DE602005003598T2

DE602005003598T2 - Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe

Info

Publication number: DE602005003598T2
Application number: DE602005003598T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Matsushima; Kohei Nishibori Kohei
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP4276104B2; US7109667B2; JP2005235616A; DE602005003598D1; CN1658731A; US20050184684A1; EP1566991B1; EP1566991A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe zum Zünden einer Entladungslampe für die Beleuchtung einer Flüssigkristallanzeige(LCD)-Vorrichtung, und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe für das Zünden mehrerer Entladungslampen.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die LCD-Vorrichtung ist eine von Flachbildschirm-Anzeigevorrichtungen, und sie wird übermäßig verwendet. Da ein in der LCD-Vorrichtung verwendeter Flüssigkristall selbst kein Licht emittiert, ist eine Beleuchtungsvorrichtung zur Sicherstellung einer guten Schirmanzeige erforderlich. Ein Rücklichtsystem ist eine von derartigen Beleuchtungsvorrichtungen, und es beleuchtet den Flüssigkristall von hinten. Das Rücklichtsystem verwendet hauptsächlich eine Kaltkathoden-Leuchtstofflampe (CCFL) als eine Entladungslampe, und ist mit einer Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe enthaltend einen Wechselrichter zum Betreiben der CCFL versehen.
Da die LCD-Vorrichtung zunehmend größer wird, um Anwendungen für beispielsweise einen großen TV zu genügen, verwendet das Rücklichtsystem mehrere Entladungslampen, um eine ausreichende Beleuchtungsintensität über den Schirm der LCD-Vorrichtung zu erzielen. Die Entladungslampen müssen jeweils stark leuchtendes Licht mit gleichförmiger Leuchtdichte zwischen ihnen emittieren. Eine Veränderung der Leuchtdichte zwischen den Entladungslampen bewirkt eine ungleichmäßige Helligkeit über den Schirm der LCD-Vorrichtung, was zu Anzeige- und visuellen Problemen führt, wodurch die Produktqualität bemerkenswert verschlechtert wird. Auch wird, um einer Anforderung nach herabgesetzten Kosten bei der LCD-Vorrichtung zu genügen, eine Kostenverringerung für die Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe, die in dem Rücklichtsystem enthalten ist, in starkem Maße gefordert.
Eine Veränderung der Leuchtdichte der Entladungslampen kann durch eine Vergleichmäßigung der in sie fließenden Lampenströme herabgesetzt werden. Die Vergleichmäßigung wird ermöglicht durch Vorsehen von Transformatoren in einer Anzahl entsprechend der Anzahl der Entladungslampen und Steuern der Transformatoren durch einen Steuer-IC. Diese Maßnahme jedoch bedingt eine Zunahme von Komponenten und erhöht die Kosten der Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe. Eine alternative Maßnahme zum Ermöglichen der Vergleichmäßigung von Lampenströmen wird vorgeschlagen, die erzielt wird durch Vorsehen von Ausgleichsspulen, aber die alternative Maßnahme muss eine große Anzahl von Ausgleichsspulen für mehrere Entladungslampen verwenden, und die Angelegenheit wird verschlechtert, da die Ausgleichsspulen unterschiedliche individuelle Spezifikationen haben müssen, da die Lampenströme in Abhängigkeit von den Orten, an denen sie sich befinden, unterschiedlich sind. Folglich nimmt die Anzahl von Komponenten zu, was die Kosten für die Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe erhöht.
Eine Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe wird als eine andere Maßnahme vorgeschlagen, bei der Induktivitätswerte durch variable Induktivitätselemente anstelle von Ausgleichsspulen gesteuert werden, um jeweilige Lampenströme für gleichförmige Helligkeit über den Anzeigeschirm zu steuern (siehe beispielsweise Japanische Patentveröffentlichung Nummer 11260580 .
1 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe, die in dem vorgenannten Japanischen Patent offenbart ist und in der zwei Entladungslampen vorgesehen sind.
