 4 für den Hochsetzsteller gegeben wird. Wenn ein Strom zum Zeitpunkt, da eine Spannung über den Stromdetektorkreis 5 1 V ist, beispielsweise 1 A beträgt, dann meint die von dem Lampenstrom-Steuerkreis 7 ausgegebene Spannung 1 V und den durch diesen Kreis 7 angegebenen Strom 1 A.
Mit 8 ist ein Inverter in Vollbrückenschaltung angegeben, der Schaltvorrichtungen oder Elemente 81 bis 84 umfaßt. Die Drain-Anschlüsse der Schaltvorrichtungen 81 und 82 sind mit dem Ausgang des Gleichstrom-Hochsetzstellers 3 verbunden. Die Source-Anschlüsse der Schaltvorrichtungen 81 und 82 sind elektrisch mit den Drain-Anschlüssen der Schaltvorrichtungen 83 und 84 jeweils verbunden.
Ein Detektorkreis 9 zum Erfassen des Beginns der Entladung ist in der Weise aufgebaut, daß Widerstände 91 und 92 elektrisch in Reihe zwischen dem Ausgang des Hochsetzstellers 3 und GND geschaltet sind und eine durch die Widerstände 91 und 92 geteilte Spannung wird einem Komparator 93 eingegeben. Der Komparator 93 erfaßt die Vorderflanke der geteilten Spannung und entscheidet aus dem Ergebnis der Abtastung, daß ein Starten der Entladung erfolgreich durchgeführt wurde. Danach sendet der Komparator 93 ein Signal an einen Timerkreis 101 und den Lampenstrom-Steuerkreis 7.
Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Treiber, der Ausgangsanschlüsse 10a bis 10d aufweist, die jeweils elektrisch mit den Gate-Anschlüssen der jeweiligen Schaltvorrichtungen 81 bis 84 verbunden sind, um die Schaltvorrichtungen 81 bis 84 des Inverters 8 jeweils ein- und auszuschalten.
Der Treiber 10 umfasst den Timerkreis 101 und einen Treiberkreis 102. Der Treiberkreis 102 liefert Signale, die jeweils eine sogenannte Totzeit aufweisen, zu den jeweiligen Anschlüssen 10a bis 10d während eines Zeitraums, in dem die Schaltvorrichtungen 81 und 84 jeweils phasengleich bei derselben Frequenz sind, wobei die Schaltvorrichtungen 82 und 83 identisch in Phase zueinander bei derselben Frequenz sind, die Schaltvorrichtungen 81 und 82 jeweils gegenphasig bei derselben Frequenz aktiviert sind und die Schaltvorrichtungen 81 und 84 und die Schaltvorrichtungen 82 und 83 nicht gleichzeitig eingeschaltet werden.
Der Timerkreis 101 zählt ein Zeitintervall, das nach der Eingabe des Signals von dem Komparator 93 abgelaufen ist.
Mit dem Bezugszeichen 11 ist ein Entladungsstarter- bzw. Zündkreis mit einem Transformator 111, einem Hochspannungserzeugungskreis 112 und einem Zeitkonstantenkreis 113 bezeichnet. Die Anschlüsse der Primärseite des Transformators 111 des Zündkreises 11 sind mit dem Hochspannungserzeugungskreis 112 verbunden. Einer der Anschlüsse der Sekundärseite des Transformators 111 ist elektrisch mit dem Source-Anschluss der Schaltvorrichtung 81 des Inverters 8 und mit dem Hochspannungs-Erzeugungskreis 112 über den Zeitkonstantenkreis 113 verbunden.
Der andere Anschluss der Sekundärseite des Transformators ist elektrisch mit einem der Anschlüsse der Entladungslampe 12 verbunden. Der andere Anschluss der Entladungslampe 12 ist mit dem Source-Anschluss der Schaltvorrichtung 82 des Inverters 8 verbunden.
Die Betriebsweise des ersten Ausführungsbeispiels wird im folgenden beschrieben. Wenn der Beleuchtungsschalter 2 eingeschaltet wird, beginnt der Steuerkreis 4 für den Hochsetzsteller abhängig von der von der Gleichspannungsquelle 1 gelieferten Spannung zu arbeiten, derart, daß er die Schaltervorrichtung 34 des Hochsetzstellers 3 ein- und ausschaltet, wodurch die von der Spannungsquelle 1 gelieferte Spannung erhöht wird.
Während der Einschaltperiode der Schaltervorrichtung 34 wird eine Schleife von der Gleichspannungsquelle 1, der Schaltervorrichtung 34 und der Drossel 31 gebildet. Elektromagnetische Energie wird in der Drossel 31 auf der Grundlage des Stroms gespeichert, der aus der Gleichspannungsquelle 1 über diese Schleife in die Spule 31 fließt.
Während der Ausschaltperiode der Schaltervorrichtugn 34 wird dann eine Schleife über die Gleichspannungsquelle 1, den Beleuchtungsschalter 2, die Drossel 31, die Diode 32 und den Kondensator 33 gebildet. Die in der Drossel 31 während der Einschaltperiode der Schaltervorrichtung 34 gespeicherte elektromagnetische Energie wird über die Diode 32 an den Kondensator 33 geliefert, in dem sie in elektrostatische Energie umgewandelt und darin gespeichert wird. Somit wird eine Spannung entsprechend der elektrostatischen Energie durch Multiplizierung der Spannung der Gleichspannungssquelle 1 erzielt und die multiplizierten Spannung erscheint über den Kondensator 33.
Die über den Kondensator 33 liegende Spannung, d.h. der Ausgang des Hochsetzstellers 3 wird graduell durch die wiederholte Ein- und Aussteuerung der Schaltervorrichtung 34 bei einer Frequenz f erhöht, wobei das Ein- Aus-Tastverhältnis geändert wird.
Die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers 3 wird als Va bezeichnet. Das Ein- und Aus-Tastverhältnis der Schaltervorrichtung 34 hängt von den über die Eingangsanschlüsse 4b, 4c und 4d des Steuerkreises 4 des Hochsetzstellers gelieferten Eingangssignalen ab.
Der Fehlerverstärker 42 in dem Steuerkreis 4 für den Hochsetzsteller verstärkt eine Differenz zwischen einer festen Spannung Vf (invertierter Eingang) an dem Verbindungspunkt 4f, die durch Teilen der Referenzspannung zwischen den Widerständen 46 und 47 erhalten wird, und einer Spannung Ve (nichtinvertierter Eingang) am Verbindungspunkt 4e, die durch Teilen der Ausgangsspannung Va des Hochsetzstellers 3 über die Widerstände 44 und 45 erhalten wird. Die feste Spannung Vf wird nun gleich der Spannung Ve an dem Verbindungspunkt 4e gesetzt, die beispielsweise Va = 400 V (erster vorbestimmter Wert) erreicht.
Wenn der Beleuchtungsschalter 2 eingeschaltet wird, ist die Ausgangsspannung Va des Hochsetzstellers 3 niedriger als der erste vorbestimmte Wert und der Ausgang des Fehlerverstärkers 42 liefert einen niedrigen Pegel. Daher macht der PWM-Controller 41 das Ein-Tastverhältnis eines Gate-Signal-Ausgangs zu der Schaltervorrichtung 34 breit. Somit wird der Grad des Hochsetzens der Ausgangsspannung Va des Hochsetzstellers 3 angehoben. Wenn die Ausgangsspannung Va ansteigt und sich dem ersten vorbestimmten Wert nähert, verringert der PWM-Controller 41 das Ein-Tastverhältnis, wodurch der Grad des Hochsetzens der Ausgangsspannung Va reduziert wird. Der PWM-Controller 41 wird derart aktiviert, dass er die Spannung zum Zeitpunkt von Vf = Ve hält, wenn die Spannung Ve den ersten vorbestimmten Wert erreicht (siehe 6(D)).
Nun wird angenommen, dass ein für den Anstieg der Spannung Ve auf den vorbestimmten Wert vom Einschalten des Schalters 2 benötigtes Zeitintervall t1 ist. Da zu diesem Zeitpunkt der Strom in dem Stromdetektorkreis 5 nicht fließt (eine Spannung Vc am Eingang 4c ist gleich 0), ist das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 43 im Pegel im Vergleich mit dem Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 42 niedrig (siehe 6(C)). Somit wird das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 42 nicht von der Hochsetzoperation zu diesem Zeitpunkt betroffen.
Parallel zu einer derartigen Hochsetzoperation setzt der Treiberkreis 102 ein Einschalten der Schaltvorrichtungen 81 und 84 des Inverters 8 und ein Ausschalten der Schaltvorrichtungen 82 und 83 entgegengesetzt zu dieser Ein-Operation fort. Somit wird die Ausgangsspannung Va (Gleichspannung) des Gleichstrom-Hochsetzstellerkreises 3 über die Entladungslampe 12, so wie sie ist, angelegt (siehe 6(A) und 6(B)).
Die Ausgangsspannung Va des Hochsetzstellers, 3 wird dem Zeitkonstantkreis 113 des Zündkreises 11 über einen Verbindungspunkt oder -knoten 11a zugeführt. Wenn das Ausgangssignal des Zeitkonstantkreises 113 einen zweiten vorbestimmten Wert erreicht, gibt der Hochspannungs-Erzeugungskreis 112 eine Impulsspannung an den Transformator 111. Als Ergebnis wird ein Hoch spannungsimpuls an die Entladungslampe 12 geliefert, wodurch die Entladung gestartet wird.
Die Beziehung zwischen einem Zeitintervall t2, das benötigt wird, damit das Ausgangssignal des Zeitkonstantkreises 113 einen zweiten vorbestimmten Wert erreicht, und dem Zeitintervall t1, das benötigt wird, damit die Ausgangsspannung Va des Hochsetzstellers 3 den ersten vorbestimmten Wert erreicht, wird durch t2 ≥ t1 dargestellt.
Wenn der Strom in der Entladungslampe 12 fließt, so dass die Startentladung durchgeführt wird, ändert sich die Last (Impedanz der Entladungslampe 12) des Hochsetzstellerkreises 3 von einem lastlosen Zustand in einen Zustand starker Last. Daher wird die Ausgangsspannung Va des Hochsetzstellers 3 plötzlich reduziert (siehe 6(B)).
