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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Entladungslampenvorschaltgerät, bei dem
die Entladungslampe durch Rechteckwellenspannungen gedimmt wird,
beispielsweise ein Entladungslampenvorschaltgerät, das sich für das Dimmen
von Entladungslampen vom Typ mit externer Elektrode eignet, die
als Hintergrundbeleuchtungen für
Flüssigkristalldisplays
verwendet werden.
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Als
Hintergrundbeleuchtungen beispielsweise in Flüssigkristalldisplays hat es
intensive Untersuchungen über
Edelgasentladungslampeneinrichtungen vom Typ mit externer Elektrode
gegeben, die eine dielektrische Barrierenentladung verwenden. Der
wesentliche Grund dafür
ist, dass Edelgasentladungslampeneinrichtungen kein Quecksilber
verwenden und sich deshalb nicht die reduzierte Lichtleistung zuziehen,
die den Anstieg bei der Temperatur von Quecksilber begleitet. Sie
sind auch aus Umweltgründen
vorzuziehen.
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Der
Lampenbetrieb unter Verwendung einer dielektrischen Barrierenentladung
hängt von
einem Effekt ab, bei dem eine Gasentladung mit der Hochspannung
verursacht wird, die erzeugt wird, wenn die dielektrische Schicht
durch das Anlegen einer Ansteuerspannung geladen und dann die Ansteuerspannung
invertiert wird. Dazu wird eine hochfrequente Rechteckwellenspannung
als die Ansteuerspannung verwendet. Ein Beispiel für ein Entladungsvorschaltgerät, das die
Entladungslampe mit einer Rechteckwellenspannung dimmt, ist aus
JP 2001-267093A bekannt. Wie in 10 gezeigt,
enthält
dieses Entladungslampenvorschaltgerät eine Gleichstromquelle 33,
eine Rechteckwellenerzeugungsschaltung 34, eine Dimmersteuerschaltung 35, eine
Synchronisationsschaltung 36, einen Impulstransformator 37 und
eine Entladungslampe 38 mit einer externen Elektrode.
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Die
Rechteckwellenerzeugungsschaltung 34 formt die von der
Gleichstromquelle 33 gelieferte Gleichspannung in ein hochfrequentes
Rechteckwellensignal Vp mit vorbestimmter Frequenz, wie in 11 als Wellenform
(a) gezeigt. Die Dimmersteuerschaltung 35 gibt ein Dimmersignal
Vdim mit der PWM-Wellenform (b) in 11 aus
und legt es an die Synchronisationsschaltung 36 an. Aus
dem hochfrequenten Rechteckwellensignal Vp extrahiert die Synchronisationsschaltung 36 als
ein Ansteuersignal VL eine Burstwellenform, die der EIN-Periode
des Dimmersignals Vdim (c) in 11 entspricht.
Auf der Basis des Ansteuersignals VL wird eine Rechteckwellenspannung
zum Ansteuern der Lampe, die mit dem Impulstransformator 37 erzeugt
worden ist, an die Entladungslampe 38 angelegt und läßt die Entladungslampe 38 aufleuchten.
Bei dieser Konfiguration wird das Dimmen durchgeführt durch Ändern der
relativen Einschaltdauer des Dimmersignals Vdim.
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Die
Phasen des Dimmersignals Vdim und des Rechteckwellensignals Vp stimmen
jedoch nicht immer überein.
Und wenn aus diesem Grund die Extraktion des Rechteckwellensignals
Vp zu der gleichen Zeit ein/ausgeschaltet wird, zu der das Dimmersignal
Vdim ein/ausgeschaltet wird, enthält das extrahierte Ansteuersignal
VL manchmal rechteckige Impulse mit unvollständigen Breiten am Anfang oder Ende
von Sequenzen. Wenn eine dielektrische Barrierenentladung für den Lampenbetrieb
verwendet wird, und wenn die angelegte Rechteckwelle nicht breit
genug ist, dann ist möglicherweise
die der dielektrischen Schicht gelieferte Ladungsmenge unzureichend,
so dass die Entladungslampe 38 kein Licht emittiert. Wenn
diese Nichtemission unter einem Zustand des Dimmerverhältnisses
von 10% oder weniger auftritt, verursacht dies einen flimmernden
Eindruck. Um das Flimmern unter einer Bedingung eines hohen Dimmverhältnisses
zu unterdrücken,
ist es deshalb notwendig, dass alle in dem Ansteuersignal VL enthaltenen
rechteckigen Impulse die Wellenform des Rechteckwellensignals Vp
aufrechterhalten.
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Das
aus JP 2002-75684A offenbarte Vorschaltgerät beispielsweise erfüllt diese
Bedingung. Mit dieser Einrichtung wird das Dimmersignal durch A/D-Umsetzung digitalisiert,
und die Anzahl der erzeugten Ansteuersignalimpulse wird auf der
Basis dieses digitalen Werts gesteuert. Da die Ausgabe der rechteckigen
Wellenform des Ansteuersignals VL digital gesteuert wird, werden
rechteckige Impulse mit unvollständigen
Breiten nicht ausgegeben. Mit dieser Einrichtung jedoch muss zum Ändern der
Frequenz des Dimmersignals (der Dimmerfrequenz) die gesamte Schaltungskonfiguration
geändert
werden. Deshalb ist die Frequenz praktisch festgelegt. Wenn herkömmlicherweise
Entladungslampen als die Hintergrundbeleuchtungen für Flüssigkristalldisplays verwendet
werden, ist es zum Verhindern der Interferenz von Rauschen mit dem
Flüssigkristalldisplay notwendig,
die Dimmerfrequenz so einzustellen, dass sie mit der Ansteuerschaltung
des Flüssigkristalls übereinstimmt.
