DE102005037004B4

DE102005037004B4 - Beleuchtungseinrichtung für Beleuchtungslichtquelle

Info

Publication number: DE102005037004B4
Application number: DE102005037004A
Authority: DE
Inventors: Tomoyuki Ichikawa; Tomokazu Suzuki
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2025-08-06
Also published as: GB0516001D0; JP2006049127A; FR2874152B1; US20060028148A1; CN100525575C; US7271544B2; CN1731910A; DE102005037004A1; GB2416936A; GB2416936B; FR2874152A1

Abstract

Einrichtung für eine Beleuchtungslichtquelle, wobei eine DC/DC-Wandlerschaltung (3) des Rücklauftyps vorhanden ist, die einen Transformator (10) und ein Schaltelement (12) aufweist, die eine Eingangsgleichspannung in eine gewünschte Gleichspannung umwandelt,
und eine Steuerschaltung (6), welche die Leistung steuert, die der Beleuchtungslichtquelle zugeführt wird, wobei ein Betrieb in einer Strombegrenzungsbetriebsart durch ein Steuersignal gesteuert wird, das von der Steuerschaltung (6) an das Schaltelement (12) übertragen wird, und die Einrichtung aufweist:
eine Schwankungsgeneratorschaltung (16), welche Schwankungen bei einer Frequenz erzeugt, mit welcher das Schaltelement (12) betrieben wird, durch Änderung der Leistung, die der Beleuchtungslichtquelle zugeführt wird, in Bezug auf einen Soll-Leistungswert, welcher der Leistungssteuerung für die Beleuchtungslichtquelle zugeordnet ist, wobei die Steuerschaltung (6) eine Fehlerverarbeitungseinheit (17) aufweist und einen Steuersignalgenerator (18), der ein Steuersignal für das Schaltelement (12) erzeugt, wobei
die Fehlerverarbeitungseinheit (17) mit einem Bezugssignal als ein Eingangssignal versorgt wird und mit einem Ausgangssignal der Schwankungsgeneratorschaltung (16), gewichtet addiert...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung für ein Beleuchtungslichtquelle, welche eine Gleichspannungswandlervorrichtung (DC/DC-Wandlerschaltung) des Rücklauftyps (Fly-Back-Typ) verwendet.
Aus der Druckschrift DE 199 15 795 A1 ist ebenfalls bereits eine Einrichtung für eine Lichtquelle bekannt, welche aufweist: eine Wandlerschaltung, die einen Transformator und ein Schaltelement aufweist, das eine Eingangsspannung in eine gewünschte Spannung umwandelt, und eine Steuerschaltung, welche die Energie steuert, die der Lichtquelle zugeführt wird, durch Ausgabe eines Steuersignals an das Schaltelement während einer Strombegrenzungsbetriebsart der Wandlerschaltung, wobei die Steuerschaltung aufweist: eine Strombegrenzungssteuereinheit, welche den Betrieb der Wandlerschaltung in der Strombegrenzungsbetriebsart steuert und eine Energiesteuereinheit, welche die Energie steuert, die an die Lichtquelle angelegt wird, auf der Grundlage eines Zustandserfassungssignals.
Aus der Druckschrift DE 103 10 360 A1 ist ebenfalls bereits eine Einrichtung für eine Beleuchtungslichtquelle bekannt mit einer DC-DC-Wandlerschaltung vom Rücklauftyp, die einen Transformator und ein Schaltelement aufweist, sowie eine Schwankungsgeneratorschaltung.
Wenn eine Entladungslampe (HID-Lampe oder dergleichen) oder ein Lichtemitterelement (LED oder dergleichen) für Fahrzeugbeleuchtung verwendet wird, wird im Stand der Technik eine Schaltstromversorgungsschaltung (DC-DC-Wandler; DC Gleichstrom) zum Steuern der Energie der Lichtquelle verwendet. Bei einem Rücklauftyp nach dem Stand der Technik, welcher einen Transformator einsetzt, und ein Halbleiterschaltelement wie einen FET, der an der Primärseite des Transformators angeordnet ist, gibt es drei nachstehend angegebene Betriebsarten:

– Betriebsart mit kontinuierlichem Strom;
– Betriebsart mit Strombegrenzung; und
– Betriebsart mit diskontinuierlichem Strom.

In der Betriebsart mit kontinuierlichem Strom schaltet ein Schaltelement auf die Einschaltposition um, bevor Energie, die sich in einem Transformator angesammelt hat, vollständig an die Sekundärseite abgegeben wurde. Andererseits schaltet in der Strombegrenzungsbetriebsart ein Schaltelement zu dem Zeitpunkt ein, an welchem Energie, die sich in einem Transformator angesammelt hat, vollständig an die Sekundärseite abgegeben wurde. In der Betriebsart mit diskontinuierlichem Strom schaltet ein Schaltelement ein nachdem Ablauf eines bestimmten Zeitraums (eines diskontinuierlichen Zeitraums) seit der Zeit, an welcher Energie, die sich in einem Transformator angesammelt hat, vollständig an die Sekundärseite geliefert wurde.