Der Detektorkreis 9 erfasst einen derartigen plötzlichen Spannungsabfall und informiert den Timerkreis 101 und den Stromsteuerkreis 7 über das Ergebnis der Erfassung. Der Timerkreis 101 zählt ein vorbestimmtes Zeitintervall t3 (siehe 6(F)). Wenn der Timerkreis 101 das vorbestimmte Zeitintervall t3 zählt, sendet der Treiberkreis 102 ein Signal mit einer Totzeit von wenigen μs oder dergleichen an jedes Schaltelement 81 und 84 bei einer Frequenz f2 (z.B. 400 Hz) und einem Tastverhältnis von 50 % (siehe 6(G)). Darüber hinaus sendet der Treiberkreis 102 ein Signal, das außer Phase zu dem vorhergehenden Signal ist, an die Schaltvorrichtungen 82 und 83 (siehe 6(H)). Die Schaltvorrichtungen 81 und 84 und die Schaltvorrichtungen 82 und 83 werden wechselseitig ein- und ausgeschaltet.
Obwohl die Entladungslampe 12 einen durch die Schaltvorrichtungen 81 bis 84 erzeugten Schaltverlust aufweist, wird die Entladungslampe 12 mit einer rechteckförmigen Wechselspannung versorgt, deren Nullspitze etwa Va beträgt. Somit ist die Spannung Va im wesentlichen gleich der Lampenspannung VL der Entladungslampe 12 (VL
Va).
Der Spannungserfassungskreis 6 liefert die Lampenspannung VL, die durch Teilen des Spannungseingangssignals über die Widerstände 61 und 62 erhalten wird, an den Lampenstrom-Steuerkreis 7 über den Operationsverstärker (Puffer) 65. Der Kondensator 63 ist dafür vorgesehen, die Ausgangswelligkeit des Hochsetzstellerkreises 3, die der Lampenspannung VL überlagert ist, zu absorbieren.
Der Lampenstrom-Steuerkreis 7 ist mit einer Tabelle 73 zum Anzeigen des Stroms versehen, die eine Lampenstrom-Steuerkennlinie speichert, damit die Entladungslampe 12 schnell und stabil den Nennlichtstrom erreicht. Die Verarbeitungseinrichtung 71 liest den angegebenen Lampenstrom ILS aus der Tabelle 73 in Abhängigkeit von dem Wert der eingegebenen Lampenspannung VL und liefert eine Spannung entsprechend dem angezeigten Signal an den invertierenden Eingang des Fehlerverstärkers 43.
Andererseits wird ein Lampenstrom IL, der zu diesem Zeitpunkt in der Entladungslampe 12 fließt, in seine entsprechende Spannung durch den Stromerfassungskreis 5 umgewandelt, damit sie an den nichtinvertierenden Eingang des Fehlerverstärkers 43 geliefert wird. Somit gibt der Fehlerverstärker 43 eine Spannung entsprechend der Differenz zwischen dem angezeigten Lampenstrom ILS und dem Lampenstrom IL aus.
Da zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 43 größer wird als das des Fehlerverstärkers 42, wird das Einschaltverhältnis der Schaltvorrichtung 34 durch den PWM-Controller 41 in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 43 gesteuert, nachdem das Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 43 größer geworden ist als das des Fehlerverstärkers 42 (nachdem die Zündung aufgetreten ist).
Wenn das Ausgangssignal des Stromerfassungskreises 5 größer als das des Lampenstrom-Steuerkreises ist (oder wenn der aktuell-fließende Lampenstrom IL größer ist als der Lampenstrom ILS), erzeugt der Fehlerverstärker 43 ein Signal mit hohem Pegel. Als Ergebnis verringert der PWM-Controller 41 das Einschalttastverhältnis der Schaltvorrichtung 34, um die von dem Hochsetzsteller 3 ausgegebene Spannung zu reduzieren, wodurch der in der Entladungslampe 12 fließende Strom verringert wird.
Wenn auf der anderen Seite das Ausgangssignal des Stromerfassungskreises 5 kleiner ist als das des Lampenstrom-Steuerkreises 7 (oder wenn der aktuell-fließende Lampenstrom IL kleiner als der Lampenstrom ILS ist), liefert der Fehlerverstärker 43 ein Signal mit niedrigem Pegel. Als Ergebnis vergrößert der PWM-Controller 41 das Einschalttastverhältnis der Schaltvorrichtung 34, um die Ausgangsspannung des Hochsetz stellers 3 zu erhöhen, wodurch der in der Entladungslampe 12 fließende Strom erhöht wird.
Somit wird der Steuerkreis 4 für den Hochsetzsteller in der Weise aktiviert, daß der aktuell-fließende Lampenstrom gleich dem angezeigten Lampenstrom ist. Die Entladungslampe 12 erreicht schnell den Nennlichtstrom aufgrund dieser Art von Rückkopplungssystem.
Die in der Tabelle 73 für den anzuzeigenden Strom des Lampenstrom-Steuerkreises 7 vorgegebene Lampenstrom-Steuerkennlinie wird nun im Detail unter Verwendung als erläuterndes Beispiel einer 35 W Halogenmetallampe, die als Entladungslampe 12 dient, beschrieben.
7 ist eine Darstellung zum Beschreibung einer Beziehung zwischen experimentell erhaltenen Lampenspannungen der Entladungslampe 12 und ihren jeweiligen Lichtausbeuten der Entladungslampe 12. Die Abszisse stellt die Lampenspannung und die Ordinate den Lichtstrom pro Watt dar, der von der Entladungslampe 12 erzeugt wird, d.h. die Lichtausbeute lm/W. Die Zeichnung, die die Beziehung zwischen der Lampenspannung und der Lichtausbeute beschreibt, zeigt die folgenden Inhalte.
Während einer Periode A1, in der die Lampenspannung niedrig ist, unmittelbar, nachdem die Entladungslampe die Startentladung durchgeführt hat, emittiert hauptsächlich das Startergas (z.B. Xenongas) Licht. Die Lichtausbeute zu diesem Zeitpunkt ist nicht zu niedrig.
Während einer Periode A2, in der die Lampenspannung auf ungefähr 60 V ansteigt, ionisiert das Quecksilber aufgrund eines Temperaturanstiegs in dem Leuchtrohr sehr stark, so dass der Dampfdruck des Quecksilbers erhöht wird, wodurch die Lampenspannung erhöht wird. Da zu diesem Zeitpunkt die Strahlung oder Emission in Abhängigkeit von dem Quecksilber erfolgt, steigt ihre Lichtausbeute gleichfalls mit dem Dampfdruck des Quecksilbers.
Während einer Periode A3, in der die Lichtausbeute im Wesentlichen konstant ist, selbst wenn die Lampenspannung steigt, befindet sich das Quecksilber, das zu der Entscheidung der Lampenspannung beiträgt, in einem im Wesentlichen verdampften Zustand. Da allerdings die Emission immer noch von dem Quecksilber abhängt, ändert sich ihre Lichtausbeute nicht sehr.
Während einer Periode A4, in der die Änderung der Lampenspannung relativ gering ist, aber ein Anstieg der Lichtausbeute sehr stark ist, wird das Metallhalogenid heftig verdampft und ionisiert. Da somit das Licht aktiv durch ein Metall emittiert wird, wird seine Lichtausbeute abrupt angehoben. Darüber hinaus wird ein Anstieg der Lichtausbeute gestoppt, wenn die Lampenspannung ihren endgültigen Wert erreicht. Ein leichter Anstieg der Lampenspannung, der während dieser Periode erzeugt wird, findet aufgrund des Dampfdrucks des Metallhalogenids statt.
Somit besteht eine nähere Beziehung zwischen der Lampenspannung und der Lichtausbeute der Entladungslampe 12. Darüber hinaus wird der von der Entladungslampe 12 emittierte Lichtstrom aus der Lichtausbeute lm/W x Leistung W bestimmt. Wenn somit die bei einer ge wünschten Lampenspannung zuzuführende Leistung unter Berücksichtigung der Lichtausbeute festgelegt wird, kann der von der Entladungslampe 12 emittierte Lichtstrom stabilisiert werden.
Wenn die Entladungslampe 12 bei einer Nennleistung von beispielsweise 35 W leuchtet, wird die Lampenspannung bei einer stationären Lampenspannung von 85,0 V stabilisiert. Da die Lichtausbeute zu diesem Zeitpunkt 85,7 lm/W ist, wird ein Lichtstrom von 3000 lm bei Nennbeleuchtung erzeugt, d.h. bei Erzeugung eines Ausgangs von der Entladungslampe 12 bei einer Lichtemissionsmenge von 100 %.
Wenn die Lampenspannung beispielsweise 50,0 V ist, die anzeigt, daß die Lampenspannung angehoben wurde, wird eine Lichtausbeute von 49,7 lm/W erhalten. Wenn somit die zugeführte oder eingegebene Leistung auf 3000 (lm)/49,7 (m/W) = 60,4 W festgesetzt wird, dann wird ein Lichtstrom von 3000 lm identisch zu der von der Entladungslampe 12 bei Eingabe der Nennleistung emittierten Lichtmenge erhalten.
Eine Lampenleistung-Steuerkennlinie, die auf der Grundlage der obigen Idee erhalten wird, um die von der Entladungslampe 12 emittierte Lichtmenge bzw. den Lichtstrom konstant zu machen, wird in 8 dargestellt. Darin stellt die Abszisse eine Lampenspannung V und die Ordinate eine Lampenleistung W dar, die der Entladungslampe 12 bei einer gewünschten Lampenspannung zugeführt wird.
Da allerdings die maximale Nennleistung PM, die der Entladungslampe 12 zugeführt werden kann, z.B. 75 W, für die Entladungslampe 12 definiert ist, wird die Lampenleistung-Steuerkennlinie in einem Leistungsbereich, der nicht 75 W überschreitet, spezifiziert oder definiert.
Eine Lampenstrom-Steuerkennlinie, die auf der Grundlage einer derartigen Lampenleistung-Steuerkennlinie erhalten wird, ist in 9 dargestellt. Die Abszisse stellt die Lampenspannung V und die Ordinate den Lampenstrom A dar, der der Entladungslampe bei einer gewünschten Lampenspannung zuzuführen ist.
Da allerdings der maximale Nennstrom IM, der der Entladungslampe 12 zugeführt werden kann, z.B. 2,6 A ist, für die Entladungslampe 12 selbst in 9 definiert ist, wird die Lampenstrom-Steuerkennlinie in einem Strombereich bestimmt, der nicht den Strom von 2,6 A überschreitet.
Eine Lichtanstiegskennlinie der Entladungslampe 12, die in 10 dargestellt ist, wird als Ergebnis der Durchführung einer Rückführungssteuerung unter Verwendung der zuvor beschriebenen entsprechenden Kennlinien erhalten. Obwohl Änderungen, wie ein leichtes Überschwingen, ein leichtes Unterschwingen usw. stattfinden, kann die Lichtmenge (optische Ausgabe), das heißt der Lichtstrom, der von der Entladungslampe 12 abgegeben wird, auf die Lichtmenge entsprechend 100 % in einer im wesentlichen stufenartigen Weise und schnell angehoben werden, aufgrund des Vorsehens der maximalen Nennleistung PM und des maximalen Nennstrom IM.