Deshalb fehlt es der Entladungslampe, die aus JP 2002-75684A bekannt
ist, bei der die Dimmerfrequenz festgelegt ist, an Vielseitigkeit. Weil
sie einen Mikrocomputer verwendet, ist zudem das Vorschaltgerät komplex
und deshalb teuer.
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Im
Gegensatz dazu weist das Vorschaltgerät aus JP 2001-267093A eine
frei einstellbare Dimmerfrequenz und eine einfache Konfiguration
auf und ist preiswert. Zudem beschreibt JP 2001-267093A eine Konfiguration
zum Aufrechterhalten einer angebrachten Wellenform für die rechteckigen
Impulse des Ansteuersignals VL. Mit diesem Vorschaltgerät wird die zeitliche
Steuerung zum Extrahieren des Rechteckwellensignals Vp wie folgt über die
in 10 gezeigte Synchronisationsschaltung 36 gesteuert.
Zuerst beginnt zu Anfang des Ansteuersignals VL die Extraktion des
Rechteckwellensignals Vp mit einem Anstieg des Rechteckwellensignals
Vp während
der Periode, in der das Dimmersignal Vdim eingeschaltet ist. Am
Ende des Ansteuersignals VL wird die Extraktion des Rechteckwellensignals
Vp selbst dann bis zum Abfall des Rechteckwellensignals Vp fortgesetzt,
wenn das Dimmersignal Vdim abgeschaltet wird. Wie durch die Wellenform
(c) in 11 gezeigt, werden deshalb nur
Ansteuersignale VL, die aus vollständigen Wellenformen bestehen,
in den Impulstransformator 37 eingegeben.
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Es
gibt jedoch die folgenden Probleme mit dem Entladungslampenvorschaltgerät in JP 2001-267003A:
Wenn die Frequenz des Rechteckwellensignals Vp kein ganzzahliges
Vielfaches des Dimmersignals Vdim ist, kann dies zu dem Problem führen, dass
sich die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellenformen mit der
Zeit ändert.
Dies wird unter Bezugnahme auf 12 erläutert.
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In 12 zeigt
eine Wellenform (a) das Dimmersignal Vdim, und die Wellenformen
(b) und (c) zeigen zwei Rechteckwellensignale Vp mit unterschiedlichen
Phasendifferenzen bezüglich
des Dimmersignals Vdim. Die Wellenformen (d) und (e) zeigen die
Ansteuersignale VL, die aus den Rechteckwellensignalen Vp (b) bzw.
(c) erzeugt worden sind. Im Fall der Wellenform (b) beginnt die
EIN-Periode des Dimmersignals Vdim, wenn das Rechteckwellensignal
Vp eingeschaltet ist. Folglich wird das Ansteuersignal VL nach der
nächsten
EIN-Zeitsteuerung des Rechteckwellensignals Vp ausgegeben. Andererseits
werden im Fall der Wellenform (c) sowohl das Dimmersignal Vdim als
auch das Rechteckwellensignal Vp synchron eingeschaltet. Folglich
wird das Ansteuersignal VL zum gleichen Zeitpunkt wie der Beginn
der EIN-Periode des Dimmersignals Vdim ausgegeben. Andererseits
ist nach dem Abschluß der
EIN-Periode des Dimmersignals Vdim in beiden Fällen der Wellenformen (b) und
(c) die EIN-Periode des Rechteckwellensignals Vp noch nicht beendet worden,
so dass es als das Ansteuersignal VL bis zum Abfall des Rechteckwellensignals
Vp extrahiert wird. Infolge dessen enthält das Ansteuersignal VL (e)
in 12 einen Impuls mehr (der schraffierte Impuls
in der Figur) als im Fall der Wellenform (d).
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Wenn
sich die Anzahl der Impulse des Ansteuersignals VL für ein Dimmersignal
Vdim mit dem gleichen Tastverhältnis ändert, kann
dies somit ein Flimmern der Entladungslampe 38 hervorrufen.
Insbesondere wenn das Dimmverhältnis
hoch ist und folglich das Tastverhältnis des Dimmersignals Vdim niedrig
ist (die EIN-Periode ist kurz), dann ist die Anzahl der in der EIN-Periode
des Dimmersignals Vdim enthaltenen Impulse des Ansteuersignals VL
niedrig, so dass eine große Änderung
in der emittierten Leuchtdichte in Abhängigkeit davon vorliegt, ob
ein Impuls mehr oder weniger vorliegt, und das Ausmaß des Flimmerns
wird groß.
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Wenn
zusätzlich
zu diesem Problem die aus dem Ansteuersignal VL erzeugte Rechteckwellenwechselspannung
mit einem Impulstransformator heraufgesetzt wird, treten die folgenden
Probleme auf: Wenn die an den Impulstransformator angelegte Rechteckwellenspannung
am Ende des Ansteuersignals VL 0 wird, kommt es aufgrund ungesteuerter Spannungsschwingungen
zu unkontrollierten Schwingungen. Aufgrund dieser unkontrollierten Schwingungen
wird die Wellenform des Ausgangssignals des Impulstransformators
entsprechend dem Ende des Ansteuersignals VL chaotisch, so dass
fehlerhafte Entladungen der Entladungslampe auftreten, was das Flimmern
verursacht. Dieses Problem kann durch Optimieren der Erzeugung des
Ansteuersignals VL aus dem Rechteckwellensignal Vp nicht gelöst werden.
Der Effekt davon ist insbesondere bei hohen Dimmverhältnissen
signifikant.
