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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Startverfahren für eine quecksilberfreie,
flache Leuchtstofflampe, besonders auf ein Startverfahren für eine quecksilberfreie,
flache Leuchtstofflampe mit den Vorteilen der schnellen Zündung, des
gleichmäßigen Aufleuchtens
und der geringeren Stromstärke bei
dem Startvorgang.
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Beschreibung
der zugehörigen
Technik
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Im
typischen Ansteuerverfahren, werden die flachen Leuchtstofflampen
mit Kaltkathoden unter Verwendung von sinusförmigen Wellen angesteuert, wie
in 1 gezeigt. 1 zeigt die Formen der gemessenen
Spannungswellen 120 und Stromwellen 110 der Lampe.
Der Ansteuerschaltkreis muss jedoch die extrem hohe zirkulierende
Energie dadurch bereitstellen, dass ein sinusförmiges Ansteuerschema verwendet
wird. Der zirkulierende Strom fließt durch den Ansteuerschaltkreis
und das Lampenglas, was zu einem hohen Energieverlust führt, wodurch nicht
nur die Leuchtkraft der Lampe verringert, sondern auch die Temperatur
der Lampe erhöht
wird.
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Da
die flache Leuchtstofflampe hohe Impedanz hat bevor sie gezündet wird,
kann die Leuchtstofflampe durch ein Resonanzverfahren gezündet werden.
Unglücklicherweise
kann der Ansteuerschaltkreis nicht für einen langen Zeitraum in
dem Zustand, in dem er sich während
dem Startvorgang befindet, arbeiten, weil der hohe zirkulierende
Strom (hohe Stromstärke)
durch Resonanz erzeugt wird, was zu einer Schädigung des Ansteuerschaltkreises führt. Deshalb
muss der Ansteuerschaltkreis einen open circuit Ausgabeschutz aufweisen,
um zu verhindern, dass der Anschluss der Lampe getrennt wird oder
sie Sprünge
bekommt. Im Stand der Technik wird ein variables Frequenzsteuerungsschema
verwendet, um einen hohen zirkulierenden Strom (hohe Stromstärke) zu
reduzieren. Dennoch ist es schwierig, optimale magnetische Komponenten
auszuführen,
die den Schaltverlust, die Kosten und die Komplexität der Steuerung
erhöhen
würden.
Andererseits ist es schwierig, ein schnelles, gleichmäßiges und gleichzeitiges
Aufleuchten vorzusehen, da die flache Leuchtstofflampe eine große Fläche hat,
was zu einer ungleichmäßigen Leuchtdichte
bei Verwendung des Resonanzverfahrens führt.
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Um
dieses Problem zu lösen,
besteht ein verbessertes Verfahren der Firma OSRAM darin, die Schaltfrequenz
zu ändern
und das Dimmen im Burstbetrieb zu integrieren, um so die quecksilberfreie
flache Leuchtstofflampe gleichmäßig aufleuchten
zu lassen. Zum Beispiel zeigt 2 den
Startvorgang durch ein Dimmen im Burstbetrieb. Wie in 2 gezeigt, wird der Status
von stabilem Aufleuchten erreicht, nachdem das Dimmen im Burstbetrieb
mehrere Male ausgeführt
wurde. Das experimentelle Ergebnis eines schmalen Bereichs 210 wird
gezoomt und ist dann eine Dimmsequenz im Burstbetrieb wie in 210A gezeigt. 3 zeigt den Startvorgang
durch eine variable Frequenzsteuerung, wobei sie die Betriebsfrequenz
des Ansteuerelements im Zeitraum des Startvorgangs reduziert, wie
in 310 gezeigt; und die normale Betriebsfrequenz des Ansteuerelements wird
in 320 gezeigt. Dennoch hat dieses Verfahren die Nachteile
von einer hohen Spannung für
den Starvorgang, leichter Sättigung
des magnetischen Elements und der nicht zu öffnenden Last/Ladung. Zusätzlich kann
die Lampe häufig
nicht präzise
und schnell gezündet
werden, da ein Zeitraum benötigt wird,
um die Spannung von einem niedrigen Potential durch eine Resonanz
auf eine Aufleuchtspannung zu erhöhen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Startverfahren für eine quecksilberfreie,
flache Leuchtstofflampe vorzusehen, das für die schnelle Zündung und
das gleichmäßige Aufleuchten
verwendet wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Startverfahren
für eine
quecksilberfreie, flache Leuchtstofflampe vorzusehen, das für die schnelle
Zündung
und das Aufleuchten mit der geringeren Stromstärke für den Startvorgang verwendet
wird.
