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TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Hochleistungsentladungslampe
und insbesondere ein elektronisches Vorschaltgerät mit einer Dimmersteuerungsfähigkeit zum
Dimmen der Lampe.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Die
frühe japanische
Patentanmeldung Nr. 6-111987 offenbart ein elektronisches Vorschaltgerät des bisherigen
Standes der Technik für
eine Hochleistungsentladungslampe mit einer Dimmfähigkeit. Das
Vorschaltgerät
umfaßt
einen Leistungswandler, der eine Eingangs-Gleichspannung in eine Lampenleistung
zum Antreiben der Lampe wandelt, einen Dimmer, der einen Dimmerbefehl
eines veränderlichen
Abdunklungsverhältnisses
liefert, und einen Controller, der den Leistungswandler steuert,
um die Lampenleistung bei Abnehmen des Abdunklungsverhältnisses
zu reduzieren. Eine Spannungsüberwachung
wird einbezogen, um eine Lampenspannung durch die Lampe, die während des
Dimmbetriebs eine Lampencharakteristik anzeigt, zu überwachen. Während die
Lampenleistung auf ein bestimmtes Niveau reduziert wird, d.h., das
Abdunklungsverhältnis nimmt
von 100% herunter auf ein relativ hohes Verhältnis ab, führt der Controller eine Konstantleistungssteuerung
des Variierens eines Lampenstroms gemäß der überwachten Lampenspannung durch, um
eine im wesentlichen konstante Lampenleistung an die Lampe zu liefern.
Wenn das Abdunklungsverhältnis
weiter abnimmt, was durch die Lampenspannung, die ein kritisches
Niveau überschreitet,
bestätigt
wird, schaltet der Controller auf eine Konstantstromsteuerung des
Lieferns eines konstanten Stroms, der nur durch das Abdunklungsverhältnis und
nicht durch die überwachte
Lampenspannung bestimmt wird, um die Lampe in stärkerem Maße zu dimmen, ohne das Löschen der
Lampe zu verursachen.
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Die
vorhergehende Konstantleistungssteuerung während des Dimmens der Lampe
wird basierend auf einer Annahme ausgeführt, daß die Lampenspannung im wesentlichen
konstant bleibt, während
die Lampenleistung von einer Nennleistung auf das bestimmte Niveau
redu ziert wird, bei dem die Lampenspannung dazu übergeht, über das kritische Niveau hinaus
anzusteigen. Das heißt,
der Controller ist konstruiert, um eine Spannungs-Leistungs-Abgabecharakteristik
zu haben, die für
die veränderlichen Abdunklungsverhältnisse
(a), (b) und beziehungsweise (c) wie in 16 gezeigt
allgemein quadratische Funktionskurven ergibt. Diese Kurven, die
gemäß Spannungs-Strom-Verhältnissen
erzeugt werden, die jeweils für
unterschiedliche Abdunklungsverhältnisse
bestimmt werden, wie in 17 gezeigt, weisen
individuelle Scheitelpunkte auf, die einer festen Lampenspannung
entlang ausgerichtet sind, um einen betriebsfähigen Spannungsbereich um den Scheitelpunkt
für jede
Kurve bereitzustellen. Der betriebsfähige Spannungsbereich definiert
einen Spannungsbereich, in dem eine Lampencharakteristikkurve Q1
die Abgabekurven (a), (b) und (c) kreuzt, um die Lampe zu betreiben,
während
die sich ergebende Lampenleistung sogar in Anwesenheit einer möglichen
Veränderung
in der Lampencharakteristik Q1 auf im wesentlichen dem gleichen
Niveau beibehalten wird. Das heißt, wenn die Kurve der Lampencharakteristik
Q1 die Abgabekurven (a), (b), (c) innerhalb des betriebsfähigen Spannungsbereichs überschneidet,
sorgt nur eine kleine Abweichung in der Lampenleistung für die Konstantleistungssteuerung
zum Dimmen der Lampe auf eine reduzierte Lampenleistung wie beabsichtigt,
ungeachtet einer möglichen Änderung
der Lampencharakteristik, die durch das Lampenherstellungsverfahren
verursacht werden kann.
