DE19537883B4

DE19537883B4 - Ansteuerungssystem zum Zünden bzw. Betreiben von Hochdruckentladungslampen

Info

Publication number: DE19537883B4
Application number: DE19537883A
Authority: DE
Inventors: Noboru Kariya Yamamoto; Masamichi Kariya Ishikawa; Kenji Kariya Yoneima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1995-10-11
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2015-10-12
Also published as: DE19549859B4; DE19549853B4; US5606227A; DE19549861B4; JPH08111291A; JP3521501B2; DE19537883A1

Abstract

Ansteuerungssystem für eine Hochdruckentladungslampe (13) zum Speisen der Hochdruckentladungslampe (13) mit einer Leistung für die Beleuchtung und einer Leistung zum Starten, wobei das System:
einen Transformator (30), welcher eine erste Wicklung (31) als Primärwicklung, eine zweite Wicklung (32) als Sekundärwicklung und eine dritte Wicklung (33) als zusätzliche Sekundärwicklung enthält;
eine Steuerschaltung (5–7), welche ein Halbleiterschaltelement (5) zum intermittierenden Anlegen eines Primärstroms an die Primärwicklung (31), zum Regulieren der Ausgangsleistung der Sekundärwicklungen (32, 33) des Transformators (30) durch Steuern des Halbleiterschaltelements (5) enthält;
eine Versorgungsschaltung (11, 12, 14) zum Speisen der Hochdruckentladungslampe (13) mit Leistung für die Beleuchtung von der zweiten Wicklung (32), wobei die Versorgungsschaltung eine Gleichrichterdiode (11) aufweist, die an einem Verbindungspunkt an die zweite Wicklung (32) angeschlossen ist, und wobei ein Ende der dritten Wicklung (33) an den Verbindungspunkt zwischen der zweiten Wicklung (32) und der Gleichrichterdiode (11) angeschlossen ist; und
eine Startschaltung...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ansteuerungssystem zum Zünden bzw. Betreiben von einer Hochdruckentladungslampe.
Ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler und andere Komponenten, welche unabhängig von einer Leistungszufuhr, welche einer Hochdruckentladungslampe Leistung zum Betreiben zuführt, vorgesehen sind, ist zum Erzeugen von Hochspannungsstartpulsen zum Zünden der Hochdruckentladungslampe beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei. 4-62796 offenbart worden. Bei derartigen Systemen benötigt jedoch das herkömmliche Ansteuerungssystem für eine Hochdruckentladungslampe eine große Anzahl von Teilen, besitzt eine große Abmessung und verursacht hohe Kosten.
Die EP 567 408 A1 offenbart ein elektronisches Vorschaltgerät für eine Hochdruckentladungslampe, welche Leistungszufuhranschlüsse zum Zuführen einer Gleichstromleistung, einen Transformator mit einer Primär- und mehreren Sekundärwicklungen, eine Steuerschaltung, eine Versorgungsschaltung und eine Startschaltung aufweist. Ein Schalter wird intermittierend angesteuert, um eine Leistung zu regeln, die an die Hochdruckentladungslampe angelegt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein aus der EP 567 408 A1 bekanntes Ansteuerungssystem für eine Hochdruckentladungslampe mit einem Transformator derart weiterzubilden, dass die Effizienz des Transformators verbessert ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 oder 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Entsprechend einer Ausgestaltung wird ein Ansteuerungssystem zum Zünden bzw. Betreiben von einer Hochdruckentladungslampe bereitgestellt, welches einen Transformator, ein Halbleiterschaltelement, welches einer ersten Wicklung, welche die Primärwicklung des Transformators ist, intermittierend einen Primärstrom zuführt, und eine Hochspannungsspule zum Anlegen von Hochspannungsstartpulsen an die Hochdruckentladungslampe enthält, wobei der Transformator eine erste Wicklung, eine zweite Wicklung, welche eine Sekundärwicklung zum Speisen der Hochdruckentladungslampe mit Leistung zum Leuchten ist, und eine dritte Wicklung enthält, welche eine Sekundärwicklung zum Speisen der Hochspannungsspule mit Leistung ist.
Auf diese Weise führt der Transformator die Funktionen des Speisens der Hochdruckentladungslampe mit Leistung durch die zweite Wicklung durch, wenn die Hochdruckentladungslampe leuchtet, und des Speisens der Hochspannungsspule mit Leistung durch die dritte Wicklung, wenn die Hochdruckentladungslampe gestartet bzw. gezündet wird. Somit kann die Anzahl von Teilen die Größe und die Kosten reduziert werden.
Da erfindungsgemäß ein Ende der dritten Wicklung mit dem Verbindungspunkt der zweiten Wicklung und der mit der zweiten Wicklung verbundenen Gleichrichterdiode verbunden ist, kann die Spannung am anderen Ende der dritten Wicklung einen Wert annehmen, welcher der Summe der Spannung, die an der zweiten Wicklung erzeugt wird, und der Spannung, welche an der dritten Wicklung erzeugt wird, entspricht. Das bedeutet, daß sogar dann, wenn die Anzahl von Windungen der dritten Wicklung reduziert ist, der Hochspannungsspule eine hinreichende Leistung zugeführt werden kann. Daher kann mit der Reduzierung der Anzahl von Windungen der dritten Wicklung die Zwischenschichtkapazität des Transformators reduziert und die Wirksamkeit des Transformators verbessert werden.
Bei der oben angeführten Ausgestaltung ist es möglich, daß ein Kondensator, der über eine Gleichrichterdiode geladen wird, mit der dritten Wicklung verbunden ist und daß das System eine Ladungssteuerschaltung zum Steuern des Ladens des Kondensators enthält. Des weiteren ist es möglich, daß die Ladungssteuerschaltung die Ladespannung des Kondensators auf einen hohen Wert steuert, wenn die an die Hochdruckentladungslampe angelegte Spannung gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist, und die Ladespannung des Kondensators auf einen niedrigen Wert steuert, wenn die angelegte Spannung der Hochdruckentladungslampe niedriger als der bestimmte Wert ist.
