DE19618983B4

DE19618983B4 - Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE19618983B4
Application number: DE19618983A
Authority: DE
Inventors: Masayasu Shimizu Yamashita; Atsushi Shimizu Toda
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2016-05-11
Also published as: DE19618983A1; US5705898A; JPH08315993A; JP3280540B2

Abstract

Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe (10) mit
– einer Gleichspannungs-/Wechselspannungs-Wandlervorrichtung (7) zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung, welche der Hochdruck-Entladungslampe (10) über eine induktive Last zugeführt wird,
– einer Beleuchtungsdetektionseinrichtung (12, 13, 14, 15), zur Erfassung, ob die Hochdruck-Entladungslampe (10) leuchtet; und
– einer Frequenzsteuervorrichtung (7b), zur Steuerung der Frequenz einer Ausgangsspannung der Gleichspannungs-/Wechselspannungs-Wandlervorrichtung (7) derart, dass in einem ersten Zeitraum (T_a) der mit dem Zünden der Hochdruck-Entladungslampe (10) endet, eine erste Frequenz ungleich Null bereitgestellt wird, in einem dritten Zeitraum nach dem Zünden der Hochdruck-Entladungslampe (10) (T_c) eine dritte Frequenz bereitgestellt wird, die höher als die erste Frequenz ist, wobei zwischen dem ersten (T_a) und dem dritten (T_c) Zeitraum ein zweiter Zeitraum (T_b) liegt, in dem zumindest ein Polaritätswechsel der Ausgangsspannung der Gleichspannungs-/Wechselspannungs-Wandlervorrichtung (7) stattfindet und die Frequenz, die der Ausgangsspannung während des zweiten Zeitraumes (T_b) zugeordnet werden kann, immer kleiner ist als...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Entladungslampe. Aus der Druckschrift DE 44 42 658 A1 , die nachveröffentlicht ist, ist bereits ein Schaltkreis für eine Fahrzeugentladungslampe bekannt. Der Schaltkreis weist einen Startpulsgenerator auf, der einen Startpuls nur dann erzeugt, wenn die Rechteckspannung von einem DC-AC-Wandler eine bestimmte Polarität aüfweist.

Die Druckschrift DE 40 33 664 A1 . beschreibt ebenfalls eine Schaltungsanordnung für eine. Entladungslampe mit einem DC-AC-Wandler und eine Beleuchtungsdetektoreinrichtung. Hier wird die Lampe nach dem Zünden mit einer niedrigen Frequenz betrieben, um den Lichtfluss der Lampe schnell zu erhöhen, nachfolgend wird die Frequenz in Schritten erhöht, bis die Lampe sich im Normalbetrieb befindet.

Seit einiger Zeit findet eine kompakte Halogenmetalldampflampe nachfolgend auch als Metallhalogenidlampe bezeichnet, größere Beachtung als Lichtquelle, welche den Platz einer Glühfadenlampe einnimmt. Um diese Lampe als Lichtquelle für eine Kraftfahrzeuglampe auszubilden ist es erforderlich, zu berücksichtigen, wie der Lichtfluss von der Lampe schnell erhöht werden kann.

8 zeigt stark vereinfacht den Aufbau einer Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Entladungslampe, nachfolgend auch als Beleuchtungsschaltung bezeichnet, die so ausgebildet ist, dass eine Induktivität auf eine andere umgeschaltet wird. Wie gezeigt sind zwei Induktivitäten c1 und c2 in Reihe an den Stromversorgungspfad von einer Wechseistromversorgungsquelle b zu einer Entladungslampe d angeschlossen, und ist ein Schalter e parallel zur Induktivität c1 geschaltet. Der Schalter e ist vor dem Einschalten der Lampe d offen, und wird zum Zeitpunkt der Aktivierung der Lampe d geschlossen. Dieser Schaltvorgang kann die Induktivität ändern, und daher die Zeit zum Aktivieren der Entladungslampe verkürzen.

Da dieses Verfahren, welches dadurch die Induktivität ändert, dass die Induktivitäten c1 und c2 verwendet werden, eine große Gesamtinduktivität erfordert, behindert es die Verkleinerung der Beleuchtungsvorrichtung und die Verringerung von deren Herstellungskosten.

