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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Entladungslampe-Erregungsschaltung,
um eine gleichmäßige Erregung
einer Entladungslampe aufrechtzuerhalten.
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Hintergrund
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Ein
Aufbau, der eine Gleichstromleistungsschaltung, die einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler
und einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler enthält, und eine Starterschaltung
aufweist, ist zur Verwendung als Erregungsschaltung bzw. Leuchterregungsschaltung
für Entladungslampen,
zum Beispiel Metall-Halogen-Lampen,
bekannt, die als Lichtquelle für
ein Fahrzeug, zum Beispiel ein Automobil, verwendet werden können. Zum
Beispiel kann eine Gleichspannung, die von einer Batterie zugeführt wird,
in eine gewünschte
Spannung durch die Gleichstromleistungsschaltung gewandelt werden.
Die gewünschte
Spannung wird dann in ein Wechselstromsignal gewandelt und wird
von einem Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler in der nachfolgenden Stufe
bereitgestellt. Danach kann der Ausgangswechselstrom mit einem überlagerten
Startsignal der Entladungslampe zugeführt werden (vgl. zum Beispiel
das japanische Patentdokument JP-A-7-142182).
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Bei
einer Erregungssteuerung einer Entladungslampe wird eine Spannung
(nachfolgend als "OCV" bezeichnet) gesteuert,
die während
einer ungeladenen Zeit bereitgestellt wird, welche dem Erregen der
Entladungslampe vorhergeht (d.h., während die Entladungslampe ausgeschaltet
ist). Nachdem die Entladungslampe eingeschaltet worden ist, wird nach
dem Empfang des Startsignals die Entladungslampe in einen gleichmäßigen Leuchtzustand
versetzt, wenn der einschwingende Eingangsstrom allmählich reduziert
wird.
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Z.B.
wird ein Schaltregler, der einen Transformator verwendet, als Gleichstromleistungsschaltung
verwendet. Z.B. wird eine Vollbrückenschaltung, die
Paare von Schaltvorrichtungen verwendet, wird als Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler
verwendet.
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Mit
einer herkömmlichen
Erregungsschaltung können
Probleme bezüglich
der Schaltungsgröße und den
Kosten verbunden sein. Zum Beispiel sind sowohl ein Transformator,
der für
die Gleichstromleistungsschaltung verwendet wird, als auch ein Transformator,
der die Startschaltung bildet, erforderlich oder die Anzahl der
Schaltvorrichtungen, die für
die Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler verwendet werden, ist erhöht. Wenn
die Entladungslampe verwendet wird, zum Beispiel als eine Automobillichtquelle,
muss die Entladungslampe-Erregungsschaltung innerhalb eines begrenzten
Raumes angeordnet werden (z.B. muss eine Erregungsschaltungseinheit
innerhalb einer Lampe untergebracht werden).
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Die
Schaltungsgröße wird
für eine
Anordnung erhöht,
in der die Spannungstransformation mit zwei Schritten (Gleichspannungswandlung
und Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlung) durchgeführt wird und die Schaltung
ist nicht für
eine Raumreduzierung geeignet. Als eine Gegenmaßnahme dafür wird eine Anordnung vorgeschlagen,
in der ein Ausgang, der in einem Schritt durch die Spannungswandlung
durch den Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler angehoben wird, einer
Entladungslampe zugeführt
wird. Als eine beispielhafte Anordnung wird eine Resonanzspannung
durch Verwenden eines Transformators und einer Resonanzschaltung
angehoben und nachfolgend einer Entladungslampe zugeführt. Probleme
in diesem Fall sind, dass Unterschiede in den Eigenschaften der
Teile, z.B. dem Transformator und einem Kondensator, nur bis zu
einem bestimmten Grad tolerierbar sind, um die Erregungsfunktion
aufrechtzuerhalten, und dass die Entladungslampe, nachdem sie aktiviert
worden ist, gleichmäßig und
schnell in einen stabilen Leuchtzustand versetzt wird. Wenn die
Entladungslampe als eine Automobillichtquelle verwendet wird, sind
diese Bedingungen erforderlich, um eine befriedigende Sicherheit
für eine
Fahrt während
der Nachtzeit sicherzustellen.
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Überblick
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Die
nachfolgende Offenbarung beschreibt eine Vereinfachung des Aufbaus
der Entladungslampe-Erregungsschaltung und kann in einer Reduzierung
der Anzahl der erforderlichen Teile und eine Reduzierung der Herstellungskosten
resultieren. Die Offenbarung beschreibt ein gleichmäßiges Versetzen
in einen stabilen Leuchtzustand einer Entladungslampe, die aktiviert
worden ist.
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In
einem Aspekt beschreibt die Offenbarung der Erfindung eine Entladungslampe-Erregungsschaltung,
die aufweist: einen Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler zum Durchführen einer
Wechselstromwandlung auf den Empfang einer eingegebenen Gleichspannung
hin; eine Startschaltung zum Zuführen
eines Startsignals zu der Entladungslampe; und eine Steuereinheit
zum Steuern der Stromausgabe bzw. Leistungsausgangs durch den Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler.
- (1) Der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler kann Schaltvorrichtungen
enthalten, die durch die Steuereinheit und eine Serienresonanzschaltung
angetrieben werden, die entweder eine Induktanzvorrichtung oder
einen Transformator und einen Kondensator enthält.
- (2) Wenn eine Resonanzfrequenz für die Serienresonanzschaltung,
wenn die Entladungslampe ausgeschaltet ist, durch "f1" bezeichnet wird
und wenn eine Resonanzfrequenz der Serienresonanzschaltung, wenn
die Entladungslampe eingeschaltet ist, mit "f2" bezeichnet
wird, bevor die Entladungslampe eingeschaltet wird, können die Schaltvorrichtungen
derart gesteuert werden, dass sich eine Antriebsfrequenz der Schaltvorrichtungen
allmählich
bzw. graduell f1 annähert und
auch ein Startsignal der Entladungslampe durch die Startschaltung
zugeführt
werden kann.
- (3) Nachdem das Erregen der Entladungslampe initialisiert worden
ist, wenn die Antriebsfrequenz für
die Schaltvorrichtung, unmittelbar, bevor die Entladungslampe eingeschaltet
wird, als eine Referenz verwendet wird, kann die Antriebsfrequenz der
Schaltvorrichtung auf einem Niveau bzw. Wert definiert werden, der
um einen vorgegebenen Frequenzversatzwert höher als die Referenz ist, so
dass die Antriebsfrequenz der Schaltvorrichtungen in einen Frequenzbereich
versetzt bzw. verschoben wird, der höher als f2 ist.
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Deshalb,
wenn der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler die vielzähligen Schaltvorrichtungen, um
die Antriebsfrequenz der Schaltvorrichtungen zu steuern, und eine
Serienresonanzschaltung verwendet, die entweder die Induktanzvorrichtung
oder den Transformator und den Kondensator enthält, stellt die vorlie gende
Erfindung eine effektive Einrichtung zum Vereinfachen des Schaltungsaufbaus
dar, der eine Hochfrequenzsteuerung ausführt und den Wirkungsgrad verbessert.
Zudem wird der Steuerungsvorgang zum Verschieben der Antriebsfrequenz
für die Schaltvorrichtungen
zu einer Frequenz höher
als f2 weniger durch eine Schwankung von f1 oder f2 beeinflusst,
die zum Beispiel aus den Eigenschaftsunterschieden der Induktanzvorrichtung
und des Kondensators und der Temperatureigenschaft resultieren kann.
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Ein
Vorteil oder mehrere der nachfolgenden Vorteile können in
einigen Realisierungen vorhanden sein. Zum Beispiel kann der Einfluss
der Eigenschaftsunterschiede, die durch die Schaltungsteile erzeugt
werden, und der Schwankung der Umgebungsbedingungen reduziert werden,
kann die Erregungsfunktion aufrechterhalten werden und kann die Erregungsverschiebung
in einen stabilen Leuchterregungszustand sichergestellt werden.
