DE10203356B4 - Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen - Google Patents

Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen Download PDF

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    • H05B41/2821Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a single-switch converter or a parallel push-pull converter in the final stage

Abstract

Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen (CCFL) (5, 6)
– mit einer Konstantstromquelle (2),
– mit mehreren Royerkonvertern (3, 4), an die jeweils wenigstens eine CCFL (5, 6) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Royerkonverter (3, 4) an ihren Eingängen in einer Serienschaltung angeschlossen sind und
– jeder Royerkonverter (3, 4) einzeln abschaltbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen (CCFL).
  • Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen werden oft als Lichtquellen für unterschiedliche Möbelstücke eingesetzt. Zu ihrem Betrieb benötigen sie eine Brennspannung von einigen hundert Volt. Die Hochspannung für das Zünden der Lampe und ihren Betrieb erzeugt man mit sogenannten "Royerkonvertern". Jeder Royerkonverter wird dabei mit jeweils einer Konstantstromquelle betrieben. Möchte man mehrere CCFL mit mehreren Royerkonvertern in Betrieb setzen, so ist jeder Royerkonverter mit einer Konstantstromquelle zu versehen.
  • Aus DE 199 03 015 A1 ist ein dimmbares Vorschaltgerät für CCFL bekannt. Das Vorschaltgerät weist einen Transformator auf, an dessen Sekundärwicklung die zu steuernde CCFL angeschlossen ist und dessen Primärwicklung aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Teilwicklung besteht, von denen zwei miteinander in Reihe geschaltet sind. Das Vorschaltgerät weist ferner zwei Transistoren auf, deren Steueranschlüsse über die erste Teilwicklung und deren Kollektoren über die beiden in Reihe geschalteten Teilwicklungen miteinander verbunden sind. Die steuerbare Spannungsquelle des Vorschaltgeräts besteht dabei aus einem pulsweitensteuerbaren Wechselspannungsgenerator, dessen Ausgang auf eine Zwischenanzapfung der ersten Teilwicklung geführt ist. Der Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten Teilwicklungen ist dabei an die Versorgungsspannung angeschlossen. Die Lampenhelligkeit der CCFL wird dadurch geregelt, dass der Basis-/Steuerelektrodenstrom der beiden Transistoren durch Variieren des Verhältnisses Einschalt-/Ausschalt zeitgeschaltet wird.
  • 1 zeigt das Blockschaltbild eines Vorschaltgeräts für zwei CCFL nach dem z.B. aus US 5,814,938 bekannten Stand der Technik. An den Ausgang eines Entstörfilters 1 nach einer Wechselspannungsquelle sind parallel zueinander zwei Schaltnetzteile 7 und 8 als Konstantstromquellen für zwei unabhängige Royerkonverter 3 und 4 geschaltet, an die jeweils eine CCFL 5 und 6 angeschlossen ist. Die beiden Schaltnetzteile 7 und 8 haben einen hohen Platzbedarf sowie einen hohen Kostenaufwand bei der Herstellung des Vorschaltgeräts zur Folge. Weiterhin besteht bei einem Bruch der Lampe 5 oder 6 die Gefahr, mit den unter Hochspannung stehenden Teilen der gebrochenen Lampe in Kontakt zu kommen, da der jeweilige Royerkonverter bei dem Lampenbruch nicht abgeschaltet wird.
  • US 5,814,938 offenbart eine Spannungsversorgung für mehrere CCFL, bei der eine Hauptspannungsversorgung mehrere in Serie geschaltete Gasentladungslampen mit zugehörigen Konvertern betreibt. Das System ist ferner mit einer Fehlerüberwachung ausgestattet, die bei einem Lampenfehler die Hauptspannungsversorgung abschaltet, wodurch die restlichen noch intakten Lampen ebenfalls abgeschaltet werden.
  • 2 zeigt das Blockschaltbild eines zweiten bekannten Vorschaltgeräts für zwei CCFL. In diesem Fall sind zwei unabhängige Royerkonverter 3 und 4, an die jeweils eine CCFL 5, 6 angeschlossen ist, parallel zueinander an einen Entstörfilter 1 nach einer Wechselspannungsquelle mit jeweils einem Serienkondensator C1 und C2 angeschlossen. Die in 2 gezeigte Schaltung hat jedoch eine sehr hohe Stromaufnahme, was zudem nicht mehr normengerecht ist. Auch hier liegt an einer gebrochenen oder kurzgeschlossenen CCFL 5 oder 6 Hochspannung an, was einen Sicherheitsmangel darstellt.
  • Als nachteilig wird an einer solchen Schaltanordnung mehrerer Royerkonverterempfunden, dass ein sehr hoher Preis wegen mehrfachen Einsatzes der getakteten Konstantstromquellen verursacht wird. Ein weiterer Nachteil für eine Schaltung, in der jeder unabhängige Royerkonverter mit eigenem Schaltnetzteil betrieben wird, besteht darin, dass bei einem Lampenbruch an der defekten Lampe immer noch Hochspannung anliegt, was eine Gefahr für den Lampenbetreiber darstellt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Vorschaltgerät für CCFL bereitzustellen, das die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Vorschaltgeräte vermeidet und insbesondere einen kostengünstigen Schaltungsaufbau mit erhöhter Sicherheit aufweist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mehrere Royerkonverter an ihren Eingängen in Reihe geschaltet und der der defekten Lampe zugeordnete Royerkonverter einzeln abschaltbar ist. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
  • 3 das Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts mit zwei Royerkonvertern,