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Obgleich
das Vorschaltgerät
des bisherigen Standes der Technik die Konstantstromsteuerung zum
erfolgreichen Dimmen der Lampe in stärkerem Maße lehrt, ist die vorhergehende
Konstantleistungssteuerung für
das beständige
Dimmen der Lampe aufgrund der Tatsache, daß die Lampencharakteristik
während
des Dimmens der Lampe anstatt Q1, wie im Vorschaltgerät des bisherigen
Standes der Technik angenommen, tatsächlich einer Kurve Q folgt, nicht
zufriedenstellend. Das heißt,
die Lampenspannung wird abnehmen, wenn die Lampenleistung sich von
ihrer Nennleistung auf ein bestimmtes Niveau, zum Beispiel 40% der
Nennspannung der Lampe, reduziert. Mit diesem Ergebnis bewirkt sogar
eine leichte Abweichung der Lampencharakteristik (zum Beispiel durch
eine Kurve Q2 in 16 gezeigt) eine beträchtliche
Abweichung der Lampenleistung. Eine solche beträchtliche Abweichung der Lampenleistung
muß insbesondere
dann vermieden werden, wenn zwei oder mehr Entladungslampen simultan gedimmt
werden, da die Abweichung der Lampencharakteristik eine merkliche
Lampenleistungsdifferenz ergibt, obgleich beabsichtigt wird, daß sie auf das
gleiche Niveau gedimmt werden.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorhergehende Unzulänglichkeit
geschaffen, um ein verbessertes elektronisches Vorschaltgerät für eine Hochleistungsentladungslampe
(HID) bereitzustellen, das in der Lage ist, die Lampe über einen weiten
Bereich zu dimmen und dennoch zu gewährleisten, daß die Lampe
in der Gegenwart einer möglichen Änderung
der Lampencharakteristik effizient mit einer minimalen Lampenleistungsänderung
betrieben wird. Das Vorschaltgerät
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt
einen Leistungswandler, der eine Eingangs-Gleichspannung in eine
Lampenspannung zum Antreiben der Hochleistungsentladungslampe wandelt,
einen Dimmer, der einen Dimmerbefehl eines variierenden Abdunklungsverhältnisses
liefert, um die Lampenleistung zu reduzieren, um die Lampe bei Abnehmen
des Abdunklungsverhältnisses
in stärkerem
Maße zu
dimmen. Im Vorschaltgerät
ist auch eine Spannungsüberwachung zum Überwachen
einer Lampenspannung durch die Entladungslampe und ein Controller,
der den Leistungswandler steuert, um eine Spannungs-Leistungs-Abgabecharakteristik
bereitzustellen, die eine Lampenspannung abgibt, die mit der variierenden überwachten
Lampenspannung variiert, enthalten. Der Controller empfängt den
Dimmerbefehl und liefert die Spannungs-Leistungs-Abgabecharakteristik, die
die Lampenleistung für
die gegebene überwachte Lampenspannung
bei Abnehmen des Abdunklungsverhältnisses
herabsetzt. Die Spannungs-Leistungs-Abgabecharakteristik des Vorschaltgeräts definiert
einen Spannungsbereich einer effektiven Konstantleistungssteuerung
(ECWC), in dem der Leistungswandler gesteuert wird, um eine im wesentlichen
konstante Lampenleistung zu ergeben, während nur eine kleine Abweichung
der Lampenleistung von einer maximalen Lampenleistung zugelassen wird,
wenn die überwachte
Lampenspannung aufgrund von einer möglichen Abweichung der Lampencharakteristik
zwischen einer unteren Grenze und einer oberen Grenze des ECWC-Spannungsbereichs variiert.
Die Abweichung der Lampenleistung wird zum Beispiel gewählt, um
ungefähr
5% oder weniger der maximalen, durch das gegebene Abdunklungsverhältnis vorgesehenen
Lampenleistung zu entsprechen. Das wichtige Merkmal der vorliegenden
Erfindung liegt darin, daß der
Controller arbeitet, um die Spannungs-Leistungs-Abgabecharakteristik
auf eine Weise zu modifizieren, daß die untere Grenze des ECWC-Spannungsbereichs
bei Abnehmen des Abdunklungsverhältnisses
von 100%, bei dem eine Nennspannung an die Entladungslampe geliefert wird,
herabgesetzt wird. Das bedeutet, daß der ECWC-Spannungsbereich
bei Abnehmen des Abdunklungsverhältnisses
in einer exakten Übereinstimmung
mit der tatsächlichen,
während
dem Dimmen der Lampe begegneten Lampencharakteristik zu einer niedrigeren
Spannungsseite verschoben wird.
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Dadurch
ist es möglich,
die Abweichung der Lampenleistung bei jedem anwendbaren Abdunklungsverhältnis, d.h.
reduziertem Lampenleistungsniveau, sogar bei Vorhandensein einer
möglichen durch
das Lampenherstellungsverfahren verursachten Abweichung der Lampencharakteristik
zu minimieren. Aus diesem Grund kann die Lampe auf einen exakten
Pegel, wie durch das Abdunklungsverhältnis beabsichtigt, gedimmt
werden, während
jede zulässige
Abweichung der Lampencharakteristik ausgeglichen wird. Dementsprechend
können,
wenn zwei oder mehr Lampen auf das gleiche Abdunklungsverhältnis gedimmt
werden, ihre Abgabeleistungen übereinstimmend
auf das gleiche Niveau reduziert werden, d.h. ohne eine merkliche
Abgabeleistungsdifferenz zu verursachen.
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Der
Controller arbeitet, um die untere Grenze des ECWC-Spannungsbereichs
herabzusetzen, bis das Abdunklungsverhältnis auf ein vorbestimmtes
Niveau abnimmt, unter dem die Lampenspannung der Lampe dazu übergeht,
bei einem weiterem Abnehmen der Lampenleistung zu steigen. Das vorbestimmte
Niveau wird so gewählt,
daß es
einer Lampenleistung wie bei dem Abdunklungsverhältnis von 30 bis 50% beabsichtigt
entspricht, über
dem die Lampenspannung bei abnehmender Lampenleistung abnimmt und
unter dem die Lampenspannung bei abnehmender Lampenleistung zunimmt.
Im Zusammenhang damit bestimmt der Controller den ECWC-Spannungsbereich,
von dem die untere Grenze um ungefähr 20 V verschoben wird, wenn
das Abdunklungsverhältnis
von 100% auf 50% abnimmt.
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Vorzugsweise
weist der Controller eine zusätzliche
Funktion des Steuerns des Leistungswandlers auf, um eine Konstantstromsteuerung
zum Liefern eines konstanten Stroms an die Entladungslampe, der
nur durch das Abdunklungsverhältnis
und nicht durch die momentane überwachte
Lampenspannung bestimmt wird, bereitzustellen. Nachdem das Abdunklungsverhältnis unter
das vorbestimmte Niveau herabgesetzt wurde, schaltet der Controller die
Konstantleistungssteuerung auf die Konstantstromsteuerung um, um
die Lampenleistung erfolgreich in stärkerem Maße zu reduzieren.
