DE19737786A1 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung wenigstens einer Kaltkathodenfluoreszenzlampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung wenigstens einer Kaltkathodenfluoreszenz­ lampe mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann­ ten Merkmalen.

Stand der Technik

Es ist bekannt, Kaltkathodenfluoreszenzlampen für Beleuchtungszwecke einzusetzen. Beispielsweise werden diese zur Beleuchtung von Anzeigeeinrichtungen in Armaturentafeln von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Je nach Art der Kaltkathodenfluoreszenzlampen kann Licht unterschiedlicher Farbe, beispielsweise weißes oder rötliches Licht, erzeugt werden. Zum Betreiben der Kaltkathodenfluoreszenzlampen ist eine Betriebsspan­ nung von circa 1 bis 2,5 kV Wechselspannung notwen­ dig. Da beim Einsatz in Kraftfahrzeugen als Versor­ gungsspannung die Bordnetzversorgung, die in der Regel 12 V Gleichspannung bereitstellt, genutzt wer­ den kann, ist bekannt, diese über einen DC/AC-Wandler zu wandeln und auf die Betriebsspannung der Kaltka­ thodenfluoreszenzlampe hochzutransformieren.

Da in Kraftfahrzeugen üblicherweise mehrere Kalt­ kathodenfluoreszenzlampen eingesetzt werden, ist der Aufwand, die relativ hohe Wechselspannung für jede Kaltkathodenfluoreszenzlampe bereitzustellen sehr hoch, da ein aufwendiger Berührungsschutz für die Hochspannung führenden Verbindungsleitungen geschaf­ fen werden muß. Für die Verbindung der Hochspannung mit den einzelnen Kaltkathodenfluoreszenzlampen ist das gesamte Verteilungsnetz entsprechend zu isolie­ ren. Ferner bereitet aufgrund der zu verteilenden Hochspannung eine elektromagnetische Verträglichkeit für weitere Schaltungsbestandteile, beispielsweise Steuergeräte im Kraftfahrzeug, Probleme.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, daß eine zentrale Bereitstellung der Hochspannung für alle Kaltkathodenfluoreszenzlampen (CCFl's) mit einer variablen Ansteuerung wenigstens einer, insbesondere mehrerer Kaltkathodenfluoreszenz­ lampen mit einem verhältnismäßig geringen Hochspan­ nungsberührungsschutz und EMV-Schutz möglich ist. Dadurch, daß die Gleichspannung in einer ersten Stufe in eine Wechselspannung gewandelt und auf eine Zwi­ schenkreisspannung transformiert wird, und die Zwi­ schenkreisspannung unmittelbar an der wenigstens einen Kaltkathodenfluoreszenzlampe in die Betriebs­ spannung hochtransformiert wird, ist es sehr vorteil­ haft möglich, die Versorgungsspannung für die Kalt­ kathodenfluoreszenzlampen auf einem relativ niedrigen Spannungsniveau zu verteilen und die für den Betrieb notwendige Hochspannung erst in unmittelbarer Nähe der Kaltkathodenfluoreszenzlampen zu erzeugen. Für die Verteilung der Zwischenkreisspannung, die vor­ zugsweise auf einem Spannungsniveau von circa 100 bis 110 V Wechselspannung liegt, sind keine über einen üblichen Rahmen hinausgehenden Maßnahmen zum Berüh­ rungsschutz notwendig.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die erste Stufe einen Gegentakt-Durchfluß­ wandler umfaßt, dessen Kennlinie über einen Pulswei­ ten-Modulations-Kontroller einstellbar ist. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, eine Spannungsregelung für sämtliche Kaltkathodenfluoreszenzlampen gemäß vorgeb­ barer Parameter durchzuführen. Insbesondere kann bevorzugt eine Dimmung der Kaltkathodenfluoreszenz­ lampen über die Pulsweiten-Modulations-Einheit erfol­ gen. Ferner ist bevorzugt, über die Pulsweiten-Modu­ lations-Einheit eine Ausregelung schwankender Helligkeiten einer Umgebung der Kaltkathodenfluoreszenz­ lampe beziehungsweise der Kaltkathodenfluoreszenz­ lampen selber, zum Beispiel bei zunehmender Alterung der CCFL, auszugleichen. Durch eine vorzugsweise vor­ gesehene Paketaustastung mittels einem von einem externen Mikroprozessor vorgegebenen Pulsweiten-Modu­ lations-Signal kann somit insgesamt eine intelligente Ansteuerung der wenigstens einen Kaltkathodenfluores­ zenzlampe unterschiedlichen Typs erfolgen. Prinzi­ piell ist es auch möglich, die Betriebsspannung wenig oder nicht auszutasten. Eine Dimmung oder Typenanpas­ sung der CCFL kann zum Beispiel über Triacs erfolgen.