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Angesichts
des gerade gesagten ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Entladungslampenvorschaltgerät
bereitzustellen, das eine Entladungslampe mit einer Rechteckwellenspannung
betreibt, mit der die Dimmfrequenz frei eingestellt werden kann
und das Flimmern bei hohen Dimmverhältnissen unterdrückt werden
kann.
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Ein
Entladungslampenvorschaltgerät
der vorliegenden Erfindung enthält
eine Rechteckwellenerzeugungsschaltung, die ein Rechteckwellensignal mit
einer vorbestimmten Frequenz erzeugt; eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung,
in die das Rechteckwellensignal und ein Dimmersignal einer PWM-Wellenform
mit einer Frequenz, die niedriger ist als die des Rechteckwellensignals,
eingegeben werden und die als ein Ansteuersignal ein Signal ausgibt,
das erhalten wird durch Extrahieren des Rechteckwellensignals für eine Periode
entsprechend einer Periode, in der das Dimmersignal eingeschaltet ist;
und einen Impulstransformator, in dem eine Rechteckwellenwechselspannung
auf der Basis des Ansteuersignals an die Primärseite angelegt wird und die
Rechteckwellenwechselspannung heraufgesetzt und an eine Entladungslampe
angelegt wird.
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen wird ein Entladungslampenvorschaltgerät gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einer Rechteckwellenrücksetzschaltung versehen,
die den Betrieb des Erzeugens des Rechteckwellensignals mit der
Rechteckwellenerzeugungsschaltung bei einem Anstieg des Dimmersignals
zurücksetzt.
Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung extrahiert das Rechteckwellensignal
für eine
Periode, die dann beginnt, wenn das Dimmersignal eingeschaltet wird,
bis zu einem Zeitpunkt, bei dem sowohl das Dimmersignal als auch
das Rechteckwellensignal ausgeschaltet sind.
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Ein
Entladungslampenvorschaltgerät
gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird mit einer Ausgangsrücksetzschaltung
versehen, die einen Spannungsimpuls in Phase mit der Rechteckwellenwechselspannung
an den Impulstransformator unmittelbar nach dem Ende der Rechteckwellenwechselspannung
als Reaktion auf die Beendigung der EIN-Periode des Dimmersignals
eingibt, wobei das Sekundärseitenausgangssignal
des Impulstransformators durch Anlegen der Impulsspannung gedämpft wird.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
ein Entladungslampenvorschaltgerät
mit Dimmung gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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1 ist
ein Blockschaltbild, das ein Entladungslampenvorschaltgerät gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise der Einrichtung in 1 darstellt.
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3A ist
eine Vorderansicht auf eine Entladungslampe vom Typ mit externer
Elektrode, die ein Beispiel für
eine Entadungslampe ist, auf die das Entladungslampenvorschaltgerät der vorliegenden
Erfindung angewendet wird, und 3B ist
eine Querschnittsansicht des zentralen Abschnitts der gleichen Lampe.
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4 ist
eine schematische Zeichnung, die zeigt, wie die Entladungslampeneinrichtung
von 3 an das Vorschaltgerät angeschlossen
ist.
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5A ist
ein Schaltplan, der eine beispielhafte Konfiguration des Rücksetzschaltungsabschnitts
des Entladungslampenvorschaltgeräts
von 1 zeigt.
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5B ist
ein Schaltplan, der eine weitere beispielhafte Konfiguration des
gleichen Rücksetzschaltungsabschnitts
zeigt.
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6 ist
ein Schaltplan, der ein Beispiel für die Hauptelemente einer spezifischen
Konfiguration des Entladungslampenvorschaltgeräts von 1 zeigt.
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7 ist
ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise der Schaltung in 6 zeigt.
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8 ist
ein Wellenformdiagramm, das die Operation der Schaltung in 6 zeigt.
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9 ist
ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise von Schaltungen in
einem Vergleichsbeispiel gegenüber
den Schaltungen von 6 zeigt:
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10 ist
ein Blockschaltbild, das ein herkömmliches Beispiel für ein Entladungslampenvorschaltgerät zeigt.
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11 ist
ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise der Einrichtung in 10 zeigt.
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12 ist
ein Wellenformdiagramm, das das Problem der Einrichtung in 10 veranschaulicht.
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Mit
dem Entladungslampenvorschaltgerät gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung setzt die Rechteckwellenrücksetzschaltung
die Operation des Erzeugens des Rechteckwellensignals bei einem
Anstieg des Dimmersignals zurück und
die Ansteuersignalerzeugungsschaltung extrahiert das Rechteckwellensignal
für eine
Periode, die beginnt, wenn das Dimmersignal eingeschaltet wird, bis
zu einem Zeitpunkt, zu dem das Dimmersignal als auch das Rechteckwellensignal
aus sind. Folglich wird die Phase des Rechteckwellensignals immer konstant
gemacht bezüglich
des Beginns der EIN-Periode des Dimmersignals. Das Ergebnis davon
ist, dass, selbst wenn die Frequenz des Rechteckwellensignals kein
ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Dimmersignals ist, die
Wellenanzahl des extrahierten Rechteckwellensignals bezüglich eines
Dimmersignals mit einem konstanten Tastverhältnis konstant ist, wodurch
das Flimmern von der Entladungslampe emittiertem Licht reduziert
wird.
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Die
Rechteckwellenrücksetzschaltung
kann konfiguriert sein, die Oszillation der Rechteckwellenerzeugungsschaltung
zurückzusetzen.
