DE69411723T2

DE69411723T2 - Wechselrichter mit drei anschlüssen für elektrolumineszente lampen

Info

Publication number: DE69411723T2
Application number: DE69411723T
Authority: DE
Inventors: Robert Kimball
Original assignee: Durel Corp
Current assignee: Durel Corp
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2014-02-11
Also published as: DE69411723D1; JP3002543B2; EP0695450B1; EP0695450A1; KR0170538B1; JPH08509074A; US5313141A; EP0695450A4; KR960702139A; ATE168490T1; WO1994024659A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf Wechselrichter für elektrolumineszente (EL-)Lampen und insbesondere auf einen Wechselrichter, der bei EL-Lampen verwendet werden kann, die eine geerdete Elektrode aufweisen.
Eine EL-Lampe ist im wesentlichen ein Kondensator mit einer dielektrischen Schicht, die Phosphorpulver umfaßt, welches in der Anwesenheit eines starken elektrischen Felds und eines sehr kleinen Stroms glimmt. Die dielektrische Schicht wird zwischen zwei Elektroden gehalten, von denen eine transparent ist. Weil die EL-Lampe ein Kondensator ist, muß ein Wechselstrom angelegt werden, um den Phosphor zum Glimmen zu bringen, anderenfalls lädt sich der Kondensator auf die angelegte Spannung auf und der Strom durch die EL-Lampe hört auf.
Für Armbanduhren und andere Anwendungen, wie beispielsweise Kofferradios, wird eine EL-Lampe durch einen Wechselrichter betrieben, der den Gleichstrom von einer kleinen Batterie in Wechselstrom umwandelt. Die Batteriespannung, typischerweise von 1 bis 3 Volt, begrenzt die Spannung, die von dem Wechselrichter an die Lampe angelegt werden kann. Damit die EL-Lampe ausreichend glimmt, ist eine Spannung zwischen den Spitzen von mehr als 120 Volt erforderlich. Das Umwandeln von 3 Volt auf 120 Volt ohne einen Transformator ist schwierig, und ein Transformator ist zu sperrig und teuer für eine Armbanduhr und für viele andere Anwendungen.
Um die Spannung über einer EL-Lampe zu erhöhen, lehrt der Stand der Technik, die EL über die Wechselspannungsdiagonale einer Brückenschaltung anzuschließen und den Ausgang eines Wechselrichters über die Gleichspannungsdiagonale der Brückenschaltung anzuschließen. Die Brückenschaltung kehrt elektrisch die Anschlüsse zwischen der EL-Lampe und dem Wechselrichter um, wobei die Polarität der anliegenden Spannung umgekehrt wird. Das Ergebnis sind eine ungefähre Verdoppelung der Spannung über der EL-Lampe und ein Wechselstrom durch die Lampe.
Eine Technik zum Umwandeln von niedriger Spannung in hohe Spannung verwendet eine Pumpschaltung, bei der Energie in einem Induktor gespeichert wird. Typischerweise sind ein Induktor und ein schaltender Transistor in Reihe über eine Batterie geschaltet. Der Verbindungspunkt des schaltenden Transistors und des Induktors ist an einen Anschluß an der Wechselspannungsdiagonalen der Brückenschaltung angeschlossen. Wenn der Transistor abschaltet, erzeugt das zusammenbrechende Feld in dem Induktor einen Hochspannungspuls. Eine Reihe von solchen Pulsen beaufschlagt die Lampe, und die Lampe glimmt. Die Polarität der angelegten Pulse wird durch die Brückenschaltung umgekehrt, und die Lampe lädt dann auf etwa dieselbe Spannung bei aber umgekehrter Polarität auf.
