DE102006049313A1

DE102006049313A1 - Treiberschaltung und Ansteuerverfahren für Fluoreszenzlampe

Info

Publication number: DE102006049313A1
Application number: DE102006049313A
Authority: DE
Inventors: Jin-Chyuan Hung; Qiu-Kai Huang; Jia-Ping Ying; Yui-Shin Fran; Chang-Chun Hsiao
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2007-10-18
Also published as: TW200740300A; US20070228994A1; JP2007280951A

Abstract

Es werden eine Treiberschaltung und ein Ansteuerverfahren für eine Fluoreszenzlampe offenbart. Die Treiberschaltung weist eine Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC-Stufe) (41, 61), eine Einschaltstufe (42, 62), eine Trennstufe (43, 63), eine Rechteck-Treiberstufe (44, 64) und eine Ausgangsstufe (45, 65) auf. Die PFC-Stufe empfängt eine Eingangs-Wechselspannung V<SUB>~</SUB> und wandelt sie in eine Gleichspannung V<SUB>=</SUB> um. Die Einschaltstufe empfängt die Gleichspannung und ändert sie in eine Arbeitsspannung. Die Einschaltstufe (42, 62) ist zu der Rechteck-Treiberstufe (44, 64) parallel geschaltet. Die Rechteck-Treiberstufe (44, 64) ist mit der Trennstufe (43, 63) verbunden und wandelt die Arbeitsspannung in eine hochgesetzte Rechteckspannung um, und die Ausgangsstufe (45, 65) empfängt die hochgesetzte Rechteckspannung, um die Fluoreszenzlampe zu zünden. Somit kann die Fluoreszenzlampe schnell und richtig gezündet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluoreszenzlampe. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung eine Treiberschaltung und ein Ansteuerverfahren für eine Fluoreszenzlampe.
In letzter Zeit wurden bei Flüssigkristallanzeigen (LCD, engl. „liquid crystal display") entscheidende Verbesserungen erzielt, und es wird erwartet, dass LCDs die Kathodenstrahlröhre (CRT, engl. „cathode ray tube") als marktbestimmendes Anzeigeerzeugnis ablösen werden. Die LCD ist eine Anzeigeeinrichtung, die zum Anzeigen von Bildern eine Hintergrundbeleuchtung benötigt. Um die Nachfrage nach LCDs mit unterschiedlichen Spezifikationen zu befriedigen, werden in hohem Tempo verschiedene Hintergrundbeleuchtungen entwickelt. Generell lassen sich die Hintergrundbeleuchtungen in quecksilberhaltige Kaltkathoden-Fluoreszenzlampen (CCFL, engl. „cool cathode fluorescent lamp"), quecksilberfreie Fluoreszenzlampen, lichtemittierende Dioden (LED), quecksilberhaltige flache Fluoreszenzlampen (FFL, engl. „flat fluorescent lamp") und quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampen (FFL) kategorisieren. Unter den genannten ist die Hintergrundbeleuchtung auf CCFL-Basis die am weitesten verbreitete.
Im Betrieb werden Ionen oder angeregte Atome erzeugt, indem Gas in der Fluoreszenzlampe angeregt wird, und dann kehren die angeregten Moleküle in ihre stabilen Zustände zurück. Dabei werden Photonen mit einer spezifischen Frequenz, d.h. Ultraviolettlicht (UV-Licht), emittiert. Indem das emittierte UV-Licht die Phosphorbeschichtung im Lampeninneren anregt, lässt sich sichtbares Licht erzeugen. Um das Anregungsgas zu erzeugen, wird Hochspannung zum Deionisieren des Gases und zum Starten der Lampe über eine zum Spannungshochsetzen befähigte Einschalt-Schaltung benötigt. Diese Einschalt-Schaltung muss sorgfältig entworfen werden, damit ein stabiler Betrieb der Fluoreszenzlampe möglich wird.
