DE60305576T2

DE60305576T2 - EVG mit Dimmung für Entladungslampe

Info

Publication number: DE60305576T2
Application number: DE60305576T
Authority: DE
Inventors: Norikazu Yawata-shi Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: DE60302198D1; KR100483942B1; EP1370122A3; EP1427264B1; EP1427264A2; CN100482029C; US6788006B2; EP1370122A2; KR20030094010A; CN1462169A; US20030222593A1; DE60305576D1; EP1370122B1; EP1427264A3; DE60302198T2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entladungslampenvorschaltgerät, bei dem die Entladungslampe durch Rechteckwellenspannungen gedimmt wird, beispielsweise ein Entladungslampenvorschaltgerät, das sich zum Dimmen von Entladungslampen mit externer Elektrode eignet, die als Hintergrundlichter für Flüssigkristalldisplays verwendet werden.
Im Hinblick auf Hintergrundlichter in beispielsweise Flüssigkristalldisplays gibt es intensive Forschung über Edelgasentladungslampeneinrichtungen vom Typ mit externer Elektrode, die eine dielektrische Barrierenentladung verwenden. Der zugrunde liegende Grund dafür besteht darin, dass Edelgasentladungslampeneinrichtungen kein Quecksilber verwenden und deshalb nicht mit der reduzierten Lichtleistung behaftet sind, die mit dem Temperaturanstieg von Quecksilber einhergeht. Sie werden auch aus Umweltschutzgründen bevorzugt.
Der Lampenbetrieb unter Verwendung einer dielektrischen Barrierenentladung hängt von einem Effekt ab, bei dem mit der erzeugten Hochspannung eine Gasentladung verursacht wird, wenn die dielektrische Schicht durch Anlegen einer Ansteuerspannung geladen und dann die Ansteuerspannung invertiert wird. Aus diesem Grund wird eine hochfrequente Rechteckwellenspannung als die Ansteuerspannung verwendet. Ein Beispiel für ein Entladungslampenvorschaltgerät, das die Entladungslampe mit einer Rechteckwellenspannung dimmt, ist in JP 2001-267093A offenbart. Wie in 10 gezeigt enthält dieses Entladungslampenvorschaltgerät eine Gleichstromquelle 33, eine Rechteckwellenerzeugungsschaltung 34, eine Dimmersteuerschaltung 35, eine Synchronisationsschaltung 36, einen Impulstransformator 37 und eine Entladungslampe 38 mit einer externen Elektrode.
Die Rechteckwellenerzeugungsschaltung 34 formt die von der Gleichstromquelle 33 gelieferte Gleichspannung zu einem, wie als Wellenform (a) in 11 gezeigt, hochfrequenten Rechteckwellensignal Vp vorbestimmter Frequenz. Die Dimmersteuerschaltung 35 gibt ein Dimmersignal Vdim mit der PWM-Wellenform (b) in 11 aus und liefert es an die Synchronisationsschaltung 36. Aus dem hochfrequenten Rechteckwellensignal Vp extrahiert die Synchronisationsschaltung 36 als ein Ansteuersignal VL eine Burstwellenform entsprechend der EIN-Periode des Dimmersignals Vdim (c) in 11. Auf der Basis des Ansteuersignals VL wird eine Rechteckwellenspannung zum Ansteuern der Lampe, die mit dem Impulstransformator 37 angehoben worden ist, an die Entladungslampe 38 angelegt und lässt die Entladungslampe 38 aufleuchten. Bei dieser Konfiguration erfolgt das Dimmen durch Ändern des Tastverhältnisses des Dimmersignals Vdim.
Die Phasen des Dimmersignals Vdim und des Rechteckwellensignals Vp stimmen jedoch nicht immer überein und aus diesem Grund enthält, wenn die Extraktion des Rechteckwellensignals Vp zur gleichen Zeit einausgeschaltet wird, zu der das Dimmersignal Vdim ein-/ausgeschaltet wird, das extrahierte Ansteuersignal VL manchmal rechteckige Impulse unvollständiger Breiten am Anfang oder am Ende von Sequenzen. Wenn eine dielektrische Barrierenentladung für den Lampenbetrieb verwendet wird und wenn die angelegte Rechteckwelle nicht breit genug ist, dann kann die der dielektrischen Schicht gelieferte Ladungsmenge möglicherweise unzureichend sein, so dass die Entladungslampe 38 kein Licht emittiert. Wenn es zu dieser Nichtemission unter einer Bedingung des Dimmerverhältnisses von 10% oder weniger kommt, bewirkt dies einen flimmernden Eindruck. Um das Flimmern unter einer Bedingung eines hohen Dimmverhältnisses zu unterdrücken, ist es deshalb erforderlich, dass alle in dem Ansteuersignal VL enthaltenen Rechteckimpulse die Wellenform des Rechteckwellensignals Vp aufrechterhalten.
Beispielsweise erfüllt das aus JP 2002-75684A bekannte Vorschaltgerät diese Bedingung. Mit dieser Einrichtung wird das Dimmersignal durch A/D-Umwandlung digitalisiert, und die Anzahl erzeugter Ansteuersignalimpulse wird auf der Basis dieses digitalen Werts gesteuert. Da die Ausgabe der Rechteckwellenform des Ansteuersignals VL digital gesteuert wird, werden keine Rechteckimpulse unvollständiger Breiten ausgegeben. Zum Ändern der Frequenz des Dimmersignals (der Dimmerfrequenz) ist es jedoch bei dieser Einrichtung erforderlich, die ganze Schaltungskonfiguration zu ändern. Deshalb ist praktisch gesehen die Frequenz festgelegt. Wenn Entladungslampen als die Hintergrundlichter für Flüssigkristalldisplays verwendet werden, wird herkömmlicherweise bevorzugt, die Dimmerfrequenz so einzustellen, dass sie der Ansteuerschaltung des Flüssigkristalls entspricht, um die Interferenz von Rauschen mit dem Flüssigkristalldisplay zu verhindern. Deshalb mangelt es der aus JP 2002-75684A bekannten Entladungslampe, bei der die Dimmerfrequenz festgelegt ist, an Vielseitigkeit. Weil sie einen Mikrocomputer verwendet, ist das Vorschaltgerät zudem komplex und deshalb teuer.
