DE4437204A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Leuchtstofflampe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsan­ ordnung zum Betrieb einer Leuchtstofflampe, wobei eine Wechselspannung höherer Frequenz als Betriebsspannung und eine Rechteckspannung niedrigerer Frequenz mit einstellba­ rer Pulsbreite zum Sperren und Freigeben der Wechselspan­ nung an der Leuchtstofflampe erzeugt wird.

Dieses bekannte Verfahren zum Betrieb einer Leucht­ stofflampe eignet sich zur Leistungs- bzw. Helligkeitsein­ stellung der Leuchtstofflampe, was beispielsweise bei der Beleuchtung von Anzeigeeinrichtungen in Kraftfahrzeugen von Bedeutung ist.

Dabei ist wegen der starken Schwankungen des Umlichtes, insbesondere zwischen Tag und Nacht, ein sehr großer Ein­ stellbereich erforderlich. Bei der Einstellung von extrem geringen Beleuchtungsstärken ist die Pulsbreite der Rechteckspannung derart gering einzustellen, daß es zu Ungleichmäßigkeiten beim Betrieb der Leuchtstofflampe kommt, was sich insbesondere in einem Flackern bemerkbar macht.

Dieses Flackern besitzt seine Ursache darin, daß aufgrund der zeitlich veränderlichen Betriebsbedingungen der Leucht­ stofflampen, wie Zusammensetzung und lonisationsgrad des Gases, Umgebungstemperatur, Alterungszustand der Elektroden usw. bei jeder Zündung unterschiedliche Zündverzugszeiten auftreten, ehe die Leuchtstofflampe eine für die Einschalt­ dauer der Leuchtstofflampe konstante Leuchtdichte erreicht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen großen Einstellbereich der Leuchtstofflampe zu ermöglichen, wobei innerhalb des gesamten Einstellbereiches, insbeson­ dere aber bei geringen Beleuchtungsstärken ein einwand­ freier Betrieb der Leuchtstofflampe gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Sperren der Wechselspannung in Abhängigkeit eines die Strahlungsmenge der Leuchtstofflampe charakterisierenden Parameters erfolgt.

Diese erfindungsgemäße Maßnahme hat den Vorteil, daß die Pulsbreite der Rechteckspannung unmittelbar aus dem tatsächlichen Betriebsverhalten der Leuchtstoffröhre bestimmt wird. Dies führt zu einem einwandfreien Betrieb der Leuchtstofflampe bei sich ändernden Betriebsbedingun­ gen.

Vorteilhafterweise erfolgt das Sperren bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes des Parameters. In einer Ausgestal­ tung werden elektrische Parameter herangezogen. Dies ermög­ licht eine preiswerte, billige und unkomplizierte Dimm­ schaltung.

Vorteilhafterweise wird als Parameter der Plasmastrom der Leuchtstoff-Lampe gegessen. Dabei erfolgt das Dimmen der Leuchtstofflampe durch Abschalten des Plasmastromes in Abhängigkeit der gemessenen Strommenge.

Eine erweiterte und genauere Messung wird dadurch erreicht, daß neben dem Strom auch der Spannungsabfall über der Leuchtstofflampe gemessen wird. Dies empfiehlt sich beson­ ders bei der Verwendüng von Lampen mit Mischgasen, die sowohl im Bereich der Glimmentladung als auch im Bereich der Bogenentladung betrieben werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit Strommessung,

Fig. 2 Zeitdiagramme von Strömen und Spannungen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit Strom- und Spannungsmessung,

Fig. 4 Zeitdiagramme von Spannungen und Strömen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3,

Fig. 5 konkrete Realisierung eines Pulsweitenmodulators im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszei­ chen versehen. Die Fig. 1 und 3 zeigen lediglich die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile.

In den Fig. 1 und 3 ist eine Wechselspannungsquelle U_O über eine Impdedanz C_v mit der Leuchtstofflampe L verbunden. Parallel zur Leuchtstofflampe L ist ein Schalter S angeordnet, welcher von einem Pulsweitenmodulator PWM mit einer Steuerspannung U_ST geschaltet wird. Die Steuerspan­ nung U_ST ist dabei synchron zur Wechselspannung U_O.