Zum Betrieb eines Schaltelements bei hohen Frequenzen ist die Strombegrenzungsbetriebsart vorteilhaft in Bezug auf den Schaltungswirkungsgrad, infolge einer Verringerung des Sperrverzögerungsverlusts einer Gleichrichterdiode an der Sekundärseite. Wenn jedoch konstante Energie einer Entladungslampe zugeführt wird, wird die Schaltfrequenz eindeutig festgelegt, und die Harmonischen der Schaltfrequenz üben einen nachteiligen Einfluss (Radiorauschen) auf ein Radiosendeband aus.
Daher wird im Stand der Technik ein Verfahren eingesetzt, absichtlich Schwankungen der Frequenz zu erzeugen, um das Frequenzspektrum zu verbreitern, um so einen zeitlichen Mittelwert des Rauschens zu verringern.
Bei einer Anordnung, welche Schwankungen erzeugt, um eine Schaltfrequenz bei der Steuerung eines Ausgangsstroms oder der Energie zu ändern, die einer Entladungslampe zugeordnet sind (vgl. beispielsweise die japanische Patentveröffentlichung JP 2003-264095 A ), ändert beispielsweise ein Verfahren nach dem Stand der Technik eine Bezugsspannung eines Fehlerverstärkers, der ein Teil einer Steuerschaltung bildet, um eine vorbestimmte Frequenz, oder ändert eine Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers um eine vorbestimmte Frequenz.
Bei den Schaltungskonstruktionen nach dem Stand der Technik entstehen allerdings Probleme in Bezug auf die Schwierigkeit, exakt eine Schwankungsbreite für eine konstruktive Sollenergie einzustellen. Weiterhin ist bei einer komplizierteren Konstruktion ein Kostenanstieg und dergleichen mit der Einstellung verbunden.
Das Radiosendeband ist in das LW-Band, das AM-Band, das KW-Band, das FM-Band und dergleichen unterteilt. Wenn beispielsweise ein Hochfrequenzschaltverfahren eingesetzt werden soll, um eine Verringerung eines Parameters zu erzielen, beispielsweise der Abmessungen einer Schaltungsvorrichtung bei Fahrzeugbeleuchtungseinsätzen, muss die Frequenz auf ein Band eingestellt werden, das sich zwischen dem LW-Band und dem AM-Band befindet (annähernd 300 bis 500 kHz). In diesem Fall kann, es sei denn, die Schwankungsbreite wäre nicht ordnungsgemäß eingestellt, der Rauschpegel nicht ausreichend verringert werden, was Gegenmaßnahmen erforderlich macht, nämlich das zusätzliche Vorsehen eines Rauschfilters, was zu einer Erhöhung der Anzahl an Teilen und der Kosten führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer verbesserten Beleuchtungseinrichtung, die eine DC/DC-Wandlerschaltung des Rücklauftyps aufweist, bei welcher Schwankungen ordnungsgemäß bei einer Schaltfrequenz eingesetzt werden können, um harmonisches Rauschen ausreichend zu unterdrücken.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung stellt eine Beleuchtungseinrichtung für eine Beleuchtungslichtquelle zur Verfügung, welche eine DC-DC-Wandlerschaltung des Rücklauftyps aufweist, die einen Transformator und ein Schaltelement zur Umwandlung einer Eingangsgleichspannung auf eine gewünschte Gleichspannung aufweist, und eine Steuerschaltung zum Steuern der Energie bzw. Leistung die der Beleuchtungslichtquelle zugeführt wird, wobei ein Betrieb in einer Strombegrenzungsbetriebsart durch ein Steuersignal gesteuert wird, das von der Steuerschaltung dem Schaltelement zugeführt wird. Die Beleuchtungseinrichtung weist eine Schwankungsgeneratorschaltung zur Erzeugung von Schwankungen bei einer Frequenz auf, mit welcher das Schaltelement betrieben wird, durch Änderung der Energie, die der Beleuchtungslichtquelle zugeführt wird, unter Bezugnahme auf einen Soll-Energiewert, welcher der Energiesteuerung für die Beleuchtungslichtquelle zugeordnet ist.
Daher können Schwankungen der Schaltfrequenz aufgeprägt werden, und kann die Breite der Schwankungen konstruktiv exakt eingestellt werden, infolge der Betätigung des gelieferten Energiewertes unter der Annahme, dass Schwankungen aufwärts und abwärts zugelassen werden, zentriert um einen Soll-Energiewert, welcher der Energiesteuerung für die Beleuchtungslichtquelle zugeordnet ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Einrichtung für eine Lichtquelle, die eine Wandlerschaltung aufweist, die mit einem Transformator und einen Schaltelement versehen ist, welche eine Eingangsspannung in eine gewünschte Spannung umwandelt, und eine Steuerschaltung, welche die Energie steuert, die der Lichtquelle geliefert wird, durch Ausgabe eines Steuersignals an das Schaltelement während einer Strombegrenzungsbetriebsart der Wandlerschaltung. Die Steuerschaltung weist eine Strombegrenzungssteuereinheit auf, welche den Betriebsablauf der Wandlerschaltung in der Strombegrenzungsbetriebsart steuert, und eine Energiesteuereinheit, welche die der Lichtquelle zugeführte Energie steuert, auf Grundlage eines Zustandserfassungssignals.