Die Frequenz eines Wechselstroms durch eine EL-Lampe beeinflußt die Lebensdauer der EL-Lampe, wobei Frequenzen unterhalb von 1000 Hz bevorzugt sind. Zu niedrige Frequenzen verursachen ein deutliches Flackern und geringe Helligkeit. Deshalb ist eine Frequenz von 100 bis 1000 Hz bevorzugt. Weil der Induktor und die Lampe einen Reihenschwingkreis bilden, ist ein großer Induktor für die Resonanz bei niedrigen Frequenzen erforderlich. Um dieses Problem zu überwinden, wird eine Hochfrequenzpulsspur (10 bis 100 kHz) mit einer Niedrigfrequenzpulsspur kombiniert und an die Basis des schaltenden Transistors angelegt. Durch Verwenden von Stößen von Hochfrequenzpulsen kann der Induktor deutlich kleiner gehalten werden. Falls eine Brückenschaltung verwendet wird, werden nur die niedrigfrequenten Pulse an die Steuerelektroden der schaltenden Einrichtung in der Brückenschaltung angelegt.
Ein Problem mit Brückenschaltungen ist, daß die EL-Lampe elektrisch isoliert werden muß, um die Lampe an die Wechselspannunqsdiagonale der Brückenschaltung anschließen zu können. Für viele Anwendungen, beispielsweise Zifferblätter ist die Lampe nahezu so breit wie das Gehäuse der Vorrichtung, was eine Isolation schwierig macht. Die Möglichkeit, eine Elektrode der Lampe zu erden, vereinfacht die Konstruktion der Vorrichtung, die die Lampe enthält. Noch wichtiger ist, daß die Möglichkeit, eine Elektrode zu erden, es eröffnet, eine mehrsegmentige Anzeige ausgehend von einem einzelnen Wechselrichter durch individuelles Erden jedes Segments durch einen in Reihe geschalteten Transistor zu betreiben. Das US-Patent 3 908 150 offenbart eine mehrsegmentige Anzeige, bei der jedes Segment separat durch eine Transistor geerdet wird.
Ein anderes Problem mit Brückenschaltungen ist die Stabilität, insbesondere bei Brückenschaltungen, die SCRS anstelle von Transistoren verwenden. Die Hochspannungspulse von dem Wechselrichter werden an die Steuerelektroden der Transistoren oder SCRS durch parasitäre Kapazitäten, die in der Einrichtung inhärent sind, angekoppelt, was ein fehlerhaftes Auslösen verursacht. Gelegentlich wird eine EL-Lampe entladen, wenn sie aufgeladen werden soll und umgekehrt. Die Stabilität wird mit dem Erhöhen der Eingangsspannung der Brückenschaltung ein immer größeres Problem.
Angesichts des Voranstehenden ist es deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wechselrichter bereitzustellen, der mit einer EL-Lampe verwendet werden kann, die eine geerdete Elektrode aufweist.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, einen Wechselrichter bereitzustellen, der einen einzigen Hochspannungsanschluß für den Anschluß an eine EL-Lampe aufweist.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Wechselrichter bereitzustellen, der eine ausreichende Spannung zum Betreiben einer EL-Lampe ohne Verwendung einer Brückenschaltung zum Umkehren der Anschlüsse der Lampe aufweist.
Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, einen Wechselrichter für EL-Lampen bereitzustellen, wobei der Wechselrichter einen Induktor mit zwei Anschlüssen umfaßt, die alternierend mit einem einzigen Hochspannungsanschluß des Wechselrichters verbunden werden.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Wechselrichter bereitzustellen, bei dem der Energieverbrauch durch Rückführen der Energie innerhalb des Wechselrichters reduziert ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die voranstehenden Ziele werden bei der Erfindung erreicht, bei der ein Wechselrichter zum Betreiben einer elektrolumineszenten Lampe einen Versorgungsanschluß, einen Erdanschluß und einen Hochspannungsanschluß aufweist. Eine Hochfrequenzpumpschaltung in dem Wechselrichter speichert elektrische Energie in einem Induktor mit einem ersten und einem zweiten Anschluß. Eine schaltende Schaltung, die mit dem ersten Anschluß, dem zweiten Anschluß und dem Hochspannungsanschluß verbunden ist, verbindet mit einer niedrigen Frequenz alternierend den ersten und den zweiten Anschluß des Induktors mit dem Hochspannungsanschluß. Eine zwischen dem Hochspannungsanschluß und dem Erdanschluß angeschlossene EL-Lampe empfängt einen niederfrequenten Hochspannungswechselstrom.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung kann durch in Betracht Ziehen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erhalten werden, in denen:
