-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zum Zünden
und Betreiben einer Leuchtstofflampe.
-
Die
DE 38 35 121 A1 beschreibt
eine Schaltungsanordnung zum hochfrequenten Betrieb einer Niederdruckentladungslampe
mit einer selbst erregten Halbbrückenschaltung,
bei welcher zumindest zu einem der Emitterwiderstände der
Schalttransistoren eine oder mehrere in Durchlassrichtung betriebene Dioden
parallel geschalten sind. Durch die Parallelschaltung der Dioden
wird bei stabilem Dauerbetrieb eine stark erhöhte Stromentnahme ermöglicht,
ohne dass die Vorteile der Stromgegenkopplung durch die Emitter
wieder ständig
geopfert werden müssen.
So lassen sich auf einfache Weise wesentlich höhere Zündspannungen erzeugen.
-
Die
DE 41 29 430 A1 beschreibt
eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Lampe, die eine selbstschwingende
Halbbrücke
mit nur einer Induktivität
im Lampenkreis beinhaltet. Die Induktivität ist mit zwei komplementär gepolten
Hilfswicklungen versehen, die über
Filternetzwerke die Schalter ansteuern.
-
Die
EP 0 534 727 A1 beschreibt
eine Schaltung für
eine Entladungslampe mit Konstantspannungsbauelementen ZD1 und ZD2
zwischen Steuereingang und Kathode eines Schalters, wobei der Betrag
der negativen Steuerspannung (12V) größer ist als der Betrag der
positiven Steuerspannungen (10V).
-
Ein
so genannter "Serieninverter", welcher in 6 gezeigt ist, ist ein Beispiel
einer beispielhaften Vorrichtung zum Zünden einer Leuchtstofflampe nach
dem Stand der Technik. Bei dem Schaltkreis, welcher in 6 gezeigt ist, fließt ein Strom
von einer Wechselstromquelle (AC) 1 durch einen Gleichrichterschaltkreis 3,
bevor eine Leuchtstofflampe 8 gestartet wird. Die Wechselspannung
wird durch den Gleichrichterschaltkreis 3 gleichgerichtet.
Danach wird mit dem Strom bzw. der Spannung nicht nur einen Welligkeitsfilterkondensator 4 geladen,
sondern er bzw. sie fließt über einen
Widerstand 11, einen Widerstand 23 und eine Sekundärwicklung 25c eines Stromtransformators 25,
um in einem Triggerkondensator 14 geladen zu werden. Wenn
die Spannung des Triggerkondensators 14 die Gategrenzspannung eines
FET 6 erreicht, liegt die gespeicherte Ladung des Triggerkondensators 14 an
dem Gate des FET 6 an, so dass der FET 6 angeschaltet
wird.
-
Sobald
der FET 6 angeschaltet ist, fließt ein Strom von der Wechselspannungsquelle 1 über den Gleichrichterschaltkreis 3,
einen Resonanzkondensator 7, eine Elektrode 8a der
Leuchtstofflampe 8, einen Vorheizkondensator 9,
die andere Elektrode 8b der Leuchtstofflampe 8,
eine Spule bzw. Induktivität 24,
eine Primärwicklung 25b des
Stromtransformators 25 und den Drain des FETs 6,
während
die Stärke
bzw. Menge davon erhöht
wird. Dann fließt
der Strom wieder über
den Gleichrichterschaltkreis 3, um zu der Wechselspannungsquelle 1 zurückzukommen.
-
Dann
wird eine Spannung in der Sekundärwicklung 25c des
Stromtransformators 25 durch den Strom, welcher durch die
Primärwicklung 25b des Stromtransformators 25 fließt, erzeugt,
wodurch eine Gatespannung an den FET 6 angelegt wird und
der FET 6 in einem eingeschalteten Zustand gehalten wird.
Währenddessen
tritt die magnetische Sättigung des
Kerns des Stromtransformators 25 zu einem bestimmten Zeitpunkt
auf, wenn der Stromtransformator 25 die Funktion als eine
Induktivität
verliert, obwohl der Strom, welcher durch die Primärwicklung 25b des
Stromtransformators 25 fließt, kontinuierlich ansteigt.
-
Wenn
der Kern des Stromtransformators 25 magnetisch gesättigt ist,
wird eine Spannung nicht länger
von der Sekundärwicklung 25c des
Stromtransformators 25 abgegeben. Als Ergebnis nimmt die
Spannung, welche zwischen dem Gate und der Source des FET 6 anliegt,
bis auf die Gategrenzspannung davon oder geringer ab, so dass der
FET 6 abgeschaltet wird.