Somit kann die ideale Lichtmenge (Lichtstrom) durch Bestimmen der Beziehung zwischen jeder Lampenspannung und der der Entladungslampe zuzuführenden Leistung auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Lampenspannung und der Lichtausbeute und durch Vorbestimmen der Beziehung zwischen der Lampenspannung und dem Lampenstrom als Lampenstrom-Steuerkennlinie erhalten werden. Nun tritt jedoch das Problem auf, daß die Beziehung zwischen jeder Lampenspannung und ihrer entsprechenden Lichtausbeute abhängig von den Änderungen oder Toleranzen variiert, die bei der Herstellung der Entladungslampe 12 und einer sekulären Änderung derselben erzeugt werden.
Es ist daher notwendig, die Änderungen hinsichtlich der Entladungslampe 12 zu absorbieren, um stabil und stufenweise die von der Entladungslampe 12 emittierte Lichtmenge anzuheben, selbst wenn irgendeine Entladungslampe verwendet wird. Die Erfinder haben ihre Aufmerksamkeit auf eine stationäre Lampenspannung einer Entladungslampe gerichtet, um die Änderungen in der Entladungslampe zu absorbieren.
11 ist eine Darstellung zur Beschreibung der Beziehung zwischen Lampenspannungen von unterschiedlichen Entladungslampen und ihren entsprechenden Lichtausbeuten. Hier werden die stationären Lampenspannungen der jeweiligen Entladungslampen aufgrund von Veränderungen oder Nichtgleichmäßigkeiten bei der Herstellung der einzelnen Entladungslampen und ihre sekulären Änderungen nicht konstant gehalten. Daher ändert sich die Lichtausbeute bei gewünschten Lampenspannungen auf verschiedenen Weisen. Unterschiedliche Änderungen finden entsprechend einer Kurve η65 (stationäre Lampenspannung: 65 V), einer Kurve η85 (stationäre Lampenspannung 85 V) und einer Kurve η105 (stationäre Lampenspannung 105 V) entsprechend 11 statt.
Wenn daher eine entsprechende Kennlinie zwischen einer Lampenspannung und einer der elektrischen Entladungslampe zugeführten Leistung, wobei beide zu der Konstanthaltung der emittierten Lichtmenge, die aus der Lichtausbeute bestimmt wird, verwendet werden, einzig ist, dann kann eine Differenz oder Veränderung in der Lichtausbeute zwischen den Lampenspannungen nicht absorbiert werden. Somit kann keine optimale Leistung der Entladungslampe 12 zugeführt werden, so daß ein schneller Anstieg des Lichtstroms nicht erreicht werden kann.
12 ist eine Darstellung zum Beschreiben der entsprechenden Kennlinien zwischen "Lampenspannungen und einzugebende oder zuzuführende Leistung zu der Entladungslampe 12", die abhängig von den Lichtausbeutekurven η65, η85 und η105 entsprechend 8 erzeugt wurden, um die Änderungen hinsichtlich einer derartigen Entladungslampe 12, wie oben beschrieben, zu absorbieren.
Die Symbole P65, P85 und P105 entsprechend 12 werden jeweils auf der Grundlage der Lichtausbeutekurven η65, η85 und η105 bestimmt. 13 ist eine Darstellung zum Beschreiben der Lampenstrom-Steuerkennlinien, die auf der Grundlage dieser Eingangsleistungskurven P65, P85 und P105 erhalten werden.
In 13 ist die Lampenstrom-Steuerkennlinie i65 auf der Grundlage der Eingangsleistungskennlinie P65 bestimmt worden. In ähnlicher Weise werden die Lampenstrom-Steuerkennlinien i85 und i105 auf der Grundlage der Eingangsleistungskennlinien P85 und P105 bestimmt. Wenn die stationäre Lampenspannung größer oder gleich 65 V ist oder weniger als 85 beträgt, dann wird der Strom der Entladungslampe 12 in Übereinstimmung mit der Lampenstrom-Steuerkennlinie i65 zugeführt. Wenn andererseits die Lampenspannung 65 V überschreitet, wird der der Entladungslampe 12 zuzuführende Strom in Übereinstimmung mit den Leistungskurven gesteuert.
Wenn die Lampenspannung größer als oder gleich 85 V und geringer als 105 V ist, wird ein Strom in Übereinstimmung mit der Lampenstrom-Steuerkennlinie i85 der Entladungslampe 12 zugeführt. Wenn die Lampenspannung größer als oder gleich 105 V ist, wird der Strom in Übereinstimmung mit der Lampenstrom-Steuerkennlinie von i105 der Entladungslampe 12 zugeführt. Nachdem die Lampenspannung eine Spannung entsprechend der unteren Grenze jeder Lampenstrom-Steuerkennlinie überschritten hat, wird der in der Entladungslampe 12 zufließende Strom in Übereinstimmung mit den Nennleistungskurven gesteuert. Somit kann die geeignete Leistung der Entladungslampe 12 abhängig von einer Veränderung in jeder Entladungslampe zugeführt werden.
Bezugnehmend auf 5 erfaßt oder entscheidet der Startentladungserfassungskreis 9, ob die Startentladung durchgeführt wird und sendet ein Signal entsprechend dem Ergebnis der Erfassung an den Timerkreis 72 des Lampenstrom-Steuerkreises 7. Der Timerkreis 72 zählt einen vorbestimmten Zeitraum t4 (z.B. zwei Minuten), nachdem er das Signal erhalten hat.
Der Timerkreis 72 liefert ein Signal an den Verarbeitungskreis 71, wenn er hochgezählt hat. Danach speichert der Verarbeitungskreis 71 eine stationäre Lampenspannung VM, die Lampenspannung, die von dem Spannungsdetektorkreis 6 eingegeben wird, wenn der Timerkreis 72 das Signal zu der Verarbeitungseinrichtung 71 gegeben hat. Nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitraums t4, zählt der Timerkreis 72 einen vorbestimmten Zeitraum t5 (z.B. 5 Sekunden), wie benötigt, und erneuert den gespeicherten Wert für jede Hochzählung.
Wenn die folgende Beleuchtung durchgeführt wird, wählt die Verarbeitungseinrichtung 71 dann die oben beschriebenen Lampenstrom-Steuerkennlinie aus der Tabelle 73 des anzugebenden Stroms auf der Grundlage des gespeicherten Wertes aus und führt die Beleuchtungssteuerung der Entladungslampe 12 durch. Wenn die stationäre Lampenspannung VM größer gleich 65 V und weniger als 85 V ist (d.h. 65 ≤ VM ≤ 85 V), wählt die Verarbeitungseinrichtugn 71 die Lampenstrom-Steuerkennlinie i65 aus.
Da die stationäre Lampenspannung unbekannt ist, wenn eine neue Entladungslampe eingeschaltet werden soll, wählt die Verarbeitungseinrichtung 71 eine Leistungssteuerkennlinie (entsprechend der Stromsteuer-Kennlinie i65) aus der Tabelle 73 des anzuzeigenden Stroms aus, die die minimale, der Entladungslampe zuzuführenden Leistung angibt, um ein Leuchten der Entladungslampe bei übermäßiger Leistung in der Nähe der stationären Lampenspannung zu vermeiden und führt eine Beleuchtungssteuerung der Entladungslampe durch.
Wenn die Entladungslampe mit einer stationären Lampenspannung von 65 V in die Schaltungsanordnung integriert ist, wenn die Beleuchtungssteuerung vom Beginn an in Übereinstimmung mit der Lampenstrom-Steuerkennlinie von i85 mit den Betriebsdaten als Mitte durchgeführt wird, dann stoppt der Anstieg der Lampenspannung bei einem Punkt (oder einem Punkt g) von 65 V auf der Lampenstrom-Steuerkennlinie von i85. Somit leuchtet die Entladungslampe normalerweise bei der übermäßigen Leistung. Wenn jedoch die Lampenstrom-Steuerkennlinie von i65 ausgewählt wird, dann kann eine derartige Situation vermieden werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt die Lampenstrom-Steuerkennlinien bei drei Arten der stationären Lampenspannungen. Es ist jedoch unnötig zu sagen, daß mehr als drei Lampenstrom-Steuerkennlinien gespeichert werden können. Wenn die Anzahl der Lampenstrom-Steuerkennlinien ansteigt, können geeignetere Leistungen, die abhängig von den Änderungen oder Nichtgleichmäßigkeiten, die bei der Herstellung der Entladungslampe erzeugt werden, sowie ihre sekulare Änderung bestimmt werden, der Entladungslampe zugeführt werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. In 14 stellt eine durch gestrichelte Linien dargestellte Kurve PM einen Lampenstrom bei jeder Lampenspannung bei maximaler Nennleistung der Entladungslampe 12 dar. Eine durch gestrichelte Linien dargestellte Kurve PT stellt einen Lampenstrom bei jeder Lampenspannung und bei der Nennleistung dar. Eine gerade Linie IM, die durch gestrichelte Linien angegeben wird, zeigt den maximalen Nennstrom.
Darüber hinaus geben die gestrichelten Linien VMIM und VMAX jeweils die minimale Nennspannung und die maximale Nennspannung an. Eine strichpunktierte Linie it stellt eine gerade Linie dar, die die Nennleistungskurve PT bei zwei Punkten innerhalb eines Bereichs zwischen der minimalen Nennspannung und der maximalen Nennspannung der Entladungslampe 12 schneidet.
Die strichpunktierte Linie it stellt die gerade Linie dar, die durch Verbinden eines eine niedrigere Spannung angebenden Punktes von zwei Punkten, d.h, ein Punkt ip6, bei dem die Nennleistungskurve PT die minimale Nennspannung VMIN schneidet, mit einem eine höhere Spannung angebenden Punkt der zwei Punkte, d.h. einem Punkt ip5, bei dem die Nennleistungskurve PT die maximale Nennspannung VMAX schneidet, erhalten wird.
In der vorliegenden Erfindung existieren eine Mehrzahl von Lampenstrom-Steuerkennlinien entsprechend den jeweiligen stationären Lampenspannungen. Allerdings wird eine bestimmte Lampenstrom-Steuerkennlinie iS von diesen zuerst als darstellendes Beispiel beschrieben. Die Lampenstrom-Steuerkennlinie iS schließt vier lineare Kennlinien i1 bis i4 ein, die durch Verbinden von Punkten ip1 bis ip5 miteinander in einem Spannungsbereich von einer Lampenspannung von 0 V bis zu der maximalen Nennspannung von 105 V erhalten werden.