Gemäß 1 sind FETs 102 und 103, die Schaltelemente bilden, in Reihe zwischen die positive und die negative Elektrode einer Gleichstrom-Energiequelle 101 geschaltet, und der Verbindungsmittelpunkt zwischen dem Sourceanschluss des FET 102 und dem Drainanschluss des FET 103 ist mit der negativen Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über eine Reihenresonanzschaltung 120A verbunden, die aus einem Kondensator 122a und einer Spule 121a eines orthogonalen Transformators 121A besteht, der eine variable Induktivität bildet, die zur Steuerung des Induktivitätswerts in der Lage ist, und auch über eine Reihenresonanzschaltung 120B, die aus einem Kondensator 122b und einer Spule 121a eines orthogonalen Transformators 121B besteht, der eine variable Induktivität bildet.
Ein Verbindungsmittelpunkt zwischen der Spule 121a des orthogonalen Transformators 121A und dem Kondensator 122a ist mit der negativen Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über eine Reihenschaltung bestehend aus einem Kondensator 110a, einer Entladungslampe 111a und einem Stromerfassungswiderstand 123a einer Steuerschaltung 123A verbunden, und ein Ausgangssignal der Steuerschaltung 123A wird zu einer Steuerspule 121b des orthogonalen Transformator 121A gesandt.
Die Steuerschaltung 123A liefert einen Steuerstrom zu der Steuerspule 121b des orthogonalen Transformators 121A und ist so angeordnet, dass ein Verbindungsmittelpunkt zwischen der Entladungslampe 111a und dem Stromerfassungswiderstand 123a mit dem invertierenden Eingangsanschluss einer Operationsverstärkungsschaltung 123c über eine gleichrichtende Diode 123b verbunden ist, ein Verbindungsmittelpunkt zwischen der gleichrichtenden Diode 123b und dem invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkungsschaltung 123c mit der negativen Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über einen Glättungskondensator 123d verbunden ist, der nicht invertierende Anschluss der Operationsverstärkungsschaltung 123c mit der negativen Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über eine Batterie 123e mit einer Bezugsspannung Vref zum Bestimmen eines Bezugswerts eines Stroms der Ent ladungslampe 111a verbunden ist, und der Ausgangsanschluss der Operationsverstärkungsschaltung 123c mit der negativen Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über die Steuerspule 121b des orthogonalen Transformators 121A verbunden ist.
Die Steuerschaltung 123A wirkt zur Steuerung des Stroms der Entladungslampe 111a. Insbesondere arbeitet die Steuerschaltung 123A derart, dass, wenn der Strom der Entladungslampe 111a zu erhöhen ist, der Steuerstrom der Steuerspule 121b des orthogonalen Transformators 121A erhöht wird, damit der Induktivitätswert der Spule 121a des orthogonalen Transformators 121A abnimmt, wodurch die Resonanzfrequenz f₀ der Serienresonanzschaltung 120A zunimmt, was zu einer Abnahme der Impedanz der Serienresonanzschaltung 120A bei einer Treiberfrequenz führt, woraus sich folglich eine Erhöhung einer zwischen den beiden Enden des Kondensators 122a erzeugten Spannung ergibt, und derart, dass, wenn der Strom der Entladungslampe 111a abnehmen soll, der Steuerstrom der Steuerspule 121b des orthogonalen Transformators 121A verringert wird, um den Induktivitätswert der Spule 121a des orthogonalen Transformators 121A zu erhöhen, wodurch die Resonanzfrequenz f₀ der Serienresonanzschaltung 120A abnimmt und damit die Impedanz der Serienresonanzschaltung 120A bei der Treiberfrequenz zunimmt, was folglich zu einer Verringerung einer zwischen den beiden Enden des Kondensators 122a erzeugten Spannung führt.
Es ist eine andere Schaltung vorgesehen, die einen anderen orthogonalen Transformator 121B enthält und die in derselben Weise wie die vorbeschriebene, den orthogonalen Transformator 121A enthaltende Schaltung ausgebildet ist. Insbesondere ist ein Verbindungsmit telpunkt zwischen der Spule 121a des orthogonalen Transformators 121B und dem Kondensator 122b mit der negativen Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über eine Reihenschaltung bestehend aus einem Kondensator 110b, einer Entladungslampe 111b und einem Stromerfassungswiderstand 123a einer Steuerschaltung 123B verbunden, und ein Ausgangssignal der Steuerschaltung 123B wird zu einer Steuerspule 121b des orthogonalen Transformators 121B gesandt.
