DE10058551A1

DE10058551A1 - Vorrichtung mit einer Gasentladungslampe

Info

Publication number: DE10058551A1
Application number: DE2000158551
Authority: DE
Inventors: Thomas Geisler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2002-06-06

Abstract

Es wird eine Vorrichtung mit einer Hochspannungsquelle Tr und einer Kaltkathoden-Röhre CCFL in einem Hochspannungskreis vorgeschlagen, bei der die Kaltkathoden-Röhre CCFL effizient und kostengünstig auch bei hohen Temperaturschwankungen, insbesondere auch bei tiefen Temperaturen mit gutem Zündverhalten, schnellem Erreichen einer ausreichenden Helligkeit sowie einer ausreichenden Lebensdauer einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine temperaturabhängige Steuerung des Röhrenstroms bei gleichbleibender Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle Tr vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Gasentladungslampe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Gasentladungslampen, insbesondere Kaltkathoden-Röhren werden schon seit längerem zur Hinterleuchtung von Displays eingesetzt. Kaltkathoden-Röhren weisen jedoch bei tiefen Temperaturen eine erhöhte Zündspannung sowie eine reduzierte Lichtausbeute auf. Daher ist der Einsatz von Kaltkathoden- Röhren bei großen Temperaturschwankungen problematisch. Beim Einsatz in Kraftfahrzeugen müssen bestimmte Komponenten innerhalb eines großen Temperaturbereichs voll funktionsfähig sein. Daher war der Einsatz von Kaltkathoden-Röhren in Kraftfahrzeugen bislang nur durch entsprechend zusätzliche aufwendige Maßnahmen möglich, um den hohen Anforderungen gerecht zu werden.

So wird beispielsweise in einer bestimmten Ausführungsform die Hochspannung der Hochspannungsquelle und damit der durch die Kaltkathoden-Röhre fließende Strom temperaturabhängig verändert. Bei tiefen Temperaturen wird dabei mit erhöhtem Röhrenstrom gearbeitet. Hierbei ist es nachteilig, dass die Hochspannungsquelle für diese maximale Hochspannung bei Tieftemperatur ausgelegt werden muss.

In weiteren Ausführungsformen wurde auch eine Heizung an die Kaltkathoden-Röhre angebaut. Die Röhrenheizung und deren Steuerung bedeuten jedoch zusätzliche Systemkomponenten und dementsprechend eine Erhöhung des Aufwandes. Darüber hinaus führt eine Röhrenheizung zu einem unvorteilhaften Feldverlauf in der Kaltkathoden-Röhre.

Weiterhin sind sogenannte Self-heating und Semi-self-heating Kaltkathoden-Röhren bekannt geworden, die eine erhöhte Verlustleistung bei tiefen Temperaturen aufweisen und sich so selbst aufheizen können. Diese Art von Kaltkathoden-Röhre erwärmt sich jedoch auch bei hohen Temperaturen stärker, wodurch sich die Lebensdauer verringert.

Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung vorzuschlagen, bei der Gasentladungslampe, insbesondere Kaltkathoden-Röhren effizient und kostengünstig auch bei hohen Temperaturschwankungen, insbesondere auch bei tiefen Temperaturen, mit gutem Zündverhalten, schnellem Erreichen einer ausreichenden Helligkeit sowie einer ausreichenden Lebensdauer einsetzbar sind.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Gasentladungslampe, insbesondere mit einer Kaltkathoden-Röhre und einer Hochspannungsquelle zum Betrieb das Leuchtmittels in einem Hochspannungskreis dadurch aus, dass eine temperaturabhängige Steuerung der an der Röhre abfallenden Spannung bei gleichbleibender Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle vorgesehen ist.

Durch eine solche Steuerung der am Leuchtmittel abfallenden Spannung kann eine Auslegung der Hochspannungsquelle auf die kleinstmögliche Hochspannung, die für die Zündung erforderlich ist, ausreichend sein. Zudem ist keine Röhrenheizung erforderlich und auch die Lebensdauer durch unerwünschtes Erwärmen bei höheren Temperaturen wird nicht beeinträchtigt. Darüberhinaus ist ein schnelles Erreichen einer hohen Leuchtdichte auch bei tiefen Temperaturen realisierbar.

