DE19853657A1

DE19853657A1 - Control gear for fluorescent cold cathode lamp with lamp current controlled by resonant circuit

Info

Publication number: DE19853657A1
Application number: DE19853657A
Authority: DE
Inventors: Bodo Staeblein; Johann Wandl
Original assignee: Vogt Electronic AG
Current assignee: Vogt Electronic AG
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2000-05-31

Abstract

The control circuit has an oscillator (IC,Q1,Q2) with a square wave voltage output. This supplies a transformer (Tr) through a resonance circuit (Ck,Lr,Cr) to the secondary of which cold cathode lamps (LMP) are connected. The lamp current is controlled by varying the resonant frequency of the resonant circuit so changing its resistance as a function of frequency

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Vorschaltgerät für fluoreszierende Kaltkathodenlampen (CCFL).The invention relates to a ballast for fluorescent cold cathode lamps (CCFL).

Ein häufiger Einsatzzweck fluoreszierender Kaltkathoden lampen ist die Hintergrundbeleuchtung für Computer und Meßge räte-Displays. Die typischen Versorgungsspannungen für solche Lampen liegen bei etwa 5-20 V Gleichstrom. Die Hochspannung für das Zünden der Lampe und ihren Betrieb erzeugt man mit soge nannten "Royer Class Convertern". Diese regeln kleine Eingangs spannungstoleranzen aus und ermöglichen innerhalb bestimmter Bereiche eine Anpassung des Lampenstromes. Es ist jedoch nicht möglich, mit einem einzigen Vorschaltgerät Lampen unterschiedli cher Länge (typisch 60-350 mm) und damit unterschiedlichen Brennspannungen bei etwa 5-8 mA Lampenstrom zu betreiben. Auch ist es bei den bekannten Vorschaltgeräten nicht möglich, CCFL mit Netzspannung zu betreiben. Hierzu müßte die Netzspannung herabtransformiert und gleichgerichtet werden, wobei, wie ausge führt, für jeden Lampentyp eigens ein Vorschaltgerät vorgesehen werden müßte.A common use of fluorescent cold cathodes lamps is the backlight for computers and measuring devices council displays. The typical supply voltages for such Lamps are around 5-20 V DC. The high voltage for the ignition of the lamp and its operation are generated with so-called called "Royer Class Converters". These regulate small entrance voltage tolerances and allow within certain Areas of adjustment of the lamp current. However, it is not possible to differentiate lamps with a single ballast cher length (typically 60-350 mm) and thus different Operating voltages at about 5-8 mA lamp current. Also it is not possible with the known ballasts, CCFL to operate with mains voltage. This would require the mains voltage be transformed down and rectified, whereby, as out leads, a ballast is provided for each lamp type should be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit Netz spannung betreibbares Vorschaltgerät für CCFL anzugeben, das den Betrieb einer oder mehrerer CCFL direkt an hohen Eingangsspan nungen (z. B. 100-350 V Wechselspannung) ermöglicht.The invention has for its object a with a network voltage operable ballast for CCFL to specify the Operation of one or more CCFL directly on high input chip voltage (e.g. 100-350 V AC).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 beschriebene Vorschaltgerät gelöst, wobei die hohe Eingangs spannung direkt in eine für den Betrieb von CCFL geeignete Frequenz und Kurvenform umgewandelt wird.This object is achieved according to the invention in claim 1 Ballast described solved, the high input voltage directly into a suitable for the operation of CCFL Frequency and waveform is converted.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfin dungsgemäßen Vorschaltgeräts sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.Preferred further developments and refinements of the inventions Ballast according to the invention are the subject of claims 2 to 5.

Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vorschaltgeräts ist ein Brückengleichrichter G an das Wechselstrom-Versorgungsnetz angeschlossen. An die Gleichspannungsklemmen des Gleichrichters G sind eine Parallel schaltung aus einem Kondensator C1 und einer Reihenschaltung aus einem Widerstand R1 und einem Kondensator C2 angeschlossen. Über den Widerstand R1 und den Kondensator C2 wird eine Hilfsspannung zur Versorgung eines IC bereitgestellt. Die beiden Kondensatoren C1 und C2 sind mit ihrer einen Seite an Masse angeschlossen. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator C1 und dem Widerstand R1 ist zusammen mit dem einen Ausgang der Brücke G an Masse angeschlossen. Die andere Klemme der Brücke G ist über eine Reihenschaltung aus zwei Schalttransistoren Q1 und Q2 an Masse geführt. Die Versorgungsspannung des IC ist an seinen Eingang VCC und über eine Diode Dds an den Ausgang VB und, über einen Kondensator Cbs an den Ausgang VS des IC geführt. Die Ausgänge HO und LO des IC sind über je einen Vorwiderstand Rg1 bzw. Rg2 an die Basis des Transistors Q1 bzw. Q2 angeschlossen. Der Ausgang VS des IC ist an den Verbindungspunkt zwischen den beiden Transistoren Q1, Q2 und von dort über einen Koppelkon densator Ck und einen aus einer Drossel Lres und einem Kondensa tor Cres bestehenden Serienschwingkreis angeschlossen. Die Primärwicklung eines Transformators Tr ist an je eine Seite des Kondensators Cres angeschlossen. Die beiden Sekundärwicklungen des Transformators Tr sind miteinander in Reihe geschaltet und einerseits über einen Fühlwiderstand Rf an Masse und anderer seits über einen Kondensator Ch und eine Lampe LMP wiederum an Masse angeschlossen.In the embodiment shown in the drawing ballast according to the invention is a bridge rectifier G. connected to the AC supply network. To the DC terminals of the rectifier G are in parallel circuit consisting of a capacitor C1 and a series circuit a resistor R1 and a capacitor C2 connected. about the resistor R1 and the capacitor C2 becomes an auxiliary voltage provided to supply an IC. The two capacitors C1 and C2 are connected to ground on one side. The Connection point between the capacitor C1 and the resistor R1 is together with the one output of the bridge G to ground connected. The other terminal of bridge G is over one Series connection of two switching transistors Q1 and Q2 to ground guided. The supply voltage of the IC is at its input VCC and via a diode Dds to the output VB and, via a Capacitor Cbs led to the output VS of the IC. The exits HO and LO of the IC are via a series resistor Rg1 and Rg2, respectively connected to the base of transistor Q1 or Q2. The Output VS of the IC is at the connection point between the two transistors Q1, Q2 and from there via a Koppelkon capacitor Ck and one from a choke Lres and a condenser Tor Cres existing series resonant circuit connected. The The primary winding of a transformer Tr is on one side of the Capacitor Cres connected. The two secondary windings of the transformer Tr are connected in series and on the one hand via a sensing resistance Rf to ground and others on the other hand via a capacitor Ch and a lamp LMP Ground connected.

Der Verbindungspunkt zwischen der Sekundärwicklung des Transformators Tr und dem Fühlwiderstand Rf ist über eine Diode D4 und einen Vorwiderstand R5 an die Basis eines Transistors Q3 angeschlossen, dessen Kollektor-Emitterstrecke einerseits an Masse und andererseits über einen Vorwiderstand R3 und je eine Diode D2 bzw. D3 an die Steuereingänge RT bzw. CT des IC ange schlossen ist. Die beiden Steuereingänge RT und CT des IC sind über einen Widerstand Rt miteinander und über einen Kondensator Ct mit Masse verbunden. Schließlich ist die Basis des Transi stors Q3 über die Parallelschaltung aus einem Widerstand R4 und einem Kondensator C4 mit Masse verbunden.The connection point between the secondary winding of the Transformer Tr and the sensing resistor Rf is via a diode D4 and a series resistor R5 to the base of a transistor Q3 connected, the collector-emitter path on the one hand Ground and on the other hand via a series resistor R3 and one each Diode D2 or D3 to the control inputs RT or CT of the IC is closed. The two control inputs RT and CT of the IC are with each other via a resistor Rt and via a capacitor Ct connected to ground. After all, the basis of the Transi stors Q3 through the parallel connection of a resistor R4 and a capacitor C4 connected to ground.

Der im wesentlichen aus dem IC und den beiden Transistoren Q1, Q2 bestehende Oszillator liefert an seinem Ausgang A eine rechteckigförmige Ausgangsspannung, die dem aus der Drossel LR und dem Kondensator CR bestehenden Serienschwingkreis, dessen niedrigster Widerstand bei der Resonanzfrequenz liegt, zugeführt wird. Die Spannung am Kondensator CR ist sinusförmig (Punkt B), und wird mit Hilfe des Transformators Tr auf die zum Betrieb der CCFL LMP nötigen Spannung transformiert.The essentially of the IC and the two transistors Q1, Q2 existing oscillator delivers one at its output A. Rectangular output voltage, which from the reactor LR and the capacitor CR existing series resonant circuit, the lowest resistance lies at the resonance frequency becomes. The voltage across capacitor CR is sinusoidal (point B), and is using the transformer Tr to operate the CCFL LMP transformed necessary voltage.

