DE4119204A1 - Ansteuerschaltung fuer elektroluminiszenz-leuchte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Beaufschlagen einer Elektroluminiszenz-Leuchte.

Elektroluminiszenz-Platten ergeben bei vielen Anwendungen, wie beispielsweise bei Kraftfahrzeug- oder Flugzeug-Instru­ mententafeln, eine Alternative zur Beleuchtung durch Glühbir­ nen. Gleichmäßige Lichterzeugung ohne Farbverschiebung, kom­ pakte Größe und geringe Wärmeabgabe lassen Elektroluminis­ zenz-Platten für solche Anwendungen ideal erscheinen.

Es gibt jedoch bestimmte Eigenschaften von Elektroluminis­ zenz-Platten und üblichen Ansteuersystemen, die die Einsatz­ fähigkeit bei diesen Anwendungen begrenzen. Dazu gehört ins­ besondere, daß bei längerem Betrieb einer Elektroluminis­ zenz-Platte mit konstanter Spannung die Intensität des abge­ gebenen Lichts abnimmt, so daß eine solche Platte nur eine kurze Lebenszeit hat. Zusätzlich ändert sich bei konstanter Ansteuerung die Intensität des emittierten Lichts, wenn sich die Temperatur ändert. Feuchtigkeit und Umgebungstemperatur beeinflussen die Lebenszeit der Platte. Auch ist die Ein­ schaltintensität höher als die Abschaltintensität. Gegenwär­ tig gebräuchliche Inverterplatten-Beleuchtungssysteme müssen so ausgelegt werden, daß sie außerordentlich hohe Intensi­ tätspegel bei Beginn des Leuchtenbetriebs zulassen, um aus­ reichende Intensität am Ende der Lebensdauer zu garantieren.

Bekannte Inverter-Ansteuerschaltungen suchen die Intensitäts­ änderungen durch Verwendung indirekter Verfahren auszuglei­ chen. Diese Verfahren benutzen die Abnahme der Platten-Kapa­ zität, die mit dem Altern der Platten eintritt. Am gebräuch­ lichsten ist es, das Inverterplattensystem so auszulegen, daß die Ansteuerspannung und -frequenz mit abnehmender Plat­ tenkapazität erhöht wird. Das wird dadurch erreicht, daß das Platten-Ansteuersystem als abgestimmter LCR-Oszillator ausge­ legt wird. Bei diesem indirekten Verfahren ergibt sich jedoch nur eine nur unzureichende Steuerung zur Aufrechter­ haltung des Lichtabgabepegels.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrun­ de, ein verbessertes Ansteuersystem für eine Elektroluminis­ zenz-Platte zu schaffen, das eine gute Konstanthaltung des Intensitätspegels des von der Platte ausgesendeten Lichts er­ gibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Schaltung gemäß Anspruch 1.

Die vorliegende Erfindung ergibt ein direktes Verfahren zum Steuern der Lichtintensität einer Elektroluminiszenzplatte schaffen und zur Absolut-Steuerung der Lichtintensität beim Altern der Leuchte oder beim Betrieb derselben unter wech­ selnden Temperaturbedingungen.

Bei einer bevorzugten Ausführung wird eine elektrische Schal­ tung geschaffen mit Mitteln zum Erfassen der Lichtintensität der Elektroluminiszenzplatte, um daraus eine Ausgangs-Ansteu­ erspannung für das Inverterplatten-Beleuchtungssystem zu er­ geben, die einen ausgewählten Intensitätspegel aufrechter­ hält. Diese Ausführung der Schaltung besteht aus drei Opera­ tionsverstärkerstufen. Die erste Stufe enthält Mittel zum Er­ fassen der Lichtintensität der Elektroluminiszenzplatte und zum Schaffen eines der erfaßten Lichtintensität proportiona­ len Signals. Die zweite Stufe umfaßt Mittel zum Vergleichen des Lichtintensitätspegels mit einem dem gewünschten Intensi­ tätspegel proportionalen Vergleichspegel, um als Ergebnis dieses Vergleichs ein Signal zu schaffen, das proportional einer erforderlichen Intensitätszunahme oder -abnahme ist zum Aufrechterhalten der gewünschten Intensität oder des Ver­ gleichspegels. Die dritte Stufe, die auf das Ausgangssignal der zweiten Stufe reagiert, umfaßt Mittel zum Zuführen und Überwachen eines Ansteuer-Spannungspegels zu dem Plattenin­ verter. Bei einer bevorzugten Ausführung umfaßt die zweite Stufe auch Mittel zur Steuerung des Flackerns des emittier­ ten Lichts.