die Steuerschaltung 123B liefert einen Steuerstrom zu der Steuerspule 121b des orthogonalen Transformators 121B und ist so angeordnet, dass ein Verbindungsmittelpunkt zwischen der Entladungslampe 111b und dem Stromerfassungswiderstand 123a mit dem invertierenden Eingangsanschluss einer Operationsverstärkungsschaltung 123c über eine gleichrichtende Diode 123v verbunden ist, ein Verbindungsmittelpunkt zwischen der gleichrichtenden Diode 123b und dem invertierenden Eingangsanschluss der Operationsverstärkungsschaltung 23c mit der negativen Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über einen Glättungskondensator 123d verbunden ist, der nicht invertierende Anschluss der Operationsverstärkungsschaltung 123c mit der negative Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über eine Batterie 123e mit einer Bezugsspannung Vref zur Bestimmung eines Bezugswerts eines Stroms der Entladungslampe 111a verbunden ist, und der Ausgangsanschluss der Operationsverstärkungsschaltung 123c mit der negativen Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle 101 über die Steuerspule 121b des orthogonalen Transformators 121B verbunden ist.
Die Steuerschaltung 123B wirkt zur Steuerung des Stroms der Entladungslampe 111b. Insbesondere arbeitet die Steuerschaltung 123B derart, dass, wenn der Strom der Entladungslampe 111b zu erhöhen ist, der Steuerstrom der Steuerspule 121b des orthogonalem Transformators 121B erhöht wird, um den Induktivitätswert der Spule 121a des orthogonalen Transformators 121B zu verringern, wodurch die Resonanzfrequenz f₀ der Serienresonanzschaltung 120B erhöht wird und damit die Impedanz der Serienresonanzschaltung 120B bei einer Treiberfrequenz verringert wird, was folglich zu einer Erhöhung einer zwischen den beiden Enden des Kondensators 122b erzeugten Spannung führt, und derart, dass, wenn der Strom der Entladungslampe 111b zu verringern ist, der Steuerstrom der Steuerspule 121b des orthogonalen Transformators 121B verringert wird, um den Induktivitätswert der Spule 121a des orthogonalen Transformators 121B zu erhöhen, wodurch die Resonanzfrequenz f₀ der Serienresonanzschaltung 120B abnimmt und damit die Impedanz der Serienresonanzschaltung 120B bei einer Treiberfrequenz zunimmt, was folglich zu einer Abnahme einer zwischen den beiden Enden des Kondensators 122b erzeugen Spannung führt.
Auch stellt bei der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe eine Steuerschaltung 104 eine Schaltfrequenz eines zu den FETs 102 und 103 zu liefernden Steuersignals fest ein, wodurch die in die Entladungslampen 111a und 111b fließenden Ströme auf einen vorbestimmten Wert ohne Steuerung der Schaltfrequenz gesteuert werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Schaltung ohne eine in der Steuerschaltung 104 durchgeführte komplizierte Frequenzsteuerung strukturiert ist und eine gleichförmige Helligkeit zwischen den Entladungslampen 111a und 111b erzielt wird.
Abhängig von den Spezifikationen der CCFL ist eine Spannung zum Einschalten der CCFL im Allgemeinen höher als eine Spannung, um sie erleuchtet zu halten. Insbesondere liegt die Spannung zum Einschalten der CCFL im Bereich von etwa 1500 bis 2500 V, während die Spannung, um sie eingeschaltet zu halten, im Bereich von etwa 600 bis 1300 V liegt. Demgemäß ist eine Hochspannungs-Energiequelle in einer Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe erforderlich.
Da die in 1 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe nicht mit einer Erhöhungsschaltung versehen ist, hat die Gleichstrom-Energiequelle 101 eine Schaltung zur Ausgabe einer hohen Spannung, um die Entladungslampen 111a und 111b ordnungsgemäß zu betreiben.
Da auch die FETs 102 und 103 zum Einschalten der Entladungslampen 111a und 111b sowie die Steuerschaltung 104 zum Steuern der FETs 102 und 103 mit der Gleichstrom-Energiequelle 101 zum Ausgeben einer hohen Spannung verbunden sind, müssen die FETs 102 und 103 sowie die Steuerschaltung 104 aus hochspannungsresistenten Materialien zusammengesetzt sein, die teuer sind und somit die Kosten der Vorrichtung erhöhen.