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Um
die obigen oder andere Aufgaben zu lösen, wird ein Startverfahren
für eine
quecksilberfreie, flache Leuchtstofflampe vorgesehen, welches das Vorsehen
einer Abfolge von Spannungspulsen für das Ansteuern der Lampe und
das Anpassen des Tastgrads, der Schaltfrequenz und/oder der Betriebsspannung
der angesteuerten Spannungspulse während dem Zeitraum des Startvorgangs
umfasst. Die obigen drei Faktoren sollten richtig kombiniert werden,
um die schnelle Zündung,
das gleichmäßige Aufleuchten
und die geringere Stromstärke
für den Startvorgang
zu erzielen.
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In
dem oben genannten Startverfahren für die quecksilberfreie, flache
Leuchtstofflampe wird der Spannungspuls durch Taktung einer Gleichstrom-Spannungsquelle
oder der Gleichstrom-Spannungsquelle, die durch gleichrichten und
filtern eines Wechselstroms in rechteckige Spannung bereitgestellt
wird, für
das Ansteuern der Lampe erzeugt.
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In
dem oben genannten Startverfahren für die quecksilberfreie, flache
Leuchtstofflampe, wird der Tastgrad des Spannungspulses während dem Zeitraum
des Startvorgangs geändert,
wobei der Änderungsvorgang
dazu dient, den vorherigen Tastgrad zu erhöhen oder zu verringern.
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In
dem oben genannten Startverfahren für die quecksilberfreie, flache
Leuchtstofflampe wird die Schaltfrequenz des Spannungspulses während dem Zeitraum
des Startvorgangs geändert,
wobei der Änderungsvorgang
dazu dient, die vorherige Schaltfrequenz zu erhöhen oder zu verringern.
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In
dem oben genannten Startverfahren für die quecksilberfreie, flache
Leuchtstofflampe wird der Wert der Betriebsspannung des Spannungspulses während dem
Zeitraum des Startvorgangs geändert, wobei
der Änderungsvorgang
dazu dient, die vorherige Betriebsspannung zu erhöhen.
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Das
oben genannte Startverfahren für
die quecksilberfreie, flache Leuchtstofflampe ist auch für eine Dimmsteuerung
im Burstbetrieb geeignet. Der Zeitraum des Startvorgangs mit kontinuierlichem
An- und Ausschaltbetrieb für
die Dimmsteuerung im Burstbetrieb wird als einzelner Startvorgang
angesehen und die drei Faktoren, welche der Tastgrad, die Schaltfrequenz
und/oder die Betriebsspannung des Spannungspulses sind, können richtig
kombiniert werden, um die schnelle Zündung, das gleichmäßige Aufleuchten und
die geringere Stromstärke
für den Startvorgang
zu erzielen.
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Um
die zuvor genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung verständlich
zu machen, wird eine bevorzugte Ausführungsform, begleitet von Figuren,
unten im Detail beschrieben.
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Es
ist zu beachten, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung
und die folgende detaillierte Beschreibung exemplarisch und dafür bestimmt
sind, die Erfindung wie beansprucht genauer zu erläutern.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
begleitenden Zeichnungen sind eingeschlossen, um ein genaueres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen, und sind in diese Spezifikation inkorporiert
und stellen einen Teil von ihr dar. Die Zeichnungen veranschaulichen
Ausführungsformen der
Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien
der Erfindung zu erläutern.
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1 zeigt
die gemessenen Formen der Spannungs- und Stromwellen der herkömmlichen
flachen Leuchtstofflampe mit Kaltkathoden unter Verwendung von sinusförmigen Wellen;
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2 zeigt
die Formen der gemessenen Spannungs- und Stromwellen der Lampe,
die ein Dimmen im Burstbetrieb für
den Startvorgang verwendet;
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3 zeigt
die gemessenen Formen der Spannungs- und Stromwellen der Lampe,
die eine variable Frequenzsteuerung für den Startvorgang verwendet;
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4 zeigt
die konzeptuelle Zeichnung der idealen Wellenformen der Spannung
und des Stroms der Lampe in dem Ansteuerverfahren gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
die gemessenen Formen der Spannungs- und Stromwellen, in dem Ansteuerverfahren
einer Dimmsteuerung im Burstbetrieb gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung.
