DE19903015A1 - Dimmbares Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen - Google Patents

Abstract

Ein dimmbares Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen (CCFL), mit einem Transformator (L2), an dessen Senkundärwicklung (L2.4) die zu steuernde CCFL angeschlossen ist und dessen Primärwicklung aus einer ersten (L2.1), einer zweiten (L2.2) und einer dritten Teilwicklung (L2.3) besteht, von denen zwei miteinander in Reihe geschaltet sind, mit zwei Transistoren (Q1, Q2), deren Steueranschlüsse über die erste Teilwicklung (L2.1) und deren Kollektoren über die beiden in Reihe geschalteten Teilwicklungen (L2.2, L2.3) miteinander verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Spannungsquelle aus einem pulsweitensteuerbaren Wechselspannungsgenerator (20) besteht, dessen Ausgang auf eine Zwischenanzapfung der ersten Teilwicklung (L2.1) geführt ist. Der Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten Teilwicklungen (L2.3, L2.4) ist an die Versorgungsspannung angeschlossen. DOLLAR A Das Vorschaltgerät hat bei geringem Bauteileaufwand eine geringe Verlustleistung und erlaubt eine Verstellung der Lampenhelligkeit innerhalb weiter Grenzen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dimmbares Vorschaltge­ rät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist.

Stand der Technik und die Erfindung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild eines bekannten, nicht dimmbaren Vorschaltgeräts,

Fig. 2 das Schaltbild eines bekannten, dimmbaren Vorschalt­ geräts, und

Fig. 3 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen dimmbaren Vorschaltgeräts.

Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen (CCFL) benötigen für ihren Betrieb je nach Leistung der CCFL Brennspannungen von einigen hundert Volt. Die Spannung muß eine gleichspannungsfreie Wechselspannung sein.

Deshalb ist für den Betrieb von CCFL grundsätzlich ein Vorschaltgerät notwendig, das eine geeignete Spannung bereit­ stellt. Als Stand der Technik hat sich ein "Standard-Konver­ ter" durchgesetzt, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Die Schaltung basiert auf einer Entwicklung von Royer; er wird deshalb oft als "Royerkonverter" bezeichnet.

Auf der Primärseite eines Transformators L2 befinden sich drei magnetisch miteinander gekoppelte Teilwicklungen L2.1, L2.2, L2.3, wobei die beiden letzteren miteinander in Reihe geschaltet sind. Auf den Verbindungspunkt zwischen den beiden Teilwicklungen L2.2 und L2.3 ist über eine Drossel L1 die Klemme +Ub einer Gleichspannungsversorgung geführt. Die Sekun­ därwicklung L2.4 des Transformators L2 speist über einen Kondensator C2 eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe LMP.

Auf der Primärseite des Transformators L2 ist die Span­ nung hinter der Drossel L1 über einen Widerstand R1 und einen optionalen Widerstand R2 auf die Steuerelektrode eines Transi­ stors Q2 bzw. Q1 geführt. Die Steuerelektroden der beiden Transistoren Q1, Q2 sind über die Primär-Teilwicklung L2.1 des Transformators L2 miteinander verbunden. Die Kollektoren der beiden Transistoren Q1, Q2 sind über die beiden Teilwicklungen L2.2 und L2.3 des Transformators L2 sowie ferner durch einen Kondensator C1 miteinander verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren Q1, Q2 sind auf die Klemme -Ub der Gleichspan­ nungsversorgung geführt.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung handelt es sich um eine selbstschwingende Anordnung mit den Transistoren Q1, Q2 und dem Transformator L2. Beim Zuschalten der Betriebsspannung wird über den Widerstand R1 Basisstrom für die Transistoren Q1, Q2 geliefert. Der "schnellere" der beiden Transistoren wird leitend. Die Polarität der Teilwicklung L2.1 garantiert, daß der jeweils andere Transistor gesperrt wird. Der Umschalt­ vorgang geschieht, während der Transformator L2 in die magne­ tische Sättigung gelangt. Dabei reißt mangels Energietransport der Basisstrom ab. Das entstehende di/dt in der Teilwicklung L2.2 bzw. L2.3 erzwingt eine Umkehr der Spannung an der Teil­ wicklung L2.1. Die Induktivität des Transformators L2 bildet mit dem Kondensator C1 einen Schwingkreis. Damit läuft der beschriebene Vorgang mit sinusförmigem Stromverlauf ab. Die Sekundärwicklung L2.4 liefert die gewünschte Hochspannung, die aus der Spannung mit den miteinander in Reihe geschalteten Teilwicklungen L2.2 und L2.3 hochtransformiert wird. Die Drossel L1 entkoppelt die Schaltung von der Betriebsspannung.