Weiterhin sind in der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe die Kondensatoren 110a und 110b, die Stromsteuerkondensatoren (so genannte "Vorschaltkondensatoren") sind, um den Lampenstrom der Entladungslampen 111a und 111b zu stabilisieren, in Reihe mit den Entladungslampen 111a bzw. 111b geschaltet, und eine hohe Spannung wird an die Kondensatoren 110a und 110b angelegt. Folglich müssen die Kondensatoren 110a und 110b auch aus hochspannungsresistenten Materialien zusammengesetzt sein, und da die stromsteuernden Kondensatoren in einer An zahl gleich der Anzahl von zu betreibenden Entladungslampen vorgesehen sein müssen, werden die Kosten der Vorrichtung definitiv erhöht. Da auch eine hohe Spannung an die Kondensatoren 110a und 110b angelegt wird, wie vorstehend beschreiben ist, besteht ein Problem auch hinsichtlich der Komponentensicherheit.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen vorzusehen, in der in mehreren Entladungslampen fließende Ströme vergleichmäßigt werden, um eine Veränderung der Leuchtdichte zwischen den Entladungslampen zu minimieren, und die kostengünstig hergestellt werden kann durch Beschränkend er Anzahl von hochspannungsresistenten Komponenten.
Um die vorbeschriebene Aufgabe zu lösen, sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß Anspruch 1 vor.
Bei dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine sekundärseitige Spule des Aufwärtstransformators in mehrere Abschnitte geteilt sein, und die zumindest zwei Serienresonanzschaltungen, die zumindest zwei Serienresonanzschaltungen, die zumindest zwei Lampenstrom-Erfassungsblöcke und die zumindest zwei Lampenstrom-Steuerschaltungen können an jeweiligen Abschnitten der sekundärseitigen Spule des Aufwärtstransformators vorgesehen sein.
Bei dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jede der Lampenstrom-Steuerschaltungen einen Operationsverstärker und einen Transistor, dessen Basisanschluss mit einem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist und dessen Kollektoranschluss mit dem variablen Induktivitätselement verbunden ist, aufweisen, wobei ein Signal von dem Lampenstrom-Erfassungsblock und eine Bezugsspannung in den Operationsverstärker eingegeben werden, wodurch die Induktivität des variablen Induktivitätselements verändert wird.
Bei dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jedes der variablen Induktivitätselemente einen Transformator bilden, und beide Enden einer Steuerspule des Transformators können mit einer Dämpfungsschaltung verbunden sein.
Bei dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jeder der Lampenstrom-Erfassungsblöcke an dem geerdeten anderen Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators vorgesehen sein.
Bei dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann jedes der variablen Induktivitätselemente an dem geerdeten anderen Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators vorgesehen sein.
Bei dem einen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen in einem Hintergrund-Beleuchtungssystem für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung enthalten sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen, bei der Ströme, die in mehreren Entladungslampen fließen, vergleichmäßigt werden können für eine Verringerung der Variation der Helligkeit zwischen den Entladungslampen, kostengünstig mit einer begrenzten Anzahl von hochspannungsresistenten Komponenten für die Schaltung hergestellt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel (nachfolgend mit Bezug auf 2 diskutiert) der vorliegenden Erfindung existiert eine Streuinduktivität Le in dem Aufwärtstransformator, und daher kann die Induktivität zum Steuern des Lampenstroms Streuinduktivität Le sowie die Induktivität Lv des variablen Induktivitätselements geregelt werden, wodurch das variablen Induktivitätselement verkleinert werden kann.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel (nachfolgend mit Bezug auf 3 diskutiert) der vorliegenden Erfindung ist die sekundärseitige Spule des Aufwärtstransformators in mehrere Abschnitte geteilt und mit einer Veränderung des Wicklungsverhältnisses in den Spulenabschnitten kann die Lampenstromsteuerung leicht durchgeführt werden, selbst wenn die Lampenströme der mehreren Entladungslampen einander unterschiedlich sind.
Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel (nachfolgend mit Bezug auf 4 diskutiert) der vorliegenden Erfindung sind die rückführungsseitigen Drähte der Entladungslampen zu einem gemeinsamen Draht zusammengelegt, wodurch die Anzahl von Drähten und Verdrahtungen für eine Kostenreduzierung verringert wird.
Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel (nachfolgend mit Bezug auf 5 diskutiert) der vorliegenden Erfindung sind die variablen Induktivitätselemente auf der Niederspannungsseite des Aufwärtstransformators vorgesehen, und daher ist die Potentialdif ferenz zwischen den die variablen Induktivitätselemente bildenden Spulen der Transformatoren klein. Folglich können die Transformatoren intern leicht isoliert werden und somit können die variablen Induktivitätselemente verkleinert und kostengünstig hergestellt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe;
2 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6A bis 6D sind Alternativen eines Rückführungsabschnitts eines Operationsverstärkers.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf 2 beschrieben. Eine in 2 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen ist zum Betreiben von zwei Entladungslampen vorgesehen. Eine Reihenschaltung aus Transistoren Q1 und Q2 als Schaltelementen und eine Reihenschaltung aus Transistoren Q3 und Q4 als Schaltelementen sind parallel zu den beiden Enden einer Gleichstrom-Energiequelle 1 geschaltet, und eine Verbindung zwischen den Transistoren Q1 und Q2 und eine Verbindung zwischen den Transistoren Q3 und Q4 sind mit der Primärseite eines Aufwärtstransformators 3 verbunden, und bilden so eine so genannte "Vollbrücken"-Anordnung.
Eine Steuerschaltung 2 dient zur Steuerung der Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen und weist eine Oszillationsschaltung auf, um eine Treiberfrequenz zum Betreiben der Primärseite des Aufwärtstransformators 3 einzustellen, und die Transistoren Q1, Q2, Q3 und Q4 werden mit einem vorbestimmten Zeitintervall durch ein Ausgangssignal der Steuerschaltung ein- und ausgeschaltet, wodurch sie eine Wechselspannung erzeugen. In dieser Hinsicht ist es selbstverständlich, dass der Schaltvorgang durchgeführt werden kann, wenn Q1, Q2, Q3 und Q4 in einer "Halbbrücken"-Anordnung strukturiert sind, aber die Vollbrücken-Anordnung führt den Schaltvorgang effizienter durch und wird daher bevorzugt.
Zwei Schaltungen, die jeweils eine der Entladungslampen 5a und 5b enthalten, sind auf der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 vorgesehen. Die beiden Schaltungen sind einander identisch ausgebildet, und es wird eine Beschreibung nur von der einen Schaltung, die die Entladungslampe 5a enthält, gegeben.
Ein Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 ist mit einem Ende der Entladungslampe 5a über eine Spule 4a eines Transformators 4A als einem variablen Induktivitätselement verbunden, und das andere Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 ist geerdet. Auf der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 ist eine Serienresonanzschaltung gebildet, die aus einer Streuinduktivität Le des Aufwärtstransformators 3, einer Induktivität Lv des Transformators 4A und Kondensatoren C1 und Cp besteht. Der Kondensator C1 ist mit der Schaltung verbunden und reguliert die Resonanzfrequenz, und der Kondensator Cp ist eine Streukapazität.
An dem anderen Ende der Entladungslampe 5a ist ein Lampenstrom-Erfassungsblock 6 vorgesehen, der aus einem Lampenstrom-Erfassungswiderstand R4 und einer gleichrichtenden Diode D1 besteht. Ein Lampenstrom der Entladungslampe 5a wird durch den Lampenstrom-Erfassungswiderstand R4 in eine Spannung umgewandelt, während sie durch die gleichrichtende Diode D1 gleichgerichtet wird. Der Lampenstrom-Erfassungsblock 6 ist mit einem Operationsverstärker 7a einer Lampenstrom-Steuerschaltung 7 verbunden.
Der Operationsverstärker 7a vergleicht die durch die gleichrichtende Diode D1 gleichgerichtete Spannung mit einer Bezugsspannung Vref. Der Ausgang des Operationsverstärkers 7a ist mit dem Basisanschluss eines Transistors Q5 verbunden, dessen Kollektoranschluss mit einer Steuerspule 4b des Transformators 4A ver bunden ist, wodurch ein Wert des in der Steuerspule 4b des Transformators 4A als einem variablen Induktivitätselement fließenden Stroms verändert wird und damit ein Induktivitätswert des Transformators 4A gesteuert wird. Eine Dämpfungsschaltung, die aus einem Kondensator C4 und einem Widerstand R5, die in Reihe miteinander geschaltet sind, besteht und die ausgebildet ist, eine hohe Spitzenspannung bei der Erzeugung einer gegenelektromotorischen Kraft zu verhindern, ist an den beiden Enden der Steuerspule 4b des Transformators 4A vorgesehen.
