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    • 专利摘要:
    Es wird ein Vorschaltgerät für eine Metall-Halogenlampe für Kraftfahrzeuge bereitgestellt, welches in Größe und Kosten reduziert werden kann. Sein Aufbau ist vereinfacht, indem ein Gleichstrom-/Wechselstrom- DOLLAR A Einschrittspannungserhöhungsfrequenzvorschaltsystem verwendet wird. Um den Anforderungen gerecht zu werden, die für Metall-Halogenlampen spezifisch sind, ist ein mit einer Gleichstromversorgung (1) parallelgeschalteter Entladungsentwicklungskondensator (2a) auf einer Primärseite eines Transformators (4c) eingebaut und stellt die Entladungsentstehung nach einem Durchbruch sicher. Um die Größe des Transformators zu reduzieren und seine Betriebsspannung zu erhöhen, sind eine Spannungserhöhungsschaltung (2b) und eine Spannungsdopplerschaltung (5a-5d) auf der Primär- bzw. Sekundärseite des Transformators eingebaut. Um die Größe des Transformators zu reduzieren und eine stabile Entladung zu erzielen, wird die Vorschaltfrequenz in einem Bereich zwischen der festgelegten Mindest- und Höchstfrequenz so moduliert, dass die Mittelfrequenz 80 kHz bis 120 kHz beträgt und dieselbe Frequenz nicht länger als 10 msec. aufrechterhalten wird.
    公开号:DE102004025614A1
    申请号:DE200410025614
    申请日:2004-05-25
    公开日:2005-01-20
    发明作者:Shigeki Harada；Akihiko Iwata；Kikuo Izumi；Takashi Ohsawa；Akihiro Suzuki；Takahiro Urakabe
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:H05B41-24
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät und einVerfahren füreine Hochdruckentladungslampe wie eine Metall-Halogenlampe, dieals Lichtquelle fürdie Scheinwerfer eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen verwendetwird.
    [0002] Seitkurzem werden Metall-Halogenlampen anstelle von Halogenlampen alsScheinwerfer eines Kraftfahrzeugs verwendet. Die Metall-Halogenlampevon der Art der HID-Lampe (HID – HighIntensity Discharge) zeichnet sich im Vergleich zur Halogenlampedurch ihre hohe Lichtleistung, hohe Farbtemperatur und lange Lebenserwartungaus.
    [0003] DieLichtbogenröhreder Metall-Halogenlampe enthältMetallhalogenide, welche ein Gemisch einiger Metalle wie Natriumund Scandium mit Halogen wie Jod, wobei Hochdruck-Xenon als Initiatorgasdient, und Quecksilber sind. Die Metall-Halogenlampe beginnt wiefolgt, Licht abzustrahlen. Als Erstes beginnt sie mit der Entladungdes Xenons in einem gasförmigenZustand bei Raumtemperatur, dann folgt eine Lichtbogenentladungdes Xenons, was die Temperatur innerhalb des Lichtbogens erhöht. Wenndie Temperatur in der Röhre ansteigt,verdampft das Quecksilber und beginnt eine Lichtbogenentladung,wodurch die Temperatur in der Röhrenoch mehr ansteigt. Ein weiterer Anstieg der Temperatur in der Röhre bringtdie Verdampfung der Metallhalogenide, gefolgt von deren Lichtbogenentladungmit sich, wodurch die hohe Farbtemperaturemission mit hoher Lichtleistungerzielt wird. Obwohl das Quecksilber als Sperrstrecke für die Entladungzwischen dem Xenon und den Metallhalogeniden dient, wurden in jüngster ZeitMetall-Halogenlampen bereitgestellt, die kein Quecksilber enthalten.
    [0004] Somitist es notwendig, dass das Vorschaltgerät der Metall-Halogenlampe dieverschiedenen Substanzen nach und nach entlädt, um die Entladung aufrechtzuerhalten.Anders ausgedrücktmuss es die Entladung im Ansprechen auf die variablen Lastmerkmaleder Lampe steuern.
    [0005] Inder Folge muss der Vorschaltkreis der Metall-Halogenlampe einzelneAnforderungen erfüllen,die sich stark von den Anforderungen unterscheiden, die an den Vorschaltkreisvon Leuchtstofflampen (Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen)gestellt werden, die weit verbreiteten Gebrauch als normale Haushalts-und Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristallanzeigen finden.
    [0006] AlsVorschaltgerätfür Fahrzeugscheinwerfer,die Metall-Halogenlampen verwenden, welche die vorstehenden Anforderungenerfüllen,ist die in der einschlägigenBezugsschrift 1 offenbarte Technik bekannt. In der vorliegendenBeschreibung wird die in der in Bezugsschrift 1 beschriebene Schaltungskonfiguration „Vollbrücken-Niederfrequenzvorschaltsystem" genannt.
    [0007] Obwohldas Vollbrücken-Niederfrequenzvorschaltsystemdie fürdie Metall-Halogenlampenerforderlichen Anforderungen erfüllenund ein ziemlich kompaktes und kostengünstiges Vorschaltgerät bereitstellen kann,ist eine weitere Reduktion bei Größe und Kosten erforderlich.
    [0008] Andererseitswurde, was die Vorschaltgerätevon Leuchtstofflampen anbelangt, die als Hintergrundbeleuchtungvon Flüssigkristallanzeigenverwendet werden, eine durchgehende Reduktion ihrer Größe und Kostendurchgeführt.Im Ergebnis wurden weitgehend die Verfahren eingesetzt, die dieSpannungen, die aus Gleichstromversorgungen zugeführt werden,in Wechselstromwellen umwandeln, indem Gegentakt-Gleichstrom-/Wechselstromwechselrichterverwendet werden, um die Lampen mit hohen Frequenzen zum Scheinen zubringen. Als Beispiel solcher Verfahren ist ein Vorschaltkreis bekannt,der in der einschlägigenBezugsschrift 2 beschrieben ist. In der vorliegenden Beschreibungwird die in der einschlägigenBezugsschrift 2 offenbarte Schaltungskonfiguration von ihren Schaltungseigenschaftenher „Gleichstrom-/Wechselstrom-Einschrittspannungserhöhungshochfrequenzvorschaltsystem" genannt.
    [0009] DasGleichstrom-/Wechselstrom-Einschrittspannungserhöhungshochfrequenzvorschaltsystemführt dieStromumwandlung von Gleich- auf Wechselstrom im Vorschaltgerät nur einmalmit einem Gegentakt-Gleichstrom-/Wechselstromwechselrichterdurch. Auf diese Weise kann es die Schaltungskonfiguration vereinfachenund seinen Transformator miniaturisieren, der aufgrund der Hochfrequenzeinschaltungeinen großenTeil des Gesamtvolumens des Gerätseinnimmt, wodurch es möglichwird, die Reduktion der Größe und Kostendes Vorschaltgerätszu erzielen. Um das Schaltungsschema auf das Vorschaltgerät der Metall-Halogenlampeanzuwenden, müssendie einzelnen Anforderungen der Metall-Halogenlampe erfüllt werden,was deren Implementierung verhindert.
    [0010] Einschlägige Bezugsschrift1: japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2002-352989.
    [0011] Einschlägige Bezugsschrift2: japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 7-211472/1995.
