DE4326415B4

DE4326415B4 - Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4326415B4
Application number: DE19934326415
Authority: DE
Inventors: Frank Lange
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2013-08-07
Also published as: DE4326415A1

Abstract

Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe, bei welchem ein Stromübertrager von einem, von einer Generatorfrequenz bestimmten Wechselsignal (U₁, U₂) angesteuert wird, und bei dem das Wechselsignal (U₁, U₂) von einem rechteckförmigen PWM-Signal (U_PWM), dessen Frequenz niedriger als die Generatorfrequenz ist, freigegeben und gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselsignal (U₁, U₂) durch das PWM-Signal (U_PWM) derart synchronisiert wird, dass nur volle Halbwellen des Wechselsignals (U₁, U₂) freigegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe, bei welchem ein Stromübertrager von einem, von einer Generatorfrequenz bestimmten Wechselsignal angesteuert wird und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Für viele Anwendungsfälle ist es notwendig, daß die Helligkeit von Leuchtstofflampen über einen großen Einstellbereich variiert werden muß. Das ist beispielsweise bei der Beleuchtung von Anzeigeeinrichtungen in Kraftfahrzeugen von Bedeutung. Hier ist wegen der starken Schwankungen des Umlichtes, insbesondere zwischen Tag und Nacht, ein solcher großer Einstellbereich erforderlich.
Es sind Anordnungen zum Betrieb einer Leuchtstofflampe mit steuerbarer Leuchtdichte bekannt, bei welchen die Entladungsstrecke der Leuchtstofflampe über einen Transformator mit einer steuerbaren Wechselstromquelle verbunden ist. Der Strom der Stromquelle wird über zwei im Gegentakt schaltende Schalter der Primärwicklung des Transformators zugeführt. Die Schalter werden dabei von einem Gegentaktgenerator angesteuert. Das die Schaltfrequenz erzeugende Genera torsignal ist dabei frei schwingend, wodurch der Zeitpunkt der Zündung der Leuchtstofflampe nicht kontrollierbar ist, und was zu Schwankungen der Betriebsspannung der Leuchtstofflampe führt.
Die Wechselstromquelle wird durch einen Helligkeitsmesser gesteuert, wodurch sich eine automatische Anpassung der Leuchtdichte an die Umgebungshelligkeit ergibt.
Die Größe des Stromes durch die Entladungsstrecke wird durch eine Strommesseinrichtung detektiert und einer Schaltung zur Steuerung des Heizstromes zugeführt.
Bei großen Temperaturunterschieden ändert sich die Leuchtdichte ebenfalls, was ein ungleichmäßiges Leuchtverhalten der Leuchtstoffröhre zur Folge hat.

Aus der für den Anspruch 1 gattungsbildenden US 4,358,716 ist ein Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe bekannt, bei welchem ein Stromübertrager von einem von einer Generatorfrequenz bestimmten Wechselsignal angesteuert wird, bei dem das Wechselsignal von einem rechteckförmigen PWM-Signal freigegeben und gesperrt wird, wobei das PWM-Signal eine niedrigere Frequenz aufweist als die Frequenz des Generators. Hierbei werden zwei Impulsfolgen generiert, deren Spannungen addiert werden.

Aus der US 5,105,127 ist ein ähnliches Verfahren bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit Zugehöriger Anordnung anzugeben, welches bei größtmöglicher Dimmrate eine konstante Leuchtdichte über einen erweiterten Temperaturbereich gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung nach Anspruch 3 gelöst. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine synchrone Ansteuerung des Stromübertragers erreicht wird, was eine zuverlässige Zündung der Leuchtstofflampe und konstante Stromverhältnisse in der Leuchtstofflampe ermöglicht.

Vorteilhafterweise wird das Wechselsignal durch das PWM-Signal flankengesteuert. Dadurch wird gewährleistet, dass nur volle Halbwellen zur Zündung der Leuchtstofflampe genutzt werden. Der Dimmbereich lässt sich dadurch erweitern.