Die Arbeitsweise des Transformators 4A als ein variables Induktivitätselement wird nun beschrieben. Der Transformator 4A arbeitet derart, dass sein Induktivitätswert abnimmt, wenn der Stromwert der Steuerspule 4b zunimmt.
Wenn der in der Entladungslampe 5a fließende Lampenstrom unter einen vorbestimmten Wert fällt, fällt die Spannung des Lampenstrom-Erfassungswiderstands R4 ab, das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 7a steigt an, und der Basisstrom des Transistors Q5 nimmt zu, was zu einer Erhöhung seines Kollektorstroms führt. Somit bewirkt eine Zunahme des in der Steuerspule 4b des Transformators 4A fließenden Stroms eine Abnahme des Induktivitätswerts des Transformators 4A als einem variablen Induktivitätselement. Als eine Folge steigt eine Resonanzfrequenz f₀ (= 1/2π{(Le + Lv) × (C1 + Cp)}^1/2 der auf der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 vorgesehenen Resonanzschaltung an. Da die Treiberfrequenz auf der Primärseite des Aufwärtstransformators 3 höher als die Resonanzfrequenz f₀ der Resonanzschaltung auf der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 eingestellt ist, gelangt die Resonanzfrequenz f₀ der Resonanz schaltung auf der Sekundärseite näher an die Treiberfrequenz auf der Primärseite, was dazu führt, dass die Impedanz der Resonanzschaltung bei der Treiberfrequenz fällt, wodurch der Lampenstrom in der Entladungslampe 5a ansteigt.
Wenn andererseits der in der Entladungslampe 5a fließende Lampenstrom über einen vorbestimmten Wert ansteigt, steigt die Spannung des Lampenstrom-Erfassungswiderstands R4 an, das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 7a fällt, und der Basisstrom des Transistors Q5 nimmt ab, was zu einer Abnahme seines Kollektorstroms führt. Somit bewirkt eine Abnahme des in der Steuerspule 4b des Transformators 4A fließenden Stroms eine Zunahme des Induktivitätswerts des Transformators 4A als einem variablen Induktivitätselement. Als eine Folge sinkt die Resonanzfrequenz f₀ der auf der Sekundärseite vorgesehenen Resonanzschaltung, und daher entfernt sich die Resonanzfrequenz f₀ der Resonanzschaltung auf der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 von der Treiberfrequenz auf der Primärseite, was dazu führt, dass die Impedanz der Resonanzschaltung bei der Treiberfrequenz ansteigt und hierdurch der Lampenstrom in der Entladungslampe 5a abnimmt.
Da der Lampenstrom in der Entladungslampe auf einer Lampe-für-Lampe-Basis gesteuert wird, kann die Lampenstromsteuerung mit einem hohen Genauigkeitsgrad durchgeführt werden, so dass die Lampenströme von mehreren Entladungslampen vergleichmäßigt werden können, wodurch eine Variation der Helligkeit zwischen den mehreren Entladungslampen minimiert wird.
Die in 2 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß der vorliegenden Erfindung ist ähnlich der in 1 gezeigten Vorrichtung dahingehend, dass der Lampenstrom der Entladungslampe durch Verändern des Induktivitätswerts des Transformators 4A als einem variablen Induktivitätselement gesteuert wird, aber eliminiert die Kondensatoren 110a und 110b zur Strombegrenzung, die in Reihe mit den Entladungslampen 111a und 111b geschaltet und zur Stabilisierung des Lampenstroms der Entladungslampen 111a und 111b in der in 1 gezeigten Vorrichtung erforderlich sind.
Auch wird in der in 1 gezeigten Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen die Resonanzfrequenz f₀ der Serienresonanzschaltung 120A dargestellt durch f0 = 1/2π(Lv × C1)1/2 worin Lv die Induktivität des orthogonalen Transformators 121A und C1 die Kapazität des Kondensators 122a sind. Somit wird die Resonanzfrequenz durch Verändern nur der Induktivität Lv des orthogonalen Transformators 121A variiert, was bedeutet, das der Lampenstrom allein mittels der Induktivität Lv des orthogonalen Transformators 121A gesteuert wird. Andererseits enthält in der in 2 gezeigten Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen die Schaltung den Aufwärtstransformator 3, und die Resonanzfrequenz f₀ der Resonanzschaltung auf der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 wird dargestellt durch f0 = 1/2π{(Le + Lv) × (C1 + Cp)}1/2 worin Le die Streuinduktivität des Aufwärtstransformators 3 ist. Da die Streuinduktivität Le bei dem Aufwärtstransformator 3 existiert, kann der Lampen strom durch die Kombination der Streuinduktivität Le und der Induktivität Lv gesteuert werden. Dies ermöglicht, dass das variable Induktivitätselement verkleinert wird. Auch wirken die Streuinduktivität Le des Aufwärtstransformators 3 und die Induktivität Lv des variablen Induktivitätselements wie ein Kondensator zur Strombegrenzung, so dass der Kondensator eliminiert werden kann.