Da die CCFL einen starken nichtlinearen Widerstand dar­ stellt, ist der Kondensator C2 mit der Lampe LMP in Reihe geschaltet. Er wirkt als kapazitiver Widerstand und begrenzt den Lampenstrom.

Die Leistung und damit die Helligkeit der CCFL ist ab­ hängig von der Hochspannung, die der Transformator L2 liefert, sowie vom Strom, der vom Kondensator C2 begrenzt wird.

Da bei dem Standard-Konverter sämtliche Elemente nicht variabel sind, kann der Konverter nur eine feste Leistung liefern.

Fig. 2 zeigt ein bekanntes Vorschaltgerät, mit dessen Hilfe die CCF1 dimmbar ist. Zwischen die Klemmen +Ub und -Ub der Gleichspannungsversorgung ist ein Stellwiderstand R3 geschaltet, an dessen Abgriff eine Steuerspannung für einen DC/DC Wandler 10 abgreifbar ist, und der gleichfalls zwischen die Klemmen +Ub und -Ub der Gleichsspannungsversorgung geschal­ tet ist. Die Drossel L1 ist auf den Ausgang des DC/DC-Wandlers 10 geschaltet; die Betriebsspannung des Vorschaltgeräts ist also mittels des Stellwiderstandes R3 veränderlich.

Ansonsten gleicht die Schaltung der der Fig. 1.

Als DC/DC-Wandler 10 wird ein Abwärtswandler verwendet.

Nachteilig ist dabei die Zweistufigkeit der Anordnung, die aus dem Abwärtswandler und dem eigentlichen Royerkonverter be­ steht. Damit werden für diese Schaltung viele Bauteile benö­ tigt bzw. sie kann nur mit komplexen integrierten Schaltkrei­ sen realisiert werden. Neben den beiden Transistoren Q1, Q2 wird im DC/DC-Wandler 10 ein weiteres Leistungsventil benö­ tigt, das zur Vermeidung übermäßiger Verlustleistung getaktet wird. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Änderung der Be­ triebsspannung wegen des sättigungsgesteuerten Konverters nur innerhalb bestimmter Grenzen zufriedenstellende Ergebnisse liefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dimmbares Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen zu schaffen, das einfach und aus möglichst wenigen Komponenten aufgebaut ist, eine geringe Verlustleistung hat und mit dessen Hilfe die Helligkeit der Lampe in weiten Grenzen einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem bekannten Vor­ schaltgerät nach Fig. 2, erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfin­ dungsgemäßen Vorschaltgeräts sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.

Im weiteren wird das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbei­ spiel eines erfindungsgemäßen dimmbaren Vorschaltgeräts erläu­ tert.

Die Schaltung der Fig. 3 ähnelt weitgehend der der Fig. 1. Zwischen die Klemmen +Ub und -Ub der Gleichspannungsver­ sorgung ist ein pulsweiten-steuerbarer-(PWM)-Wechselspannungs­ generator 20 (für ca. 300 Hz) geschaltet, dessen Steuerspan­ nung an einem Stellwiderstand R1 abgreifbar ist. Der Ausgang des PWM-Generators 20 ist, nicht wie bei der Schaltung der Fig. 2 auf die Drossel L1, sondern über eine Diode D1 und einen Basiswiderstand Rb auf eine Zwischenanzapfung der Teil­ wicklung L2.1 des Transformators L2 geführt. Die Zwischen­ anzapfung kann in der Mitte oder auch asymmetrisch in der Teilwicklung L2.1 liegen. Dabei läßt sich die Asymmetrie soweit treiben, daß der Basiswiderstand Rb entweder direkt an der Basis des Transistors Q1 oder an der Basis des Transistors Q2 liegt. Der Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschal­ teten Teilwicklungen L2.2 und L2.3 liegt direkt an der Ver­ sorgungsspannung (+Ub).