Figur 1 eine schematische Zeichnung einer Pumpschaltung ist, die gemäß dem Stand der Technik aufgebaut ist;
Figur 2 eine schematische Zeichnung einer Pumpschaltung ist, die gemäß der Erfindung aufgebaut ist;
Figur 3 eine Auftragung von Wellenformen ist, die die Betriebsweise der in Figur 2 dargestellten Schaltung zeigt;
Figur 4 einen alternativen Aufbau eines SCR zeigt;
Figur 5 einen alternativen Aufbau eines siliziumgesteuerten Schalters zeigt;
Figur 6 eine schematische Zeichnung eines Wechselrichters ist, der gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist; und
Figur 7 eine Auftragung von Steuersignalen ist, die in der in Figur 4 dargestellten Schaltung verwendet werden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Wechselrichter für EL-Lampen ist typischerweise das, was als "Rücklauf"-Wechselrichter bekannt ist, in dem die Energie, welche in einem Induktor gespeichert ist, der EL-Lampe als kleiner Strom mit hoher Spannung zugeführt wird. In Figur 1 führt der Wechselrichter 10 der Lampe 12 eine Reihe von Hochfrequenzpulsen zu. Ein Puls wird jedesmal dann erzeugt, wenn der Transistor 14 abschaltet, was der Verbindung des Transistors 14 und des in Reihe geschalteten Induktors 15 erlaubt, in der Spannung anzusteigen. Während der Transistor 14 leitend war, baute der Strom durch den Induktor 15 ein Feld proportional dem Strom und der Induktivität des Induktors 15 auf. Wenn der Transistor 14 abschaltet, bricht das Feld mit einer Rate zusammen, die von den Abschalteigenschaften des Transistors 14 abhängt, und die Spannung über den Induktor 15 ist proportional zu δi/δt. So wird eine niedrige Spannung/ein hoher Strom in eine hohe Spannung/einen niedrigen Strom umgewandelt. Jedesmal, wenn der Transistor 14 abschaltet, wird dieselbe Energie an die Lampe 12 angelegt, und die Spannung an der Lampe wird durch eine Reihe von Strompulsen von dem Wechselrichter hochgepumpt. Die Diode 16 verhindert, daß sich die Lampe 12 durch den Transistor 14 entlädt. Der Wechselrichter 10 ist unzureichend, um eine EL- Lampe ausgehend von einer 3 Volt-Quelle zu betreiben. Eine Brückenschaltung muß hinzugefügt werden, um die Spannung zu verdoppeln und um die Polarität der Lampe periodisch umzukehren, um einen Wechselstrom zu erzeugen.
Figur 2 ist eine funktionelle Darstellung eines Wechselrichters, der gemäß der Erfindung aufgebaut ist. Der Wechselrichter ist eine Vorrichtung mit drei Anschlüssen, die einen Versorgungsanschluß 21, einen Erdanschluß 22 und einen Hochspannungsanschluß 23 aufweist. Innerhalb des Wechselrichters 20 pumpt eine erste schaltende Schaltung 25 Strompulse durch den Induktor 26, und eine zweite schaltende Schaltung 27 verbindet über den Hochspannungsanschluß 23 Strompulse von dem Induktor 26 mit der EL-Lampe 12.
Die schaltende Schaltung 25 umfaßt Schalter 31 und 32, die zwischen dem Versorgungsanschluß 21 und dem Erdanschluß 22 eine Reihenschaltung mit dem Induktor 26 ausbilden. Die schaltende Schaltung 27 umfaßt Schalter 33 und 34, die zwischen jedem Ende des Induktors 26 und dem Hochspannungsanschluß 23 angeschlossen sind. Konkret ist der Schalter 33 zwischen dem Ende 37 des Induktors 26 und dem Hochspannungsanschluß 23 angeschlossen. Der Schalter 34 ist zwischen dem Ende 38 des Induktors 26 und dem Hochspannungsanschluß 23 angeschlossen.
