DE19903015A1 - Dimmable ballast apparatus for cold cathode fluorescent lamps, has controllable voltage source as pulse width/frequency controllable AC generator with output is supplied to intermediate tapping of first part-winding. - Google Patents

Dimmable ballast apparatus for cold cathode fluorescent lamps, has controllable voltage source as pulse width/frequency controllable AC generator with output is supplied to intermediate tapping of first part-winding.

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Abstract

The apparatus has a controllable voltage source as pulse width and frequency controllable AC generator, with its output is supplied to the intermediate tapping of first part-winding. A dimmable ballast apparatus for cold cathode fluorescent lamps (CCFL) has a transformer with a secondary winding connected the CCFL to be controlled, and with a primary winding which consists of three part-windings. Of these, the last two are connected in series with two transistors whose control terminals are connected together via the first part-winding. The transistor collectors are connected together via the two part-windings in series. The controllable voltage source consist of a pulse width or pulse frequency controllable AC generator, with its output is supplied to an intermediate tapping of the first part-winding. The output of the AC generator(20) is decoupled from the intermediate tapping by a diode and/or a resistance.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein dimmbares Vorschaltge­ rät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben ist.The invention relates to a dimmable Vorschaltge advises for cold cathode fluorescent lamps, as it is in the preamble of claim 1 is described.

Stand der Technik und die Erfindung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:State of the art and the invention are based on the in the exemplary embodiments illustrated in the drawing are explained. It demonstrate:

Fig. 1 das Schaltbild eines bekannten, nicht dimmbaren Vorschaltgeräts, Fig. 1 is a circuit diagram of a known, non-dimmable ballast,

Fig. 2 das Schaltbild eines bekannten, dimmbaren Vorschalt­ geräts, und Fig. 2 shows the circuit diagram of a known, dimmable ballast, and

Fig. 3 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen dimmbaren Vorschaltgeräts. Fig. 3 shows the circuit diagram of a dimmable ballast according to the invention.

Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen (CCFL) benötigen für ihren Betrieb je nach Leistung der CCFL Brennspannungen von einigen hundert Volt. Die Spannung muß eine gleichspannungsfreie Wechselspannung sein.Cold cathode fluorescent lamps (CCFL) need for your Operation depending on the performance of the CCFL firing voltages of a few hundred volts. The voltage must be DC free AC voltage.

Deshalb ist für den Betrieb von CCFL grundsätzlich ein Vorschaltgerät notwendig, das eine geeignete Spannung bereit­ stellt. Als Stand der Technik hat sich ein "Standard-Konver­ ter" durchgesetzt, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Die Schaltung basiert auf einer Entwicklung von Royer; er wird deshalb oft als "Royerkonverter" bezeichnet.For this reason, a ballast that provides a suitable voltage is generally required for the operation of CCFL. A "standard converter" as shown in FIG. 1 has established itself as prior art. The circuit is based on a development by Royer; it is therefore often referred to as the "Royer converter".

Auf der Primärseite eines Transformators L2 befinden sich drei magnetisch miteinander gekoppelte Teilwicklungen L2.1, L2.2, L2.3, wobei die beiden letzteren miteinander in Reihe geschaltet sind. Auf den Verbindungspunkt zwischen den beiden Teilwicklungen L2.2 und L2.3 ist über eine Drossel L1 die Klemme +Ub einer Gleichspannungsversorgung geführt. Die Sekun­ därwicklung L2.4 des Transformators L2 speist über einen Kondensator C2 eine Kaltkathoden-Fluoreszenzlampe LMP.There are L2 on the primary side of a transformer three magnetically coupled partial windings L2.1, L2.2, L2.3, the latter two being in series with each other are switched. The connection point between the two Partial windings L2.2 and L2.3 is via a choke L1 Terminal + Ub of a DC voltage supply. The second The winding L2.4 of the transformer L2 feeds via a Capacitor C2 is a cold cathode fluorescent lamp LMP.