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In
der Anordnung, in der der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler einen
Transformator enthält,
der eine Wechselstromwandelfunktion und eine Erhöhungsfunktion bzw. Boost-Funktion
bezüglich
eines Startsignals enthält,
kann eine Serienresonanzschaltung einen Kondensator, der als Resonanzvorrichtung
dient, und eine Induktanzkomponente, die als Transformator dient,
oder eine Induktanzvorrichtung enthalten, die mit dem Kondensator verbunden
ist. Eine Resonanzspannung, die auf einer Primärseitenschaltung des Transformators
erzeugt wird, wird durch den Transformator erhöht und Strom bzw. elektrische
Leistung wird der Entladungslampe zugeführt, die mit der Sekundärseitenschaltung
verbunden ist. Als Ergebnis kann die Schaltungsanordnung vereinfacht
werden und mehrere Transformatoren müssen nicht mehr verwendet werden,
sodass eine Raumreduzierung und eine Kostenabsenkung der Schaltung
erhalten werden können.
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Zudem
kann in der Steuerung, die die Antriebsfrequenz für die Schaltvorrichtungen
betrifft, gemäß einer
Anordnung, die einen Spannungsfrequenzwandler enthält, um ein
Frequenzsignal in Übereinstimmung
mit einem Eingangssignal bereitstellen zu können, die Antriebsfrequenz
für die Schaltvorrichtungen
in Übereinstimmung
mit der Frequenz für
das Signal von dem Spannungsfrequenzwandler gesteuert werden. Nachdem
das Erregen der Entladungslampe ausgelöst worden ist, wird ein Ausgang
des Spannungsfrequenzwandlers um einen vorgegebenen Wert geändert, der
den vorgegebenen Frequenzversatzwert definiert. Mit dieser Anordnung
kann die Genauigkeit der Antriebsfrequenz verbessert werden, ohne
dass der Steuerungsaufbau und das Steuerungsverfahren kompliziert
werden.
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Wenn
die Entladungslampe aktiviert wird und ihre Erregung bzw. ihr Leuchten
ausgelöst
wird, wird es bevorzugt, dass, um einen stabilen Leuchtzustand für die Entladungslampe
aufrechtzuerhalten, die Antriebsfrequenz für die Schaltvorrichtungen für eine gegebene
Zeitdauer, unmittelbar, nachdem die Erregung ausgelöst worden
ist, festgesetzt bzw. fixiert wird, anstelle eines früher verwendeten Änderns der Antriebsfrequenz.
Während
dieser Zeitdauer kann der Eingang des Spannungsfrequenzwandlers
um einen vorgegebenen Wert geändert
werden. Nachdem die Zeitdauer abgelaufen ist, wird die Antriebsfrequenz
der Schaltvorrichtungen um den vorgegebenen Frequenzversatzwert
erhöht
und in einen Frequenzbereich höher
als f2 verschoben.
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Weitere
Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung, den beiliegenden Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Basiskonfiguration gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Kurvenverlauf zum Erläutern
eines Steuervorgangs;
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3 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Schaltungsanordnung für eine Steuereinheit zeigt;
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Abschnitt der Steuereinheit zeigt;
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5 ist
ein schematisches Diagramm, das Signalwellenformen der einzelnen
Abschnitte in 4 zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Anordnung für einen V/F-Wandler zeigt;
und
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7 ist
ein Kurvenverlauf zum Erläutern
eines Steuerbetriebs.
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Detaillierte
Beschreibung der besten Ausführungsform
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1 ist
ein Diagramm, das einen beispielhaften Aufbau gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Eine Entladungslampe-Erregungsschaltung 1 enthält einen
Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler 3, der elektrische Leistung
bzw. Strom von einer Gleichstromleistungsquelle 2 empfängt, und
eine Startschaltung 4.
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Beim
Betrieb empfängt
der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler 3 eine Gleichspannung
(vgl. "+B" in 1)
von der Gleichstrom leistungsquelle 2 und führt eine
Wechselstromwandlung und Spannungserhöhung durch. In dieser Ausführungsform
enthält
der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler 3 zwei Schaltvorrichtungen 5H und 5L und
eine Steuereinheit 6 für
ihren Antrieb. Das heißt,
dass ein Ende der Schaltvorrichtung 5H in einer hohen Stufe
mit dem Leistungsanschluss verbunden ist, und dass das andere Ende
in einer niedrigen Stufe durch die Schaltvorrichtung 5L geerdet
ist, und dass die beiden Vorrichtungen 5H und 5L abwechselnd
durch die Steuereinheit 6 ein- und ausgeschaltet werden.
Zur Vereinfachung sind in 1 die Schaltvorrichtungen 5H und 5L unter
Verwendung von Schaltersymbolen gezeigt. Halbleiterschaltvorrichtungen,
z.B. Feldeffekttransistoren (FET) oder bipolare Transistoren, können verwendet
werden.
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Der
Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler 3 hat eine Serienresonanzschaltung,
die eine Induktanzvorrichtung oder einen Transformator und einen Kondensator
enthält.
In dieser Ausführungsform
enthält
der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler 3 einen Transformator 7 zur
Stromwandlung und ein Schaltungsaufbau wird auf der Primärseite durch
Verwenden eines Resonanzphänomens
bereitgestellt, das zwischen einem Resonanzkondensator 8 und
einer Spule oder einer Induktanzkomponente auftritt. Das heißt, dass
die nachfolgenden drei Aufbauformen verwendet werden können.
- (I) ein Aufbau, der eine Resonanz verwendet,
die zwischen dem Resonanzkondensator 8 und der Induktanzvorrichtung
auftritt;
- (II) ein Aufbau, der eine Resonanz verwendet, die zwischen dem
Resonanzkondensator 8 und der Streuinduktivität bzw. Streuinduktanz
des Transformators 7 auftritt; oder
- (III) ein Aufbau, der eine Resonanz verwendet, die zwischen
dem Resonanzkondensator 8 und der Induktanzvorrichtung
und der Streuinduktanz des Transformators 7 auftritt.
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Zuerst
wird gemäß dem Aufbau
(I) eine Induktanzvorrichtung 9, zum Beispiel eine Resonanzspule,
bereitgestellt und ein Ende der Induktanzvorrichtung 9 ist
mit dem Resonanzkondensator 8 verbunden und dann ist der
Resonanzkondensator 8 mit einem Anschluss für die Schaltvorrichtungen 5H und 5L verbunden.
Das andere Ende der Induktanzvorrichtung 9 ist mit einer
Primärwicklung 7p des
Transformators 7 verbunden.
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Gemäß dem Aufbau
(II) muss, da die Induktanzkomponente des Transformators 7 verwendet wird,
zum Beispiel eine Resonanzspule nicht zusätzlich bereitgestellt werden.
Das heißt,
dass ein Ende des Resonanzkondensators 8 mit dem Anschluss
für die
Schaltvorrichtungen 5H und 5L verbunden ist und dass
das andere Ende mit der Primärwicklung 7p des Transformators 7 verbunden
ist.
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Gemäß dem Aufbau
(III) können
eine Serienverbundreaktanz der Induktanzvorrichtung 9 und
der Streuinduktanz verwendet werden.