Wenn die Schalter 31 und 34 geschlossen (leitend) sind und der Schalter 33 offen (nicht leitend) ist, arbeitet die Schaltung in derselben Weise wie die Schaltung gemäß Figur 1. Konkret wird der Schalter 32 mit hoher Frequenz geöffnet und geschlossen, so daß eine Reihe von Hochspannungspulsen erzeugt wird, die von dem Anschluß 38 des Induktors 26 über den Schalter 34 mit dem Hochspannungsanschluß 23 verbunden werden. Wenn der Schalter 32 öffnet, bricht das Feld des Induktors 26 zusammen, wobei es versucht, einen Strom aufrecht zu erhalten, der in derselben Richtung fließt wie vor dem Öffnen des Schalters 32. Der einzige verbleibende Stromweg verläuft durch den Schalter 34 zu der Lampe 12, wodurch die obere Elektrode der Lampe 12 positiv aufgeladen wird. Die Diode 35 blockiert den Strom von der Lampe 12 zur Erde, wenn der Schalter 32 geschlossen ist.
Für die zweite Halbperiode schließt der Schalter 32 und bleibt geschlossen, der Schalter 34 öffnet und bleibt geöffnet und der Schalter 33 schließt und bleibt geschlossen. Der Schalter 31 wird mit einer hohen Frequenzrate geöffnet und geschlossen, so daß eine Reihe von Strompulsen durch den Induktor 26 erzeugt wird. Während dieser Halbperiode wird der Anschluß 37 des Induktors 36 über den Schalter 33 mit der Lampe 12 verbunden. Wenn der Schalter 31 öffnet, versucht das zusammenbrechende Feld in dem Induktor 26, einen Strom aufrecht zu erhalten, der in derselben Richtung fließt wie vor dem Öffnen des Schalters 31. Da der Anschluß 37 mit der Lampe 12 verbunden ist, wird dieser Strom von der Lampe 12 gezogen, wodurch die obere Elektrode der Lampe 12 entladen und gegebenenfalls die untere Elektrode 12 negativ aufgeladen wird. Die Diode 36 blockiert den Strom von der Lampe 12 zu dem Versorgungsanschluß 21, wenn der Schalter 31 geschlossen ist. Nach einer gewissen Anzahl von Hochfrequenzpulsen, ist die obere Elektrode 12 auf einer Spitzenspannung und die Periode endet.
Die Wellenformen in Figur 3 illustrieren die Betriebsweise der Schalter 31 bis 34 und die resultierende Spannung über der Lampe 12. Die Wellenform 41 zeigt die Betriebsweise des Schalters 32, der anfangs geschlossen ist und dann mit hoher Frequenz während der ersten Halbperiode der niedrigfrequenten Wellenform 43 intermittierend geöffnet wird. Die Wellenform 42 illustriert die Betriebsweise des Schalters 31, der während der ersten Halbperiode der Wellenform 43 geschlossen ist und dann während der zweiten Halbperiode intermittierend geöffnet wird. Die Wellenform 43 zeigt die Betriebsweise des Schalters 33, der mit niedriger Frequenz geöffnet und geschlossen wird. Die Wellenform 44 illustriert die Betriebsweise des Schalters 34, der entgegengesetzt zu dem Schalter 33 geöffnet und geschlossen wird. Die Wellenform 45 zeigt die Spannung an einer elektrolumineszenten Lampe 12 an, die während der ersten Halbperiode der Wellenform 43 ansteigt. Am Ende der ersten Halbperiode, wird die Lampe 12 entladen und dann während der zweiten Halbperiode bis zu einer Spitzenspannung negativ aufgeladen. Am Ende der zweiten Halbperiode wird die Lampe 12 entladen und dann wie oben beschrieben positiv aufgeladen, wodurch ein Wechselstrom durch die Lampe erzeugt wird ohne eine Brückenschaltung und ohne ein Isolieren beider Elektroden der Lampe.
Diskrete SCRs werden typischerweise mit minimalen parasitären Kapazitäten ausgelegt, um das Selbstauslösen des SCR in typischen Schaltanwendungen zu reduzieren. Das Seibstauslösen tritt auf, wenn Pulse in das Gate des SCR durch parasitäre Kapazität zwischen dem Gate und der Anode oder Katode des SCR eingekoppelt werden. In Brückenschaltungen verursacht das Selbstauslösen Instabilitäten.