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Die
Konstantstromsteuerung wird konstruiert, um den konstanten Strom
derart zu beschränken,
daß der
konstante Strom eine resultierende Lampenleistung ergibt, der nicht
die Lampenleistung überschreitet,
die an die Entladungslampe abgegeben wird, wenn sie beim Abdunklungsverhältnis von 100%
betrieben wird. Mit dieser Konstruktion kann sichergestellt werden,
daß das
Vorschaltgerät
nicht eine übermäßig hohe
Leistung beim niedrigen Abdunklungsverhältnis anwendet, wo die Lampe
die gesteigerte Lampenspannung aufweist.
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In
einer anderen Version kann der Controller konstruiert sein, um den
Spannungsbereich der effektiven Konstantleistungssteuerung (ECWC)
zu bestimmen, der eine Breite hat, die zunimmt, wenn das Abdunklungsverhältnis von
100% abnimmt. Dies ist besonders vorteilhaft beim Ausgleich der
Lampencharakteristik, die bei Abnahme des Abdunklungsverhältnisses
eine größere Abweichung
hat. Im Zusammenhang damit kann der effektive Konstantleistungssteuerungs-Spannungsbereich
als ein Bereich definiert werden, in dem die Lampenleistung ungeachtet
einer von der unteren Grenze zur oberen Grenze variierenden Lampenspannung
im wesentlichen fest ist. Daher kann eine echte Konstantleistungssteuerung
während
des Dimmens der Lampe sogar in Anwesenheit einer Änderung
der Lampencharakteristik unter Gewährleistung einer beständigen Abdunklungssteuerung
in einer exakten Übereinstimmung
mit dem gewählten
Abdunklungsverhältnis
ausgeführt
werden.
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Auch
in dieser Version wird der Controller bevorzugt, um die Lampenleistung
während
des Dimmens der Entladungslampe derart zu beschränken, daß die Lampenleistung, die der
mit dem Abdunklungsverhältnis
variierenden Lampenspannung entsprechend an die Lampe abgegeben
wird, nicht die Nennleistung der Lampe überschreitet, die an die Lampe
abgegeben wird, wenn sie beim Abdunklungsverhältnis von 100% betrieben wird.
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Der
Controller kann ferner mit der vorhergehenden Konstantstromsteuerung
hinzugefügt
werden, die die Konstantleistungssteuerung übernimmt, nachdem das Abdunklungsverhältnis unter
das vorbestimmte Niveau abnimmt, bei dem die Lampenspannung dazu übergeht,
mit einer weiteren Abnahme der Lampenleistung zuzunehmen.
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Ferner
wird die vorhergehende Konstantstromsteuerung vorzugsweise ausgeführt, um
den Konstantstrom derart zu beschränken, daß der Konstantstrom eine resultierende
Lampenwattzahl ergibt, die nicht die Lampenwattzahl überschreitet,
die an die Entladungslampe abgegeben wird, wenn sie beim Abdunklungsverhältnis von
100% betrieben wird.
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Ein
vollständigeres
Verständnis
der Erfindung und viele der begleitenden Vorteile davon werden unter
Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung, insbesondere
bei ihrer Betrachtung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
einfach ersichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Schaltplan eines elektronischen Vorschaltgeräts gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Schaltplan eines Controllers, der im vorhergehenden Vorschaltgerät verwendet wird;
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3 ist
ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb des Controllers veranschaulicht;
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4 ist
ein Diagramm, das den Betrieb des Controllers veranschaulicht;
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5 ist
ein Diagramm, das den Betrieb des Vorschaltgeräts veranschaulicht;
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6 ist
ein Diagramm, das eine mögliche Änderung
der Lampencharakteristik veranschaulicht;
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7 ist
ein Schaltplan eines Controllers für ein elektronisches Vorschaltgerät gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb des Controllers veranschaulicht;
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9 ist
ein Diagramm, das den Betrieb des Controllers veranschaulicht;
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10 ist
ein Diagramm, das den Betrieb des Vorschaltgeräts veranschaulicht;
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11 ist
ein Schaltplan eines Controllers für ein elektronisches Vorschaltgerät gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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12 ist
ein Diagram, das den Betrieb des Controllers veranschaulicht;
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13 ist
ein Diagramm, das den Betrieb des Vorschaltgeräts veranschaulicht;
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14 ist
ein Diagramm, das den Betrieb eines Vorschaltgeräts gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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15 ist
ein Diagramm, das den Betrieb des Vorschaltgeräts veranschaulicht; und
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16 und 17 sind
Diagramme, die den Betrieb eines Vorschaltgeräts des bisherigen Standes der
Technik veranschaulichen.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben,
wobei gleiche Bezugszeichen über
die verschiedenen Zeichnungen hinweg entsprechende oder identische
Elemente bezeichnen.
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Erste Ausführungsform <1 bis 6>
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Auf 1 Bezug
nehmend wird ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Hochleistungsentladungslampe
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Vorschaltgerät ist konstruiert, um eine
Hochleistungsentladungslampe (HID) zu betreiben, die die Hallogen-Metalldampflampe
(HID) enthält.
Das Vorschaltgerät
umfaßt
einen Gleichrichter 10, der eingerichtet ist, um mit einem
Wechselstromnetz verbunden zu werden, um eine gleichgerichtete Gleichspannung
zu liefern, einen Hochsetzsteller 20 zum Wandeln der gleichgerichteten
Gleichspannung in eine verstärkte Spannung,
einen Buck-Wandler 30 zum Wandeln der verstärkten Spannung
in eine geregelte Gleichspannung, einen Wechselrichter 40 zum
Wandeln der geregelten Gleichspannung in eine Wechselspannung niedriger
Frequenz von rechteckiger Wellenform, die auf eine Lampe L angewendet
wird, um dieselbe zu betreiben, und eine Zündvorrichtung 90 zum
Zünden der
Lampe. Der Hochsetzsteller 20 umfaßt einen Induktor 21 und
einen Transistorschalter 22, die in Reihe quer durch den
Gleichrichter 10 verbunden sind. Der Schalter 22,
der ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ist, wird durch
einen Controller 23 gesteuert, um bei einer hohen Frequenz
ein- und auszuschalten, um die resultierende Spannung durch eine
Diode 24 in einen Glättungskondensator 25 zu
akkumulieren. Der Controller 23 überwacht die Spannung durch
den Kondensator 24, um die Abgabegleichspannung auf eine
Feedbackart auf einem konstanten Niveau zu halten.