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BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Um
die quecksilberfreie, flache Leuchtstofflampe mit einer externen
Elektrode gleichmäßig aufleuchten
zu lassen, wird in der vorliegenden Erfindung ein effektives Startverfahren
vorgesehen, so dass die quecksilberfreie, flache Leuchtstofflampe schnell,
normal und gleichmäßig gezündet und
zum aufleuchten gebracht werden kann, mit geringerer Stromstärke für den Startvorgang
der Lampe. Der primäre
Weg der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sinuswellenspannung
mit einem Spannungspuls-Ansteuerverfahren vorzusehen; und die Form
der Lampenspannung, die auf die Lampe angewandt wird, ist eine rechteckige
Schwingung und pulsartige Spannung und die des Stroms ist auch ein
pulsartiger Strom.
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Das
Startverfahren für
das schnelle, normale und gleichmäßige Aufleuchten der Lampe,
das von der Erfindung vorgesehen wird, wird unten in Detail beschrieben
werden. Zunächst
muss eine Gleichstrom-Energieversorgung in eine Abfolge von rechteckigen
Spannungspulsen getaktet werden, durch Verwendung eines Energieelements
oder jedes beliebigen anderen Verfahrens, das dem Fachmann bekannt
ist. Dann werden die rechteckigen Spannungspulse auf eine Aufleuchtspannung
für das
Aufleuchten erhöht,
und zwar durch die Verwendung eines herkömmlichen Hochfrequenztransformators,
eines Autotransformators oder von Kopplungsinduktoren. Nach dem
Aufleuchten ist die Form der Aufleuchtspannung eine rechteckige
und pulsartige Spannung; und jene des Stroms ist auch ein pulsartiger Strom.
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In
dem Startverfahren, das von der vorliegenden Erfindung vorgesehen
ist, ist der Strom, der durch die Lampe fließt, pulsartiger Strom und es
gibt nur einen Stromfluss, wenn die Lampenspannung steigt oder fällt. Da
der Lampenstrom ein pulsartiger Strom ist, wird, um die schnelle
Zündung
und das gleichmäßige Aufleuchten
zu erreichen, eine zusätzliche
Energie benötigt,
um die Lampe gleichmäßig aufleuchten
zu lassen, und das verwendete Verfahren besteht im Ändern der
Verarbeitungszeit eines Energieelements. Was das Bereistellen der
zusätzlichen
Energie betrifft, ändert
das Startverfahren, das in der vorliegenden Erfindung offenbart
wird, den Tastgrad, die Schaltfrequenz, und/oder die Betriebsspannung.
In diesem Startverfahren sind die vorhergehenden drei Faktoren richtig
kombiniert, um die Aufgaben der schnellen Zündung, des gleichmäßigen Aufleuchtens
und mit der geringeren Stromstärke
für den
Startvorgang zu lösen.
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Was
das Bereitstellen der zusätzlichen
Energie während
dem Zeitraum des Startvorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung
betrifft, kann in einer Ausführungsform
die Lampenspannung für
ein schnelles Aufleuchten durch Ändern
der Betriebsspannung über
einer bogenförmigen
Zündspannung betrieben
werden. In einer alternativen Ausführungsform wird die Lampe normalerweise
durch Ändern der
Schaltfrequenz so zum aufleuchten gebracht, dass die zusätzliche
Energie erhöht
wird. Des Weiteren kann das Ändern
der Schaltfrequenz auch dafür verwendet
werden, die Verteilung von Plasma in einer Lampe zu stören, so
dass die Lampe gleichmäßiger gezündet und
zum Aufleuchten gebracht wird. In noch einer weiteren Ausführungsform
kann die von der Lampe benötigte
Stromstärke
durch Ändern
des Tastgrads reduziert werden.
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Das
von der vorliegenden Erfindung vorgesehene Startverfahren ist auch
für ein
Dimmen im Burstbetrieb geeignet, um ein Flackerphänomen, wenn
die Lampe in Dimmsteuerung arbeitet, zu vermeiden und ist deshalb
extrem geeignet für
das gleichmäßige aufleuchten
lassen der quecksilberfreien, flachen Leuchtstofflampe mit der externen
Elektrode.