Gemäß Fig. 1 wird der Stromfluß durch die Leuchtstofflampe L mit dem Meßwiderstand R₁ gemessen. Über einen Regler Reg wird der Pulsweitenmodulator PWM angesteuert.

Der Regler Reg weist an seinem Eingang einen Gleichrichter G auf. Der gleichgerichtete Strom wird an einen Integrator I weitergeleitet, welcher den Strom über die Zeit aufsum­ miert. Diese Stromsumme wird dem nichtinvertierenden Ein­ gang eines Komparators K zugeführt. Der Komparator K ver­ gleicht diesen Wert mit einem Schwellwert I_soll, der an seinem invertierenden Eingang ansteht. Ist dieser Schwell­ wert überschritten, wird die durch den Pulsweitenmodulator an die Leuchtstofflampe L freigegebene Wechselspannung gesperrt, in dem der Schalter S geschlossen wird. Die Energiezufuhr in die Leuchtstofflampe L ist somit unterbrochen.

In Fig. 2 sind die Vorgänge in Zeitdiagrammen dargestellt.

Ist der Schalter S geschlossen, fließt ein Strom von der Spannungsquelle U_O über die Vorimpedanz C_V und den Schalter S. Die Leuchtstofflampe L bleibt spannungs- und stromlos. Wird der Schalter S zum Zeitpunkt t₁ geöffnet, gelangt die Wechselspannung U₀ über die Vorimpedanz C_V an die Leucht­ stofflampe. Die Wechselspannung Uo ist so hoch, daß die Lampe zünden kann. Es beginnt ein Strom i_L in der Leucht­ stofflampe L zu fließen, welcher aufgrund der Ionisation des Gases bis zum Erreichen einer bestimmten Leuchtdichte zunimmt. Die Leuchtstofflampe L beginnt zu leuchten. Die PWM-Zeit entspricht dabei der Dauer der Leuchtphase der Lampe t₁-t₂.

Der Gleichgewichtszustand des ionisierten Gases erzeugt einen annähernd konstanten Lampenstrom i_L. Zum Zeitpunkt t₂ erreicht der Integratorausgangswert i_L dt den am Komparator K eingestellten Schwellwert I_soll. Der Schalter S wird geschlossen und das Anlegen der Wechselspannung U_O an der Leuchtstofflampe L gesperrt. Zum selben Zeitpunkt wird der Integrator I durch das Schaltsignal U_R vom Pulsweitenmodulator PWM zurückgesetzt.

Wird im nächsten Zyklus zum Zeitpunkt t₁+T der Schalter S wieder geöffnet, wird wieder die Spannung U_O an die Leucht­ stofflampe L gelegt und die nächste Zündung eingeleitet.

In Folge eines anderen Ionisationsgrades des Gases, z. B. bei schon Vorhandensein von Ladungsträgern, steigt der Plasmastrom I^L schneller an. Der Schwellwert der gemessenen Strommenge wird somit zu einem früheren Zeitpunkt t₃ nach Freigabe der Wechselspannung durch das PWM-Signal erreicht.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Schalter S zwar zyklisch geöffnet, aber bei Erreichen eines Schwell­ wertes zu unterschiedlichen Zeitpunkten geschlossen.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt.

Neben der Strommessung erfolgt gleichzeitig die Bestimmung der Spannung über der Leuchtstofflampe L mittels eines parallel zu dieser geschalteten Spannungsteilers R₂, R₃. Den Eingang des Reglers Reg bildet ein Multiplizierer x, welcher die eingehenden Strom- und Spannungswerte wichtet. Über den Integrator I wird auch in diesem Fall der Ver­ gleichswert für den Komparator K ermittelt, in dessen Abhängigkeit das PWM-Signal gesperrt und der Schalter S geschlossen wird.