Eine Beschreibung der Punkte ip1 bis ip5 wird im folgenden durchgeführt. Wenn die Lampenstrom-Steuerkennlinie in der Form von Koordinaten dargestellt wird (Lampenspannung und angezeigter Lampenstrom), zeigt der Punkt ip1 einen Punkt (bei dem die Lampenspannung 0 V ist und der maximale Nennstrom der Entladungslampe dargestellt ist) und der Punkt ip2 gibt einen Punkt an (bei dem die maximale Nennleistung der Entladungslampe/der maximale Nennstrom derselben und der maximale Nennstrom der Entladungslampe gezeigt wird).
Der Punkt ip4 variiert abhängig von der stationären Lampenspannung der Entladungslampe. Das heißt, wenn die stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 65 V und weniger als 85 V ist, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, wird der Punkt ip4 als Punkt auf der geraden Linie it bei der Lampenspannung von 65 V dargestellt. Wenn andererseits die stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 85 V und kleiner 105 V ist, stellt der Punkt ip4 einen Punkt auf der geraden Linie it bei der Lampenspannung von 85 V dar. Wenn darüber hinaus die stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 105 V ist, wird der Punkt ip4 dargestellt als Punkt auf der geraden Linie it bei der Lampenspannung von 105 V.
14 zeigt ein Beispiel, in dem der Punkt auf der geraden Linie it bei der Lampenspannung von 85 V als Punkt ip4 angenommen wurde. Der Punkt ip3 wird als Punkt dargestellt, bei dem eine Tangentiallinie i2 der Kurve PM, die durch den Punkt ip2 geht, sich mit einer Tangentiallinie i3 schneidet, die durch den Punkt ip4 geht und die in einem Bereich der Lampenspannungen gezeichnet ist, der niedriger ist als die Lampenspannung an dem Punkt ip4. In dem in 14 gezeigten Beispiel ist eine vierte gerade Näherungslinie i3 vorgesehen, die die Lampenstrom-Steuerkennlinie bildet und eine Tangentiallinie der Kurve der maximalen Nennleistung PM der Entladungslampe darstellt, wobei die Tangentiallinie in Richtung der Lampenspannungen niedriger als die stationäre Lampenspannung gezogen ist.
15 zeigt die schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Lampenstrom-Steuerkreises 7A zum Erreichen der obigen Lampenstrom-Steuerkennlinie. Der Lampenstrom-Steuerkreis 7a umfaßt Differenzverstärkerkreise 71a, 72a und 73a, einen Maximalwert-Wahlkreis 74 und einen Begrenzungskreis 75.
Ein Eingang VIN des Lampenstrom-Steuerkreises 7A entspricht einem von dem Spannungsdetektorkreis 6 erzeugten Ausgang und dieser Eingang ist mit jedem der parallelgeschalteten Differenzverstärkerkreise 71a bis 73a verbunden. Das Eingangssignal VIN wird einem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP1 in dem Differenzverstärker 71a über einen Widerstand R3 gegeben.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP1 ist elektrisch mit seinem Ausgang über einen Widerstand R4 verbunden. Die Widerstände R5 und R6 sind zwischen einer Referenzspannung VREF und GND in Reihe geschaltet. Ein Spannungsteilerpunkt zwischen den Widerständen R5 und R6 ist elektrisch mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP1 verbunden.
Der Differenzverstärker 72a umfaßt Widerstände R7 bis R10 und einen Operationsverstärker OP2. Der Differenzverstärker 73a besteht aus den Widerständen R11 bis R14 und einem Operationsverstärker OP3. Die Eingangs- Ausgangskennlinien der drei Arten von parallelgeschalteten Differenzverstärkern 71a bis 73a sind voneinander unterschiedlich.
Wenn die Widerstandswerte der Widerstände 61 und 62 nach 5 jeweils als R1 und R2 bezeichnet sind, wird die von dem Spannungserfassungskreis 6 erzeugte Ausgangsspannung VIN als VIN = Va R2/(R1 + R2) dargestellt, die durch einen Spannungsteilerprozeß der angelegten Spannung mit diesen Widerständen R1 und R2 erhalten wird.
Der Maximalwert-Wahlkreis 74 weist Eingänge ml bis m3 auf, die als Eingangssignale die von den Differenzverstärkern 71a bis 73a erzeugten Ausgangssignale VS1 bis VS3 an ihren nichtinvertierenden Eingängen der Operationsverstärker OP4 bis OP6 empfangen. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP4 ist mit der Kathode einer Diode D1 verbunden. Darüber hinaus ist der invertierende Eingang elektrisch mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP4 über die Diode D1 verbunden.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP5 ist mit der Kathode einer Diode D2 und über die Diode D2 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP5 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP6 ist mit der Kathode einer Diode D3 und über die D3 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP6 verbunden.
Die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker OP4 bis OP6 sind jeweils in ODER-verdrahteter Form über die Dioden D1 bis D3 miteinander verbunden, so daß sie als Ausgang des Maximalwert-Wahlkreises 74 dienen.
Der Ausgang des Maximalwert-Wahlkreises 74 ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstär kers OP7 des Begrenzungskreises 75 verbunden. Darüber hinaus ist sein Ausgang mit der Anode einer Diode D4 und einem Widerstand R17 verbunden. Die Kathode der Diode D4 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden.
Die Widerstände R15 und R16 sind zwischen die Referenzspannung VREF und GND geschaltet. Ein Spannungsteilerpunkt zwischen den Widerständen R15 und R16 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP7 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R17 und der Diode D4 ist elektrisch mit dem Eingang 4d des Steuerkreises 4 des Hochsetzsteller als Ausgang des Lampenstrom-Steuerkreises 7A verbunden.
Die Betriebsweise dieser Kreise wird im folgenden beschrieben. Die Eingangs- Ausgangskennlinie des Differenzverstärkers 71a wird dargestellt durch VS1 = {R6/(R5 + R6)}{1 + R4/R3}VREF – (R4/R3)VIN. In entsprechender Weise können die Ausgangskennlinien der Differenzverstärker 72a und 73a jeweils dargestellt werden als VS2 = {R10/(R9 + R10)}{1 + (R8/R7)}VREF – (R8/R7)VIN und VS3 = {R14/(R13 + R14)} {1 + (R12/R11)}VREF – (R12/R11)VIN.
Hier ist VIN gleich Va{R2/(R1 + R2)}. Die Eingangs-Ausgangscharakteristiken der jeweiligen Differenzverstärker 71a bis 73a können durch Ändern des Widerstandswertes der jeweiligen Widerstände der Differenzverstärker 71a bis 73a frei variieren. Die Einganggs- Ausgangscharakteristiken der Differenzverstärker 71a bis 73a sind in 16 als ein Beispiel dargestellt.
Die von den Differenzverstärkern 71a bis 73a erzeugten Ausgangssignale werden dem Maximalwert-Wahlkreis 74 zugeführt. Da der Maximalwert-Wahlkreis 74 die angelegten Eingangssignale über die ODER-verdrahtete Verbindung ausgibt, liefert der Maximalwert-Auswahlkreis 74 aus den Eingangssignalen VS1 bis VS3 das maximale Eingangssignal. Somit wird ein Ausgangssignal VPK von dem Maximalwert-Auswahlkreis 74 erzeugt, das in 17 durch die durchgezogene Linie dargestellt ist. Die gestrichelten Linien stellen die Ausgangssignale nach 16 dar, die von den Differenzverstärkern 71a bis 73a geliefert werden.
Das Ausgangssignal des Maximalwert-Ausgangswahlkreises 74 wird dem Begrenzerkreis 75 zugeführt. Dieses Signal wird durch eine Spannugn VCP = {R16/(R15 + R16)}VREF an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß der Operationsverstärkers OP7 begrenzt, so daß am Ausgang des Lampenstrom-Steuerkreises 7A das begrenzte Eingangssignal liegt. Der Widerstand R17 ist ein Strombegrenzungswiderstand zum Verhindern eines in dem Operationsverstärker OP7 über die Diode D4 fließenden zu hohen Stroms. Eine Ausgangsspannung VOUT des Lampenstrom-Steuerkreises 7A gibt den Strom an, der in der Entladungslampe 12 bei der gewünschten Spannung Va fließen soll, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Der Wert des Stroms, der dem Wert der Lampenspannung entspricht, ist gleich dem des Stroms entsprechend der Spannung, die über dem Stromdetektorkreis 5 liegt und dem Eingang 4c des Steuerkreises 4 des Hochsetzstellers zugeführt wird.
Wenn der durch die Entladungslampe 12 zum Zeitpunkt, an dem die Spannung über den Stromdetektorkreis 5 1 V ist, zum Beispiel 1 A beträgt, dann meint die Ausgangsspannung VOUT = 1 V des Lampenstrom-Steuerkreises 7A auch einen angezeigten Strom von 1 A.
Wenn die Lampenspannung geringer ist als die Spannung am Punkt Vp2, dann wird die Ausgangsspannung VOUT des Lampenstrom-Steuerkreises 7A dargestellt als Kennlinie einer geraden Linie v1, die vS = {R16/(R15 + R16)}VREF angibt. Wenn andererseits die Lampenspannung größer als oder gleich einer Spannung am Punkt Vp3 und geringer als eine Spannung an einem Punkt Vp4 ist, dann wird die Ausgangsspannung VOUT des Lampenstrom-Steuerkreises 7A dargestellt als Kennlinie einer geraden Linie v2, die angibt vS = {R&/(R5 + R6)} {1 + R4/R3)}VREF – (R4/R3){R2/(R1 + R2)}Va.
Wenn die Lampenspannung größer oder gleich der Spannung am Punkt Vp3 und kleiner als die Spannung am Punkt Vp4 ist, wird die Ausgangsspannung VOUT des Lampenstrom-Steuerkreises 7A dargestellt als Kennlinie mit gerader Linie v3, die angibt vS = {R10/(R9 + R10)}{1 + (R8/R7)}VREF – (R8/R7){R2/(R1 + R2)}Va.
Wenn die Lampenspannung größer als oder gleich der Spannung am Punkt Vp4 ist, liefert der Lampenstrom-Steuerkreis 7A eine Spannung entsprechend der geraden Linie V4, die angibt vS = {R14/(R13 + R14)}{1 + (R12/R11)}VREF – (R12/R11){R2/(R1 + R2)}Va.