-
Es
sollte verstanden werden, dass die Ausgangspolarität der Sekundärwicklung
des Stromtransformators 25 invertiert ist, wenn der Kern
des Stromtransformators 25 magnetisch gesättigt ist,
weil der Strom, welcher durch die in dem Stromtransformator 25 gespeicherte
Energie verursacht wird, ein Strom ist, welcher eine veränderliche
Größe in Abhängigkeit
von der Zeit aufweist. Das bedeutet, dass der FET 5 bald
angeschaltet wird, weil die Spannung, welche zwischen dem Gate und
der Source des FETs 5 angelegt wird, ansteigt.
-
Sobald
der FET 5 angeschaltet ist, fließt der Strom über den
Resonanzkondensator 7, den FET 5, die Primärwicklung 25b des
Stromtransformators 25, die Induktivität 24, eine Elektrode 8b der
Leuchtstofflampe 8, den Vorheizkondensator 9 und
die andere Elektrode 8b der Leuchtstofflampe 8,
um so zu dem Resonanzkondensator 7 zurückzukommen. Dieser Strom schwingt
in Resonanz in einem geschlossenen Schaltkreis umfassend den Resonanzkondensator 7,
den FET 5, den Stromtransformator 25, die Induktivität 24,
eine Elektrode 8b der Leuchtstofflampe 8, den
Vorheizkondensator 9 und die andere Elektrode 8b der
Leuchtstofflampe 8.
-
Wenn
der Kern des Stromtransformators 25 wieder magnetisch gesättigt ist
auf grund der Umkehr des Stromes, wird eine Spannung nicht länger von
einer Sekundärwicklung 25a des
Stromtransformators 25 ausgegeben. Als Ergebnis nimmt die
Spannung, die zwischen dem Gate und der Source des FET 5 angelegt
wird ab, bis auf die Gategrenzspannung davon oder geringer, so dass
der FET 5 abgeschaltet wird. Nachfolgend wird der FET 6 wieder
angeschaltet, wenn die Ausgangspolarität der Sekundärwicklung
des Stromtransformators 25 invertiert wird. Eine solche
Betriebsweise wird danach wiederholt durchgeführt.
-
Der
Strom fließt über die
Elektroden 8a und 8b der Leuchtstofflampe 8,
wodurch diese Elektroden 8a und 8b aufgeheizt
bzw. erhitzt werden. Zusätzlich steigt
die Temperatur der Elektroden an, weil eine Spannung mit einer großen Amplitude
aufgrund der Resonanz gleichzeitig an die Elektroden der Leuchtstofflampe 8 angelegt
wird, wodurch die Leuchtstofflampe 8 gezündet wird.
-
Wie
oben beschrieben, verwendet eine Vorrichtung zum Zünden einer
Leuchtstofflampe nach dem Stand der Technik einen Stromtransformator zum
Schalten der Leuchtstofflampe bei Hochfrequenz. Jedoch hält die Verwendung
eines Stromtransformators für
eine solche Vorrichtung zum Zünden
einer Leuchtstofflampe nach dem Stand der Technik die Vorrichtung
davon ab, verkleinert zu werden. Des Weiteren sind die Herstellungskosten
einer solchen Zündvorrichtung
nachteilig hoch, weil ein Stromtransformator teuer ist.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verkleinerte und
günstige
Schaltungsanordnung zum Zünden
und Betreiben einer Leuchtstofflampe vorzuschlagen.
-
Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Eine
vorteilhafte Ausführungsform
ergibt sich aus dem Unteranspruch.
-
Demzufolge
ermöglicht
die hierin beschriebene Erfindung den Vorteil des Schaffens einer
verkleinerten, vereinfachten und kostenvermindernden Schaltungsan ordnung
ohne die Verwendung eines Stromtransformators.
-
Hiernach
werden die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt
einen Schaltkreis einer Vorrichtung zum Zünden einer Leuchtstofflampe
bzw. Leuchtstoffröhre
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
2 zeigt
einen Schaltkreis, welcher eine Spannung VZD zwischen den zwei Anschlüssen eines
Paars von seriell geschalteten Zenerdioden und die Richtung des
Stroms IZD, welcher durch die Zenerdioden fließt, zeigt.
-
3 ist
ein Diagramm, welches die Kennlinien der seriell geschalteten Zenerdioden
durch das Verhältnis
zwischen der Spannung VZD und den Strom IZD zeigt.
-
4 ist
ein Diagramm, welches zur allgemeinen Erläuterung der Erfindung eine
Gate-Sourcespannung VGS und einen Drainstrom ID für die FETs 5 und 6 des
ersten nicht von der Erfindung umfassten Beispiels zeigt.
-
5 ist
ein Diagramm, welches die Gate-Sourcespannung VGS und den Drainstrom
ID für
die FETs 5 und 6 des zweiten Beispiels, das der Erfindung
entspricht zeigt.
-
6 ist
ein Schaltkreis einer Vorrichtung zum Zünden einer Leuchtstofflampe
nach dem Stand der Technik.