Zu dem Zeitpunkt, an welchem sich die Polarität der Signalform des Ausgangssignals einer Beleuchtungsschaltung ändert, gibt es Punkte, an denen der Lampenstrom einer Entladungslampe einen Null-Durchgang durchführt. In dem Zeitraum kurz nach der Aktivierung der Entladungslampe ist die Entladungslampe immer noch instabil, und kann es geschehen, dass die Polarität des Ausgangssignals der Beleuchtungsschaltung sich nicht erfolgreich an den Null-Durchgangspunkten des Lampenstroms umkehrt, wodurch ein Ausfall der Beleuchtung hervorgerufen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend eine verbesserte Schaltungsanordnung anzugeben, mit der ein sicherer und zuverlässiger Betrieb und Startvorgang für die Entladungslampe möglich ist, auch wenn die Frequenz des Normalbetriebs höher ist als die Frequenz in der Vorbeleuchtungsphase. Mit „Normalbetrieb" ist dabei jener Zeitraum gemeint, in dem die instabile Anschaltphase, die inherent nach der Zündung einer Entladungslampe vorhanden ist, vorüber ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 ein Blockschaltbild des Schaltungsaufbaus der Beleuchtungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A den Aufbau eines Beispiels für einen Beleuchtungsdetektor, der ein Spannungserfassungssignal VS verwendet;
2B den Aufbau eines weiteren Beispiels für den Beleuchtungsdetektor, der ein Stromerfassungssignal IS verwendet;
2C den Aufbau eines weiteren Beispiels für den Beleuchtungsdetektor, der ein Erfassungs- oder Messsignal von einem Photosensor verwendet;
3 ein Schaltbild zur Erläuterung des Aufbaus eines Brückentreibers eines Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandlers;
4 ein Schaltbild zur Erläuterung des Aufbaus einer Frequenzsteuerung oder -regelung des Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandlers, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht;
5 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs bei der Frequenzsteuerung, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht;
6 und 7 eine Beleuchtungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ein Schaltbild des Aufbaus einer Frequenzsteuerung bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform;
7 ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufs dieser Frequenzsteuerung; und
8 ein Schaltbild zur Erläuterung des konventionell auftretenden Problems.
Nachstehend werden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen Schaltungsanordnungen, nachfolgend auch als Beleuchtungsschaltungen bezeichne für eine Entladungslampe, d. h. für eine Hochdruck-Entladungslampe gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Bei der gezeigten Ausführungsform ist diese Erfindung an eine Beleuchtungsschaltung eines durch ein Rechtecksignal getriggerten Wechselspannungs-Beleuchtungssystems angepasst.
Die 1 bis 5 zeigen eine Beleuchtungsschaltung 1 welche dazu ausgebildet ist, die Frequenz der Wechselspannung, welche einer Entladungslampe zugeführt werden soll, in dem Zeitraum vor und nach der Aktivierung der Entladungslampe zu ändern, und die Umkehrung der Polarität der Wechselspannung in dem Frequenzumschaltzeitraum zu begrenzen. Es ist daher möglich, die Entladungslampe schnell und stabil einzuschalten.
Bei der Beleuchtungsschaltung 1 ist eine Batterie 2 vorgesehen, die zwischen Gleichspannungs-Eingangsklemmen 3 und 3' geschaltet ist. Es gibt zwei Gleichspannungs-Versorgungsleitungen 4 und 4', und ein Beleuchtungsschalter 5 ist auf der positiven Gleichspannungs-Versorgungsleitung 4 angeordnet.
Eine Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6 ist dazu vorgesehen, die Batteriespannung zu erhöhen oder zu verringern, und wird durch eine Steuerschaltung gesteuert, die nachstehend noch genauer erläutert wird.
Ein Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandler 7, der in der folgenden Stufe der Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6 vorgesehen ist, wandelt eine von der Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6 gelieferte Gleichspannung in eine rechteckförmige Wechselspannung um. Der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandler 7 umfaßt einen Treiber 7a in Brückenschaltung und eine Frequenzsteuerung 7b. Der brückenartige Treiber 7a ist auf dem Versorgungsweg zur Entladungslampe vorgesehen. Die Frequenzsteuerung oder -regelung 7b dient dazu, die Rechtecksignalfrequenz zu steuern, die von dem brückenartigen Treiber 7a ausgegeben wird.
Eine Zündschaltung 8 ist in der nächsten Stufe des Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandlers 7 vorgesehen. Eine Entladungslampe 10 ist zwischen die Wechselspannungs-Ausgangsklemmen 9 und 9' der Zündschaltung 8 geschaltet. Es wird darauf hingewiesen, daß eine Metallhalogenidlampe mit einer nominellen Leistung von beispielsweise 35 Watt als Entladungslampe 10 verwendet wird.
Eine Steuerschaltung 11 steuert die Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6. Diese Steuerschaltung 11 wird mit einem Meßsignal (durch "VS" bezeichnet) versorgt, welches der Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6 entspricht, und von einem Spannungsdetektor 12 erfaßt wird, der zwischen den Ausgangsklemmen der Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6 vorgesehen ist. Ein Stromdetektor 13 ist auf der Masseleitung vorgesehen, welche die Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6 mit dem Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandler 7 verbindet. Dieser Stromdetektor 13 schickt ein Strommeßsignal (durch "IS" bezeichnet) entsprechend dem Ausgangsstrom der Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6 an die Steuerschaltung 11 nach einer Spannungsumwandlung. Die Steuerschaltung 11 erzeugt Steuersignale entsprechend diesen Meßsignalen und schickt die Meßsignale an die Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6, um deren Ausgangsspannung zu steuern. Daher führt die Steuerschaltung 11 eine Leistungssteuerung oder -regelung durch, welche an den Zustand der Entladungslampe 10 angepaßt ist, um hierdurch die Aktivierungszeit und Reaktivierungszeit der Entladungslampe 10 zu verkürzen, und die stabile Beleuchtungssteuerung der Entladungslampe 10 in dem durchgehenden Beleuchtungseinschaltzustand sicherzustellen.