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Der
Buck-Wandler 30 umfaßt
einen Transistorschalter 31, der in Reihe mit einem Induktor 32 verbunden
ist, und einen Glättungskondensator 33 quer
durch den Glättungskondensator 25.
Der aus einem MOSFET gemachte Schalter 31 wird durch einen
Controller 60 gesteuert, um bei einer variierenden relativen
Einschaltdauer ein- und auszuschalten, um durch den Induktor 32 und
den Kondensator 33 einen variierenden Strom und eine variierende
Spannung an den Wechselrichter 40 zu liefern. In diesem Sinn
fungiert der Buck-Wandler 30 als ein Leistungswandler,
der einen Lampenstrom oder eine Lampenleistung, der/die durch den
Wechselrichter 40 an die Lampe L geliefert wird, variiert.
Eine Lampenspannungsüberwachung 36 wird
einbezogen, um die Spannung V1 quer durch den Glättungskondensator 33 als
die Lampenspannung V1a, die auf die Lampe L angewendet wird, anzeigend
zu überwachen.
Basierend auf der überwachten
Spannung arbeitet der Controller 60, um die Lampenleistung
gemäß einem vorbestimmten
Muster zu variieren, um die Lampe zu zünden und in Betrieb zu halten.
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Der
Wechselrichter 40 umfaßt
ein erstes Paar von Schaltern 41 und 42, die in
Reihe quer durch den Kondensator 33 verbunden sind, und
ein zweites Paar von Schaltern 43 und 44, die
in Reihe quer durch den Kondensator 33 parallel mit dem
ersten Paar verbunden sind. Die Schalter 41 bis 44 werden
jeweils mittels MOSFET ausgeführt.
Ebenfalls im Wechselrichter enthalten ist ein Kondensator 45,
der quer durch die Lampe L verbunden ist, und ein Induktor 46,
der in Reihe mit der Lampe L zwischen einem Verbindungspunkt von
Schaltern 41 und 42 und einem Verbindungspunkt
von Schaltern 43 und 44 verbunden ist. Die Schalter 41 bis 44 werden
durch einen Treiber 48 angetrieben, um wiederholt ein-
und auszuschalten, um den resultierenden Wechselstrom I1a an die
Lampe L zu liefern. Im Detail wird ein diagonal entgegengesetztes
Paar von Schaltern 41 und 44 bei einer niedrigen
Frequenz simultan auf abwechselnde Weise mit einem anderen diagonal
entgegengesetzten Paar von Schaltern 42 und 43,
die ebenfalls bei der niedrigen Frequenz simultan ein- und ausgeschaltet
werden, ein und- ausgeschaltet. Das
Netz der Schalter 41 bis 44 kann in solcher Weise
gesteuert werden, daß ein
Schalter von jedem diagonal entgegengesetzten Paar bei einer hohen
Frequenz angetrieben wird, während
der andere Schalter bei einer niedrigen Frequenz eingeschaltet wird, und
daß der
bei einer niedrigen Frequenz angetriebene Schalter in einem diagonal
entgegengesetzten Paar bei der niedrigen Frequenz abwechselnd zum bei
einer niedrigen Frequenz angetriebenen Schalter im anderen diagonal
entgegengesetzten Paar ein- und ausgeschaltet wird. In dieser Änderung
können die
bei der hohen Frequenz angetriebenen Schalter als eine Alternative
zum Schalter 31 des Buck-Wandlers 30 verwendet
werden. Obgleich die veranschaulichte Aus führungsform den Wechselrichter 40 einer Vollbrückenkonfiguration
verwendet, ist es ebenfalls möglich,
einen Wechselrichter einer Halbbrückenkonfiguration zu verwenden.
Ferner können
die Schalter 41 und 44 jeweils durch einen bipolaren Transistor
mit einer in einem antiparallelen Verhältnis quer durch den Transistor
verbundenen Diode ausgeführt
werden.
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Das
Vorschaltgerät
umfaßt
einen Dimmer 100, der einen Dimmerbefehl eines variablen
Abdunklungsverhältnisses
abgibt, das in der Beschreibung als ein Verhältnis von einem reduzierten
Lumen zu einem Nennlumen, d.h., die reduzierte Lampenleistung zu
einer Nennlampenleistung, definiert ist. Zum Zweck der einfachen
Bezugnahme wird das Abdunklungsverhältnis in der Beschreibung durchweg in
Form eines Prozentsatzes ausgedrückt.
Ein Abdunklungsverhältnis
von 80% zum Beispiel bedeutet 80% der Nennleistung oder Lumen der
Lampe. Der Dimmer 100 ist für einen Benutzer zugänglich,
um das Abdunklungsverhältnis
anzupassen. Beim Empfangen des Dimmerbefehls des so angepaßten Abdunklungsverhältnisses
setzt der Controller 60 die relative Einschaltdauer des
Schalters 31, der für
das Liefern der Spannung V1 verantwortlich ist, herab, wodurch der
zum Dimmen der Lampe an die Lampe gelieferte Lampenstrom herabgesetzt
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 2 werden hierin nun Details
des Controllers 60 erörtert.