Somit benötigt die Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß der vorliegenden Erfindung keinen hochspannungsresistenten Kondensator zur Strombegrenzung, ermöglicht, dass ein variables Induktivitätselement verkleinert werden kann, und kann daher kostengünstig mit einer begrenzten Anzahl von hochspannungsresistenten Komponenten hergestellt werden.
Die in 2 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen dient zum Betreiben von zwei Entladungslampen, aber sie kann drei oder mehr Entladungslampen mit zusätzlichen Schaltungen, die parallel zu der Sekundärseite des Aufwärtstransformators 3 geschaltet sind, betreiben.
Eine Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 3 beschrieben. Die in 3 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen arbeitet grundsätzlich in derselben Weise wie die in 2 gezeigte Vorrichtung, aber unterscheidet von dieser dadurch, dass die Sekundärspule des Aufwärtstransformators 13 in zwei Abschnitte 13a und 13b geteilt ist. Mit dieser Struktur kann ein Wicklungsverhältnis den beiden Abschnitten 13a und 13b geändert werden, wodurch auf einfache Weise zwei verschiedene Lampenströme von Entladungs lampen 15a und 15b gehandhabt werden können. Die in 3 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen ist zum Betreiben von zwei Entladungslampen vorgesehen, kann aber drei oder mehr Entladungslampen betreiben, wobei die Sekundärspule des Aufwärtstransformators 13 in eine Anzahl von Abschnitten entsprechend der Anzahl von Schaltungen mit Entladungslampen geteilt ist.
Eine Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 4 beschrieben. Die in 4 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen arbeitet grundsätzlich in derselben Weise wie die in 2 gezeigte Vorrichtung, aber unterscheidet sich von dieser dahingehend, dass die rückführungsseitigen Drähte der Lampen 25a und 25b zu einem gemeinsamen Draht zusammengelegt sind und dass jeweilige Lampenstrom-Erfassungsblöcke 26 an den geerdeten Enden der Sekundärseite der beiden Aufwärtstransformatoren 23A und 23B vorgesehen sind, wodurch Lampenströme auf der Sekundärseite der Aufwärtstransformatoren 23A und 23B für die Steuerung erfasst werden. Diese Struktur verringert die Menge von Drähten und Verdrahtungen, was zu einer Kostenherabsetzung beiträgt. Die in 4 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen enthält Aufwärtstransformatoren, die in einer Anzahl entsprechend der Anzahl von Entladungslampen vorgesehen sind. Die so vorgesehenen Aufwärtstransformatoren können jeweils im Vergleich zu einem Transformator, der zum Betreiben mehrerer Entladungslampen ausgebildet ist, verkleinert werden. Auch kann, wenn die Entladungslampe lang oder in Form des Buchstabens U ausgebildet ist, eine so genannte "Schwebungsschaltung" verwendet werden, in welchem Fall eine hohe Spannung an beide Enden der Entladungslampe angelegt wird und daher der Lampenstrom an den beiden Enden der Entladungslampe nicht genau erfasst werden kann. In der Schwebungsschaltung kann der Lampenstrom ordnungsgemäß erfasst werden durch Vorsehen des Lampenstrom-Erfassungsblocks an dem geerdeten Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators.