Die flache Fluoreszenzlampe (FFL) ist eine Lampe mit externen Elektroden, die Licht aus einer flachen Form von Lichtquelle emittiert, und sie eignet sich besonders für die Anwendung als LCD-Hintergrundbeleuchtung, da sie im Unterschied zu allgemeinen Fluoreszenzlampen und lichtemittierenden Dioden nicht mit dem Nachteil behaftet ist, nicht gleichmäßig leuchten zu können. Neben dem gleichmäßigeren Licht weist die flache Fluoreszenzlampe weitere Vorzüge auf: niedrigere Kosten, gutes Betriebsverhalten in Hoch- und Tieftemperaturumgebungen, längere Lebensdauer, bessere Farbsättigung und einfachere Integration als Hintergrundbeleuchtungsmodul in LCD-Hintergrundbeleuchtungsanwendungen. Die quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe hat außerdem den Vorteil, keine Umweltverschmutzung zu verursachen, wodurch sie auf dem heutigen Markt, der sich im Zusammenhang mit der Umweltschutzproblematik beträchtlichen Herausforderungen gegenübersieht, besser wettbewerbsfähig ist. Im Vergleich zu der herkömmlichen quecksilberhaltigen Fluoreszenzlampe verkompliziert sich allerdings dadurch, dass eine solche flache Fluoreszenzlampe mit externen Elektroden und ohne Quecksilber konstruiert ist, das Design einer Einschalt-Schaltung, die zu stabilem Ansteuern zur Zündung der Lampe befähigt ist.
Vor dem Einschalten kann die quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe als hoher Widerstand angesehen werden. Um die flache Fluoreszenzlampe gut zu zünden, muss eine Eingangsspannung auf eine Lampenspannung hochgesetzt werden, die das Zündniveau erreicht. Bei der herkömmlichen flachen Fluoreszenzlampe wird als Einschalt-Schaltung ein Resonanznetzwerk benutzt, und dann wird eine sinusförmige Spannung an die flache Fluoreszenzlampe angelegt, und der durch die flache Fluoreszenzlampe fließende Strom weist ebenfalls eine sinusförmige Wellenform auf. Ein solches Spannungshochsetzschema kann zwar eine Einschaltspannung an die flache Fluoreszenzlampe liefern, doch zeigen Experimente, dass durch die flache Fluoreszenzlampe ein großer Kreisstrom fließt. Dieser extreme Kreisstrom kann eine unnötige Verlustleistung zur Folge haben. Daher wird die Lichtausbeute der Lampe geschmälert. Ferner wird die Lampe erwärmt, was eine unerwünschte höhere Temperatur zur Folge hat. Zusätzlich muss beim Design dafür gesorgt werden, dass diese extreme Kreisstromenergie nur in kurzen Intervallen arbeitet, um Überlastungsschäden an der Treiberschaltung zu vermeiden. Um dieses Problem zu überwinden, wird eine Leerlaufschutzschaltung benötigt, um die Treiberschaltung zu schützen, wenn die Lastlampe defekt oder nicht vorhanden ist.
Typischerweise wird bei dem resonanten Schema ein Verfahren mit variabler Frequenz eingesetzt, was eine Komplexitätssteigerung beim Design der magnetischen Komponenten, wie etwa der Transformatoren und Induktionsspulen, bedingt. Das steigert nicht nur die Kosten für die magnetischen Komponenten, sondern diese magnetischen Komponenten können auch nicht mit optimalem Design entworfen werden. Darüber hinaus zeichnet sich die quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe durch eine große Fläche aus, weswegen es nicht einfach ist, sie gleichmäßig und schnell zu zünden. In der Literatur schlägt die OSRAM Corp. ein Verfahren zum Zünden der flachen Fluoreszenzlampe durch Ändern einer Schaltfrequenz der Treiberschaltung und Verwendung der Burstmodus-Helligkeitsregelungstechnik vor. Die auf diese Weise erhaltenen experimentellen Ergebnisse sind in 1 und 2 gezeigt. Im Speziellen werden im oberen Abschnitt von 1 die Wellenform eines Lampenstroms und im unteren Abschnitt von 1 eine vergrößerte Darstellung der Wellenform des Lampenstroms gezeigt. Im oberen Abschnitt von 2 wird die Wellenform einer Lampenspannung und im unteren Abschnitt von 2 eine vergrößerte Darstellung der Wellenform der Lampenspannung gezeigt. Da dieses Verfahren das resonante Schema einsetzt, um die Spannungshochsetzungsfunktion zu erzielen, zeigen sich bei Durchführung auf diese Weise Nachteile in Form von einer von hoher Kreisstromenergie durchflossenen Treiberschaltung, Kernsättigung der magnetischen Komponenten und der Unmöglichkeit einer Einrichtung der Ladelampe als offene Schaltung. Bei diesem Verfahren kann die Lampe nicht präzise und schnell gezündet werden, da die Lampenspannung über den Resonanzmechanismus hochgesetzt wird.