-
In
dieser Beschreibung bezieht sich ein "Regel- bzw. Steueranschluss" eines Schaltbauelements gemeinsam
auf das Gate eines FETs (Feldeffekttransistor), die Basis eines
Bipolartransistors und das Gate eines IGBTs (Bipolartransistor mit
isoliertem Gate), ein "Anodenanschluss" eines Schaltbauelements
bezieht sich gemeinsam auf den Drain eines FETs, den Kollektor eines
Bipolartransistors und den Kollektor eines IGBTs und ein "Kathodenanschluss" eines Schaltbau elements
bezieht sich gemeinsam auf die Source eines FETs, den Emitter eines
Bipolartransistors und den Emitter eines IGBTs.
-
1 zeigt
einen Schaltkreis einer Vorrichtung zum Zünden einer Leuchtstofflampe
bzw. Leuchtstoffröhre
in einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 zum
Zünden der
Leuchtstofflampe bzw. Leuchtstoffröhre nimmt zum Beispiel Energie
zum Zünden
einer Leuchtstofflampe bzw. Leuchtstoffröhre 8 von einer Wechselstromquelle 1 auf.
Die Wechselstromquelle 1 ist gewöhnlich eine Wechselstromsteckdose
bzw. ein Wechselstromausgang und gibt eine Wechselstromspannung
aus mit einer effektiven Ausgangsspannung von 100 V an einen Gleichrichterschaltkreis 3 aus.
Ein Rauschverhinderungs- bzw. Schutzkondensator 2 ist zwischen
der Wechselspannungsquelle 1 und dem Gleichrichterschaltkreis 3 vorgesehen,
um das Schaltrauschen, welches durch die Vorrichtung 100 zum
Zünden
der Leuchtstofflampe bzw. Leuchtstoffröhre erzeugt wird, daran zu
hindern, in die Wechselstromquelle 1 zu streuen.
-
Der
Gleichrichterschaltkreis 3 nimmt den Wechselstrom auf,
führt eine
Vollwellengleichrichtung davon durch und gibt dann den Wellenstrom
an einen Wellen- bzw.
Welligkeitsfilterkondensator 4 aus. Der Wellenfilterkondensator 4 nimmt
den ganzwellengleichgerichteten Wellenstrom auf und sammelt Ladung
darin an, wodurch die Wellen des Stromes vermindert werden. Als
Ergebnis wird eine Spannung, welche im Wesentlichen in Gleichstrom umgewandelt
wurde, zwischen einem Anschluss VIN und einem Anschluss GND erzeugt.
Wenn die Wechselspannungsquelle 1 einen effektiven Wert
von 100 V aufweist, wird die Spannung bei dem Anschluss VIN in Bezug
auf den Anschluss GND ungefähr
140 V.
-
Der
Drain (oder der Anodenanschluss) eines FETs 5 ist mit dem
Anschluss VIN verbunden, die Source (oder der Kathodenanschluss)
des FETs 5 wird mit dem Drain (oder dem Anodenanschluss)
eines FETs 6 verbunden und die Source (oder der Kathodenanschluss)
des FETs 6 wird mit dem Anschluss GND verbunden. Das heißt, dass
die FETs 5 und 6 seriell miteinander geschaltet
bzw. verbunden sind.
-
Ein
Resonanzkondensator 7, eine Elektrode 8a der Leuchtstofflampe
bzw. Leuchtstoffröhre 8,
ein Vorheizkondensator 9, die andere Elektrode 8b der Leuchtstofflampe
bzw. Leuchtstoffröhre 8 und
eine Primärwicklung 10b einer
Drosselspule (choke coil) 10 sind seriell in dieser Reihenfolge
zwischen dem Anschluss VIN und einem Anschluss INT geschaltet bzw.
verbunden. Der Anschluss INT ist ein Zwischenpunkt zwischen den
FETs 5 und 6, d.h. ein Punkt, bei welchem die
Source des FETs 5 mit dem Drain des FETs 6 verbunden
ist.
-
Die
Vorrichtung 100 zum Zünden
einer Leuchtstofflampe bzw. Leuchtstoffröhre, einschließlich des
Vorheizkondensators 9, welcher zwischen dem Paar der Elektroden 8a und 8b der
Leuchtstofflampe bzw. Leuchtstoffröhre 8 vorgesehen ist,
bildet einen Hochfrequenzinverter- bzw. Umkehrstufenschaltkreis
als ganzes. Die Vorrichtung 100 zum Zünden einer Leuchtstofflampe
bzw. Leuchtstoffröhre umfasst
einen Wechselstrom-Gleichstrom- (AC-DC) Umwandlerschaltkreis oder
einen Schaltkreis zum Umwandeln des Wechselstroms, welcher von der Wechselstromquelle
bzw. Wechselspannungsquelle 1 zu den Anschlüssen VIN
und GND fließt,
in Gleichstrom. Jedoch fällt
auch eine Vorrichtung, welche einen solchen Schaltkreis nicht umfasst,
innerhalb des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel
kann eine Gleichstromspannung bei den Anschlüssen VIN und GND erhalten werden
durch Weglassen des AC-CD-Umwandlungsschaltkreises
bei der Vorrichtung 100 zum Zünden der Leuchtstofflampe bzw.