Im Gegensatz dazu weist das Vorschaltgerät in JP 2001-267093A eine frei verstellbare Dimmerfrequenz und eine einfache Konfiguration auf und ist preiswert. Zudem beschreibt JP 2001-267093A eine Konfiguration zum Aufrechterhalten einer entsprechenden Wellenform für die Rechteckimpulse des Ansteuersignals VL. Mit diesem Vorschaltgerät wird die zeitliche Steuerung zum Extrahieren des Rechteckwellensignals Vp wie folgt über die in 10 gezeigte Synchronisationsschaltung 36 gesteuert. Zuerst beginnt bei Beginn des Ansteuersignals VL die Extraktion des Rechteckwellensignals Vp mit einem Anstieg des Rechteckwellensignals Vp während der Periode, in der das Dimmersignal Vdim eingeschaltet ist. Am Ende des Ansteuersignals VL wird die Extraktion des Rechteckwellensignals Vp selbst dann bis zum Abfall des Rechteckwellensignals Vp fortgesetzt, wenn das Dimmersignal Vdim abgeschaltet ist. Deshalb werden, wie durch die Wellenform (c) in 11 gezeigt, nur Ansteuersignale VL in den Impulstransformator 37 eingegeben, die aus vollständigen Wellenformen bestehen.
Mit dem Entladungslampenvorschaltgerät in JP 2001-267003A gibt es jedoch die folgenden Probleme: Wenn die Frequenz des Rechteckwellensignals Vp kein ganzzahliges Vielfaches des Dimmersignals Vdim ist, dann kann dies zu dem Problem führen, dass sich die Phasendifferenz zwischen den beiden Wellenformen mit der Zeit ändert. Dies wird unter Bezugnahme auf 12 erläutert.
In 12 veranschaulicht eine Wellenform (a) das Dimmersignal Vdim, und die Wellenformen (b) und (c) veranschaulichen zwei Rechteckwellensignale Vp mit unterschiedlichen Phasendifferenzen bezüglich des Dimmersignals Vdim. Die Wellenformen (d) und (e) zeigen die Ansteuersignale VL, die aus den Rechteckwellensignalen Vp (b) bzw. (c) erzeugt worden sind. Im Fall der Wellenform (b) beginnt die EIN-Periode des Dimmersignals Vdim, während das Rechteckwellensignal Vp eingeschaltet ist. Folglich wird das Ansteuersignal VL nach der nächsten EIN-Taktung des Rechteckwellensignals Vp ausgegeben. Andererseits werden im Fall der Wellenform (c) sowohl das Dimmersignal Vdim als auch das Rechteckwellensignal Vp synchron eingeschaltet. Folglich wird das Ansteuersignal VL zeitgleich mit dem Start der EIN-Periode des Dimmersignals Vdim ausgegeben. Andererseits ist nach dem Beenden der EIN-Periode des Dimmersignals Vdim in beiden Fällen der Wellenformen (b) und (c) die EIN-Periode des Rechteckwellensignals Vp noch nicht abgeschlossen, so dass es als das Ansteuersignal VL bis zum Abfall des Rechteckwellensignals Vp extrahiert wird. Infolgedessen enthält das Ansteuersignal VL (e) in 12 einen Impuls mehr (der schraffierte Impuls in der Figur) als im Fall der Wellenform (d).
Wenn sich die Anzahl der Impulse des Ansteuersignals VL für ein Dimmersignal Vdim mit dem gleichen Tastverhältnis ändert, kann dies dann somit ein Flimmern in der Entladungslampe 38 erzeugen. Insbesondere ist bei hohem Dimmverhältnis und folglich niedrigem Tastverhältnis des Dimmersignals Vdim (die EIN-Periode ist kurz) die Anzahl der in der EIN-Periode des Dimmersignals Vdim enthaltenen Impulse des Ansteuersignals VL niedrig, so dass es in Abhängigkeit davon, ob ein Impuls mehr oder weniger vorliegt, zu einer großen Änderung bei der emittierten Luminanz kommt, und das Ausmaß des Flimmerns wird groß.
Zusätzlich zu diesem Problem treten die folgenden Probleme auf, wenn die aus dem Ansteuersignal VL erzeugte Rechteckwellenwechselspannung mit einem Impulstransformator hochtransformiert wird: Wenn die an den Impulstransformator angelegte Rechteckwellenspannung am Ende des Ansteuersignals VL Null wird, kommt es aufgrund von unkontrollierten Spannungsschwingungen zu einem Überschwingen. Aufgrund dieses Überschwingens wird die Wellenform des Ausgangssignals des Impulstransformators entsprechend dem Ende des Ansteuersignals VL chaotisch, so dass es zu fehlerhaften Entladungen der Entladungslampe kommt, was ein Flimmern verursacht. Durch Optimieren der Erzeugung des Ansteuersignals VL aus dem Rechteckwellensignal Vp kann dieses Problem nicht gelöst werden. Der Effekt davon ist insbesondere für hohe Dimmverhältnisse signifikant.
Angesichts des oben Gesagten besteht deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Entladungslampenvorschaltgeräts, das eine Entladungslampe mit einer Rechteckwellenspannung betreibt, mit dem die Dimmfrequenz frei eingestellt werden kann und das Flimmern bei hohen Dimmverhältnissen unterdrückt werden kann.