Im Grunde ist der Controller 60 konstruiert, um eine Konstantleistungssteuerung
des Lieferns einer/eines im wesentlichen konstanten Lampenleistung
oder Lumens wie durch das gewählte
Abdunklungsverhältnis
beabsichtigt vorzunehmen, während
eine mögliche Änderung
der Lampencharakteristik in Bezug auf ein der Lampe eigenes Spannungs-Leistungs-Verhältnis ausgeglichen
wird. Der Controller 60 umfaßt einen Differenzverstärker 61,
der einen invertierenden Eingang, der die überwachte Lampenspannung V1a
von der Lampenspannungsüberwachung 36 durch
einen Eingangswiderstand 62 erhält, und einen nicht invertierenden
Eingang, der eine Spannung Va, die das variierende Abdunklungsverhältnis anzeigt,
hat. Ein veränderlicher
Rückkopplungswiderstand 63 ist
quer durch den invertierenden Eingang und einen Ausgang des Verstärkers 61 verbunden,
um eine Verstärkung
des Verstärkers
gemäß dem Abdunklungsverhältnis zu
variieren. Wie im Kurvendiagramm von 3 gezeigt,
bestimmt der Dimmer 100 die Spannung Va, die mit dem abnehmenden
Abdunklungsverhältnis
herabgesetzt wird und was die Verstärkung des Verstärkers 61 mit
dem abnehmenden Abdunklungsverhältnis
herabsetzt. Die Abgabe V61 des Verstärkers 61 wird
bei einem Komparator 64 mit einer Referenzspannung Vref
von einer Spannungsquelle 65 verglichen, so daß die Abgabe
V61 des Verstärkers durch einen Transistor 66 an
einen Zielstromgenerator 69 geliefert wird, während die
Abgabe V61 niedriger als die Referenzspannung
Vref ist. Andernfalls wird die Referenzspannung Vref durch einen
Transistor 67 zum Generator 69 gespeist, wie in 4 gezeigt.
Die Abgabe V61 des Verstärkers 61 oder die
Referenzspannung Vref zeigt einen Zielstrom der Lampe an, für dessen
Lieferung der Buck-Wandler 30 gesteuert wird. Das heißt, der
Generator 69 steuert in Reaktion auf die Abgabe V61 des Verstärkers und die Referenzspannung
Vref den Transistorschalter 31 des Buck-Wandlers 30,
d.h., den Leistungswandler, um den Lampenstrom durch den Wechselrichter 40 an
die Lampe zu liefern.
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Wie
in 4 gezeigt, nimmt die Abgabe V61 des
Verstärkers 61,
d.h. der Zielstrom der Lampe mit der abnehmenden Lampenspannung
zu, während die
Abgabe V61 des Verstärkers 61 unterhalb
eines durch die Referenzspannung Vref definierten Niveaus ist, um
die Konstantleistungssteuerung zu bewerkstelligen. Eine geneigte
durchgezogene Linie in der Figur zeigt ein durch die Abgabe V61 des Verstärkers 61 bestimmtes
Spannungs-Leistungs-Verhältnis beim
Abdunklungsverhältnis
von 100%. Bei abnehmendem Abdunklungsverhältnis variiert das vorhergehende
Verhältnis
wie durch die geneigten punktierten Linien gezeigt, die in der Figur
mit den Abdunklungsverhältnissen
von 70% und beziehungsweise 50% markiert sind. Es wird in diesem
Zusammenhang darauf hingewiesen, daß eine horizontale mit Vref
markierte Linie anzeigt, daß das
Vorschaltgerät gesteuert
wird, um eine Konstantstromsteuerung des Lieferns eines konstanten
Lampenstroms in einer Einschaltphase der Lampe vorzunehmen, um einen Übergang
der Lampenzündungsphase
zu einer stabilen Lampenbetriebsphase zu erreichen. Mit dieser Konstantleistungssteuerung
stellt das Vorschaltgerät eine
Spannungs-Leistungs-Abgabecharakteristik für jedes Abdunklungsverhältnis bereit,
wie in 5 gezeigt. Die so an das Vorschaltgerät abgegebene
Abgabecharakteristik definiert einen Spannungsbereich einer effektiven
Konstantleistungssteuerung (ECWC), in dem die Lampenleistung beim
Abweichen der überwachten
Lampenspannung nur innerhalb einer kleinen Abweichung der Lampenleistung
von einer maximalen Lampenleistung variiert. Die Abweichung der
Lampenleistung wird so gewählt,
daß sie 5%
oder weniger der maximalen Lampenleistung entspricht, die durch
die Abgabecharakteristik für
jedes Abdunklungsverhältnis
erhalten wird. Innerhalb dieses ECWC-Spannungsbereichs wird im wesentlichen
die gleiche Lampenleistung auf die Lampe angewendet, ungeachtet
der Änderung
in der als Ergebnis der Änderung
der Lampencharakteristik, die durch ein Lampenherstellungsverfahren
verursacht werden könnte, überwachten
Lampenspannung. Als ein Ergebnis daraus, daß die Linie, die das Spannungs-Leistungs-Verhältnis der
Abgabe des Verstärkers 61 definiert,
konstruiert ist, um bei Abnahme des Abdunklungsverhältnisses
herabgesetzt zu werden, wie in 4 gesehen
werden kann, wird der in 5 gezeigte ECWC-Bereich bei
Abnahme des Abdunklungsverhältnisses
auf eine niedrigere Spannungsseite verschoben, wodurch der allgemeinen
Lampencharakteristikkurve Q in Bezug auf das Spannungs-Strom-Verhältnis, von
dem angenommen wird, daß die
Lampe es während
des Dimmens der Lampe aufweist, exakt gefolgt wird. Aus diesem Grund
kann das Vorschaltgerät
die Abgabecharakteristik liefern, die eine große Abweichung in der Lampencharakteristik
ausgleichen kann, während
die Lampe bei einem Abdunklungsverhältnis von 100% bis zu 50% gedimmt
wird. Tatsächlich
zeigt ein Experiment, obgleich die Lampen der gleichen Nenngrößen einige
Abweichungen in den Lampencharakteristiken haben können, daß die Lampen
eine allgemeine Tendenz aufweisen, daß die Lampenspannung bei Abnahme
der Lampenleistung bis zu einem bestimmten Niveau, das heißt ungefähr 30 bis
50% wie in 6, in der die Lampen A bis C,
die bei Matsushita Electric Industrial Co., Ldt. verfügbar sind,
die gleichen Nenngrößen haben,
gezeigt, abnimmt. Die Lampen A und B sind durch die Modell-Nr. „MT150CE-WW" gekennzeichnet,
während
die Lampe C durch die Modellnummer „MT150CE-LW" gekennzeichnet ist.