    [0012] DerEntladungsentwicklungskondensator des vorstehend beschriebenen Vollbrücken-Niederfrequenzvorschaltsystemsist mit dem sekundärenAusgang des Transformators zum Erzeugen einer Hochspannung parallelgeschaltet.Dementsprechend wird ein Kondensator mit einer hohen Stehspannungerforderlich, was der Reduktion bei Kosten und Größe des Vorschaltgeräts der Hochdruckentladungslampeim Wege steht.
    [0013] Zusätzlich trenntdas Vollbrücken-Niederfrequenzvorschaltsystemseinen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zum Aufladen vom Wechselrichterzum Umwandeln in Wechselstrom, um sowohl die Anforderung, die Größe des Transformatorszu senken als auch die Lampe zu stabilisieren, zu erfüllen. Somitwird eine mehrstufige Umwandlung notwendig, was die Anzahl von Schaltungsbauteilenerhöhtund die Abnahme bei Größe und Kostendes Vorschaltgerätsfür dieHochdruckentladungslampe verhindert.
    [0014] Darüber hinausist es zum Einschalten der Metall-Halogenlampe notwendig, einenHochspannungsimpuls von ca. 20 kV oder darüber in der Lampe zu erzeugen,um bei einem Wärmezustandwährendeiner Entladungsbeginnperiode einen Durchbruch zu verursachen. Dennochmuss die Schaltung, die das Gleichstrom-/Wechselstrom-Einschrittspannungserhöhungshochfrequenzvorschaltsystemverwendet, die Anzahl der Windungen des Wechselrichtertransformatorserhöhen,um auf die Hochspannung aufzuladen. Dies erhöht die Größe des Transformators und behindertdie Abnahme bei Größe und Kostendes Vorschaltgerätsder Hochdruckentladungslampe.
    [0015] Überdiesbenutzt die Schaltung, die das Gleichstrom-/Wechselstrom-Einschrittspannungserhöhungshochfrequenzvorschaltsystemverwendet, dieselbe Frequenz zum Ansteuern des Transformators undzum Einschalten der Lampe. Im Ergebnis nimmt, um die Lampe mit einerniedrigen Frequenz einzuschalten, um die Entladung zu stabilisieren,die Größe des Transformatorszu, was die Abnahme bei Größe und Kostendes Vorschaltgerätsder Hochdruckentladungslampe verhindert.
    [0016] Dievorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Problemezu lösen.Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes,kostengünstigesVorschaltgerätund ein Verfahren füreine Hochdruckentladungslampe bereitzustellen, das in der Lage ist,eine Metall-Halogenlampenormal unter Verwendung eines Gleichstrom-/Wechselstrom-Einschrittspannungserhöhungshochfrequenzvorschaltsystemseinzuschalten.
    [0017] Nacheinem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vorschaltgerät für eine Hochdruckentladungslampebereitgestellt, mit: mehreren Stromversorgungen und mehreren Schaltelementen,die auf der Primärseiteeines Transformators vorgesehen sind; und eine Steuerschaltung zumwiederholten Ein- undAusschalten der mehreren Schaltelemente, um auf einer Sekundärseite desTransformators eine Wechselspannung zu erzeugen, die bei Spannungund Frequenz höherist als eine primärseitigeSpannung des Transformators.
    [0018] Dadas Vorschaltgerätder HID-Lampe währendder Entladungsentstehungsperiode genügend Energie zur Verfügung stellenkann, kann der Schaltungsaufbau vereinfacht werden, wodurch sichder Vorteil bietet, seine Größe und Kostenreduzieren zu können.
    [0019] Nacheinem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahrenfür einVorschaltgerätfür eineHochdruckentladungslampe bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:währendeiner Entladungsübergangsperiodeund einer normalem Entladungsperiode nach einem Durchbruch, eineHochdruckentladungslampe durch eine Steuerspannung anzusteuern,die eine Frequenzmodulation mit einer Mittelfrequenz in einem Bereichvon 80 kHz bis 120 kHz durchmacht.
    [0020] Nacheinem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahrenfür einVorschaltgerätfür eineHochdruckentladungslampe bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:eine gewünschteSpannung in einem Entladungsentwicklungskondensator zu erhalten,der mit einer auf der Primärseiteeines Transformators vorgesehene Gleichstromversorgung parallelgeschaltetist, indem der Entladungsentwicklungskondensator geladen wird; einenEntladungsstreckenschalter aktivierenden Kondensator, der an eineSekundärseitedes Transformator angeschlossen ist, auf eine Einschaltspannungeines Entladungsstreckenschalters aufzuladen, indem mehrere Schaltelemente,die auf der Primärseitedes Transformators vorgesehen sind, wiederholt ein- und ausgeschaltetwerden; einen Durchbruch in einer Hochdruckentladungslampe zu erzeugen,indem der Hochdruckentladungslampe eine gegenelektromotorische Kraftmit einer Impulsspannung zugeführtwird, die durch Einschalten des Entladungsstreckenschalters erzeugtwird; den Lichtstrom schnell nach dem Durchbruch anlaufen zu lassen,indem der Strom, welcher der Hochdruckentladungslampe zugeführt werdensoll, übereinen Nennstrom hinaus angehoben wird, indem Energie aus dem Entladungsentwicklungskondensator aufdie Hochdruckentladungslampe angelegt wird, und indem ein Verhältnis Betriebsstromzu Volllaststrom von Wellenformen zum Ansteuern der Schaltelementegesteuert wird; und den Strom, welcher der Hochdruckentladungslampemit dem Nennstrom nach dem Anlaufen des Lichtstroms zugeführt wird,aufrechtzuerhalten, indem das Verhältnis Betriebsstrom zu Volllaststromder Wellenformen zum Ansteuern der Schaltelemente gesteuert wird.
    [0021] Dasbietet den Vorteil, ein stabiles Einschalten der HID-Lampe durchführen zukönnen.
    [0022] 1 ist ein Schaltungsschema,das einen Aufbau einer Ausführungsform1 des Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
    [0023] 2 ist ein Schema, das Wellenformender Spannung und des Stroms der Lampe beim Einschalten von Ausführungsform1 des Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
    [0024] 3 ist ein Schema, das dieVorschaltfrequenz und Entladungsbedingungen zeigt, wenn Ausführungsform1 des Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung keine frequenzmodulierteWellenform verwendet;
    [0025] 4 ist ein Schema, das Veränderungender Spannung und des Stroms der Lampenröhre gegenüber der Zeit bei der Vorschaltfrequenzvon 84,5 kHz in Ausführungsform1 des Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
    [0026] 5 ist ein vergrößertes Schemades Abschnitts A von 4;
    [0027] 6 ist ein Schema, das Formender Lichtbogenentladung darstellt, die den Entladungsstellen von 5 entsprechen;
    [0028] 7 ist ein Schema, das dieVorschaltfrequenz und Entladungsbedingungen zeigt, wenn Ausführungsform1 des Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung eine frequenzmodulierteWellenform verwendet;
    [0029] 8 ist ein Schema, das dieVerhältnissezwischen der Spannung in einem Entladungsstreckenschalter auf derSekundärseite,der Spannung im Entladungsentwicklungskondensator auf der Primärseite und einemSignal darstellt, das dem Wechselrichter einer Ausführungsform2 des Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung zugeführt wird.