Ein Entladungslampenvorschaltgerät gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine Rechteckwellenerzeugungsschaltung, die ein Rechteckwellensignal vorbestimmter Frequenz erzeugt; eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung, in die das Rechteckwellensignal und ein Dimmersignal einer PWM-Wellenform mit einer Frequenz unter der des Rechteckwellensignals eingegeben wird und die als ein Ansteuersignal ein Signal ausgibt, das durch Extrahieren des Rechteckwellensignals über eine Periode erhalten wird, die einer Periode entspricht, in der das Dimmersignal eingeschaltet ist; und einen Impulstransformator, bei dem eine Rechteckwellenspannung auf der Basis des Ansteuersignals an die Primärseite angelegt wird und die Rechteckwellenspannung hochtransformiert und an eine Entladungslampe angelegt wird.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, ist ein Entladungslampenvorschaltgerät gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung mit einer Rechteckwellenrücksetzschaltung versehen, die den Vorgang des Erzeugens des Rechteckwellensignals mit der Rechteckwellenerzeugungsschaltung bei einem Anstieg des Dimmersignals zurücksetzt. Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung extrahiert das Rechteckwellensignal für eine Periode, die damit beginnt, dass das Dimmersignal eingeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, bei dem sowohl das Dimmersignal als auch das Rechteckwellensignal beide ausgeschaltet sind.
Ein Entladungslampenvorschaltgerät gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einer Ausgangsrücksetzschaltung versehen, die eine Impulsspannung in Phase mit der Rechteckwellenwechselspannung unmittelbar nach dem Ende der Rechteckwellenwechselspannung in den Impulstransformator als Reaktion auf die Beendigung der EIN-Periode des Dimmersignals eingibt, wobei die sekundärseitige Ausgabe des Impulstransformators durch Anwenden der Impulsspannung gedämpft wird.
Im Folgenden wird ein Entladungslampenvorschaltgerät mit Dimmen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist Blockschaltbild, das ein Entladungslampenvorschaltgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise der Einrichtung in 1 veranschaulicht.
3A ist eine Vorderansicht einer Entladungslampe vom Typ mit externer Elektrode, die ein Beispiel ist für eine Entladungslampe, auf die das Entladungslampenvorschaltgerät der vorliegenden Erfindung angewendet wird, und 3B ist eine Querschnittsansicht des zentralen Abschnitts der gleichen Lampe.
4 ist eine Schemazeichnung, die zeigt, wie die Entladungslampeneinrichtung von 3 an das Vorschaltgerät angeschlossen ist.
5A ist ein Schaltungsdiagramm, das eine beispielhafte Konfiguration des Rücksetzschaltungsabschnitts des Entladungslampenvorschaltgeräts von 1 zeigt.
5B ist ein Schaltungsdiagramm, das eine weitere beispielhafte Konfiguration des gleichen Rücksetzschaltungsabschnitts zeigt.
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Hauptelemente einer spezifischen Konfiguration des Entladungslampenvorschaltgeräts von 1 zeigt.
7 ist ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise der Schaltung in 6 zeigt.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise der Schaltung in 6 darstellt.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise von Schaltungen in einem Vergleichsbeispiel zu den Schaltungen von 6 zeigt.
10 ist ein Blockschaltbild, das ein herkömmliches Beispiel eines Entladungslampenvorschaltgeräts zeigt.
11 ist ein Wellenformdiagramm, das die Funktionsweise der Einrichtung in 10 zeigt.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das das Problem der Einrichtung in 10 veranschaulicht.
Bei dem Entladungslampenvorschaltgerät gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung setzt die Rechteckwellenrücksetzschaltung den Vorgang des Erzeugens des Rechteckwellensignals bei einem Anstieg des Dimmersignals zurück, und die Ansteuersignalerzeugungsschaltung extrahiert das Rechteckwellensignal für eine Periode, die damit beginnt, dass das Dimmersignal eingeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, bei dem sowohl das Dimmersignal als auch das Rechteckwellensignal ausgeschaltet sind. Folglich wird die Phase des Rechteckwellensignals bezüglich des Starts der EIN-Periode des Dimmersignals immer konstant gemacht. Das Ergebnis davon ist, dass selbst dann, wenn die Frequenz des Rechteckwellensignals kein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Dimmersignals ist, die Wellenzahl des extrahierten Rechteckwellensignals bezüglich eines Dimmersignals mit einem konstanten Tastverhältnis konstant ist, wodurch das Flimmern von der Entladungslampe emittiertem Licht reduziert wird.
Die Rechteckwellenrücksetzschaltung kann so konfiguriert sein, dass die Schwingung der Rechteckwellenerzeugungsschaltung zurückgesetzt wird. Insbesondere kann die Rechteckwellenrücksetzschaltung mit einer ersten Differentialschaltung versehen sein, in die das Dimmersignal eingegeben wird, und einem ersten Schaltkreis, der vom Ausgang der ersten Differentialschaltung angesteuert wird, wobei ein Knoten zwischen einem Kondensator und einem Widerstand, die einen CR-Schwingkreis in der Rechteckwellenerzeugungsschaltung bilden, über den ersten Schaltkreis mit einem Massepotential verbunden ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung legt die Ausgangsrücksetzschaltung eine Impulsspannung, die mit einer Rechteckwellenwechselspannung in Phase ist, unmittelbar nach dem Ende der Rechteckwellenwechselspannung als Reaktion auf das Beenden der EIN-Periode des Dimmersignals an den Impulstransformator an, und ein sekundärseitiger Ausgang des Impulstransformators wird dadurch gedämpft, wodurch Überschwingen unterdrückt wird. Das Ergebnis davon ist, dass das Ausgangssignal des Impulstransformators selbst bei Beendigung des Ansteuersignals VL eine angemessene Wellenform ist, um zu bewirken, dass die Entladungslampe Licht emittiert, und Flimmern wird unterdrückt.