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Die
konzeptuelle Zeichnung der idealen Wellenformen der Spannung und
des Stroms der Lampe in den Ausführungsformen
des Startverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in 4 gezeigt. Zunächst wird
die Lampenspannung als rechteckige Wellenform bereitgestellt und
die Form des daraus erzeugten Stroms ist auch ein pulsartiger Strom.
Zu einer Zeit des Startvorgangs Tsrart soll
das Ansteuerverfahren dieser Ausführungsform die drei Möglichkeiten
wie Anpassen des Tastgrads, Anpassen der Schaltfrequenz und/oder
Anpassen der Betriebsspannung in Kombination verwenden. Zum Beispiel wird
der normale Tastgrad Dp der Lampenspannung in
einen kleineren Tastgrad Ds geändert, ebenso
wie die Zeit für
den Startvorgang Tsrart; deshalb kann die von
der Lampe benötigte
Stromstärke
für den
Startvorgang drastisch reduziert werden. Dieser Tastgrad Ds kann im Bereich von 5%–80% des normalen Tastgrads
Dp liegen, was in Abhängigkeit von den Vorraussetzungen
der Ausgestaltung variiert wird. Zusätzlich kann der vorherige normale
Tastgrad Dp in einer alternativen Ausführungsform
auch in einen höheren
Tastgrad, der um etwa 5%–80%
erhöht
ist, zur Zeit des Startvorgangs Tsrart geändert werden.
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Zusätzlich kann
in einer Ausführungsform zum
Beispiel die Schaltfrequenz der Lampenspannung von der vorherigen
normalen Schaltfrequenz fp in eine höhere Frequenz
fs geändert
werden und währenddessen
wird mit einer Erhöhung
der Frequenz die zusätzliche
Energie dementsprechend erhöht,
um so die Lampe aufleuchten zu lassen. Des Weiteren kann das Ändern der
Schaltfrequenz die Verteilung von Plasma stören, so dass die Lampe gleichmäßiger gezündet und
zum Aufleuchten gebracht wird. Die vorherige normale Schaltfrequenz
fp beträgt
ungefähr
40 KHz–80
KHz während
die Frequenz um ungefähr
5%–80%
erhöht
wird und natürlich
kann das Erhöhen
in Abhängigkeit
von den Vorraussetzungen der Ausgestaltung variiert werden. Zusätzlich kann
die vorherige normale Schaltfrequenz fp in
einer alternativen Ausführungsform
auch in eine niedrigere Frequenz, die um etwa 5%–80% verringert ist, zu der
Zeit des Startvorgangs Tstart geändert werden,
was auch in Abhängigkeit
von den Vorraussetzungen der Ausgestaltung geschieht.
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In
wieder einer anderen Ausführungsform kann
zum Beispiel der Wert der Betriebsspannung der Lampenspannung geändert werden.
Zum Beispiel kann, wie in den Figuren gezeigt, das Niveau der Betriebsspannung
der Lampenspannung von dem normalen Niveau Vp auf
ein Niveau der Betriebsspannung Vs mit einem
längeren
Zeitraum für
den Startvorgang eingestellt werden. Dementsprechend wird der Wert
der Stromstärke
der Lampe auch von der vorherigen Stromstärke Ip auf
eine größere Stromstärke Is erhöht.
In einer Ausführungsform
wird die Betriebsspannung auf oder um ungefähr 150%–200% des vorherigen Spannungsniveaus
erhöht.
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Das
Startverfahren kann in den oben genannten Ausführungsformen auch auf den Dimmvorgang
im Burstbetrieb angewandt werden. Die Technik einer Dimmsteuerung
im Burstbetrieb, auch digitale Dimmsteuerung genannt, dient dazu,
dass die Spannung und der Strom der Lampe innerhalb eines gewissen
Rahmens festgelegt betrieben werden und dann der An-/Aus-Zeitraum
der Lampe durch Verwendung einer Dimmsteuerung mit niedriger Frequenz
(LFD) zur Steuerung des Pulses moduliert wird, das heißt, die
durchschnittliche Leuchtkraft der Lampe ist umgekehrt proportional
zu dem Arbeitszeitraum eines Pulssignals, um so die durchschnittliche
Leuchtkraft zu steuern. Im Allgemeinen kann eine Dimmsteuerung von
400:1 oder mehr in der aktuellen CCFL Ansteuertechnik erreicht werden.