Es ist daher notwendig, eine Treiberschaltung und ein Ansteuerverfahren für beliebige Fluoreszenzlampen und im Speziellen für quecksilberfreie Fluoreszenzlampen zu entwickeln, damit diese präzise und schnell eingeschaltet und dementsprechend in LCDs und anderen Beleuchtungseinrichtungen eingesetzt werden können.
In dieser Hinsicht haben die Erfinder der Anmeldung intensive Forschung, Experimente und Tests durchgeführt und schlagen nun erfindungsgemäß eine Treiberschaltung und ein Ansteuerverfahren für eine Fluoreszenzlampe vor, mit denen sich die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile überwinden lassen.
Der Erfindung liegt daher als Aufgabe zugrunde, eine Treiberschaltung und ein Ansteuerverfahren für eine Fluoreszenzlampe zu schaffen, die die im Stand der Technik vorhandenen Nachteile überwinden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltung zum Ansteuern einer Fluoreszenzlampe offenbart, die Folgendes aufweist: eine Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC-Stufe, engl. „power factor correction"), die eine Wechselspannung V_~ empfängt und die Wechselspannung in eine Gleichspannung V₌ ändert, eine Einschaltstufe, die die Gleichspannung empfängt und auf eine Arbeitsspannung hochsetzt, eine Trennstufe, eine Rechteck-Treiberstufe, die durch die Trennstufe gegen die PFC-Stufe isoliert wird und die Arbeitsspannung in eine hochgesetzte Spannung ändert, wenn die Arbeitsspannung eine Einschaltspannung erreicht, und eine Ausgangsstufe, die die hochgesetzte Spannung empfängt und die Rechteckspannung auf eine hochgesetzte Rechteckspannung hochsetzt und mit Hilfe der hochgesetzten Rechteckspannung die Fluoreszenzlampe zündet, wobei die Rechteck- Treiberstufe initialisiert und die Einschaltstufe gestoppt wird, wenn die Arbeitsspannung die Einschaltspannung erreicht.
Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei der Einschaltstufe entweder um einen Aufwärtsspannungswandler oder um einen Sperrwandler.
Bei einer Ausführungsform ist der Sperrwandler entweder ein Cuk-Wandler, ein Drosselwandler (SEPIC-Wandler, engl. „single ended primary inductor circuit") oder ein Zeta-Wandler.
Bei einer Ausführungsform ist die Rechteck-Treiberstufe parallel zu der Einschaltstufe geschaltet.
Bei einer Ausführungsform ist die Rechteck-Treiberstufe entweder eine Halbbrücken-Treiberschaltung, eine Vollbrücken-Treiberschaltung oder eine Gegentaktschaltung.
Bei einer Ausführungsform ist die Fluoreszenzlampe entweder eine nicht flache Fluoreszenzlampe oder eine flache Fluoreszenzlampe. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die flache Fluoreszenzlampe entweder eine quecksilberhaltige flache Fluoreszenzlampe oder eine quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern einer Fluoreszenzlampe offenbart, das folgende Schritte umfasst: Erzeugen einer Gleichspannung, Hochsetzen der Gleichspannung auf eine Arbeitsspannung gemäß einer Impulswelleneingabe, Stoppen der Impulswelleneingabe und Umwandeln der Arbeitsspannung in eine hochgesetzte Spannung, wenn die Arbeitsspannung eine Einschaltspannung erreicht, und Zünden der Fluoreszenzlampe mit Hilfe der hochgesetzten Spannung.
Bei einer Ausführungsform ist die Fluoreszenzlampe entweder eine nicht flache Fluoreszenzlampe oder eine flache Fluoreszenzlampe. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die flache Fluoreszenzlampe entweder eine quecksilberhaltige flache Fluoreszenzlampe oder eine quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe.
Durch Verwendung der Treiberschaltung und des Ansteuerverfahrens der vorliegenden Erfindung lässt sich das Problem der großen Kreisströme eliminieren. Ferner weist die Einschaltstufe eine verkürzte Betriebszeit auf und benötigt weniger Betriebsenergie, was kleinere Komponenten in der Einschaltstufe mit sich bringt. Dementsprechend können auch Kompaktheit, geringes Gewicht sowie niedrigere Komponentenkosten als Zweck aufgenommen werden.