    [0030] Nunwerden die Ausführungsformendes Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung mit Bezugauf die beigefügtenZeichnungen beschrieben.
    [0031] AlsErstes werden die vier Phasen beschrieben, die zum Einschalten derMetall-Halogenlampe eines Fahrzeugs notwendig sind. Die Phasen A,B und C in der folgenden Beschreibung entsprechen A, B und C von 2, und das Symbol O in 2 bezeichnet eine Entladungswarteperiode,die späternoch im Einzelnen beschrieben wird.
    [0032] DerLastzustand der Lampe vor der Entladungsbeginnperiode unterscheidetsich je nach der Zeit, die seit dem Ende der vorherigen Entladungverstrichen ist. Ist eine ausreichende Zeit seit dem Ende der vorherigenEntladung vergangen, die Temperatur in der Röhre auf annähernd Raumtemperatur gesunken,und die Durchbruchspannung niedrig, wenn der Druck in der Röhre niedrigist, wird dieser Zustand „kalterZustand" genannt.Wenn im Gegensatz dazu keine ausreichende Zeit seit dem Ende dervorherigen Entladung verstrichen und die Temperatur in der Röhre nochhoch ist, der Druck in der Röhrenoch hoch ist, und die Durchbruchspannung höher ist als diejenige des kaltenZustands, wird dieser Zustand „warmerZustand" genannt. Inder Entladungsbeginnperiode muss eine hohe Spannung von einigenDutzend Kilovolt angelegt werden, um den Durchbruch tatsächlich auchim warmen Zustand zu erzeugen, in dem die Durchbruchspannung hochist.
    [0033] Vordem Durchbruch ist der Widerstandswert der Lampe hoch, beträgt mehrereMegaohm. Nach dem Durchbruch fälltder Widerstandswert der Lampe einmal abrupt auf einige Dutzend Ohmab und steigt dann mit einem Anstieg der Temperatur und des Drucksin der Röhreauf einen Beharrungszustand von einigen hundert Ohm an. Im Volumenprozessder Entladung wird, wenn nicht genügend Energie zur Aufrechterhaltungder Entladung im Ansprechen auf den abrupten Rückgang des Lampenwiderstandswertszugeführtwird, die Entladung instabil und kann erlöschen. Darüber hinaus muss im Kathodenflächenprozessder Entladung genügendEnergie zugeführtwerden, um Wärmeelektronenauszuschütten,damit die Lichtbogenentladung weitergeht. Dementsprechend muss unmittelbarnach dem Durchbruch genügendEnergie zugeführtwerden, um zu verhindern, dass die Entladung erlischt.
    [0034] DieScheinwerfer eines Fahrzeugs müssenin einem bestimmten Zeitraum einen gewünschten Lichtstrom erzeugen.Um dies zu bewerkstelligen, muss die Lampe innerhalb kurzer Zeitmit genügendEnergie wie etwa 70 W versorgt werden, was mehr ist als der Nennstromvon 35 W währendder normalen Entladungsperiode, wodurch der Lichtstrom schnell anläuft.
    [0035] DieEntladungsentstehungsperiode von B-1 und die Lichtstromanlaufperiodevon B-2 könnenzeitmäßig nichtdefinitiv aufgeteilt werden, und es wird auf sie generisch als B.EntladungsübergangsperiodeBezug genommen. Da sich währendder Entladungsübergangsperiodedie Lampenlast nach dem Durchbruch im warmen Zustand vom kaltenZustand unterscheidet, muss die zuzuführende Energie je nach warmemoder kaltem Zustand eingestellt werden. Im Spezielleren ist derLampenwiderstandswert im warmen Zustand nach dem Durchbruch höher undsteigt in kürzererZeit auf den Beharrungszustandswert, wodurch der gewünschte Lichtstromauch in einer kürzerenZeit erreicht wird. Entsprechend wird überschüssige Energie zugeführt, wennim warmen Zustand zum Bewerkstelligen der Entladungsentstehung undzum Anlaufen des Lichtstroms dieselbe Energie zugeführt wirdwie im kalten Zustand, was die Lebensdauer der Lampe senkt. Umgekehrterlischt die Entladung oder der gewünschte Lichtstrom verzögert sich,wenn im kalten Zustand zum Durchführen der Entladungsentstehungund Anlaufen des Lichtstroms nicht genügend Energie zugeführt wird.
    [0036] Beider normalen Beleuchtung durch die Lichtbogenentladung der Metallhalogenidemuss der Nennstrom auf 35 W gehalten und die stabile Entladung unterstützt werden.Was die Metall-Halogenlampe betrifft, muss, weil die Vorschaltfrequenzder wichtigste Faktor ist, eine geeignete Frequenz gewählt werden,um eine instabile Entladung aufgrund akustischer Resonanz zu verhindern,was späternoch beschrieben wird.
    [0037] DieAusführungsformenwerden unter Berücksichtigungder vier Phasen beschrieben, die zum Einschalten der vorstehendenMetall-Halogenlampe fürdas Fahrzeug notwendig sind.
    [0038] Ausführungsform1 wird mit Bezug auf die 1 – 7 beschrieben. 1 ist ein Schaltungsschema, dasdie Ausführungsform1 des Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
    [0039] Wiein 1 gezeigt ist, umfasstdas Vorschaltgerätfür eineHochdruckentladungslampe eine Gleichstromversorgung 1,eine Entladungsentwicklungsschaltung 2, eine Gleichstrom-/Wechselstromwechselrichterschaltung 4,eine Zündschaltung 5 undeine Steuerschaltung 6, und schaltet die Metall-Halogenlampe 7 ein.
    [0040] DieGleichstromversorgung 1 erzeugt eine 12 V Gleichspannungund stellt sie der Entladungsentwicklungsschaltung 2 bereit.Die Minuspotentialseite ist an eine Masseleitung 3 angeschlossen.
    [0041] DieEntladungsentwicklungsschaltung 2 ist vorgesehen, um dieHID-Lampe währendder Entladungsentwicklungsperiode mit ausreichender Energie zu versorgen.Sie umfasst einen Ladungsentwicklungskondensator 2a, eineSpannungserhöhungsschaltung 2b,ein Synchrongleichrichtungsschaltelement 2c, eine Rückwärtssperrdiode 2d undeine Synchrongleichrichtungssteuerschaltung 2e. Die Spannungserhöhungsschaltung 2b erhöht die Spannungim Entladungsentwicklungskondensator 2a über dieSpannung der Gleichstromversorgung 1 hinaus. Das Synchrongleichrichtungsschaltelement 2c dientdazu, zu verhindern, dass der Strom aus dem Entladungsentwicklungskondensator 2a vordem Beginn der Entladung zurückzur Gleichstromversorgung 1 fließt, und um den Strom aus derGleichstromversorgung 1 während der normalen Entladungsperiodemit geringem Verlust fließenzu lassen. Die Rückwärtssperrdiode 2d verhindert,dass der Strom aus dem Entladungsentwicklungskondensator 2a zurück zur Gleichstromversorgung 1 fließt. DieSynchrongleichrichtungssteuerschaltung 2e steuert das Schaltelement 2c.