In dieser Konfiguration ist es möglich, weiterhin einen zweiten Schaltkreis bereitzustellen, der zwischen die Ansteuersignalerzeugungsschaltung und den Impulstransformator geschaltet wird und der zwei Schaltelemente aufweist, die als Reaktion auf das Ansteuersignal abwechselnd angesteuert werden. Durch Eingeben der Ausgabe der Schaltelemente in den Impulstransformator wird die Rechteckwellenwechselspannung an den Impulstransformator angelegt, und die Ausgangsrücksetzschaltung liefert ein Ausgangsrücksetzsignal, das vorübergehend das Schaltelement ansteuert, das nicht unmittelbar vor dem Ende der Rechteckwellenwechselspannung angesteuert wurde. Zudem kann die Ausgangsrücksetzschaltung eine zweite Differentialschaltung enthalten, in die das Ansteuersignal eingegeben wird, wobei der Ausgangsrücksetzschaltung das Ausgangssignal der zweiten Differentialschaltung als das Ausgangsrücksetzsignal geliefert wird. Es wird bevorzugt, dass die Impulsbreite des Ausgangsrücksetzsignals nicht größer ist als ein Viertel eines Zyklus der Wellenform des Ansteuersignals.
Bei den oben erwähnten Konfigurationen kann die Rechteckwellenerzeugungsschaltung aus einer Zeitgeberschaltung bestehen. Zudem kann die Entladungslampe eine Entladungslampe vom Typ mit externer Elektrode sein, bei der mindestens eine Elektrode der Entladungslampe an einer äußeren Oberfläche einer Lichtbogenröhre vorgesehen ist. In diesem Fall kann das Entladungsmaterial der Entladungslampe ein inertes Gas enthalten.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher erläutert. 1 ist ein Blockschaltbild, das ein Entladungslampenvorschaltgerät zeigt. 2 zeigt die Wellenformen jedes Teils der Einrichtung in 1.
Eine Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 erzeugt ein hochfrequentes Rechteckwellensignal Vp (siehe eine Wellenform (c) in 2) mit vorbestimmter Frequenz und liefert es an eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2. Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 erzeugt aus dem Rechteckwellensignal Vp ein Ansteuersignal VL (siehe eine Wellenform (d) in 2) und liefert es an einen Schaltkreis 3. Der Schaltkreis 3 legt auf der Basis des Ansteuersignals VL eine Rechteckwellenwechselspannung an die Primärseite eines Impulstransformators 4 an. Die hochtransformierte Spannung auf der Sekundärseite des Impulstransformators 4 wird an eine Entladungslampe 5 angelegt, wodurch die Entladungslampe 5 aufleuchtet.
Eine Dimmersteuerschaltung 6 erzeugt ein Dimmersignal Vdim mit einer PWM-Wellenform (siehe eine Wellenform (a) in 2) und liefert es an die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2, eine Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 und eine Ausgangsrücksetzschaltung B. Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 extrahiert eine Burstwellenform aus dem Rechteckwellensignal Vp entsprechend dem Dimmersignal Vdim und erzeugt das oben erwähnte Ansteuersignal VL. Als Reaktion auf den Anstieg des Dimmersignals Vdim gibt die Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 ein Rechteckwellenrücksetzsignal R1 (wie durch eine Wellenform (b) in 2 gezeigt) an die Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 aus. Die Wellenform (c) in 2 zeigt einen Zustand, in dem das Rechteckwellensignal Vp mit dem Anstieg des Dimmersignals Vdim zurückgesetzt wird und nach einer zeitlichen Verzögerung t wieder zu schwingen beginnt. Als Reaktion auf das Abfallen des Dimmersignals Vdim gibt die Ausgangsrücksetzschaltung 8 ein Ausgangsrücksetzsignal R2 (wie durch eine Wellenform (e) in 2 gezeigt) an den Schaltkreis 3 aus.
Man beachte, dass das Ausgangsrücksetzsignal R2 in der Wellenform (e) von 2 so gezeigt ist, dass es gleichzeitig mit dem Abfall des Dimmersignals Vdim erzeugt wird, doch wird es tatsächlich gleichzeitig mit der Beendigung der an die Primärseite des Impulstransformators 4 als Reaktion auf das Ansteuersignal VL angelegten, in der Zeichnung nicht gezeigten Rechteckwellenspannung erzeugt. Die Beendigung der Rechteckwellenspannung entspricht dem Abschluss des Ansteuersignals VL, und der Abschluss des Ansteuersignals VL entspricht dem Abfallen des Dimmersignals Vdim. Das Ausgangsrücksetzsignal R2 wird deshalb zu einer Zeit erzeugt, die dem Abfallen des Dimmersignals Vdim entspricht.
Zudem braucht die Dimmersteuerschaltung 6 der oben erwähnten Schaltungen nicht intern konfiguriert zu werden, und das Dimmersignal Vdim kann extern angelegt werden.
3 und 4 zeigen eine Entladungslampe mit externer Elektrode, die ein Beispiel ist für eine Entladungslampe 5, für die eine Ausführungsform des Entladungslampenvorschaltgeräts der vorliegenden Erfindung angewendet wird. 3A ist eine Vorderansicht, und 3B ist eine Querschnittsansicht des zentralen Abschnitts. Eine Lichtbogenröhre 9 besteht aus einem zylindrischen Glas, und eine Xenon-Argon-Gasmischung ist darin als ein Entladungsmedium eingeschmolzen. Innerhalb der Lichtbogenröhre 9 angebracht und aus Materialien wie etwa beispielsweise Nickel hergestellt ist eine interne Elektrode 10, die aus der Lichtbogenröhre 9 durch eine Zuleitung 11 elektrisch nach außen geführt ist.