Ein komplementäres Paar von Transistoren, die in SCR-Konfiguration geschaltet sind, hat eine größere parasitäre Kapazität als ein diskreter SCR. Wie in Figur 4 gezeigt, kann ein SCR 51 anstelle eines Paars von komplementären Transistoren 52 und 53, die in einer SCR-Konf iguration geschaltet sind, implementiert werden. Im Speziellen hat der NPN-Transistor 52 eine mit dem Kollektor des PNP-Transistors 53 verbundene Basis, und sein Kollektor ist mit der Basis des Transistors 53 verbunden. Die Basis des NPN-Transistors ist das Gate des SCR. In Figur 5 ist ein siliziumgesteuerter Schalter (SCS) 55 als dasjenige komplementäre Paar von Transistoren, wie es in Figur 4 gezeigt ist, implementiert, außer, daß die Basis des PNP-Transistors als Gate-Elektrode des Schalters verwendet wird.
Figur 6 illustriert einen Wechselrichter, der zum Betreiben von Uhren und anderen kleinflächigen Anzeigen geeignet ist. Der Wechselrichter 60 umfaßt einen Versorgungsanschluß 61, einen Erdanschluß 62 und einen Hochspannungsanschluß 63. Eine Elektrode der Lampe 12 ist mit dem Hochspannungsanschluß 63 verbunden, und die andere Elektrode der Lampe 12 ist geerdet. Die Steueranschlüsse 65 bis 68 sind , X und Y bezeichnet und empfangen entsprechend bezeichnete Signale, die in Figur 4 illustriert sind. Ein Transistor 71 ist zwischen dem Versorgungsanschluß 61 und dem Induktor 38 angeschlossen, und ein Transistor 72 ist zwischen dem Induktor 38 und der Erde angeschlossen. Ein SCR 73 ist zwischen dem Hochspannungsanschluß 63 und dem Ende 86 des Induktors 88 angeschlossen. Ein SCS 74 ist zwischen dem Hochspannungsanschluß 63 und dem Ende 87 des Induktors 33 angeschlossen. Der SCR 73 und der SCS 74 bilden einen einpoligen Umschalter zwischen den Enden des Induktors 88 und dem Anschluß 63.
Der an die Basis des Schalters 72 angeschlossene Treiberschaltkreis sichert ein schnelleres Schalten des Schalters 72, als wenn nur eine Widerstandskopplung verwendet würde. Konkret leitet der Transistor 81 die Emitter-Basis-Kapazität des Transistors 72 ab, so daß der Transistor 72 schneller abschaltet. Der Transistor 82 führt dem Transistor 72 den Basisstrom zu und stellt sicher, daß der Transistor 72 schneller einschaltet und schneller gesättigt wird. In derselben Weise schaltet der Transistor 83 den Transistor 71 aus und der Transistor 84 den Transistor 71 ein.
In Figur 7 ist das Signal A ein 100 bis 1000 Hz-Signal mit einer 50 %igen Arbeitsperiode. Das Signal B ist ein 10 kHz- bis 100 kHz-Signal mit einer 10 bis 50 %igen Arbeitsperiode. Das Signal ist die logische Umkehr des Signals A, zu lesen als "NICHT A". Das Signal X wird durch Kombinieren der Signale A und B in einer logischen NAND-Schaltung (AND plus Invertierung) erhalten. Das Signal Y wird durch Kombinieren der Signale und B in einer AND-Schaltung erhalten. Algebraisch gesagt:
X = und Y = * B.
Im Betrieb werden die Enden 86 und 87 des Induktors 88 durch die Schalter 73 und 74 alternierend mit dem Hochspannungsanschluß 65 verbunden. Wenn das Signal X hoch ist, wird der Transistor 84 eingeschaltet und schaltet der Transistor 84 den Transistor 71 ein. Der Transistor 71 leitet Strom von dem Versorgungsanschluß 61 zu dem Induktor 88. Während das Signal A niedrig ist, schaltet das Signal den Transistor 72 mit einer hohen Frequenz intermittierend ein und aus. Wenn der Transistor 72 ausgeschaltet ist, bricht das Feld um den Induktor 88 mit hoher Rate zusammen, wodurch ein positiver Hochspannungspuls erzeugt wird, der von dem Induktor 88 durch die Diode 96 und den SCR 74 zu der Lampe 12 geleitet wird. Wenn der Transistor 72 eingeschaltet wird, speichert der Strom durch den Induktor 88 Energie in dem Feld in Vorbereitung für die Erzeugung des nächsten Pulses.