    [0042] DieGleichstrom-/Wechselstromwechselrichterschaltung 4 dientdazu, die Spannung der Gleichstromversorgung 1 oder dieSpannung im Entladungsentwicklungskondensator 2a nach demErhöhenihrer Spannungen in eine Wechselspannung umzuwandeln. Sie umfasstSchaltelemente 4a und 4b, die eine Halbbrücke darstellen,und einen Transformator 4c für einen Gegentaktbetrieb.
    [0043] DieZündschaltung 5 istvorgesehen, um den Hochspannungsimpuls zu erzeugen, der den Durchbruch während derEntladungsbeginnperiode verursachen soll. Sie umfasst eine Diode 5a,einen Kondensator 5b, eine Diode 5c, einen Entladungsstreckenschalteraktivierenden Kondensator 5d, einen Entladungsstreckenschalter 5e,einen Zündtransformator 5f undeinen Kondensator 5g, um mit der Drosselspule des Transformators 5f Resonanzzu erzeugen. Die Diode 5a, der Kondensator 5b,die Diode 5c und der Entladungsstreckenschalter aktivierendeKondensator 5d stellen eine Spannungsdopplerschaltung zurErhöhungder Spannung dar, die aus der Sekundärseite des Transformators 4c abgegebenwird.
    [0044] DieSteuerschaltung 6 ist vorgesehen, um die Vorschaltwellenformaufgabengemäß zu modifizieren. Sieumfasst eine Frequenzentscheidungsschaltung 6a zur Bestimmungder Frequenz einer grundlegenden Vorschaltwellenform, und eine Leistungssteuerschaltung 6b zurSteuerung der Leistung, indem das Verhältnis Betriebsstrom zu Volllaststromdurch Erfassung der Spannung oder des Stroms eingestellt wird.
    [0045] AlsNächsteswird der Betrieb des Vorschaltgeräts für eine Hochdruckentladungslampemit Bezug auf 2 unterBerücksichtigungder Bedingungen beschrieben, die erforderlich sind, um die Fahrzeugmetall-Halogenlampe einzuschalten.
    [0046] Wennein nicht gezeigter Lichtschalter betätigt wird, gibt die Steuerschaltung 6 einAuftastsignal an die Schaltelemente 4a und 4b ab.Somit schalten die Schaltelemente 4a und 4b wiederholtein und aus, wodurch eine Spannung erzeugt wird, die um einen Faktordes Windungsverhältnissesdes Transformators 4c auf seiner Sekundärseite erhöht ist. Um die Miniaturisierungdes Transformators 4c zu erzielen, beträgt in diesem Fall die Steuerfrequenzder Schaltelemente 4a und 4b im Gleichstrom-/Wechselstromwechselrichtervorzugsweise ca. 100 kHz. Da die vorliegende Erfindung das Gleichstrom-/Wechselstrom-Einschrittspannungserhöhungshochfrequenzvorschaltsystemverwendet, kann es ohne den Hochfrequenzschalter für die Gleichstrom-/Gleichstromwandlerauskommen, der von herkömmlichenGerätenbenötigtwird. Auf diese Weise ist die Kapazität der Abstrahlwärme, dievom Hochfrequenzschalter abgegeben wird, auf die Strahlung der Wärme anwendbar,die von den Schaltern des Wechselrichters erzeugt werden. Im Ergebnisist ein wirksamerer Hochfrequenzbetrieb des Wechselrichters möglich.
    [0047] Wennder Lichtschalter aktiviert wird, beginnt auch die Spannungserhöhungsschaltung 2b somit ihrem Betrieb, dass sie die Spannung der Gleichstromversorgung 1 erhöht und damitbeginnt, den Entladungsentwicklungskondensator 2a zu laden.Auch wenn das Potential des Entladungsentwicklungskondensators 2a höher wirdals dasjenige der Stromversorgung, weil das Synchrongleichrichtungsschaltelement 2c nichtleitend ist, kann es den Rückflussdes Stroms verhindern. Obwohl in 1 dasSynchrongleichrichtungsschaltelement 2c dazu verwendetwird, den Rückflussdes Stroms zu verhindern, kann auch eine Diode verwendet werden,um Kosten und Größe zu reduzieren.Dennoch muss bedacht werden, dass die Diode den Verlust erhöht, weilihr Einschaltwiderstand höherist als derjenige des Schaltelements.
    [0048] AlsNächsteserfolgt eine Beschreibung mit einem konkreten Beispiel der Spannungen.Es wird davon ausgegangen, dass die Batterie des Fahrzeugs, alsodie Spannung der Gleichstromversorgung 1, 12V betragensoll. Wenn die Spannungserhöhungsschaltung 2b dieSpannung verdoppelt, wird der Entladungsentwicklungskondensator 2a auf24 V aufgeladen. Dementsprechend wird die Primärseite des Transformators 4c mit einerSpannung von 24 V versorgt. Wenn das Windungsverhältnis desTransformators 4c 1:17 beträgt, erzeugt die Sekundärseite desTransformators eine Spannung von ca. 400 V.
    [0049] Aufder Sekundärseitewird eine Spannungsvervielfacherschaltung verwendet, um die Spannungzu erhöhen.Ist der Ausgang des Transformators 4c positiv (in 1 ist die obere Seite positiv),wird der Kondensator 5b über die Diode 5a aufgeladen.Wenn danach der Ausgang des Transformators 4c zu negativzurückkehrt(in 1 ist die obereSeite negativ), lädtder Entladungsstrom aus dem Kondensator 5b den Entladungsstreckenschalteraktivierenden Kondensator 5d. In diesem Fall entstehen,weil der Ausgang des Transformators 4c negativ ist, ca.800 V, also die doppelte Ausgangsspannung im Entladungsstreckenschalter aktivierendenKondensator 5d, so dass die Spannung von ca. 800 V an denEntladungsstreckenschalter 5e angelegt wird.
    [0050] Beträgt die Einschaltspannungdes Entladungsstreckenschalters 5e ca. 800 V, schalteter ein, wenn die Spannung im Entladungsstreckenschalter aktivierendenKondensator 5d auf ca. 800 V geht. Auf diese Weise fließt der Impulsstromdurch die primäreWicklung des Transformators 5f, so dass in der zweitenWicklung die Hochspannung von ca. 20 kV entsteht und an die Elektrodenan den beiden Enden der Lampe 7 angelegt wird. Da die Spannungdie Entladungsbeginnspannung des kalten und warmen Zustands überschreitet,führt sieden Durchbruch herbei.
    [0051] DerVorgang der Erhöhungvon der Batteriespannung auf die Einschaltspannung des Entladungsstreckenschalters 5e wirdwie folgt zusammengefasst. Die 12 V, also die Spannung der Batterie,die die Gleichstromversorgung 1 darstellt, wird von derSpannungserhöhungsschaltung 2b auf24 V verdoppelt. Die 24 V-Spannung lädt den Entladungsentwicklungskondensator 2a undwird vom Transformator 4c auf ca. 400 V erhöht. Die400 V-Spannung wird von der Spannungsdopplerschaltung auf ca. 800V erhöht,so dass die Spannung von ca. 800 V an den Entladungsstreckenschalter 5e angelegtwird.