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Für jeden
dieser Aufbauten muss unter Verwendung der Serienresonanz, die durch
den Resonanzkondensator 8 und ein induktives Element (der Induktanzkomponente
oder der Induktanzvorrichtung) erzeugt wird, die Antriebsfrequenz
für die Schaltvorrichtungen 5H und 5L als
ein Wert definiert bzw. bestimmt werden, der gleich oder höher als
eine Serienresonanzfrequenz ist, und die Schaltvorrichtungen müssen abwechselnd
ein- und ausgeschaltet werden. Somit kann eine Sinuserregung der
Entladungslampe 10 (z.B. eine Metall-Halogenid-Lampe, die
als Fahrzeuglicht verwendet wird) durchgeführt werden, die mit einer Sekundärwicklung 7s des Transformators 7 verbunden
ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die Steuereinheit 6 die
Schaltvorrichtungen 5H und 5L so einzeln ansteuert,
dass sie entgegengesetzte Zustände
haben, und so, dass nicht beide Schaltvorrichtungen in dem EIN-Zustand
sind (zum Beispiel abhängig
von der Einschalt-Taststeuerung). Zudem, wenn eine Resonanzfrequenz
vor dem Erregen als "f1" definiert wird,
eine Resonanzfrequenz im Leuchterregungszustand als "f2" definiert wird,
die elektrostatische Kapazität
des Resonanzkondensators 8 als "Cr" definiert
wird, die Induktivität
der Induktanzvorrichtung 9 als "Lr" definiert wird
und wenn die Primärseiteninduktanz
des Transformators 7 als "Lp1" definiert
wird, ist zum Beispiel eine Resonanzserienfrequenz des Aufbaus (III),
bevor die Entladungslampe eingeschaltet wird, gleich "f1 = 1/(2·π·√(Cr·(Lr +
Lp1))". Wenn die
Antriebsfrequenz kleiner als f1 ist, ist der Verlust an den Schaltvorrichtungen
erhöht
und der Wirkungsgrad wird verschlechtert, sodass ein Schaltbetrieb
in einem Frequenzbereich höher
als f1 durchgeführt
wird. Zudem, nachdem die Entladungslampe eingeschaltet wird, wird "f2 1/(2·π·√(Cr·Lr))" eingerichtet (f1 < f2). In diesem
Fall wird der Schaltbetrieb auch in einem Frequenzbereich höher als
f2 durchgeführt.
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Die
Startschaltung 4 führt
ein Startsignal der Entladungslampe 10 zu. Zum Zeitpunkt
der Aktivierung wird die Ausgangsspannung der Startschaltung 4 durch
den Transformator 7 angehoben und die erhöhte Spannung
wird der Entladungslampe 10 zugeführt, d.h., dass der Wechselstrom
gewandelte Ausgang, der mit einem Startsignal überlagert wird, der Entladungslampe 10 zugeführt wird.
In dieser Ausführungsform
ist einer der Ausgangsanschlüsse
der Startschaltung 4 mit der Mitte der Primärwicklung 7p des
Transformators 7 verbunden, während der andere Ausgangsanschluss
mit einem Ende (dem Erdeanschluss) der Primär wicklung 7p verbunden
ist. Die Anordnung ist jedoch nicht auf diese beschriebene Anordnung
beschränkt;
ein Spannungseingangssignal zu der Startschaltung 4 kann
von der Sekundärseite
des Transformators 7 erhalten werden oder einer Hilfswicklung
(einer Wicklung 11, die später beschrieben wird) kann
vorgesehen sein, die zusammen mit der Induktanzvorrichtung 9 einen
Transformator bildet, und eine Spannungseingabe in die Startschaltung 4 kann
von der Hilfswicklung erhalten werden.
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In
der Schaltungsanordnung, die in 1 gezeigt
ist, führt
der Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler 3 sowohl die Wandlung
der eingegebenen Gleichspannung in eine Wechselspannung bzw. in
einen Wechselstrom und auch die Spannungserhöhung durch und steuert die
Zuführung
des Stroms bzw. der Leistung zu der Entladungslampe 10.
Wenn ein Strom, der durch die Entladungslampe 10 fließt, und
eine Spannung, die an die Entladungslampe 10 angelegt wird,
detektiert werden sollen, muss deshalb nur eine zusätzliche
Wicklung für
die Resonanzinduktanzvorrichtung 9 oder für den Transformator 7 vorgesehen
werden, damit der detektierte Stromwert und der detektierte Spannungswert
für die Entladungslampe 10 erhalten
werden können.
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In
dem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, wird die Hilfswicklung 11,
mit der die Induktanzvorrichtung 9 einen Transformator
bildet, bereitgestellt, um einen Strom detektieren zu können, der
einem Strom entspricht, der durch die Entladungslampe 10 fließt, und der
Ausgang der Hilfswicklung 11 wird zu einem Stromdetektor 12 gesendet.
Das heißt,
dass eine Stromdetektion für
die Entladungslampe 10 unter Verwendung der Induktanzvorrichtung 9 und
der Hilfswicklung 11 durchgeführt wird und dass die Detektionsergebnisse
zu der Steuereinheit 6 gesendet werden und entweder zum
Steuern der Zuführung der
Leistung zu der Entladungslampe 10 oder zum Identifizieren
des Leuchtzustands oder ausgeschalteten Zustands der Entladungslampe 10 verwendet werden.
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Eine
Spannungsdetektion für
die Entladungslampe 10 wird auf der Basis von zum Beispiel dem
Ausgang einer Detektionswicklung 7v durchgeführt, die
für den
Transformator 7 vorgesehen ist. In dieser Ausführungsform
wird der Ausgang der Detektionswicklung 7v zu dem Spannungsdetektor 13 gesendet,
der dann eine detektierte Spannung erhält, die einer Spannung entspricht,
die an die Entladungslampe 10 angelegt wird. Danach wird
die detektierte Spannung zu der Steuereinheit 6 gesendet und
wird verwendet, um die Zuführung
von Strom bzw. Leistung zu der Entladungslampe 10 zu steuern.
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Für eine Entladungslampe
können
verschiedene Stromdetektionsverfahren und Spannungsdetektionsverfahren
verwendet werden. Als ein Beispiel kann ein Verfahren zum Bereitstellen
eines Stromdetektionswiderstands für die Sekundärseite der
Schaltung des Transformators 7 verwendet werden. Deshalb
kann jede geeignete Schaltungskonfiguration verwendet werden.
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2 ist
eine schematische Kurve zum Erläutern
der Steueranordnung. Die horizontale Achse gibt eine Frequenz "f" wieder, wohingegen die vertikale Achse
eine Ausgangsspannung "Vo" für die Erregungsschaltung
wiedergibt. Auch werden eine Serienresonanzkurve "g1", wenn die Entladungslampe 10 ausgeschaltet
ist, und eine Serienresonanzkurve "g2" gezeigt,
wenn die Entladungslampe 10 eingeschaltet ist.
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Wenn
die Entladungslampe 10 ausgeschaltet ist, ist die Impedanz
der Sekundärseite
des Transformators 7 hoch, wie es auch der Induktanzwert
der Primärseite
des Transformators 7 ist, und die Resonanzkurve g1 der
Resonanzfrequenz f1 wird erhalten. Wenn die Entladungslampe 10 eingeschaltet
ist, ist die Impedanz auf der Sekundärseite des Transformators 7 niedrig
(ungefähr
mehrere 10 oder mehrere 100 Ω),
wohingegen der Induktanzwert auf der Primärseite reduziert ist und die
Resonanzkurve g2 der Resonanzfrequenz f2 erhalten wird. (Wenn die
Entladungslampe 10 eingeschaltet ist, gibt es eine vergleichsweise
kleine Änderung
der Spannung, während
es eine große Änderung
des Stroms gibt.)
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Die
Definitionen einzelner Symbole, die in 2 gezeigt
sind, sind wie folgt:
- • "fa1" =
ein Frequenzbereich von "f < f1" (ein Kapazitätsbereich
oder ein Phasenvorauseilbereich, der sich links von "f = f1" befindet).
- • "fa2" = ein Frequenzbereich
von "f > f1" (ein induktiver Bereich oder ein Phasennacheilbereich, der
sich rechts von "f
= f1" befindet).
- • "fb" = ein Frequenzbereich
von "f > f2" (ein Frequenzbereich, wenn die Entladungslampe 10 eingeschaltet
ist, innerhalb eines induktiven Bereiches, der sich rechts von "f = f2" befindet).