Auf diese Weise ist ein Kondensator, welcher über die mit der dritten Wicklung verbundenen Gleichrichterdiode geladen wird, und eine Ladungssteuerschaltung zum Steuern der Ladung des Kondensators vorgesehen. Daher kann die Ladespannung des Kondensators auf zwei unterschiedliche Pegel zum Starten bzw. zum Leuchten der Ladungslampe eingestellt werden, und die unerwünschte Erzeugung von Hochspannungstartpulsen herrührend von der Hochspannungsspule, wenn die Entladelampe leuchtet, kann verhindert werden.
Vorzugsweise stellt die Ladungssteuerschaltung die Ladespannung des Kondensators auf einen hohen Wert ein, wenn die an die Hochdruckentladungslampe angelegte Spannung gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist, und stellt die Ladespannung des Kondensators auf einen niedrigen Wert ein, wenn die an die Hochdruckentladungslampe angelegte Spannung niedriger als der bestimmte Wert ist. Im allgemeinen ist hier der Wert der an die Hochdruckentladungslampe angelegeten Spannung hoch, wenn die Hochdruckentla dungslampe vor dem Leuchten gestartet wird, und ist niedrig, wenn die Hochdruckentladungslampe leuchtet. Aus diesem Grund kann durch Einstellen des bestimmten Werts auf der Grundlage der an die Hochdruckentladungslampe während des Startens und des Leuchtens angelegten Spannung die Ladespannung des Kondensators auf einen niedrigen Wert gesteuert werden, wenn die Hochdruckentladungslampe leuchtet, und es kann die Erzeugung von Hochspannungsstartpulsen herrührend von der Hochspannungseule, wenn die Hochdruckentladungslampe leuchtet, verhindert werden.
Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
1 zeigt eine Ansicht, welche die Konstruktion eines Ansteuerungssystems zum Zünden bzw. Betreiben von einer Hochdruckentladungslampe in Übereinstimmung mit einer ersten Ausgestaltung veranschaulicht;
2A und 2B zeigen Graphen, welche den Betrieb des in 1 dargestellten Systems verschaulichen;
3 zeigt einen Teil eines Systems in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausgestaltung;
4 zeigt einen Teil eines Systems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt einen Teil eines Systems in Übereinstimmung mit einer dritten Ausgestaltung; und
6 zeigt ein Ansteuerungssystem zum Zünden bzw. Betreiben von einer Hochdruckentladungslampe in Übereinstimmung mit einer vierten Ausgestaltung.
Die 1 bis 3 sowie 5 und 6 dienen der allgemeinen Erläuterung und geben nicht den Gegenstand der Erfindung wieder.
1 zeigt eine Ansicht, welche die Konstruktion eines Ansteuerungssystem zum Zünden bzw. Betreiben von einer Hochdruckentladungslampe in Übereinstimmung mit einer ersten Ausgestaltung veranschaulicht.
Entsprechend 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 einen positiven Leistungszufuhreingangsanschluß, und Bezugszeichen 2 bezeichnet einen negativen Leistungszufuhreingangsanschluß. Eine Diodenbrückenschaltung 3 ist an die Leistungszufuhreingangsanschlüsse 1 und 2 angeschlossen, und eine Netz-Wechselstromleistungsquelle 4 ist mit der Diodenbrückenschaltung 3 verbunden. Daher wird eine durch die Zweiweggleichrichtung der Netz-Wechselstromleistung erzielte Gleichstromleistung den Leistungszufuhreingangsanschlüssen 1 und 2 zugeführt.
Ein Ende der ersten Wicklung 31, welche die Primärwicklung eines Übertragers bzw. Transformators 30 darstellt, ist mit dem positiven Leistungszufuhreingangsanschluß 1 verbunden, und ein Halbleiterschaltelement 5 wie ein FET ist mit dem anderen Ende der ersten Wicklung 31 verbunden. Eine PWM-Steuerschaltung 6 ist mit dem Steueranschluß des Halbleiterschaltelements 5 wie dem Gateanschluß des Halbleiterschaltelements 5 verbunden. Die PWM-Steuerschaltung 6 steuert die Schaltfrequenz des Halbleiterschaltelements 5 ebenso wie das Tastverhältnis (das Verhältnis der Periode EIN zu der Periode AUS eines Schaltzyklus). Ein Stromerfassungswiderstand 7 zum Erfassen des Stromflusses in das Halbleiterschaltelement 5 ist mit dem Halbleiterschaltelement 5 verbunden. Der Stromerfassungswiderstand 7 betreibt die PWM-Steuerschaltung 6 derart, daß das Halbleiterschaltelement 5 von dem Augenblick an für eine Zeitperiode in dem Zustand AUS gehalten wird, bei welchem der Stromfluß in das Halbleiterschaltelement 5 einen bestimmten Wert überschreitet, bis zu dem Augenblick, bei welchem der nächste Schaltzyklus beginnt, um das Halbleiterschaltelement 5 vor einem Überstrom zu schützen.
Die Anode einer Diode 8 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der ersten Wicklung 31 des Transformators 30 und dem Halbleiterschaltelement 5 verbunden. Andererseits ist ein Kondensator mit der Kathode der Diode 8 und einem Ende der ersten Wicklung 31 verbunden, und ein Entladungswiderstand 10 ist parallel mit dem Kondensator 9 verbunden. Die Diode 8, der Kondensator 9 und der Entladungswiderstand 10 bilden eine Dämpfungsschaltung 70. Die Dämpfungsschaltung 70 ist derart gestaltet, daß, wenn das Halbleiterschaltelement 5 auf die Position AUS schaltet, die durch die Streuinduktivität der ersten Wicklung 31 erzeugte magnetische Energie in dem Kondensator 9 als elektrische Energie durch die Diode 8 gespeichert wird, um das Halbleiterschaltelement 5 zu schützen. Hier wird die in dem Kondensator 9 angesammelte elektrische Energie durch den Entladungswiderstand 10 entladen.