Ein Beleuchtungsdetektor 14 erfaßt, ob die Entladungslampe 10 leuchtet. Die Verfahren zur Erfassung des Beleuchtungszustands der Entladungslampe 10 umfassen ein Verfahren der Überwachung von Signalen entsprechend der Lampenspannung und dem Lampenstrom der Entladungslampe 10, von dem Spannungsdetektor 12 und dem Stromdetektor 13, oder ein Verfahren zur direkten Erfassung des von der Entladungslampe 10 abgestrahlten Lichts über einen Photosensor 15.
2A zeigt eine Schaltung 16, die das Meßsignal VS von dem Spannungsdetektor 12 überwacht, um den Beleuchtungseinschaltzustand oder den Beleuchtungsausschaltzustand der Entladungslampe 10 zu erfassen. Das Meßsignal VS erfährt eine Spannungsteilung durch Spannungsteilerwiderstände 17 und 17'. Das sich ergebende Signal wird an die negative Eingangsklemme des Komparators 18 geschickt, um dort mit einer Bezugsspannung Eref verglichen zu werden, welche der positiven Eingangsklemme des Komparators 18 zugeführt wird. Anders ausgedrückt wird, wenn der spannungsgeteilte Pegel des Meßsignals VS niedriger als die Bezugsspannung Eref ist, festgestellt, daß die Entladungslampe 10 eingeschaltet war, und dann gibt der Komparator 18 ein Signal auf hohem Pegel (H) aus.
2B zeigt eine Schaltung 19, welche das Meßsignal IS von dem Stromdetektor 13 überwacht, um den Beleuchtungseinschaltzustand oder den Beleuchtungsausschaltzustand der Entladungslampe 10 zu erfassen. Das Meßsignal IS wird einer Spannungsteilung durch Spannungsteilerwiderstände 20 und 20' unterzogen. Das sich ergebende Signal wird an die nicht-invertierende Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 21 geschickt, der eine Differenzverstärkerschaltung bildet. Die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 21 ist über einen Widerstand 22 an Masse gelegt, und über einen Rückkopplungswiderstand 23 mit der Ausgangsklemme des Verstärkers 21 verbunden. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 21 wird an die positive Eingangsklemme eines Komparators 24 geliefert, der in der nächsten Stufe angeordnet ist, um dort mit einer Bezugsspannung Eref verglichen zu werden, welche der negativen Eingangsklemme des Komparators 24 zugeführt wird. Wenn daher der verstärkte Spannungspegel des Meßsignals IS höher als die Bezugsspannung Eref ist, so wird festgestellt, daß die Entladungslampe 10 leuchtete, und dann gibt der Komparator 24 ein Signal auf dem Pegel H aus.
2C zeigt eine Schaltung 25, welche das Ausgangssignal des Photosensors 15 überwacht, um den Beleuchtungseinschaltzustand oder den Beleuchtungsausschaltzustand der Entladungslampe 10 zu erlassen. Das Meßsignal von dem Photosensor 15 wird an die positive Eingangsklemme eines Komparators 26 geschickt, wo es mit einer Bezugsspannung Eref verglichen wird, die der negativen Eingangsklemme des Komparators 26 zugeführt wird. Genauer gesagt wird, wenn der Spannungspegel des Meßsignals von dem Photosensor 15 höher ist als die Bezugsspannung Eref, festgestellt, daß die Entladungslampe 10 eingeschaltet wurde und leuchtet, und dann sendet der Komparator 26 ein Signal auf dem Pegel H aus.
Da das Spannungsmeßsignal VS und das Strommeßsignal IS, welche der Lampenspannung bzw. dem Lampenstrom der Entladungslampe 10 entsprechen, in die Steuerschaltung 11 in der Beleuchtungsschaltung 1 bei den in den 2A und 2B gezeigten Beispielen eingegeben werden, werden dementsprechende Signale auch zur Erfassung des Beleuchtungseinschaltzustands der Entladungslampe 10 verwendet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Lampenspannung und der Lampenstrom der Entladungslampe 10 direkt in der nächsten Stufe des Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandlers 7 erfaßt werden könnten.
Das Ausgangssignal des Beleuchtungsdetektors 14 wird an die Frequenzsteuerung 7b und an eine nicht dargestellte Schutzschaltung oder dergleichen geschickt, um als Bezugsinformation zur Bestimmung der Zustände der Schaltung verwendet zu werden.
3 verdeutlicht den Aufbau des brückenartigen Treibers 7a des Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandlers 7, der beispielsweise einen zweistufigen Brückenaufbau unter Verwendung von FETs aufweist. Die Schaltsteuerung oder Schaltregelung der FETs wird durch ein Steuersignal bewerkstelligt, das den FETs von der Frequenzsteuerung 7b zugeführt wird.