Eine externe Elektrodeneinheit 12, die aus einer flexiblen Phosphorbronzeplatte hergestellt sein kann, ist so angebracht, dass sie die Lichtbogenröhre 9 über den Umfang hinweg teilweise bedeckt. Eine Zuleitung 13 ist aus der externen Elektrodeneinheit 12 herausgeführt. Ein dielektrisches Glied 14 ist zwischen der Lichtbogenröhre 9 und der externen Elektrodeneinheit 12 angeordnet und bedeckt etwa die Hälfte des Umfangs der Lichtbogenröhre 9. Das dielektrische Glied 14 wird von der externen Elektrodeneinheit 12 gegen die Außenwand der Lichtbogenröhre 9 gedrückt. Die Zahl 15 bezeichnet die auf der Innenwandoberfläche der Lichtbogenröhre 9 vorgesehene Leuchtstoffschicht.
Die die externe Elektrodeneinheit 12 bildende Phosphorbronzeplatte weist mehrere Umfangstrennuten 12a auf, um mit mehreren in der Röhrenachsenrichtung getrennten externen Elektroden 12b versehen zu werden. Da die mehreren externen Elektroden 12b in der Röhrenachsenrichtung durch ein Paar Verknüpfungsabschnitte 12c verknüpft sind, wird außerdem die Integrität der externen Elektrodeneinheit 12 aufrechterhalten. Jede der externen Elektroden 12b weist einen benachbarten Abschnitt 12d auf, der mit der Außenwandoberfläche der Lichtbogenröhre 9 zusammenhängt, wodurch eine im Querschnitt konkav/konvexe Form gebildet wird. Die Verknüpfungsabschnitte 12c verbinden die externen Elektroden 12 eines anderen Abschnitts als dem benachbarten Abschnitt 12d elektrisch.
Gemäß dieser Konfiguration fungiert die externe Elektrodeneinheit 12 als eine externe Elektrode durch das dielektrische Glied 14, und zwar nur an den zusammenhängenden Abschnitten 12d, die an mehreren Stellen entlang der Achse der Röhre intermittierend angeordnet sind.
4 ist eine Schemazeichnung, die die Entladungslampeneinrichtung der obigen Konfiguration mit einer angeschlossenen Vorschaltgeräteschaltung 16 zeigt. Eine hochfrequente Rechteckwellenspannung wird zwischen der internen Elektrode 10 und der externen Elektrodeneinheit 12 von der Vorschaltgeräteschaltung 16 aus angelegt. Deshalb wird eine hochfrequente Spannung durch das Glas der Lichtbogenröhre 9, das ein Dielektrikum darstellt, an die Xenon-Argon-Gasmischung in der Lichtbogenröhre 9 angelegt, und es kommt zu einer Entladung. Das Xenon-Argon-Gasgemisch wird durch diese Entladung ionisiert und erregt und emittiert Ultraviolettlicht, das auf die Leuchtstoffschicht 15 abstrahlt, wodurch sichtbares Licht erzeugt wird.
Die Arbeitsweise des Entladungslampenvorschaltgeräts in 1 wird unter Bezugnahme auf das Wellenformdiagramm von 2 erläutert. Beim Anstieg des Dimmersignals Vdim wird die Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 durch ein von einer Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 ausgegebenes Rechteckwellenrücksetzsignal R1 zurückgesetzt. Deshalb fängt, wie durch die Wellenform (c) in 2 gezeigt, das Rechteckwellensignal Vp nach einer Zeit t nach dem Anstieg des Dimmersignals Vdim wieder an zu schwingen. Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 extrahiert einen Abschnitt des Rechteckwellensignals Vp auf der Basis des Dimmersignals Vdim und arbeitet wie folgt, um es als ein Ansteuersignal VL auszugeben.
Die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 beginnt mit dem Extrahieren des Rechteckwellensignals Vp zu dem Zeitpunkt, wenn das Dimmersignal Vdim eingeschaltet wird. Und zu dem Zeitpunkt, wenn sowohl das Dimmersignal Vdim als auch das Rechteckwellensignal Vp ausgeschaltet worden sind, endet die Extraktion des Rechteckwellensignals. Die Wellenform (d) in 2 zeigt das auf diese Weise ausgebildete Ansteuersignal VL und seine Beziehung zum Dimmersignal Vdim und zum Rechteckwellensignal Vp. Der Start des Ansteuersignals VL fällt mit dem Zeitpunkt zusammen, wenn das Rechteckwellensignal Vp, das durch den Anstieg des Dimmersignals Vdim zurückgesetzt worden ist, wieder zu schwingen beginnt. Wenn das Rechteckwellensignal Vp beim Abfallen des Dimmersignals Vdim ausgeschaltet ist, wird das Ansteuersignal VL zu diesem Zeitpunkt vollendet. Wenn das Rechteckwellensignal Vp beim Abfallen des Dimmersignals Vdim eingeschaltet ist, fällt die Vollendung des Ansteuersignals VL mit dem Zeitpunkt des Abschaltens des Rechteckwellensignals Vp zusammen. Deshalb wird die letzte Rechteckwelle nicht in der Mitte durchgeschnitten.