Genauer gesagt kann die Rechteckwellenrücksetzschaltung mit einer ersten
Differentialschaltung versehen sein, in die das Dimmersignal eingegeben
wird, und einem ersten Schaltkreis, der von dem Ausgangssignal der ersten
Differentialschaltung angesteuert wird, wobei ein Knoten zwischen
einem Kondensator und einem Widerstand, die einen CR-Oszillator
in der Rechteckwellenerzeugungsschaltung bilden, über den
ersten Schaltkreis mit einem Massepotential verbunden ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung legt die Ausgangsrücksetzschaltung eine
Impulsspannung, die in Phase mit der Rechteckwellenwechselspannung
ist, an den Impulstransformator unmittelbar nach dem Ende der Rechteckwellenwechselspannung
als Reaktion auf die Beendigung der EIN-Periode des Dimmersignals
an, und ein Sekundärseitenausgangsignal
des Impulstransformators wird dadurch gedämpft, wodurch unkontrollierte
Schwingungen unterdrückt
werden. Das Ergebnis davon ist, dass das Ausgangssignal des Impulstransformators
selbst nach der Beendigung des Ansteuersignals VL eine angebrachte
Wellenform ist, um zu bewirken, dass die Entladungslampe Licht emittiert,
und Flimmern wird unterdrückt.
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Bei
dieser Konfiguration ist es möglich,
weiterhin einen zweiten Schaltkreis bereitzustellen, der zwischen
die Ansteuersignalerzeugungsschaltung und den Impulstransformator
eingefügt
ist und zwei Schaltelemente aufweist, die als Reaktion auf das Ansteuersignal
abwechselnd angesteuert werden. Durch Eingeben des Ausgangssignals
der Schaltelemente in den Impulstransformator wird die Rechteckwellenwechselspannung
an den Impulstransformator angelegt, und die Ausgangsrücksetzschaltung
liefert ein Ausgangsrücksetzsignal,
das das Schaltelement vorübergehend
ansteuert, das nicht unmittelbar vor dem Ende der Rechteckwellenwechselspannung
angesteuert wurde. Zudem kann die Ausgangsrücksetzschaltung eine zweite
Differentialschaltung enthalten, in die das Ansteuersignal eingegeben
wird und in der das Ausgangssignal der zweiten Differentialschaltung
als das Ausgangsrücksetzsignal
geliefert wird. Es wird bevorzugt, dass die Impulsbreite des Ausgangsrücksetzsignals
nicht größer ist
als ein Viertel einer Periode der Wellenform des Ansteuersignals.
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Bei
den oben erwähnten
Konfigurationen kann die Rechteckwellenerzeugungsschaltung aus einer
Zeitgeberschaltung bestehen. Zudem kann die Entladungslampe eine
Entladungslampe von Typ mit externer Elektrode sein, bei der mindestens
eine Elektrode der Entladungslampe an einer Außenfläche einer Lichtbogenröhre vorgesehen
ist. In diesem Fall kann das Entladungsmaterial der Entladungslampe
ein seltenes Gas enthalten.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen ausführlicher
erläutert. 1 ist ein
Blockschaltbild, das ein Entladungslampenvorschaltgerät zeigt. 2 zeigt
die Wellenformen jedes Teils der Einrichtung in 1.
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Eine
Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 erzeugt ein hochfrequentes
Rechteckwellensignal Vp (siehe Wellenform (c) in 2)
mit einer vorbestimmten Frequenz und liefert es an eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2.
Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 erzeugt ein Ansteuersignal
VL (siehe eine Wellenform (d) in 2) aus dem
Rechteckwellensignal Vp und liefert es an einen Schaltkreis 3.
Der Schaltkreis 3 liefert auf der Basis des Ansteuersignals
VL eine Rechteckwellenwechselspannung an die Primärseite eines
Impulstransformators 4. Die heraufgesetzte Spannung auf
der Sekundärseite
des Impulstransformators 4 wird an eine Entladungslampe 5 angelegt,
wodurch die Entladungslampe 5 aufleuchtet.
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Eine
Dimmersteuerschaltung 6 erzeugt ein Dimmersignal Vdim mit
einer PWM-Wellenform (siehe eine Wellenform (a) in 2)
und liefert es an die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2,
eine Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 und
eine Ausgangsrücksetzschaltung 8.
Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 extrahiert eine
Burstwellenform aus dem Rechteckwellensignal Vp entsprechend dem
Dimmersignal Vdim und erzeugt das oben erwähnte Ansteuersignal VL. Als
Reaktion auf den Anstieg des Dimmersignals Vdim gibt die Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 ein
Rechteckwellenrücksetzsignal R1
(wie durch eine Wellenform (b) in 2 gezeigt) an
die Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 aus. Die Wellenform
(c) in 2 zeigt einen Zustand, in dem das Rechteckwellensignal
Vp mit dem Ansteigen des Dimmersignals Vdim zurückgesetzt wird und nach einer
Zeitverzögerung
t wieder zu schwingen beginnt. Als Reaktion auf das Abfallen des
Dimmersignals Vdim gibt die Ausgangsrücksetzschaltung 8 ein
Ausgangsrücksetzsignal
R2 (wie durch eine Wellenform (e) in 2 gezeigt)
an den Schaltkreis 3 aus. Man beachte, dass in der Wellenform
(e) von 2 das Ausgangsrücksetzsignal
R2 so gezeigt wird, dass es gleichzeitig mit dem Abfallen des Dimmersignals
Vdim erzeugt wird, doch tatsächlich
wird es gleichzeitig mit der Beendigung der an die Primärseite des
Impulstransformators 4 als Reaktion auf das Ansteuersignal
VL angelegten Rechteckwellenspannung (in der Zeichnung nicht gezeigt)
erzeugt. Die Beendigung der Rechteckwellenspannung entspricht dem
Abschluss des Ansteuersignals VL, und der Abschluss des Ansteuersignals
VL entspricht dem Abfallen des Dimmersignals Vdim. Deshalb tritt die
Erzeugung des Ausgangsrücksetzsignals
R2 zu einem Zeitpunkt auf, der dem Abfallen des Dimmersignals Vdim
entspricht.