Mit dem Bezugszeichen "27" ist eine Gleichspannungs-Eingangsklemme oder eine positive Eingangsklemme bezeichnet, und mit dem Bezugszeichen "27'" eine andere Gleichspannungs-Eingangsklemme oder eine Masse-Eingangsklemme. Die Ausgangsspannung der Gleichspannungs-Erhöhungsschaltung 6 wird an diese Eingangsklemmen 27 und 27' angelegt.
Der Brückentreiber 7a weist vier N-Kanal-FETs 28(i) auf (i = 1, 2, 3, 4). Die FETs 28(1) und 28(2) sind in Reihe geschaltet, und die FETs 28(3) und 28(4) sind in Reihe geschaltet. Diese beiden Reihenschaltungen von FETs sind einander parallel geschaltet. Im einzelnen ist bei dem FET 28(1) in der oberen Stufe ein Drain an die positive Eingangsklemme 27 angeschlossen, und eine Source mit dem Drain des FET 28(2) der unteren Stufe verbunden, dessen Source an die Masse-Eingangsklemme 27' angeschlossen ist.
Bei dem FETs 28(3) und 28(4), die parallel zu den FETs 28(1) und 28(2) geschaltet sind, ist bei dem FET 28(3) der oberen Stufe der Drain an die positive Eingangsklemme 27 angeschlossen, und die Source mit dem Drain des FET 28(4) der unteren Stufe verbunden, dessen Source mit der Masse-Eingangsklemme 27' verbunden ist.
Eine Zener-Diode ist zwischen dem Gate und der Source des FET 28(1) vorgesehen, und eine weitere Zener-Diode ist entsprechend zwischen dem Gate und der Source des FET 28(3) angeordnet, wobei ein Kondensator und ein Widerstand zwischen der Anode jeder Zener-Diode und dem Gate des zugeordneten FET vorgesehen sind. Eine vorbestimmte Spannung (Vcc) wird zwischen jedes Paar aus Kondensator und Widerstand über eine Diode angelegt.
Eine Ausgangsklemme 29 ist mit der Source des FET 28(1) verbunden, und eine Ausgangsklemme 29' ist mit der Source des FET 28(3) verbunden, so daß eine rechteckförmige Ausgangsspannung an die Entladungslampe 10 über eine Induktivität 30 angelegt wird.
Die Induktivität 30 entspricht der Sekundärwicklung eines Trigger-Transformators (nicht dargestellt), der in der Zündschaltung 8 vorgesehen ist, um einen Aktivierungsimpuls für die Entladungslampe 10 zu erzeugen.
In bezug auf die Schaltsteuerung-FETs 28(i) (i = 1, 2, 3, 4), werden Steuersignale S(i) (i = 1, 2, 3, 4) den einzelnen FETs von der Frequenzsteuerung 7b auf solche Weise zugeführt, daß eine komplementäre Steuerung der beiden Gruppen der wie voranstehend geschildert angeordneten FETs erfolgt.
Die Frequenzsteuerung 7b, die nicht der vorliegenden Erfindung entspricht ist so ausgelegt, daß unterschiedliche Steuersignale in drei Perioden oder Zeiträumen erzeugt werden, nämlich in der Periode, in welcher die Entladungslampe 10 seit dem Beginn der Aktivierung eingeschaltet wird (nachstehend als "Voreinschaltperiode" bezeichnet), der Periode seit dem Einschalten der Entladungslampe 10 bis zum Ablauf einer vorbestimmten Zeit (nachstehend als "Polaritätsumkehr-Begrenzungsperiode" bezeichnet), und der Periode nach Ablauf der Polaritätsumkehr-Begrenzungsperiode (nachstehend als "Begrenzungsfreigabeperiode" bezeichnet). Genauer gesagt erzeugt die Frequenzsteuerung 7b ein rechteckförmiges Sig nal mit einer niedrigen Frequenz in der Vorbeleuchtungsperiode, erzeugt dann ein Gleichspannungssignal mit einer vorbestimmten Polarität in der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode, und erzeugt ein rechteckförmiges Signal mit einer hohen Frequenz in der darauffolgenden Begrenzungsfreigabeperiode.
Die Frequenzsteuerung 7b entspricht nicht der vorliegenden Erfindung und weist einen Oszillator 31 und einen Frequenzteiler 32 auf, wie in 4 gezeigt ist.
Der Oszillator 31 erzeugt ein Taktsignal mit einer Grundfrequenz (fo), und weist den Aufbau eines astabilen Multivibrators auf, der ein NOT-Gate verwendet.
Der Frequenzteiler 32 ist mit einem Zähler 33, zwei Flip-Flops 34 und 35 des D-Typs, und mit verschiedenen Logik-Gates versehen.
Wie gezeigt wird das Taktsignal, das von dem Oszillator 31 abgegeben wird, in die Takteingabeklemme (CK) des Flip-Flops 34 und in eine Eingangsklemme jedes von mit zwei Eingängen versehenen AND-Gates 36 und 37 eingegeben. Das Ausgangssignal des AND-Gates 36 wird an die Setzklemme (S) des Flip-Flops 34 geschickt, und das Ausgangssignal des AND-Gates 37 wird an die Negativflanken-Takteingabeklemme (CK) des Zählers 33 geschickt.