Allerdings ist an dieser Schaltung die Arbeitsfrequenz der Halbbrücke bei einem festen Tastverhältnis von 50 : 50 mit Rt und Ct am IC fest eingestellt. Eine Regelung des Stromes durch die Lampe LMP in Abhängigkeit von der Eingangsspannung und/oder der Lampenlänge (Brennspannung) ist nicht möglich.However, the operating frequency of this circuit is Half bridge with a fixed duty cycle of 50:50 with Rt and Ct fixed on the IC. A regulation of the current through the LMP lamp depending on the input voltage and / or the Lamp length (burning voltage) is not possible.

Verschiebt man die Erregerfrequenz des Schwingkreises Lres, Cres so läßt sich die Widerstandsänderung über die Frequenz aus nutzen, um den Lampenstrom zu regeln. Um die Frequenz des normal mit fester Frequenz arbeitenden IC zu beeinflussen, sind die Schaltungselemente Rf, D2, D3, D4, R3, R4, R5, Q3 und C4 vor gesehen. An Rf wird eine dem Lampenstrom proportionale Spannung abgegriffen, gleichgerichtet und über den aus R4, C4 bestehenden Tiefpass der Basis des Transistors Q3 zugeführt.If you shift the excitation frequency of the resonant circuit Lres, Cres so the change in resistance over frequency use to regulate the lamp current. To the frequency of the normal to influence fixed frequency IC are the Circuit elements Rf, D2, D3, D4, R3, R4, R5, Q3 and C4 before seen. At Rf there is a voltage proportional to the lamp current tapped, rectified and over the existing of R4, C4 Low pass fed to the base of transistor Q3.

Je nach Lampenstrom wird der Transistor Q3 mehr oder weni ger durchgesteuert. Über D2 bzw. D3 wird dann der Oszillator des IC so beeinflußt (Einfluß von Q3 auf die Lade- und Entladeströme des Kondensators Cr), daß das Tastverhältnis von 50 : 50 in Rich tung nach 50 : 30 und die Frequenz auf höhere Werte verschoben wird (Punkt C, der eine Dreiecksspannung) führt. Bei höherer Frequenz ist der Scheinwiderstand des Serienschwingkreises höher. Damit liegt an der Primärwicklung des Transformators Tr weniger Spannung an und der Lampenstrom wird reduziert.Depending on the lamp current, the transistor Q3 becomes more or less ger controlled. The oscillator of the IC so influenced (influence of Q3 on the charge and discharge currents of the capacitor Cr) that the duty cycle of 50:50 in Rich after 50:30 and the frequency shifted to higher values (point C, which carries a triangular voltage). At higher Frequency is the impedance of the series resonant circuit higher. This is due to the primary winding of the transformer Tr less voltage and the lamp current is reduced.

Statt mit der Sekundärwicklung kann, mit gleichem Ergebnis, der Fühlwiderstand Rf auch mit der Primärwicklung des Trans formators Tr in Reihe geschaltet sein. Ferner ist es möglich, die Helligkeit der Lampe LMP mit Hilfe eines Lichtsensors zu erfassen und das von diesem erzeugte Signal auf die integrierte Schaltung IC rückzukoppeln.Instead of using the secondary winding, with the same result, the sensing resistance Rf also with the primary winding of the trans formators Tr can be connected in series. It is also possible the brightness of the LMP lamp with the help of a light sensor capture and the signal generated by this on the integrated Feedback circuit IC.

Claims

1. Ballast for fluorescent cold cathode lamps (CCFL), with an oscillator supplying a square wave voltage (IC, Q1, Q2), to which one or Several CCFL (LMP) are connected, the output voltage the oscillator (IC, Q1, Q2) via a resonance network (Ck, Lr, Cr) is led to the primary winding of the transformer (Tr).

2. Ballast according to claim 1, characterized in that the oscillator has a half-bridge IC that has a high and a low-side driver for two Transisto connected in series ren (Q1, Q2), between which (A) the square wave voltage is tapped.

3. Ballast according to claim 1 or 2, characterized by a sensor that detects the lamp current directly or indirectly (Sensing resistor Rf), the output voltage for controlling the Frequency of the oscillator is used.

4. Ballast according to claim 3, characterized in that as a sensor with the primary or secondary winding of Transformers (Tr) and the CCFL (LMP) connected in series Sensing resistance (Rf) is used, its voltage tap to the base of a transistor (Q3) is guided, the collector-emitter stretch between the control inputs (RT, CT) of the oscillator (IC) and ground is switched.

5. Ballast according to claim 3, characterized in that an optical sensor is provided as a sensor, the Brightness lamp (LMP) detected.