Gemäß der Erfindung wird ermöglicht, ordnungsgemäß Schwankungen bei der Schaltfrequenz hervorzurufen, um ausreichend harmonisches Rauschen zu unterdrücken, wodurch wesentlich elektromagnetische Störungen verhindert werden.
Die Steuerschaltung weist eine Fehlerverarbeitungseinheit auf, und einen Steuersignalgenerator zur Erzeugung eines Steuersignals für das Schaltelement. Die Fehlerverarbeitungseinheit wird mit einem Bezugssignal als einem Eingangssignal versorgt, und mit einem Ausgangssignal der Schwankungsgeneratorschaltung, gemultiplext mit einem Energiesteuersignal, berechnet auf Grundlage von Information der erfassten Spannung oder des erfassten Stroms der Beleuchtungslichtquelle als einem anderen Eingangssignal. Auf diese Weise wird ermöglicht, Maßnahmen gegen Rauschen zu ergreifen, ohne eine kompliziertere Schaltungskonstruktion und Steuerung, und/oder eine signifikante Erhöhung der Kosten.
Im Vergleich zu einem Verfahren, bei welchem ein Ausgangssignal einer Schwankungsgeneratorschaltung mit einem Bezugssignal einer Fehlerverarbeitungseinheit gemultiplext wird, ist es möglich, Frequenzschwankungen stabil in Bezug auf verschiedene Faktoren zu steuern, die mit der Herstellung der Fehlerverarbeitungseinheit zusammenhängen, wie variierenden Eigenschaften, Temperaturänderungen und dergleichen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
1 eine beispielhafte, nicht einschränkende Konstruktion gemäß der Erfindung;
2 eine beispielhafte, nicht einschränkende Schaltungskonstruktion eines Hauptabschnitts gemäß der Erfindung;
3 eine beispielhafte, nicht einschränkende Konstruktion einer Schwankungsgeneratorschaltung gemäß der Erfindung; und
4 eine beispielhafte, nicht einschränkende Schaltungskonstruktion einer Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit gemäß der Erfindung.
1 zeigt eine beispielhafte, nicht einschränkende Konstruktion einer Entladungslampen-Beleuchtungseinrichtung 1. Eine DC-DC-Wandlerschaltung 3, die mit einer DC-Stromversorgung 2 verbunden ist, empfängt eine Eingangsgleichspannung von der DC-Stromversorgung 2 zur Umwandlung in eine gewünschte Gleichspannung. Ein DC-DC-Wandler des Rücklauftyps wird als die DC-DC-Wandlerschaltung 3 eingesetzt. Wie nachstehend genauer erläutert wird, wird bei einer Schaltungskonstruktion, die einen Transformator und ein Schaltelement aufweist, das Schaltelement mit einem Steuersignal von einer Steuerschaltung betrieben.
Eine DC-AC-Wandlerschaltung 4 (Wechselrichter) ist dazu vorgesehen, die Ausgangsspannung der DC-DC-Wandlerschaltung 3 in eine Wechselspannung umzuwandeln, und die umgewandelte Wechselspannung einer Beleuchtungslichtquelle 5 zuzuführen (einer Entladungslampe wie beispielsweise einer HID-Lampe). Zum Beispiel, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist, wird in einer Schaltungskonstruktion einer H-Brücke (oder Vollbrücke) eine Anordnung mit vier Halbleiterschaltungen eingesetzt, um zwei Arme auszubilden, und sind Treiberschaltungen vorgesehen, um die Schaltelemente auf dem jeweiligen Arm im Wesentlichen unabhängig voneinander zu betreiben. Die Wechselspannung wird durch komplementäres Steuern von zwei Paaren von Schaltelementen zum Schalten Ein/Aus ausgegeben.
Wenn eine Entladungslampe wie eine Metallhalogenidlampe als die Beleuchtungslichtquelle 5 verwendet wird, ist eine Schaltung (nicht dargestellt) vorgesehen, um ein Hochspannungsimpulssignal (Startimpuls) zu erzeugen, um die Entladungslampe zu zünden. Dieses Hochspannungsimpulssignal wird mit der Wechselspannung gemultiplext, die von der DC/AC-Wandlerschaltung 4 ausgegeben wird, und an die Entladungslampe angelegt. Die DC/AC-Wandlerschaltung 4 wird als ein frei wählbares Bauteil betrachtet (wenn die Beleuchtungslichtquelle 5 mit Gleichstrom betrieben wird, wie dies bei einer LED und dergleichen der Fall ist, wird die DC-AC-Wandlerschaltung 4 nicht benötigt).