Anhand von Triacs kann individuell die Primärseite der Hochspannungstransformationen ausgetastet werden und damit eine individuelle Dimmung und Typenanpas­ sung jeder einzelnen Röhre durchgeführt werden. Die Dimmung über Austastung hat gegenüber der Amplituden­ variation den Vorteil, daß die CCFL in einem festen Arbeitspunkt arbeitet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs­ beispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsan­ ordnung zeigt, näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur ist eine Schaltungsanordnung 10 zur An­ steuerung von Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 ge­ zeigt. Im dargestellten Beispiel werden insgesamt sieben Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12, die eine unterschiedliche Brenncharakteristik aufweisen kön­ nen, angesteuert, wobei nach weiteren, nicht darge­ stellten Ausführungsbeispielen, die Anzahl der anzu­ steuernden Kaltkathodenfluoreszenzlampen zwischen wenigstens einer und auch mehr als sieben schwanken kann. Die Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 dienen beispielsweise der Beleuchtung einer Anzeigeeinrich­ tung eines Kraftfahrzeuges, die in einer Armaturenta­ fel des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die beiden - gemäß der Darstellung in der Figur - oben gezeigten Kaltkathodenfluoreszenzlampen einer farblich um­ schaltbaren Beleuchtung der Anzeigeeinrichtung die­ nen, während die weiteren Kaltkathodenfluoreszenzlam­ pen beispielsweise der Beleuchtung eines Geschwindig­ keitsanzeigers, einer Tankanzeige, einer Temperatur­ anzeige, eines beliebigen Displays, eine Uhr und so weiter dienen können.

Die Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 sind auf einem Träger 14 angeordnet, der unmittelbar der Anzeigeein­ richtung zugeordnet ist und als Röhrenhalter und Reflektor dient.

Ferner ist eine Ansteuerplatine 16 vorgesehen, die an geeigneter Stelle, beispielsweise mit dem Träger 14, kombiniert oder von diesem getrennt angeordnet ist. Die Ansteuerplatine 16 umfaßt eine erste Stufe 18 der Schaltungsanordnung 10, während den Kaltkathoden­ fluoreszenzlampen eine zweite Stufe 20 der Schal­ tungsanordnung 10 zugeordnet ist. Die erste Stufe 18 ist mit einer Versorgungsspannung verbunden, die beim Einsatz in Kraftfahrzeugen als Bordnetzversorgung eine Gleichspannung U_G, in der Regel von 12 V, be­ reitstellt. Diese Gleichspannung U_G liegt an einem Gegentakt-Durchflußwandler 22 an, dessen Ausgänge mit einer Transformatorstufe 24 verbunden sind. An den Ausgängen der Transformatorstufe 24 liegt eine Zwi­ schenkreiswechselspannung U_W1 an, die über ein Ver­ teilernetz 26 den Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 unmittelbar zugeordneten Transformatorstufen 28 zuge­ führt wird. An den Ausgängen der Transformatorstufen 28 liegt jeweils eine Betriebs-Wechselspannung U_W2 der Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 an.

Die allgemeine Funktion der Schaltungsanordnung 10 ist demnach, daß die als Gleichspannung U_G zur Verfü­ gung stehende Versorgungsspannung mittels des Gegen­ takt-Durchflußwandlers 22 in eine Wechselspannung gewandelt wird, die über die Transformatorstufe 24 in die Zwischenkreisspannung U_W1 hochtransformiert wird. Unmittelbar an den Kaltkathodenfluoreszenzlampen wird die Zwischenkreiswechselspannung U_W1 in die Betriebs­ spannung U_W2 über die Transformatorstufen 28 hoch­ transformiert. Die Gleichspannung U_G beträgt bei­ spielsweise 12 V, die Zwischenkreiswechselspannung beispielsweise 110 V und die Betriebsspannung U_W2 je nach verwendeten Kaltkathodenfluoreszenzlampen zwi­ schen 1 bis 2,5 kV.

Es wird deutlich, daß die Betriebsspannung U_W2 zwei­ stufig aus der Versorgungsspannung U_G gewonnen wird. In der ersten Stufe 18 erfolgt lediglich eine Umset­ zung in eine relativ niedrige Zwischenkreiswechsel­ spannung U_W1, während die eigentliche Hochspannung erst in den Stufen 20, die jeweils den einzelnen Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 zugeordnet sind, erzeugt wird. Hierdurch wird erreicht, daß das Ver­ teilernetz 26 lediglich zur Übertragung der niedrigen Zwischenkreiswechselspannung U_W1 ausgelegt werden braucht. Entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 ist das Verteiler­ netz 26 entsprechend ausgebaut. Durch die Zweistufig­ keit der Bereitstellung der Betriebsspannung U_W2 können die Transformatorstufen 28 als relativ einfa­ che, und somit preiswerte, Miniatur-Hochspannungs-Über­ trager ausgebildet sein. Die eigentliche Lei­ stungsumsetzung erfolgt in der Stufe 18, wo lediglich eine relativ leistungsfähige Transformatorstufe 24 zur Verfügung steht.