Daher ist die vorhergehende Steuerung der Verschiebung des ECWC-Bereichs
insbesondere an der unteren Grenze davon besonders vorteilhaft für das Reduzieren
der Lampenleistung gemäß dem Abdunklungsverhältnis, wobei
bei Vorhandensein von Lampencharakteristikabweichung kein wesentlicher
Lampenleistungsunterschied verursacht wird. Es wird darauf hingewiesen,
daß der ECWC-Bereich
bei abnehmendem Abdunklungsverhältnis
etwas breiter wird, deswegen nimmt die Verstärkung des Verstärkers 61 mit
einer begleitenden Abnahme des Gradienten der in 4 gezeigten
Linie, die die Abgabe V61 des Verstärkers 61 anzeigt, ab,
was eine Abflachung der Kurve der in 5 gezeigten
Abgabecharakteristik ergibt.
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Zweite Ausführungsform <7 bis 10>
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Unter
Bezugnahme auf 7 wird ein Controller 60A für ein elektronisches
Vorschaltgerät
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Controller 60A ist
in seiner Funktion im wesentlichen identisch mit demjenigen der
ersten Ausführungsform,
außer,
daß er
eine Konstantstromsteuerung abgibt, wenn das Abdunklungsverhältnis unter
ein vorbestimmtes Niveau weiter um 30% bis 50% herabgesetzt wird.
Gleiche Teile werden durch gleiche Bezugszeichen mit dem Zusatzkennzeichen „A" bezeichnet. Der
Controller 60A umfaßt
einen Verstärker 71,
der eine Abgabe V71 im umgekehrten Verhältnis zur durch
die Lampenspannungsüberwachung 36A überwachten
Lampenspannung V1a liefert, wie durch eine geneigte durchgezogene
Linie in 9 gezeigt, einen Verstärker 61A, der
eine Abgabe V61, ebenfalls im umgekehrten
Verhältnis
zur Lampenspannung V1a, liefert, wie durch die punktierten Linien
in 9 gezeigt. Die Abgabe V61 wird
bei Abnahme des Abdunklungsverhältnisses herabgesetzt,
wie in Bezug auf die erste Ausführungsform
erklärt.
Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 61A ist verbunden,
um von einem Referenzspannungsgenerator 80, der den Dimmerbefehl
vom Dimmer 100A empfängt,
eine Spannung Va, die das Abdunklungsverhältnis anzeigt, zu empfangen.
Der Referenzspannungsgenerator 80 ist verbunden, um die
Lampenspannung V1a und den Dimmerbefehl zu empfangen, um die Spannung
Va zu liefern, die mit dem Abdunklungsverhältnis variiert, so lange das
Abdunklungsverhältnis über dem
vorbestimmten Pegel X von ungefähr
30% bis 50% ist. Die Spannung Va wird festgelegt, nachdem das Abdunklungsverhältnis unter
das vorbestimmte Niveau X herabgesetzt wird oder die überwachte
Lampenspannung dazu übergeht,
zu steigen. Das heißt,
die Spannung Va, die in den Verstärker 61A eingespeist
wird, nimmt mit Abnehmen des Abdunklungsverhältnisses oder der Lampenspannung
während
einer Phase 1 ab, und wird während
einer Phase 2 für
weiteres Dimmen der Lampe festgelegt, wie in einem Kurvendiagramm
von 8 gezeigt. Der Referenzspannungsgenerator 80 gibt
auch die Referenzspannung Vref ab, die während der Phase 1 festgelegt
wird, und nimmt mit dem abnehmenden Abdunklungsverhältnis während der
Phase 2 ab.