Die zweite Wicklung 32, welche die Sekundärwicklung des Transformators darstellt, ist an einem Ende geerdet und mit der Anode einer Gleichrichterdiode 11 verbunden. Der postive Anschluß eines Glättungskondensators 12 ist mit der Kathode der Gleichrichterdiode 11 verbunden, und der negative Anschluß des Glättungskondensators 12 ist geerdet. Ein Anschluß 14 einer Hochdruckentladungslampe 13 ist mit einem positiven Anschluß des Glättungskondensators 12 verbunden.
Eine dritte Wicklung 33, welche die andere Sekundärwicklung des Transformators 30 bildet, ist an einem Ende geerdet und mit einer Gleichrichterdiode 15 an dem anderen Ende verbunden. Der positive Anschluß eines Hochspannungs pulserzeugungskondensators 17 ist mit der Kathode der Gleichrichterdiode 15 über einen Strombegrenzungswiderstand 16 verbunden, und der negative Anschluß des Kondensators 17 ist geerdet. Ein Entladungswiderstand 18, der einen hohen Widerstandswert besitzt (beispielsweise in der Größenordnung von einigen MΩ), ist mit dem Kondensator 17 zum Entladen der Ladung des Kondensators 17 verbunden. Eine Funkenstrecke 19 zur Entladung, wenn die Ladungsspannung Vb des Kondensators 17 einen bestimmten Wert der Entladungsspannung Ve erreicht oder überschreitet (beispielsweise in der Größenordnung von 1 kV), und die Primärwicklung 21 einer Hochspannungsspule 20 sind in Serie mit beiden Anschlüssen des Kondensators 17 verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung 22 der Hochspannungsspule 20 ist mit dem anderen Verbindungsanschluß 23 der Hochdruckentladungslampe 13 verbunden. Die Hochspannungsspule 20 ist derart gestaltet, daß, wenn die Ladespannung Vb des Kondensators 17 die Entladungsspannung Ve erreicht, wenn die Hochdruckentladungslampe 13 vor dem Leuchten gestartet wird, wodurch die Funkenstrecke 19 sich momentan entlädt, der pulsierende Entladungsstrom fließt, um Hochspannungspulse (beispielsweise in der Größenordnung von einigen 10 kV) der Sekundärwicklung 22 bereitzustellen und die Hochdruckentladungslampe 13 zu erleuchten. Ein Ende eines Stromerfassungswiderstands 24 ist mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung 22 der Hochspannungsspule 20 zum Erfassen des Stromflusses in die Hochdruckentladungslampe 13 verbunden, und das andere Ende des Stromerfassungswiderstands 24 ist geerdet.
Eine Leerlaufsspannungssteuerschaltung 40 ist zwischen der positiven Seite des Glättungskondensators 12 und der Eingangsseite der PWM-Steuerschaltung 6 angeschlossen. Die Leerlaufsspannungssteuerschaltung 40 ist aus Spannungsteilerwiderständen 41 und 42 zum Teilen der Ladespannung Va des Glättungskondensators 12 (d.h. der an die Hochdruckentladungslampe 13 angelegten Spannung) und einem Komparator 44 zum Vergleichen der geteilten Spannung Va, welche von diesen zwei Teilerwiderständen 41 und 42 geteilt ist, mit einer Bezugsspannung 43 zusammengesetzt. Die Bezugsspannung 43 ist auf der Grundlage des an die Hochdruckentladungslampe 13 anzulegenden Spannungspegels (beispielsweise in der Größenordnung von 300 V) eingestellt, wenn die Hochdruckentladungslampe 13 vor dem Leuchten gestartet wird. Der Komparator 44 ist derart entworfen, daß das Ausgangssignal Vd während der Periode, wenn die geteilte Spannung Va gleich oder größer als die Bezugsspannung 43 ist, auf einem niedrigen Pegel gehalten wird, und der Ausgangspegel Vd während der Periode, wenn die geteilte Spannung Va niedriger als die Bezugsspannung 43 ist, auf einem hohen Pegel gehalten wird. Die PWM-Steuerschaltung 6 ist derart gebildet, daß der Betrieb gestoppt und das Halbleiterschaltelement 5 in dem Zustand AUS während der Periode gehalten werden kann, wenn sich das Ausgangssignal Vd des Komparators 44 auf dem niedrigen Pegel befindet, und hält das Halbleiterschaltelement 5 in dem Schaltbetrieb bei dem maximalen Tastverhältnis während der Periode, bei welcher sich das Ausgangssignal Vd des Komparators 44 auf dem hohen Pegel befindet.