Wenn das Signal hoch ist, ist der Transistor 91 leitend und der Transistor 92 nichtleitend. Wenn der Transistor 92 nichtleitend ist, ist der SCS 74 aktiviert und leitet Pulse zum Hochspannungsanschluß 63. Die positiven Pulse werden durch parasitäre Kapazitäten zwischen den Elektroden kapazitiv in die Gateelektrode des SCS 74 eingekoppelt, wodurch der SCS 74 selbstausgelöst wird.
Wenn das Signal Y niedrig ist (d. h. wenn niedrig ist), leitet der Transistor 82, und der Transistor 72 wird eingeschaltet und bleibt eingeschaltet, während Y niedrig ist. Während dieser Halbperiode pulsiert das Signal X mit hoher Frequenz, wodurch der Transistor 71 mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet wird. Wenn der Transistor 71 leitend ist, wird das Feld um den Induktor 88 aufgeladen und wenn der Transistor 71 ausgeschaltet wird, bricht das Feld zusammen, wodurch ein negativer Hochspannungspuls erzeugt wird, der durch die Diode 95 und den SCR 73 zu der Lampe 12 geleitet wird.
Wenn niedrig ist, wird der Transistor 91 ausgeschaltet, wodurch der SCR 73 aktiviert wird, und wird der Transistor 92 ausgeschaltet, wodurch der SCS 74 deaktiviert wird. Die negativen Pulse von dem Ende 86 des Induktors 88 werden in das Gate des SCR 73 eingekoppelt, wodurch der SCR eingeschaltet wird. Die Diode 95 schaltet unter der umgekehrten Beaufschlagung schneller ab als der SCR 73, und die Diode 96 schaltet unter der umgekehrten Beaufschlagung schneller ab als der SCS 74, wodurch die Schaltungseigenschaften der Schaltung verbessert werden. Eine Diode 101 verhindert, daß ein Basis-Kollektor-Strom in dem Transistor 91 den SCR 73 auslöst, und eine Diode 102 verhindert, daß ein Basis-Transistor-Strom in dem Transistor 92 den SCS 74 auslöst, wodurch die Schaltungsstabilität verbessert wird. Anders als bei den Brückenschaltungen des Stands der Technik, verursacht die Selbstauslösung keine Instabilitäten, weil die Beaufschlagung der Gates des SCR 73 und des SCS 74 ausreichend ist, um den SCR bzw. SCS zuverlässig von einem Auslösen zur falschen Zeit abzuhalten.
Während jeder Periode des Signals A werden erst positive und dann negative Pulse an die Lampe 12 angelegt, die die Kapazität der Lampe 12 erst positiv und dann negativ aufladen. Wie durch Pfeile angedeutet ist, ist der Strom durch den Induktor 88 unidirektional, d. h. ein gepulster Gleichstrom. Jedoch ist der Strom durch die Lampe 12 ein Wechselstrom mit einer Periode, die der Periode des Signais A entspricht. Es folgt eine Liste der Komponenten, die in einer Ausführungsform gemäß Figur 6 verwendet werden. Sie ist so zu verstehen, daß die spezifischen Komponenten nur als Beispiel aufgelistet werden.
Alle PNP-Transistoren: MPSA-05
Alle NPN-Transistoren: MPSA-56
SCR 73 und SCS 74: Komplementäre Transistoren, geschaltet wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt
Alle Dioden: 1N914
Alle Kondensatoren: 1000pf
Basiswiderstände,
Transistoren 71 und 72: 2 kΩ
Alle anderen Widerstände: 10 kΩ
Wie soweit beschrieben, ist die Schaltung der Figur 6 für Niedrigspannungsanwendungen, wie beispielsweise Uhren oder Kofferradios, geeignet. In Figur 3 entlädt sich die Lampe 12 zu Beginn jeder Halbperiode der Wellenform 43 in die Batterie. Zum Beispiel wird, nachdem die obere Elektrode der Lampe 12 positiv aufgeladen ist, der Schalter 34 geöffnet, und der Schalter 33 wird geschlossen. Die Lampe 12 entleert sich durch den Schalter 33, die Diode 36 und den Schalter 31 in die Energieversorgung, die an den Anschluß 21 angeschlossen ist. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind Dioden 105 und 106 hinzugefügt, um die Lampe 12 daran zu hindern, sich zu Beginn jeder Halbperiode in die Energieversorgung zu entladen. Die Diode 105 blockiert die positiven Pulse, wenn der SCR 73 leitet, und die Diode 106 blockiert die negativen Pulse, wenn der SCS 74 leitet.