Das Ausgangssignal (S(14)) des voranstehend erwähnten Beleuchtungsdetektors 14 wird der Rücksetzklemme (R) des Flip-Flops 34 zugeführt. Die D-Klemme (D) des Flip-Flops 34 ist mit dessen Q-Klemme verbunden, einer der Ausgangsklemmen.
Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 34 wird der Takteingabeklemme (CK) des Flip-Flops 35 in der nächsten Stufe zugeführt, und das Q-Ausgangssignal (das invertierte Q-Ausgangssignal) des Flip-Flops 34 wird der Rücksetzklemme (RST) des Zählers 33 über ein NOT-Gate 38 zugeführt.
Die n-Bit-Ausgangsklemme (Qn) des Zählers 33 ist an die andere Eingangsklemme des AND-Gates 36 und an die andere Eingangsklemme des AND-Gates 37 über ein NOT-Gate 39 angeschlossen. Daher wird das AND-Signal des Ausgangssignals des Zählers 33 und des Taktsignals des Oszillators 31 zu einem Setzsignal für das Flip-Flop 34, und wird das AND-Signal des invertierten Ausgangssignals des Zählers 33 und des Taktsignals des Oszillators 31 ein Takteingangssignal für den Zähler 33.
Bei dem Flip-Flop 35 ist dessen D-Klemme (D) mit seiner Q-Klemme verbunden. Wie aus 3 hervorgeht, wird das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 35 (das durch "S(35Q)" bezeichnet ist) dem Gate des FET 28(3) aber einen Puffer 40 und einen FET 41 zugeführt, und dem Gate des FET 28(2) über ein NOT-Gate 42. Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 35 (welches durch "S(35Q*)" bezeichnet ist) wird dem Gate des FET 28(1) über einen Puffer 43 und einen FET 44 zugeführt, und dem Gate des FET 28(4) über ein NOT-Gate 45, wie aus 3 hervorgeht. Daher werden der Setzeingang der FETs 28(2) und 28(3) und der Setzeingang der FETs 28(1) und 28(4) komplementär geschaltet.
5 zeigt ein Zeitablaufdiagramm das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht, welches die Operationen der einzelnen Abschnitte der Frequenzsteuerung 7b erläutert. Hierbei bezeichnet "S(31)" das von dem Oszillator 31 erzeugte Taktsignal, "S(34Q)" das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 34, und "S(33Qn)" das Qn-Ausgangssignal des Zählers 33. Mit "S(14)" und "S(35Q)" ist das Ausgangssignal des Beleuchtungsdetektors 14 bzw. das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 35 bezeichnet, wie voranstehend erwähnt. "Ta" bezeichnet die Vorbeleuchtungsperiode, "Tb" bezeichnet die Polaritätsumkehr-Begrenzungsperiode, und "Tc" bezeichnet die Begrenzungs-Freigabeperiode.
In der Vorbeleuchtungsperiode Ta weist das Signal S(14) einen niedrigen Pegel (L) auf, und wird mit dem Taktsignal S(31) eine Frequenzteilung durch das Flip-Flop 34 und eine weitere Frequenzteilung durch das Flip-Flop 35 durchgeführt. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 35 weist daher die Bezugsfrequenz von fo/4 auf. Da das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 34 über das NOT-Gate 38 der Rücksetzklemme des Zählers 33 zugeführt wird, wird der Zähler 33 gelegentlich zurückgesetzt, um den Heraufzählvorgang zu sperren.
In der nächsten Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb wird, wenn der Beleuchtungsdetektor 14 die Beleuchtung der Entladungslampe 10 feststellt, und sein Ausgangssignal S(14) den Pegel H annimmt, das Flip-Flop 34 zurückgesetzt, um dessen Funktion zu stoppen. Dies führt dazu, daß das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 34 den Pegel H annimmt, so daß das Signal, welches der Rücksetzklemme des Zählers 33 über das NOT-Gate 38 zugeführt werden soll, den Pegel L annimmt, um den Heraufzählvorgang des Zählers 33 zu gestatten. Daher entspricht die Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb (= 2 ^ (n – 1)/fo, wobei "^" die Leistung bedeutet) der Periode von dem Ende des Zählvorgangs bis zu dem Zeitpunkt, wenn das Qn-Ausgangssignal S(33Qn) des Zählers 33 den Pegel H annimmt, und die Flip-Flops 34 und 35 stoppen beide ihren Betrieb während dieser Periode.