Eine Leistungssteuerschaltung 50 ist zwischen dem positiven Anschluß des Glättungskondensators 12, dem Verbindungspunkt der Sekundärwicklung 22 der Hochspannungsspule 20 und des Stromerfassungswiderstands 24 und der PWM-Steuerschaltung 6 angeschlossen. Die Leistungssteuerschaltung 50 enthält Widerstände 51–53 zum Bestimmen des der Hochdruckentladungslampe 13 zuzuführenden Steuersollwerts der Leistung, einen Operationsverstärker 56, dessen invertierender Eingangsanschluß mit den Verbindungspunkten der Widerstände 51 bis 53 verbunden ist und dem an dem nicht invertierenden Anschluß eine Bezugsspannung 57 zugeführt wird, eine Serienschaltung aus einem Kondensator 55 und einem zwischen dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 56 und dem invertierenden Eingang angeschlossenen Wi derstand 54, und eine Diode 58, deren Kathode an den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 56 angeschlossen ist. Die Leistungssteuerschaltung 50 ist derart entworfen, daß, wenn die Hochdruckentladungslampe 13 leuchtet, die PWM-Steuerschaltung 6 auf der Grundlage der angelegten Spannung Va und des Entladungsstroms Ia der Hochdruckentladungslampe 13 gesteuert wird und die der Hochdruckentladungslampe 13 zugeführte Leistung gesteuert wird. Es wird hier festgestellt, daß, da der Entladungsstrom Ia nicht in die Hochdruckentladungslampe 13 fließt, wenn die Hochdruckentladungslampe 13 vor dem Leuchten gestartet wird, sich der Ausgang des Operationsverstärkers 56 auf einem hohen Pegel befindet und sich die Diode 58 verhält, als ob sie sich in dem Zustand AUS befinden würde, und aus diesem Grund wird die PWM-Steuerschaltung 6 lediglich durch das Ausgangssignal der Leerlaufsspannungssteuerschaltung 40 gesteuert.
Im folgenden wird der Betrieb des Ansteuerungssystem zum Zünden bzw. Betreiben von einer Hochdruckentladungslampe, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
In dem Augenblick, wenn ein (nicht dargestellter) Leistungszufuhrschalter in den Zustand EIN geschaltet wird, wird die abgeteilte Spannung Va' der Ladungsspannung Va des Glättungskondensators 12 niedriger als die Bezugsspannung 43. Demzufolge befindet sich das Ausgangssignal Vd des Komparators 44 auf einem hohen Pegel, und die PWM-Steuerschaltung 6 schaltet das Halbleiterschaltelement 5 bei dem maximalen Tastverhältnis und einer bestimmten Schaltfrequenz (beispielsweise in der Größenordnung von einigen 10 kHz). Dadurch wird ein intermittierender Stromfluß zu der ersten Wicklung 31 des Transformators 30 ermöglicht. Die erste Wicklung 31 sammelt die magnetische Energie während der Periode an, wenn sich das Halbleiterschaltelement 5 in dem Zustand EIN befindet, und entlädt die angesammelte magnetische Energie in die zweite Wicklung 32 und die dritte Wicklung 33 während der Periode, in welcher sich das Halbleiterschaltelement in dem Zustand AUS befindet. Die in die zweite Wicklung 32 entladene magnetische Energie lädt den Glättungskondensator 12 über die Gleichrichterdiode 11 auf, während die in die dritte Wicklung 33 entladene magnetische Energie den Kondensator 17 über die andere Gleichrichterdiode 15 und den Strombegrenzungswiderstand 16 lädt.
Wenn die abgeteilte Spannung Va der Ladespannung Va' des Glättungskondensators 12 die Bezugsspannung 43 erreicht, fällt das Ausgangssignal Vd des Komparators 44 auf einen niedrigen Pegel, und die PWM-Steuerschaltung 6 stoppt den Schaltbetrieb des Halbleiterschaltelements 5 und hält das Halbleiterschaltelement 5 in dem Zustand AUS. Da der Strom nicht durch die erste Wicklung 31 fließt und nicht magnetische Energie in der ersten Wicklung angesammelt wird, wird folglich das Aufladen des Glättungskondensators 12 beendet, und die Ladung des Glättungskondensators 12 wird wiederum über den Widerstand entladen. Dadurch wird die Ladespannung Va des Glättungskondensators 12 verringert. Wenn die abgeteilte Spannung Va' der Ladespannung Va des Glättungskondensators 12 auf die Bezugspannung 43 fällt, begibt sich das Ausgangssignal Vd des Komparators wiederum auf den hohen Pegel, und die PWM-Steuerschaltung 6 schaltet das Halbleiterschaltelement 5 bei dem maximalen Tastverhältnis. Dementsprechend besitzt die erste Wicklung wiederum eine Anhäufung von magnetischer Energie, und der Glättungskondensator 12 wird geladen. Danach wird wie später beschrieben dieselbe Folge von Operationen wie oben beschrieben wiederholt, bis die Hochdruckentladungslampe 13 aufleuchtet. Wie in 2 veranschaulicht, wird die Ladespannung Va des Glättungskondensators 12 (d.h. die an die Hochdruckentladungslampe 13 angelegte Spannung) auf einen bestimmten Spannungspegel Vc gesteuert (beispielsweise in der Größenordnung von 300 V).