Mit den Dioden 105 und 106 arbeitet die Schaltung gemäß Figur 6 etwas anders. Anstelle, daß die Lampe 12 zu Beginn jeder Halbperiode durch die Energieversorgung entladen wird, entlädt sich die Lampe 12 durch den Induktor 88, wodurch die Energie in dem Induktor gespeichert wird. Diese Energie wird bei dem nächsten Hochfrequenzpuls in der Halbperiode zu der Lampe zurückgeführt, wodurch eine höhere Anfangsspannung bei jeder Halbperiode erzeugt wird, wie bei 111 in der Wellenform 110 gezeigt ist, wodurch der Energieverbrauch des Wechselrichters reduziert wird. Diese Ausführungsform ist für Gleichstromversorgungen bevorzugt, die eine Spannung größer als 3 Volt aufweisen, weil die Vorwärtsspannung in der Niedrigspannungschaltung den Spannungsabfall über den Induktor 88 weniger reduziert, als wenn eine Gleichstromversorgung mit einer Spannung von weniger als 3 Volt verwendet wird.
Der Niedrigspannungsweg umfaßt den Transistor 71, die Diode 105, den Induktor 88, die Diode 106 und den Transistor 72. Für Siliziumvorrichtungen beträgt der Abfall der Vorwärtsspannung eines gesättigten (vollständig leitenden) Transistors etwa 0,2 Volt und der Vorwärtsspannungsabfall einer Diode beträgt etwa 0,6 Volt. Falls eine 3 Volt-Batterie verwendet wird, beträgt die maximale Spannung über dem Induktor nur 1,4 Volt. Ohne die Dioden 105 und 106 beträgt die maximale Spannung über dem Induktor 88 2,6 Volt. Eine höhere Spannung reduziert die Menge des Stroms proportional, der für dieselbe Energiemenge, welche pro Puls von dem Wechselrichter zu der Lampe übertragen werden soll, durch den Induktor 33 hindurchtreten muß. Ein reduzierter Strom erhöht die Lebensdauer der Batterie und erlaubt es, Siliziumbatterien zu verwenden, die eine lange Lebensdauer haben, aber keine hohe Ströme erzeugen können.
Die Erfindung stellt so einen Wechselrichter bereit, der für EL-Lampen verwendet werden kann, die eine geerdete Elektrode aufweisen. Der Wechselrichter hat einen einzigen Hochspannungsanschluß zum Anschließen an eine EL-Lampe und erfordert nicht die Verwendung einer Brückenschaltung zum Umkehren der Anschlüsse an die Lampe. Der Wechselrichter kann in Kofferradiound Uhranwendungen mit einer Niedrigspannungsbatterie betrieben werden. Für Anwendungen unter Verwendung höherer Versorgungsspannungen kann der Wechselrichter durch Hinzufügen der Dioden 105 und 106 etwas effizienter gemacht werden.
Nachdem die Erfindung nun beschrieben wurde, wird es dem Fachmann klar sein, daß verschiedene Modifikationen innerhalb des beanspruchten Schutzbereichs der Erfindung gemacht werden können. Zum Beispiel ist klar, daß, während die Verwendung von bipolaren Transistoren eines bestimmten Typs dargestellt ist, die Polarität der Transistoren umgekehrt werden kann; d. h. NPN- Transistoren können durch PNP-Transistoren und umgekehrt ersetzt werden. Entsprechend ist klar, daß, während eine bevorzugte Ausführungsform unter Verwendung von bipolaren Transistoren offenbart wurde, Feldeffekttransistoren (FETs) statt dieser verwendet werden können. Die Steuersignale in Figur 7 werden unter Verwendung logischer Schaltungen, die als solche im Stand der Technik bekannt sind, einfach erhalten.