    [0052] DerGrund fürdie Erhöhungder Spannung überdie vorstehenden drei Schritte ist wie folgt. Im Vorschaltprozessder HID-Lampe wird die Einschaltspannung des Entladungsstreckenschalters 5e nurfür den Durchbruchbenötigt.Währendder kontinuierlichen Entladung nach dem Durchbruch reicht die Spannungvon ca. 85 V aus, wenn genug Strom zugeführt werden kann. Folglich beschränkt sichvom Gesichtspunkt der Verkleinerung des Transformators 4c herdie Spannungserhöhungdurch den Transformator 4c auf einen niedrigen Wert, umdas Windungsverhältniszu klein wie möglichauszulegen. Dann wird die fürden Durchbruch erforderliche Spannung durch die Erhöhung durchdie Spannungserhöhungsschaltung 2b aufder Primärseite oderdurch die Spannungsdopplerschaltung auf der Sekundärseite hervorgerufen.Nach dem Durchbruch hört dieSpannungserhöhungdurch die Spannungserhöhungsschaltung 2b aufder Primärseiteauf. Somit wird der Entladungsstreckenschalter 5e nachdem Durchbruch nicht eingeschaltet. Obwohl die Erhöhungsrateder Spannungserhöhungsschaltung 2b aufder Primärseiteund diejenige der Spannungsdopplerschaltung auf der Sekundärseite beidemit zwei angenommen werden, könnenihnen im Hinblick auf die Stehspannung und den Umfang der Elementeo. dgl. unterschiedliche Werte zugeteilt sein.
    [0053] Wennder Durchbruch stattfindet und Strom durch die Lampe 7 fließt, sinktdie Spannung in den Elektroden der Lampe abrupt ab. In diesem Fallschalten die Schaltelemente 4a und 4b weiterhinvon der vorhergehenden Entladungswarteperiode ab wiederholt einund aus. Dementsprechend werden die aus der Gleichstromversorgung 1 zugeführte Energie,und die im währendder Entladungswarteperiode geladenen Entladungsentwicklungskondensator 2a gespeicherteEnergie, der Lampe als Entladungsentwicklungsenergie zugeführt, wodurchdie Entladung entsteht und die Unterbrechung der Entladung verhindertwird. Die Leistung des Ladungsentwicklungskondensators 2a istauf einen solchen Wert eingestellt, der ausreichend Energie bereitstellenkann, um die Entladung unmittelbar nach dem Durchbruch entstehenzu lassen und aufrechtzuerhalten. Da der Entladungsentwicklungskondensator 2a andie Primärseitedes Transformators angeschlossen ist, kann seine Stehspannung überdiesniedrig sein, wodurch die Größe und Kostendes Vorschaltgerätsreduziert werden können.
    [0054] Auchnach der Entladungsentstehungsperiode schalten die Schaltelemente 4a und 4b wiederholtein und aus, um die Sekundärseitemit Strom zu versorgen. Befindet sich die Lampe 7 im kaltenZustand, liefert die Leistungssteuerschaltung 6b einenStrom wie etwa 70 W, der höherist als der Nennstrom von 35 W, wodurch der gewünschte Stromfluss in einerkürzerenZeit anläuft.Die Steuerung der Leistung erfolgt dadurch, dass das Verhältnis Betriebsstromzu Volllaststrom der Schaltelemente 4a und 4b variiertwird. Im warmen Zustand wird diese Periode übersprungen, so dass die Steuerungzur nächstennormalen Entladungsperiode übergeht.
    [0055] Nachdem Anlaufen des Lichtstroms tritt die Leistungssteuerung in dienormale Entladungsperiode ein. Die Leistungssteuerschaltung 6b steuertdas VerhältnisBetriebsstrom zu Volllaststrom der Schaltelemente 4a und 4b,um die Entladung mit dem Nennstrom von 35 W zu wiederholen. Während dernormalen Entladung führtdie Leistungssteuerschaltung 6b die Vorschaltsteuerungder Schaltelemente durch, indem sie Wellenformen mit einem Frequenzhubschemaverwendet, deren Frequenz moduliert ist, um instabile Entladungaufgrund akustischer Resonanz zu vermeiden. Beispielsweise erfolgtdie Vorschaltsteuerung durch Wellenformen mit einer Mittelfrequenzvon 90 kHz, einer Modulationsfrequenz von 1 kHz, einer Mindestfrequenzvon 80 kHz und einer Höchstfrequenzvon 100 kHz. Die Leistungssteuerschaltung 6b führt dieVorschaltsteuerung kontinuierlich ab dem Beginn der Entladungswarteperiodebis zum Ende der Beleuchtung unter Verwendung der frequenzmoduliertenWellenformen durch.
    [0056] AlsNächsteswird das Frequenzhubschema zum Vermeiden der akustischen Resonanzausführlicher beschrieben.Die Windungsanzahl der primärenWicklung, die das Volumen des Transformators bestimmt, ist umgekehrtproportional zur Frequenz und wird somit gering, wenn die Frequenzansteigt. Folglich ermöglicht eineErhöhungder Frequenz die Verkleinerung des Transformators. Andererseitsnimmt der Kernverlust des Transformators mit einer Erhöhung derFrequenz zu, wodurch die Temperatur ansteigt. In Anbetracht derVerhältnissesind die Erfinder der vorliegenden Anmeldung zu der Schlussfolgerunggekommen, dass die optimale Frequenz, um den Transformator des Vorschaltkreisesdes Fahrzeugs zu konstruieren, ca. 100 kHz beträgt. Dies wird auch von derTatsache unterstützt,dass der Transformator des Gleichstrom-/Gleichstromwandlers der Schaltung,die durch die einschlägigeBezugsschrift 1 offenbart ist, mit einer Frequenz von 100 kHz angesteuertwird und erfolgreich verkleinert wurde, um gegenwärtig vonbestehenden Fahrzeugen benutzt zu werden.
    [0057] Umjedoch die Metall-Halogenlampe mit einer hohen Frequenz über mehrerenKilohertz einzuschalten, tritt akustische Resonanz auf, welche dieinstabile Entladung mit sich bringen oder die Entladung zum Erlöschen bringenkann. Die Einzelheiten der akustischen Resonanz sind im Journalof the Illuminating Engineering Institute of Japan, Band 77, Nr.10, 1993, S. 29 – 35berichtet (von hier ab als IEIJ-Schrift abgekürzt).
    [0058] DieIEIJ-Schrift beschreibt den Mechanismus der Instabilität der Lichtbogenentladungaufgrund akustischer Resonanz wie folgt. Die in den Reflexionsrichtungenuntereinander fortschreitenden Wellen innerhalb der Lampe erzeugeneine stehende Welle. Die Frequenz der stehenden Welle nähert sichder natürlichenFrequenz der Lampe, so dass die stehende Welle in Resonanz tritt.Die stehende Welle ist eine Druckwelle des Quecksilberdampfs, derwährenddes Scheinens in der Lampe vorherrscht. Die stehende Welle beziehtsich auf eine Welle mit einer zeitlich invariablen Druckverteilungund bringt eine ungleichmäßige Druckverteilung innerhalbder Lampe je nach ihrer Form mit sich. Bei der Druckverteilung bildetsich die Lichtbogenentladung derart, dass die Energiebedingung minimalwird, wodurch der Lichtbogen gekrümmt wird.
