DE19938401A1 - Verfahren zur Ansteuerung einer Kaltkathodenentladungslichtquelle und Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Kaltkathodenentladungslichtquelle vorgeschlagen, wobei zunächst ein Schwingkreis fremderregt wird und die hierdurch erzeugte Spannungsüberhöhung durch einen an den Schwingkreis angeschlossenen Transformator hochtransformiert wird. Dabei kann sowohl durch Pulsweitenmodulation als auch durch Frequenzmodulation eine effektive Dimmung erfolgen, ohne daß eine erneute Zündung der Kaltkathodenentladungslichtquelle erforderlich ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist aus der DE 197 17 307 C1 ein Verfahren zur Dimmung einer im Sekundärkreis eines Transformators angeordneten Leuchtstofflampe bekannt, bei der über zwei im Gegentakt angesteuerte Schalter ein eine Kapazität, eine sekundärseitige Induktivität eines Transformators und eine Leuchtstofflampe enthaltender Schwingkreis auf der Sekundärseite des Transformators derart in Schwingungen versetzt wird, daß das Gas in der Leuchtstofflampe ionisiert wird und danach ein Normalbetrieb der Leuchtstofflampe erfolgt. Um dies zu gewährleisten, wird durch den in dem Sekundärkreis angeordneten Schwingkreis zunächst ein Spannungspuls erzeugt, so daß die Lampe anschließend aufgrund der durch den Spannungspuls hervorgerufenen Ionisation bei einer niedrigeren Zündspannung flackerfrei zünden kann. Um Überspannungen zu vermeiden, ist auf der Primärseite des Transformators ein Überspannungsschutz aus Zenerdioden angeordnet.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Schwingkreis auf der Primärseite des Transformators vorgesehen ist. Da die Spannungsüberhöhung nun nicht auf der Sekundärseite des Transformators, also auf der Hochspannungsseite erzeugt wird, ist eine Ausführung des Schwingkreises auch mit Bauteilen möglich, die nicht hochspannungsfest sind. Ferner wird eine Spule für den Schwingkreis vorgesehen, so daß auf eine spezielle Ausgestaltung des Transformators verzichtet werden kann. Durch die entsprechende Wahl der Induktivität und des Ohmschen Widerstands der Spule kann dabei die Dämpfung des Schwingkreises derart ausgelegt werden, daß eine schädliche Überspannung nicht auftreten kann, durch die Bauteile beschädigt oder Überschläge entstehen können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß ein Gleichspannungsanteil auf der Primärseite beziehungsweise der Sekundärseite des Transformators durch einen Entkopplungskondensator entfernt wird. Hierdurch wird vermieden, daß ein dem Wechselstrom überlagerter Gleichstrom durch die Kaltkathodenentladungslichtquelle fließt und z. B. eine Zerstörung der Elektroden durch hierdurch bedingte Sputterprozesse erfolgt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, die Verbindung der Spannungsquelle zu dem Primärkreis durch einen zweiten Schalter zumindest zeitweise zu unterbrechen. Hierdurch ist es möglich, die Lichtquelle nur für bestimmte Zeitintervalle zu betreiben, so daß auf diese Weise eine Dimmung der Lichtquelle in der Form einer sogenannten Pulsweitenmodulation möglich ist, indem die Dauer regelmäßig wiederkehrender Unterbrechungen variiert wird.