Eine Steuerschaltung 6, die dazu vorgesehen ist, die Energie zu steuern, die der Beleuchtungslichtquelle 5 zugeführt wird, weist eine Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit bzw. Strombegrenzungssteuereinheit oder Strombegrenzungsbetriebs-Steuereinheit 7 und eine Energiesteuereinheit bzw. Leistungssteuereinheit 8 auf.
Die Strombegrenzungsbegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit 7 steuert den Betrieb der DC-DC-Wandlerschaltung 3 in der Strombegrenzungsbegrenzungsbetriebsart. Die Energiesteuereinheit 8 wiederum steuert die Energie, die der Beleuchtungslichtquelle 5 zugeführt wird, in Abhängigkeit von einem Zustandserfassungssignal, das der Beleuchtungslichtquelle 5 zugeordnet ist. Zum Beispiel, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist, akquiriert eine Schaltung ein Erfassungssignal, das eine Lampenspannung und einen Lampenstrom oder eine Spannung oder einen Strom anzeigt, welche diesen entsprechen. Die Energiesteuereinheit 8 empfängt das Lampenzustandserfassungssignal (ein Spannungserfassungssignal ”VL” und ein Stromerfassungssignal ”IL”), und überträgt ein Steuersignal (bezeichnet als ”So”) an die DC-DC-Wandlerschaltung 3, um die Ausgangsspannung der DC-DC-Wandlerschaltung 3 zu steuern.
Zur Erzeugung des Signals So nimmt die Energiesteuereinheit 8 Bezug auf ein Ausgangssignal der Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit 7. Das erzeugte Signal So wird einem Schaltelement zugeführt, das einen Teil der DC-DC-Wandlerschaltung 3 bildet, so dass der Betrieb der DC-DC-Wandlerschaltung 3 in der Strombegrenzungsbetriebsart entsprechend der Einschalt/Ausschaltsteuerung des Schaltelements gesteuert wird. Bekannte Schaltsteuerschemata umfassen, zum Beispiel, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist, PWM (Impulsbreitenmodulation) und PFM (Impulsfrequenzmodulation).
2 erläutert ein Beispiel für die Schaltungskonstruktion 9 eines Abschnitts, welcher die DC-DC-Wandlerschaltung 3 enthält, die Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit 7, und eine Energiesteuereinheit 8.
Mit ”Vin” in 2 ist eine Eingangsgleichspannung für die DC-DC-Wandlerschaltung 3 bezeichnet, während ”Vout” eine Ausgangsgleichspannung der DC-DC-Wandlerschaltung 3 bezeichnet.
Ein Kondensator 11 ist an der Primärseite eines Transformators 10 vorgesehen. Ein Vorderende einer Primärwicklung 10p ist an ein Ende des Kondensators 11 angeschlossen, wogegen ein hinteres Ende der Primärwicklung 10p an ein Schaltelement 12 angeschlossen ist. Beim vorliegenden Beispiel wird ein N-Kanal-FET als das Schaltelement 12 eingesetzt. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, und kann jedes geeignete Schaltelement, welches ein Fachmann kennt, eingesetzt werden.
Eine Gleichrichterdiode 13 und ein Glättungskondensator 14 sind an der Sekundärseite des Transformators 10 angeordnet. Das vordere Ende einer Sekundärwicklung 10s ist ein Verbindungspunkt der Primärwicklung 10p mit dem Schaltelement 12 angeschlossen, und das hintere Ende der Sekundärwicklung 10s ist an die Anode der Diode 13 angeschlossen. Weiterhin ist ein Ende des Kondensators 14 an die Kathode der Diode 13 angeschlossen, und wird seine Klemmenspannung an einen Verbraucher (Beleuchtungslichtquelle) als Vout ausgegeben.
Die Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit 7 weist eine Eingangsklemme auf, die an eine Verbindung der Primärwicklung 10p mit dem Schaltelement 12 angeschlossen ist, wobei die Drain-Source-Spannung des FET bei dieser beispielhaften, nicht einschränkenden Ausführungsform erfasst wird. Dann überträgt die Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit 7 ihr Ausgangssignal (ein Rampensignal) an eine Signalgeneratorschaltung.
Die Steuereinheit 8 weist eine Energieverarbeitungseinheit 15 auf, eine Schwankungsgeneratorschaltung 16, eine Fehlerverarbeitungseinheit 17, und eine Steuersignalgeneratoreinheit 18.
Die Energieverarbeitungseinheit 15 weist einen ersten Prozessor 15a auf, einen zweiten Prozessor 15b, und eine Offsetschaltung 15c.
Der erste Prozessor 15a erzeugt einen Ausgangsstrom (bezeichnet mit ”i1”) in Abhängigkeit von dem Spannungserfassungssignal VL, und weist eine Funktionsgeneratorschaltung auf, welche VL empfängt (die Art der Funktion kann frei wählbar sein). Das Ausgangssignal des ersten Prozessors 15a wird über einen Widerstand R1 der Fehlerverarbeitungseinheit 17 zugeführt.