- • "focv" = ein Ausgangsspannungssteuerbereich vor
dem Leuchterregen (in dem Ausschaltzustand) (dieser Bereich wird
nachfolgend als ein "OCV-Steuerbereich" bezeichnet und befindet sich
neben f1, innerhalb von fa2).
- • "Lmin" = ein Ausgangswert,
bei dem ein Erregen der Entladungslampe 10 aufrechterhalten
werden kann.
- • "P1" = ein Betriebspunkt
bzw. Arbeitspunkt, bevor der Strom eingeschaltet wird.
- • "P2" = ein Anfangsbetriebspunkt
(in einem Bereich fb) unmittelbar, nachdem der Strom eingeschaltet
worden ist.
- • "P3" = ein Betriebspunkt
(in focv), der die Zeit angibt, bei der ein Ziel-OCV-Wert erreicht
wird, nachdem die Entladungslampe 10 abgeschaltet worden
ist.
- • "P4" = ein Betriebspunkt
(in einem Bereich fb), nachdem die Entladungslampe eingeschaltet worden
ist.
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Ein
Beispiel eines Erregungsverschiebungssteuervorgangs, der die Entladungslampe 10 betrifft, ist
wie folgt:
- (1) Einschalten des Stromes zu einer
Schaltung (P1 → P2)
- (2) Zuführen
von Strom innerhalb des OCV-Steuerbereiches (P2 → P3)
- (3) Erzeugen eines Startpulses bzw. -impulses und Anlegen des
Startpulses an die Entladungslampe 10 (P3)
- (4) Fixieren des Wertes der Erregungsfrequenz (einer Antriebsfrequenz
für die
Schaltvorrichtungen), während
einer vorgegebenen Zeitdauer (nachfolgend als "Frequenzfixierungszeitdauer" bezeichnet), nachdem
die Erregung der Entladungslampe 10 ausgelöst worden
ist (P3)
- (5) Verschieben der Erregungssteuerung zu der Stromsteuerung
bzw. Leistungssteuerung im Bereich fb (P3 → P4).
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Unmittelbar,
nachdem der Strom eingeschaltet worden ist, oder unmittelbar, nachdem
die Entladungslampe 10 einmal eingeschaltet worden ist
und dann ausgeschaltet worden ist, wird die Antriebsfrequenz in
den Frequenzbereich fb (P1 → P2)
verschoben. Das heißt,
dass die Frequenz vorübergehend erhöht wird
und dann allmählich
reduziert wird, bis in die Nähe
von f1 (P2 → P3).
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Die
OCV-Steuerung wird innerhalb des focv-Bereiches durchgeführt, um
ein Entladungslampe-Startsignal zu erzeugen und in Antwort auf die
Zuführung
dieses Signals wird die Entladungslampe eingeschaltet. Während des
OCV-Steuerverfahrens wird zum Beispiel, wenn die hohe Frequenz auf
eine Resonanzfrequenz f1 reduziert wird, die Ausgangsspannung allmählich angehoben,
bis sie einen Soll- bzw. Zielwert an dem Betriebspunkt P3 erreicht.
Bevor die Entladungslampe 10 eingeschaltet wird, während einer
Ausschaltzeitdauer, gibt es einen großen Schaltverlust und der Schaltungswirkungsgrad
wird verschlechtert, wenn ein Verfahren verwendet wird, das eine
OCV-Steuerung in dem Bereich fa1 bereitstellt. Eine Zeitdauer, während der
die Schaltung sequenziell während
einer unbelasteten Zeit betrieben wird, sollte nicht weiter als
notwendig ausgedehnt werden, wenn ein Verfahren verwendet wird,
das eine OCV-Steuerung in dem Bereich fa2 bereitstellt.
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Bei
dem Betriebspunkt P3, wenn die Startschaltung 4 die Entladungslampe
aktiviert und die Erregung bzw. das Leuchten ausgelöst wird,
wird der Bereich focv in den Bereich fb verschoben, nachdem die
Frequenz fixiert geblieben ist für
eine vorgegebene Zeitdauer fixiert geblieben ist. Für dieses
Verschieben des Bereiches focv in den Bereich fb kann entweder ein
Verfahren zum Durchführen
der Verschiebung als eine Einzelverschiebung oder ein weiteres Verfahren
zum Durchführen
der Verschiebung allmählich
unter Verwendung mehrerer Verschiebungen verwendet werden, um die
Frequenz zu erhöhen.
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Anstelle
des Verschiebens der Frequenz in den Bereich fb unmittelbar, nachdem
das Erregen der Entladungslampe 10 initialisiert worden
ist, wie in (4) beschrieben wird, wird die Ver schiebung verzögert, bis
die Zeitvorgabe für
die Frequenzfixierzeitdauer abgelaufen ist, um sicherzustellen,
dass der Zustand in einen stabilen Leuchterregungszustand ohne einen
Leuchterregungsausfall der Entladungslampe 10 und ohne
einen begleitenden, instabilen Leuchterregungszustand verschoben
werden kann.
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Wenn
die Entladungslampe 10 ausgeschaltet wird, und zwar als
Ergebnis einer anderen Ursache als den Empfang eines Ausschaltbefehls
bzw. Ausschaltsignals, wird in den Erregungsverschiebungssteuervorgang
erneut eingetreten (z.B. eine Programmsteuerung wird zu P2 zurückgegeben
und wird dann zu P2, P3 und P4 bewegt). Zum Beispiel, wenn die Eingangsgleichspannung
abfällt,
wird die Frequenz reduziert und die Programmsteuerung wird nach
P3 verschoben).
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Die
folgenden zwei Steuerbedingungen für den Bereich fb müssen erfüllt sein:
- (i) fb muss in einem induktiven Bereich entlang der
Resonanzkurve g2 sein.
- (ii) Die Ausgangsspannung in fb muss "Vo ≥ Lmin" erfüllen (oder,
wenn die obere Grenzfrequenz in fb, die "Vo = Lmin" erfüllt,
mit "f3" bezeichnet wird, sollte
die Frequenz gleich oder niedriger als f3 sein).
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Die
erste Bedingung (i) betrifft die Einfachheit, mit der die Leistung
bzw. der Strom gesteuert wird. Das heißt, dass gemäß der Eigenschaft
der Schaltung unter Bedingungen, die das Erregen der Entladungslampe 10 begleiten,
da eine Aktion, die zum Begrenzen der Schwankung des Stromes durchgeführt wird,
in dem induktiven Bereich der Ausgangsimpedanz angewandt wird, diese Aktion
effektiv den Strom stabilisieren kann, der durch die Entladungslampe 10 fließt, und
dass die Stromsteuerung leicht durchgeführt werden kann. Andererseits wird
in dem kapazitiven Bereich (in dem Bereich links von f2) der Steuervorgang
negativ durch die Schwankung des Stromes, der durch die Entladungslampe 10 fließt, beeinflusst
und die Zuführung
des Stromes tendiert, instabil zu sein.
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Die
zweite Bedingung (ii) wird verwendet, um die obere Grenzfrequenz
in dem Bereich fb zu verwenden. Wenn die Frequenz höher als
f3 in dem Bereich fb gesetzt wird, wird der Strom, der der Entladungslampe 10 zugeführt wird,
reduziert und somit würde
die Entladungslampe 10 ausgeschaltet werden.
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Um
die Frequenz von focv zu fb zu verschieben, können die nachfolgenden, beispielhaften
Verfahren verwendet werden:
- (A) Ein Verfahren
zum Bestimmen einer Frequenz in dem Bereich fb im Voraus, die die
Bedingungen (i) und (ii) erfüllt,
und zum Ändern
der Frequenz an dem Betriebspunkt P3 in diese Frequenz.
- (B) Ein Verfahren zum Bestimmen, ob eine Frequenz in einem kapazitiven
Bereich oder in einem induktiven Bereich vorhanden ist, und zum
Starten der Zuführung
des Stroms bzw. der Leistung zum Erregen bei der Resonanzfrequenz
f2.