Wenn demgegenüber wie oben beschrieben die abgeteilte Spannung Va' der Ladespannung Va des Glättungskondensators 12 die Bezugsspannung 43 zuerst erreicht und daher die Anhäufung von magnetischer Energie in der ersten Wicklung 31 zu einem Stillstand kommt, kommt das Laden des Kondensators 17 an dem Ende der dritten Wicklung 33 ebenso zu einem Stillstand, und die Ladung des Kondensators 17 kann wiederum über den Widerstand 18 entladen werden. Da der Widerstand 18 einen hohen Widerstandswert besitzt, verändert sich die Ladespannung Vb des Kondensators 17 etwas, anders als die Ladespannung Va des oben beschriebenen Glättungskondensators 12. Wenn in der ersten Wicklung 31 wie oben beschrieben wiederum sich magnetische Energie aufgespeichert hat, wird darauffolgend die magnetische Energie der ersten Wicklung 31 in die dritte Wicklung 33 entladen, und die Ladespannung Vb des Kondensators 17 steigt weiter an. Danach wird eine Folge derselben Operationen wie oben beschrieben wiederholt, und wie in 2 veranschaulicht steigt die Ladespannung Vb des Kondensators 17 stufenförmig an. Wenn die Ladespannung Vb des Kondensators 17 die Entladespannung Ve der Funkenstrecke 19 erreicht (beispielsweise in der Größenordnung von 1 kV), fließt die Ladung des Kondensators 17 augenblicklich in die Primärwicklung 21 der Hochspannungsspule 20 über die Funkenstrecke 19, und es werden Hochspannungspulse (beispielsweise in der Größenordnung von einigen 10 kV) der Sekundärwicklung 22 bereitgestellt. Die Hochspannungspulse werden an den anderen Verbindungsanschluß 23 der Hochdruckentladungslampe 13 angelegt, und die Hochdruckentladungslampe 13 kann zu leuchten beginnen. Wenn die Hochdruckentladungslampe 13 nicht auf den ersten Hochspannungsimpuls zu leuchten beginnt, wird die Ladespannung Vb des Kondensators 17 wiederum stufenförmig erhöht. Wenn die Ladespannung Vb des Kondensators 17 die Entladespannung Ve der Funkenstrecke 19 erreicht, wird der zweite Hochspannungspuls an die Hochdruckentladungslampe 13 ange legt. Wenn die Hochdruckentladungslampe 13 nicht auf den zweiten Hochspannungspuls zu leuchten beginnt, sondern bei einem darauffolgenden n-ten Hochspannungspuls zu leuchten beginnt, nachdem die Hochdruckentladungslampe 13 von einer Glimmentladung zu einer Lichtbogenentladung gewechselt hat wie in 2a veranschaulicht, fällt die Ladespannung Va des Glättungskondensators 12 (d.h. die an die Hochdruckentladungslampe 13 angelegte Spannung) augenblicklich infolge des Entladungsstroms der Hochdruckentladungslampe 13. Infolge der Charakteristik der Hochdruckentladungslampe 13 begibt sich die Entladungslampe 13 in einen stabilen Zustand.
Wenn wie oben beschrieben die Hochdruckentladungslampe 13 wie in 2 veranschaulicht zu leuchten beginnt, beträgt die an die Hochdruckentladungslampe 13 angelegte Spannung Va etwa 1/5 (beispielsweise in der Größenordnung von 60 V) der angelegten Spannung ohne Last (beispielsweise in der Größenordnung von 300 V). Aus diesem Grund ist die in der dritten Wicklung 33 erzeugte Spannung in etwa 1/5 so hoch wie die angelegte Spannung ohne Last, und die Ladespannung Vb des Kondensators 17 steigt nicht auf die Entladungsspannung Ve an, bis die Funkenstrecke 19 entladen ist. Da der Entladungswiderstand 18 einen hohen Widerstandswert besitzt (in der Größenordnung von mehreren MΩ) gibt es des weiteren lediglich einen geringen Leistungsverlust.
Nachdem die Hochdruckentladungslampe 13 erleuchtet ist, erfaßt die Leistungssteuerschaltung 50 die angelegte Spannung Va und den Entladungsstrom Ia der Hochdruckentladungslampe 13 und steuert die PWM-Steuerschaltung 6 derart, daß der Hochdruckentladungslampe 13 eine bestimmte Leistung zugeführt wird.
Wie oben beschrieben besitzt das Ansteuerungssystem in Übereinstimmung mit der ersten Ausgestaltung einen einzi gen Transformator 30, welcher Hochspannungspulse erzeugen kann, wenn die Hochdruckentladungslampe 13 gestartet und ihr Leistung zugeführt wird. Daher können die Anzahl von Teilen, die Größe und die Kosten reduziert werden.
3 zeigt einen Teil eines Ansteuerungssystems zum Zünden bzw. Betreiben von einer Hochdruckentladungslampe in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausgestaltung.
Entsprechend 3 ist ein Ende der dritten Wicklung 33 des Transformators 30 mit dem Verbindungspunkt der ersten Wicklung und des Halbleiterschaltelements 5 im Gegensatz zu der ersten Ausgestaltung verbunden, bei welcher ein Ende der dritten Wicklung 33 geerdet ist. Andere Teile des Aufbaus sind dieselben wie jene der ersten oben beschriebenen Ausgestaltung.
In Übereinstimmung mit der zweiten Ausgestaltung beträgt der Wert der Ladespannung Vb des Kondensators 17 die Summe der Spannung, welche an der ersten Wicklung 31 durch die induzierte Spannung der zweiten Wicklung 32 erzeugt wird, wenn das Halbleiterschaltelement 5 sich in dem Zustand AUS befindet (genauer gesagt, der Spannung, welche die Summe dieser erzeugten Spannung und der Spannung Vg des Leistungszufuhreingangsanschlusses 1 ist) und der Spannung, welche von der dritten Wicklung 33 erzeugt wird. Aus diesem Grund kann sogar dann, wenn die dritte Wicklung 33 verwendet wird, welche weniger Windungen als die dritte Wicklung der ersten Ausgestaltung besitzt, eine Ladespannung Vb erzielt werden, welche nahezu gleich der Ladespannung Vb des Kondensators 17 der ersten Ausgestaltung ist. Dementsprechend ist bei der zweiten Ausgestaltung zur Reduzierung der Anzahl von Windungen der dritten Wicklung 33 wie oben beschrieben die Induktivität zwischen der ersten Wicklung 31 und der dritten Wicklung 33 und die Induktivität zwischen der zweiten Wicklung 32 und der dritten Wick lung 33 reduziert, und es kann die Effizienz des Transformators 30 verbessert werden.
4 zeigt einen Teil eines Ansteuerungssystems zum Zünden bzw. Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Entsprechend 4 ist ein Ende der dritten Wicklung 33 des Transformators 30 mit dem Verbindungspunkt der zweiten Wicklung 32 und der Gleichrichterdiode 11 verbunden. Die anderen Teile dieser Ausführungsform sind dieselben wie jene der oben beschriebenen ersten Ausgestaltung.