Der zweite Prozessor 15b erzeugt einen Ausgangsstrom (bezeichnet als ”i2”) in Abhängigkeit von dem Stromerfassungssignal IL, und weist eine Funktionsgeneratorschaltung auf, welche IL empfängt (die Art der Funktion kann frei wählbar sein). Das Ausgangssignal des zweiten Prozessors 15b wird über einen Widerstand R2 der Fehlerverarbeitungseinheit 17 zugeführt.
Wie durch das Symbol einer Regelspannungsquelle in 2 dargestellt, schickt die Offsetschaltung 15c eine Bezugsspannung ”Eref” über einen Widerstand R3 zur Fehlerverarbeitungseinheit 17 (vgl. einen Ausgangsstrom ”i3”).
Die Schwankungsgeneratorschaltung 16 ist zu dem Zweck vorgesehen, die Energie zu variieren, welcher der Beleuchtungslichtquelle 5 zugeführt wird, unter Bezugnahme auf einen Soll-Energiewert, auf Grundlage der voranstehend geschilderten Werte i1, i2, i3, um Schwankungen bei der Treiberfrequenz des Schaltelements 12 hervorzurufen. Das Ausgangssignal der Schwankungsgeneratorschaltung 16 wird über einen Widerstand R4 der Fehlerverarbeitungseinheit 17 zugeführt (ein Ausgangsstrom ”i4”).
Die erste Verarbeitungseinheit 15a, die zweite Verarbeitungseinheit 15b, die Offsetschaltung 15c, und die Schwankungsgeneratorschaltung 16 sind parallel angeordnet, und es werden gewichtete Additionen in Abhängigkeit von Gewichtungskoeffizienten durchgeführt, welche durch den jeweiligen Widerstandswert der Widerstände R1 bis R4 bestimmt werden, um Steuersignale der jeweiligen Bauteile (die Gesamtsumme der jeweiligen Ausgangsströme) der Fehlerverarbeitungseinheit 17 zuzuführen. Beim vorliegenden Beispiel wird das Steuersignal einer negativen Eingangsklemme eines Fehlerverstärkers zugeführt, der einen Teil der Fehlerverarbeitungseinheit 17 bildet, und wird eine positive Eingangsklemme des Fehlerverstärkers mit der Bezugsspannung ”Vref” versorgt, die durch das Symbol der geregelten Spannungsquelle repräsentiert wird.
Ein Ausgangssignal der Fehlerverarbeitungseinheit 17 wird dem nachfolgenden Steuersignalgenerator 18 zugeführt, der das Steuersignal So erzeugt. Zum Beispiel, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist, weist bei dem PWM-Schema der Steuersignalgenerator 18 einen PWM-Komparator auf, und wird ein Fehlersignal von der Fehlerverarbeitungseinheit 17 einer positiven Eingangsklemme des Komparators zugeführt. Der PWM-Komparator wird mit dem Ausgangssignal der Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit 7 an seiner negativen Eingangsklemme versorgt, und der PWM-Komparator erzeugt ein Ausgangssignal, welches ein Tastverhältnis aufweist, das sich in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen den beiden Signalen ändert. Das Ausgangssignal wird dem Schaltelement 12 zugeführt.
Bei dem PFM-Schema wird ein Ausgangssignal, dessen Frequenz sich in Abhängigkeit von einem Fehlersignal von der Fehlerverarbeitungseinheit 17 ändert, erzeugt und dem Schaltelement 12 zugeführt.
3 erläutert ein Beispiel für die Konstruktion der Schwankungsgeneratorschaltung 16. Ein Operationsverstärker 19 empfängt an seiner nicht-invertierenden Eingangsklemme eine Stromversorgungsspannung (Vcc) von einer Stromversorgungsleitung 20, oder eine Spannung, die durch Teilen einer Bezugsspannung durch Reihenwiderstände 21, 22 erzeugt wird. Der Operationsverstärker 19 weist eine invertierende Eingangsklemme auf, die über einen Kondensator 23 an Masse gelegt ist.
Widerstände 24, 25 sind an einer Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 19 angeschlossen. Die Ausgangsklemme ist mit einer nicht-invertierenden Eingangsklemme eines nachfolgenden Operationsverstärkers 26 und über den Widerstand 24 an einen Kondensator 23 angeschlossen. Der Operationsverstärker 26 bildet ein Teil eines Spannungspuffers, wobei seine invertierende Eingangsklemme mit seiner Ausgangsklemme und dem Widerstand R4 verbunden ist.
Der Widerstand 25 andererseits ist an eine Basis eines NPN-Transistors 27 angeschlossen, dessen Emitter an Masse liegt. Der Transistor 27 weist einen Kollektor auf, der an die Stromversorgungsschaltung 20 über einen Widerstand 28 angeschlossen ist, und auch mit der Basis eines NPN-Transistors 29 verbunden ist, dessen Emitter an Masse liegt.
Weiterhin weist der NPN-Transistor 29 einen Kollektor auf, der über einen Widerstand 30 an die nicht-invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers 19 angeschlossen ist.