Leuchtstoffröhre.
In einem solchen Fall fließt der
erhaltene Gleichstrom durch den Resonanzkondensator 7,
die Leuchtstoffröhre
bzw. Leuchtstofflampe 8 und die Primärwicklung 10b, welche
seriell miteinander verbunden sind über die abwechselnd bzw. wechselseitigen
anschaltenden FETs 5 und 6, wodurch die Leuchtstoffröhre bzw.
Leuchtstoffröhre 8 gezündet wird.
-
Hiernach
wird ein Schaltkreis zum Ansteuern der Gates der FETs 5 und 6 beschrieben.
Die Drosselspule 10 umfasst eine Primärwicklung 10b und zwei
Sekundärwicklungen 10a und 10c.
Wenn der Strom durch die Primärwicklung 10b fließt, erzeugen die
Sekundärwicklungen 10a bzw. 10c Spannungen zum
Ansteuern der Gates der FETs 5 und 6, wodurch eine
Eigen- bzw. Selbstschwingung ermöglicht
wird.
-
Die
Sekundärwicklung 10a und
eine Induktivität 21,
welche seriell miteinander verbunden sind, ein Paar von seriell
verbundenen Zenerdioden 19 und 20, und ein Kondensator 22 sind
parallel geschaltet zwischen dem Gate des FETs 5 und dem
Anschluss INT. Ein Widerstand 11 und ein Kondensator 12 sind
parallel geschaltet zwischen dem Drain und der Source des FETs 5.
-
Die
Sekundärwicklung 10c und
eine Induktivität 15,
welche seriell miteinander verbunden sind, ein Paar von seriell
geschalteten Zenerdioden 17 und 18, und ein Kondensator 16 sind
parallel geschaltet zwischen dem Gate des FETs 6 und einem
Anschluss VL. Ein Widerstand 23 ist zwischen dem Gate des
FETs 6 und dem Anschluss INT geschaltet. Ein Triggerkondensator 14 ist
zwischen den Anschlüssen
VL und GND geschaltet.
-
Die
Ladung, welche über
den Anschluss VIN zugeführt
wird, ist in dem Triggerkondensator 14 über die Widerstände 11 und 23 angesammelt
bzw. geladen. Umgekehrt ist ein Widerstand 13 zum Entladen der
angesammelten Ladung in dem Triggerkondensator 14 zwischen
dem Zwischenpunkt des Paars der Zenerdioden 17 und 18 und
dem Anschluss GND geschaltet.
-
Hiernach
wird das Paar der Zenerdioden 17, 18 und 19, 20 beschrieben. 2 ist
ein Schaltkreis, welcher eine Spannung VZD zwischen den zwei Anschlüssen des
Paars der seriell verbundenen Zenerdioden und der Richtung des Stroms
IZD, welcher durch die Zenerdioden fließt, zeigt. 3 ist
ein Diagramm, welches die Kennlinien der seriell verbundenen Zenerdioden über das
Verhältnis zwischen
der Spannung VZD und dem Strom IZD darstellt. Wenn die Spannung
VZD und der Strom IZD wie in 2 gezeigt
definiert sind, ist der Widerstand im wesentlichen unendlich in
dem Bereich von einer positiven Regel- bzw. Steuerspannung VP zu
einer negativen Regel- bzw. Steuerspannung VN, wie in 3 gezeigt,
jedoch ist sobald die Regel- bzw. Steuerspannung VP oder VN überschreitet,
der Widerstand im wesentlichen null. Demzufolge schneiden die Zenerdioden 17 und 18,
wie in 3 gezeigt, die Regel- bzw. Steuerspannung ab,
welche an dem Gate des FETs 6 anliegen soll, bei der positiven
Regel- bzw. Steuerspannung VP und der negativen Regel- bzw. Steuerspannung
VN. Mit anderen Worten legen die Zenerdioden 17 und 18 die
positive Regel- bzw. Steuerspannung VP und die negative Regel- bzw.
Steuerspannung VN an das Gate (d.h. den Regel- bzw. Steueranschluss)
des FETs 6 an. Die Spannung VP ist positiv in Bezug auf
die Source (d.h. den Kathodenanschluss) des FETs 6 und
die Spannung VN ist negativ in Bezug auf die Source des FETs 6.
-
Bei
der Vorrichtung 100 zum Zünden der Leuchtstoffröhre ist
erfindungsgemäß vorgesehen, dass
der absolute Wert der positiven Regel- bzw. Steuerspannung VP größer ist,
als der der negativen Regel- bzw. Steuerspannung VN, wie später in dem zweiten
Beispiel beschrieben wird. Ein anderes Paar von Zenerdioden 19 und 20 hat
die gleichen Eigenschaften bzw. Kennlinien wie die des Paars der
Zenerdioden 17 und 18.