Hier entsprechen die Punkte Vp1 bis Vp5 jeweils den Punkten ip1 bis ip5, die in 14 gezeigt sind. Weiterhin entsprechen die geraden Linien vS und v1 bis v4 jeweils den geraden Linien iS und i1 bis i4. Somit kann eine Lampenstrom-Steuerkennlinie nach 18 aufgrund eines derartigen Schaltungsaufbaus er zielt werden. Hier fällt die Lampenstrom-Steuerkennlinie in einen Bereich, der kleiner als oder gleich der maximalen Nennleistung, dem maximalen Nennstrom und der maximalen Nennspannung der Entladungslampe 12 ist und im wesentlichen in Form einer geneigten Linie dargestellt ist, in der die jeweiligen Schnittpunkte von mindestens vier geraden Näherungslinien i1, die auf den Lampenspannungskoordinaten in Abhängigkeit von den Lampenstromkoordinaten existieren, als ip1 bis ip4 dargestellt sind und als Scheitelpunkt dienen. Die erste gerade Näherungslinie ist als gerade Linie dargestellt, die erhalten wird, indem ein erster Koordinatenpunkt (0, maximaler Nennstrom der Entladungslampe, und ein zweiter Koordinatenpunkt (maximale Nennleistung der Entladungslampe (maximaler Nennstrom, maximaler Nennstrom) verbunden wird.
Die zweite gerade Näherungslinie wird als Tangentiallinie der maximalen Nennleistungskurve entsprechend der maximalen Nennleistung der Entladungslampe dargestellt, die durch den zweiten Koordinatenpunkt hindurchgeht. Die dritte gerade Näherungslinie wird als gerade Linie dargestellt, die eine Nennleistungskurve entsprechend der Nennleistung der Entladungslampe an zwei Koordinatenpunkten in einem Bereich zwischen der minimalen Nennspannung der Entladungslampe und der maximalen Nennspannung schneidet. Eine vierte gerade Näherungslinie wird dargestellt als gerade Linie, die durch einen dritten Koordinatenpunkt hindurchgeht, der durch die stationäre Lampenspannung auf der dritten gerade Näherungslinie angezeigt ist und die zu der zweiten geraden Näherungslinie gerichtet ist.
Eine Beschreibung wird nun für eine Änderung der Lampenspannung über die Zeit vom Leuchten (Zünden) der Entladungslampe bis zur Stabilisierung der Entladungslampe an der stationären Lampenspannung in bezug auf 19 gegeben. 19 ist eine Darstellung zum Beschreiben des Vorgangs des Anstiegs der Lampenspannung über die Zeit, wobei die Abszisse ein Zeitintervall darstellt und die Ordinate die Lampenspannung darstellt. Die Lampenspannung steigt plötzlich nach dem Beginn des Leuchtens an. Dann steigt die Lampenspannung langsam an und wird danach gesättigt und stabilisiert.
Da die Lampenspannung in dieser Weise sich ändert, nachdem die Entladungslampe eingeschaltet wurde, ist ein Zeitintervall, das die Lampenspannung benötigt, um durch die Punkte ip2 und ip3, die unterschiedlich voneinander in der Änderungsrate des zuzuführenden Stroms (Leistung) sind, hindurchzugehen, ist kurz. Da darüber hinaus die Punkte ip2 und ip3 während eines Zeitraums existieren, indem die Lichtausbeute gering ist, wird kein Flackern oder keine Schwankung in dem von der Entladungslampe emittierten Lichtstrom erzeugt und keine abrupte Änderung des emittierten Lichtstroms tritt auf. Selbst wenn irgendein Flackern erscheint, ist sein Pegel ein Pegel, der visuell nicht beobachtet werden kann.
Die Biegung oder Krümmung der Kurve um den Eingangsstrom beim Punkt ip4 existiert während eines Zeitraums, in dem die Lichtausbeute hoch ist. Da allerdings ein Anstieg der Lampenspannung so langsam ist, ist die Zeit, die die Lampenspannung benötigt, um durch die obige Krümmung am Punkt ip4 hindurchzugehen, so langsam. Somit ist die Krümmung an dem Punkt ip4 praktisch nichts im Hinblick auf die Zeit. Das heißt, daß kein Flackern in der Lichtemission von der Entladungslampe auftritt.
20 zeigt die Anstiegskennlinie der Lichtabgabe, die erhalten wird, wenn eine Entladungslampe mit einer stationären Lampenspannung von 85 V unter Verwendung des Lampenstrom-Steuerkreises 7A betrieben wird. Die Beleuchtungsvorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liefert mehr Strom im Vergleich zu dem Fall, in dem die Beleuchtungsvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Lichtausbeute in einem Lampenspannungsbereich von V1 bis V2 in Betracht gezogen wurde, den Lampenstrom i85 liefert. Obwohl daher ein Überschwingen auftritt, wird ein für das Erreichen einer Lichtabgabe entsprechend 100 % benötigte Zeitintervall kürzer gemacht.
Da der Lampenstrom weniger als der in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendete Lampenstrom i85 fließt, tritt ein leichtes Unterschwingen auf. Allerdings überschreitet weder das Überschwingen noch das Unterschwingen 20 % der Nennlichtabgabe. Dies ist ein Pegel, der praktisch außer Frage ist.
Das bedeutet, daß das vorliegende Ausführungsbeispiel die von der Entladungslampe emittierte Lichtabgabe erreichen kann, die praktisch außer Frage steht, sowohl aufgrund eines einfachen Steueralgorithmus, bei dem die Lampenstrom-Steuerkennlinie, die in den Lampenspannungsbereich von der Lampenspannung 0 V bis zur maximalen Nennspannung fällt, durch eine gebogene Linie, die durch Kombinieren der oben beschriebenen mindestens vier geraden Linien erhalten wird, dargestellt wird, als auch eines kostengünstigen Schaltungsaufbaus.
Da darüber hinaus die obige i3 als Tangentiallinie der maximalen Leistungskurve gesetzt ist, kann ein Anstieg des Lichtpegels schneller durchgeführt werden.
Die eine Lampenstrom-Steuerkennlinie wurde zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung bisher beschrieben. Es wird jedoch als nächstes eine Beschreibung einer Mehrzahl von Lampenstrom-Steuerkennlinien entsprechend verschiedener stationäerer Lampenspannungen gegeben. 21 ist eine Darstellung zum Beschreiben einer Vielzahl von Lampenstrom-Steuerkennlinien.
Eine Lampenstrom-Steuerkennlinie iS1 wird als Kennlinie dargestellt, die durch Verbinden der Punkte ip1, ip2, ip31, ip41 und ip5 untereinander erhalten wird und als Steuerkennlinie, die erhalten wird, wenn eine stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 65 V und weniger als 85 V beträgt. Eine Lampenstrom-Steuerkennlinie iS2 wird als eine Kennlinie, die durch Verbinden der Punkte ip1 und ip2, der Punkte ip32 und ip42 und des Punktes ip5 untereinander und als Steuerkennlinie dargestellt, die erhalten wird, wenn die stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 85 V und weniger als 105 V beträgt. Eine Lampenstrom-Steuerkennlinie iS3 wird als eine Steuerkennlinie dargestellt, die durch Verbinden der Punkte ip1 und ip2, der Punkte ip33 und ip43 miteinander und auf der Grundlage einer geraden Linie it folgend auf den Punkt ip43 erhalten wird.
Hier stellen die Punkte ip3X und ip4X (X = 1 bis 3) auf den individuellen Lampenstrom-Steuerkennlinien Punkte dar, die einen ähnlichen Sinn zu den obigen Punkten ip3 und ip4 haben.
Die Mehrzahl von Lampenstrom-Steuerkennlinien kann durch Aufbau des Differenzverstärkers 72a in einer Schaltung gemäß 22 realisiert werden. Der Differenzverstärker 72a umfaßt eine Speichereinheit 722 für stationäre Lampenspannungen, einen Umschaltkreis 723, einen Zeitkreis 724 und eine Differenzverstärkereinheit 721.
Die Differenzverstärkereinheit 721 besteht aus einem Schalter S1, einem Operationsverstärker OP8 und Widerständen R18 bis R25. Eine Eingangs- Ausgangscharakteristik wird durch die Schaltkontakte des Schalters S1 geändert. Der Schalter S1 weist Kontakte A1 bis A4 und Kontakte B1 bis B4 und schaltet die Kontakte in Abhängigkeit zu einem Signal, das von dem Umschaltkreis 723 geliefert wird.
Wenn die stationäre Lampenspannung größer oder gleich 65 V und weniger als 85 V ist, werden die Kontakte A1 und A2 und B1 und B2 des Schalters S1 jeweils in einen leitenden Zustand gebracht. Wenn die stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 85 V und kleiner als 105 V ist, werden die Kontakte A1 und A3 und B1 und B3 des Schalters S1 jeweils im leitenden Zustand gehalten. Wenn die stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 105 V ist, leiten jeweils die Kontakte A1 und A4 und B1 und B4.
Die Speichereinheit 722 der stationären Lampenspannung besteht aus einem Speicher oder dergleichen. Wenn die Speichereinheit 722 für die stationäre Lampenspannung eine Lampenspannung von dem Spannungserfassungskreis 6 empfängt und mit einem Signal von dem Zeitkreis 720 versehen wird, speichert sie die empfangene Lampenspannung als stationäre Lampenspannung.
Der Umschaltkreis 723 empfängt Signale von dem Spannungserfassungskreis 6 und der Speichereinheit 722 für die stationäre Lampenspannung als Eingangssignale und schaltet die Kontakte des Schalters S1 in Abhängigkeit von den Eingangssignalen um.
Der Zeitkreis 724 empfängt ein das Starten der Entladung von dem Detektorkreis 9 anzeigendes Signal und zählt ein vorbestimmtes Zeitintervall t4 (z.B. zwei Minuten), das seit der Eingabe des Signals an den Zeitkreis 724 abgelaufen ist. Weiterhin sendet der Zeitkreis 724 ein Signal zum Speichern an die Speichereinheit 722 für die stationären Lampenspannungen nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitintervalls t4. Danach sendet der Zeitkreis 724 ein Signal zum Speichern an die Speichereinheit 722 jedes Mal, wenn ein vorbestimmtes Zeitintervall t5 (z.B. 5 Sekunden) abläuft.
Die Differenzverstärkereinheit 721 bildet einen die Widerständen R18, R19, R22 und R23 und den Operationsverstärker 8 umfassenden Kreis, indem jeweils die Kontakte A1 und A2 und B1 und B2 des Schalters S1 in den leitenden Zustand gebracht werden, wenn die stationäre Lampenspannung der Entladungslampe größer als oder gleich 65 V und kleiner als 85 V ist.
Ein Ausgangssignal VS65, das von dem Kreis erzeugt wird, wird dargestellt als VS65 = {R23/(R22 + R23)} {1 + (R19/R18)}VREF – (R19/R18){R2/(R1 + R2)}Va. Die jeweiligen Widerstandswerte der Widerstände sind in der Weise bestimmt, dass eine Eingangs-Ausgangscharakteristik von VS65 als eine Linearkennlinie erzeugt wird, die durch Verbinden der Punkte ip31 und ip41 auf der Lampenstrom-Steuerkennlinie iS1 erhalten wird.