Unter Verwendung eines Licht-Rückkoppelsystems schafft die vorliegende Erfindung eine Absolutsteuerung des Intensitäts­ pegels, den ein Elektroluminiszenzplatten-Inverterbeleuch­ tungssystem abgibt. Ein Ergebnis dieser Ansteuertechnik ist eine erhöhte Lebensdauer der Elektroluminiszenzplatte.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Ausgangs-In­ tensität einer Elektroluminiszenzleuchte über der Betriebszeit mit Angabe eines ge­ wünschten Intensitätspegels,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführung eines Elek­ troluminiszenzleuchten-Fotorückkoppel-Ansteu­ ersystems für eine Elektroluminiszenzleuch­ te,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Inverters für das An­ steuersystem aus Fig. 2, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Hysteresever­ haltens beim Ein- und Ausschalten einer Elek­ troluminiszenzleuchte.

In Fig. 1 ist längs der Ordinatenachse 11 die Intensität des abgegebenen Lichts und längs der Abszissenachse 13 die Be­ triebszeit einer Elektroluminiszenzplatte aufgetragen. Linie 10 stellt die gewünschte Mindest-Intensität für eine Elektro­ luminiszenzleuchte dar, d. h. die minimale Helligkeit, die bei Verwendung der Leuchte in einer Kraftfahrzeug-Instrumen­ tentafel erforderlich ist. In diesem Fall ist die Mindest- Intensität 10 die von einem Kraftfahrzeug-Fahrer geforderte maximale Helligkeit, und es ist ein Dimmer vorgesehen, damit der Fahrer ggf. die Intensität herabsetzen kann. Die maxima­ le Intensität 12 zeigt den Intensitätswert, den eine typi­ sche Leuchte erzeugen kann. Wie zu sehen ist, nimmt die maxi­ male Intensität 12 mit der Zeit ab. Die Lebensdauer der Elek­ troluminiszenzleuchte beim Einsatz in einer Kraftfahrzeug-In­ strumententafel endet, wenn die maximale Intensität 12 unter den Mindest-Intensitätswert 10 fällt.

Das Gebiet zwischen der maximalen Intensität 12 und der Min­ dest-Intensität 10 stellt in der Zeichnung die Überschußin­ tensität dar. Die Auslegung des Beleuchtungssystems muß außerordentlich hohe Intensitätspegel beim Beginn der Be­ leuchtungs-Alterungskurve zulassen, um ausreichende Intensi­ tät am Ende der Platten-Lebenszeit zu garantieren. Der Be­ trieb bei Intensitätspegeln über der Mindest-Intensität 10 setzt die Lebensdauer der Platte herab und beschleunigt ihre Alterung. Bei dieser Ausführung wird die Elektroluminiszenz­ platte so angesteuert, daß ihre Abgabe-Intensität im wesent­ lichen konstant am Mindestpegel 10 oder einem anderen festge­ setzten Pegel liegt, so daß die Lebensdauer der Leuchte ge­ steigert wird.

Der Pegel 15 an der Intensitäts-Ordinate 11 stellt die ge­ wünschte niedrigste zugelassene Intensität dar, und der Pegel 19 zeigt die Intensität Null für die Leuchte an. Der durch die Klammer 17 dargestellte Bereich der Ordinate 11 ist der Dimmerbereich, d. h. der Bereich, in welchem der Fahrer den Intensitätspegel der Leuchte einstellen kann. Beim Kraftfahrzeug-Einsatz ist es wünschenswert, daß die Elektroluminiszenzplatten-Ansteuerung einen solchen niedrig­ sten zulässigen Intensitätspegelwert 15 besitzt, daß die Leuchte nicht abgeschaltet werden kann. Die Einstellung des Dimmerbereichs wird später erklärt.

Die Schaltung in Fig. 2 ist dazu ausgelegt, die Leuchte wäh­ rend ihrer Lebenszeit konstant zur Abgabe der Mindest-Inten­ sität 10 oder nach Wunsch des Fahrers unter dieser Intensi­ tät anzusteuern, wodurch ihre Lebensdauer erhöht wird.