-
Als
nächstes
wird die Arbeitsweise der Vorrichtung 100 zum Zünden der
Leuchtstoffröhre
beschrieben. Bevor die Leuchtstoffröhre 8 gestartet wird,
geht die technische Wechselstromspannung, welche von der Wechselstrom-
bzw. Spannungsquelle 1 (z.B. eine Wechselstromsteckdose)
zugeführt wird
durch den ein Rauschen verhindernden Kondensator 2, den
Gleichrichterschaltkreis 3 und den Wellenfilterkondensator 4,
um so im wesentlichen in eine Gleichstromspannung umgewandelt zu
werden. Die Gleichstromspannung, die zwischen den Anschlüssen VIN
und GND erzeugt wird, bewirkt, dass ein Strom über den Resonanzkondensator 7,
eine Elektrode 8a der Leuchtstoffröhre 8, den Vorheizkon densator 9,
die andere Elektrode 8b der Leuchtstoffröhre 8,
die Primärwicklung 10b der
Drosselspule 10 und den FET 6 fließt. Als
Ergebnis wird der Wellenfilterkondensator 4 bis auf den
Spitzenwert (z.B. 140 V) der durch die Wechselstromspannungsquelle 1 zugeführten Spannung
aufgeladen. Demzufolge wird der Triggerkondensator 14 über die
Widerstände 11 und 23,
die Induktivität 15 und
die Sekundärwicklung 10c der
Drosselspule 10 geladen.
-
Wenn
die Spannung zwischen den zwei Anschlüssen des Triggerkondensators 14 die
Gategrenzspannung des FETs 6 erreicht, wird die Ladung, welche
in dem Triggerkondensator 14 aufgeladen bzw. angesammelt
ist, dem Gate des FETs 6 zugeführt, so dass der FET 6 angeschaltet
wird. Sobald der FET 6 angeschaltet ist, erhöht das Anlegen
einer Spannung zwischen den Anschlüssen VIN und GND die Menge
des Stroms, welcher durch den Resonanzkondensator 7, eine
Elektrode 8a der Fluoreszenzlampe 8, den Vorheizkondensator 9,
die andere Elektrode 8b der Fluoreszenzlampe 8,
die Primärwicklung 10b der
Drosselspule 10 und den FET 6 fließt.
-
Weil
der Strom durch die Primärwicklung 10b der
Drosselspule fließt,
wird eine Spannung zwischen den zwei Anschlüssen der Sekundärwicklung 10c der
Drosselspule 10 erzeugt. Als Ergebnis wird die Gatespannung
des FETs 6 höher
und der FET 6 wird im eingeschalteten Zustand gehalten.
-
Der
Strom, welcher durch die Sekundärwicklung 10c der
Drosselspule 10 fließt,
fängt bald
an, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen aufgrund der Resonanz der
Induktivität 15 und
des Kondensators 16, welche mit der Sekundärwicklung 10c verbunden
sind. Als Ergebnis wird der FET 6 ausgeschaltet, weil die
Spannung, welche zwischen dem Gate und der Source des FETs 6 anliegt,
geringer wird, als die Gategrenzspannung des FETs 6.
-
Wie
in 1 gezeigt, ist die Sekundärwicklung 10a der
Drosselspule 10 in die entgegengesetzte Richtung zu der
der Sekundärwicklung 10c gewickelt.
Demzu folge erhöht
sich die Spannung zwischen den zwei Anschlüssen der Sekundärwicklung 10a im
Gegensatz dazu, wenn die Spannung zwischen den zwei Anschlüssen der
Sekundärwicklung 10c abnimmt.
Folglich steigt die Spannung, welche zwischen dem Gate und der Source
des FETs 5 anliegt, auch an, nachdem der FET 6 ausgeschaltet wird,
wodurch der FET 5 angeschaltet wird.
-
Sobald
der FET 5 angeschaltet ist, bewegt sich die Ladung, welche
in dem Resonanzkondensator 7 angesammelt ist, innerhalb
des geschlossenen Schaltkreises einschließlich des FETs 5 der
Drosselspule 10, einer Elektrode 8b der Leuchtstoffröhre 8, dem
Vorheizkondensator 9 und der anderen Elektrode 8a der
Leuchtstoffröhre 8.
Der Strom schwingt in Resonanz in einem seriellen Resonanzschaltkreis einschließlich der
Primärwicklung 10b der
Drosselspule 10, dem Resonanzkondensator 7 und
dem Vorheizkondensator 9.
-
Der
Strom, welcher durch die Sekundärwicklung 10a der
Drosselspule 10 fließt,
fängt bald
an, in die entgegengesetzte Richtung zu fließen aufgrund der Resonanz der
Induktivität 21 und
des Kondensators 22, welche mit der Sekundärwicklung 10a verbunden
sind. Als Ergebnis wird der FET 5 abgeschaltet, weil die
Spannung, welche zwischen dem Gate und der Source des FETs 5 anliegt,
geringer wird, als die Gategrenzspannung des FETs 5.