  • 4 das Schaltbild eines Royerkonverters des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts. Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten Schaltbild weist das erfindungsgemäße Vorschaltgerät nur eine einzige Stromkonstantquelle 2, die an den Ausgang eines nach einer Wechselspannungsquelle zugeschalteten Entstörfilters 1 angeschlossen ist und an dessen Ausgang zwei Royerkonverter in Serienschaltung angeschlossen sind. An jeden der beiden Royerkonverter 3 und 4 ist jeweils wenigstens eine CCFL 5 oder 6 angeschlossen. Somit können an einer Konstantstromquelle 2 mehrere CCFL gleichzeitig betrieben werden. Bei einem Lampenbruch wird dabei ausschließlich der betroffene Royerkonverter der defekten Lampe abgeschaltet. Der übriggebliebene Royerkonverter arbeitet unbeeinflusst weiter, womit die an diesen Royerkonverter angeschlossene verbleibende eine oder mehreren CCFL weiterleuchtet und an der gebrochenen CCFL keine Hochspannung mehr anliegt. Dies wird bei einem Aufbau des im erfindungsgemäßen Vorschaltgerät vorhandenen Royerkonverters erreicht, der in 4 gezeigt ist.
  • 4 zeigt das Schaltbild eines üblichen Royerkonverters mit der daran angeschlossenen CCFL 5, der im erfindungsgemäßen Vorschaltgerät benutzt wird. Auf der Primärseite eines Transformators L2 befinden sich drei magnetisch miteinander gekoppelte Teilwicklungen L2.1, L2.2 und L2.3, wobei die beiden ersten miteinander in Reihe geschaltet sind. Auf den Verbindungspunkt zwischen den beiden Teilwicklungen L2.1 und L2.2 ist über eine Drossel L1 eine positive Klemme (+) einer Gleichspannungsversorgung (nicht gezeigt) geführt. Die Sekundärwicklung L2.4 des Transformators L2 speist über einen Kondensator C4 die Kaltkathodenfluoreszenzlampe 5.
  • Der Kondensator C4 ist mit der Lampe 5 in Reihe geschaltet. Er wirkt als kapazitiver Widerstand und begrenzt somit den Lampenstrom.
  • Auf der Primärseite des Transformators L2 ist die Spannung vor der Drossel L1 über einen Widerstand R3 auf die Steuerelektrode eines Transistors Q1 bzw. Q2 geführt. Die Steuerelektroden der beiden Transistoren Q1, Q2 sind über die Primärwicklung L2.3 des Transformators L2 miteinander verbunden. Die Kollektoren der beiden Transistoren Q1, Q2 sind über die beiden Teilwicklungen L2.1 und L2.2 des Transformators L2 sowie ferner durch einen Kondensator C3 miteinander verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren Q1, Q2 sind auf eine negative Klemme (–) einer Gleichspannungsversorgung geführt. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R3 und der Steuerelektrode eines Transistors Q1 ist über einen Widerstand R4 ebenfalls an die negative Klemme (–) angeschlossen.
  • Erfindungsgemäß weist der Royerkonverter einen Thyristor Q3 auf, dessen Anode auf den Verbindungspunkt zwischen den beiden Teilwicklungen L2.1 und L2.2, dessen Kathode auf die negative Klemme (–) und dessen Steuerelektrode auf einen Widerstand R1 geführt ist, der auf eine Zenerdiode D2 strombegrenzende Wirkung hat. Die Zehnerdiode D2 ist dabei mit ihrer Kathode an einer Kathode einer Eingangsdiode D1 an einer positiven Klemme (+) und mit ihrer Anode am Widerstand R1 und weiterhin über einen Widerstand R2 an die negative Klemme –U angeschlossen. Parallel zu der Zenerdiode D2 und den Widerständen R1 und R2 ist ein gepolter Kondensator C5 angeschlossen. Parallel zu dem Widerstand R2 ist weiterhin ein gepolter Kondensator C6 geschaltet.
  • In der so aufgebauten Schaltung werden die Transistoren Q1 und Q2 in den entgegengesetzten Richtungen durch die Rückführwicklung L2.3 so gesteuert, dass der Transformator L2 eine sinusförmige Ausgangsspannung liefert. Beim Zuschalten der Betriebsspannung wird über den Widerstand R3 Basisstrom für die Transistoren Q1, Q2 geliefert. Parallel zu dem Basisstrom für die Transistoren Q1, Q2 ist der Strom über den Widerstand R4 geführt. Der "schnellere" der beiden Transistoren wird leitend. Die Polarität der Teilwicklung L2.3 garantiert dabei, dass der jeweils andere Transistor gesperrt wird. Der Umschaltvorgang geschieht, während der Transformator L2 in die magnetische Sättigung gelangt. Dabei reißt mangels Energietransport der Basisstrom ab. Die entsprechende Änderung der Stromstärke in der Teilwicklung L2.1 bzw. L2.2 erzwingt eine Spannungsumkehr an der Teilwicklung L2.3. Die Induktivität des Transformators L2 bildet mit dem Kondensator C3 einen Schwingkreis. Damit läuft der beschriebene Vorgang mit sinusförmigem Verlauf ab.
  • Die Sekundärwicklung L2.4 liefert die gewünschte Hochspannung, die auf die Spannung der miteinander in Reihe geschalteten Teilwicklungen L2.1 und L2.2 hochtransformiert wird. Die Drossel L1 entkoppelt die Schaltung von der Betriebsspannung. Im Normalbetrieb ist die Zenerdiode D2 im Z-Bereich hochohmig, wodurch der Thyristor Q3 blockiert wird. Dies ändert sich jedoch, sobald die CCFL 5 gebrochen wird. Bei einem Lampenbruch läuft der Transformator L2 im Leerlauf, was unvermeidlich zu einer Erhöhung der Spannung an den Teilwicklungen L2.1, L2.2 und L2.3 führt. Diese Erhöhung der Spannung im Vergleich zum Normalbetrieb bewirkt einen Durchbruch der Zenerdiode D2, wodurch ein Steuersignal an den Steueranschluss des Thyristors Q3 weitergegeben wird. Eine Blockierung des Thyristors Q3 wird dabei aufgehoben, wodurch die Spannung auf dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Teilwicklungen L2.1 und L2.2 rapide abfällt und den oben beschriebenen Umschaltvorgang der beiden Transistoren Q1 und Q2 abklingt. Dies bewirkt eine Stilllegung des Transformators L2, wodurch an seiner Sekundärwicklung L2.4 keine Hochspannung mehr vorhanden ist.
  • Die hier beschriebene Folgen eines Lampenbruchs oder eines Lampenkurzschlusses einer der beiden Lampen 5 oder 6 bewirken jedoch keine Änderungen in dem verbleibenden intakten zweiten Royerkonverter.
  • Erfindungsgemäß ist es auch möglich, mehr als zwei Royerkonverter, an die jeweils eine CCFL angeschlossen ist, in einer Serienschaltung anzuschließen, wobei jeder Royerkonverter wie oben beschrieben, einzeln abschaltbar ist.