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Gemäß dem Verfahren
(A) ist es schwierig, den Schwankungen in den Werten der Resonanzfrequenz
f1 und f2 zu folgen, die durch Teiletoleranzen, Eigenschaftsunterschiede
und Temperatureigenschaften beeinflusst werden. Zum Beispiel, auch wenn
Teileun terschiede soweit wie möglich
reduziert worden sind, müssen
verschiedene Schwankungsfaktoren für eine Anwendung, zum Beispiel
eine Fahrzeuglampe, bedacht werden, für die eine Änderung der gewöhnlichen
Umgebung erheblich ist. Zudem ist es ratsam, dass ein Effekt, der
z.B. durch eine Einschwingänderung
in einer Eigenschaft erzeugt wird, selten auftritt.
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Gemäß dem Verfahren
(B) in einer Anwendung für
eine Hochfrequenzsteuerung ist eine Bestimmung, ob die Frequenz
in einem kapazitiven Bereich oder in dem induktiven Bereich ist,
nicht möglich.
Oder auch, wenn diese Bestimmung ermöglicht wird und ein Steuervorgang
durchgeführt
werden kann, um zu verhindern, dass die Frequenz einen Wert gleich
oder kleiner als f2 während
der Erregungsdauer annimmt, kann in dem Fall einer Hochfrequenzschaltung
eine Verzögerung
in einer Antwort durch z.B. einen Vergleicher oder eine Logikvorrichtung
nicht vernachlässigt
werden. Somit ist das Verfahren (B) sehr praktikabel, obwohl es
eine Hochgeschwindigkeitsvorrichtung und eine teuere Vorrichtung
erfordern kann.
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Während des
Steuervorgangs (OCV-Steuerung), der, bevor die Entladungslampe 10 eingeschaltet
worden ist, durchgeführt
wird, wird der Antriebssteuerungsvorgang durchgeführt, d.h.,
dass sich die Antriebsfrequenz für
die Schaltvorrichtungen allmählich
f1 annähert,
um die Ausgangsspannung zu erhöhen,
und ein Startsignal wird der Entladungslampe 10 zugeführt. Nachdem
die Entladungslampe 10 eingeschaltet worden ist, wird,
wenn die Antriebsfrequenz (entsprechend der Frequenz an dem Betriebspunkt
P3 in 2) unmittelbar, bevor die Entladungslampe 10 eingeschaltet
worden ist, als eine Referenz verwendet wird, die Antriebsfrequenz
bestimmt, die um einen vorgegebenen Frequenzversatzwert (vgl. ΔF in 2)
höher als
die Referenz ist. Die Antriebsfrequenz wird somit in einen Frequenzbereich
fb verschoben, der höher
als f2 ist.
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Wie
vorstehend im Aufbau (III) beschrieben worden ist, sind die Resonanzfrequenzen
f1 und f2 zum Beispiel "f1
= 1/(2·π·√(Cr·(Lr +
Lp1)))" und "f2 ≈ 1/(2·π·√(Cr·Lr))". Das heißt, dass
die Werte von f1 und f2 durch die Schwankungen der elektrostatischen
Kapazität
Cr des Kondensators 8 und der Induktanz Lr der Induktanzvorrichtung 9 beeinflusst werden
und dass der Wert von f1 auch durch die Schwankung von Lp1 beeinflusst
wird.
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Wenn
die Schwankung bzw. Änderung
von Lp1 vernachlässigt
wird, beeinflussen und erzeugen die Schwankungen von Cr oder Lr
die gleiche Änderungstendenz
für f1
und f2, und es wurde herausgefunden, dass, um die Frequenz von dem
Bereich focv in den Bereich fb zu verschieben, das Verfahren, bei dem
die Frequenz, die während
des OCV-Steuervorgangs erhalten wird, um einen vorgegebenen Frequenzwert ΔF erhöht wird
und dann in den Bereich fb verschoben wird, bevorzugter bezüglich der
Genauigkeit als das Verfahren (A) ist. Das heißt, dass, wenn der Wert von
Cr oder Lr reduziert wird (oder erhöht wird), die Werte von f1
und f2 dazu neigen, in Übereinstimmung
mit den Ausdrücken,
die vorstehend beschrieben wurden, erhöht (oder reduziert) zu werden. Da
eine In-Phase-Beziehung zwischen der Änderung des Wertes f1 und der Änderung
des Wertes f2 eingerichtet ist, wird der Wert von f2 reduziert,
wenn der Wert von f1 reduziert wird, sodass ΔF auf einen Wert gesetzt werden
kann, der nicht von den Änderungen der
Werte von f1 und f2 abhängt.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass, da nur der Wert von f1
durch eine Änderung
des Wertes von Lp1 geändert
wird, der Wert von ΔF
und die Bedingungen bestimmt werden sollten, wäh rend verschiedene Bedingungen, zum
Beispiel Teiletoleranzen und Temperatureigenschaften, berücksichtigt
werden.
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Während des
Vorgangs, worin, nachdem die Erregung der Entladungslampe 10 ausgelöst worden ist,
die Antriebsfrequenz der Schaltvorrichtungen erhöht wird und von der Frequenz
vor dem Erregen um den vorgegebenen Frequenzwert ΔF in den
Bereich fb in den induktiven Bereich "f > f2" verschoben wird, die
Bestimmung, die für
den kapazitiven Bereich oder den induktiven Bereich durchgeführt wird,
nicht erforderlich ist, wie sie durch das Verfahren (B) durchgeführt wird,
und ein Durchführen
der Hochfrequenzsteuerung (z.B. einer Antriebsfrequenz gleich oder höher als
2 MHz) ermöglicht
wird. Die vorliegende Offenbarung ist deshalb für einen Betrieb, der eine Hochfrequenzsteuerung
durchführt,
und für
eine Reduzierung der Herstellungskosten effektiv. Zudem können gemäß dem Verfahren
(A), wenn die Schwankungen der Resonanzfrequenz f1 und f2 verwendet
werden, die Bedingungen (i) und (ii) manchmal nicht erfüllt werden.
Gemäß dem Erregungsverschiebungssteuervorgang,
der vorstehend beschrieben worden ist, kann jedoch ein Problem aufgrund der
Schwankungen der Frequenz f1 und f2 beseitigt werden oder es wird
selten auftreten. Das heißt, dass,
wenn die Frequenz f1 von dem Bereich focv in den Bereich fb um einen
Versatz ähnlich
zu dem Wert ΔF
verschoben wird, im Wesentlichen verhindert werden kann, dass die
Frequenz f in den kapazitiven Bereich entlang der Kurve g2 eintritt,
da der Wert ΔF
unzureichend ist, oder in den Bereich unter f3 eintritt, da der
Wert ΔF
zu groß ist.
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Eine
beispielhafte Schaltungskonfiguration wird nachfolgend mit Bezug
auf 3 und 4 beschrieben.
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3 ist
ein Diagramm, dass eine beispielhafte Schaltungskonfiguration hauptsächlich für die Steuereinheit 6 zeigt,
die als Spannungsfrequenzwandler (nachfolgend als "V/F-Wandler" bezeichnet) zum Ändern einer
Frequenz in Übereinstimmung
mit einer Eingangsspannung verwendet. In 3 bezeichnet "Vin" einen Spannungseingang
zu einem V/F-Wandler 6a und "Fout" bezeichnet
die Frequenz einer Ausgangsspannung nach der Wandlung durch den
V/F-Wandler 6a.