Es ist weiterhin vorteilhaft, eine Dimmung durch eine Variation der Frequenz zu erreichen, mit welcher der Zustand des ersten Schalters zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand gewechselt wird. Denn da der Schwingkreis durch diesen Schaltvorgang zu einer Schwingung angeregt wird, und da die Spannungsüberhöhung von der Frequenz abhängig ist, mit der die Schaltung erfolgt, ist durch eine Beeinflussung dieser Frequenz ebenfalls eine Dimmung der Lichtquelle möglich. Das erreichbare Dimmverhältnis ist hierbei größer als bei einer Pulsweitenmodulation und kann durch eine Kombination mit einer Pulsweitenmodulation noch weiter vergrößert werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der erste Schalter in einem ersten Zeitintervall mit einer ersten Frequenz und in einem zweiten Zeitintervall mit einer zweiten Frequenz zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand geschaltet wird. Hierbei ist die erste Frequenz aus dem Bereich der Resonanzfrequenz des Schwingkreises gewählt. Die zweite Frequenz ist dagegen entfernt von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises gewählt. Dabei ist jedoch die Spannungsüberhöhung des Schwingkreises noch so groß, daß zumindest eine minimale Brennspannung an der Kaltkathodenentladungslichtquelle anliegt und somit eine Gasentladung in der Kaltkathodenentladungslichtquelle erhalten bleibt. Erfolgt nun wieder eine Anregung des Schwingkreises mit der ersten Frequenz, so ist kein erneutes Zünden für eine Entladung erforderlich, da hinreichend viele Ladungsträger vorhanden sind. Auf ein erneutes Anlegen einer hohen Zündspannung kann verzichtet werden. Nur noch eine Betriebsspannung der Lichtquelle, die niedriger als die Zündspannung ist, muß aufgebracht werden. Insbesondere bei stark gedimmtem Betrieb ist hierdurch noch ein stabiler Betrieb der Lichtquelle möglich. Außerdem muß bei der Umschaltung auf die erste Frequenz keine Energie für die Ionisation des Plasmas in der Kaltkathodenentladungslichtquelle aufgewandt werden, so daß die Helligkeit bei gleicher, von der Schaltung aufgenommener Leistung erhöht wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Kaltkathodenentladungslichtquelle vorzusehen, wobei der in dem Primärkreis angeordnete Schwingkreis, der zumindest einen Kondensator und eine Spule aufweist, in einfacher Weise realisierbar und abstimmbar ist. Es müssen keine hochspannungsfesten Bauteile in dem Primärkreis verwendet werden. Auf zusätzliche Elemente zum Schutz gegen Überspannungen kann verzichtet werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Ansteuerung des ersten und/oder des zweiten Schalters über einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor erfolgt und auf diese Weise eine variable und an die entsprechende Situation angepaßte Ansteuerungsform gewählt wird. Bei der Verwendung der Vorrichtung zur Hinterleuchtung einer Anzeige in einem Kraftfahrzeug können Mikrocontroller bzw. Mikroprozessoren mitbenutzt werden, die für die Auswertung der in einem Kombinationsinstrument oder einem Navigationsgerät darzustellenden Daten bereits vorhanden sind.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung einer Kaltkathodenentladungslichtquelle, die Fig. 2, 2a, 3, 4, 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Ansteuerung, Fig. 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Taktsignal für eine Pulsweitenmodulation und ein an der Sekundärseite des Transformators auftretendes Spannungssignal, Fig. 8 zeigt den Zusammenhang zwischen der an der Sekundärseite des Transformators auftretenden Spannung und der Anregungsfrequenz des Schwingkreises vor und nach einer Zündung der Lichtquelle, Fig. 9 einen Spannungsverlauf bei einer ersten Dimmung mittels einer Frequenzvariation, Fig. 10 ein Spannungsverlauf bei einer zweiten Dimmung mittels einer Frequenzvariation und Fig. 11 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung einer Kaltkathodenentladungslichtquelle.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 dargestellt. Die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 verfügt über einen ersten Anschluß 161 und einen zweiten Anschluß 162. Der erste Anschluß 161 ist mit einem ersten sekundärseitigen Anschluß 17 eines Transformators 2 verbunden. Der zweite Anschluß 162 ist mit einem zweiten sekundärseitigen Anschluß 18 des Transformators 2 verbunden. Parallel zu einer Primärseite des Transformators 2 ist ein erster Kondensator 4 geschaltet, wobei über den ersten Kondensator 4 ein erster primärseitiger Anschluß 5 des Transformators 2 mit einem zweiten primärseitigen Anschluß 7 des Transformators 2 verbunden ist. Der erste primärseitige Anschluß 5 des Transformators 2 ist mit Masse 6 verbunden. Der zweite primärseitige Anschluß 7 des Transformators 2 ist über eine Spule 8 und einen zweiten Kondensator 9 mit einem ersten Schalter 10 verbunden. In einem ersten Zustand des ersten Schalters 10 verbindet der erste Schalter 10 den zweiten primärseitigen Anschluß 7 des Transformators 2 über die Spule 8 und den zweiten Kondensator 9 mit einem ersten Pol 11 einer Gleichspannungsquelle 12. Ein zweiter Pol 13 der Gleichspannungsquelle 12 ist mit Masse 6 verbunden. In einem zweiten Zustand des ersten Schalters 10 ist der zweite Anschluß 7 des Transformators 2 über die Spule 8 und den zweiten Kondensator 9 ebenfalls mit Masse 6 verbunden. Der erste Schalter 10 ist durch einen ersten Taktgenerator 14 steuerbar, indem über eine in der Fig. 1 gestrichelt eingezeichnete erste Leitung 15 ein Taktsignal übermittelt wird, durch das der erste Schalter 10 zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand geschaltet wird. Der Transformator 2 ist über den ersten und den zweiten primärseitigen Anschluß 5, 7 somit mit einem Primärkreis verbunden, dessen Beschaffenheit von dem Zustand des ersten Schalters 10 abhängig ist. Ferner ist der Transformator über den ersten und den zweiten sekundärseitigen Anschluß 17, 18 mit einem Sekundärkreis verbunden, der zumindest die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 beinhaltet.

Die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 ist vorzugsweise eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe, also eine Lichtquelle, bei der vorzugsweise durch eine Gasentladung eine Stoßanregung vorzugsweise von Atomen, z. B. von Quecksilber oder Xenonatomen, UV-Licht erzeugt und durch eine an der Lampenoberfläche angebrachte Phosphorschicht in sichtbares Licht umgewandelt wird. Ferner sind jedoch auch Kaltkathodenentladungslichtquellen ohne eine Phosphorschicht denkbar, zum Beispiel Neonentladungslampen für die Fahrzeugbeleuchtung, die zum Beispiel für Bremsleuchten verwendet werden und bei denen für die Erzeugung sichtbaren Lichtes keine zusätzliche Phosphorschicht erforderlich ist.