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Zudem
braucht die Dimmersteuerschaltung 6 der oben erwähnten Schaltungen
nicht intern konfiguriert zu sein, und das Dimmersignal Vdim kann
extern zugeführt
werden.
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3 und 4 zeigen
eine Entladungslampe mit externer Elektrode, die ein Beispiel ist
für eine
Entladungslampe 5, auf die eine Ausführungsform des Entladungslampenvorschaltgeräts der vorliegenden
Erfindung angewendet wird. 3A ist eine
Vorderansicht und 3B eine Querschnittsansicht
des zentralen Abschnitts. Eine Lichtbogenröhre 9 ist aus einem
zylindrischen Glas hergestellt, und ein Xenon-Argon-Mischgas ist
als ein Entladungsmedium in sie eingeschmolzen. Eine interne Elektrode 10,
die elektrisch durch eine Zufuhrleitung 11 aus der Lichtbogenröhre 9 herausgeführt ist,
ist in die Lichtbogenröhre 9 eingesetzt
und besteht aus Materialien wie etwa beispielsweise Nickel.
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Eine
externe Elektrodeneinheit 12, die aus einer flexiblen Phosphorbronzeplatte
bestehen kann, ist so angebracht, dass sie die Lichtbogenröhre 9 über den
Umfang hinweg teilweise abdeckt. Eine Zufuhrleitung 13 ist
von der externen Elektrodeneinheit 12 herausgeführt. Ein
dielektrisches Glied 14 ist zwischen der Lichtbogenröhre 9 und
der externen Elektrodeneinheit 12 angeordnet und bedeckt
etwa die Hälfte
des Umfangs der Lichtbogenröhre 9.
Das dielektrische Glied 14 wird von der externen Elektrodeneinheit 12 gegen
die Außenwand
der Lichtbogenröhre 9 gedrückt. Die
Zahl 15 bezeichnet die auf der Innenwandoberfläche der
Lichtbogenröhre 9 vorgesehene
Leuchtstoffschicht.
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Die
Phosphorbronzeplatte, die die externe Elektrodeneinheit 12 bildet,
weist mehrere Umfangstrännuten 12a auf,
um mit mehreren in der Röhrenachsenrichtung
getrennten externen Elektroden 12b versehen zu werden.
Da die mehreren externen Elektroden 12b in der Röhrenachsenrichtung
durch ein Paar Verknüpfungsabschnitte 12c verknüpft sind, wird
außerdem
die Integrität
der externen Elektrodeneinheit 12 bewahrt. Jede der externen
Elektroden 12b weist einen durchgehenden Abschnitt 12d auf, der
eine Fortsetzung der Außenwandoberfläche der Lichtbogenröhre 9 ist,
wodurch eine konkav-konvexe Querschnittsform ausgebildet wird. Die
Verknüpfungsabschnitte 12c verbinden
die externen Elektroden 12 eines von dem durchgehenden
Abschnitt 12d verschiedenen Abschnitts elektrisch.
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Gemäß dieser
Konfiguration fungiert die externe Elektrodeneinheit 12 als
eine externe Elektrode durch das dielektrische Glied 14 nur
an den durchgehenden Abschnitten 12d, die an mehreren Stellen entlang
der Achse der Röhre
diskontinuierlich angeordnet sind.
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4 ist
eine schematische Zeichnung, die die Entladungslampeneinrichtung
der obigen Konfiguration mit einer angeschlossenen Vorschaltgeräteschaltung 16 zeigt.
Eine hochfrequente Rechteckwellenspannung wird zwischen der internen
Elektrode 10 und der externen Elektrodeneinheit 12 von
der Vorschaltgeräteschaltung 16 angelegt.
Aufgrund dessen wird eine hochfrequente Spannung durch das Glas
der Lichtbogenröhre 9,
das ein Dielektrikum ist, an das Xenon-Argon-Gasgemisch in der Lichtbogenröhre 9 angelegt
und es kommt zu einer Entladung. Das Xenon-Argon-Gasgemisch wird
durch diese Entladung ionisiert und angeregt und emittiert ultraviolettes
Licht, das auf die Leuchtstoffschicht 15 abstrahlt und
so sichtbares Licht erzeugt.
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Die
Funktionsweise des Entladungslampenvorschaltgeräts in 1 wird unter
Bezugnahme auf das Wellenformdiagramm von 2 erläutert. Mit dem
Ansteigen des Dimmersignals Vdim wird die Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 von
einem von einer Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 ausgegebenen
Rechteckwellenrücksetzsignal
R1 zurückgesetzt.
Wie durch die Wellenform (c) in 2 gezeigt,
beginnt deshalb das Rechteckwellensignal Vp nach einer Zeit t nach
dem Ansteigen des Dimmersignals Vdim wieder zu schwingen. Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 extrahiert
einen Abschnitt des Rechteckwellensignals Vp auf der Basis des Dimmersignals
Vdim und arbeitet wie folgt, um ihn als Ansteuersignal VL auszugeben.