    [0059] Nebender IEIJ-Schrift gibt es viele Schriften und Patente, die akustischeResonanz beschreiben. Einige davon gehen von theoretischen Gleichungenaus und erhalten die Frequenz, bei der die akustische Resonanz auftritt,die Frequenz, bei der keine auftritt, oder die Frequenz, bei welcherder Lichtbogen trotz des Auftretens akustischer Resonanz geradeund die Entladung stabil wird. Die Frequenzen, die unter Verwendung derin der IEIJ-Schrift oder im japanischen Patent Nr. 3189609 offenbartenGleichungen erhalten werden, stimmen jedoch nicht unbedingt mitden Frequenzen überein,die durch Experimente erhalten werden.
    [0060] Andersausgedrücktist es schwierig, die Frequenz aus einer theoretischen Gleichungzu ermitteln, die die Entladung stabilisieren kann, wenn die HIDmit hoher Frequenz angesteuert wird. Zusätzlich ist es unmöglich, zuentscheiden, ob die bislang theoretisch vorgeschlagenen Verfahrenwirksam sind oder nicht. Dementsprechend kann nach dem momentanenStand zur Konstruktion des Vorschaltkreises nur das Experiment den Frequenzbereichfestlegen.
    [0061] Alsein Beispiel dafür,experimentelle Ergebnisse klar aufzuzeigen, ist in der japanischenPatentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr.7-66866/1995 (US-Patent 5,121,034) ein Vorschaltverfahren offenbart.Es benutzt das Frequenzhubvorschaltverfahren, das eine Frequenzmodulationder Vorschaltfrequenz als ein Verfahren zur Vermeidung der instabilenEntladung aufgrund akustischer Resonanz einsetzt. Obwohl das Verfahrenselbst zur Umgehung der von akustischer Resonanz herrührendeninstabilen Entladung durch das Frequenzhubvorschaltverfahren wiein der vorstehenden IEIJ-Schrift oder der japanischen Patentanmeldungmit der Offenlegungsnr. 61-165999/1986 offenbart, bekannt ist, istdie japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 7-66866/1995zum Patent erteilt worden, indem sie die Mittelfrequenz der frequenzmodulierten Wellenformauf den Bereich von 20 kHz bis 80 kHz durch Aufzeigen experimentellerErgebnisse einschränkt.
    [0062] Diejapanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnr. 7-66866/1995 weistjedoch keinen Bereich aus, der eine stabile Entladung im Frequenzband über 50 kHzerzielen kann, und zeigt keine experimentellen Ergebnisse, was dasEinschalten über80 kHz betrifft. Aus den vorstehend beschriebenen Gründen ist esunmöglich,das Phänomen über 80 kHzspekulativ aus den experimentellen Ergebnissen im Bereich von 20 kHzbis 80 kHz zu bestimmen.
    [0063] Vorsolch einem technischen Hintergrund fanden die Erfinder der vorliegendenErfindung Bedingungen, um ein ausreichend breites, stabiles Frequenzbandnahe 100 kHz unter Verwendung des Frequenzhubvorschaltsystems zuerzielen, was nachstehend noch beschrieben wird.
    [0064] 3 stellt schrittweises Ansteigender Röhrenspannungbei Einzelfrequenzen von 60 kHz bis 130 kHz für die frequenzfixierte Wellenform(d.h. ohne Frequenzhub) und die beobachteten Ergebnisse, die durch visuelleUntersuchung der Entladungsbedingungen erhalten wurden, dar. DieAnstiegsschritte der Röhrenspannungzeigen quantitative Schätzungender Instabilitätder Entladung an, wohingegen die visuelle Untersuchung der Entladungsbedingungenqualitative Schätzungender Instabilitätder Entladung darstellen. Es ist bekannt, dass die instabile Lichtbogenentladungdie Röhrenspannungerhöht.
    [0065] Diewie in 3 dargestelltenRöhrenspannungenwurden jeweils dadurch erhalten, dass die positive Spitzenspannung,die an die Enden der Lampe angelegt wurde, mit einer Zeitkonstantevom 100-fachen der Periode gehalten wurde. Die Anstiegsschritteder Röhrenspannungstellen die Differenz zwischen dem Höchstwert und dem Mindestwertfür diezeitlichen Schwankungen in der Röhrenspannungdar. Anders ausgedrückt stellengroßeAnstiegsschritte der Spannung große Spannungsschwankungen dar,was wiederum eine große Instabilität der Entladunganzeigt. Die HID-Lampe, die fürdie Messungen verwendet wurde, war eine Philips D2R mit Nennwertenvon 85 V und 35 W.
    [0066] In 3 erlischt die Entladungeinige Sekunden nach dem Durchschlag in den Frequenzbändern unter85 kHz und über108 kHz (Zustand (3)). Man geht davon aus, dass in diesen Bändern dieEntladung aufgrund akustischer Resonanz erlischt. Obwohl die Entladungin den Frequenzbändernvon 85 – 88kHz, 92 – 101kHz und 106 – 108kHz aufrechterhalten bleibt, verändertsich die Form der Lichtbogenentladung unaufhörlich und ist instabil (Zustand(2)). Man geht davon aus, dass in diesen Frequenzbändern eineschwache akustische Resonanz auftritt. Somit kann die Entladungin den Zuständen(2) und (3) nicht fürdas Vorschaltgerätverwendet werden. Hingegen wird im Bereich von 88 – 92 kHzund 101 – 106kHz die Entladung gerade und ist stabil (Bedingung (1)). Es kannnur die Entladung in diesen Bändernfür dasVorschaltgerätverwendet werden, aber die Frequenzbänder sind sehr schmal.
    [0067] Istdas verfügbareFrequenzband schmal, kann die stabile Entladung aufgrund von Herstellerunterschiedenoder einzelnen Unterschieden in den Lampen abweichen. Anders ausgedrückt gibtes kein allgemeines Frequenzband, das die Entladung aller Lampenstabilisiert. Um das verfügbareFrequenzband auszuweiten, wird das Frequenzhubschema verwendet,welches die Vorschaltfrequenz moduliert. Der Grund dafür wird alsNächstesbeschrieben.
    [0068] Die 4 – 6 stellendie Einzelheiten der Schwankung der Röhrenspannung und die Formender Lichtbogenentladung dar. Die Frequenz beträgt in diesem Fall 84,5 kHz,bei der die Lichtbogenform stark variiert. Die Formen der wie in 6 dargestellten Lichtbogenentladungwurden von einer Hochgeschwindigkeitsvideokamera aufgenommen, danachwurden sie vergrößert undkopfüberdurch ein Projektionsobjektiv projiziert. Die Zahlen, die den Röhrenspannungsschwankungenim Hinblick auf Zeit, wie im vergrößerten Diagramm von 5 dargestellt, zugeteiltwurden, entsprechen den Zahlen der Formen der Lichtbogenentladungvon 6.
    [0069] Ausdiesen Figuren ist ersichtlich, dass, obwohl die Lichtbogenentladunggerade und stabil ist, wenn die Röhrenspannung niedrig ist, sichdie Bogenformen krümmenund sich mit dem Anstieg der Spannung verändern. Die Ergebnisse bestätigen nichtnur die vorher schon bekannte Korrelation zwischen der Röhrenspannungund der Instabilitätder Entladung aufgrund akustischer Resonanz, sondern auch eine neueTatsache, dass die Zeit, die die Lichtbogenentladung braucht, umvom stabilen Zustand zum instabilen Zustand (die Zeit von (1) bis(3) in 5) überzugehen,ca. 10 msec. beträgt.Anders ausgedrücktbraucht die von akustischer Resonanz herrührende stehende Welle ca. 10msec., um sich zu entwickeln, und von daher kann ihre Entstehungverhindert werden, wenn die Festfrequenz nicht länger als 10 msec. oder darüber anhält. DieErgebnisse könnendas erste Mal dadurch erzielt werden, dass die Abtastgenauigkeitder Röhrenspannungim Hinblick auf Zeit verbessert wird. Zuvor waren keine Messergebnissemit solch hoher Genauigkeit bekannt.