Für das Zünden der Kaltkathodenentladungslichtquelle ist es erforderlich, daß sich eine hinreichend hohe Ionisation in der Entladungsstrecke zwischen den Elektroden der Kaltkathodenentladungslichtquelle einstellt, so daß bei einer anliegenden Betriebsspannung eine selbständige Gasentladung erfolgt. Um diese Zündspannung und auch um die Betriebsspannung zu erreichen, muß die von der Gleichspannungsquelle 12 ausgegebene Spannung durch die nachfolgende Schaltung erhöht werden. Die Gleichspannungsquelle 12 ist dabei zum Beispiel die Batterie in einem Kraftfahrzeug, die vorzugsweise eine Spannung von ca. 12 Volt aufweist. In einem ersten Schritt wird hierzu mit Hilfe eines Schwingkreises, der aus der Spule 8 und dem ersten Kondensator 4 besteht, eine Spannungsüberhöhung erzeugt. Die Spannungsüberhöhung erreicht man dadurch, daß der erste Schalter 10 zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand mit einer Frequenz hin und her geschaltet wird, die ungefähr der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht. Die Resonanzfrequenz ergibt sich dabei aus einer Induktivität der Spule 8 und einer Kapazität des ersten Kondensators 4. Zusätzlich muß für die Berechnung der Resonanzfrequenz auch eine primärseitige Induktivität des Transformators 2 berücksichtigt werden, die parallel zu dem ersten Kondensator 4 geschaltet ist.

Im folgenden wird nun die Erzeugung der Spannungsüberhöhung erläutert. In dem ersten Zustand des ersten Schalters 10 wird der erste Kondensator 4 zunächst aufgeladen. Wird anschließend über den ersten Taktgenerator 14 und die erste Leitung 15 der erste Schalter 10 in den zweiten Zustand geschaltet, so wird in entgegengesetzter Richtung ein Strom von dem ersten Kondensator 4 durch die Spule 8 getrieben. Wird nun der erste Schalter 10 von dem zweiten Zustand wieder in den ersten Zustand geschaltet, erhöht sich die an den ersten Kondensator 4 anliegende Spannung durch die von der Spule 8 erzeugte Induktionsspannung. Geht der erste Schalter 10 nun wieder in den zweiten Zustand über, wird hierdurch wiederum der Strom erhöht, der von dem ersten Kondensator 4 durch die Spule 8 getrieben wird. Die erzeugte Überspannung ist dabei insbesondere von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, von der Frequenz, mit der der erste Schalter zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand hin und her geschaltet wird und von einem Ohmschen Widerstand der Spule 8 abhängig. Die an dem ersten Kondensator 4 anliegende Überspannung wird über den ersten primärseitigen Anschluß 5 und den zweiten primärseitigen Anschluß 7 des Transformators 2 abgegriffen und in einem anschließenden Schritt durch den Transformator 2 weiter hochtransformiert und somit über den ersten Anschluß 161 und den zweiten Anschluß 162 an die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 angelegt. Da die Spannungsüberhöhung, also die an dem ersten Kondensator 4 anliegende Spannung, mit zunehmender Nähe einer Anregungsfrequenz des Schwingkreises zu einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises zunimmt, kann die Spannung über eine Variation einer Schaltfrequenz des ersten Schalters 10 zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand gesteuert werden. Wird also eine Frequenz, mit welcher der erste Taktgenerator 14 den ersten Schalter 10 ansteuert bezüglich der Resonanzfrequenz vergrößert oder verkleinert, so sinkt die an der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 anliegende Spannung. Auch durch das Zünden der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 wird der Schwingkreis beeinflußt, da der Ohmsche Widerstand der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 nach dem Zünden sehr stark absinkt und über den Transformator 2 auf den Primärkreis wirkt.

Das Signal, mit dem der erste Taktgenerator 14 den ersten Schalter 10 ansteuert, ist vorzugsweise ein Rechtecksignal, das zwischen zwei Spannungswerten wechselt. Bei einem ersten Spannungswert, den das Rechtecksignal aufweist, ist der erste Schalter 10 in dem ersten Zustand und bei einem zweiten Spannungswert in dem zweiten Zustand. Der erste Taktgenerator 14 ist hierzu vorzugsweise als ein üblicher Signalgenerator ausgeführt.

Der zweite Kondensator 9 dient als ein Entkopplungskondensator. Durch ihn soll vermieden werden, daß zusätzlich zu dem Wechselstrom ein Gleichstrom durch den Schwingkreis, der zumindest den ersten Kondensator 4 und die Spule 8 umfaßt, und den Transformator 2 fließt. Bei einer sehr niederohmigen Primärseite des Transformators 2 entspricht ein derartiger Gleichstrom einem Kurzschluß. Durch den zweiten Kondensator 9 besteht ein Schutz der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 vor einem primärseitigen Gleichstrom.