Auf der Primärseite des Transformators L2 ist die Span­ nung hinter der Drossel L1 über einen Widerstand R1 und einen optionalen Widerstand R2 auf die Steuerelektrode eines Transi­ stors Q2 bzw. Q1 geführt. Die Steuerelektroden der beiden Transistoren Q1, Q2 sind über die Primär-Teilwicklung L2.1 des Transformators L2 miteinander verbunden. Die Kollektoren der beiden Transistoren Q1, Q2 sind über die beiden Teilwicklungen L2.2 und L2.3 des Transformators L2 sowie ferner durch einen Kondensator C1 miteinander verbunden. Die Emitter der beiden Transistoren Q1, Q2 sind auf die Klemme -Ub der Gleichspan­ nungsversorgung geführt.The span is on the primary side of the transformer L2  voltage behind the choke L1 via a resistor R1 and optional resistor R2 on the control electrode of a Transi stors Q2 or Q1. The control electrodes of the two Transistors Q1, Q2 are on the primary winding section L2.1 Transformer L2 connected together. The collectors of the two transistors Q1, Q2 are over the two partial windings L2.2 and L2.3 of the transformer L2 and also by a Capacitor C1 connected together. The emitters of the two Transistors Q1, Q2 are on the terminal -Ub the DC voltage power supply led.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung handelt es sich um eine selbstschwingende Anordnung mit den Transistoren Q1, Q2 und dem Transformator L2. Beim Zuschalten der Betriebsspannung wird über den Widerstand R1 Basisstrom für die Transistoren Q1, Q2 geliefert. Der "schnellere" der beiden Transistoren wird leitend. Die Polarität der Teilwicklung L2.1 garantiert, daß der jeweils andere Transistor gesperrt wird. Der Umschalt­ vorgang geschieht, während der Transformator L2 in die magne­ tische Sättigung gelangt. Dabei reißt mangels Energietransport der Basisstrom ab. Das entstehende di/dt in der Teilwicklung L2.2 bzw. L2.3 erzwingt eine Umkehr der Spannung an der Teil­ wicklung L2.1. Die Induktivität des Transformators L2 bildet mit dem Kondensator C1 einen Schwingkreis. Damit läuft der beschriebene Vorgang mit sinusförmigem Stromverlauf ab. Die Sekundärwicklung L2.4 liefert die gewünschte Hochspannung, die aus der Spannung mit den miteinander in Reihe geschalteten Teilwicklungen L2.2 und L2.3 hochtransformiert wird. Die Drossel L1 entkoppelt die Schaltung von der Betriebsspannung.The circuit shown in FIG. 1 is a self-oscillating arrangement with transistors Q1, Q2 and transformer L2. When the operating voltage is switched on, base current for the transistors Q1, Q2 is supplied via the resistor R1. The "faster" of the two transistors becomes conductive. The polarity of the winding L2.1 guarantees that the other transistor is blocked. The switching process happens while the transformer L2 reaches the magnetic saturation. In doing so, the base electricity tears off due to a lack of energy transport. The resulting di / dt in the partial winding L2.2 or L2.3 forces a reversal of the voltage on the partial winding L2.1. The inductance of the transformer L2 forms a resonant circuit with the capacitor C1. The process described thus runs with a sinusoidal current profile. The secondary winding L2.4 supplies the desired high voltage, which is transformed up from the voltage with the partial windings L2.2 and L2.3 connected in series with one another. The inductor L1 decouples the circuit from the operating voltage.

Da die CCFL einen starken nichtlinearen Widerstand dar­ stellt, ist der Kondensator C2 mit der Lampe LMP in Reihe geschaltet. Er wirkt als kapazitiver Widerstand und begrenzt den Lampenstrom.Because the CCFL represents a strong non-linear resistance capacitor C2 is in series with the lamp LMP switched. It acts as a capacitive resistor and is limited the lamp current.

Die Leistung und damit die Helligkeit der CCFL ist ab­ hängig von der Hochspannung, die der Transformator L2 liefert, sowie vom Strom, der vom Kondensator C2 begrenzt wird.The performance and thus the brightness of the CCFL is down dependent on the high voltage that the transformer L2 supplies, and the current that is limited by capacitor C2.