Wenn die Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb abgelaufen ist, nimmt das Qn-Ausgangssignal S(33Qn) des Zählers 33 den Pegel H an, und das AND-Signal dieses Qn-Ausgangssignals und des Taktsignals S(31) wird der Setzklemme des Flip-Flops 34 zugeführt. Daher geht das Taktsignal S(31) durch das Flip-Flop 34 hindurch und erreicht das Flip-Flop 35. Dies führt dazu, daß die Grundfrequenz des Ausgangssignals des Flip-Flops 35 in der Begrenzungsfreigabeperiode Tc den Wert fo/2 annimmt, also einen höheren Wert als der Wert der Grundfrequenz in der Vorbeleuchtungsperiode Ta beträgt. Es wird darauf hingewiesen, dass das Qn-Ausgangssignal S(33Qn) des Zählers 33 in ein Signal auf dem Pegel L durch das NOT-Gate 39 invertiert wird, und dass das AND-Signal dieses Signal auf dem Pegel L und des Taktsignals S(31) den Pegel L annimmt, wodurch die Zufuhr des Taktsignals zum Zähler 33 gesperrt wird.
Wie aus den voranstehenden Ausführungen deutlich wird, ist die Grundfrequenz des Rechtecksignals, das von dem Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandler 7 in der Begrenzungsfreigabeperiode Tc ausgegeben wird, höher als die Frequenz in der Vorbeleuchtungsperiode Ta; und die Bereitstellung der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb zwischen den beiden Perioden Ta und Tc sichert eine stabile Beleuchtung. Wenn sich die Frequenz von jener der Vorbeleuchtungsperiode Ta drastisch zu jener der Begrenzungsfreigabeperiode Tc ändert, kann die Polarität der Frequenz an den Null-Durchgangspunkten des Lampenstroms möglicherweise nicht ordnungsgemäß invertiert werden, wodurch ein Beleuchtungsausfall hervorgerufen wird. Da jedoch die Änderung der Vorbeleuchtungsperiode Ta zur Begrenzungsfreigabeperiode Tc über die Polantätsinversions-Begrenzungsperiode Tb erfolgt, kann die Häufigkeit des Auftretens eines derartigen Beleuchtungsausfalls verringert werden.
Die 6 und 7 zeigen eine Beleuchtungsschaltung 1A gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird die Polarität der Gleichspannung in der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb invertiert und ist in den anderen Abschnitten ansonsten wie zuvor beschrieben aufgebaut. Um eine überflüssige, erneute Beschreibung zu vermeiden, werden gleiche oder entsprechende Bezugszeichen wie bei der vorhergehenden Schaltung zur Bezeichnung entsprechender oder gleicher Teile bei dieser Ausführungsform verwendet.
6 zeigt den Aufbau einer Frequenzsteuerung 7c, welche aus sechs Flip-Flops des D-Typs und mehreren Logik-Gates besteht.
Das Taktsignal von dem Oszillator 31 wird der Takteingangsklemme (CK) eines Flip-Flops 46 in der ersten Stufe zugeführt, sowie einer Eingangsklemme eines mit zwei Eingängen versehenen AND-Gates 47. Das Ausgangssignal Q eines Flip-Flops 54 (welches nachstehend noch genauer erläutert wird) wird in die andere Eingangsklemme des AND-Gates 47 eingegeben, dessen Ausgangssignal der Setzklemme (S) des Flip-Flops 46 zugeführt wird.
Bei dem Flip-Flop 46 ist dessen D-Klemme (D) mit seiner Q-Ausgangsklemme verbunden. Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 46 wird der Takteingangsklemme (CK) eines Flip-Flops 50 in der nächsten Stufe über ein mit zwei Eingängen versehenes AND-Gate 48 und ein mit zwei Eingängen versehenes OR-Gate 49 zugeführt, und wird an die Takteingangsklemme (CK) eines Flip-F1ops 51 der ersten Stufe unter Flip-Flops 51, 52, 53 und 54 in vier Stufen zugeführt, welche einen Zählerabschnitt bilden.
Bei jedem der Flip-Flops 51 bis 54 ist die D-Eingangsklemme (D) mit seiner Q-Ausgangsklemme verbunden, und wird einer Setzklemme (S) das Ausgangssignal S(14) des Beleuchtungsdetektors 14 über ein NOT-Gate 55 zugeführt. Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 51 wird an die Takteingangsklemme (CK) des Flip-Flops 52 geschickt, dessen Q-Ausgangssignal einer Eingangsklemme eines mit zwei Eingängen versehenen AND-Gates 56 zugeführt wird. Das AND-Gate 56 empfängt darüber hinaus das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 54 an der anderen Eingangsklemme, und erzeugt das AND-Signal dieser Q-Ausgangssignale. Dieses AND-Signal wird an die Takteingangsklemme (CK) des Flip-Flops 53 geschickt.
Das Flip-Flop 53 schickt sein Q-Ausgangssignal an die andere Eingangsklemme des OR-Gates 49, und schickt sein Q-Ausgangssignal an die Takteingangsklemme (CK) des Flip-Flops 54.
Das Flip-Flop 54 schickt sein Q-Ausgangssignal an die andere Eingangsklemme des AND-Gates 56, und schickt sein Q-Ausgangssignal an die Rücksetzklemme (R) des Flip-Flops 46, die voranstehend erwähnte Eingangsklemme des AND-Gates 47, und an eine Eingangsklemme eines mit zwei Eingängen versehenen OR-Gates 57.