Typische Werte für die verwendeten Bauteile sind eine Kapazität von 680 nF für den ersten Kondensator 4, eine Induktivität von 10 mH für die Spule 8 sowie eine Kapazität zwischen 6,8 µF und 100 µF für den zweiten Kondensator 9. Eine optimale Anregungsfrequenz liegt dann bei einer Induktivität von 8 µH der Primärseite des Transformators 2 in einem Bereich von ca. 50 kHz. Eine Dimmung ist in einem Frequenzbereich zwischen 40 kHz und 80 kHz möglich.

In der Fig. 2 ist auf einer Seite zwischen dem ersten sekundärseitigen Anschluß 17 des Transformators 2 und dem ersten Anschluß 161 der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 ein dritter Kondensator 3 angeordnet. Hier und im folgenden bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch die gleichen Elemente entsprechend vorhergehender Figuren. Nicht in der Figur dargestellt, aber ebenfalls möglich ist eine Anordnung des dritten Kondensators 3 zwischen dem zweiten sekundärseitigen Anschluß 18 des Transformators 2 und dem zweiten Anschluß 162 der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1. Ebenso wie der zweite Kondensator 9 dient der dritte Kondensator 3 zur Entkopplung einer möglichen Gleichspannung, die die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 zerstören könnte. Durch den zusätzlichen dritten Kondensator 3 ist eine bessere Entkopplung gewährleistet. Der dritte Kondensator 3 hat vorzugsweise eine Kapazität von 18 pF.

In der Fig. 2a ist eine Parallelschaltung von einer ersten Kaltkathodenentladungslichtquelle 101 und einer zweiten Kaltkathodenentladungslichtquelle 102 dargestellt, die die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 in der Fig. 1 ersetzen. zwei Kaltkathodenentladungslichtquellen ersetzt wird. In Serie mit der ersten Lichtquelle 101, jedoch parallel zu der zweiten Lichtquelle 102 ist ein Kondensator 301 geschaltet. Ebenfalls ist in Serie mit der zweiten Lichtquelle 102 und parallel zu der ersten Lichtquelle 101 ein weiterer Kondensator 302 geschaltet. Der Kondensator 301 und der weitere Kondensator 302 dienen dazu, eine gleichmäßige Helligkeit der zwei Lichtquellen zu gewährleisten. In vergleichbarer Weise können auch in einem nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel mehr als zwei Kaltkathodenentladungslichtquellen parallel geschaltet werden.

In der Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Ansteuerungsschaltung dargestellt. Die in der Fig. 3 dargestellte Schaltung unterscheidet sich von der in der Fig. 2 dargestellten Schaltung dadurch, daß der erste Schalter 10 direkt mit der Spule 8 verbunden ist und ein vierter Kondensator 20 zwischen dem zweiten primärseitigen Anschluß 7 des Transformators 2 und der Spule 8 bzw. dem ersten Kondensator 4 eingefügt ist. Die übrige Schaltung bleibt unverändert. Der vierte Kondensator 20 dient ebenfalls der Entkopplung einer Gleichspannung. Ob nun für ein Ausführungsbeispiel der dritte Kondensator 9 oder der vierte Kondensator 20 zur Entkopplung gewählt, oder ob sogar beide Kondensatoren eingefügt werden, hängt von der Auslegung der Ansteuerungsschaltung ab und ist experimentell an den verwendeten Typ der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 bzw. an die Auslegung der Schaltung anzupassen.

In der Fig. 4 ist zwischen dem ersten Schalter 10 und dem ersten Pol 11 der Gleichspannungsquelle 12 ein zweiter Schalter 27 angeordnet. Der zweite Schalter 27 wird von einem zweiten Taktgenerator 25 über eine zweite Leitung 26 angesteuert. Der zweite Schalter kann über diese Ansteuerung zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand geschaltet werden. Ist der zweite Schalter 27 geschlossen, so besteht eine leitende Verbindung zwischen dem ersten Schalter 10 und dem ersten Pol 11. Ist der zweite Schalter 27 geöffnet, so ist die leitende Verbindung zwischen dem ersten Schalter 10 und dem ersten Pol 11 der Gleichspannungsquelle 12 unterbrochen. Ist der zweite Schalter 27 geschlossen, so entspricht die dann vorliegende Schaltung dem in Fig. 2 erläuterten Ausführungsbeispiel. Ist der zweite Schalter 27 jedoch geöffnet, kann keine Anregung des aus der Spule 8 und dem ersten Kondensator 4 bestehenden Schwingkreises erfolgen, da die Verbindung zu der Gleichspannungsquelle 12 unterbrochen ist. Folglich wird der Schwingkreis entladen. Infolgedessen sinkt die an die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 anliegende Spannung, so daß die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 erlischt. Die Ausstrahlung von Licht wird somit im wesentlichen für die Zeit unterbrochen, in der der zweite Schalter 27 in dem geöffneten Zustand ist. Ist die durch den zweiten Schalter 27 verursachte Unterbrechung sehr kurz und wiederholt sie sich mit einer hinreichend großen Frequenz, so kann sie von einem menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden. Das menschliche Auge nimmt vielmehr wahr, daß sich die Lichtquelle verdunkelt. Folglich ist es möglich, durch eine Variation der Dauer der durch den zweiten Schalter 27 verursachten Unterbrechung eine Dimmung der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 durchzuführen. Der zweite Taktgenerator 25 steuert dabei den zweiten Schalter 27 vorzugsweise mit einer Frequenz von in etwa 150 Hz an. Diese Frequenz ist so hoch, daß ein Flimmern der Lampe von einem menschlichen Auge im allgemeinen nicht wahrgenommen wird.