Claims

1. Wechselrichter zum Betreiben einer elektrolumineszenten Lampe, der einen Versorgungsanschluß, einen Erdanschluß, einen Hochspannungsanschluß und einen Induktor mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß umfaßt, wobei der Wechselrichter weiterhin aufweist:

eine erste schaltende Schaltung, die an den Versorgungsanschluß und den Induktor angeschlossen ist, wobei die erste schaltende Schaltung elektrische Energie von dem Versorgungsanschluß zu dem Induktor pumpt;

eine zweite schaltende Schaltung, die an den ersten Anschluß, den zweiten Anschluß und an den Hochspannungsanschluß angeschlossen ist, wobei die zweite schaltende Schaltung alternierend den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß mit dem Hochspannungs anschluß verbindet.

2. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die erste schaltende Schaltung umfaßt:

einen ersten Transistor, der zwischen dem ersten Anschluß und dem Versorgungsanschluß angeschlossen ist; und einen zweiten Transistor, der zwischen dem zweiten Anschluß und dem Erdanschluß angeschlossen ist.

3. Wechselrichter nach Anspruch 2, wobei die erste schaltende Schaltung weiterhin umfaßt:

eine erste Diode, die zwischen dem ersten Transistor und dem ersten Anschluß angeschlossen ist; und

eine zweite Diode die zwischen dem zweiten Anschluß und dem zweiten Transistor angeschlossen ist.

4. Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die zweite schaltende Schaltung aufweist:

einen ersten Halbleiterschalter, der zwischen dem ersten Anschluß und dem Hochspannungsanschluß angeschlossen ist; und einen zweiten Halbleiterschalter, der zwischen dem zweiten Anschluß und dem Hochspannungsanschluß angeschlossen ist.

5. Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter jeweils einen siliziumgesteuerten Schalter aufweisen.

6. Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei der erste Halbleiterschalter und der zweite Halbleiterschalter jeweils ein komplementäres Paar von Transistoren aufweist, die in SCR- Konfiguration geschaltet sind.

7. Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei die zweite schaltende Schaltung weiterhin umfaßt:

eine erste Diode in Reihe mit dem ersten Halbleiterschalter, und

eine zweite Diode in Reihe mit dem zweiten Halbleiterschalter.

8. Anzeige mit:

einer elektrolumineszenten Lampe, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist; und

mit einem Wechselrichter zum Betreiben der elektrolumineszenten Lampe, wobei der Wechselrichter umfaßt:

(i) einen Versorgungsanschluß,

(ii) einen Ausgangsanschluß, der an die erste Elektrode angeschlossen ist,

(iii) einen Erdanschluß, der an die zweite Elektrode angeschlossen ist, und

(iv) einen Induktor, der einen ersten Anschluß und einen zweiten Anschluß aufweist,

(v) eine erste schaltende Schaltung, die an den Versorgungsanschluß und den Induktor angeschlossen ist, wobei die erste schaltende Schaltung elektrische Energie von dem Versorgungsanschluß zu dem Induktor pumpt, und

(vi) eine zweite schaltende Schaltung, die an den ersten Anschluß, den zweiten Anschluß und an den Ausgangsanschluß angeschlossen ist, wobei die zweite schaltende Schaltung alternierend den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß mit dem Ausgangsanschluß verbindet.

9. Anzeige nach Anspruch 8, wobei die elektrolumineszente Lampe mehr als zwei Elektroden umfaßt.

10. Wechselrichter zum Betreiben einer elektrolumineszenten Lampe, wobei der Wechselrichter aufweist: einen Induktor mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß;

eine erste schaltende Schaltung, die an den Induktor angeschlossen ist, um hochfrequente elektrische Pulse durch den Induktor zu leiten;

einen Ausgangsanschluß;

eine zweite schaltende Schaltung, die an den Induktor angeschlossen ist, um mit einer niedriger Frequenz alternierend den ersten Anschluß und den zweiten Anschluß mit dem Ausgangsanschluß zu verbinden.

11. Wechselrichter nach Anspruch 10, wobei die erste schaltende Schaltung ein Paar von Dioden umfaßt zum Rückführen von Energie von der Lampe zurück zu der Lampe zu Beginn jeder Halbperiode der niedrigen Frequenz.

12. Verfahren zum Betreiben einer elektrolumineszenten Lampe mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, wobei die erste Elektrode mit einer Schaltungserde verbunden ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

(i) intermittierendes Hindurchleiten eines Gleichstroms durch einen Induktor mit einem ersten Anschluß und einem zweiten Anschluß, während nur der erste Anschluß mit der zweiten Elektrode der Lampe verbunden wird; dann

(ii) intermittierendes Hindurchleiten eines Gleichstroms durch den Induktor, während nur der zweite Anschluß mit der zweiten Elektrode der Lampe verbunden wird; und

(iii) Wiederholen der Schritte (i) und (ii) um einen Wechselstrom durch die Lampe zu erzeugen.

.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste und der zweite Anschluß mit einer niedrigen Frequenz alternierend mit der zweiten Elektrode verbunden werden, um einen niedrigfrequenten Wechselstrom durch die Lampe zu erzeugen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Gleichstrom mit einer hohen Frequenz intermittierend ist.

15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Gleichstrom mit einer hohen Frequenz intermittierend ist.