Ein Hysteresekomparator umfasst den Operationsverstärker 19 und die Transistoren 27, 29, und es wird dadurch ein Oszillator ausgebildet, dass ein Rückkopplungswiderstand 24 und ein Kondensator 23 dem Hysteresekomparator hinzugefügt werden. Wenn eine Obergrenzenschwelle und eine Untergrenzenschwelle, die dem Hysteresekomparator zugeordnet sind, mit ”V+” bzw. ”V–” bezeichnet sind, taucht eine Klemmenspannung über dem Kondensator 23 als ein schwankendes Signal auf, das sich im Wesentlichen kontinuierlich zwischen V+ und V– ändert, bei einer bestimmten Frequenz (beispielsweise einigen zehn bis einigen 100 Hertz). Dann wird dieses Signal von dem Widerstand R4 der Fehlerverarbeitungseinheit 17 über einen Spannungspuffer zugeführt.
Wie in 2 gezeigt, wird das schwankende Signal mit dem Ausgangsstrom der Energieverarbeitungseinheit 15 gemultiplext, in Abhängigkeit von dem Widerstandswert des Widerstands R4, um die Soll-Versorgungsenergie zu ändern. Anders ausgedrückt, kann die Schwankungsbreite durch Einstellen des Widerstands geändert werden. So führt beispielsweise, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist, ein kleinerer Widerstandswert des Widerstands R4 dazu, dass das Schwankungssignal einen stärkeren Einfluss, und einen größeren Anteil in dem Energieberechnungsergebnis einnimmt.
4 zeigt eine beispielhafte, nicht-einschränkende Schaltungskonstruktion der Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit 7, die eine Strombegrenzungsdetektorschaltung 31 und eine Rampensignalgeneratorschaltung 32 aufweist.
Mit ”V_DS” in 4 ist die Drain-Source-Spannung des FET bezeichnet, der als das Schaltelement 12 verwendet wird, und diese wird einer Basis eines NPN-Transistors 36 über einen Kondensator 33 und einen Widerstand 34 zugeführt, die in Reihe in der Strombegrenzungsdetektorschaltung 31 geschaltet sind.
Zwei Dioden 37, 38 bilden eine Begrenzerschaltung, wobei bei der Diode 37 die Kathode an eine Stromversorgungsleitung 39 bei einer bestimmten Spannung angeschlossen ist, und die Anode mit der Verbindung des Widerstands 34 mit dem Widerstand 35 verbunden ist. Bei der Diode 38 ist die Kathode an die Anode der Diode 37 angeschlossen, und liegt die Anode an Masse.
Der NPN-Transistor 36, dessen Emitter an Masse liegt, ist mit seiner Basis an die Stromversorgungsleitung 39 über die Widerstände 35, 40 angeschlossen. Der Transistor 36 weist einen Kollektor auf, der über einen Widerstand an die Stromversorgungsleitung 39 angeschlossen ist, und an die Basis eines folgenden NPN-Transistors 42 angeschlossen ist.
Eine Rampensignalgeneratorschaltung 32 weist eine geregelte Stromquelle 43 auf, einen Kondensator 44, einen Operationsverstärker 45, und Transistoren 46, 47.
Bei dem Kondensator 44 ist ein Ende an den Kollektor des Transistors 42 über einen Widerstand 48 angeschlossen, und ist mit der geregelten Stromquelle 43 verbunden. Ist der Transistor 42 ausgeschaltet, so wird der Kondensator 44 durch die geregelte Stromquelle 43 aufgeladen.
Der Operationsverstärker 45 wird mit einer Klemmenspannung über dem Kondensator 44 an seiner invertierenden Eingangsklemme versorgt, und mit einer Bezugsspannung, die durch Widerstände 49, 50 heruntergeteilt wird, an seiner nicht-invertierenden Eingangsklemme. Ein Widerstand 51 ist ein Rückkopplungswiderstand, der an die nicht-invertierende Eingangsklemme und die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 45 angeschlossen ist.
Der Transistor 46, dessen Emitter an Masse liegt, weist eine Basis auf, die über einen Widerstand 52 an die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 45 angeschlossen ist, und einen Kollektor, der über einen Widerstand 53 an die Stromversorgungsleitung 39 angeschlossen ist.
Bei dem folgenden Transistor 47 ist die Basis mit dem Kollektor des Transistors 46 verbunden, und ist der Kollektor über einen Widerstand 54 mit der nicht-invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers 45 verbunden.
Bei der voranstehend geschilderten Konstruktion wird die Flanke von V_DS, die dem Schalttransistor 12 zugeordnet ist, unter Verwendung des Kondensators 33 erfasst, und werden die Transistoren 36, 42 so gesteuert, dass sie in Reaktion auf das Ergebnis der Erfassung ein- oder ausgeschaltet werden. Im Einzelnen beginnt V_DS zu dem Zeitpunkt zu schwingen, an welchem ein entladener Sekundärstrom von dem Transistor 10 unterbrochen wird. Wenn die Flanke beim Übergang ins Negative erfasst wird, wird der Transistor 36 zeitweilig in die Ausschaltposition umgeschaltet, was dazu führt, dass der Transistor 42 in die Einschaltposition umgeschaltet wird.