Da bei dem Standard-Konverter sämtliche Elemente nicht variabel sind, kann der Konverter nur eine feste Leistung liefern.Because in the standard converter all elements are not are variable, the converter can only have a fixed output  deliver.

Fig. 2 zeigt ein bekanntes Vorschaltgerät, mit dessen Hilfe die CCF1 dimmbar ist. Zwischen die Klemmen +Ub und -Ub der Gleichspannungsversorgung ist ein Stellwiderstand R3 geschaltet, an dessen Abgriff eine Steuerspannung für einen DC/DC Wandler 10 abgreifbar ist, und der gleichfalls zwischen die Klemmen +Ub und -Ub der Gleichsspannungsversorgung geschal­ tet ist. Die Drossel L1 ist auf den Ausgang des DC/DC-Wandlers 10 geschaltet; die Betriebsspannung des Vorschaltgeräts ist also mittels des Stellwiderstandes R3 veränderlich. Fig. 2 shows a known ballast, with the help of which the CCF1 can be dimmed. Between the terminals + Ub and -Ub of the DC voltage supply, a variable resistor R3 is connected, at the tap of which a control voltage for a DC / DC converter 10 can be tapped, and which is also switched between the terminals + Ub and -Ub of the DC voltage supply. The choke L1 is connected to the output of the DC / DC converter 10 ; the operating voltage of the ballast is variable by means of the variable resistor R3.

Ansonsten gleicht die Schaltung der der Fig. 1.Otherwise, the circuit is the same as that of FIG. 1.

Als DC/DC-Wandler 10 wird ein Abwärtswandler verwendet.A step-down converter is used as the DC / DC converter 10 .

Nachteilig ist dabei die Zweistufigkeit der Anordnung, die aus dem Abwärtswandler und dem eigentlichen Royerkonverter be­ steht. Damit werden für diese Schaltung viele Bauteile benö­ tigt bzw. sie kann nur mit komplexen integrierten Schaltkrei­ sen realisiert werden. Neben den beiden Transistoren Q1, Q2 wird im DC/DC-Wandler 10 ein weiteres Leistungsventil benö­ tigt, das zur Vermeidung übermäßiger Verlustleistung getaktet wird. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Änderung der Be­ triebsspannung wegen des sättigungsgesteuerten Konverters nur innerhalb bestimmter Grenzen zufriedenstellende Ergebnisse liefert.The disadvantage here is the two-stage arrangement, which consists of the step-down converter and the actual Royer converter. This means that many components are required for this circuit, or it can only be implemented with complex integrated circuits. In addition to the two transistors Q1, Q2, a further power valve is required in the DC / DC converter 10 , which is clocked to avoid excessive power loss. Another disadvantage is that the change in the operating voltage due to the saturation-controlled converter only provides satisfactory results within certain limits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dimmbares Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen zu schaffen, das einfach und aus möglichst wenigen Komponenten aufgebaut ist, eine geringe Verlustleistung hat und mit dessen Hilfe die Helligkeit der Lampe in weiten Grenzen einstellbar ist.The invention has for its object a dimmable To create ballast for cold cathode fluorescent lamps, that is simple and made up of the fewest possible components is low power dissipation and with its help the Brightness of the lamp is adjustable within wide limits.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem bekannten Vor­ schaltgerät nach Fig. 2, erfindungsgemäß durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved, based on the known before switching device according to FIG. 2, according to the invention by the characterizing features of claim 1.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfin­ dungsgemäßen Vorschaltgeräts sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 4.Preferred further developments and refinements of the inventions Ballast according to the invention are the subject of claims 2 to 4.

Im weiteren wird das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbei­ spiel eines erfindungsgemäßen dimmbaren Vorschaltgeräts erläu­ tert. Furthermore, the embodiment shown in FIG. 3 of a dimmable ballast according to the invention is explained.