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Ein
Zielstromgenerator 69A ist schaltungsintern verbunden,
um eine niedrigste von der Abgabe V71 des
Verstärkers 71,
der Abgabe V61 des Verstärkers 61A und der
Referenzspannung Vref zu empfangen, um ein entsprechendes Steuersignal
an den Schalter 31 des Leistungswandlers abzugeben, wodurch
ein Spannungs-Strom-Verhältnis
geliefert wird, wie in 9 gezeigt, in der eine geneigte
durchgezogene Linie die Abgabe V71 des Verstärkers 71 für die Konstantleistungssteuerung
beim Abdunklungsverhältnis
von 100% anzeigt, eine horizontale durchgezogene Linie die feste
Referenzspannung Vref für
die Konstantstromsteuerung anzeigt, die für den sanften Übergang
der gezündeten
Lampe zum stabilen Lampenbetrieb vorgenommen wird. Geneigte punktierte Linien
zeigen die Abgabe V61 des Verstärkers 61A für die Konstantleistungssteuerung
bei den herabgesetzten Abdunklungsverhältnissen von 75%, 50%, 40%
an, und horizontale punktierte Linien zeigen die herabgesetzte Referenzspannung
Vref für
die Konstantstromsteuerung bei den verminderten Abdunklungsverhältnissen
an. Daher liefert das Vorschaltgerät die Abgabecharakteristik
in Bezug auf das Spannungs- Leistungs-Verhältnis wie
in 10 gezeigt. Dementsprechend nimmt das Vorschaltgerät die Konstantspannungssteuerung
bei herabgesetztem Abdunklungsverhältnis auf ungefähr 40% mit
einem begleitenden Verschieben des Spannungsbereichs der effektiven
Konstantleistungssteuerung (ECWC) zur niedrigeren Spannungsseite
vor und schaltet in die Konstantstromsteuerung, um einen Konstantstrom
zu liefern, wie durch das Abdunklungsverhältnis bestimmt, während die
Lampe in stärkerem
Maße gedimmt
wird. Die Konstantstromsteuerung wird durch punktierte gerade Linien
von unterschiedlichen Gradienten in 10 angezeigt,
die leicht bestätigt, daß die Linien
die Lampencharakteristikkurve Q erfolgreich bei steilen Winkeln überschneiden,
was bedeutet, daß das
Vorschaltgerät
sogar nachdem die Lampenspannung dazu übergeht, als ein Ergebnis daraus,
daß die
Lampe in einem stärkeren
Maße gedimmt
wird, zu steigen, leicht einen betriebsfähigen Punkt für die Lampe
finden kann. Im Zusammenhang damit wird darauf hingewiesen, daß, obgleich
der Konstantstrom die resultierende Lampenleistung mit der steigenden
Lampenspannung während
der Konstantstromsteuerung steigern wird, der Konstantstrom derart
beschränkt
wird, daß die
resultierende Lampenleistung nicht die Lampenleistung überschreiten
wird, die an die Lampe abgegeben wird, wenn sie bei dem Abdunklungsverhältnis von
100% betrieben wird. Der Grund dafür ist, daß der Stromgenerator 69A arbeitet,
um den Lampenstrom nur in Reaktion auf ein Minimum der Abgabe V71 des Verstärkers 71, die für die Abgabecharakteristik
in der Konstantleistungssteuerung bei einem Abdunklungsverhältnis von
100% verantwortlich ist, der Abgabe V61 des
Verstärkers 61A,
die für
die Abgabecharakteristik in der Konstantleistungssteuerung bei reduziertem
Abdunklungsverhältnis
verantwortlich ist, und der herabgesetzten Referenzspannung Vref,
die für die
Abgabecharakteristik in der Konstantstromsteuerung verantwortlich
ist, zu variieren.
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Dritte Ausführungsform <11 bis 13>
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Unter
Bezugnahme auf 11 wird ein Controller 60B für ein elektronisches
Vorschaltgerät
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Controller 60B ist
in seiner Funktion im wesentlichen identisch mit demjenigen der
ersten Ausführungsform,
außer,
daß er
eine Vorschaltgerät-Abgabecharakteristik
liefert, die einen effektiven Konstantleistungssteuerungsbereich
(ECWC) hat, in dem die Lampenleistung ungeachtet der Lampenspannungsabweichung
im wesentlichen feststeht, und dessen Breite sich bei abnehmendem
Abdunklungsverhältnis
mit einer begleitenden Abnahme der Lampenleistung ausdehnt. Gleiche
Teile werden durch gleiche Bezugszeichen mit dem Zusatzkennzeichen „B" bezeichnet. Der
Controller 60B umfaßt einen
Verstärker 61B,
der eine Abgabe V61 im Verhältnis zu
einer Differenz zwischen der überwachten Lampenspannung
V1a und einer festen Spannung Va liefert, und einen Teiler 82,
der eine Spannung, die das Abdunklungsverhältnis anzeigt, durch die überwachte
Lampenspannung V1a teilt, um eine resultierende Abgabe V82 zu liefern, und eine Spannungsquelle 65B,
die eine Referenzspannung Vref liefert. Eine niedrigste der Spannungen
V61, Vref und V82 wird
in einen Zielstromgenerator 69B eingespeist, der reagiert,
um ein Steuersignal an den Schalter 31 des Leistungswandlers
zu liefern, um den Lampenstrom gemäß eines Spannungs-Strom-Verhältnisses, das
durch den Controller bestimmt wird, wie in 12 gezeigt,
zu steuern. In der Figur wird eine konkave Kurve, die sich aus der
Abgabe V82 des Teilers 82 ergibt,
bei abnehmendem Abdunklungsverhältnis
in einer Richtung, wie durch einen Pfeil angezeigt, mit einer begleitenden
Steigerung in der Breite unter einer geraden geneigten Linie, die
aus der Abgabe V61 resultiert und einer
horizontalen Linie, die durch die Referenzspannung Vref bestimmt
wird, vermindert. Mit diesem Ergebnis führt das Vorschaltgerät eine Abgabecharakteristik
aus, wie in 13 gezeigt, die einen Spannungsbereich
einer effektiven Konstantleistungssteuerung (ECWC) hat, die durch die
Abgabespannung V82 definiert ist. Der Bereich
hat eine untere Grenze, die mit der abnehmenden Lampenspannung V1a
abnimmt, und eine obere Grenze, die mit der steigenden Lampenspannung
V1a zunimmt. Wie aus der in der Figur gezeigten Abgabecharakteristik
ersichtlich ist, wird die Lampenleistung innerhalb des ECWC-Bereichs
für jedes
Abdunklungsverhältnis
im wesentlichen auf einem festen Niveau gehalten, das heißt bei den
veranschaulichten Verhältnissen
von 100%, 88%, 72% usw., wodurch die Lampenspannungsabweichung innerhalb
dieses Bereichs kompensiert wird und gewährleistet wird, daß, ungeachtet
der Lampenspannungsschwankung aufgrund der Schwankung der Lampencharakteristik (Q),
die durch den Lampenherstellungsprozeß verursacht werden kann, eine
einheitliche Lampenleistung abgegeben wird.