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In
dieser Ausführungsform
hat der V/F-Wandler 6a Steuereigenschaften derart, dass
die Frequenz Fout so niedrig ist, wie die Eingangsspannung Vin hoch
ist. Die Ausgangsspannung wird dem Brückentreiber 6b an
der nachfolgenden Stufe zugeführt
und das Ausgangssignal von dem Brückentreiber 6b wird
den Steueranschlüssen
der Schaltvorrichtungen 5H und 5L zugeführt. In
dem Steuerprozess für
den Frequenzbereich fb wird zum Beispiel, wenn der Wert der Frequenz
Fout so niedrig ist, wie der Wert der Spannung Vin hoch ist, dementsprechend
der Ausgangsstrom (oder die Ausgangsspannung) erhöht oder,
wenn der Wert der Frequenz Fout so hoch ist, wie der Wert der Spannung
Vin niedrig ist, wird der Ausgangsstrom (oder die Ausgangsspannung)
reduziert.
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Eine
OCV-Steuereinheit 6c ist eine Schaltung zum Steuern einer
ungeladenen bzw. unbelasteten Ausgangsspannung, bevor die Entladungslampe 10 eingeschaltet
worden ist, und das Signal, das von der OCV-Steuereinheit 6c ausgegeben
wird, wird einem Controller bzw. einer Steuereinheit 6d zugeführt. Die
OCV-Steuereinheit 6c hat eine Funktion, durch die während des
OCV-Steuerprozesses
Strom bzw. Leistung, der der Entladungslampe 10 zugeführt wird,
erhöht
wird, wenn die Frequenz reduziert wird, und wird durch einen Betriebsverstärker aufgebaut, der als
ein Eingangssignal ein Entladungslampe-Spannungsdetektionssignal
(bezeichnet durch "Sv") verwendet, das
durch die Spannungsdetektionsschaltung 13 erhalten wird.
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Eine
Leistungsbetriebseinheit 6e zum Steuern der Leistung bzw.
des Stroms, die bzw. der der Entladungslampe 10 zugeführt werden
soll, ist eine Schaltung, die die Leistung, die zugeführt werden soll,
steuert, wenn die Entladungslampe eingeschaltet wird und danach
in den Bereich fb verschoben wird oder wenn die Entladungslampe
in dem stabilen Zustand ist. Das Ausgangssignal von der Leistungsbetriebseinheit 6e wird
der Steuereinheit 6d zugeführt und ein beliebiger Aufbau
wird für
die Leistungsbetriebseinheit 6e der vorliegenden Erfindung
angewandt. Bereitgestellt wird zum Beispiel ein Operationsverstärker, der
ein Spannungsdetektionssignal Sv für die Entladungslampe 10 empfängt und
ein Stromdetektionssignal (das durch "SI" bezeichnet
ist) empfängt,
das von der Stromdetektionsschaltung 12 erhalten wird,
und der einen Strom bzw. einen Leistungswert auf der Basis dieser
Signale berechnet, oder ein Begrenzer, der den Steuerausgang begrenzt,
um zu verhindern, dass die Antriebsfrequenz f unter die Resonanzfrequenz
f2 abfällt,
wenn die Entladungslampe eingeschaltet ist.
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Die
Steuereinheit 6d empfängt
Ausgangssignale, die von der OCV-Steuereinheit 6c und der
Leistungsbetriebseinheit 6e ausgegeben werden und gibt eine
Spannung an den V/F-Wandler 6a aus. Die Steuereinheit 6d enthält einen
Fehlerverstärker
und eine Abtasthalteschaltung und eine spezifische Schaltungsanordnung
für die
Steuereinheit 6d, die weiter unten beschrieben wird.
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Die
Eingangsspannung Vin für
den V/F-Wandler 6a ist eine Steuerspannung, die sich auf die
Frequenzsteuerung für
die Schaltvorrichtungen 5H und 5L bezieht und
die in dieser Ausführungsform als
ein Spannungsausgang von der OCV-Steuereinheit 6c und der
Leistungsbetriebseinheit 6e durch die Steuereinheit 6d definiert
ist. Ein Signal an bzw. mit der Frequenz fout, das durch Umwandeln
dieser Ausgangsspannung erhalten wird, wird als ein Steuersignal
durch den Brückentreiber 6b den
Schaltvorrichtungen 5H und 5L zugeführt.
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Wie
vorstehend beschrieben wurde, werden, wenn die Entladungslampe 10 eingeschaltet
ist, die Schaltvorrichtungen 5H und 5L abwechselnd
bei der Antriebsfrequenz in dem Bereich fb angetrieben und die Leistungssteuerung
bzw. Stromsteuerung für
die Entladungslampe 10 wird bereitgestellt. In der Anordnung,
die in 3 gezeigt ist und die den Transformator 7 und
den Kondensator 8 enthält,
bilden der Kondensator 8 und die Primärseitenstreuinduktanzkomponente
des Transformators 7 oder die Induktanzvorrichtung 9,
die mit dem Kondensator 8 verbunden ist, eine Resonanzserienschaltung.
Eine Resonanzspannung, die durch die Primärseitenschaltung des Transformators 7 erzeugt
wird, wird von dem Transformator 7 erhöht und die Leistung bzw. der
Strom wird der Entladungslampe 10 zugeführt, die mit der Sekundärseitenschaltung
des Transformators 7 verbunden ist.
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4 ist
ein Diagramm, das eine beispielhafte Schaltungskonfiguration der
Steuereinheit 6d zeigt. Die Steuereinheit 6d enthält einen
Fehlerverstärker 14,
der sich in der zu der Leistungsbetriebseinheit 6e nachfolgenden
Stufe befindet, und eine Abtasthalteschaltung (nachfolgend einfach
als "S/H-Schaltung" bezeichnet) 15 in
der zu dem Fehlerverstärker 14 nachfolgenden
Stufe.
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Signale,
die von der OCV-Steuereinheit 6c und der Leistungsbetriebseinheit 6e bereitgestellt werden,
werden durch einen Widerstand 16 dem negativen Eingangsanschluss
des Fehlerverstärkers 14 zugeführt, während ein
Kondensator 17 und ein Widerstand 18 zwischen
dem negativen Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Fehlerverstärkers 14 eingesetzt
und parallel zueinander verbunden sind. Eine vorgegebene Referenzspannung "Vref" (als eine Konstantspannungsquelle
in 4 bezeichnet) wird an den positiven Eingangsanschluss
des Fehlerverstärkers 14 angelegt.
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Ein
Signal (ein Abtast-Halte-Signal) wird durch einen Signalgenerator
(nicht gezeigt) der S/H-Schaltung 15 zugeführt. Wenn
zum Beispiel der Wert des Entladelampe-Stromdetektionssignals SI mit
einem vorgegebenen Referenzwert verglichen wird und es detektiert
wird, dass die Entladungslampe 10 eingeschaltet ist, wird
ein Abtast-Halte-Signal mit einer vorgegebenen Impulsweite erzeugt
und der S/H-Schaltung 15 zugeführt. Dann wird das Signalhalten
während
einer Zeitdauer (entsprechend der frequenzfixierten Zeitdauer) durchgeführt, in
der das Abtast-Halte-Signal auf einem Wert H ist.
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Das
Signal, das durch die S/H-Schaltung 15 bereitgestellt wird,
wird dem positiven Eingangsanschluss eines Pufferverstärkers 19 der
nachfolgenden Stufe zugeführt
und die Ausgangsspannung des Pufferverstärkers 19 wird als
die Eingangsspannung "Vin", die vorstehend
beschrieben wurde, dem V/F-Wandler 6a zugeführt.
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Das
Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 14 und
das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 19 werden einem
Differenzverstärker 21 zugeführt, der einen
Operationsverstärker 20 verwendet.
Das heißt, dass
ein Signal, das von dem Fehlerverstärker 14 ausgegeben
wird, durch einen Widerstand 22 einem negativen Eingangsanschluss
(einem invertierten Eingangsanschluss) des Operationsverstärkers 20 zugeführt wird
und dass ein Signal, das von dem Pufferverstärker 19 ausgegeben
wird, durch einen Widerstand 23 einem positiven Eingangsanschluss
zugeführt
wird (einem nicht-invertierten Eingangsanschluss). Ein Widerstand 24 ist
zwischen dem negativen Eingangsanschluss (dem invertierten Eingangsanschluss)
und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 20 eingesetzt.