Die Schaltungsanordnung 10 umfaßt ferner eine Mikro­ prozessoreinheit 30, dessen Logik-Bus 32 über Schnittstellen 1 bis 8 mit folgenden Komponenten verbunden ist. Die Schnittstelle 1 ist mit einem Potentiometer 34 zur manuellen, subjektiven Einstel­ lung einer Helligkeit der Kaltkathodenfluoreszenz­ lampen 12 verbunden. Die Schnittstelle 2 ist mit in dem Verteilernetz 26 eingebundenen Triacs 36 bezie­ hungsweise 38 verbunden. Die Schnittstellen 3 bis 5 sind mit einem Pulsweiten-Modulations-Kontroller 40 des Gegentakt-Durchflußwandlers 22 verbunden. Die Schnittstelle 6 ist mit einem Temperatursensor 42 und die Schnittstelle 7 mit einem Umgebungs-Lichtsensor 44 verbunden. Die Schnittstelle 8 ist schließlich mit einem den Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 unmittel­ bar zugeordneten Lichtsensor 46 verbunden.

Über die Mikroprozessoreinheit 30 erfolgt eine intel­ ligente Ansteuerung der Schaltungsanordnung 10, bei der insbesondere eine gewollte Dimmung der Kaltkatho­ denfluoreszenzlampen 12 über das Potentiometer 34, eine über den Lichtsensor 44 gemessene Umgebungshel­ ligkeit und eine über den Lichtsensor 46 gemessene Helligkeit der Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 - die durch eine Alterung nachlassen kann - berücksichtig­ bar sind. Die unmittelbare Ansteuerung erfolgt über den mit den Schnittstellen 3 bis 5 verbundenen Puls­ weiten-Modulations-Kontroller 40, der eine Kennlinie des Gegentakt-Durchflußwandlers 22 beeinflussen kann.

Der Gegentakt-Durchflußwandler 22 arbeitet beispiels­ weise mit einer Taktfrequenz von circa 65,5 kHz als Grundsignal, das über den Pulsweiten-Modulations-Kon­ troller 40 über ein von der Mikroprozessoreinheit 30 vorgegebenen Pulsweiten-Modulations-Signal, das beispielsweise 256 Hz beträgt, ausgetastet wird. Dieses das Grundsignal des Gegentakt-Durchflußwand­ lers 22 austastende Pulsweiten-Modulations-Signal kann über die Mikroprozessoreinheit 30 in Abhängig­ keit der von den Sensoren 42, 44 und 46 beziehungs­ weise dem Dimmer-Potentiometer 34 gelieferten Signale variiert werden, so daß eine entsprechende Spannungs­ regelung der Stufe 18 ermöglicht ist. Entsprechend der sich hierauf einstellenden Zwischenkreiswechsel­ spannung U_W1 wird letztendlich die die Kaltkathoden­ fluoreszenzlampen 12 ansteuernde Betriebsspannung U_W2 beeinflußt, so daß eine Leuchtdichte der Kaltkatho­ denfluoreszenzlampen 12 einstellbar ist. Über ein Regelglied 48 kann die von der Stufe 18 bereitge­ stellte Zwischenkreiswechselspannung U_W1 abgetastet und ausgeregelt werden.

Die Dimmung der Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12 er­ folgt somit über eine pulsweitenmodulierte Pa­ ketaustastung des Grundsignales des Gegentakt-Durch­ flußwandlers 22 über das von der Mikroprozessorein­ heit 30 vorgegebene Pulsweiten-Modulations-Signal. Dieses berücksichtigt die gewünschte Helligkeit sowie schwankende Umgebungs- sowie Lampenhelligkeiten und sich ergebene Temperatureinflüsse.

Die mittels der Schwingungspaketsteuerung realisierte Dimmung arbeitet nach dem Prinzip, daß die Schwin­ gungspakete mit einer Pulsweiten-Modulation geschal­ tet werden, wobei eine konstante Paketfrequenz von beispielsweise 256 Hz und eine gemäß den Helligkeits­ anforderungen variable Pulsdauer eine gleichmäßige Dimmung aller Kaltkathodenfluoreszenzlampen 12, die eine unterschiedliche Brenncharakteristik aufweisen können, der Schaltungsanordnung 10 ermöglicht.