Wenn in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Hochdruckentladungslampe 13 gestartet wird, ist die Ladespannung Vb des Kondensators 17 gleich der Summe der von der zweiten Wicklung 32 erzeugten Spannung und der von der dritten Wicklung 33 erzeugten Spannung. Aus diesem Grund kann wie bei der zweiten Ausgestaltung bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Anzahl von Windungen der dritten Wicklung 33 auf einen kleineren Wert gesetzt werden als die Anzahl der Windungen der dritten Wicklung 33 der ersten Ausgestaltung. Als Ergebnis kann die Effizienz des Transformators 30 verbessert werden.
5 zeigt einen Teil eines Ansteuerungssystems zum Zünden bzw. Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in Übereinstimmung mit einer dritten Ausgestaltung.
Entsprechend 5 ist ein Ende der dritten Wicklung 33 mit der Kathode der Gleichrichterdiode 11, welche an die zweite Wicklung 32 angeschlossen ist, verbunden. Aus diesem Grunde ist beim Starten der Hochdruckentladungslampe 13 der Wert der Ladespannung Vb des Kondensators 17 gleich der Summe der Ladespannung Va des Glättungskonden sators 12 und der von der dritten Wicklung 33 erzeugten Spannung. Dementsprechend kann wie bei der zweiten Ausgestaltung und der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der dritten Ausgestaltung die Anzahl von Windungen der dritten Wicklung 33 kleiner sein als diejenige der dritten Wicklung 33 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Als Ergebnis kann die Effizienz des Transformators 30 verbessert werden. Entsprechend 5 ist ein Ende der zweiten Wicklung 32 mit dem Verbindungspunkt der ersten Wicklung 31 und des Halbleiterschaltelements 5 verbunden. Der Grund dafür besteht darin, daß, wenn eine von einem Fahrzeug geladene Batterie (beispielsweise eine 12V-Batterie) mit dem Leistungszufuhreingangsanschluß 1 und 2 anstelle der Netz-Wechselstromleistungsquelle 4 und der Diodenbrückenschaltung 3 der ersten Ausgestaltung angeschlossen ist, es keine Möglichkeit gibt, daß der Glättungskondensator 12 nicht unerwünscht geladen wird, sogar wenn die erste Wicklung 31 und die zweite Wicklung 32 verbunden sind.
6 zeigt ein System zum Zünden bzw. Betreiben einer Hochdruckentladungslampe in Übereinstimmung mit einer vierten Ausgestaltung.
Entsprechend 6 ist ein Ende der dritten Wicklung 33 des Transformators 30 mit dem Verbindungspunkt des Kondensators 9 und der Dämpfungsschaltung 70 und der Diode 8 verbunden. Wenn die Hochdruckentladungslampe 13 gestartet wird, ist aus diesem Grund die Ladespannung Vb des Kondensators 17 gleich der Summe der Spannung Vf der Dämpfungsschaltung 70 und der von der dritten Wicklung 33 erzeugten Spannung. Wenn das Verhältnis der Anzahl von Windungen der ersten Wicklung 31 zu der Anzahl von Windungen der zweiten Wicklung 32 1:1 beträgt, ist die Spannung Vf gleich der Summe der Spannung Vg des positiven Leistungszufuhreingangsanschlusses 1 und der Ladespannung Va des Glättungskondensators 12. Dementsprechend kann wie bei der zweiten und dritten Ausgestaltung und der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der vierten Ausgestaltung die Anzahl von Windungen der dritten Wicklung 33 reduziert werden, wodurch die Effizienz des Transformators 30 verbessert wird.
Wenn demgegenüber das Halbleiterschaltelement 5 sich im Zustand EIN befindet, ist die Spannung Vh der Anode der Gleichrichterdiode 15 gleich der Differenz aus der durch den Stromfluß in der ersten Wicklung 31 gebildeten Spannung an der dritten Wicklung 33 und der Spannung Vf der Dämpfungsschaltung 70. Wenn demgegenüber ein Ende der dritten Wicklung 33 wie bei der oben beschriebenen ersten Ausgestaltung geerdet ist, ist die Spannung Vh der Anode der Gleichrichterdiode 15 gleich der Differenz aus der an der dritten Wicklung 33 erzeugten Spannung und der Erdungsspannung. Daher ist in Übereinstimmung mit der vierten Ausgestaltung die Spannung Vh der Anode der Gleichrichterdiode 15 größer als bei der ersten Ausgestaltung. Das bedeutet, daß zusammen mit der Möglichkeit des Reduzierens der Anzahl von Windungen der dritten Wicklung 33 bei der vierten Ausgestaltung wie oben beschrieben die Spannung Vh der Anode der Gleichrichterdiode 15 sogar größer sein kann. Daher ist in Übereinstimmung mit der vierten Ausgestaltung der maximale Wert der an die Gleichrichterdiode 15 angelegten Gegenspannung im Vergleich zu der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausgestaltung und der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kleiner. Als Ergebnis kann zur Reduzierung von Kosten eine Gleichrichterdiode 15 verwendet werden, welche eine vergleichsweise kleinere Sperrspannung besitzt.
Eine Ladessteuerschaltung 60 zum Steuern des Ladung des Kondensators 17 entsprechend der Ladespannung Va des Glättungskondensators 12 ist zwischen dem positiven Anschluß des Gleichrichterkondensators 12 und dem negativen Anschluß des Kondensators 17 angeschlossen. Die Ladesteu erschaltung 60 enthält Spannungsteilerwiderstände 66 und 67, welche die Ladespannung Va des Glättungskondensators 12 (d.h. die an die Hochdruckentladungslampe 13 angelegte Spannung) teilen, einen Komparator 64 zum Vergleichen der abgeteilten Spannung Va'', welche von den Spannungsteilerwiderständen 66 und 67 abgeteilt ist, mit einer Bezugsspannung 65, und einen Transistor, welcher im Ansprechen auf das Ausgangssignal des Komparators 64 geschaltet wird. Die Bezugsspannung 65 wird hierbei auf der Grundlage des Pegels der an die Hochdruckentladungslampe 13 anzulegenden Spannung eingestellt (beispielsweise in der Größenordnung von 300 V), wenn die Hochdruckentladungslampe 13 vor dem Leuchten gestartet wird.