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Das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers 21 wird durch
einen Widerstand 25 einem Differenzverstärker 26 zugeführt. Das
heißt,
dass der Differenzverstärker 26 unter
Verwendung eines Operationsverstärkers 27 aufgebaut
ist, dass ein Signal, das von dem Differenzverstärker 21 bereitgestellt wird,
durch den negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 27 empfangen
wird und dass eine Spannung (bezeichnet mit "ΔV"; angegeben als eine
Konstantspannungsquelle in 4) entsprechend
dem Wert ΔF
dem positiven Eingangsanschluss zugeführt wird. Ein Widerstand 28 ist
zwischen dem negativen Eingangsanschluss (dem invertierenden Eingangsanschluss)
und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 27 eingesetzt.
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Der
Ausgangsanschluss des Differenzverstärkers 26 ist mit dem
negativen Eingangsanschluss des Fehlerverstärkers 14 durch eine
Analogschaltvorrichtung 29 und einem Widerstand 30 verbunden. Die
Analogschaltvorrichtung 29 wird auf den Empfang eines Abtast-Halte-Signals
hin ein- oder ausgeschaltet und in dieser Ausführungsform wird die Schaltvorrichtung 29 eingeschaltet,
wenn das Abtast-Halte-Signal auf einem Niveau H ist.
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Bei
dieser Schaltungsanordnung arbeitet der Schaltungsabschnitt, der
die Differenzverstärker 21 und 26 enthält, welche
den Eingang von dem Fehlerverstärker 14 verwenden,
nur während
einer Zeitdauer, während
der das Abtast-Halte-Signal auf einem Niveau H ist, die der Frequenzfesthaltedauer
bzw. frequenzfixierten Zeitdauer entspricht. Das heißt, dass
der Rückkoppelkreis
in Gleichlauf mit dem Eingang zu dem Fehlerverstärker 14 ausgebildet
ist, um einen konstanten Wert "ΔV" für ein Signal
aufrechterhalten zu können,
das eine Differenz zwischen dem Ausgang des Fehlerverstärkers 14 und
dem Ausgang der S/H-Schaltung 15 angibt,
und dass der Spannungseingang des V/F-Wandlers 6a während einer
vorgegebenen Zeitdauer (einer frequenzfixierten bzw. frequenzkonstanten
Zeitdauer) unmittelbar geändert
wird, nachdem das Erregen der Entladungslampe 10 ausgelöst worden
ist. Wenn das Niveau der Spannung Vin um ΔV abgefallen ist, nachdem die
Zeitvorgabe für
die frequenzfestgelegte Zeitdauer abgelaufen ist, wird die Antriebsfrequenz
um den Frequenzversatzwert ΔF
angehoben. Im Ergebnis, wie vorstehend beschrieben wurde, wird die
Antriebsfrequenz beziehungsweise Treiberfrequenz von dem Bereich
focv in den Bereich fb verschoben, d.h., dass, nachdem die Entladungslampe 10 eingeschaltet
worden ist, die Antriebsfrequenz genau in den Bereich (den induktiven
Bereich) nach rechts von der Resonanzfrequenz f2 verschoben wird.
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5 ist
ein Diagramm, das beispielhafte Signalwellenformen für einzelne
Abschnitte zeigt. Die Definitionen für die Signale und Symbole in 5 sind
wie folgt:
- • "S/H-Signal" = Abtast-Halte-Signal,
das der S/H-Schaltung 15 und der Analogschaltvorrichtung 29 zugeführt wird.
- • "S/H-Ausgang" = Signalausgang
von der S/H-Schaltung 15.
- • "EA-Ausgang" = Signal, das von
dem Fehlerverstärker 14 ausgegeben
wird.
- • "T1" = Zeitdauer des
OCV-Steuerbereichs vor dem Erregen.
- • "T2" = frequenzfixierte
Zeitdauer.
- • "T3" = Steuerstromzeitdauer
in dem Bereich fb, der der frequenzfixierten Zeitdauer folgt.
- • "ts" = Entladungslampe-Erregungsauslösungszeit.
-
Wie
in 5 gezeigt ist, wird während einer vorgegebenen Zeitdauer
(T2), die ts nachfolgt, das Niveau des S/H-Ausgangs fixiert, und,
nachdem die Zeitvorgabe für
die Zeitdauer abgelaufen ist, fällt
es um "ΔV" ab, wenn das S/H-Signal
von dem Niveau H auf das Niveau L geändert wird. Das heißt, dass
die Spannung Vin um einen Wert abgesenkt wird, der äquivalent
dieses Spannungsabfalls ist, und im Ergebnis wird die Antriebsfrequenz
um den Wert ΔF
erhöht
und wird für
die Stromsteuerung während
der Zeitdauer T3 verwendet.
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Wenn
ein Verfahren zum vorübergehenden Einstellen
der Ausgangsspannung durch den Verstärker 19 oder ein Verfahren,
bei dem der Frequenzversatzwert, der dem Wert ΔF entspricht, von dem V/F-Wandler 6a hinzuaddiert
wird, für
die Anordnung verwendet wird, worin die Ausgangsfrequenz Fout des
V/F-Wandlers 6a in Übereinstimmung
mit dem Ausgang des Fehlerverstärkers 14 geändert wird, kann
der nachfolgende Rückkoppelregelungsvorgang
unter Verwendung des Fehlerverstärkers 14 nicht
durchgeführt
werden, d.h., die vorübergehende Einstellung
würde ein
Steuerstabilisierungsproblem verursachen. Wie in dieser Aus führungsform
wird es deshalb bevorzugt, dass während der frequenzfixierten
Zeitdauer "T2" der Eingang des
Fehlerverstärkers 14 eingestellt
wird und der Ausgang des Fehlerverstärkers 14 um ΔV abgesenkt
wird, indem die Differenzverstärker 21 und 26 verwendet
werden, und dass nachfolgend dem Ablauf der Zeitvorgabe für diese
Zeitdauer die Leistungs- bzw. Stromsteuerung bei einer Frequenz
in dem Bereich fb startet, der um ΔF angehoben worden ist.
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6 ist
ein Diagramm, das einen Abschnitt einer Beispielsanordnung für den V/F-Wandler 6a zeigt.
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Die
Spannung Vin, die von der Steuereinheit 6d ausgegeben wird,
wird durch einen Widerstand 31 an den invertierenden Eingangsanschluss
eines Operationsverstärkers 32 angelegt.
Eine vorgegebene Referenzspannung "EREF" wird
an den nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 32 angelegt
und ein Signal, das von dem Operationsverstärker 32 ausgegeben
wird, wird durch einen Widerstand 33 einer spannungsvariablen
Kapazitätsdiode 34 zugeführt. Ein
Widerstand 36 wird zwischen dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss
und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 32 eingefügt und das
eine Ende eines Widerstands 36 ist mit dem Ausgangsanschluss
des Operationsverstärkers 32 verbunden
und das andere Ende ist geerdet.
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Die
Kathode der spannungsvariablen Kapazitätsdiode 34 ist zwischen
dem Widerstand 33 und einem Kondensator 37 verbunden
und die Anode ist geerdet. Der Eingangsanschluss eines NOT-Gatters 38 bzw.
NICHT-Gatters vom Schmitt-Triggertyp ist durch den Kondensator 37 mit
der Kathode der spannungsvariablen Kapazitätsdiode 34 verbunden
und ein Widerstand 39 ist parallel zu dem NOT-Gatter 38 verbunden.
Diese Vorrichtungen bilden eine frequenzvariable Oszillationsschaltung
und der Ausgangspuls des NOT-Gatters wird dem Brückentreiber 6b in
der nachfolgenden Stufe zugeführt.