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Wie
in 12 gezeigt wird der Lampenstrom während des
Dimmens der Lampe beschränkt,
um die niedrigere der Abgabe V61 des Verstärkers 61B, der
für die
Abgabecharakteristik in der Konstantleistungssteuerung bei einem
Abdunklungsverhältnis von
100% verantwortlich ist, und der Abgabe V82 des Teilers 82,
die für
die Abgabecharakteristik in der Konstantleistungssteuerung bei einem
gegebenen Abdunklungsverhältnis
verantwortlich ist, zu sein. Aus diesem Grund, wird das Vorschaltgerät nicht
die Lampenleistung erzeugen, die die Nennleistung der Lampe überschreitet,
um das Vorschaltgerät
sowie die Lampe zu schützen,
sogar, wenn aufgrund der Lampencharakteristikabweichung eine beträchtliche Steigerung
der Lampenspannung vorliegt. Andernfalls würde das Vorschaltgerät in Reaktion
auf eine hohe Lampenspannung in einem Bereich, wo V82 > V61,
wie in 12 gezeigt, eine übermäßige Lampenleistung
erzeugen.
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Vierte Ausführungsform <14 und 15>
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14 und 15 zeigen
Diagramme, die eine Betriebscharakteristik eines Controllers, der
im Vorschaltgerät
gemäß einer
vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, veranschaulichen. In dieser
Ausführungsform
werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Das Steuerschema ist identisch
mit demjenigen der dritten Ausführungsform,
außer,
daß eine
Konstantstromsteuerung zum Dimmen der Lampe in stärkerem Maße als in
Bezug auf die zweite Ausführungsform
erklärt,
hinzugefügt wird.
Zu diesem Zweck ist der Controller konstruiert, um eine hinzugefügte Funktion
des Herabsetzens der Referenzspannung Vref auf Vref1 und Vref2 aufzuweisen,
wie in 14 durch einen Pfeil angezeigt, nachdem
das Abdunklungsverhältnis
unter ein kritisches Niveau, zum Beispiel 30%, abnimmt, unter dem
erwartet wird, daß die
Lampenspannung dazu übergeht,
bei der Abnahme der Lampenleistung zuzunehmen. Das heißt, bis
das Abdunklungsverhältnis zum
kritischen Niveau abnimmt, wird darauf vertraut, daß die Konstantleistungssteuerung
den Spannungsbereich der effektiven Konstantleistungssteuerung (ECWC)
liefert, der durch die Abgabespannung V82 definiert
wird und von allgemein flacher Abgabecharakteristik ist, wie durch
die horizontalen punktierten Linien in 15 angezeigt.
Wenn das Abdunklungsverhältnis
unter das kritische Niveau herabgesetzt wird, übernimmt die Konstantstromsteuerung, um
eine Abgabecharakteristik, wie durch die geneigten punktierten Linien
in 15 angezeigt, bereitzustellen. Aus diesem Grund
ist es einfach möglich,
das stärkere
Herunterdimmen der Lampe durch das kritische Niveau, unterhalb dem
die Lampencharakteristik bei abnehmender Lampenleistung die Steigerung der
Lampenspannung aufweist, vorzunehmen, da die Linien (Vref1 und Vref2)
der Abgabecharakteristik in der Konstantstromsteuerung die Lampencharakteristik
Q in steilen Winkeln überschneiden,
wie aus 15 klar wird.
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Auch
in der Ausführungsform
wird die Lampenleistung, die in der Konstantstromsteuerung bestimmt
wird, sogar dann beschränkt,
um nicht die Nennleistung der Lampe zu übersteigen, wenn aufgrund der
Lampenleistungsabweichung eine beträchtliche Steigerung der Lampenspannung
gesehen wird, da aus dem in 15 gezeigten
Verhältnis bekannt
ist, daß die
Lini en Vref1 und Vref2 sich nicht durch eine durch die Abgabe V61 definierte Kurve erstrecken werden, wobei
wiederum aus einem in 14 gezeigten Verhältnis bekannt
ist, daß der durch
die Abgabe V82 definierte Lampenstrom nicht den
durch die Abgabe V61 in einem hohen Lampenspannungsbereich
definierten Lampenstrom überschreitet.
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Es
wird hier darauf hingewiesen, daß die zweiten und vierten Ausführungsformen
erklärt
werden, damit sich, in Übereinstimmung
mit der Lampencharakteristik, daß die Lampenspannung sich bei
reduzierter Lampenleistung bis zu einem gewissen Niveau reduziert
und dann dazu übergeht,
bei einer weiteren Reduktion der Lampenleistung, zu steigen, auf
das bestimmte Abdunklungsverhältnis
stützen wird,
um die Konstantleistungssteuerung auf die Konstantstromsteuerung
umzuschalten. Es ist indes gleichfalls möglich, sich zum Zweck des Schaltens der
Konstantleistungssteuerung auf die Konstantstromsteuerung auf die
tatsächliche
Lampenspannung zu stützen,
die während
des Dimmens der Lampe überwacht
wird, um einen kritischen Punkt zu bestimmen, um den die Lampenspannung
dazu übergeht,
bei einer weiteren Abnahme der Lampenleistung zuzunehmen. Aus diesem
Grund liegt es ebenfalls im Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung,
daß der
Controller basierend auf der überwachten
Lampenspannung den kritischen Punkt bestimmt, unter dem die Lampenspannung
bei abnehmender Lampenleistung zunimmt, und die Konstantleistungssteuerung
in Reaktion auf die Ermittlung des kritischen Punktes auf die Konstantstromsteuerung umschaltet.