Der Inverter 14 versorgt die Elektroluminiszenzleuchte 26 über Leitungen 20 und 24 mit Energie. Die Elektroluminiszenz­ leuchte 26 gibt in Reaktion auf die durch den Inverter 14 zu­ geführte Energie Licht ab. Eine in der Nähe der Leuchte 26 angebrachte Photodiode 28 erfaßt die Intensität des von der Leuchte 26 ausgesendeten Lichts. Die Photodiode ist über Lei­ tungen 30 und 32 an dem Operationsverstärker 34 angeschlos­ sen. Ein Widerstand 38 (5 MΩ) koppelt den Operationsverstär­ ker 34 über Leitungen 30 und 39 mit Erde 18. Der Widerstand 36 (5 MΩ) ergibt Rückkopplung vom Ausgang des Operationsver­ stärkers 34 zu seinem invertierenden Eingang über Leitung 32. Dieser erste Operationsverstärker 34 wirkt als Strom/ Spannungs-Wandler. Wenn die Intensität des von der Leuchte 26 abgegebenen Lichts wächst, nimmt der Strom durch die Pho­ todiode 28 zu. Mit der Zunahme des Stroms durch die Photodio­ de 28 steigt die Spannung an Leitung 50 an. Die Spannung an Leitung 50 ist, da die Leuchte 26 pulsierendes Licht emit­ tiert, ein pulsierendes Signal.

Das Signal an Leitung 50 kommt durch den Widerstand 80 (10 kΩ) zum invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstär­ kers 78, und zwar über Leitung 82. Der Kondensator 84 (1 µF) und der Widerstand 86 (1 MΩ), die zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers an Leitung 79 und dem invertierenden Eingang an Leitung 82 geschaltet sind, wirken als Integra­ tionsschaltung für den Verstärker. Dieser Anteil der Schal­ tung integriert das Ausgangssignal des ersten Operationsver­ stärkers und vergleicht das Signal mit einem Referenzsignal an Leitung 76. Das Referenzsignal an Leitung 76 wird durch die Widerstände 68 (50 kΩ), 94 (50 kΩ), 122 (10 kΩ) und 120 (10 kΩ) zusammen mit den Potentiometern 72 (10 kΩ) und 88 (5 kΩ) erzeugt. Die Widerstände 68 und 94 sind über die Lei­ tung 66 mit einer positiven Spannungsquelle V+ verbunden und mit den Potentiometern 72 bzw. 88 über die Leitungen 70 bzw. 92. Die Potentiometer 72 und 88 sind in der gezeigten Weise über Leitung 74 geerdet. Der einstellbare Abgriff des Poten­ tiometers 72 ist mit dem Widerstand 120 verbunden, der wie­ derum zur Leitung 76 führt. Der einstellbare Abgriff des Po­ tentiometers 88 ist mit dem Widerstand 122 verbunden, der auch zur Leitung 76 führt. Das Referenzsignal wird durch Ein­ stellen der Potentiometer 72 und 88 bestimmt.

Das Potentiometer 88 steuert die zulässige Mindest-Intensi­ tät der Leuchte. Wie später erklärt wird, ist es erwünscht, die Mindest-Intensität der Leuchte so einzustellen, daß die Leuchte durch den Fahrer nicht abgeschaltet werden kann. Um das Potentiometer 88 richtig einzustellen, wird zunächst das Potentiometer 72 so eingestellt, daß die Intensität der Leuchte durch Einstellen dieses Potentiometers 72 so gering wie möglich ist. Das Potentiometer 88 wird dann so einge­ stellt, daß die Elektroluminiszenzleuchte 26 sich an dem un­ tersten erwünschten Intensitätspegel befindet. Das Potentio­ meter 88 wird dann für den Fahrer unzugänglich angebracht. Das Potentiometer 72 kann dann durch den Fahrer so einge­ stellt werden, daß die Intensität der Leuchte gesteuert wird und die untere Intensitätsgrenze immer durch das Potentiome­ ter 88 bestimmt ist. Die obere Intensitätsgrenze der Elektro­ luminiszenzleuchte 26 hängt von den Werten des Widerstands 66 und des Potentiometers 72 ab.

Fig. 4 zeigt, warum es günstig ist, die Leuchte 26 nicht ab­ schalten zu lassen. Die Linie 114 zeigt, daß bei Anstieg der an der Leuchte 26 anliegenden Spannung die Intensität des von der Leuchte abgegebenen Lichts Null bleibt bis zum Errei­ chen einer Schwellspannung 124. Die Linie 109 zeigt, daß an der Schwellspannung 124 die Leuchte einschaltet und Licht emittiert. Linie 116 zeigt, daß die Intensität des durch die Leuchte 26 emittierten Lichts mit der Größe des die Schwell­ spannung überschreitenden Spannungswertes zunimmt.