Der Verbindungspunkt zwischen der Diode D1 und dem Basis­ widerstand Rb ist über zwei Dioden D3 und D2 auf die Klemme -Ub der Gleichspannungsversorgung geführt, um die Basisan­ steuerung der Transistoren auf einen Maximalwert zu begrenzen. Dabei werden zwei Dioden D2, D3 verwendet, um die BE-Schwel­ lenspannung der Transistoren mit Sicherheit zu überschreiten. Alternativ läßt sich an dieser Stelle eine Zener-Diode ver­ wenden.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Steuerung nur mit Bauteilen kleiner Verlustleistung. Dies stellt gegen­ über der Lösung nach Fig. 2 ebenso wie gegenüber komplexen integrierten Schaltkreisen zur Ansteuerung der Transistoren Q1 und Q2 einen Preisvorteil dar.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät kann die Lampen­ helligkeit der CCFL auf folgende Weise verändert, "gedimmt", werden. Der Basis-/Steuerelektrodenstrom der Transistoren Q1 und Q2 wird nicht wie in Fig. 1 ständig geliefert, sondern durch Variieren des Verhältnisses Einschalt-/Ausschalt zeitge­ schaltet. Damit schwingt der Konverter, wenn Strom zur Steuer­ elektrode geliefert wird. Ist dies nicht der Fall, bleibt er ausgeschaltet. Die Lampe wird folglich mit Paketen hochfre­ quenten Stromes beaufschlagt.

Der Steuerelektrodenstrom wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 über eine Mittelanzapfung in die Rückkopplungswick­ lung L2.1 eingespeist. Durch die Dioden D2 und D3 wird in bevorzugter Ausführungsform die Basisspannung des Generators auf unkritische Werte begrenzt, um vom Ausgangswiderstand des Rechteckgenerators unabhängig zu werden.

Die Folgefrequenz der Pakete ist so zu wählen, daß kein Flimmern sichtbar wird (z. B. < 100 Hz).

Statt über die Teilwicklung L2.1 kann der Steuerelek­ trodenwiderstand Rb direkt an die Steuerelektrode von Q1 bzw. Q2 angebunden werden.

Statt eines PWM-Signals zur Ansteuerung ist auch ein PFM- Signal möglich, das entweder eine feste Aus- oder auch eine feste Ein-Zeit hat.

Claims (4)

1. Dimmbares Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlam­ pen (CCFL), mit einem Transformator (L2), an dessen Sekundär­ wicklung (L2.4) die zu steuernde CCFL angeschlossen ist und dessen Primärwicklung aus einer ersten (L2.1), einer zweiten (L2.2) und einer dritten Teilwicklung (L2.3) besteht, von denen zwei (L2.2, L2.3) miteinander in Reihe geschaltet sind, mit zwei Transistoren (Q1, Q2), deren Steueranschlüsse über die erste Teilwicklung (L2.1) und deren Kollektoren über die beiden in Reihe geschalteten Teilwicklungen (L2.2, L2.3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Spannungsquelle aus einem pulsweitensteuerbaren oder pulsfrequenzsteuerbaren Wechselspannungsgenerator (20) besteht, dessen Ausgang auf eine Zwischenanzapfung der ersten Teilwicklung (L2.1) geführt ist.

2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Wechselspannungsgenerators (20) mittels einer Diode (D1) und/oder eines Widerstandes (Rb) von der Zwischenanzapfung der ersten Teilwicklung (L2.1) entkoppelt ist.

3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Basisansteuerung der Transistoren (Q1, Q2) durch ein spannungsbegrenzendes Element (D2, D3; Zener-Diode) in seinem Maximalwert begrenzt ist.

4. Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zwischenanzapfung asymmetrisch auf der ersten Teilwicklung (L2.1) angeordnet ist.