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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen
(CCFL).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt:
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3 das
Blockschaltbild einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts mit zwei
Royerkonvertern,
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4 das
Schaltbild eines Royerkonverters des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts.
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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.
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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.
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Der
Kondensator C4 ist mit der Lampe 5 in Reihe geschaltet.
Er wirkt als kapazitiver Widerstand und begrenzt somit den Lampenstrom.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.