Zum Zünden des Leuchtmittels ist eine höhere Zündspannung im Vergleich zu der Spannung während des Betriebs der Leuchtröhre erforderlich. Zu diesem Zweck wird üblicherweise bereits ein Vorwiderstand eingesetzt, der dafür sorgt, dass bis zum Zündzeitpunkt im stromlosen Zustand die volle Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle an der Röhre anliegt, wobei sich nach dem Zünden, mit dem sich ein Betriebsstrom einstellt, ein entsprechender Spannungsabfall am Vorwiderstand ergibt, so dass die an der Leuchtröhre abfallende Spannung um den Betrag der am Vorwiderstand abfallenden Spannung vermindert wird.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Steuerung mit Hilfe eines temperaturabhängigen Widerstandelementes in dem Hochspannungskreis zwischen der Hochspannungsquelle und der Leuchtröhre verwirklicht. Ein solches Widerstandelement, das vorzugsweise in Serie mit der Leuchtröhre geschaltet wird, bildet zusammen mit der Leuchtröhre einen Spannungsteiler, sobald nach der Zündung ein Röhrenstrom fließt und kann zugleich als Steuerelement und Vorwiderstand im obigen Sinne wirken. Die an der Leuchtröhre abfallende Spannung entspricht hierbei genau dar Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle und dem in Reihe geschalteten Widerstand. Durch die Temperaturabhängigkeit dieses Widerstandes variiert dementsprechend auch die an der Leuchtröhre abfallende Spannung und somit auch der Röhrenstrom.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird bei Verwendung einer Wechselspannung für die Steuerung ein temperaturabhängiger kapazitiver Blindwiderstand vorgesehen. Das Widerstandselement muss aufgrund der für die Zündung benötigten hohen Spannung und der für den Betrieb des Leuchtmittels benötigten Ströme einer vergleichsweise hohen elektrischen Leistung standhalten. Beim Einsatz als Display-Hinterleuchtung darf dabei keine übermäßige Temperaturentwicklung stattfinden. Diesen Anforderungen wird ein kapazitiver Blindwiderstand eher gerecht als andere Bauformen. Grundsätzlich ist jedoch auch die Verwendung eines temperaturabhängigen ohmschen Widerstandes oder induktiven Blindwiderstandes für die erfindungsgemäße Steuerung denkbar. Ein für den oben genannten Zweck geeigneter kapazitiver Blindwiderstand lässt sich beispielsweise unter Verwendung eines bariumtitanathaltigen Dielektrikums verwirklichen.

Weiterhin ist es bei Ansteuerung mit Wechselspannung von Vorteil, wenn das temperaturabhängige Widerstandselement der Leuchtröhre unmittelbar vor- oder nachgeschaltet ist. Je weniger Leitungslänge zwischen dem temperaturabhängigen Steuerwiderstand und der Leuchtröhre vorliegt, umso geringer sind die Einflüsse von Streukapazitäten zwischen der Hochspannungsquelle und der Leuchtröhre auf die an der Leuchtröhre abfallenden Spannung.

In einem Ersatzschaltbild liegen diese Streukapazitäten parallel zur Leuchtröhre, weshalb es von Vorteil ist, wenn der Steuerungswiderstand in der Schleife zwischen Streukapazität und Leuchtröhre und nicht in der Schleife zwischen Hochspannungsquelle und Streukapazität angeordnet ist. Weiter unten wird hierauf nochmals näher eingegangen.

Darüberhinaus ist es vorteilhaft, die Leuchtröhre und das temperaturabhängige Widerstandselement in einer Baueinheit mit direktem thermischem Kontakt zusammenzufassen. Durch den unmittelbaren thermischen Kontakt des Steuerungswiderstandes mit dar Leuchtröhre ist sicher gestellt, dass die tatsächliche Temperatur der Leuchtröhre als Stellgröße für den temperaturabhängigen Vorwiderstand wirkt, so dass auch tatsächlich der bei der jeweiligen Betriebstemperatur der Leuchtröhre erforderliche Betriebsstrom eingestellt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figur nachfolgend näher erläutert.

Im einzelnen zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Hochspannungskreis zur Ansteuerung einer Kaltkathoden-Röhre,

Fig. 2 ein Schaltbild einer bestimmten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochspannungskreises,

Fig. 3 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochspannungskreises und

Fig. 4 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hochspannungskreises.

Der Hochspannungskreis gemäß Fig. 1 umfasst einen Transformator Tr, der an seiner Sekundärspule eine Ausgangsspannung U_sek liefert. An die Sekundärausgänge des Transformators ist eine Kaltkathoden-Röhre CCFL (Cold Cathode Flourescent Lamp) unter Zwischenschaltung einer Kapazität C1 angeschlossen. Vor der Zündung der Kaltkathoden-Röhre CCFL fließt in dem Hochspannungskreis kein Strom, so dass sich die an der Kaltkathoden-Röhre anliegende Spannung U_CCFL im Wesentlichen auf den Wert der Sekundärspannung U_sek des Transformators einstellt. Mit dem Zünden der Kaltkathoden- Röhre beginnt ein Strom zu fließen, so dass der kapazitive Blindwiderstand C1 durch die Reihenschaltung mit der Kaltkathoden-Röhre CCFL einen Spannungsteiler bildet. In diesem Fall fällt an der Kapazität C1 eine Spannung U_C1 ab, so dass an der Kaltkathoden-Röhre nur noch die Differenz zwischen der Sekundärspannung des Transformators U_sek und der an der Kapazität C1 abfallenden Spannung U_C1 anliegt. Im vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Kapazität C1 nunmehr temperaturabhängig, so dass bei gleichbleibender Ausgangsspannung U_sek des Transformators TR durch die Steuerung mittels der temperaturabhängigen Kapazität C1 die an der Kapazität C1 abfallende Spannung U_C1 und somit auch die an der Kaltkathoden-Röhre CCFL anliegende Spannung U_CCFL bzw. der durch die Kaltkathoden-Röhre fließende Röhrenstrom verändert wird.