In einer Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Anordnung im Sekundärkreis des Stromübertragers mindestens eine Leuchtstofflampe auf, die über eine Impedanz ansteuerbar ist. Der Primärkreis des Stromübertragers ist mit einem ersten und einem zweiten, im Gegentakt schaltenden Schalter verbunden, die an eine Steuerschaltung führen, deren Eingangssignale das Generatorsignal und das PWM-Signal darstellen.

Um eine konstante Leuchtdichte in Abhängigkeit von äußeren Einflüssen zu gewährleisten, ist ein Spannungsregler einerseits mit der Primärspule des Stromübertragers zur Regulierung der Amplitude des Wechselsignals und andererseits mit Sensoren verbunden, welche im Sekundärkreis des Stromübertragers angeordnet sind.

In einer Ausgestaltung ist ein Temperatursensor in der Umgebung der Leuchtstofflampe angeordnet, wobei der Temperatursensor an den Spannungsregler führt.

Damit wird eine konstante Leuchtdichte der Leuchtstofflampe auch bei einem erweiterten Temperaturbereich ermöglicht, indem die in der Umgebung der Leuchtstofflampe auftretende Temperatur gemessen wird und Rückschlüsse auf die Zündung der Leuchtstofflampe gezogen werden können.

Vorteilhafterweise ist im Sekundärstromkreis des Stromübertragers ein Stromsensor angeordnet. Mit Hilfe des Stromsensors werden die Startbedingungen der Leuchtstofflampe optimiert, sowie eine Überhöhung des Lampenstromes verhindert, was eine Verlängerung der Lebensdauer der Leuchtstofflampe nach sich zieht.