Da das Ansteuersignal VL wie oben beschrieben ausgebildet wird, kann die Dimmerfrequenz frei eingestellt werden, ohne dass die Extraktion des Rechteckwellensignals Vp mittendurch eine Ein-Wellenform beginnt und ohne dass sie mittendurch eine Ein-Wellenform endet. Dies unterdrückt deshalb das Flimmern der Entladungslampe, das durch unvollständige Wellenformen des Ansteuersignals VL verursacht wird. Während das Rechteckwellensignal Vp zu Beginn der Periode zurückgesetzt wird, in der das Dimmersignal Vdim eingeschaltet ist, ist auch die Phase des Rechteckwellensignals Vp bezüglich des Beginns der Periode konstant, in der das Dimmersignal Vdim eingeschaltet ist. Selbst wenn die Frequenz des Rechteckwellensignals Vp kein ganzzahliges Vielfaches des Dimmersignale Vdim ist, ist deshalb die Wellenzahl des extrahierten Rechteckwellensignals Vp für Dimmersignals Vdim mit einem konstanten Tastverhältnis konstant. Es gibt deshalb keine Fluktuation bei der Wellenzahl des Ansteuersignals VL, und das Flimmern von emittiertem Licht von der Entladungslampe wird eliminiert.
Hinsichtlich der Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 und der Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 in dem in 1 gezeigten Entladungslampenvorschaltgerät wird eine erste spezifische beispielhafte Konfiguration in 5A gezeigt. 5A ist eine beispielhafte Konfiguration, in der die Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1a unter Verwendung einer Zeitgeberschaltung 17 aufgebaut wird. Das Rechteckwellensignal Vp wird auf der Basis des Betriebs eines CR-Schwingkreises und der Zeitgeberschaltung 17 entsprechend einem variablen Widerstand 18 und einem Kondensator 19 ausgegeben. Der CR-Schwingkreis ist definiert als ein Schwingkreis, bei dem eine Frequenz durch einen Kondensator und einen Widerstand bestimmt wird. Die Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 besteht aus einer Differentialschaltung 20 und einem Schaltelement 21. Das Dimmersignal Vdim wird in die Differentialschaltung 20 eingegeben, und das Schaltelement 21 wird von dem Ausgang von der Differentialschaltung 20 angesteuert. Der Knoten zwischen dem variablen Widerstand 18 und dem Kondensator 19, die den CR-Schwingkreisabschnitt darstellen, ist über das Schaltelement 21 geerdet. Die Ausgabe, die durch das Differenzieren des Anstiegs des Dimmersignals Vdim mit der Differentialschaltung 20 erhalten wird, bewirkt, dass das Schaltelement 21 vorübergehend leitet und der Knoten zwischen dem variablen Widerstand 18 und dem Kondensator 19 mit dem Massepotential verbunden ist. Dies bewirkt, dass der Kondensator 19 seine elektrische Ladung abführt und der CR-Schwingkreis zurückgesetzt wird, wobei das Ergebnis darin besteht, dass die Ausgabe des Rechteckwellensignals Vp zurückgesetzt wird.
Eine zweite beispielhafte Konfiguration der Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 ist in 5B gezeigt. 5B ist eine beispielhafte Konfiguration unter Verwendung eines asthabilen Multivibrators für die Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1b. Die Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 ist die gleiche wie die in der Konfiguration von 5A. Der Knoten zwischen einem variablen Widerstand 22 und einem Kondensator 23, die einen CR-Schwingkreis in dem asthabilen Multivibrator bilden, ist über das Schaltelement 21, das die Differentialschaltung 20 bildet, geerdet. Wie in der in 5A gezeigten Konfiguration wird das Schaltelement 21 als Reaktion auf den Anstieg des Dimmersignals Vdim leitend, und die Arbeit des CR-Schwingkreises wird zurückgesetzt, was zu einem Zurücksetzen der Ausgabe des Rechteckwellensignals Vp führt.
Der Effekt der obigen Konfigurationen, kann ungeachtet dessen erhalten werden, ob der in der Rechteckwellenerzeugungsschaltung 1 enthaltene Schwingkreis vom selbsterregten Typ oder ein extern erregter Typ ist. Im Hinblick auf das Kompensieren von Instabilität bei Beginn der Schwingung ist jedoch ein selbsterregter Typ in der obigen Konfiguration effektiver.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Ausgangsrücksetzschaltung 8 erläutert. Wie oben festgestellt gibt die Ausgangsrücksetzschaltung 8 ein Ausgangsrücksetzsignal R2 als Reaktion auf das Abfallen eines Dimmersignals Vdim an den Schaltkreis 3 aus. Dieser fungiert dahingehend, dass er das Überschwingen unterdrückt, das durch ungeregelte Spannungsresonanz verursacht wird, die unmittelbar nach der Vollendung des Ansteuersignals VL auftritt, wenn ein Impulstransformator 4 veranlasst wird, als Reaktion auf das Ansteuersignal VL über den Schaltkreis 3 zu arbeiten. Zur Erläuterung dieser Arbeitsweise wird zuerst unter Bezugnahme auf 6 ein spezifisches Schaltungskonfigurationsbeispiel der Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2, des Schaltkreises 3 und der Ausgangsrücksetzschaltung 8 erläutert.
In 6 sind die Hauptelemente, die die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 darstellen, eine Flipflopschaltung 24, eine NAND-Schaltung 25 und eine OR-Schaltung 26. Die Hauptelemente, die den Schaltkreis 3 darstellen, sind NPN-Transistoren 27 und 28 und FETs 29 und 30. Die Hauptelemente, die die Ausgangsrücksetzschaltung 8 darstellen, sind ein NPN-Transistor 31 und eine Differentialschaltung 32. Die Wellenformen dieser Einheiten sind in 7 gezeigt.
Das Dimmersignal Vdim (a) wird in den Datenanschluss der Flipflopschaltung 24 eingegeben, und das Rechteckwellensignal Vp (b) wird am Taktimpulsanschluss eingegeben. Der nichtinvertierte Ausgang der Flipflopschaltung 24 ist durch eine Wellenform (c) in 7 gezeigt, und der invertierte Ausgang ist durch eine Wellenform (d) in 7 gezeigt. Der nichtinvertierte und der invertierte Ausgang der Flipflopschaltung 24 werden jeweils einer Eingangsseite einer NAND-Schaltung 25 und einer Seite einer OR-Schaltung zugeführt. Das Rechteckwellensignal VP wird an anderen Seiten der NAND-Schaltung 25 und der OR-Schaltung 26 eingegeben.