Im folgenden wird der Betrieb der Ladesteuerschaltung 60 beschrieben.
Wenn die Hochdruckentladungslampe 13 gestartet wird, befindet sich, da die abgeteilte Spannung Va'' größer oder gleich der Bezugsspannung 65 ist, der Ausgang des Komparators 64 auf einem hohen Pegel, und der Transistor 62 befindet sich in dem Zustand EIN. Dementsprechend ist eine Ladeschaltung des Kondensators 17 beginnend mit dem Kondensator 17 bis zur Masse über den Widerstand 16 und den Kollektor/Emitter des Transistors 62 gebildet, und der Kondensator 17 wird geladen.
Wenn die Ladespannung Vb des Kondensators 17 die Entladespannung Ve der Funkenstrecke 19 erreicht und die Hochdruckentladungslampe 13 auf den n-ten Hochspannungspuls leuchtet, welcher durch die Entladung der Funkenstrecke 19 gebildet wird, verringert sich die Ladespannung Va des Glättungskondensators 12, der Ausgang des Komparators 64 fällt auf einen niedrigen Pegel, und der Transistor 62 schaltet auf den Zustand AUS. Daher wird die Ladeschaltung des Kondensators 17 abgeschaltet, und die Ladespannung Vb des Kondensators 17 wird auf einen niedrigen Wert gesteuert. Insbesondere wenn der Wert der Maximalspannung an einem Ende der dritten Wicklung 33 Vm beträgt und der Wert der Haltespannung des Kollektor/Emitter-Übergangs des Transistors 62 Vn beträgt, ist die Ladespannung Vb des Kondensators 17 gleich der Differenz aus Vm und Vn (Vb = Vm – Vn). Da diese Ladespannung Vb auf einen wesentlich kleineren Wert im Vergleich zu der Entladungsspannung Ve der Funkenstrecke 19 gesetzt werden kann, sogar wenn die Entladungsspannung Ve infolge der Herabsetzung der Funkenstrecke 19 fällt, kann die Erzeugung von Hochspannungspulsen während der Periode verhindert werden, bei welcher die Hochdruckentladungslampe 13 leuchtet.
Es sollte hier festgestellt werden, daß ein Kondensator 61, welcher paralell mit dem Transistor 62 verbunden ist, eine größere elektrostatische Kapazität als die Parasitärkapazität des Transistors 62 besitzt. Der Kondensator 61 ist entworfen, um ein unerwünschtes Schalten des Transistors 62 durch Glätten des Kollektorstroms des Transistors 62 zu verhindern. Des weiteren ist zum Schutz eine Zenerdiode zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 62 angeschlossen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern sie kann ebenso anderweitig verwendet werden, beispielsweise bei einem Automobil-Fernlichtsystem unter Verwendung einer an dem Fahrzeug angebrachten Leistungsquelle.
Vorstehend wurde ein Ansteuerungssystem zum Zünden bzw. Betreiben von Hochdruckentladungslampen offenbart. Dabei ist ein Halbleiterschaltelement mit der ersten Wicklung eines Trasformators verbunden. Ein Glättungskondensator ist mit der zweiten Wicklung des Transformators über eine Gleichrichterdiode verbunden. Die Ladespannung des Glättungskondensators dient als an eine Hochdruckentladungslampe anzulegende Spannung. Wenn die Hochdruckentladungs lampe leuchtet, dient die zweite Wicklung als Leistungsquelle zum Speisen der Hochdruckentladungslampe mit Leistung. Ein weiterer Kondensator ist mit der dritten Wicklung des Transformators über eine Gleichrichterdiode verbunden. Die Ladespannung des weiteren Kondensators dient als an eine Funkenstrecke anzulegende Spannung. Wenn sich die Funkenstrecke entlädt, wird der Primärwicklung einer Hochspannungsspule ein Hochspannungstartpuls bereitgestellt, wodurch die Hochdruckentladungslampe zum Leuchten bereit gemacht wird. Wenn daher die Hochdruckentladungslampe gestartet wird, dient die dritte Wicklung als Leistungsquelle zum Speisen der Hochdruckentladungslampe mit Startleistung.

Claims

Ansteuerungssystem für eine Hochdruckentladungslampe (13) zum Speisen der Hochdruckentladungslampe (13) mit einer Leistung für die Beleuchtung und einer Leistung zum Starten, wobei das System: einen Transformator (30), welcher eine erste Wicklung (31) als Primärwicklung, eine zweite Wicklung (32) als Sekundärwicklung und eine dritte Wicklung (33) als zusätzliche Sekundärwicklung enthält; eine Steuerschaltung (5–7), welche ein Halbleiterschaltelement (5) zum intermittierenden Anlegen eines Primärstroms an die Primärwicklung (31), zum Regulieren der Ausgangsleistung der Sekundärwicklungen (32, 33) des Transformators (30) durch Steuern des Halbleiterschaltelements (5) enthält; eine Versorgungsschaltung (11, 12, 14) zum Speisen der Hochdruckentladungslampe (13) mit Leistung für die Beleuchtung von der zweiten Wicklung (32), wobei die Versorgungsschaltung eine Gleichrichterdiode (11) aufweist, die an einem Verbindungspunkt an die zweite Wicklung (32) angeschlossen ist, und wobei ein Ende der dritten Wicklung (33) an den Verbindungspunkt zwischen der zweiten Wicklung (32) und der Gleichrichterdiode (11) angeschlossen ist; und eine Startschaltung (15–22, 24) aufweist zum Erzeugen von Hochspannungsstartpulsen durch Aufnehmen einer Leistung von der dritten Wicklung (33) und Speisen der Hochdruckentladungslampe (13) mit den Hochspannungsstartpulsen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (5–7) eine Rückkopplungssteuerschaltung (50) zum Ausgeben von Steuersignalen zum Regulieren der Leistungszufuhr an die Hochdruckentladungslampe (13) bei einem vorbestimmten Leistungspegel; eine Ansteuerungsschaltung (6) zum periodischen und intermittierenden Ansteuern des Halbleiterschaltelements (5) im Ansprechen auf die Steuersignale; und eine Schaltung (40) zum Ausgeben von Steuersignalen aufweist, welche die Ausgangsleistung an der Sekundärseite des Transformators maximiert, wenn die Hochdruckentladungslampe gestartet wird.
System nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Startsteuerschaltung (60) zum Aktivieren der Startschaltung (15–22, 24) lediglich dann, wenn die Hochdruckentladungslampe (13) gestartet wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende einer hohen Spannung der dritten Wicklung (33) zum Speisen der Startschaltung (15–22, 24) mit Leistung geeignet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende einer niederen Spannung der zweiten Wicklung (32) mit dem masseseitigen Anschluß der ersten Wicklung (31) verbunden ist; und das Ende einer hohen Spannung der dritten Wicklung (33) zum Speisen der Startschaltung (15–22, 24) mit Leistung geeignet ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Startschaltung: einen Kondensator (17) zum Laden mit Leistung von der dritten Wicklung (33); eine Funkenstrecke (19) zum Entladen, wenn die Ladespannung des Kondensators (17) eine bestimmte Spannung erreicht; und einen Hochspannungstransformator (20) zum Anlegen von Hochspannungspulsen an die Hochdruckentladungslampe (13) durch Verwendung eines Entladungsstroms von der Funkenstrecke (19) aufweist.
System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Ladesteuerschaltung (50) zum Steuern der Ladesspannung bezüglich des Kondensators (17) auf eine hohe Spannung lediglich dann, wenn die Hochdruckentladungslampe (13) gestartet wird.
Ansteuerungssystem für eine Hochdruckentladungslampe (13) zum Steuern der an die Hochdruckentladungslampe (13) angelegten Leistung, wobei das Ansteuerungssystem: Leistungszufuhreingangsanschlüsse (1, 2), welchen eine Gleichstromleistung zugeführt wird, und Ausgangsanschlüsse (14, 23), an welche die Hochdruckentladungslampe (13) angeschlossen ist; einen Transformator (30), welcher eine erste Wicklung (31) als Primärwicklung, eine zweite Wicklung (32) als Sekundärwicklung und eine dritte Wicklung (33) als zusätzliche Sekundärwicklung enthält, wobei ein geeigneter intermittierender Gleichstrom von den Leistungszufuhreingangsanschlüssen (1, 2) der ersten Wicklung (31) zugeführt wird; eine Steuerschaltung (5–7, 40), welche ein Halbleiterschaltelement (5) zum intermittierenden Speisen der Primärwicklung (31) mit einem Primärstrom von den Leistungszufuhreingangsanschlüssen (1, 2), zum Regulieren einer Ausgangsleistung zu der Sekundärseite des Transformators (30) durch Steuern des Halbleiterschaltelements (5) enthält; eine Versorgungsschaltung (11, 12, 14) zum kontinuierlichen Speisen der Ausgangsanschlüsse (14, 23) mit Leistung zum Betreiben der Hochdruckentladungslampe (13) von der zweiten Wicklung (32), wobei die Versorgungsschaltung (11, 12, 14) eine Gleichrichterdiode (11) aufweist, die an einem Verbindungspunkt an die zweite Wicklung (32) angeschlossen ist, und wobei ein Ende der dritten Wicklung (33) an den Verbindungspunkt zwischen der zweiten Wicklung (32) und der Gleichrichterdiode (11) angeschlossen ist; und eine Startschaltung (15–22, 24) zum Erzeugen von Hochspannungsstartpulsen durch Empfang von Leistung von der dritten Wicklung (33) und Speisen der Ausgangsanschlüsse (14, 23) mit den Hochspannungsstartpulsen aufweist.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsschaltung (11, 12, 14) die Gleichrichterdiode (11) zum Gleichrichten einer von der zweiten Wicklung (32) erzeugten Spannung enthält.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Startschaltung (15–22, 24): einen Kondensator (17), der zum Aufladen mit einer Leistung von der dritten Wicklung (33) geeignet ist; eine Funkenstrecke (19) zum Entladen, wenn die Ladespannung des Kondensators (17) eine bestimmte Spannung erreicht oder überschreitet; und einen Hochspannungstransformator (20) zum Anlegen von Hochspannungspulsen an die Ausgangsanschlüsse (14, 23) durch Verwendung von Entladungsstrom aus der Funkenstrecke (19) aufweist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuerungssystem des weiteren eine Ladesteuerschaltung (50) zum Steuern der Ladespannung bezüglich des Kondensators (17) bei einer hohen Spannung lediglich dann, wenn die Hochdruckentladungslampe (13) gestartet wird, aufweist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung: eine Rückkopplungssteuerschaltung (50) zum Ausgeben von Steuersignalen zum Regulieren einer Speisung der Hochdruckentladungslampe (13) mit Leistung bei einem bestimmten Leistungspegel; eine Ansteuerungsschaltung (6) zum periodischen und intermittierenden Ansteuern des Halbleiterschaltelements (5) entsprechend den Steuersignalen; und eine Schaltung (40) zum Erfassen einer Startzeit der Hochdruckentladungslampe (13) auf der Grundlage der Spannung der Ausgangsanschlüsse (14, 23) und zum Ausgeben von Signalen aufweist, welche die Ausgangsleistung an der Sekundärseite des Transformators (30) maximiert, wenn die Startzeit erfaßt ist.