Um die Leuchtcharakteristika einer einzelnen Leuchtstoffröhre zu unterbinden und ein homogenes Beleuchtungsbild zu erreichen, ist eine Parallelschaltung von mehreren in Reihe geschalteten Leuchtstofflampen vorgesehen.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Fig. näher erläutert werden. Es zeigt:
1 Schaltungsanordnung zur Ansteuerung einer dimmbaren Leuchtstofflampe,
2 Zeitdiagramm.
1 zeigt ein Leuchtstofflampensystem, welches aus einer Parallelschaltung zweier Lampenzweige besteht. In jedem Lampenzweig sind zwei Leuchtstofflampen L in Reihe geschaltet. Die Parallelschaltung der Leuchtstofflampenzweige ermöglicht ein homogenes Beleuchtungsbild, da die Leuchtcharakteristika der einzelnen Leuchtstofflampen unterbunden wird.
Das Leuchtstofflampensystem ist im Sekundärkreis eines Stromübertragers Tr angeordnet. Jeder Lampenzweig führt über eine Impedanz C_v auf einen Stromsensor SS, welcher einerseits mit der Sekundärwicklung des Stromübertragers Tr und andererseits mit einem Spannungsregler SR verbunden ist.
Weitere Eingangssignale erhält der Spannungsregler SR von der Betriebsspannung U_B und einem Temperatursensor TS. Dieser Temperatursensor TS ist in der Umgebung der Leuchtstofflampen L angeordnet. Da die Zündspannung stark temperaturabhängig ist, wird über eine Temperaturmessung die Zündspannungsamplitude in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Leuchtstofflampen bestimmt.
Da der Spannungsregler SR die Amplitude der Wechselspannung im Primärkreis des Stromübertragers bestimmt, erfolgt bei Nichtzündung der Leuchtstofflampen infolge von Temperaturunterschieden eine Erhöhung der Primärspannung U_P1 und U_P2 des Stromübertragers Tr.
Der Stromsensor SS signalisiert im Startzustand ebenfalls, ob die Zündung der Leuchtstofflampe erfolgt ist. Bei Nichtzündung wird auch in diesem Fall die Wechselspannung U_P1, U_P2 im Primärkreis des Stromübertragers Tr über den Spannungsregler SR angehoben.
Im Leuchtbetrieb nimmt der Stromsensor SS Stromschwankungen wahr, unterbindet aber deren Auswirkungen auf den Spannungsregler in definierten Grenzen.
Der Stromübertrager Tr wird in seinem Primärkreis von zwei, im Gegentakt schaltenden Schaltern S1 und S2, vorzugsweise Halbleiterschalter, bestromt, welche von einer Steuerschaltung St angesteuert werden. Die Steuerschaltung St verarbeitet als Eingangssignale ein PWM-Signal U_PWM und ein Oszillatorsignal U_OSZ.
Die Funktion der Steuerung St wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme in 2 erläutert.
Die eine konstante Frequenz aufweisende Oszillatorspannung U_OSZ wird mittels eines in der Steuerung St enthaltenen, nicht dargestellten Frequenzteilers in zwei Hilfssignale U₁, und U₂, zerlegt. Mittels eines PWM-Signals U_PWM wird ein Zeitfenster geschaffen, innerhalb welchem die Spannungen U₁ und U₂ freigegeben werden.
Durch die positive Flanke des PWM-Signals U_PWM wird das Zeitfenster geöffnet. Die Spannungen U₁ und U₂ steuern die Schalter S1 und S2. An der Sekundärseite des Stromübertra gers Tr liegt die Spannung U_S. Die Leuchtstofflampen werden somit über den Stromübertrager Tr und die Impedanzen C_v auf Grund der hohen Sekundärspannung U_S gezündet. Durch die negative Flanke des PWM-Signals U_PWM wird nach Ablauf der Impulsbreite der Signale U₁ und U₂ die Ansteuerung des Stromübertragers Tr unterbrochen.
Der Stromübertrager Tr wird somit synchron über beide Schalter angesteuert und eine zuverlässige Zündung der Leuchtstofflampen gewährleistet, da jeweils volle Halbwellen des Oszillatorsignals U_OSZ zur Zündung der Leuchtstofflampen genutzt werden. Durch Variation des PWM-Signals U_PWM kann die Zündung zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfolgen.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe, bei welchem ein Stromübertrager von einem, von einer Generatorfrequenz bestimmten Wechselsignal (U₁, U₂) angesteuert wird, und bei dem das Wechselsignal (U₁, U₂) von einem rechteckförmigen PWM-Signal (U_PWM), dessen Frequenz niedriger als die Generatorfrequenz ist, freigegeben und gesperrt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wechselsignal (U₁, U₂) durch das PWM-Signal (U_PWM) derart synchronisiert wird, dass nur volle Halbwellen des Wechselsignals (U₁, U₂) freigegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das PWM-Signal (U_PWM) das Wechselsignal (U₁, U₂) flankensteuert.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Sekundärkreis des Stromübertragers (Tr) über eine Impedanz (C_v) mindestens eine Leuchtstofflampe (L) ansteuerbar ist und dessen Primärkreis mit einem ersten und einem zweiten, im Gegentakt schaltenden Schaltern (S₁, S₂) verbunden ist, die von einer Steuerschaltung (St) angesteuert werden, deren Eingangssignale das Generatorsignal (U_OSZ) und das PWM-Signal (U_PWM) darstellen, und die abhängig von dem PWM-Signal (U_PWM) nur volle Halbwellen des Wechselsignals (U₁, U₂) freigibt.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsregler (SR) einerseits mit der Primärspule des Stromübertragers (Tr) zur Regulierung der Amplitude des Wechselsignals (U_P1, U_P2) und andererseits mit Sensoren verbunden ist, welche im Sekundärkreis des Stromübertragers (Tr) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgebung der Leuchtstofflampe (L) ein Temperatursensor (TS) angeordnet ist, welcher an den Spannungsregler (SR) führt.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärstromkreis des Stromübertragers (Tr) ein Stromsensor (SS) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Parallelschaltung von mehreren, in Reihe geschalteten Leuchtstofflampen ansteuerbar ist.