In der Fig. 5 ist ein Beispiel für ein Ansteuersignal 30 über einer Zeitachse 37 dargestellt, das von dem zweiten Taktgenerator 25 auf den zweiten Schalter 27 gegeben wird. In einem ersten Zustand 31 ist der zweite Schalter 27 geschlossen und in einem zweiten Zustand 32 ist der zweite Schalter 27 geöffnet. Eine Periode 33 besteht aus einem ersten Zeitintervall 34 und aus einem zweiten Zeitintervall 35. In dem ersten Zeitintervall 34 ist der zweite Schalter 27 in dem ersten Zustand 31, in dem zweiten Zeitintervall 35 ist der zweite Schalter 27 in dem zweiten Zustand 32. Ein typischer Spannungsverlauf 36, wie er an der Sekundärseite des Transformators 2 auftritt, ist ebenfalls in der Fig. 5 über der gleichen Zeitachse 37 dargestellt. Zu Beginn des ersten Zeitintervalls 34 zündet die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 bei einer Zündspannung, die höher als eine anschließende Betriebsspannung ist. Wird mit Beginn des zweiten Intervalls 35 die Spannungszufuhr zu dem Schwingkreis unterbrochen, so ist ein exponentieller Abfall der an der Sekundärseite des Transformators 2 zwischen dem ersten sekundärseitigen Anschluß 17 und dem zweiten sekundärseitigen Anschluß 18 gemessenen Spannung festzustellen. Wird eine maximale Helligkeit gewählt, so entfällt das zweite Intervall 35, da der zweite Schalter 27 die gesamte Zeit geschlossen bleibt. Eine minimale, durch Ansteuerung des zweiten Schalters 27 vorgebbare Helligkeit wird erreicht, wenn das erste Zeitintervall 34 etwa 70% der Periode 33 beträgt. Die Dauer der Periode 33 liegt vorzugsweise zwischen 6 ms und 7 ms.

In der Fig. 6 ist die Gleichspannungsquelle 12 durch eine regelbare Gleichspannungsquelle 40 mit einem ersten Pol 41 und einem zweiten Pol 42 ersetzt. Bei der regelbaren Gleichspannungsquelle 40 ist die von ihr ausgegebene Spannung in einem vorgegebenen Spannungsbereich regelbar. Die Regelung kann manuell durch einen Benutzer, z. B. durch ein Potentiometer, oder automatisch erfolgen. Da durch die absolute Höhe der Spannung, die von der regelbaren Gleichspannungsquelle 40 ausgegeben wird, weder die Größe der Spannungsüberhöhung durch den Schwingkreis, noch die durch den zweiten Schalter 27 erzeugte Pulsweitenmodulation beeinflußt wird, ist durch die Spannungsregelung die Helligkeit der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 zusätzlich regelbar. Hierbei muß jedoch beachtet werden, daß die Betriebsspannung bzw. die Zündspannung der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 nicht unterschritten wird.

In der Fig. 7 ist eine spezielle Realisierung des ersten Schalters 10, der hier gestrichelt dargestellt ist, durch einen ersten MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor) 100 und einen zweiten MOSFET 110 sowie des zweiten Schalters 27 durch einen dritten MOSFET 270 dargestellt. Der erste MOSFET 100 wird über eine dritte Leitung 151 über seinen Gateanschluß und der zweite MOSFET 110 über eine vierte Leitung 152 ebenfalls über seinen Gateanschluß von einem dritten Taktgenerator 140 angesteuert, der den ersten Taktgenerator 14 ersetzt. Der dritte Taktgenerator 140 verfügt hierfür über zwei Ausgänge. Der durch den ersten und den zweiten MOSFET realisierte erste Schalter 10 hat in diesem Ausführungsbeispiel zwei Eingänge, über den der Schalter gesteuert wird, nämlich für die dritte Leitung 151 und die vierte Leitung 152. Der dritte MOSFET 270 wird ebenfalls über seinen Gateanschluß von dem zweiten Taktgenerator 25 über die zweite Leitung 26 angesteuert. Der dritte MOSFET 270 ist mit seinem Drainanschluß mit dem ersten Pol 11 der Gleichspannungs­ quelle 12 verbunden. Der Sourceanschluß des dritten MOSFETs 270 ist mit dem Drainanschluß des zweiten MOSFETs 110 verbunden. Der Sourceanschluß des zweiten MOSFETs 110 ist sowohl mit dem Drainanschluß des ersten MOSFETs 100 als auch mit dem zweiten Kondensator 9 sowie über diesen mit der Spule 8 und über diese mit dem ersten Kondensator 4 und dem zweitem primärseitigen Anschluß des Transformators 2 verbunden. Der Sourceanschluß des ersten MOSFET 100 ist mit Masse 6 verbunden. Der Dritte MOSFET 270 ist abhängig von einem an seinen Gateanschluß angelegten Spannungswert geöffnet oder geschlossen. Auf das zweite MOSFET 110 wird von dem dritten Taktgenerator 140 ein Rechtecksignal gegeben, daß gegenüber einem auf das erste MOSFET 100 gegebenen Rechtecksignal im wesentlichen invertiert ist. Hierdurch ist entweder das erste MOSFET 100 oder das zweite MOSFET 110 leitend geschaltet. Hierdurch ist die Funktion des ersten Schalters 10 durch das erste und zweite MOSFET 100, 110 realisiert. Um sicherzustellen, das bei einem Umschaltevorgang, bei dem ein MOSFET leitend wird und der andere sperrt, kurzzeitig beide MOSFETs leitend sind, werden vorzugsweise für einen kurzen Zeitraum z. B. 1/100 eines Intervalls zwischen zwei Schaltungsvorgängen beide MOSFETs sperrend geschaltet.