Die NAND-Schaltung 25 bzw. die OR-Schaltung 26 geben ein Ansteuersignal VL1 und ein Ansteuersignal VL2 aus, wie durch Wellenformen (e) und (f) in 7 gezeigt. Es sei angemerkt, dass, weil die NPN-Transistoren 27 und 28 als Schalter zum Ansteuern der FETs 29 und 30 verwendet werden, die Polarität der Ansteuersignale VL1 und VL2 für das Rechteckwellensignal Vp (b) in 7 umgekehrt ist. Die Ansteuersignale VL1 und VL2 werden jeweils an die Basen der NPN-Transistoren 27 und 28 angelegt, und die FETs 29 und 30 werden durch diese Schaltoperation abwechselnd angesteuert. Das Ergebnis ist, dass die in 7 gezeigte Rechteckwellenwechselspannung (h) an die Primärseite des Impulstransformators 4 angelegt wird.
Das invertierte Ausgangssignal der Flipflopschaltung 24 wird an die Ausgangsrücksetzschaltung 8 angelegt und wird nach dem Durchtritt durch die Differentialschaltung 32 an den NPN-Transistor 31 angelegt. Deshalb wird ein impulsförmiges Ausgangsrücksetzsignal R2 wie das als Wellenform (g) in 7 gezeigte von der Ausgangsrücksetzschaltung 8 an den NPN-Transistor 27 angelegt. Da der Anstieg des invertierten Ausgangssignals der Flipflopschaltung 24 der Beendigung des Ansteuersignals VL2 entspricht, wird der FET 29 zum Zeitpunkt der Beendigung der Rechteckwellenwechselspannung (h) in 7 vorübergehend zur gleichen Zeit eingeschaltet, wie der FET 30 ausgeschaltet wurde. Deshalb wird unmittelbar nach der Beendigung der Rechteckwellenwechselspannung eine impulsförmige Rücksetzspannung (der Zweckmäßigkeit halber als "R2" angegeben) an die Primärseite des Impulstransformators angelegt. Dies setzt den Sekundärausgang des Impulstransformators zurück. Diese Operation wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 erläutert.
Die Ausgangswellenform des Impulstransformators 4 auf der Sekundärseite ist durch (a) in 8 gezeigt. Eine Wellenform (b) zeigt eine Ansteuerspannung des FET 29, eine Wellenform (c) eine Ansteuerspannung des FET 30 und eine Wellenform (d) das Dimmersignal Vdim. Das Ausgangsrücksetzsignal R2 wird nach der Rechteckwellenform der Ansteuerspannung des FET 29 angehängt. Die Wellenformen (a) bis (d) in 9 entsprechen denen in B. mit Ausnahme der Hinzufügung des Ausgangsrücksetzsignals R2.
Die Sekundärseite des Impulstransformators 4 befindet sich in einem geladenen Zustand, wenn die Ansteuerspannung (c) des FET 30 als Reaktion auf die Beendigung des Dimmersignals Vdim (d) ansteigt, und die Ladung wird durch Abschalten des FET 30 umgekehrt. Deshalb wird im Fall von 9 eine Überschwingung mit der durch (a) in 9 gezeigten Wellenform des sekundärseitigen Ausgangs des Impulstransformators erzeugt. Im Gegensatz dazu wird im Fall von 8 aufgrund des Vorliegens des Ausgangsrücksetzsignals R2 der FET 29 zum gleichen Zeitpunkt, zu dem der FET 30 abgeschaltet wird, vorübergehend eingeschaltet, und eine Ladung wird abgeführt, und deshalb wird der sekundärseitige Ausgang des Impulstransformators zurückgesetzt. Deshalb wird wie durch (a) in 8 gezeigt das Überschwingen unterdrückt. Der Ausdruck "zurücksetzen" bedeutet hier nicht unbedingt, dass die Ladung sofort 100%ig abgeführt wird und dass der sekundärseitige Ausgang des Impulstransformators einen vollständigen Nullspannungszustand erreicht. Hauptsächlich bedeutet er eher, dass die Ladung in einer kurzen Zeitperiode ausreichend abgeführt wird und die Ausgabe des Impulstransformators auf einen Pegel gedämpft wird, der eine Wellenform erreicht, bei der bei der Hinterflanke der Ausgabe des Impulstransformators keine fehlerhaften Entladungen auftreten.
Die Zeitdauer, während der der FET 29 eingeschaltet ist, das heißt die Breite des Ausgangsrücksetzsignals R2, variiert in Abhängigkeit von solchen Faktoren wie etwa Lampenkapazität, Transformatorübersetzungsverhältnis und Widerstandswert, doch wird bevorzugt, dass sie höchstens gleich einem Viertel der Wellenform eines Zyklus des Ansteuersignals VL ist, weil sich eine Ladung umgekehrter Polarität aufbaut, wenn sie zu lang ist. Es gibt keine besondere Untergrenze, da ein adäquater Effekt selbst bei kurzen Werten erreicht werden kann, um jedoch einen Effekt zu erreichen, der ausreicht, um die Ladung freizugeben, ist ein Wert von mindestens einem Achtel bevorzugt.