Ein Hysteresekomparator weist den Operationsverstärker 45 und Transistoren 46, 47 auf, und es wird dadurch ein Oszillator ausgebildet, dass dem Hysteresekomparator der Rückkopplungswiderstand 51 und der Kondensator 44 zugefügt werden. Ein Rampensignal ”Vramp”, das von dem Kondensator 44 abgezogen wird, wird dem Steuersignalgenerator 18 zugeführt. Wenn der Transistor 42 zeitweilig einschaltet, nach Erfassung der Flanke, wird der Kondensator 44 entladen, so dass der Pegel von Vramp abnimmt. Daraufhin nimmt, von dem Zeitpunkt an, an welchem der Transistor 42 auf Aus umschaltet, der Pegel von Vramp zu. Die voranstehenden Operationen werden wiederholt.
Als Ergebnis des Vergleichs des Pegels von Vramp, erzeugt durch die Strombegrenzungsbetriebsart-Steuereinheit 7, mit dem Pegel des Ausgangssignals der Fehlerverarbeitungseinheit 17, wird das Steuersignal So erzeugt, um den Betrieb des Schaltelements 12 zu steuern, wodurch der DC-DC-Wandlerschaltung 3 ermöglicht wird, den Betrieb in der Strombegrenzungsbetriebsart auszuführen.
Speziell wird der folgende Zyklus erreicht. Der Transformator 10 speichert die Energie, während das Schaltelement 12 eingeschaltet ist, wogegen die Energie bei der Sekundärwicklung 10s abgegeben wird, während das Schaltelement 12 ausgeschaltet ist. Dann wird von dem Zeitpunkt an, an welchem die Energie vollständig abgegeben wurde, das Schaltelement 12 wieder auf Ein umgeschaltet.
Der Zeitraum, über welchen der Primärstrom in dem Transformator 10 fließt, ist mit der Ausgangsenergie korreliert, so dass eine Änderung der Ausgangsspannung zu einer Änderung des Zeitraums führt, über welchen der Primärstrom fließt, was zu Schwankungen der Schaltfrequenz führt. Anders ausgedrückt, wird eine solche Beziehung eingestellt, dass die Schaltfrequenz niedriger (höher) wird, wenn die Ausgangsenergie zunimmt (abnimmt), in Bezug auf ihren Sollwert oder Mittelwert.
Zur Änderung der Ausgangsenergie wird bei der Konstruktion von 2 die Fehlerverarbeitungseinheit 17 eingesetzt, deren eines Eingangssignal das Ausgangssignal (i4) der Schwankungsgeneratorschaltung 16 ist, gemultiplext mit dem Energiesteuersignal (i1 bis i3), das berechnet auf Grundlage von Information bezüglich der erfassten Spannung oder des erfassten Stroms, die der Beleuchtungslichtquelle zugeordnet sind. Anders ausgedrückt wird, wenn die Schwankungssignalform zunimmt (abnimmt) in Bezug auf die Spannung, der Soll-Energiewert, welcher der Beleuchtungslichtquelle zugeführt wird, erhöht (verringert), wodurch ein Zeitraum verlängert (verkürzt) wird, über welchen der Primärstrom in dem Transformator 10 fließt, mit dem Ergebnis, dass das Schaltelement bei einer niedrigeren (höheren) Frequenz betrieben wird.
Bei der voranstehend geschilderten Konstruktion können beim Steuern der Energie für die Beleuchtungslichtquelle Schwankungen der Schaltfrequenz aufgeprägt werden, infolge der Änderung der zugeführten Energie in Bezug auf ihren Soll-Energiewert (beispielsweise, wobei dies nicht einschränkend zu verstehen ist, sollte das Ausmaß der Änderung etwa 5% bis 30% des Nennenergiewertes betragen, so dass eine Änderung der Lichtmenge vom Auge nicht festgestellt wird). Es ist möglich, Maßnahmen gegen Rauschen mit einer relativ einfachen Schaltungskonstruktion zu ergreifen, ohne ein Rauschfilter oder dergleichen hinzuzufügen.