    [0070] InAnbetracht der vorstehenden experimentellen Ergebnisse wird einefestgelegte frequenzmodulierte Wellenform als Wellenform verwendet,um zu verhindern, dass die Festfrequenz länger als 10 msec. oder darüber anhält. Diefrequenzmodulierte Wellenform schwankt um ± 10 kHz von einer bestimmtenMittelfrequenz mit einer Modulationsfrequenz von 1 kHz. 7 stellt die Verhältnissezwischen der Mittelfrequenz und dem Anstieg der Röhrenspannungdar. Verglichen mit dem Fall von 3,der den Frequenzhub nicht einsetzt, sieht man, dass das stabileEntladungsband (Zustand (1)) erweitert ist. Mit anderen Worten zeigtsich, dass die Frequenzgrenze vergrößert ist, wodurch die vom Herstellerabhängigenoder die einzelnen Unterschiede der Lampen aufgefangen werden können.
    [0071] Im Übrigen kanndas Frequenzhubvorschaltsystem keine stabile Entladung bei allenFrequenzbändernim eingeschränktenFrequenzband von 60 kHz bis 130 kHz erzielen. Man geht davon aus,dass der Grund dafürdarin liegt, dass das Frequenzhubvorschaltgerät nahe an dieser Frequenz einestabile Frequenz haben muss, um als Festfrequenzvorschaltgerät zu wirken.
    [0072] Zusätzlich kannes sein, dass manche Lampen kein stabiles Band über 80 kHz haben. In diesemFall ist es auch fürdas Hubvorschaltsystem schwierig, die stabile Entladung zu erzielen.
    [0073] Darüber hinauskann die Frequenz, bei der die Entladungsinstabilität aufgrundakustischer Resonanz auftritt, je nach den akustischen Wellen inder Röhrevariieren. Anders ausgedrücktkann die Frequenz je nach dem Druck und der Temperatur in der Röhre variieren.Somit ist auch eine Konfiguration möglich, bei der die Leistungssteuerschaltung 6b dender Lampe zuzuführendenStrom auf etwa die Nennleistung steuert, um ein stabiles Band imvorstehenden Band zu bilden.
    [0074] AlsNächsteswird die Ausführungsform2 des Vorschaltgerätsfür eineHochdruckentladungslampe mit Bezug auf 8 beschrieben. Die Ausführungsform2 bezieht sich auf ein Vorschaltverfahren zur Reduktion der Kapazität Ca desEntladungsentwicklungskondensators 2a. 8 stellt die Spannung im Entladungsstreckenschalter 5e derSekundärseitevon 1, die Spannungdes Entladungsentwicklungskondensators 2a auf der Primärseite unddas dem Wechselrichter zugeführteSignal dar. In der folgenden Beschreibung werden die 1 – 7 undihre Beschreibung in Ausführungsform1 dort, wo es passt, in Bezug gesetzt.
    [0075] DerEntladungsentwicklungskondensator 2a muss zusätzlich zurEnergie, die der Lampe währendder Entladungsentstehungsperiode zugeführt wird, die Energie speichern,die notwendig ist, um bis zu der Spannung anzusteigen, die es demEntladungsstreckenschalter 5e ermöglicht, einzuschalten. DieEnergie Wg, die erforderlich ist, um bis zur Einschaltspannung Vgdes Entladungsstreckenschalters 5e anzusteigen, ist durch denfolgenden Ausdruck gegeben: Wg = ½·Cg·Vg2 (1)worinCg die Kapazitätdes Entladungsstreckenschalter aktivierenden Kondensators 5d ist,der mit dem Entladungsstreckenschalter 5e parallelgeschaltetist. Dann ist noch die KapazitätCa, die gebraucht wird, um die Energie Wg im Entladungsentwicklungskondensator 2a aufder Primärseitezu speichern, durch den folgenden Ausdruck gegeben: Ca = Cg·Vg2/Va2 (2)worinVa die Spannung auf der Primärseiteist. Die vorliegende Ausführungsform2 bezieht sich auf ein Vorschaltverfahren, das die Kapazität Ca reduzierenkann.
    [0076] Wenndie Schaltelemente 4a und 4b während der Entladungsvorbereitungsperiodewiederholt ein- und ausschalten, wird der Entladungsstreckenschalteraktivierende Kondensator 5d geladen und seine Spannungsteigt graduell an. In diesem Fall wird, um den Kondensator 5d zuladen, der Entladungsentwicklungskondensator 2a entladen.Wird der Kondensator 5d auf das Potential 0,9·Vg geladen,hört dieAnsteuerung des Wechselrichters und damit das Aufladen des Entladungsentwicklungskondensators 2a auf.Wenn der Entladungsentwicklungskondensator 2a voll aufgeladenist, beginnt die Ansteuerung des Wechselrichters erneut. Somit steigtdas Potential des Kondensators 5d für den Entladungsstreckenschalterwieder an, und wenn es Vg erreicht, schaltet der Entladungsstreckenschalter 5e ein.
    [0077] Nachdem Vorschaltverfahren kann die Energie, die erforderlich ist, umauf Vg anzusteigen, wie folgt reduziert werden: Wg = ½·Cg(Vg2 – (0,9·Vg)2) (3)
    [0078] Dementsprechendist die KapazitätCa, die erforderlich ist, um die Energie durch den Entladungsentwicklungskondensator 2a aufder Primärseitezu speichern, durch den folgenden Ausdruck gegeben: Ca = Cg·0,19·Vg2/Va2 (4)
    [0079] Dementsprechendkann die vorliegende Ausführungsform2 die Kapazitätdes Entladungsentwicklungskondensators 2a um diesen Betragsenken.
    [0080] Obwohldie Spannung Vgs im Entladungsstreckenschalter 5e zum Anhaltendes Wechselrichters vorstehend mit 0,9·Vg angenommen wurde, istaus Gleichung (4) ersichtlich, dass die Kapazität des Entladungsentwicklungskondensators 2a reduziertwerden kann, indem Vgs so nahe wie möglich an Vg herangebracht wird.Der Koeffizient, mit dem Vgs multipliziert werden muss, wird unterBerücksichtigungder Schwankungen im Entladungsstreckenschalter 5e bestimmt.
    [0081] Obwohldie vorliegende Ausführungsform2 nur eine Wiederaufladeperiode des Entladungsentwicklungskondensators 2a während desAufladens der Kondensators 5d zum Aktivieren des Entladungsstreckenschaltershat, kann die Wiederaufladeperiode zweimal oder öfter vorgesehen werden. Diesmacht es möglich, dieKapazitätdes Entladungsentwicklungskondensators 2a noch weiter zureduzieren.