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Die
Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 beginnt mit dem Extrahieren
des Rechteckwellensignals Vp zu dem Zeitpunkt, wenn das Dimmersignal Vdim
eingeschaltet wird. Und zu dem Zeitpunkt, wenn das Dimmersignal
Vdim und das Rechteckwellensignal Vp beide abgeschaltet worden sind,
endet die Extraktion des Rechteckwellensignals. Die Wellenform (d)
in 2 zeigt das Ansteuersignal VL, das auf diese Weise
ausgebildet worden ist, und seine Beziehung zu dem Dimmersignal
Vdim und dem Rechteckwellensignal Vp. Der Start des Ansteuersignals
VL fällt
mit der zeitlichen Steuerung zusammen, wenn das Rechteckwellensignal
Vp, das durch das Ansteigen des Dimmersignals Vdim zurückgesetzt worden
ist, wieder zu schwingen beginnt. Wenn das Rechteckwellensignal
Vp beim Abfallen des Dimmersignals Vdim aus ist, wird das Ansteuersignal
VL zu diesem Zeitpunkt beendet. Wenn das Rechteckwellensignal Vp
bei dem Abfallen des Dimmersignals Vdim eingeschaltet ist, fällt die
Beendigung des Ansteuersignals VL mit der zeitlichen Steuerung zusammen,
dass das Rechteckwellensignal Vp abgeschaltet wird. Deshalb wird
die letzte Rechteckwelle nicht in der Mitte durchgeschnitten.
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Da
das Ansteuersignal VL wie oben beschrieben ausgebildet wird, kann
die Dimmerfrequenz frei eingestellt werden, ohne dass die Extraktion
des Rechteckwellensignals Vp in der Mitte durch eine eingeschaltete
Wellenform beginnt und ohne dass sie in der Mitte durch eine eingeschaltete
Wellenform endet. Dies unterdrückt
dadurch das Flimmern der Entladungslampe, das verursacht wird durch
unvollständige
Wellenformen des Ansteuersignals VL. Da das Rechteckwellensignal
Vp zu Beginn der Periode zurückgesetzt
wird, in der das Dimmersignal Vdim eingeschaltet ist, ist außerdem die
Phase des Rechteckwellensignals Vp konstant bezüglich des Beginns der Periode,
in der das Dimmersignal Vdim eingeschaltet ist. Selbst wenn die
Frequenz des Rechteckwellensignals Vp kein ganzzahliges Vielfaches
des Dimmersignals Vdim ist, ist deshalb die Wellenanzahl des extrahierten
Rechteckwellensignals Vp für
Dimmersignale Vdim mit einem konstanten Tastverhältnis konstant. Das heißt, es kommt
zu keiner Fluktuation bei der Wellenzahl des Ansteuersignals VL,
und das Flimmern des von der Entladungslampe emittierten Lichts
wird eliminiert.
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Hinsichtlich
der Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 und der Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 in
dem in 1 gezeigten Entladungslampenvorschaltgerät ist in 5A eine
erste spezifische Beispielkonfiguration gezeigt. 5A ist
eine beispielhafte Konfiguration, bei der die Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1a unter
Verwendung einer Zeitgeberschaltung 17 aufgebaut ist. Das
Rechteckwellensignal Vp wird auf der Basis des Betriebs eines CR-Oszillators
und der Zeitgeberschaltung 17 gemäß einem veränderlichen Widerstand 18 und
einem Kondensator 19 ausgegeben. Der CR-Oszillator ist definiert
als ein Oszillator, bei dem eine Frequenz durch einen Kondensator
und einen Widerstand bestimmt wird. Die Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 besteht
aus einer Differentialschaltung 20 und einem Schaltelement 21.
Das Dimmersignal Vdim wird in die Differentialschaltung 20 eingegeben,
und das Schaltelement 21 wird von dem Ausgangssignal von der
Differentialschaltung 20 angesteuert. Der Knoten zwischen
dem veränderlichen
Widerstand 18 und dem Kondensator 19, der den
CR-Oszillatorabschnitt darstellt,
ist über
das Schaltelement 21 geerdet. Das durch Differenzieren
des Ansteigens des Dimmersignals Vdim mit der Differentialschaltung 20 erhaltene Ausgangssignal
bewirkt, dass das Schaltelement 21 vorübergehend leitet und der Knoten
zwischen dem veränderlichen
Widerstand 18 und dem Kondensator 19 mit dem Massepotential
verbunden wird. Dies bewirkt, dass der Kondensator 19 seine
elektrische Ladung entlädt
und der CR-Oszillator zurückgesetzt wird, als
Ergebnis dessen das Ausgangssignal des Rechteckwellensignals Vp
zurückgesetzt
wird.
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Eine
zweite Beispielkonfiguration der Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 ist
in 5B gezeigt. 5B ist
eine Beispielkonfiguration unter Verwendung eines astabilen Multivibrators
für die
Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1b. Die Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 ist
die gleiche wie die in der Konfiguration in 5A. Der
Knoten zwischen einem veränderlichen
Widerstand 22 und einem Kondensator 23, die einen
CR-Oszillator in
dem astabilen Multivibrator bilden, ist über das Schaltelement 21 geerdet,
das die Differentialschaltung 20 darstellt. Wie bei der
in 5A gezeigten Konfiguration wird das Schaltelement 21 als
Reaktion auf das Ansteigen des Dimmersignals Vdim leitend und der
Betrieb des CR-Oszillators
wird zurückgesetzt,
was dazu führt, dass
das Ausgangssignal des Rechteckwellensignals Vp zurückgesetzt
wird.
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Der
Effekt der obigen Konfigurationen kann ungeachtet davon erhalten
werden, ob die in der Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 enthaltene Oszillationsschaltung
vom selbstangeregten Typ oder vom extern angeregten Typ ist. Hinsichtlich
des Kompensierens der Instabilität
bei Starten der Schwingung jedoch ist bei der obigen Konfiguration ein
selbstangeregter Typ effektiver.