Fachleute auf diesem Gebiet werden merken, dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen bei den geschilderten, bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Wesen oder Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Einrichtung für eine Beleuchtungslichtquelle, wobei eine DC/DC-Wandlerschaltung (3) des Rücklauftyps vorhanden ist, die einen Transformator (10) und ein Schaltelement (12) aufweist, die eine Eingangsgleichspannung in eine gewünschte Gleichspannung umwandelt, und eine Steuerschaltung (6), welche die Leistung steuert, die der Beleuchtungslichtquelle zugeführt wird, wobei ein Betrieb in einer Strombegrenzungsbetriebsart durch ein Steuersignal gesteuert wird, das von der Steuerschaltung (6) an das Schaltelement (12) übertragen wird, und die Einrichtung aufweist: eine Schwankungsgeneratorschaltung (16), welche Schwankungen bei einer Frequenz erzeugt, mit welcher das Schaltelement (12) betrieben wird, durch Änderung der Leistung, die der Beleuchtungslichtquelle zugeführt wird, in Bezug auf einen Soll-Leistungswert, welcher der Leistungssteuerung für die Beleuchtungslichtquelle zugeordnet ist, wobei die Steuerschaltung (6) eine Fehlerverarbeitungseinheit (17) aufweist und einen Steuersignalgenerator (18), der ein Steuersignal für das Schaltelement (12) erzeugt, wobei die Fehlerverarbeitungseinheit (17) mit einem Bezugssignal als ein Eingangssignal versorgt wird und mit einem Ausgangssignal der Schwankungsgeneratorschaltung (16), gewichtet addiert mit einem Leistungssteuersignal, das auf Grundlage einer erfassten Spannung oder eines erfassten Stroms der Beleuchtungslichtquelle berechnet wird, als einem anderen Eingangssignal.
Einrichtung für eine Lichtquelle, welche aufweist: eine DC/DC-Wandlerschaltung (3), die einen Transformator (10) und ein Schaltelement (12) aufweist, die eine Eingangsspannung in eine gewünschte Spannung umwandelt; und eine Steuerschaltung (6), welche die Leistung steuert, die der Lichtquelle zugeführt wird, durch Ausgabe eines Steuersignals an das Schaltelement (12) während einer Strombegrenzungsbetriebsart der DC/DC-Wandlerschaltung (3), wobei die Steuerschaltung (6) aufweist eine Strombegrenzungssteuereinheit (7), welche den Betrieb der Wandlerschaltung (3) in der Strombegrenzungsbetriebsart steuert; und eine Leistungssteuereinheit (8), welche die Leistung steuert, die an die Lichtquelle angelegt wird, auf Grundlage eines Zustandserfassungssignals, wobei die Steuerschaltung weiterhin aufweist: eine Leistungsverarbeitungseinheit (15), die zumindest ein erstes Stromsignal auf Grundlage eines Zustandserfassungssignals erzeugt, das zumindest entweder ein Spannungserfassungssignal oder ein Stromerfassungssignal der Lichtquelle umfasst, und auf Grundlage eines Fehlerbezugssignals; eine Schwankungsgeneratorschaltung (16), die ein zweites Stromsignal erzeugt, das mit dem zumindest einen ersten Stromsignal gewichtet addiert wird, um ein Leistungssteuersignal zu erzeugen; eine Fehlerverarbeitungseinheit (17), die mit einem Bezugssignal als einem ersten Eingangssignal und dem Leistungssteuersignal als einem zweiten Eingangssignal versorgt wird und ein Fehlerverarbeitungsausgabesignal erzeugt; eine Begrenzungsdetektorschaltung (31), die ein Drain-Source-Spannungssignal von dem Schaltelement empfängt, um die Strombegrenzungsbetriebsart zu erfassen; und eine Rampensignalgeneratorschaltung (32), die eine Rampenspannung auf Grundlage der erfassten Strombegrenzungsbetriebsart erzeugt, und auf Grundlage einer Stromquelle (43), und einen Steuersignalgenerator (18), der das Steuersignal für das Schaltelement erzeugt, auf Grundlage der Rampenspannung und des Fehlerverarbeitungsausgabesignals.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsverarbeitungseinheit (15) einen ersten Leistungsprozessor (15a) aufweist, der ein erstes Leistungsprozessorausgangssignal auf Grundlage des Spannungserfassungssignals erzeugt, einen zweiten Leistungsprozessor (15b), der ein zweites Leistungsprozessorausgangssignal auf Grundlage des Stromerfassungssignals erzeugt, und eine Offsetschaltung, die das Fehlerbezugssignal erzeugt, wobei das erste Leistungsprozessorausgangssignal, das zweite Leistungsprozessorausgangssignal und das Fehlerbezugssignal das zumindest eine erste Stromsignal bilden und mit dem zweiten Stromsignal des Schwankungsgenerators gewichtet addiert werden.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der erste Leistungsprozessor (15a), der zweite Leistungsprozessor (15b), die Offsetschaltung (15c) als auch die Schwankungsgeneratorschaltung (16) durch jeweilige Widerstandselemente gewichtet werden.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwankungsgenerator (16) einen Spannungsteiler (21, 22) aufweist, der von einer Stromversorgung versorgt wird und eine unterteilte Spannung erzeugt, einen Oszillator, der einen Hysteresekomparator (19, 27, 29) aufweist, der mit einem Widerstandselement (R4) verbunden ist, der ein oszillierendes Ausgangssignal auf Grundlage der unterteilten Spannung erzeugt, und einen Spannungspuffer, der das oszillierende Ausgangssignal empfängt und das zweite Stromsignal der Schwankungsgeneratorschaltung (16) erzeugt.
Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuersignalgenerator (18) das Steuersignal auf Grundlage entweder von Impulsbreitenmodulation oder Impulsfrequenzmodulation erzeugt.