Claims (4)

  1. Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen (CCFL) (5, 6) – mit einer Konstantstromquelle (2), – mit mehreren Royerkonvertern (3, 4), an die jeweils wenigstens eine CCFL (5, 6) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Royerkonverter (3, 4) an ihren Eingängen in einer Serienschaltung angeschlossen sind und – jeder Royerkonverter (3, 4) einzeln abschaltbar ist.
  2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Royerkonverter (3, 4) bei einem technischen Defekt der CCFL (5, 6) abgeschaltet wird.
  3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Royerkonverter (3, 4) – einen Transformator (L2) aufweist, dessen Primärwicklung eine erste (L2.1), eine zweite (L2.2) und eine dritte Teilwicklung (L2.3) umfasst, und an dessen Sekundärwicklung (L2.4) die zu steuernde CCFL (5, 6) angeschlossen ist, und – der weiterhin zwei Transistoren (Q1, Q2) umfasst, deren Steueranschlüsse über die dritte Teilwicklung (L2.3) und deren Kollektoren über die beiden in Reihe geschalteten Teilwicklungen (L2.1, L2.2) miteinander verbunden sind, – wobei die Steueranschlüsse der Transistoren (Q1, Q2) überein strombegrenzendes Netzwerk (R3, R4) mit den Klemmen (+, –) einer Gleichspannungsversorgung verbunden sind, – wobei zwischen den Klemmen (+, –) eine Zenerdiode (D2) mit einem strombegrenzenden Widerstand (R1) angeschlossen ist, der weiterhin an einen Steueranschluss eines zwischen der ersten und zweiten Primärwicklung (L2.1, L2.2) und der negativen Klemme (–) geschalteten Thyristors (Q3) angeschlossen ist.
  4. Vorschaltgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalten des Royerkonverters (3, 4) nach einem Bruch oder nach einem Kurzschluss der CCFL (5, 6) mittels des Thyristors (Q3) erfolgt.
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