In Fig. 8 ist das Spannungsverhältnis einer an der Sekundärseite des Transformators 2 gemessenen Effektivspannung gegenüber der von der Gleichspannungsquelle 12 bzw. 40 erzeugten Spannung auf einer Y-Achse 51 in Dezibel gegenüber der Frequenz auf einer X-Achse 53 aufgetragen. Die Auftragung über der Y-Achse erfolgt linear zwischen einem Minimalwert 43 von 20 Dezibel und einem Maximalwert 52 von 60 Dezibel. Die Auftragung auf der X- Achse 53 erfolgt logarithmisch zwischen einem Minimalwert 44 von 10 kHz und einem Maximalwert 45 von 100 kHz. Die Einteilung der X-Achse 53 beziehungsweise der Y-Achse 51 erfolgt jeweils in entsprechenden 10er Schritten. In der Fig. 8 ist eine erste Kurve 46 und eine zweite Kurve 47 aufgetragen. Die erste Kurve 46 wird erreicht, solange die Lampe noch nicht gezündet hat. Wird die Resonanzfrequenz 48 erreicht, so zündet die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1, verändert damit ihren Ohmschen Widerstand und beeinflußt hierdurch die Güte des primärseitigen Resonanzkreises. Nach einer Zündung der Lampe findet deshalb ein Übergang auf die zweite Kurve 47 statt, der durch einen Pfeil 49 gekennzeichnet ist. Nun kann eine Dimmung, also eine Regulierung der von einem menschlichen Auge empfundenen Helligkeit der Lichtquelle, vorzugsweise in einem Frequenzbereich 50 erfolgen, der gestrichelt begrenzt dargestellt ist. Dabei ist es wichtig, daß keine Anregungsfrequenz gewählt wird, bei der sich die erste Kurve 46 mit der zweiten Kurve 47 schneidet. Der Verlauf der beiden Kurven 46, 47 ist dabei von den Eigenschaften der verwendeten Bauteile abhängig. In einem in der Fig. 8 nicht dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt eine Dimmung durch eine Variation der Frequenz ausgehend von einer Resonanzfrequenz des Schwingkreises von etwa 40 kHz in einem Bereich von ca. 35 kHz bis hin zu 80 kHz.

In der Fig. 9 ist ein Strom durch die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Der Strom wird durch eine Kurve 55 repräsentiert, die über einer Zeitachse 56 aufgetragen ist. In einem ersten Zeitintervall 57 fließt ein Wechselstrom mit einer hohen Amplitude und in einem zweiten Zeitintervall 58 ein Wechselstrom mit einer niedrigen Amplitude, bei der jedoch die Lampe noch gerade nicht erlischt. In dem ersten Zeitintervall 57 erfolgt eine Schwingung des Stromes mit einer Frequenz nahe der Resonanzfrequenz und in dem zweiten Zeitintervall 58 mit einer Frequenz, die größer als die Resonanzfrequenz ist, vorzugsweise etwa 10 kHz bis 20 kHz mehr als die Resonanzfrequenz. Da die Schwingung des Stromes der Anregung über das Wechseln des ersten Schalters 10 folgt, entspricht diese Frequenz derjenigen, mit der der erste Schalter 10 zwischen seinem ersten und seinem zweiten Zustand geschaltet wird. Während in dem ersten Zeitintervall 57 die Lichtquelle hell leuchtet, ist in dem zweiten Zeitintervall 58 nur noch ein minimales Leuchten erkennbar. Ähnlich der anhand der Fig. 5 erläuterten Pulsweitenmodulation erscheint die Lampe somit für den Betrachter dunkler. Da jedoch weiterhin ein Strom durch die Lampe getrieben wird, bleibt die Ionisierung des Gases erhalten und eine anschließende Zündung der Lampe kann bei einer niedrigeren Zündspannung und damit ohne auftretende Spannungsspitzen erfolgen.