Die Leuchtröhre
muss jedoch wiederholt an und ausgeschaltet werden bei diesem Verfahren,
das heißt,
der Startvorgang in jedem Zeitraum würde zu einer hohen Spannung
für den
Startvorgang und einem Stromanstieg der Leuchtröhre führen. Tatsächlich ist dies ähnlich wie
bei kontinuierlichem An- und Ausschalten extrem schädlich für die Elektrode
einer Gasentladungslampe, obwohl eine geringere durchschnittliche
Leuchtdichte in diesem Verfahren erzielt werden kann. Deshalb hat
das digitale Dimmen extrem negative Effekte auf die Lebensdauer
einer CCFL Leuchtröhre.
Obwohl die flache Leuchtstofflampe gezündet werden kann ohne vorgeheizt
werden zu müssen, kann
ein Konzept mit einem vorheizendem Startvorgang für die herkömmliche
Leuchtstofflampe angewendet werden, um Verbesserungen zu erzielen
und um einen kontinuierlichen Verbrauch der Lampe, verursacht von
der hohen Spannung für
den Startvorgang, in diesem Dimm-Modus zu vermeiden.
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In
dem von der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Startverfahren,
kann das Anpassen des Tastgrades, Anpassen der Schaltfrequenz und/oder Anpassen
der Betriebsspannung einzeln oder in Kombination angewandt werden,
um so die schnelle Zündung,
das gleichmäßige Aufleuchten
und die geringere Stromstärke
für den
Startvorgang zu erreichen; und der Vorteil der vorliegenden Erfindung
wird besser in dem Betriebsvorgang des kontinuierlichen An- und
Ausschaltens für
die Dimmsteuerung im Burstbetrieb deutlich. Was jedoch das Startverfahren in
den oben genannten Ausführungsformen,
das in 5 gezeigt wird, betrifft, wird ein Programm für den Startvorgang
gemäß dem Startverfahren,
das von der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird, während jedem
einzelnen Betriebsvorgang 510, 520 und 530 des
Zeitraums des Startvorgangs von kontinuierlichen an- und abschalten,
wie in der Figur gezeigt, durchgeführt. Zum Beispiel wird das
Betriebspannungsniveau Vp der Lampenspannung,
wie oben in 5 gezeigt, von dem normalen
Wert Vp auf eine höhere Aufleuchtspannung eingestellt;
das heißt,
die normale Spannung Vp plus eine Spannungsdifferenz ΔV und die
Stromstärke
der Lampe wird auch dementsprechend erhöht, was ein schnelles Aufleuchten
erleichtern wird. In einer Ausführungsform,
kann die Spannungsdifferenz ΔV 150%–200% der
vorherigen normalen Spannung Vp betragen.
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Darüber hinaus,
kann durch das Ändern
des Niveaus der Betriebsspannung der Tastgrad der Lampenspannung
auch wie in 4 gezeigt während dem Zeitraum des Startvorgangs
geändert
werden, so dass die von der Lampe benötigte Stromstärke für den Startvorgang
drastisch reduziert wird. Zum Beispiel kann der Tastgrad Ds so geändert
werden, dass er 5%–95%
des normalen Tastgrads beträgt. Zusätzlich kann,
immer noch wie in 4 gezeigt, die Schaltfrequenz
geändert
werden, zum Beispiel kann sie um ungefähr 20% der vorherigen normalen Schaltfrequenz
erhöht
werden. Das Ändern
der Frequenz kann nicht nur die zusätzliche Energie für das Aufleuchten
der Lampe erhöhen,
sondern auch die Verteilung von Plasma stören, so dass die Lampe gleichmäßiger gezündet wird.
Natürlich
können
alle oben genannten Einstellungen in Abhängigkeit von den Vorraussetzungen
der Ausgestaltung geändert werden.
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Fachleuten
wird ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen
an der Struktur der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne
von dem Schutzumfang oder dem Wesen der Erfindung abzuweichen. Im
Hinblick auf das Voranstehende ist es beabsichtigt, dass die vorliegende
Erfindung Modifikationen und Variationen dieser Erfindung abdeckt,
soweit sie unter den Schutzumfang der folgenden Ansprüche und
ihrer Äquivalente
fallen.