    BEZUGSZEICHENLISTE
    权利要求:
    Claims (11)
    [1] Vorschaltgerätfür eineHochdruckentladungslampe, umfassend: einen Transformator (4c); mehrereStromversorgungen (1 und 2a), die auf einer Primärseite desTransformators vorgesehen sind; mehrere Schaltelemente (4a und 4b),die auf der Primärseitedes Transformators vorgesehen sind; und eine Steuerschaltung(6) zum wiederholten Ein- und Ausschalten der mehrerenSchaltelemente, um auf der Sekundärseite des Transformators eineWechselspannung zu erzeugen, die in Spannung und Frequenz höher istals eine primärseitigeSpannung des Transformators.
    [2] Vorschaltgerätfür eineHochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, wobei eine der mehrerenStromversorgungen eine Gleichstromversorgung (1) ist, unddie andere von diesen ein Entladungsentwicklungskondensator (2a),der mit der Gleichstromversorgung parallelgeschaltet ist.
    [3] Vorschaltgerätfür eineHochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, darüber hinaus eine Spannungserhöhungsschaltung(2b) umfassend, um eine Spannung im Entladungsentwicklungskondensator über eine Spannungder Gleichstromversorgung hinaus zu erhöhen, und eine Rückwärtssperrdiode(2d), die zwischen der Spannungserhöhungsschaltung und dem Entladungsentwicklungskondensatorangeschlossen ist.
    [4] Vorschaltgerätfür eineHochdruckentladungslampe nach Anspruch 2, darüber hinaus eine Spannungserhöhungsschaltung(2b) umfassend, um eine Spannung im Entladungsentwicklungskondensator über eine Spannungder Gleichstromversorgung hinaus zu erhöhen, und ein Synchrongleichrichtungsschaltelement (2c),das zwischen dem Entladungsentwicklungskondensator und der Gleichstromversorgungangeschlossen ist.
    [5] Vorschaltgerätfür eineHochdruckentladungslampe nach Anspruch 1, darüber hinaus eine Spannungsvervielfacherschaltung(5a – 5d)auf einer Sekundärseitedes Transformators umfassend, um eine Spannung in einem mit einemEntladungsstreckenschalter (5e) parallelgeschalteten Entladungsstreckenschalteraktivierenden Kondensator (5d) über die Spannung hinaus zuerhöhen,die auf der Sekundärseitedes Transformators erzeugt wird.
    [6] Vorschaltverfahren für eine Hochdruckentladungslampe,folgenden Schritt umfassend: während einer Entladungsübergangsperiodeoder einer normalen Entladungsperiode nach einem Durchbruch eineHochdruckentladungslampe mit einer Steuerspannung anzusteuern, dieeine Frequenzmodulation mit einer Mittelfrequenz im Bereich von80 kHz bis 120 kHz durchmacht.
    [7] Vorschaltverfahren für eine Hochdruckentladungslampe,folgende Schritte umfassend: eine gewünschte Spannung in einem Entladungsentwicklungskondensator(2a) zu erhalten, der mit einer auf einer Primärseite desTransformators (4c) vorgesehenen Gleichstromversorgung(1) parallelgeschaltet ist, indem der Entladungsentwicklungskondensatorgeladen wird; einen Entladungsstreckenschalter aktivierendenKondensator (5d), der an eine Sekundärseite des Transformators angeschlossenist, auf eine Einschaltspannung eines Entladungsstreckenschalters(5e) aufzuladen, indem mehrere Schaltelemente (4a und 4b),die auf der Primärseitedes Transformators angeschlossen sind, wiederholt ein- und ausgeschaltetwerden; einen Durchbruch in einer Hochdruckentladungslampe(7) zu erzeugen, indem der Hochdruckentladungslampe einegegenelektromotorische Kraft mit einer Impulsspannung zugeführt wird,die durch Einschalten des Entladungsstreckenschalters erzeugt wird; denLichtstrom schnell nach dem Durchbruch anlaufen zu lassen, indemder Strom, welcher der Hochdruckentladungslampe zugeführt werdensoll, übereinen Nennstrom hinaus angehoben wird, indem Energie aus dem Entladungsentwicklungskondensatorauf die Hochdruckentladungslampe angelegt wird, und indem ein Verhältnis Betriebsstromzu Volllaststrom von Wellenformen zum Ansteuern der Schaltelementegesteuert wird; und den Strom, welcher der Hochdruckentladungslampemit dem Nennstrom nach dem Anlaufen des Lichtstroms zugeführt wird,aufrechtzuerhalten, indem das Verhältnis Betriebsstrom zu Volllaststromder Wellenformen zum Ansteuern der Schaltelemente gesteuert wird.
    [8] Vorschaltverfahren für eine Hochdruckentladungslampenach Anspruch 7, darüberhinaus den Schritt umfassend, die Frequenz einer Steuerschaltungder Hochdruckentladungslampe in einer Entladungsentstehungsperiodeund/oder einer Lichtstromanlaufperiode und/oder einer normalen Entladungsperiodeund/oder einer Periode ab der Entladungsentstehungsperiode bis zurnormalen Entladungsperiode zu modulieren.
    [9] Vorschaltverfahren für eine Hochdruckentladungslampenach Anspruch 6 oder 8, darüberhinaus den Schritt umfassend, eine Modulationsfrequenz, eine Mindestfrequenzund eine Höchstfrequenzder Steuerspannung aus einer Spannung in der Hochdruckentladungslampein einem stabilen Entladungszustand zu bestimmen, um zu verhindern,dass die Steuerspannung mit derselben Frequenz länger als eine vorbestimmte Zeitdauerlang anhält,währendder die Spannung in der Hochdruckentladungslampe aufgrund einerinstabilen Entladung, die von akustischer Resonanz herrührt, zusteigen beginnt.
    [10] Vorschaltverfahren für eine Hochdruckentladungslampenach Anspruch 9, darüberhinaus den Schritt umfassend, die Modulationsfrequenz, die Mindestfrequenzund die Höchstfrequenzso zu bestimmen, dass die Steuerspannung dieselbe Frequenz nichtfür eineDauer größer odergleich 10 msec. hält.
    [11] Vorschaltverfahren für eine Hochdruckentladungslampenach Anspruch 7, darüberhinaus währendder Entladungsvorbereitungsperiode folgende Schritte umfassend: denauf der Sekundärseitedes Transformators vorgesehenen Entladungsstreckenschalter aktivierendenKondensator auf eine Spannung unter die Einschaltspannung des Entladungsstreckenschaltersaufzuladen, indem die mehreren Schaltelemente wiederholt ein- undausgeschaltet werden; die Spannung im Entladungsstreckenschalteraktivierenden Kondensator durch Abschalten der Schaltelemente nachdem Aufladen zu halten und den Entladungsentwicklungskondensatordurch die Gleichstromversorgung auf eine vorbestimmte Spannung aufzuladen;und den Entladungsstreckenschalter aktivierenden Kondensatorauf die Einschaltspannung des Entladungsstreckenschalters aufzuladen,indem die mehreren Schaltelemente nach dem Aufladen des Entladungsentwicklungskondensatorswiederholt ein- und ausgeschaltet werden.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-01-20| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2011-05-19| 8130| Withdrawal|
    2011-05-19| R120| Application withdrawn or ip right abandoned|Effective date: 20110308 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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