Durch Bereitstellen der Ausgangsrücksetzschaltung 8 kann auf diese Weise das Überschwingen, das am sekundärseitigen Ausgang des Impulstransformators 4 aufgrund der Beendigung des Ansteuersignals VL für jeden Zyklus des Dimmersignals Vdim auftreten kann, unterdrückt werden, wodurch ein viel größerer Effekt beim Verhindern des Flimmerns ermöglicht wird. Je nach den Einstellungen verschiedener Bedingungen ist es jedoch selbst ohne Verwendung der Ausgangsrücksetzschaltung 8 möglich, das Flimmern bis auf einen Bereich zu unterdrücken, der hinsichtlich einer praktischen Anwendung keine Probleme darstellt, indem einfach die Erzeugung des Ansteuersignals VL durch die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 und die Rechteckwellenrücksetzschaltung 7 optimiert wird.
Der betriebliche Effekt des Bereitstellens der Ausgangsrücksetzschaltung 8 setzt zusätzlich nicht voraus, dass die Rechteckwelienrücksetzschaltung 7 bereitgestellt wird. Zudem ist es keine wesentliche Voraussetzung, dass die Ansteuersignalerzeugungsschaltung 2 die zeitliche Steuerung vor und nach dem Ansteuersignal VL so steuert, dass keine der Wellenformen in der Mitte durchgeschnitten wird. Selbst wenn zum Erzeugen des Ansteuersignals VL andere Verfahren verwendet werden, unterdrückt die Unterdrückung, die von der Ausgangsrücksetzschaltung 8 für das Überschwingen bereitgestellt wird, das nach der Beendigung jedes Zyklus jeder Rechteckwellenformspannung auftritt, das Flimmern effektiv.
Es sei angemerkt, dass der betriebliche Effekt der Ausgangsrücksetzschaltung 8 besonders effektiv ist, wenn sie so konfiguriert ist, dass die Beendigung des Ansteuersignals VL auf die Beendigung der Ein-Wellenform des Rechteckwellensignals Vp synchronisiert ist. Mit anderen Worten verhindert sie das auftretende Flimmern selbst dann, wenn eine Verhinderung für das Flimmern vorgesehen ist, das auftritt, wenn die Wellenform bei der Beendigung des Ansteuersignals VL nicht fertig ist, wodurch man ein Vorschaltgerät erzielt, bei dem Flimmern mit sehr hoher Genauigkeit unterdrückt wird.
Folgendes ist ein spezifisches Konfigurationsbeispiel für die Signale in einer Konfiguration eines Entladungslampenvorschaltgeräts:
Frequenz des Rechteckwellensignals Vp: 10 bis 50 kHz
Frequenz des Dimmersignals Vdim: 100 bis 300 Hz
Impulstransformatoreingang: 8 bis 15 V
Impulstransformatorausgang: V_p-p = 2,0 kV (±1,0 kV).
Damit die Einrichtung stabil betrieben wird, wird außerdem bevorzugt, dass die Frequenz des Dimmersignals Vdim konstant ist.
Die oben beschriebene Konfiguration eines Vorschaltgeräts kann auf jeden Typ von Entladungslampen angewendet werden, der eine dielektrische Barrierenentladung verwendet. Sie eignet sich jedoch insbesondere für quecksilberfreie Entladungslampen (worunter solche verstanden werden, die als die Hauptemission der Entladungslampe keine Quecksilberlinienspektren aufweisen).
Die Erfindung kann in anderen Formen verkörpert werden, ohne vom Gedanken oder wesentlichen Charakteristiken davon abzuweichen. Die in dieser Anmeldung offenbarten Ausführungsformen sollen in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als beschränkend angesehen werden. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche anstatt durch die vorausgegangene Beschreibung eingegeben, und alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs der Äquivalenz der Ansprüche fallen, sollen darin eingeschlossen sein.

Claims

Entladungslampenvorschaltgerät, das folgendes umfasst: eine Rechteckwellenerzeugungsschaltung, die ein Rechteckwellensignal vorbestimmter Frequenz erzeugt; eine Ansteuersignalerzeugungsschaltung, in die das Rechteckwellensignal und ein Dimmersignal einer PWM-Wellenform mit einer Frequenz unter der des Rechteckwellensignals eingegeben wird und die als ein Ansteuersignal ein Signal ausgibt, das durch Extrahieren des Rechteckwellensignals über eine Periode erhalten wird, die einer Periode entspricht, in der das Dimmersignal eingeschaltet ist; und einen Impulstransformator, bei dem eine Rechteckwellenspannung auf der Basis des Ansteuersignals an die Primärseite angelegt wird und die Rechteckwellenspannung hochtransformiert und an eine Entladungslampe angelegt wird; dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechteckwellenrücksetzschaltung vorgesehen ist, um den Vorgang des Erzeugens des Rechteckwellensignals mit der Rechteckwellenerzeugungsschaltung bei einem Anstieg des Dimmersignals zurückzusetzen, und die Ansteuersignalerzeugungsschaltung das Rechteckwellensignal für eine Periode extrahiert, die damit beginnt, dass das Dimmersignal eingeschaltet wird, bis zu einem Zeitpunkt, bei dem sowohl das Dimmersignal als auch das Rechteckwellensignal beide ausgeschaltet sind.
Entladungslampenvorschaltgerät nach Anspruch 1, wobei die Rechteckwellenrücksetzschaltung so konfiguriert ist, dass sie eine Schwingung der Rechteckwellenerzeugungsschaltung zurücksetzt.
Entladungslampenvorschaltgerät nach Anspruch 2, wobei die Rechteckwellenrücksetzschaltung folgendes umfasst: eine erste Differentialschaltung, in die das Dimmersignal eingegeben wird; und einen ersten Schaltkreis, der vom Ausgang der ersten Differentialschaltung angesteuert wird; wobei ein Knoten zwischen einem Kondensator und einem Widerstand, die einen CR-Schwingkreis in der Rechteckwellenerzeugungsschaltung bilden, über den ersten Schaltkreis mit einem Massepotential verbunden ist.