Die Schaltung der Fig. 3 ähnelt weitgehend der der Fig. 1. Zwischen die Klemmen +Ub und -Ub der Gleichspannungsver­ sorgung ist ein pulsweiten-steuerbarer-(PWM)-Wechselspannungs­ generator 20 (für ca. 300 Hz) geschaltet, dessen Steuerspan­ nung an einem Stellwiderstand R1 abgreifbar ist. Der Ausgang des PWM-Generators 20 ist, nicht wie bei der Schaltung der Fig. 2 auf die Drossel L1, sondern über eine Diode D1 und einen Basiswiderstand Rb auf eine Zwischenanzapfung der Teil­ wicklung L2.1 des Transformators L2 geführt. Die Zwischen­ anzapfung kann in der Mitte oder auch asymmetrisch in der Teilwicklung L2.1 liegen. Dabei läßt sich die Asymmetrie soweit treiben, daß der Basiswiderstand Rb entweder direkt an der Basis des Transistors Q1 oder an der Basis des Transistors Q2 liegt. Der Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschal­ teten Teilwicklungen L2.2 und L2.3 liegt direkt an der Ver­ sorgungsspannung (+Ub).The circuit of FIG. 3 largely resembles that of FIG. 1. Between the terminals + Ub and -Ub of the DC voltage supply, a pulse width controllable (PWM) AC voltage generator 20 (for approximately 300 Hz) is connected, the control voltage of which can be tapped at a variable resistor R1. The output of the PWM generator 20 is not, as in the circuit of FIG. 2, to the inductor L1, but via a diode D1 and a base resistor Rb to an intermediate tap of the partial winding L2.1 of the transformer L2. The intermediate tap can be in the middle or asymmetrical in the winding L2.1. The asymmetry can be driven so far that the base resistance Rb is either directly at the base of the transistor Q1 or at the base of the transistor Q2. The connection point between the series windings L2.2 and L2.3 is directly connected to the supply voltage (+ Ub).

Der Verbindungspunkt zwischen der Diode D1 und dem Basis­ widerstand Rb ist über zwei Dioden D3 und D2 auf die Klemme -Ub der Gleichspannungsversorgung geführt, um die Basisan­ steuerung der Transistoren auf einen Maximalwert zu begrenzen. Dabei werden zwei Dioden D2, D3 verwendet, um die BE-Schwel­ lenspannung der Transistoren mit Sicherheit zu überschreiten. Alternativ läßt sich an dieser Stelle eine Zener-Diode ver­ wenden.The connection point between the diode D1 and the base resistor Rb is connected to the terminal via two diodes D3 and D2 - Run from the DC power supply to the base Limit the control of the transistors to a maximum value. Two diodes D2, D3 are used to smear the BE lens voltage of the transistors with certainty to exceed. Alternatively, a Zener diode can be used at this point turn.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt die Steuerung nur mit Bauteilen kleiner Verlustleistung. Dies stellt gegen­ über der Lösung nach Fig. 2 ebenso wie gegenüber komplexen integrierten Schaltkreisen zur Ansteuerung der Transistoren Q1 und Q2 einen Preisvorteil dar.In the solution according to the invention, the control is carried out only with components with low power loss. This represents a price advantage compared to the solution according to FIG. 2 as well as compared to complex integrated circuits for controlling the transistors Q1 and Q2.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschaltgerät kann die Lampen­ helligkeit der CCFL auf folgende Weise verändert, "gedimmt", werden. Der Basis-/Steuerelektrodenstrom der Transistoren Q1 und Q2 wird nicht wie in Fig. 1 ständig geliefert, sondern durch Variieren des Verhältnisses Einschalt-/Ausschalt zeitge­ schaltet. Damit schwingt der Konverter, wenn Strom zur Steuer­ elektrode geliefert wird. Ist dies nicht der Fall, bleibt er ausgeschaltet. Die Lampe wird folglich mit Paketen hochfre­ quenten Stromes beaufschlagt.In the ballast according to the invention, the lamp brightness of the CCFL can be changed in the following manner, "dimmed". The base / control electrode current of the transistors Q1 and Q2 is not continuously supplied as in Fig. 1, but is switched by varying the ratio of the on / off switch. This causes the converter to vibrate when electricity is supplied to the control electrode. If this is not the case, it remains switched off. The lamp is consequently acted upon by packets of high-frequency electricity.