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Als
nächstes
wird die Funktionsweise der Ausgangsrücksetzschaltung 8 erläutert. Wie
oben festgestellt gibt die Ausgangsrücksetzschaltung 8 ein Ausgangsrücksetzsignal
R2 als Reaktion auf das Abfallen eines Dimmersignals Vdim an den
Schaltkreis 3 aus. Dies funktioniert, um die unkontrollierten Schwingungen
zu unterdrücken,
die durch eine unregulierte Spannungsresonanz verursacht werden,
die unmittelbar nach der Beendigung des Ansteuersignals VL auftritt,
wenn ein Impulstransformator 4 veranlasst wird, als Reaktion
auf das Ansteuersignal VL über
den Schaltkreis 3 zu arbeiten. Zur Erläuterung dieses Betriebs wird
unter Bezugnahme auf 6 zuerst ein spezifisches Schaltungskonfigurationsbeispiel
der Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2, des Schaltkreises 3 und
der Ausgangsrücksetzschaltung 8 erläutert.
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In 6 sind
die Hauptelemente, die die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 bilden,
eine Flipflopschaltung 24, eine NAND-Schaltung 25 und
eine OR-Schaltung 26. Die Hauptelemente, die den Schaltkreis 3 bilden,
sind NPN-Transistoren 27 und 28 und FETs 29 und 30.
Die Hauptelemente, die die Ausgangsrücksetzschaltung 8 darstellen,
sind ein NPN-Transistor 31 und eine Differentialschaltung 32. Die
Wellenformen dieser Einheiten sind in 7 gezeigt.
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Das
Dimmersignal Vdim (a) wird in den Datenanschluss der Flipflopschaltung 24 eingegeben, und
das Rechteckwellensignal Vp (b) wird am Taktimpulsanschluss eingegeben.
Der nichtinvertierte Ausgang der Flipflopschaltung 24 ist
durch eine Wellenform (c) in 7 gezeigt,
und der invertierte Ausgang ist durch eine Wellenform (d) in 7 gezeigt.
Der nichtinvertierte und invertierte Ausgang der Flipflopschaltung 24 werden
jeweils einer Eingangsseite einer NAND-Schaltung 25 und
einer Seite einer OR-Schaltung zugeführt. Das Rechteckwellensignal VP
wird auf anderen Seiten der NAND-Schaltung 25 und der OR-Schaltung 26 eingegeben.
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Die
NAND-Schaltung 25 und die OR-Schaltung 26 geben
jeweils ein Ansteuersignal VL1 und ein Ansteuersignal VL2 aus, wie
durch die Wellenformen (e) und (f) in 7 gezeigt.
Es sei angemerkt, dass, weil die NPN-Transistoren 27 und 28 als
Schalter zum Ansteuern der FETs 29 und 30 verwendet
werden, die Polarität
der Ansteuersignale VL1 und VL2 für das Rechteckwellensignal
Vp (b) in 7 umgekehrt wird. Die Ansteuersignale
VL1 und VL2 werden jeweils in die Basen der NPN-Transistoren 27 und 28 eingegeben,
und die FETs 29 und 30 werden durch diese Schaltoperation
abwechselnd angesteuert. Das Ergebnis ist, dass die in 7 gezeigte
Rechteckwellenwechselspannung (h) an die Primärseite des Impulstransformators 4 angelegt
wird.
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Das
invertierte Ausgangssignal der Flipflopschaltung 24 wird
an die Ausgangsrücksetzschaltung 8 angelegt
und wird nach dem Durchlaufen der Differentialschaltung 32 an
den NPN-Transistor 31 angelegt. Deshalb wird ein impulsförmiges Ausgangsrücksetzssignal
R2 wie das als Wellenform (g) in 7 gezeigte
von der Ausgangsrücksetzschaltung 8 an den
NPN-Transistor 27 angelegt. Da das Ansteigen des invertierten
Ausgangssignals der Flipflopschaltung 24 der Beendigung
des Ansteuersignals VL2 entspricht, wird zum Zeitpunkt der Beendigung
der Rechteckwellenwechselspannung (h) in 7 der FET 29 zu
dem gleichen Zeitpunkt, wie der FET 30 abgeschaltet wird,
vorübergehend
eingeschaltet. Deshalb wird unmittelbar nach der Beendigung der Rechteckwellenwechselspannung
eine (der Einfachheit halber als „R2" bezeichnete) impulsförmige Rücksetzschaltung
an die Primärseite
des Impulstransformators angelegt. Diese setzt das Sekundärausgangssignal
des Impulstransformators zurück. Diese
Operation wird unter Bezugnahme auf die 8 und 9 erläutert.
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Die
Sekundärausgangswellenform
des Impulstransformators 4 ist in 8 durch
(a) gezeigt. Eine Wellenform (b) zeigt eine Ansteuerspannung des
FET 29, eine Wellenform (c) eine Ansteuerspannung des FET 30 und
eine Wellenform (d) das Dimmersignal Vdim. Das Ausgangsrücksetzsignal
R2 wird nach der Rechteckwellenform der Ansteuerspannung des FET 29 angehängt. Die
Wellenformen (a) bis (d) in 9 entsprechen
mit Ausnahme der Hinzufügung
des Ausgangsrücksetzsignals
R2 jenen in 8.