Das Ausgangssignal S(14) des Beleuchtungsdetektors 14 wird über das NOT-Gate 55 in die andere Eingangsklemme des OR-Gates 57 eingegeben, dessen Ausgangssignal an die andere Eingangsklemme des AND-Gates 48 geschickt wird.
Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 50 (welches durch "S(50Q)" bezeichnet ist), wird an den FET 28(3) über den Puffer 40 und den FET 41 geschickt, und wird dem FET 28(2) über das NOT-Gate 42 zugeführt. Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 50 (welches durch "S(50Q*)" bezeichnet ist), wird dem FET 28(1) über den Puffer 43 und den FET 44 zugeführt, und wird an den FET 28(4) über das NOT-Gate 45 geschickt.
Eine vorbestimmte Spannung wird der Setzklemme (S) des Flip-F1ops 50 zugeführt, und die Rücksetzklemmen der Flip-Flops 50 bis 54 sind sämtlich an Masse gelegt.
7 zeigt ein Zeitablaufdiagramm zur Erläuterung der Operationen der einzelnen Abschnitte der Frequenzsteuerung 7c. Hierbei ist durch "S(46Q)", "S(50Q)", "S(51Q)", "S(52Q)", "S(53Q)" bzw. "S(54Q)" das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 46, 50, 51, 52, 53 bzw. 54 bezeichnet. "Ta", "Tb", "Tc", "S(14)" und "S(31)" haben die gleiche Bedeutung wie voranstehend erläutert.
In der Vorbeleuchtungsperiode Ta wird mit dem Taktsignal S(31) von dem Oszillator 31 eine Frequenzteilung durch das Flip-Flop 46 und eine weitere Frequenzteilung durch das Flip-Flop 50 in der nächsten Stufe durchgeführt. Daher nimmt die Grundfrequenz des Ausgangssignals des Flip-Flops 50 den Wert fo/4 an. Das Ausgangssignal S(14) des Beleuchtungsdetektors 14 ist ein Signal auf dem Pegel L, welches durch das NOT-Gate 55 invertiert wird. Da das invertierte Signal den Setzklemmen (S) der Flip-Flops 51 bis 54 zugeführt wird, arbeiten diese Flip-Flops nicht. Da das Ausgangssignal des AND-Gates 47 den Pegel L aufweist und das Ausgangssignal des OR-Gates 57 den Pegel H, geht das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 46 durch das AND-Gate 48 hindurch. Da das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 53 den Pegel L aufweist, geht auch das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 46 durch das OR-Gate 49 hindurch.
In der nächsten Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb nimmt, wenn die Entladungslampe 10 eingeschaltet ist, das Ausgangssignal S(14) des Beleuchtungsdetektors 14 den Pegel H an. Das invertierte Signal dieses Signals auf dem Pegel H wird den Setzklemmen (S) der Flip-Flops 50 bis 54 zugeführt, so daß diese Flip-Flops den Frequenzteilerbetrieb beginnen.
Obwohl das Taktsignal S(31) vom Oszillator 31 eine Frequenzteilung durch den Flip-Flop 46 erhält, nimmt das Ausgangssignal des OR-Gates 57 den Pegel L an, bis das Q Ausgangssignal des Flip-Flops 54 den Pegel H annimmt. Daher weist das Ausgangssignal des AND-Gates 48 den Pegel L auf, unabhängig von dem Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 4b, wodurch der Flip-Flop 50 gesperrt wird.
Wenn im Verlauf der Zeit der Pegel des Q-Ausgangssignals des Flip-Flops 53 von dem Pegel L auf den Pegel H invertiert wird, wird dieses Q-Ausgangssignal über das OR-Gate 49 der Takteingangsklemme des Flip-Flops 50 zugeführt, und das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 50 wird invertiert. Dieser Zustand hält an, bis das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 54 invertiert wird. Anders ausgedrückt ist das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 53 in der Periode (= 2³/fo) seit Beginn der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb bis zum Zeitpunkt der Inversion des Ausgangssignals des Flip-Flops 53 entgegengesetzt der Polarität in der darauf folgenden Periode (= 2³/fo), bis das Ausgangssignal des Flip-Flops 54 invertiert wird.
In der folgenden Begrenzungsfreigabeperiode Tc verursacht die Inversion des Ausgangssignals des Flip-Flops 54 ein Aussenden des Q-Ausgangssignals an die Takteingangsklemme des Flip-Flops 53 über das AND-Gate 56, wodurch die Flip-Flops 53 und 54 gesperrt werden, und dieser Zustand wird beibehalten. Da das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops 54 der Setzklemme des Flip-Flops 46 über das AND-Gate 47 zugeführt wird, geht das Taktsignal S(31) durch das Flip-Flop 46 hindurch, und erfährt eine Frequenzteilung durch das Flip-Flop 50. Daher nimmt die Grundfrequenz des Ausgangssignals des Flip-Flops 50 den Wert fo/2 an, welcher höher ist als die Frequenz in der Vorbeleuchtungsperiode Ta.