Eine Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Die in 5 gezeigte Vorrichtung zum Betreiben von Entladungslampen arbeitet grundsätzlich in derselben Weise wie die in den 2 bis 4 gezeigten Vorrichtungen, aber unterscheidet sich beispielsweise von der in 3 gezeigten Vorrichtung dahingehend, dass Transformatoren 34A und 34B als variable Induktivitätselemente an den geerdeten Enden der geteilten Abschnitte der Sekundärseite der Aufwärtstransformatoren 33 vorgesehen sind. Da die Transformatoren 34A und 34B als variable Induktivitätselement an den Niederspannungsenden der Aufwärtstransformatoren 33 angeordnet sind, ist die Potentialdifferenz zwischen Spulen 34a und 34b der Transformatoren 34A und 34B klein, was die Isolation in den Transformatoren 34A und 34B vereinfacht, wodurch eine Verkleinerung und eine Kostensenkung der Transformatoren 34A und 34B erzielt werden.
Der Kondensator C2 in dem Rückführungsabschnitt des Operationsverstärkers 7a/17a/27a/37a kann durch irgendeine der in den 6A bis 6D gezeigten Schaltungen ersetzt werden.

Claims

Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe, aufweisend: eine Gleichstrom-Leistungszuführung (1); eine Steuerschaltung (2); zumindest einen Aufwärtstransformator (3); und Schaltelemente (Q1, Q2, Q3 und Q4), die mit der Gleichstrom-Leistungszuführung (1) verbunden sind und eine Primärseite des Aufwärtstransformators (3) gemäß einem Signal von der Steuerschaltung (2) betreiben, wodurch zumindest zwei Entladungslampen (5a und 5b), die auf einer Sekundärseite des Aufwärtstransformators (3) vorgesehen sind, betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufwärtstransformator (3) eine Streuinduktivität (Le) hat, ein Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators (3) mit den einen Enden von zumindest zwei variablen Induktivitätselementen (4A und 4B) verbunden ist, deren jeweils anderes Ende mit einem Ende von jeder der Entladungslampen (5a und 5b) verbunden ist, und das andere Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators (3) geerdet ist; zumindest zwei Reihenresonanzschaltungen jeweils gebildet sind durch einen Kondensator (C1), der zwischen jedem variablen Induktivitätselement (4A und 4B) und jeder der Entladungslampen (5a und 5b) vorgesehen ist, die Streuinduktivität (Le) des Aufwärtstransformators (3) und die Induktivität (Lv) jedes der variablen Induktivitätselemente (4A und 4B); und dass zumindest zwei Lampenstrom-Erfassungsblöcke (6 und 6) jeweils an dem anderen Ende der jeweiligen Entladungslampen (5a und 5) vorgesehen sind, wobei ein Ausgang jedes der Lampenstrom-Erfassungsblöcke (6 und 6) mit jeder von zumindest zwei Stromsteuerschaltungen (7 und 7) verbunden ist, deren Ausgang jeweils mit jedem variablen Induktivitätselement (4A und 4B) verbunden ist, wobei die Induktivität (Lv) jedes variablen Induktivitätselements (4A und 4B) geändert wird, wodurch ein Lampenstrom jeder Entladungslampe (5a und 5b) gesteuert wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe nach Anspruch 1, bei der eine sekundärseitige Spule des Aufwärtstransformators in mehrere Abschnitte geteilt ist und die zumindest zwei Reihenresonanzschaltungen, die zumindest zwei Lampenstrom-Erfassungsblöcke und die zumindest zwei Lampenstrom-Steuerschaltungen bei jeweiligen Abschnitten der sekundärseitigen Spule des Aufwärtstransformators vorgesehen sind.
Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe nach Anspruch 1, bei der jede der Lampenstrom-Steuerschaltungen einen Operationsverstärker und einen Transistor aufweist, dessen Basisanschluss mit einem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist und dessen Kollektoranschluss mit dem variablen Induktivitätselement verbunden ist, und ein Signal von dem Lampenstrom-Erfassungsblock und eine Bezugsspannung in den Operationsverstärker eingegeben werden, wodurch die Induktivität des variablen Induktivitätselements verändert wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe nach Anspruch 1, bei der jedes der variablen Induktivitätselemente einen Transformator bildet und beide Enden einer Steuerspule des Transformators mit einer Dämpfungsschaltung verbunden sind.
Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der jeder der Lampenstrom-Erfassungsblöcke an dem geerdeten anderen Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der jedes der variablen Induktivitätselemente an dem geerdeten anderen Ende der Sekundärseite des Aufwärtstransformators vorgesehen ist.
Vorrichtung zum Betreiben einer Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Vorrichtung in einem Hintergrund-Beleuchtungssystem für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung aufgenommen ist.