-
Wie
in 1 gezeigt, ist die Sekundärwicklung 10c der
Drosselspule 10 in die entgegengesetzte Richtung zu der
der Sekundärwicklung 10a gewickelt.
Demzufolge erhöht
sich die Spannung zwischen den zwei Anschlüssen der Sekundärwicklung 10c im
Gegensatz dazu, wenn die Spannung zwischen den zwei Anschlüssen der
Sekundärwicklung 10a abnimmt.
Folglich erhöht
sich auch die Spannung, welche zwischen dem Gate und der Source des
FETs 6 anliegt, nachdem der FET 5 abgeschaltet ist,
wodurch der FET 6 angeschaltet wird. Von da an werden die
FETs 5 und 6 wechselseitig angeschaltet durch
Wiederholen der oben beschriebenen Betriebsweise.
-
Der
Strom, welcher wechselnd durch die FETs 5 und 6 fließt, fließt durch
die Elektroden 8a und 8b der Leuchtstoffröhre 8,
wodurch diese Elektroden 8a und 8b aufgeheizt
werden. Zusätzlich
wird eine Spannung, welche eine große Amplitude aufweist, aufgrund
der Resonanz, gleichzeitig an die Elektroden 8a und 8b der
Leuchtstoffröhre 8 angelegt.
Die Leuchtstoffröhre
bzw. Leuchtstofflampe 8 wird gezündet bzw. erleuchtet und bleibt
dann kontinuierlich gezündet
bzw. erleuchtet aufgrund der Wärme,
welche in den Elektroden erzeugt wird, und der hohen Spannung zwischen
den Elektroden.
-
Bei
der Vorrichtung zum Zünden
einer Leuchtstofflampe bzw. Leuchtstoffröhre gemäß der vorliegenden Erfindung
wird die Hochfrequenzansteuerung der Gates der FETs 5 und 6,
welche als Schaltbauelemente wirken, durch die Resonanz der Induktivität 21 und
des Kondensators 22 und die Resonanz der Induktivität 15 bzw.
des Kondensators 16 realisiert. Deshalb kann die Leuchtstofflampe
gestartet und gezündet
werden, ohne dass ein Stromtransformator verwendet wird, anders
als die Vorrichtungen zum Zünden
einer Leuchtstoffröhre
nach dem Stand der Technik. Als Ergebnis kann die vorliegende Erfindung
eine Vorrichtung zum Zünden
einer Leuchtstoffröhre
schaffen mit einer verkleinerten, vereinfachten und kostenreduzierten
Anordnung bzw. Konfiguration.
-
Beispielhafte
Schaltkreiskonstanten der Vorrichtung 100 zum Zünden der
Leuchtstoffröhre
sind bei einem ersten Beispiel, das der allgemeinen Erläuterung
dient und nicht erfindungsgemäß ist, wie
folgt.
-
Der
effektive Mittelwert der Ausgangsspannung der Wechselstromspannungsquelle 1:
10 V,
Die Induktivität
der Primärwicklung 10b:
0,7 mH,
Die Anzahl der Wicklungen der Primärwicklung 10b: 136
Wicklungen,
Die Anzahl der Wicklungen der Sekundärwicklung 10a:
10 Wicklungen,
Die Anzahl der Wicklungen der Sekundärwicklung 10c:
10 Wicklungen,
Die Kapazität
des Resonanzkondensators 7: 0,1 μF,
Die Kapazität des Vorheizkondensators 9:
9100 pF,
Die Kapazität
des Wellenfilterkondensators 4: 33 μF,
Die Kapazität des Triggerkondensators 14:
0,033 μF und
Die
Zenerspannung der Zenerdioden 17 bis 20: 10,0 V
(d.h. die positive Regel-
bzw.
Steuerspannung VP = +10,0 V und die negative Regel- bzw. Steuerspannung
VN = –10,0
V).
-
Die
Schaltkreiskonstanten der Vorrichtung zum Zünden der Leuchtstoffröhre in dem
ersten Beispiel sind nicht auf die oben erläuterten Werte begrenzt. Jedoch
kann die Röhre
bzw. Lampe unter Verwendung dieser beispielhaften Konstanten zufrieden
stellend gestartet und gezündet
werden.
-
Es
wird festgestellt, dass die Resonanzfrequenz der Induktivität 15 und
des Kondensators 16 vorzugsweise höher ist, als die Schaltfrequenz
der FETs 5 und 6. Zum Beispiel beträgt die Resonanzfrequenz
der Spule bzw. Induktivität 15 und
des Kondensators 16 ungefähr 100 kHz und die Schaltfrequenz
der FETs 5 und 6 liegt in dem Bereich von ungefähr 10 kHz
bis ungefähr
75 kHz. Das gleiche Verhältnis
gilt auch für
die Resonanzfrequenz der Induktivität 21 und des Kondensators 22.