Die Differenzverstärkereinheit 721 bildet einen die Widerstände R18, R20, R22 und R24 und den Operationsverstärker OP8 umfassenden Kreis, indem jeweils die Kontakte A1 und A3 und B1 und b3 des Schalters S1 in den leitenden Zustand gebracht werden, wenn die stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 85 V und weniger als 105 V beträgt.
Wenn ein von dem Kreis erzeugtes Ausgangssignal mit VS85 bezeichnet wird, dann ist dieses Ausgangssignal VS85 = R24/(R22 + R24){1 + (R20/R18)}VREF – (R20/R18) {R2/(R1 + R2)}Va. Die jeweiligen Widerstandswerte der Widerstände werden in der Weise festgelegt, daß die Eingangs- Ausgangscharakteristik von VS85 als lineare Kennlinie ausgebildet ist, die durch Verbinden der Punkte ip32 und ip42 auf der Lampenstrom-Steuerkennlinie iS2 erhalten wird.
Die Differenzverstärkereinheit 721 bildet einen aus den Widerständen R18, R21, R22 und R25 und dem Operationsverstärker OP8 bestehenden Kreis, indem jeweils die Kontakte A1 und A4 und B1 und B4 des Schalters S1 der Differenzverstärkereinheit 721 in den leitenden Zustand gebracht werden, wenn die stationäre Lampenspannung größer als oder gleich 105 V beträgt.
Wenn ein von dem Kreis erzeugtes Ausgangssignal als VS105 dargestellt wird, dann ist das Ausgangssignal VS105 = {R25/(R22 + R25)}{1 + (R21/R18)}VREF – (R21/R18){R2/(R1 + R2)}Va. Die jeweiligen Widerstandswerte der Widerstände werden in der Weise gewählt, daß die Eingangs- Ausgangscharakteristik von VS105 als lineare Kennlinie dargestellt wird, die durch Verbinden der Punkte ip32 und ip42 auf der Lampenstrom-Steuerkennlinie iS2 erhalten wird.
Wenn die Entladungslampe 12 in diese Beleuchtungsvorrichtung eingefügt wird und in einem Zustand vor dem ersten Leuchten, d.h. in einem Ursprungszustand gehalten wird, speichert die Speichereinheit 722 für die stationären Lampenspannungen zeitweise eine Spannung von 65 V, die die minimale zuzuführende Leistung vorsieht. Darüber hinaus hält der Umschaltkreis 723 die Kontakte A1 und A2 und B1 und B2 in leitendem Zustand. Als Ergebnis wird die Lampenstrom-Steuerkennlinie iS1 erhalten.
Wenn der Beleuchtungsschalter 2 eingeschaltet wird und die Entladungslampe 12 beginnt zu leuchten, dann fließt der Lampenstrom mit einem Anstieg der Lampenspannung in Übereinstimmung mit dem Lampenstrom-Steuerkreis iS1. Darauf steigt die Lampenspannung graduell in einer sanften Weise und wird darauf gesättigt und stabilisiert an einer vorbestimmten Lampenspannung (d.h. die Lampenspannung erreicht eine stationäre Lampenspannung).
Nach dem Ablauf des vorbestimmten Zeitintervalls t4 speichert die Speichereinheit 722 für die stationären Lampenspannungen die Lampenspannung als stationäre Lampenspannung abhängig von einem von dem Zeitkreis 724 gelieferten Ausgangssignal. Danach wird der gespeicherte Wert jedesmal erneuert, wenn das vorbestimmte Zeitintervall t5 abläuft. Der Umschaltkreis 723 schaltet die Kontakte des Schalters S1 abhängig von dem gespeicherten Spannungswert um.
Wenn die stationäre Lampenspannung 86V beträgt, schaltet der Umschaltkreis 723 die Kontakte des Schalters S1 um, um die Kontakte A1 und A2 und B1 und B3 im leitenden Zustand zu halten. Als Ergebnis ändert sich die Lampenstrom-Steuerkennlinie von iS1 zu iS2.
Wenn die Entladungslampe 12 ausgeschaltet wird und wieder angeschaltet wird, sieht der Lampenstrom dann ein stabiles Leuchten in Bezug auf einen Anstieg der Lampenspannung in Übereinstimmung mit der Lampenstrom-Steuerkennlinie iS2 vor, bei der die Kennlinie der Entladungslampe in Betracht gezogen wurde.
Wenn der Wert der von dem Spannungserfassungskreis 6 eingegebenen Lampenspannung unter den in der Speichereinheit 722 gespeicherten Wert während eines Zeitraums, den Ablauf der ursprünglichen vorbestimmten Periode t4 nach dem Einschalten der Entladungslampe 12 ausschließend, fällt, schaltet der Umschaltkreis 723 unmittelbar die Kontakte des Schalters S1 auf die der Kennlinie iS1 entsprechenden Seite um, die die minimale zuzuführende Leistung vorsieht. Allerdings wird der in der Speichereinheit 722 für die stationäre Lampenspannung gespeicherte Wert nicht erneuert, bis das vorbestimmte Zeitintervall t5 abläuft.
Wenn die Lampenspannung erniedrigt wird und unter 85 V aufgrund einer Variation in der Entladungslampe 12 oder einer Änderung in der Umgebung fällt, wenn die Lampenspannung auf 86 V stabilisiert ist, wie beispielsweise in 23 gezeigt wird, und die Entladungslampe 12 bei einem Arbeitspunkt x1 auf der Lampenstrom-Steuerkennlinie iS2 leuchtet, dann ändert sich der Arbeitspunkt von x1 auf x2. Daher leuchtet die Entladungslampe 12 in einem Überleistungszustand, bis der vorbestimmte Zeitraum t5 abgelaufen ist und die Speichereinheit 722 für die stationäre Lampenspannung den gespeicherten Wert erneuert.
Wenn daher der Wert der von dem Spannungserfassungskreis 6 eingegebenen Lampenspannung unter den in der Speichereinheit 722 gespeicherten Wert fällt, schaltet der Umschalter 723 unmittelbar die Kontakte des Schalters S1 auf die der Kennlinie iS1 entsprechenden Seite um, die die minimale zuzuführende Leistung vorsieht. Dadurch wird die Lampenstrom-Steuerkennlinie auf iS1, die durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, umgeschaltet und der Arbeitspunkt wird auf x3 gebracht, wodurch eine Aufrechterhaltung der Beleuchtung der Entladungslampe bei der Nennleistung möglich ist.
Darüber hinaus werden die Kontakte des Schalters S1 einfach geschaltet und der in der Speichereinheit 722 gespeicherte Wert wird nicht erneuert, bis der vorbestimmte Zeitraum t5 abläuft. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit eines irrtümlichen Erneuerns des gespeicherten Wertes verringert, wenn ein Abfall der Lampenspannung kurzzeitig aufgrund von Rauschen oder dergleichen auftritt. Als Ergebnis kann die Entladungslampe bei der optimalen Leistung selbst bei dem nächsten Beleuchtungsvorgang gestartet werden.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt den Fall, bei dem die durch Kombinieren der vier geraden Linien entsprechend dem Minimum zur Realisierung dieser Erfindung erhaltene gebogene Linie als Lampenstrom-Steuerkennlinie verwendet wird, die den Lampenspan nungsbereich von der Lampenspannung 0 V bis zur maximalen Nennspannung aufweist. Es muß jedoch nicht gesagt werden, daß die Anzahl der geraden Linien größer als vier sein kann. Die Lampenstrom-Steuerkennlinie kann sich darüber hinaus einer Kennlinie nähern, die auf der Grundlage der Lichtausbeute aufgrund einer Erhöhung der Anzahl der geraden Linien erzeugt wird, so daß eine Kennlinie erhalten werden kann, in der die Lichtabgabe oder der Lichtpegel glatter ansteigt.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel beischreibt auch den Lampenstrom-Steuerkreis 7A, der die drei Arten von Lampenstrom-Steuerkennlinien entsprechend den drei stationären Lampenspannungen aufweist. Die Anzahl der Lampenstrom-Steuerkennlinien kann erhöht oder verringert werdne. Je größer die Anzahl der Lampenstrom-Steuerkennlinien ist, um so mehr Änderungen der Entladungslampe können absorbiert werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf 24 beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel verwendete den Lampenstrom-Steuerkreis 7A entsprechend 15 für die Realisierung der Lampenstrom-Steuerkennlinie nach 14. Das vorliegende Ausführungsbeispiel beruht jedoch auf einem Lampenstrom-Steuerkreis 7B nach 24.
Der Lampenstrom-Steuerkreis 7B besteht aus Differenzverstärkern 76 bis 78, einem Additionskreis 79 und einem Begrenzerkreis 80.
Ein Eingangssignal VIN des Lampenstrom-Steuerkreises 7B entspricht dem von dem Spannungserfassungskreis 6 gelieferten Ausgangssignal und wird an drei parallelgeschaltete Differenzverstärker 76 bis 78 gegeben. Das Eingangssignal VIN wird an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP9 in dem Differenzverstärker 76 über einen Widerstand R26 geliefert.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP9 ist über einen Widerstand R27 mit seinem Ausgang verbunden. Widerstände R28 und R29 sind zwischen eine Referenzspannungsversorgung VREF und GND in Reihe geschaltet. Ein Spannungsteilerpunkt zwischen den Widerständen R28 und R29 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 9 verbunden.
Der Differenzverstärker 77 umfaßt die Widerstände R30 bis R33 und den Operationsverstärker OP10. Der Differenzverstärker 78 besteht aus den Widerständen R34 bis R37 und dem Operationsverstärker OP11. Die Ausgangskennlinien der drei Arten von parallelgeschalteten Differenzverstärkern 76 bis 78 sind voneinander unterschiedlich.
Wenn der Widerstandswert der Widerstände 61 und 62 in der 5 jeweils als R1 und R2 dargestellt wird, kann das von dem Spannungserfassungskreis 6 erzeugte Ausgangssignal VIN dargestellt werden als VIN = Va R2/(R1 + R2), was aufgrund eines Spannungsteilungsprozesses der angelegten Spannung mit diesen Widerständen R1 und R2 erhalten wird.
Der Addierer 79 weist drei Eingänge n1 bis n3, die jeweils von den Differenzverstärkern 76 bis 78 er zeugte Ausgangssignale VS6 bis VS8 empfangen. Die Eingänge n1, n2 und n3 sind jeweils mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP12 über Widerstände 38, 39, 40 verbunden.
Ein invertierender Eingang des Operationsverstärkers OP12 ist mit einem Spannungsteilungspunkt zwischen den Widerständen R41 und R42 verbunden, die zwischen einem Ausgang des Operationsverstärkers 12 und GND in Reihe geschaltet sind. Ein Ausgangssignal, das an dem Ausgang des Operationsverstärkers 12 erscheint, wird einem Begrenzungskreis 80 als Ausgangssignal Vad des Addierers 79 zugeführt.