In der Fig. 10 ist ebenfalls eine Stromkurve 60 durch die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 dargestellt, wobei die Stromkurve 60 über einer Zeitachse 61 aufgetragen ist. Während in einem ersten Zeitintervall 62 und in einem vierten Zeitintervall 65 ein Wechselstrom mit einer maximalen Amplitude fließt, so fließt in einem zweiten Zeitintervall 63 ein Strom mit einer etwa halb so hohen Amplitude und in einem dritten Zeitintervall 64 mit einer wesentlich kleineren Amplitude, vorzugsweise mit weniger als 10% der maximalen Amplitude. Dabei ist die Frequenz in dem zweiten Zeitintervall 63 größer als die Frequenz in dem ersten Zeitintervall 62 bzw. in dem vierten Zeitintervall 65. Die Frequenzen in dem dritten Zeitintervall 64 ist wiederum größer gegenüber der Frequenz in dem zweiten Zeitintervall 63. Das vierte Zeitintervall 65 entspricht dabei wieder dem ersten Zeitintervall 62. Eine Ansteuerungsperiode setzt sich also aus dem ersten, zweiten und dritten Zeitintervall zusammen und wird beliebig wiederholt. Hierdurch ist eine Frequenzabfolge der jeweils zu dem ersten, zweitem und dritten Zeitintervall gehörenden Frequenz definiert. Durch eine Beeinflussung der jeweils in dem ersten, zweiten und dritten Zeitintervall gewählten Frequenzen ist ebenso wie bei der zu der Fig. 9 erläuterten Dimmung eine Beeinflussung der Helligkeit der Kaltkathodenentladungslichtquelle möglich. Gegenüber der zu der Fig. 9 erläuterten Dimmung ist hier jedoch eine effektivere Dimmung möglich, da nun nicht mehr nur die Extremzustände eines minimalen und eines maximalen Stromes zur Verfügung stehen, die durch die Lichtquelle getrieben werden, sondern durch eine hier gewählte Frequenzabfolge auch Zwischenzustände zur Verfügung stehen. In einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ausführungsbeispiel sind noch mehr Zwischenzustände oder auch eine kontinuierliche Variation der Frequenz möglich.

In der Fig. 11 ist ein Verfahren zur Ansteuerung der Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 dargestellt. Der erste Taktgenerator 14 bzw. der dritte Taktgeneratoren 140 sowie der zweite Taktgenerator 25 werden dabei durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Mikroprozessor gesteuert. In einem Initialisierungsschritt 70 werden sowohl der Mikroprozessor, als auch die Taktgeneratoren mit einer Spannung versorgt. Die Gleichspannungsquelle 12 wird mit dem Schaltkreis verbunden. In einem anschließenden Berechnungsschritt 71 werden Frequenzen und eine Frequenzabfolge der Rechtecksignale berechnet, die von dem ersten Taktgenerator 14 bzw. dem dritten Taktgenerator 140 auf den ersten Schalter 10 gegeben werden, wie Sie z. B. zu den Fig. 9 und 10 erläutert wurden. Ferner wird die Signalform des Rechtecksignales festgelegt, mit dem der zweite Schalter 27 durch den zweiten Taktgenerator 25 angesteuert wird. Ist die Lampe noch nicht gezündet, so wird für die gewählten Frequenzen und Frequenzabfolgen ein gespeicherter Wert verwendet. In einem anschließenden Betriebsschritt 72 gibt der erste Taktgenerator 14 bzw. der dritte Taktgenerator 140 das Rechtecksignal mit den in dem Berechnungsschritt 71 festgelegten Frequenzen in der festgelegten Frequenzabfolge aus. Der zweite Taktgenerator 25 gibt ebenfalls sein Rechtecksignal aus. In einem anschließenden Entscheidungsschritt 73 wird die Helligkeit der Kaltkathodenentladungslichtquelle überprüft. Dies kann zum Beispiel durch die Messung mit einer Fotodiode oder einem Fototransistor erfolgen. Die Messung kann ebenfalls durch den Mikroprozessor gesteuert werden. Liegt die Helligkeit innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, so wird zu dem Betriebsschritt 72 zurückverzweigt und es erfolgt eine Ansteuerung mit der bisher verwendeten Frequenz. Liegt die Helligkeit dagegen nicht innerhalb des vorgegebenen Bereichs, so wird zu dem Berechnungsschritt 71 zurückverwiesen. Der Mikroprozessor berechnet nun, aufgrund der gemessenen Helligkeitsdaten, neue Frequenzen und/oder Frequenzabfolgen, mit der im anschließenden Betriebsschritt 72 die Ansteuerung erfolgt. In die Berechnung kann auch eine Temperaturmessung der Lampe mit einbezogen werden. Soll die Kaltkathodenentladungslichtquelle 1 abgeschaltet werden, so erfolgt nach dem Entscheidungsschritt 73 eine Deaktivierung 74, bei der die Gleichspannungsquelle 12 bzw. 40 elektrisch von der Ansteuerschaltung getrennt wird. Dies erfolgt z. B. durch ein dauerhaftes Öffnen des zweiten Schalters 27 oder durch einen in den Figuren nicht eingezeichneten zusätzlichen Schalter, mit dem die Gleichspannungsquelle 12 von dem zweiten Schalter 27 getrennt werden kann.