Um niederfrequente Störungen der Beleuchtungsintensi­ tät, sogenanntes Flackern, das insbesondere bei ge­ ringen Beleuchtungsstärken auftritt, das heißt, wenn die Schwingungspakete eine geringe Anzahl von Pulsen aufweist, auszugleichen, ist vorgesehen, über die Schnittstelle 3 den Pulsweiten-Modulations-Kontroller 40 ein Synchronisierungssignal zuzuführen. Dieses dient dazu, die Dimmpaketfrequenz mit der Schwin­ gungstaktfrequenz zu synchronisieren. Hierzu werden diese Frequenzen aus einem Rechnertakt der Mikropro­ zessoreinheit 30 abgeleitet, der ein ganzzahliges Vielfaches der Dimmpaketfrequenz und der Schwingungs­ taktfrequenz darstellt. Hierdurch wird sicherge­ stellt, daß diese Frequenzen synchronisiert- sind und der gewünschten Dimmung entsprechend heruntergeteilt werden können. Die Schwingungstaktfrequenz kann zum Beispiel 65,5 kHz betragen. Diese wird aus einer Synchronisierungsfrequenz von 131 072 Hz gewonnen, die 1/32 des Rechnertaktes von 4,194 MHz entspricht. Die Mikroprozessoreinheit 30 stellt ebenfalls das mit 256 Hz niederfrequente Pulsweiten-Modulations-Signal zur Verfügung, das aus dem Rechnertakt durch Herun­ terteilen abgeleitet wird. Das Pulsweiten-Modula­ tions-Signal beträgt beispielsweise 1/214 des Rech­ nertaktes (256 Hz zu 4,194 MHz).

Durch eine aufeinander abgestimmte Wahl der Dimmpa­ ketfrequenz und der Taktfrequenz, die beispielsweise ein Verhältnis von 28 aufweisen und einer Auflösung der von der Mikroprozessoreinheit 30 bereitgestellten Pulsweiten-Modulations-Signale von beispielsweise 28 Schritten wird erreicht, daß in jedem Schwingungspa­ ket der Dimmpaketfrequenz nur ganzzahlige Takte ent­ halten sind. Hierdurch wird ein Anschneiden einzelner Schwingungen vermieden, so daß ein Oberschwingungs­ spektrum leitungsgebundener und/oder abgestrahlter Störamplituden verringert ist.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur Ansteuerung wenigstens einer Kaltkathodenfluoreszenzlampe, insbesondere zur Beleuchtung einer Anzeigeeinrichtung in Kraftfahrzeu­ gen, wobei eine als Versorgungsspannung zur Verfügung stehende Gleichspannung in eine Wechselspannung ge­ wandelt und in eine Betriebsspannung der wenigstens einen Kaltkathodenfluoreszenzlampe hochtransformiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung (U_G) in einer ersten Stufe (18) in eine Wechselspan­ nung gewandelt und auf eine Zwischenkreiswechselspan­ nung (U_W1) transformiert wird, und die Zwischenkreis­ wechselspannung (U_W1) unmittelbar an der wenigstens einen Kaltkathodenfluoreszenzlampe (12) in die Be­ triebsspannung (U_W2) hochtransformiert wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Stufe (18) einen Gegen­ takt-Durchflußwandler (22) umfaßt, dessen Kennlinie über einen Pulsweiten-Modulations-Kontroller (40) einstellbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulswei­ ten-Modulations-Kontroller (40) über einen Logik-Bus (32) eines Mikroprozessors (30) ansteuerbar ist, wobei die Taktfrequenz des Gegentakt-Durchflußwand­ lers (22) mit einem vom Mikroprozessor (30) vorgebba­ ren Pulsweiten-Modulations-Signal ausgetastet wird (Schwingungspaketsteuerung).

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro­ prozessor (30) das Pulsweiten-Modulations-Signal aus einer über einen Potentiometer (34) vorgebbaren Hel­ ligkeit (Dimmung) und/oder einer von einem Lichtsen­ sor (44) gelieferten Umgebungshelligkeit und/oder einer von einem Lichtsensor (46) gelieferten Hellig­ keit der Kaltkathodenfluoreszenzlampe (12) und/oder einer von einem Temperatursensor (42) gelieferten Umgebungstemperatur ableitet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikro­ prozessor (30) neben dem Pulsweiten-Modulations-Si­ gnal ein Synchronisierungssignal dem Pulsweiten-Modu­ lations-Kontroller (40) liefert, um die Taktfrequenz des Gegentakt-Durchflußwandlers (22) mit dem Pulswei­ ten-Modulations-Signal zu synchronisieren.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfre­ quenz und eine Paketfrequenz des Pulsweiten-Modu­ lations-Signales aus einem Rechnertakt des Mikropro­ zessors (30) ableitet wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Taktfrequenz und die Paket­ frequenz eine ganzzahlige Potenz zur Basis 2 bilden.