Weitere Aufgaben, Vorzüge und Wirksamkeiten der vorliegenden Erfindung werden nachstehend an den bevorzugten Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Die vorstehende Kurzdarstellung sowie die nachfolgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen lassen sich besser verstehen, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die spezifischen offenbarten oder veranschaulichten Verfahren beschränkt ist. Es zeigen:
1 eine experimentelle Wellenform eines Lampenstroms einer Fluoreszenzlampe nach Stand der Technik, die die Burstmodus-Helligkeitsregelungstechnik einsetzt,
2 eine experimentelle Wellenform einer Lampenspannung einer Fluoreszenzlampe nach Stand der Technik, die die Frequenzvariationstechnik einsetzt,
3 ein funktionelles Blockdiagramm einer Treiberschaltung einer Fluoreszenzlampe gemäß der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Ansicht der Treiberschaltung einer Fluoreszenzlampe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine Auftragung der Signalwellenformen im Zusammenhang mit der in 3 gezeigten Treiberschaltung,
6 eine schematische Ansicht der Treiberschaltung einer Fluoreszenzlampe gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 ein Flussdiagram, das ein Verfahren zum Ansteuern einer Fluoreszenzlampe gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und
8 eine experimentelle Wellenform eines Lampenstroms einer Fluoreszenzlampe, die die Burstmodus-Helligkeitsregelungstechnik einsetzt, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Treiberschaltung und ein Ansteuerverfahren für eine Fluoreszenzlampe, insbesondere eine quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe, die über die bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
3 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm der Treiberschaltung für eine Fluoreszenzlampe gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt weist die Treiberschaltung 30 eine Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC-Stufe) 31, eine Einschaltstufe 32, eine Trennstufe 33, eine Rechteck-Treiberstufe 34 und eine Ausgangsstufe 35 auf. Die PFC-Stufe 31 empfängt eine Wechselspannung V_~ und erzeugt eine Gleichspannung V₌. Die Einschaltstufe 32 setzt die Gleichspannung V₌ auf eine vorbestimmte Einschaltspannung hoch und liefert eine Arbeitsspannung V_op. Die Trennstufe 33 ist zwischen die Einschaltstufe 32 und die Rechteck-Treiberstufe 34 geschaltet, so dass die beiden Stufen 32, 34 gegeneinander isoliert werden. Dementsprechend interferiert die Einschaltstufe 32 nicht mit den anderen Elementen in der Treiberschaltung 30. An der Rechteck-Treiberstufe 34 wird die Arbeitsspannung V_op in eine Rechteckspannung umgewandelt. Bei Empfang der Rechteckspannung steuert die Ausgangsstufe 35 die Fluoreszenzlampe dergestalt an, dass diese zündet.
Im Vorstehenden weist die PFC-Stufe 31 einen Kondensator zum Speichern der Gleichspannung V₌ auf. Beim Hochsetzen der Gleichspannung V₌ wird eine Impulswellenspannung an die Einschaltstufe 32 eingegeben und löst diese aus. Die Trennstufe 33 kann eine Diode und/oder ein Kondensator und/oder ein Widerstand und/oder eine Induktionsspule und/oder ein Trenntransformator sein. Zwischen der Rechteck-Treiberstufe 34 und der Ausgangsstufe 35 ist dergestalt eine Spannungstransformations- und Kopplungseinrichtung bereitgestellt, dass die Rechteckspannung in eine hochgesetzte Rechteckspannung transformiert und auf einen Innenwiderstand der Fluoreszenzlampe gekoppelt wird. Auf diese Weise wird die Fluoreszenzlampe gezündet.
In der Rechteck-Treiberstufe 34 befindet sich ein kleiner Kondensator. Wenn die Arbeitsspannung V_op gleich der Einschaltspannung V_Boost ist, d.h., wenn der kleine Kondensator vollständig geladen ist, wird die Rechteck-Treiberstufe 34 gestoppt. Außerdem ist die Fluoreszenzlampe entweder eine nicht flache Fluoreszenzlampe oder eine flache Fluoreszenzlampe. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die flache Fluoreszenzlampe entweder eine quecksilberhaltige flache Fluoreszenzlampe oder eine quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe.