Linie 110 zeigt, daß bei abnehmender Spannung die Intensität des Lichts der Leuchte 26 bis zu einem Intensitätspegel 126 abnimmt mit einem Abschaltspannungspegel 118, der unter dem Einschaltspannungspegel 124 liegt. Die Pfeile 111 zeigen die Richtung zunehmender bzw. abnehmender Spannung.

Da die Elektroluminiszenzleuchten keine vollständige Lineari­ tät, sondern eine bestimmte Hysterese zeigen, neigen die Leuchten zum Flackern, wenn Spannungen in der Nähe der Schwellwerte angelegt werden. Dieses Flackern wird durch schwankende Ansteuerspannung erzeugt. Um das Flackern der Leuchte zu verhindern, wird das durch das Potentiometer 88 erzeugte Signal so gesetzt, daß die Spannung an Leitung 76 immer hoch genug ist, um das Abschalten der Leuchte zu ver­ hindern.

Das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers 78 ist eine Funktion der Differenz zwischen der Spannung an Leitung 82 (d. h. an Leitung 50) und an Leitung 76. Je höher die Span­ nung an Leitung 82, umso kleiner ist die Spannung an Leitung 79 (dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 78). Je höher die Spannung an Leitung 76, umso höher ist die Span­ nung an Leitung 79.

Durch Einstellen des Potentiometers 72 wird die Leuchte heller bzw. dunkler, je nachdem, wie die Differenz zwischen den beiden Eingangswerten am Verstärker 78 zu- oder abnimmt. Der Verstärker 78 gleicht auch das Altern der Leuchte 26 aus. Durch Altern emittiert die Leuchte eine geringere Licht­ intensität bei gleicher anliegender Spannung. Wenn die Licht­ intensität der Leuchte abnimmt, nimmt auch die Spannung an Leitung 50 ab. Dadurch wächst die Spannungsdifferenz an den beiden Eingängen des Verstärkers 78 an, so daß das Ausgangs­ signal des Verstärkers anwächst, das wiederum eine Erhöhung der Helligkeit der Leuchte in später zu beschreibender Weise als Ausgleich für das Altern bewirkt.

Das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers 78 ist durch den Widerstand 81 (100 kΩ) mit dem dritten Operations­ verstärker 76 über Leitung 58 gekoppelt. Der Kondensator 67 (1 µF) ist zwischen Leitung 58 und Erde angeschlossen, um Rauschsignale von Leitung 58 auszufiltern. Der dritte Opera­ tionsverstärker 56 ist in einer Regelschleife geschaltet zum Steuern des Leitungstransistors 42. Leitung 54, die Ausgangs­ leitung des Operationsverstärkers 56, ist über den Wider­ stand 45 (39 kΩ) und Leitung 44 mit der Basis des Transi­ stors 42 verbunden.

Der Kollektor des Leitungstransistors 42 ist mit der V+-Span­ nungsversorgung und der Emitter mit Leitung 22 und dem Wider­ stand 48 (100 kΩ) verbunden. Der Widerstand 48 ist mit Lei­ tung 52 verbunden, die am invertierenden Eingang des Opera­ tionsverstärkers 56 und am Widerstand 60 (50 kΩ) angeschlos­ sen ist, der wiederum über Leitung 61 geerdet ist. Die Wider­ stände 48 und 60 wirken als Spannungsteiler, der zur Rück­ kopplung des Operationsverstärkers 56 dient. Die Rückkoppel­ schleife ergibt nicht nur ein Mittel zum Steuern des Ansteu­ ersignals in Leitung 22, sondern setzt auch den Pegel des ka­ pazitiv eingekoppelten Rauschens in der Versorgungsleitung herab.

Die Kondensatoren 46 (1 µF) und 47 (2200 µF) helfen beim Aus­ filtern des Stromversorgungsrauschens und beim Isolieren der Leistungszuführleitung 66 gegen durch Spannungsspitzen vom Inverter-Transformator 106 (Fig. 3) erzeugtes Rauschen.