Bei dieser Ausführungsform ist, wie voranstehend geschildert, die Grundfrequenz des Rechtecksignals, das von dem Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandler 7 in der Begrenzungsfreigabeperiode Tc ausgegeben wird, höher als jene in der Vorbeleuchtungsperiode Ta, und wird eine stabile Beleuchtung dadurch erzielt, dass die Polarität der Wechselspannung einmal in der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb invertiert wird, die zwischen den beiden Perioden Ta und Tc liegt. Anders ausgedrückt kann die Durchführung der Gleichspannungsbeleuchtung für beide Polaritäten mittels Durchführung einer einzigen Polaritätsinversion in der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb einen glatten Übergang zu der Stufe der Lieferung einer Rechteckspannung mit einer hohen Frequenz an die Entladungslampe 10 sicherstellen, nachdem die Entladungslampe 10 den instabilen Beleuchtungszustand verläßt.
Zwar wird in der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb bei der zweiten Ausführungsform eine einzige Polaritätsinversion durchgeführt, jedoch kann die Polaritätsinversion mehr als einmal ausgeführt werden, oder kann die Inversionsperiode allmählich verkürzt werden, um einen kontinuierlichen Übergang auf den Zyklus in der Begrenzungsfreigabeperiode Tc zu erreichen, soweit die Frequenz, die der Polaritätsinversion in der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb zugeordnet ist, ausreichend kleiner eingestellt ist als die Frequenz in der Vorbeleuchtungsperiode Ta (die Frequenz in der Polaritätsinversions-Begrenzungsperiode Tb kann bei der Steuerung gemäß der Schaltung nach 4 als Null angesehen werden).
Kurz gefaßt erfolgt gemäß, der vorliegenden Erfindung eine solche Frequenzsteuerung, daß die Frequenz der Ausgangsspannung der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandlervorrichtung in der unbeleuchteten Periode einer Entladungslampe niedrig wird, wogegen die Frequenz der Ausgangsspannung der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandlervorrichtung in der Periode nach dem Start der Entladungslampe hoch wird. Daher wird die Anstiegszeit des Lichtflusses von der Entladungslampe verkürzt, und wird die Inversion der Polarität der Ausgangsspannung der Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wandler-vorrichtung in der Übergangsperiode zwischen der nicht-leuchtenden Periode und der Periode nach dem Start der Entladungslampe begrenzt, oder in der Periode von dem Zeitpunkt des Zünders der Entladungslampe bis zu dem Zeitpunkt, wenn eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist. Es ist daher möglich zu verhindern, daß der Beleuchtungszustand der Entladungslampe infolge einer drastischen Änderung der Frequenz instabil wird, und daher möglich zu verhindern, daß die Beleuchtung durch die Entladungslampe ausfällt.

Claims

Schaltungsanordnung zum Starten und Betreiben einer Hochdruck-Entladungslampe (10) mit – einer Gleichspannungs-/Wechselspannungs-Wandlervorrichtung (7) zur Umwandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung, welche der Hochdruck-Entladungslampe (10) über eine induktive Last zugeführt wird, – einer Beleuchtungsdetektionseinrichtung (12, 13, 14, 15), zur Erfassung, ob die Hochdruck-Entladungslampe (10) leuchtet; und – einer Frequenzsteuervorrichtung (7b), zur Steuerung der Frequenz einer Ausgangsspannung der Gleichspannungs-/Wechselspannungs-Wandlervorrichtung (7) derart, dass in einem ersten Zeitraum (T_a) der mit dem Zünden der Hochdruck-Entladungslampe (10) endet, eine erste Frequenz ungleich Null bereitgestellt wird, in einem dritten Zeitraum nach dem Zünden der Hochdruck-Entladungslampe (10) (T_c) eine dritte Frequenz bereitgestellt wird, die höher als die erste Frequenz ist, wobei zwischen dem ersten (T_a) und dem dritten (T_c) Zeitraum ein zweiter Zeitraum (T_b) liegt, in dem zumindest ein Polaritätswechsel der Ausgangsspannung der Gleichspannungs-/Wechselspannungs-Wandlervorrichtung (7) stattfindet und die Frequenz, die der Ausgangsspannung während des zweiten Zeitraumes (T_b) zugeordnet werden kann, immer kleiner ist als die erste und die dritte Frequenz.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz, die der Ausgangsspannung während des zweiten Zeitraumes (T_b), zugeordnet werden kann, sich während des zweiten Zeitraumes graduell steigert.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzsteuervorrichtung (7) ein Rechtecksignal mit einer niedrigen Frequenz im ersten Zeitraum (T_a) und ein Rechtecksignal mit einer hohen Frequenz im dritten Zeitraum (T_c) erzeugt.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzsteuervorrichtung (7) einen Oszillator zur Erzeugung eines Taktsignals mit einer Grundfrequenz aufweist, sowie einen Frequenzteiler zur Durchführung einer Frequenzteilung bei dem Taktsignal von dem Oszillator.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Oszillator den Aufbau eines astabilen Multivibrators aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzteiler einen Zähler, zwei Flip-Flops des D-Typs, und mehrere Logik-Gates aufweist.