Der Ausgang des Addierers 79 ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers OP13, der den Begrenzungskreis 80 bildet, verbunden. Darüber hinaus ist der Ausgang des Addierers 79 mit der Anode einer Diode D5 über einen Widerstand R45 verbunden. Die Kathode der Diode d5 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP13 verbunden.
Die Widerstände R43 und R44 sind zwischen der Referenzspannung VREF und GND in Reihe geschaltet. Ein Spannungsteilerpunkt zwischen den Widerständen R43 und R44 ist elektrisch mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP13 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R45 und der Diode D5 ist mit dem Eingang 4d des Steuerkreises 4 für den Hochsetzsteller als Ausgang des Lampenstrom-Steuerkreises 7 verbunden.
Die Eingangs- Ausgangskennlinien der Differenzverstärker 76 bis 78 sind jeweils dargestellt als VS6 = {R29/(R28 + R29)}{1 + (R27/R26)}VREF – (R27/R26)VIN, VS7 = {R33/(R32 + R33)}{1 + R31/R30}VREF – (R31/R30)VIN und VS8 = {R37/(R36 + R37)}{1 + R35/R34}VREF – (R35/R34)VIN.
Die Eingangs- Ausgangscharakteristiken der jeweiligen Differenzverstärker 76 bis 78 können frei durch Änderung der Widerstandswerte der jeweiligen Widerstände der Differenzverstärker 76 bis 78 variiert werden. Die Eingangs- Ausgangskennlinien der Differenzverstärker 76 bis 78 sind in 25 als erläuterndes Beispiel dargestellt.
Die von diesen Differenzverstärkern 76 bis 78 erzeugten Ausgangssignale werden dem Addierer 79 zugeführt. Der Addierer 79 liefert die Summe der Eingangssignale. Wenn das von dem Addierer 79 erzeugte Signal als Vad bezeichnet wird, dann ist das Ausgangssignal Vad = {1 + (R41/R42)}{(R39 R40 VS4 + R38 R40 VS5 + R38 R39 VS6)/(R38 R39 + R39 R40 + R38 R40)}. Wenn R38 = R39 = R40 und R41 = 2 × R42, dann ist Vad = VS6 + VS7 + VS8. In diesem Fall wird das Ausgangssignal des Addierers 79 wie in 26 dargestellt.
Das Ausgangssignal des Addierers 79 wird dem Begrenzerkreis 80 zugeführt und wird danach durch vCP = {R44/(R43 + R44)}VREF entsprechend einem dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP12 zugeführten Eingangssignal begrenzt. Der Widerstand R 45 ist ein strombegrenzender Widerstand zum Verhindern eines übermäßigen Stroms in dem Operationsverstärker OP13 und der Diode D5.
Ein Ausgangssignal VOUT des Lampenstrom-Steuerkreises 7B gibt den in der Entladungslampe bei dem gewünschten Lampenstrom Va zu fließenden Strom an, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Der Wert des Stroms, der dem Wert der Lampenspannung entspricht, ist gleich dem des Stroms, der der über dem Stromdetektorkreis 5 liegenden Spannung entspricht und der dem Eingang 4c des Steuerkreises 4 für den Hochsetzsteller eingegeben wird.
Wenn der in der Entladungslampe zu fließende Strom zu dem Zeitpunkt, an dem die Spannung über den Stromdetektorkreis 5 1 V ist, beispielsweise 1 A beträgt, dann meint die Ausgangsspannung VOUT = 1 V des Lampenstrom-Steuerkreises 7B auch einen angegebenen Strom von 1 A.
Wenn die Lampenspannung kleiner ist als die Spannung am Punkt Vp2, wird die Ausgangsspannung VOUT des Lampenstrom-Steuerkreises 7B als eine als gerade Linie v1 ausgebildete Kennlinie dargestellt, die vS angibt zu vS = {R44/(R43 + R44)}VREF. Wenn andererseits die Lampenspannung größer oder gleich der Spannung am Punkt Vp2 ist, dann wird die Ausgangsspannung VOUT des Lampenstrom-Steuerkreises 7B dargestellt als Kennlinien aus geraden Linien v2, v3 und v4, die vS angeben zu vS = {R29/(R28 + R29)}{1 + (R27/R26)}VREF – (R27/R26){R2/(R1 + R2)}Va + {R33/(R32 + R33)} {1 + (R31/R30)}VREF – (R31/R30){R2/(R1 + R2)}Va + {R37/(R36 + R37)}{1 + (R35/R34)}VREF – (R35/R34){R2/(R1 + R2)}Va.
Hier entsprechen der Punkt Vp1, der Punkt Vp2 und die Punkte Vp3 bis Vp5 jeweils den Punkten ip1 bis ip5, die in einer ähnlichen Weise in 14 des zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt sind. Darüber hinaus entsprechen die geraden Linien vS und v1 bis v4 jeweils den geraden Linien iS und i1 bis i4. Somit kann eine Lampenstrom-Steuerkennlinie nach 27 mit einem derartigen Schaltungsaufbau realisiert werden.
Eine Mehrzahl von Lampenstrom-Steuerkennlinien kann durch Ersetzen des Differenzverstärkers 77 durch die Schaltungsanordnung (die unterschiedlich hinsichtlich der Kreiskonstanten zu dem früheren Aufbau ist) nach 22 erhalten werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im folgenden beschrieben. 28 ist eine Darstellung für die Beschreibung der Beziehung zwischen einer Lampenspannung, einem Lampenstrom und einer optischen Lichtausgabe in bezug auf die Zeit, die seit dem Beginn des Zündens abläuft. Eine durchgezogene Linie v stellt die Lampenspannungs-Anstiegskennlinie der Entladungslampe 12 dar, eine durchgezogene Linie w gibt den Lampenstrom an, der in der Entladungslampe 12 in Übereinstimmung mit einer üblichen Lampenstrom-Steuerkennlinie fließt und eine durchgezogene Linie 1 bezeichnet die Lichtabgabe-Anstiegscharakteristik einer üblichen Entladungslampe.
Eine gestrichelte Linie w' gibt einen Lampenstrom an, der in Übereinstimmung mit einer Lampenstrom-Steuerkennlinie entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fließt. Eine gestrichelte Linie 1' stellt eine Lichtabgabe-Anstiegskennlinie einer Entladungslampe dar, die bei dieser Erfindung verwendet wird. Darüber hinaus gibt eine strichpunktierte Linie V2 eine erste vorbestimmte Lampenspannung und eine strichpunktierte Linie V3 eine zweite vorbestimmte Lampenspannung an. 29 ist eine vergrößerte Dar stellung der Lampenstrom-Steuerkennlinien, die in der Nähe der stationären Lampenspannungen erzeugt werden.
Wenn die Entladungslampe 12 beginnt zu leuchten, steigt die Lampenspannung, wie durch die durchgezogene Linie v in 28 angegeben wird, von einer niedrigeren Spannung zu Beginn des Leuchtens an und erreicht eine stationäre Lampenspannung V4 (die als 85 V angenommen wird).
Ein Lampenstrom-Steuerkreis variiert den Lampenstrom in Übereinstimmung mit der durchgezogenen Linie w derart, daß er solch einer Änderung in der Lampenspannung entspricht. Das heißt, der Steuerbetriebspunkt vD1 wandert von links nach rechts (zu der stationären Lampenspannung V4) längs der Lampenstrom-Steuerkennlinie entsprechend 29.
Wenn die Lampenspannung ansteigt, wird der Betriebspunkt auf die stationäre Lampenspannung V4 festgelegt, während sie wie vD1, vD2, vD3 längs der Lampenstrom-Steuerkennlinie i3 variiert. Da allerdings die optimale Lampenstrom-Steuerkennlinie der Entladungslampe 12 als i85 dargestellt ist, in der die durch die gestrichelte Linie angegebene. Lichtausbeute in Betracht gezogen wurde, wird ein Mangel an Strom (Leistung) in einem Bereich entwickelt (entsprechend einem durch die schrägen Linien angegebenen Bereich, der in den Bereich zwischen den Lampenspannungen V2 und V4 fällt), der durch die gestrichelte Linie i85 und der üblichen Lampenstrom-Steuerkennlinie i3 definiert ist.
Wie in 29 dargestellt ist, wird dieser Einfluss auf die Lichtabgabe-Anstiegskennlinie 1 der üblichen Entladungslampe als Unterschwingung in einem Bereich, in dem die Lampenspannung v von v2 zu v4 sich ändert, ausgeübt.
Eine Beleuchtungsvorrichtung entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird verwendet, um eine Lichtabgabe-Anstiegskennlinie zu realisieren, mit der die Größe von Unterschwingungen verringert werden können, sowie eine Differenz zwischen der Größe von Unterschwingungen und der der Oberschwingungen zu verringern und das Gefühl einer physikalischen Unregelmäßigkeit zu vermeiden.
Ein Verfahren zur Realisierung einer solchen Kennlinie wird im folgenden genauer beschrieben.
30 ist eine schaltungsgemäße Ausgestaltung eines Differenzverstärkerkreises 90 eines Lampenstrom-Steuerkreises, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird. Der Differenzverstärker 90 dient als Vollrichtung zur Begrenzung oder Steuerung von Unterschwingungen. Eine Beschreibung wird anhand nur einer einzigen Lampenstrom-Steuerkennlinie entsprechend 14 des zweiten Ausführungsbeispiels zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung gegeben. Allerdings kann auch ein Kreis, ähnlich dem des Differenzverstärkerkreises 72a nach 22 zur Realisierung einer Mehrzahl von Steuerkennlinien verwendet werden, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Der Differenzverstärkerkreis empfängt eine Spannung VIN äquivalent zu einer von dem Spannungserfassungskreis 6 abgegebenen Lampenspannung und liefert ein Ausgangssignal am Anschluß m2 des Maximalwert-Aus wahlkreises 74 entsprechend 15. Das Ausgangssignal des Spannungserfassungskreises 6 wird einem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OP2 über einen Widerstand R7 zugeführt und an den Umschaltkreis 725 gegeben, der einen Eingang Si1 und zwei Ausgänge S01 und S02 aufweist.
Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP2 ist mit seinem Ausgang über einen Widerstand Rr verbunden. Darüber hinaus ist der invertierende Eingang elektrisch mit einem der Anschlüsse eines Schalters S2 über einen Widerstand R46 gekoppelt. Der andere Anschluß des Schalters S2 ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OP2 verbunden.
Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers OP2 ist mit einem Spannungsteilerpunkt verbunden, der zwischen den Widerständen R9 und R10 vorgesehen ist, die zwischen einer Referenzspannung VREF und GND in Reihe geschaltet sind. Darüber hinaus ist der nichtinvertierende Eingang auch mit einem der Anschlüsse eines Schalterss S3 über einen Widerstand R47 verbunden. Der andere Anschluss des Schalters S3 ist an GND angeschlossen. Die Schalter S2 und S3 sind jeweils mit Anschlüssen zum Öffnen und Schließen dieser Schalter versehen. Diese Anschlüsse sind miteinander und mit dem Ausgang S01 des Umschaltkreises 725 verbunden.
Ein von dem Operationsverstärker OP2 erzeugtes Ausgangssignal wird als ein Ausgangssignal VS2' einer Differenzverstärkereinheit 734 verwendet und wird einer Zeitkonstanten-Schaltereinheit 726 zugeführt. Der Ausgang des Operationsverstärkers OP2 ist über einen Widerstand R48 der Zeitkonstantschaltereinheit 726 mit einem Widerstand R49 verbunden, die das Ausgangssignal des Differenzverstärkerkreises 90 liefert.
Einer der Anschlüsse eines Schalters S4 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R48 und R49 verbunden, während sein anderer Anschluss elektrisch an GND über einen Kondensator C1 geschaltet ist, der wiederum mit dem Ausgang des Differenzverstärkerkreises 90 verbunden ist. Der Schalter S4 ist mit einem Anschluss zum Öffnen und Schließen des Schalters versehen, der wiederum an den Ausgang S02 des Umschaltkreises 725 verbunden ist.
Wenn das Ausgangssignal VIN des Spannungserfassungskreises 6 kleiner als oder gleich der ersten vorbestimmten Lampenspannung (z.B. einer stationären Lampenspannung von –10 V) ist, liefert der Umschaltkreis 725 ein Signal zum Öffnen der Schalter S2 und S3. Wenn das Ausgangssignal größer als oder gleich der ersten vorbestimmten Lampenspannung und kleiner als die zweite vorbestimmten Lampenspannung (z.B. einer stationären Lampenspannung von –5 V) ist, liefert der Umschaltkreis 725 ein Signal zum Schließen der Schalter S2 und S3.
Wenn darüber hinaus die Ausgangsspannung VIN geringer als die zweite vorbestimmte Lampenspannung ist, liefert der Umschaltkreis 725 ein Signal zum Schließen des Schalters S4. Wenn das Ausgangssignal VIN größer als oder gleich der zweiten vorbestimmten Lampenspannung ist, liefert der Umschaltkreis 725 ein Signal zum Öffnen des Schalters S4. Die Beziehung zwischen der ersten und der zweiten vorbestimmten Spannung ist derart, daß die erste vorbestimmte Spannung kleiner als die zweite vorbestimmten Spannung ist. Sowohl die erste als auch die zweite vorbestimmte Spannung fallen in den Lampenspannungsbereich zwischen den Punkten ip3 und ip4 auf der Lampenstrom-Steuerkennlinie nach 14.
Der Widerstand R48 der Zeitkonstanten-Schaltereinheit 726 ist ein sehr kleiner Widerstand und wird zur Begrenzung des Stroms in den Kondensator C1 in einem Zustand verwendet, in dem der Schalter S4 geschlossen ist. Die Zeitkonstante des Kondensators C1 und des Widerstandes R48 ist daher niedrig.
Auf der anderen Seite weist der Widerstand R49 einen großen Widerstandswert auf. Die Beziehung zwischen den Widerständen R48 und R49 kann dargestellt werden als R48 << R49. Die von dem Widerstand R49 und dem Kondensator C1 erzeugte Zeitkonstante ist in einem offenen Zustand des Schalters S4 groß.
Die Betriebsweise des Differenzverstärkerkreises 90 wird im folgenden beschrieben. Wenn die Lampenspannung geringer als die erste vorbestimmte Lampenspannung v2 ist, sind die Schalter S2 und S3 geöffnet. Daher existiert der Steuerbetriebspunkt vD1 auf der geraden Linie i3, die sich auf die Lampenstrom-Steuerkennlinie bezieht. Darüber hinaus wird der Strom der Entladungslampe 12 zugeführt in Übereinstimmung mit i3 = {R10/(R9 + R10)}{1 + (R8/R7)}VREF – (R8/R7) {R2/(R1 + R2)}Va.
Der Schalter S4 der Zeitkonstanten-Schaltereinheit 726 ist geschlossen, um einen Zeitkonstantenkreis aus dem Widerstand R48 und dem Kondensator C1 zu bilden. Da jedoch die Zeitkonstante niedrig ist, ist der auf die Zeitkonstantenschaltereinheit 726 ausgeübte Einfluß vernachlässigbar.
Wenn die Lampenspannung die erste vorbestimmten Lampenspannung v2 erreicht, schließt der Umschaltkreis 725 die Schalter S2 und S3. Da der Widerstand R46 parallel zu dem Widerstand R8 geschaltet ist, wird die Verstärkung der Differenzverstärkereinheit 734 verringert. Da darüber hinaus der Widerstand R47 parallel zu dem Widerstand R10 liegt, wird ihr Offset verringert.
Somit variiert die Lampenstrom-Steuerkennlinie wie it1 nach 29 und der Steuerbetriebspunkt bewegt sich von vD1 zu vk1. Hier ist it1 gleich {R10 R47/(R10 + R47)}/[R9 + {R10 R47/(R10 + R47)}]{1 + R8 R46/R7(R8 + R46)}VREF – {R8 R46/R7(R8 + R46)}{R1/(R1 + R29)}Va.
Wenn die Lampenspannung die zweite vorbestimmte Lampenspannung erreicht, öffnet der Umschaltkreis 725 die Schalter S2 und S3 und den Schalter S4 der Zeitkonstantenschaltereinheit 726. Somit wird die Eingangs-Ausgangskennlinie der Differenzverstärkereinheit 734 wieder in die ursprüngliche Eingangs-Ausgangskennlinie geändert und einer Eingangs-Ausgangskennlinie der Zeitkonstanten-Schaltereinheit 726 variiert in Übereinstimmung mit der Zeitkonstanten (R48 + R49)C1
R49 × C1.
Das heißt, die Eingangs-Ausgangskennlinie der Differenzverstärkereinheit 734 ändert sich von it1 bis i3 bei der Spannung V2 entsprechend einer Grenzlinie. Allerdings ändert sich die Eingangs-Ausgangskennlinie des Differenzverstärkerkreises 90, d.h. die Lampen strom-Steuerkennlinie in der Reihenfolge von it1, it2, it3 und i3 in Übereinstimmung mit der Zeitkonstanten der Zeitkonstanten-Schaltereinheit 726. Darüber hinaus bewegt sich auch der Steuerbetriebspunkt in der Reihenfolge von vk2, vk3, vk4 und vD3. Obwohl eine Beschreibung in der Weise gegeben wurde, daß die Eingangs-Ausgangskennlinie in einer schrittweisen Art variiert, variiert sie in der Praxis kontinuierlich von it1 bis i3. Darüber hinaus entspricht vD3 einem Punkt von zwei Koordinatenpunkten, bei dem die Lampenspannung niedriger ist als die bei dem anderen Koordinatenpunkt.
Somit erstreckt sich eine aktuelle Lampenstrom-Steuerkennlinie nicht über den durch die schrägen Linien nach 29 angegebenen Bereich hinaus, der einem Bereich einer Leistungsverringerung entspricht. Als Ergebnis wird der Lampenstrom, der während eines Zeitraums fließt, indem die Lampenspannung von V2 bis V4 sich ändert, so dargestellt, wie durch die gestrichelte Linie w' in 28 angegeben wird. Darüber hinaus ändert sich auch die Lichtabgabe-Anstiegskennlinie von der üblichen durchgezogenen Linie zu der gestrichelten Linie 1'. Es ist daher möglich, Unterschwingungen zu verringern.

Claims

Schaltungsanordnung zum Steuern des Lampenstroms einer Hochdruck-Entladungslampe mit einer Spannungszuführungsanordnung (3, 8, 11) zum Anlegen einer Wechselspannung an die Hochdruck-Entladungslampe (12), einer Zündvorrichtung (11) zum Anlegen einer Hochspannung an die Hochdruck-Entladungslampe (12), um eine Entladung der Hochdruck-Entladungslampe (12) zu starten, einer Spannungserfassungsvorrichtung (6) zum Erfassen der an die Hochdruck-Entladungslampe (12) angelegten Spannung, einer Stromerfassungsvorrichtung (5) zum Erfassen eines der Hochdruck-Entladungslampe (12) zugeführten Stroms, und einer Lampenspannungs-Steuervorrichtung (4, 7) zum Steuern einer von der Spannungszuführungsanordnung (3, 8, 11) gelieferten Spannung, derart, daß der Wert des von der Stromerfassungsvorrichtung erfassten Stroms mit einem vorbestimmten Stromwert, der der Hochdruck-Entladungslampe zuzuführen ist, übereinstimmt, gekennzeichnet durch eine Lampenstrom-Steuereinrichtung (7) mit einer Speichervorrichtung (73) zur Speicherung einer Mehrzahl von sich voneinander unterscheidenden Lampenstrom-Steuerkennlinien, wobei die Lampenstrom-Steuerkennlinien unter Berücksichtigung der Abhängigkeit der Lichtausbeute der Hochdruck-Entladungslampe (12) von der an die Hochdruck-Entladungslampe (12) angelegten Spannung derart bestimmt sind, daß der von der Hochdruck-Entladungslampe (12) emittierte Lichtstrom im wesentlichen konstant gehalten wird, wobei die Lampenstrom-Steuereinrichtung (7) eine der Lampenstrom-Steuerkennlinien entsprechend der Lampenspannung der Hochdruck-Entladungslampe (12) in einem stationären Zustand auswählt und den vorbestimmten Stromwert auf der Grundlage der ausgewählten Lampenstrom-Steuerkennlinie und der von der Spannungserfassungsvorrichtung (6) erfassten Spannung einstellt.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Lampenspannung unbekannt ist, die Lampenstrom-Steuereinrichtung (7) eine Lampenstrom-Steuerkennlinie wählt, bei der die der Hochdruck-Entladungslampe (12) zugeführte Leistung minimiert wird.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampenstrom-Steuereinrichtung (7) eine Speichervorrichtung für stationäre Lampenspannungen zum Empfangen des Wertes der Lampenspannung von der Spannungserfassungsvorrichtung (6) in regelmäßigen Abständen und zum Erneuern der gespeicherten Inhalte auf der Grundlage des eingegebenen Wertes der Lampenspannung aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtung für die stationären Lampenspannungen das Erneuern der Inhalte für einen vorbestimmten Zeitraum stoppt, wenn der eingegebene Wert der Lampenspannung kleiner ist als der gespeicherte Wert.