Das Signal an Leitung 22, das Ausgangssignal des Leistungs­ transistors 42, ist das Ansteuersignal für den Inverter 14. Der Operationsverstärker 56 steuert das Signal an Leitung 22. Wenn die Spannung an Leitung 58 zunimmt, steigt die Span­ nung an Leitung 54. Bei steigender Spannung an Leitung 54 wächst die Spannung an Leitung 22, welche die Intensität der Elektroluminiszenzleuchte 26 steuert.

Der Inverter 14 ist über Leitung 16 geerdet. Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Schaltung für den Inverter 14. Leitung 22 ist mit einem Ende des Transformators 106 und dem Widerstand 98 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 98 ist mit der Leitung 99 verbunden, die wieder an einem ersten Abgriff auf der Eingangsseite des Transformators 106 und der Basis des Transistors 100 angeschlossen ist. Der Emitter des Transi­ stors 100 ist mit Leitung 16 und in der gezeigten Weise über Leitung 104 mit einem zweiten Abgriff des Transformators 106 verbunden. Der Kollektor des Transistors 100 ist mit dem zweiten Ende der Eingangsseite des Transformators 106 verbun­ den. Der Ausgang des Transformators 106 ist mit einem Wider­ stand 108 in der gezeigten Weise verbunden, und mit Leitung­ en 20 und 24, welche eine Energie hoher Spannung zur Elektro­ luminiszenzleuchte 26 führen (Fig. 2).

Der Transformator 106, der Widerstand 108 und die Elektrolu­ miniszenzleuchte 26 (Fig. 1) bilden eine RLC-Schaltung (Wi­ derstands/Induktivitäts/Kapazitäts-Schaltung). Die Frequenz des Inverters strebt natürlicherweise zur Resonanzfrequenz der RLC-Schaltung hin. Die Wirkung der Inverterschaltung ist für den Fachmann leicht verständlich und braucht hier nicht weiter erklärt zu werden.

Die beschriebene Schaltung kann so eine Elektroluminiszenz­ leuchte 26 im wesentlichen während ihrer gesamten Lebensdau­ er mit konstanter Intensität betreiben. Obwohl der Fahrer die Lichtintensität verstellen kann, wird sie mit dem Altern der Leuchte während ihrer Lebensdauer nicht schwächer. Die Schaltung eignet sich besonders gut für die Ansteuerung von Elektroluminiszenzleuchten in Kraftfahrzeug- und Luftfahr­ zeug-Instrumententafeln.

Claims (7)

1. Ansteuerschaltung für eine Elektroluminiszenzleuchte, ge­ kennzeichnet durch Erfassungsmittel (28, 34, 36) zum Er­ fassen der Intensität des durch die Leuchte ausgesendeten Lichts und zum Schaffen eines für die erfaßte Lichtinten­ sität repräsentativen Signals; erstes Vergleichermittel (78) zum Vergleichen des Lichtintensitätssignals mit einem ersten Referenzsignal und zum Schaffen eines ersten, für den Vergleich repräsentativen Signals; Erzeu­ germittel (42) zum Erzeugen eines Ansteuersignals in Ab­ hängigkeit von dem ersten Ausgangssignal, und einen auf das Ansteuersignal reagierenden Ansteuerkreis (14) zum An­ steuern der Elektroluminiszenzleuchte.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansteuermittel ein zweites Vergleichermittel (56) umfaßt zum Vergleichen des ersten Ausgangssignals mit einem zweiten, für das Ansteuersignal repräsentativen Re­ ferenzsignal und zum Schaffen eines zweiten, für den zwei­ ten Vergleich repräsentativen Ausgangssignals, wobei das Erzeugermittel auf das zweite Ausgangssignal reagiert.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugermittel ausgelegt ist, den Pegel des An­ steuersignals so zu erhöhen, daß die Intensität des von der Leuchte emittierten Lichts erhöht wird, wenn die er­ faßte Lichtintensität unter einer Mindest-Lichtintensität liegt.

4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß Einstellmittel (68, 72) vorgesehen sind, die aus­ gelegt sind, das erste Referenzsignal einzustellen und/oder zu begrenzen, um zu verhindern, daß das Ansteuer­ signal einen vorbestimmten Maximalpegel überschreitet.

5. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Steuermittel (88) vorgesehen sind, die ausgelegt sind, zu verhindern, daß das Ansteuersignal unter einen vorbestimmten Minimalpegel abfällt.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel zum Einstellen des vorbestimmten Minimal­ pegels einstellbar ist.

7. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Erfassungsmittel eine Photodiode (28) enthält.