In Fig. 5 ist ein Transformator Tr primärseitig über die Vorimpedanz C_v mit der Wechselspannung U_O verbunden. Paral­ lel zur Primärwicklung des Transformators Tr ist der mit der Rechteckspannung steuerbare Schalter S angeschlossen. Die Leuchtstofflampe L befindet sich im Sekundärkreis des Transformators Tr.

Weiterhin ist in Fig. 5 eine Möglichkeit zur Erzeugung einer Rechteckspannung mit veränderlicher Pulsbreite aus der Wechselspannung U_O dargestellt.

Die Wechselspannung wird innerhalb des Pulsweitenmodulators PWM auf einen Flankendetektor geführt, der bei jeder Flanke der Wechselspannung U_O einen Impuls U_P erzeugt. Die Fre­ quenz der Impulse U_P beträgt dabei das Doppelte der Fre­ quenz der Wechselspannung U_O. Die Impulsfrequenz wird mit Hilfe eines Fequenzteilers durch n geteilt und als Grund­ takt auf den Set-Eingang eines Flip-Flops gegeben. Der Reset-Eingang des Flip-Flops ist mit dem Ausgang des Kompa­ rators K des Reglers Reg verbunden. Entsprechend den Signa­ len an den Eingängen des Flip-Flops, schaltet sein Ausgang den Schalter S mit der Steuerspannung U_st.

Claims (13)

1. Verfahren zum Betrieb einer Leuchtstofflampe, wobei eine Wechselspannung höherer Frequenz als Betriebs­ spannung und eine Rechteckspannung niedrigerer Fre­ quenz mit einstellbarer Pulsbreite zum Sperren und Freigeben der Wechselspannung an der Leuchtstofflampe erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperren der Wechselspannung in Abhängigkeit eines die Strah­ lungsmenge der Leuchtstofflampe charakterisierenden Parameters erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperren der Wechselspannung beim Erreichen eines bestimmten Grenzwertes des Parameters erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sperren der Wechselspannung in Abhängig­ keit eines die Strahlungsmenge der Leuchtstofflampe charakterisierenden optischen Parameters erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sperren der Wechselspannung in Abhängig­ keit eines die Strahlungsmenge der Leuchtstofflampe charakterisierenden elektrischen Parameters erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperren der Wechselspannung in Abhängigkeit des Plasmastromes (i_L) der Leuchtstofflampe erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sperren der Wechselspannung in Abhängig­ keit der über der Leuchtstofflampe abfallenden Span­ nung erfolgt.

7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leuchtstofflampe (L) über eine Vorimpedanz (C_v) mit einer Wechselspannung (U_O) beaufschlagbar ist und parallel zur Leuchtstofflampe (L) ein mit einer Rechteckspannung steuerbarer Schalter (S) angeschlos­ sen ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Transformator (Tr) primärseitig über eine Vorimpedanz (C_v) mit der Wechselspannung (U_O) beaufschlagbar ist, parallel zur Primärwicklung des Transformators (Tr) ein mit der Rechteckspannung steu­ erbarer Schalter (S) angeschlossen ist und daß an den Transformator (Tr) sekundärseitig die Leuchtstofflampe (L) angeschlossen ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stromfluß in der Leuchtstofflampe (L) mit einem Meßwiderstand (R1) meßbar ist, welcher über einen Regler (Reg) mit einem Pulsweitenmodulator (PWM) verbunden ist, der den Schalter (S) ansteuert.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Regler (Reg) einen Integrator (I) und einen Schwellwertschalter (K) aufweist und in Abhängigkeit des Ausgangssignals des Schwellwertschal­ ters (K) der Schalter (S) durch den Pulsweitenmodula­ tor (PWM) schließbar ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Integrator (I) durch den Pulsweiten­ modulator (PWM) ein Rücksetzsignal zuführbar ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Leucht­ stofflampe L ein Spannungsteiler (R2, R3) angeordnet ist, dessen Mittelabgriff an den Eingang des Reglers (Reg) führt.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Reglers durch einen Multiplizierer (X) gebildet wird, durch welchen die anliegenden Strom- und Spannungswerte gewichtet werden.