Der Steuerelektrodenstrom wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 über eine Mittelanzapfung in die Rückkopplungswick­ lung L2.1 eingespeist. Durch die Dioden D2 und D3 wird in bevorzugter Ausführungsform die Basisspannung des Generators auf unkritische Werte begrenzt, um vom Ausgangswiderstand des Rechteckgenerators unabhängig zu werden.The control electrode current is fed in the embodiment of FIG. 3 via a center tap into the feedback winding L2.1. In a preferred embodiment, the diodes D2 and D3 limit the base voltage of the generator to non-critical values in order to become independent of the output resistance of the square-wave generator.

Die Folgefrequenz der Pakete ist so zu wählen, daß kein Flimmern sichtbar wird (z. B. < 100 Hz).The sequence frequency of the packets should be chosen so that none Flickering becomes visible (e.g. <100 Hz).

Statt über die Teilwicklung L2.1 kann der Steuerelek­ trodenwiderstand Rb direkt an die Steuerelektrode von Q1 bzw. Q2 angebunden werden.The control elec electrode resistance Rb directly to the control electrode of Q1 or Q2 can be connected.

Statt eines PWM-Signals zur Ansteuerung ist auch ein PFM- Signal möglich, das entweder eine feste Aus- oder auch eine feste Ein-Zeit hat.Instead of a PWM signal for control, a PFM Signal possible that either a fixed off or also a has a fixed on time.

Claims (4)

1. Dimmbares Vorschaltgerät für Kaltkathoden-Fluoreszenzlam­ pen (CCFL), mit einem Transformator (L2), an dessen Sekundär­ wicklung (L2.4) die zu steuernde CCFL angeschlossen ist und dessen Primärwicklung aus einer ersten (L2.1), einer zweiten (L2.2) und einer dritten Teilwicklung (L2.3) besteht, von denen zwei (L2.2, L2.3) miteinander in Reihe geschaltet sind, mit zwei Transistoren (Q1, Q2), deren Steueranschlüsse über die erste Teilwicklung (L2.1) und deren Kollektoren über die beiden in Reihe geschalteten Teilwicklungen (L2.2, L2.3) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Spannungsquelle aus einem pulsweitensteuerbaren oder pulsfrequenzsteuerbaren Wechselspannungsgenerator (20) besteht, dessen Ausgang auf eine Zwischenanzapfung der ersten Teilwicklung (L2.1) geführt ist.1.Dimmable ballast for cold cathode fluorescent lamps (CCFL), with a transformer (L2), to whose secondary winding (L2.4) the CCFL to be controlled is connected and whose primary winding consists of a first (L2.1), a second ( L2.2) and a third partial winding (L2.3), of which two (L2.2, L2.3) are connected in series with one another, with two transistors (Q1, Q2), the control connections of which via the first partial winding (L2 .1) and their collectors are connected to one another via the two series windings (L2.2, L2.3), characterized in that the controllable voltage source consists of a pulse-width-controllable or pulse-frequency-controllable AC voltage generator ( 20 ), the output of which is connected to an intermediate tap first partial winding (L2.1) is performed. 2. Vorschaltgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Wechselspannungsgenerators (20) mittels einer Diode (D1) und/oder eines Widerstandes (Rb) von der Zwischenanzapfung der ersten Teilwicklung (L2.1) entkoppelt ist.2. Ballast according to claim 1, characterized in that the output of the alternating voltage generator ( 20 ) is decoupled from the intermediate tap of the first partial winding (L2.1) by means of a diode (D1) and / or a resistor (Rb). 3. Vorschaltgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Basisansteuerung der Transistoren (Q1, Q2) durch ein spannungsbegrenzendes Element (D2, D3; Zener-Diode) in seinem Maximalwert begrenzt ist.3. Ballast according to claim 1 or 2, characterized indicates that the basic control of the transistors (Q1, Q2) through a voltage-limiting element (D2, D3; Zener diode) is limited in its maximum value. 4. Vorschaltgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zwischenanzapfung asymmetrisch auf der ersten Teilwicklung (L2.1) angeordnet ist.4. Ballast according to one of the preceding claims, there characterized in that the intermediate tap asymmetrical is arranged on the first partial winding (L2.1).
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