Claims (13)

1. Verfahren zur Ansteuerung mindestens einer Kaltkathodenentladungslichtquelle (1), insbesondere einer Kaltkathodenfluoreszenzlampe, wobei ein Transformator (2) mit einem Primärkreis und mit einem Sekundärkreis verbunden ist, wobei eine an einer Primärseite (5, 7) des Transformators (2) anliegende erste Spannung auf eine höhere zweite Spannung an einer Sekundärseite (17, 18) des Transformators transformiert wird, wobei in dem Primärkreis eine Versorgungsspannung aus einer Spannungsquelle (12, 40) zur Verfügung gestellt wird und wobei die mindestens eine Kaltkathodenentladungslichtquelle (1) in dem Sekundärkreis betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Primärkreis zur Zündung der mindestens einen Kaltkathodenentladungslichtquelle (1) ein Schwingkreis aus mindestens einer Spule (8) und einem Kondensator (4) vorgesehen wird, daß der Schwingkreis durch ein Schalten eines ersten in dem Primärkreis angeordneten Schalters (10) zu einer Schwingung angeregt wird, daß der Schalter wiederholt zwischen einem ersten und zweiten Zustand geschaltet wird und daß in dem ersten Zustand die Spannungsquelle (12, 40) in den Primärkreis eingeschlossen wird und daß in dem zweiten Zustand die Spannungsquelle (12, 40) aus dem Primärkreis ausgeschlossen wird.

2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichspannungsanteil der ersten Spannung durch einen (9, 20) Kondensator in einem Stromkreis auf der Primärseite und/oder daß ein Gleichspannungsanteil der zweiten Spannung durch einen Kondensator (3) in dem Stromkreis auf der Sekundärseite des Transformators ausgekoppelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Spannungsquelle zu dem Primärkreis durch einen zweiten Schalter (27) zumindest zeitweise unterbrochen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zündung der Kaltkathodenentladungslichtquelle (1) eine Frequenz, mit der der Zustand des ersten Schalters (10) zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand gewechselt wird, zur Helligkeitsdimmung der Kaltkathodenentladungslichtquelle (1) variiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zustand des ersten Schalters (10) in einem ersten Zeitintervall (57, 62, 65) mit einer ersten Frequenz zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand gewechselt wird, und daß in einem zweiten Zeitintervall (58, 64) der Zustand des ersten Schalters (10) mit einer zweiten Frequenz zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand gewechselt wird, daß die erste Frequenz in etwa entsprechend der Resonanzfrequenz des Schwingkreises gewählt wird, daß die zweite Frequenz entfernt von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises gewählt wird und daß in dem zweiten Zeitintervall eine Gasentladung in der Kaltkathodenentladungslichtquelle (1) erhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Zeitintervall (62, 65) und dem zweiten Zeitintervall (64) ein weiteres Zeitintervall (63) eingefügt wird, in dem der Wechsel des Zustandes des ersten Schalters (10) mit einer Frequenz erfolgt, die etwa in der Mitte zwischen der Frequenz in dem ersten Zeitintervall (62, 65) und dem zweiten Zeitintervall (64) liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schalter (10, 100) und/oder der zweite Schalter (27, 270) über mindestens einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor angesteuert werden.

8. Vorrichtung zur Ansteuerung einer Kaltkathodenentladungslichtquelle, wobei ein Transformator (2) mit einem Primärkreis und einem Sekundärkreis angeordnet ist und wobei in dem Sekundärkreis mindestens eine Kaltkathodenentladungslichtquelle (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Primärkreis ein zumindest einen Kondensator (4) und eine Spule (8) umfassender Schwingkreis angeordnet ist, daß in dem Primärkreis ferner ein erster Schalter (10) angeordnet ist, der einen ersten und einen zweiten Zustand aufweist, daß in dem ersten Zustand eine Spannungsquelle (12, 40) in den Primärkreis eingeschlossen ist, daß die Spannungsquelle (12, 40) in dem zweiten Zustand aus dem Primärkreis ausgeschlossen ist und daß der Schwingkreis durch einen wiederholten Wechsel des ersten Schalters (10) zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand zu einer Schwingung anregbar ist und eine an dem Kondensator (4) oder der Spule (8) des Schwingkreises anliegende Spannung an eine Primärseite des Transformators (2) angelegt ist.

9. Vorrichtung zur Ansteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auskopplung des Gleichstromanteils in dem Primärkreis oder in dem Sekundärkreis zumindest ein zusätzlicher Kondensator (3, 9, 20) angeordnet ist.

10. Vorrichtung zur Ansteuerung nach einem der Ansprüche 8-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen der Spannungsquelle und dem Primärkreis durch einen zweiten Schalter (27) zumindest zeitweise trennbar ist.

11. Vorrichtung zur Ansteuerung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz für den Wechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand des ersten Schalters (10) variabel ist.

12. Vorrichtung zur Ansteuerung nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des ersten (10, 100, 110) und/oder des zweiten Schalters (27, 270) über einen Mikrocontroller und/oder einen Mikroprozessor erfolgt.

13. Vorrichtung zur Ansteuerung nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Teil einer Hinterleuchtung einer Flüssigkristallanzeige in einem Kraftfahrzeug ist.