-
Bei
der Vorrichtung zum Zünden
der Leuchtstoffröhre
in dem zweiten Beispiel, das der vorliegenden Erfindung entspricht,
können
nicht nur die Wirkungen bzw. Effekte des ersten Beispiels, sondern auch
die Wirkung des Verhinderns eines Kurzschluss-Stromes mit Sicherheit
erzielt werden. Der Kurzschluss- (shortthrough) Strom ist ein Strom,
welcher verursacht wird, wenn die Anschlüsse VIN und GND kurzgeschlossen
werden aufgrund des gleichzeitigen Anschaltens der FETs 5 und 6 der
Vorrichtung 100 und Zünden
der Leuchtstoffröhre.
Die Vorrichtung zum Zünden
der Leuchtstoffröhre
des ersten Beispiels hat eine Anordnung, bei welcher die FETs 5 und 6 in
der Theorie nicht gleichzeitig angeschaltet werden. Jedoch können die
FETs 5 und 6 tatsächlich gleichzeitig angeschaltet
werden aufgrund der Veränderung
der Konstanten der Schaltkreisbauelemente, der Temperatureigenschaften
der Bauelemente oder ähnlichem.
-
4 ist
ein Diagramm, welches die Gate-Sourcespannung VGS und den Drainstrom
ID für
die FETs 5 und 6 des ersten Beispiels zeigt. In 4 stellt
die Abszissenachse eine Zeit dar, während die Ordinatenachse eine
Spannung für
die Gate-Sourcespannung VGS und den Strom für den Drainstrom ID darstellt.
Bei dem ersten Beispiel ist der absolute Wert der positiven Regel-
bzw. Steuerspannung VP (z. B. +10,0 V) gleich zu dem der negativen
Regel- bzw. Steuerspannung VN (z.B. –10,0 V). Demzufolge, wie in 4 gezeigt,
tritt eine so genannte "Totzeit" TD nicht auf zwischen
der Zeitdauer des Angeschaltetseins TON5 des FETs 5 und
der Zeitdauer des Angeschaltetseins TON6 des FETs 6. In
der Theorie fließt
kein Kurzschluss-Strom in dem Fall der Zeitabläufe, wie in 4 gezeigt.
Jedoch können
sich die Zeitdauern des Angeschaltetseins TON5 und TON6 miteinander
auf der Zeitachse bei tatsächlichen
Produkten überlappen,
weil einige Veränderungen
bei den Konstanten, den Temperatureigenschaften und ähnlichem
bei den Schaltkreisbauelementen davon auftreten. In einem solchen
Fall fließt
der Kurzschluss-Strom, so dass eine größere Menge der Leistung bei
den FETs 5 und 6 verloren wird, weil ein Zeitraum
besteht, während
welchem die FETs 5 und 6 gleichzeitig angeschaltet
sind. Zusätzlich
ist es wahrscheinlich, dass die FETs 5 und 6 eher stören, als
erwartet, weil die FETs 5 und 6 Hitze erzeugen.
-
5 ist
ein Diagramm, welches die Gate-Sourcespannung VGS und den Drainstrom
ID für
die FETs 5 und 6 des zweiten Beispiels zeigt.
Bei 5 stellt die Abszissenachse eine Zeit dar, während die
Ordinatenachse eine Spannung für
die Gate-Sourcespannung VGS und einen Strom für den Drainstrom ID darstellt.
Bei dem ersten Beispiel ist der absolute Wert der positiven Regel-
bzw. Steuerspannung VP (z.B. + 10,0 V) größer, als der der negativen
Regel- bzw. Steuerspannung VN (z.B. –8,2 V). Demzufolge kommt eine
so genannte "Totzeit" TD, wie in Figur
gezeigt, zwischen der Zeitdauer des Angeschaltetseins TON5 des FETs 5 und
der Zeitdauer des Angeschaltetseins TON6 des FETs 6 vor.
-
Bei
dem zweiten Beispiel ist der absolute Wert der positiven Regel-
bzw. Steuerspannung VP größer, als
der der negativen Regel- bzw. Steuerspannung VN. Mit anderen Worten
erfüllen
die Zenerspannung V17 bis V20 der Zenerdioden 17 bis 20 die
Bedingungen: V17 < V18
und V19 < V20,
obwohl die Vorrichtung zum Zünden
der Leuchtstoffröhre
des zweiten Beispiels die gleiche Schaltkreisanordnung hat bzw.
den gleichen Schaltkreisaufbau aufweist, wie die der Vorrichtung
100 zum Zünden
der Leuchtstoffröhre
des ersten Beispiels. Durch Einstellen der Zenerspannungen der Zenerdioden 17 bis 20 so, dass
sie die oben erwähnten
Verhältnisse
erfüllen, können die
Totzeiten TD, welche in 5 gezeigt sind, geschaffen werden.