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In
dieser Ausführungsform
fällt,
wenn das Niveau der Spannung Vin nach hoch (niedrig) geht, die Ausgangsspannung
des Operationsverstärkers 32 ab
(steigt an) und die elektrostatische Kapazität der spannungsvariablen Kapazitätsdiode 34 wird
erhöht (reduziert).
Die Frequenz des Ausgangspulses wird deshalb abgesenkt (angehoben).
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7 ist
ein Diagramm, das schematische Kurvenverläufe zum Erläutern des vorhergehenden Steuerbetriebs
zeigt. Wie in 2 in dem oberen Kurvenverlauf
gezeigt ist, gibt die horizontale Achse eine Frequenz "f" wieder, während die vertikale Achse eine
Ausgangsspannung "Vo" angibt und die Resonanzkurven
g1 und g2 werden gezeigt. In dem unteren Kurvenverlauf wird die
Eingang/Ausgang-Eigenschaft des V/F-Wandlers 6a gezeigt
und die horizontale Achse gibt die Ausgangsfrequenz "Fout" des V/F-Wandlers 6a wieder,
während
die vertikale Achse die Eingangsspannung "Vin" wiedergibt.
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In
dem oberen Graphen gibt der Arbeitspunkt P, der sich in dem Bereich
f1 befindet, neben der Hochfrequenzseite entlang der Kurve g1 den
Zustand vor dem Erregen wieder und ein Arbeitspunkt Q, der sich
in dem Bereich fb entlang der Kurve g2 befindet, gibt den Zustand
nach dem Erregen wieder.
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ΔF ist eine
Differenz zwischen den einzelnen Frequenzen bei den Betriebspunkten
P und Q und entspricht ΔV.
Das heißt,
dass in dieser Ausführungsform
die Eingang/Ausgang-Eigenschaft des V/F-Wandlers 6a linear
ausgedehnt hauptsächlich nach
rechts und nach unten ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, wenn
während
der frequenzfixierten Zeitdauer der Eingang des Fehlerverstärkers 14 eingestellt
wird und die Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers 14 um ΔV abfällt, wird
die Frequenz des Signalausgangs von dem V/F-Wandler 6a um ΔF angehoben,
wonach das Ablaufen der Zeitvorgabe für die Zeitdauer abläuft, sodass
die Frequenz in den Bereich fb verschoben werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das Beispiel beschränkt, worin
in Gleichlauf mit der Eingang/Ausgang-Eigenschaft des V/F-Wandlers die Frequenz
Fout abfällt,
wenn die Spannung Vin angehoben wird und kann auch nicht für ein Beispiel
angewandt werden, worin die Frequenz Fout erhöht wird, wenn die Spannung
Vin erhöht
wird. In diesem Fall kann während
der frequenzfixierten Zeitdauer die Spannung, die an den V/F-Wandler
angelegt wird, um einen vorgegebenen Wert geändert werden und nachfolgend
dem Ablauf der Zeitvorgabe für
die Zeitdauer kann die Frequenz um einen vorgegebenen Versatzwert ΔF in einen
Frequenzbereich (fb) verschoben werden, der höher als f2 ist.
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Für das Erregungsverfahren,
das vorstehend beschrieben wurde, d.h. für das Entladungslampe-Erregungsverfahren,
wobei eine Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlung unter Verwendung eines
Transformators beeinflusst wird, werden Schaltvorrichtungen und
ein Kondensator für
eine Resonanzserienschaltung verwendet, die einen Transformator
oder eine Induktanzvorrichtung und einen Kondensator enthält, und
die Erregungsverschiebungssteuervorgänge werden in der nachfolgenden
Art durchgeführt.
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(1) Vor dem Erregen der
Entladungslampe:
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Die
Schaltvorrichtungen werden so angetrieben, dass sich die Antriebsfrequenz
der Schaltvorrichtungen, die den Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler
bilden, allmählich
der Frequenz f1 annähert
(der Resonanzfrequenz der Resonanzserienschaltung in dem ausgeschalteten
Zustand). Dann, wenn der OCV-Wert, bei dem die Entladungslampe eingeschaltet
wird, erreicht wird, wird ein Startsignal zugeführt, um die Entladungslampe
zu aktivieren.
-
(2) Nach dem Erregen der
Entladungslampe:
-
Zuerst
wird die Frequenz unmittelbar vor der Erregungssteuerung (der Antriebsfrequenz
während des
OCV-Steuervorgangs) für
eine vorgegebene Zeitdauer festgelegt bzw. ficxiert. Während dieser Zeitdauer
wird der Eingang des Fehlerverstärkers 14 verwendet,
um eine ΔV-Änderung
bereitstellen zu können.
Zu diesem Zweck, wenn die Antriebsfrequenz der Schaltvorrichtungen
unmittelbar, bevor die Entladungslampe eingeschaltet wird, als eine
Referenz verwendet wird, wird die Antriebsfrequenz so definiert,
dass sie höher
als diese Referenz um einen vorgegebenen Versatzwert ΔF ist. Somit
wird die Antriebsfrequenz der Schaltvorrichtungen in einen Frequenzbereich
(fb) verschoben, der höher
als "f2" ist (die Resonanzfrequenz
der Resonanzserienschaltung zu der EIN-Zeit). Zu dieser Zeit ist
der Bereich fb ein induktiver Bereich entlang der Resonanzkurve
an der EIN-Zeit, worin das Niveau der Ausgangsspannung gleich oder
höher als
Lmin ist.
-
In
dieser Ausführungsform
in 3 wird der Ausgang der Steuereinheit 6d direkt
dem V/F-Wandler 6a in der nachfolgenden Stufe zugeführt. Die
vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung beschränkt und
verschiedene andere Anord nungen können verwendet werden. Zum
Beispiel kann eine Zeitkonstantschaltung, zum Beispiel eine CR integrierende
Schaltung, zwischen der Steuereinheit 6d und dem V/F-Wandler 6a vorgesehen
sein und verwendet werden, um eine Zeitkonstante für das Bestimmen
der Geschwindigkeit zu verwenden, mit der die Frequenz in den Bereich
fb derart verschoben wird, dass eine gleichmäßige Erregungssteuerung durchgeführt wird.
-
Gemäß der Anordnung
dieser Ausführungsform
können
verschiedene Vorteile, die nachfolgend beschrieben werden, erhalten
werden.
- • Für das Verschieben
der Frequenz von dem OCV-Steuerbereich für den ausgeschalteten Zustand
in den Frequenzbereich fb für
den erregten Zustand kann eine stabile Erregungssteuerung bzw. Leuchtsteuerung
für die
Entladungslampe bereitgestellt werden.
- • Die
Frequenzverschiebung wird weniger negativ durch die Unterschiede
der charakteristischen Teile beeinflusst, indem eine Resonanzfrequenz oder
ein Frequenzversatzwert ΔF
bestimmt werden kann, der einen geringen Einfluss auf die Schwankungen
der Resonanzfrequenzen f1 und f2 hat.
- • Maßnahmen,
die getroffen werden, um eine Hochfrequenzsteuerung durchzuführen, verhindern
das Auftreten von komplizierten Schaltungskonfigurationen und eine
erhebliche Erhöhungen der
Herstellungskosten.
- • Die
Schaltungsstruktur kann durch Bereitstellen eines Fehlerverstärkers vereinfacht
werden, der gemeinsam von einer Leistungsbetriebseinheit (6e)
und einer OCV-Steuereinheit (6c) verwendet wird.
- • Wenn
ein Paar von Schaltvorrichtungen (5H und 5L) und
ein Transformator (7) vorgesehen werden und für die Wechselstromwandlung
und zum Erhöhen
eines Startsignals verwendet werden, ist dieser Schaltungsaufbau
effektiv für
die Raumreduzierung und die Kostenreduzierung.
-
Weitere
Realisierungen sind innerhalb des Bereichs der Ansprüche.