Somit ist über die Temperaturabhängigkeit der Kapazität C1 eine Steuerung des durch die Kaltkathode CCFL fließenden Stroms bei konstanter Transformatorspannung U_sek möglich.

Fig. 2 veranschaulicht den Einfluss von Streukapazitäten, die beispielsweise aufgrund langer Zuleitungen vorliegen können. In der Schaltung gemäß Fig. 2 befindet sich die Kapazität C1 in der Schleife, die durch die Kaltkathoden- Röhre und die zur Kaltkathoden-Röhre CCFL parallel liegende Streukapazität C_streu gebildet wird. Dieser Fall liegt vor, wenn die Kapazität C1 in unmittelbarer Nähe der Kaltkathoden- Röhre CCFL angeordnet wird. In dieser Schaltungsart ist erkennbar, dass die Streukapazität keinen Einfluss auf die an der Kapazität C1 und der Kaltkathoden-Röhre CCFL anliegenden Spannungen hat, sofern die Hochspannungsquelle Tr über eine ausreichende Spannungssteife verfügt.

In dem Ersatzschaltbild gemäß Fig. 3 ist eine hinsichtlich der Einwirkung der Streukapazität weniger gute Ausführungsform der Erfindung zu sehen, bei der eine größere Leitungslänge zwischen der Kapazität C1 und der Kaltkathodenröhre CCFL vorhanden ist. Hier befindet sich die Streukapazität C_streu in der Schleife zwischen dem Transformator Tr und der Streukapazität. Es ist klar erkennbar, dass in dieser Schaltungsform die Steuerkapazität C1 in Serie zur nachfolgenden Parallelschaltung zwischen Streukapazität C_streu und Kaltkathoden-Röhre CCFL angeordnet ist, wodurch sich ein entsprechender Einfluss der Streukapazität C_streu auf die an der Kaltkathoden-Röhre abfallenden Spannung ergibt.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 veranschaulicht, dass der temperaturabhängige Widerstand, zum einen auch hinter der Kaltkathoden-Röhre CCFL angeordnet sein kann und zum anderen auch in zwei oder mehrere separate Widerstände aufgeteilt werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei temperaturabhängige kapazitive Blindwiderstände C1a und C1b unmittelbar vor und nach der Kaltkathoden-Röhre angeordnet. Gegebenenfalls kann durch diese Aufteilung ein günstigerer Feldverlauf des elektrischen Feldes über der Röhrenlänge erreicht, werden. Vorzugsweise werden dabei die Vorwiderstände mit der Röhre in einer Baueinheit mit direktem thermischem Kontakt zusammengefasst.

Claims

1. Vorrichtung mit einer Hochspannungsquelle und einer Entladungsleuchtröhre in einem Hochspannungskreis, dadurch gekennzeichnet, dass eine temperaturabhängige Steuerung des Röhrenstroms bei gleichbleibender Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle TR vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungs-Röhre eine Kaltkathoden-Röhre ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung ein im Hochspannungskreis angeordnetes temperaturabhängiges Widerstandselement umfasst.

3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung ein temperaturabhängiges kapazitives Blindwiderstandselement C1 umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kapazitive Widerstandselement C1 ein bariumtitanathaltiges Dielektrikum umfasst.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung ein ohmsches und/oder induktives Widerstandselement umfasst.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturabhängige Widerstandselement C1 der Leuchtröhre CCFL unmittelbar vor- und/oder nachgeschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturabhängige Widerstandselement C1 mit der Leuchtröhre CCFL in direktem thermischen Kontakt steht und mit ihr zu einer Baueinheit zusammengefasst ist.

8. Verfahren zur Steuerung des Röhrenstroms einer Entladungs-Leuchtröhre in einem Hochspannungskreis mit einer Hochspannungsquelle dadurch gekennzeichnet, dass der Röhrenstroms bei gleichbleibender Ausgangsspannung der Hochspannungsquelle TR temperaturabhängig gesteuert wird.