Das heißt,
dass das gleichzeitige Anschalten der FETs 5 und 6 mit
Sicherheit verhindert werden kann.
-
Wie
oben in dem zweiten Beispiel beschrieben, ist es möglich, die
Eigenschaften bzw. Kennlinien der Schaltbauelemente davon abzuhalten,
eher als erwartet verschlechtert zu werden, weil das gleichzeitige
Anschalten der zwei Schaltbauelemente verhindert werden kann.
-
Die
Stromkreiskonstanten des zweiten Beispiels sind die gleichen, wie
die des ersten Beispiels, außer
die der Zenerdioden. Beispielkonstanten sind wie folgt.
-
Der
effektive Mittelwert der Spannung der Ausgangsspannung der Wechselstromspannungsquelle 1:
100 V,
Die Induktivität
der Primärwicklung 10b:
0,7 mH,
Die Anzahl der Wicklungen der Primärwicklung 10b: 136
Wicklungen,
Die Anzahl der Wicklungen der Sekundärwicklung 10a:
10 Wicklungen,
Die Anzahl der Wicklungen der Sekundärwicklung 10c:
10 Wicklungen,
Die Kapazität
des Resonanzkondensators 7: 0,1 μF,
Die Kapazität des Vorheizkondensators 9:
9100 pF,
Die Kapazität
des Wellenfilterkondensators 4: 33 μF,
Die Kapazität des Triggerkondensators 14:
0,033 μF,
Die
Zenerspannung der Zenerdioden 17 und 19: 8,2 V
(d.h. die negative Regel- bzw.
Steuerspannung VN = –8,2
V).
Die Zenerspannung der Zenerdioden 18 und 20:
10,0 V (d.h. die positive Regel- bzw.
Steuerspannung VP = +10,0 V).
-
Die
Stromkreiskonstanten der Vorrichtung zum Zünden der Leuchtstofflampe bzw.
Leuchtstoffröhre
in dem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung sind nicht auf
die beispielhaften oben erwähnten
Werte beschränkt.
Jedoch kann durch die Verwendung dieser beispielhaften Konstanten
die Lampe bzw. Röhre
zufrieden stellend gestartet und gezündet werden, und der Kurzschluss-Strom
kann mit Sicherheit verhindert werden.
-
Bei
den vorangegangen ersten und zweiten Beispielen wird ein FET als
ein Schaltbauelement mit einem Regel- bzw. Steueranschluss verwendet.
Jedoch können
die gleichen Effekte auch erhalten werden, selbst wenn beliebiges
andere Schaltbauelemente mit einem Regel- bzw. Steueranschluss verwendet
werden, wie Bipolartransistoren und IGBTs. Des Weiteren können die
gleichen Effekte auch erhalten werden, selbst durch die Verwendung
eines jeden anderen Schaltkreises mit einer verschiedenen Anordnung,
wie eine Einzeltransistorumkehrstufe bzw. -inverter, solange wie
das Schaltbauelement mit einem Regel- bzw. Steueranschluss durch eine LC-Resonanz
angesteuert wird, obwohl ein serieller Inverter bzw. eine serielle
Umkehrstufe als ein Zündschaltkreis
verwendet wird. Weiterhin können
auch die gleichen Effekte erhalten werden, wenn der Vorheizkondensator 9 näher an der
Strom- bzw. Spannungsquelle vorgesehen ist, obwohl der Vorheizkondensator 9 bei
der Leuchtstoffröhre 8 so
vorgesehen ist, dass er weiter entfernt von der Strom- bzw. Spannungsquelle
ist.
-
Wie
aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich, kann die vorliegende
Erfindung eine Vorrichtung zum Zünden
einer Leuchtstoffröhre bzw.
Leuchtstofflampe schaffen mit einer verkleinerten, vereinfachten
und kostenreduzierten Anordnung ohne die Verwendung eines Stromtransformators.
-
Des
Weiteren kann ein Paar von Schaltbauelementen gemäß der vorliegenden
Erfindung so angesteuert werden, dass die Zeitdauern des Angeschaltetseins der
zwei Schaltbauelemente sich nicht miteinander auf der Zeitachse überlappen.
Demzufolge kann die vorliegende Erfindung eine verkleinerte, vereinfachte
und kostenreduzierte Vorrichtung zum Zünden einer Leuchtstoffröhre schaffen,
welche die Schaltbauelemente davon abhalten kann, gleichzeitig angeschaltet
zu werden, den Verlust der Schaltbauelemente unterdrücken kann,
und die Bestandteile der Schaltbauelemente davon abhalten kann,
eher als erwartet verschlechtert zu werden aufgrund der Hitze, welche
durch die Schaltbauelemente erzeugt wird.