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Die
Sekundärseite
des Impulstransformators 4 befindet sich in einem geladenen
Zustand, wenn die Ansteuerspannung (c) des FET 30 als Reaktion auf
die Beendigung des Dimmersignals Vdim (d) ansteigt, und die Ladung
wird durch Abschalten des FET 30 umgekehrt. Im Fall von 9 werden
deshalb die unkontrollierten Schwingungen mit der in 9 durch
(a) gezeigten Wellenform des Sekundärseitenausgangssignals des
Impulstransformators erzeugt. Im Gegensatz dazu wird im Fall von 8 aufgrund
der Existenz des Ausgangsrücksetzsignals
R2 der FET 29 zum gleichen Zeitpunkt, wie der FET 30 abgeschaltet
wird, vorübergehend
eingeschaltet, und eine Ladung wird entladen, und somit wird der
Sekundärseitenausgang
des Impulstransformators zurückgesetzt.
Deshalb werden unkontrollierte Schwingungen unterdrückt, wie
in 8 durch (a) gezeigt. Der Ausdruck „Zurücksetzen" bedeutet hier nicht
notwendigerweise, dass die Ladung sofort 100% entladen wird und
der Sekundärseitenausgang
des Impulstransformators einen vollständigen Zustand einer Spannung
von 0 erreicht. Er bedeutet hauptsächlich, dass die Ladung in
einem kurzen Zeitraum ausreichend entladen wird und das Ausgangssignal
vom Impulstransformator auf ein Niveau gedämpft wird, das eine Wellenform
erreicht, mit der an dem hinteren Ende des Ausgangssignals des Impulstransformators
keine irrtümlichen
Entladungen auftreten.
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Die
Zeit, während
der der FET 29 eingeschaltet ist, das heißt, die
Breite des Ausgangsrücksetzsignals
R2, variiert in Abhängigkeit
von solchen Faktoren wie Lampenkapazität, Transformatorübersetzungsverhältnis und Widerstandswert,
doch wird bevorzugt, dass sie gleich oder weniger als ein Viertel
der Wellenform der Periode des Ansteuersignals VL beträgt, weil
die Ladung umgekehrter Polarität sich
aufbaut, wenn sie zu lang ist. Es gibt keine bestimmte Untergrenze,
da ein adäquater
Effekt selbst für
kurze Werte erhalten werden kann, um aber einen Effekt zu erzielen,
der ausreicht, um die Ladung freizugeben, wird ein Wert von mindestens
einem Achtel bevorzugt.
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Auf
diese Weise können
durch Bereitstellen der Ausgangsrücksetzschaltung 8 die
unkontrollierten Schwingungen, die an dem Sekundärseitenausgang des Impulstransformators 4 aufgrund
der Beendigung des Ansteuersignals VL für jede Periode des Dimmersignals
Vdim auftreten können,
unterdrückt werden,
was einen viel größeren Effekt
beim Verhindern des Flimmerns ermöglicht. Je nach den Einstellungen
verschiedener Bedingungen jedoch ist es selbst ohne Verwendung der
Ausgangsrücksetzschaltung 8 möglich, das
Flimmern auf innerhalb eines Bereichs zu unterdrücken, der hinsichtlich praktischer
Anwendung keine Probleme bereitet, indem lediglich die Erzeugung
des Ansteuersignals VL durch die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 und
die Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 optimiert
wird.
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Der
operationale Effekt der Bereitstellung der Ausgangsrücksetzschaltung 8 setzt
zudem nicht die Bereitstellung der Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 voraus.
Zudem ist es keine essentielle Voraussetzung, dass die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 die
zeitliche Steuerung vor und hinter dem Ansteuersignal VL steuert,
so dass keine der Wellenformen in der Mitte durchgeschnitten wird.
Selbst wenn andere Verfahren zum Erzeugen des Ansteuersignals VL
verwendet werden, tritt die durch die Ausgangsrücksetzschaltung 8 für die unkontrollierten
Schwingungen bereitgestellte Unterdrückung nach der Beendigung jeder
Periode jeder Rechteckwellenformspannung auf, wodurch Flimmern effektiv
unterdrückt wird.
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Es
sei angemerkt, dass der operationale Effekt der Ausgangsrücksetzschaltung 8 besonders
effektiv ist, wenn sie so konfiguriert ist, dass die Beendigung
des Ansteuersignals VL mit der Beendigung der eingeschalteten Wellenform
des Rechteckwellensignals Vp synchronisiert ist. Mit anderen Worten verhindert
sie das Flimmern, das selbst dann auftritt, wenn eine Verhinderung
für das
Flimmern vorgesehen ist, das auftritt, wenn die Wellenform bei der
Beendigung des Ansteuersignals VL nicht beendet ist, wodurch man
ein Vorschaltgerät
erhält,
bei dem Flimmern mit sehr hoher Genauigkeit unterdrückt wird.
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Folgendes
ist ein spezifisches Konfigurationsbeispiel für die Signale in einer Konfiguration
eines Entladungslampenvorschaltgeräts:
Frequenz des Rechteckwellensignals
Vp: 10 bis 50 kHz
Frequenz des Dimmersignals Vdim: 100 bis
300 Hz
Impulstransformatoreingang: 8 bis 15 V
Impulstransformatorausgang:
Vp–p =
2,0 kV (± 1,0
kV)
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Um
die Einrichtung stabil zu betreiben, wird außerdem bevorzugt, dass die
Frequenz des Dimmersignals Vdim konstant ist.
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Die
oben beschriebene Konfiguration eines Vorschaltgeräts kann
auf jede Art von Entladungslampe angewendet werden, die eine dielektrische Barrierenentladung
verwendet. Sie eignet sich jedoch insbesondere für quecksilberfreie Entladungslampen
(womit solche gemeint sind, die als die Hauptemission der Entladungslampe
keine Quecksilberlinienspektren aufweisen).