Es wird auf 4 Bezug genommen, in der die Treiberschaltung für eine Fluoreszenzlampe gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt ist. Wie in der Treiberschaltung 40 gezeigt, weist die PFC-Stufe 41 einen Kondensator C1 zum Speichern der von ihr erzeugten Gleichspannung V₌ auf. Bei der Einschaltstufe 42 handelt es sich um eine Spannungshochsetzschaltung, und sie umfasst eine Diode D_Aux, eine Induktionsspule L_Aux und einen NMOS-Transistor Q_Aux. Die Induktionsspule L_Aux ist elektrisch an einem Ende mit einem Ende des NMOS-Transistors Q_Aux und am anderen Ende mit dem positiven Ende der Diode D_Aux verbunden. Das andere Ende des NMOS-Transistors Q_Aux ist elektrisch mit Erde verbunden. Die Spannungshochsetzschaltung wird hier mit „Spannungshochsetzschaltung" oder „Spannungsaufwärtswandler" bezeichnet, weil in ihr kein Trennelement vorgesehen ist. Die Rechteck-Treiberstufe 44 ist mit der Einschaltstufe 42 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Trennstufe 43 kann eine Sperrdiode D_B sein, und es kann sich bei ihr auch um eine Diode und/oder einen Kondensator und/oder einen Widerstand und/oder eine Induktionsspule und/oder eine Isolationsdiode D_B handeln. Die Rechteck-Treiberstufe 34 ist aus einer Halbbrücken-Treiberschaltung und einer Primärseite T1 einer Transformationseinrichtung T zusammengesetzt; auf der Primärseite T1 liegt die Rechteckspannung vor. Die Ausgangsstufe 45 ist aus einer Lastlampe (physikalisch ein aus einem oder mehreren Widerständen und einem oder mehreren Kondensatoren bestehendes RC-Glied RC) und einer Sekundärseite T2 der Transformationseinrichtung T zusammengesetzt. Bei einer Ausführungsform weist das RC-Glied RC eine Lastkondensatorgruppe C_L und eine Lastwiderstandsgruppe R_L auf, wobei es sich bei der Lastwiderstandsgruppe R_L um den Innenwiderstand der Fluoreszenzlampe handelt, die Lastkondensatorgruppe C_L einen oder mehrere Kondensatoren und die Lastwiderstandsgruppe R_L einen oder mehrere Widerstände umfasst.
Experimentell erhaltene Wellenformen von Signalen im Zusammenhang mit der oben beschriebenen Treiberschaltung sind in 5 bereitgestellt. Wie gezeigt wird die Arbeitsspannung V_op schnell angehoben, wenn eine Impulswellenspannung V_GAux an den NMOS-Transistor Q_Aux in der Einschaltstufe 42 eingegeben wird. Wenn die Arbeitsspannung V_op auf die vorbestimmte, hochgesetzte Spannung V_Bosst angestiegen ist, wird die Impulswellenspannung V_GAux gestoppt, wenn zwei Kondensatoren C_B1 und C_B2 in der Rechteck-Treiberstufe 44 vollständig geladen sind. Als Nächstes wird an die Gates der beiden NMOS-Transistoren S1 und S2 der Halbbrückenschaltung 44 jeweils eine Rechteckspannung eingegeben. Wenn die hochgesetzte Spannung an den Transformator T übertragen wird, wird sie in eine hochgesetzte Rechteckspannung transformiert und auf die Ausgangsstufe 45 gekoppelt. Dabei wird eine Spannungskomponente der hochgesetzten Rechteckspannung als Lampenspannung V_Lampe an die Lastwiderstandsgruppe R_L angelegt, und somit wird die Fluoreszenzlampe gezündet. Es sei angemerkt, dass der Lampenstrom I_Lampe während dieser Zeit als Abfolge von Impulsspitzen ausgebildet wird. Da die Einschaltstufe 42 abgeschaltet wird, wenn die Einschaltspannung V_Boost erreicht ist, fällt die Arbeitsspannung V_op stetig ab, bis sie gleich der Spannung V₌ auf dem Speicher C1 ist. Wenn die nächste Impulswellenspannung an den Transistor Q_Aux angelegt wird, wird der oben beschriebene Vorgang wiederholt.
Vorstehend beträgt die Einschaltspannung V_Boost ungefähr das 1,5-fache von V_PFC, und die Lampenspannung V_Lampe beträgt ungefähr 1,5 bis 2 kV. Der Zeitpunkt, zu dem der NMOS-Transistor V_GAux ausgeschaltet wird, hängt von den Kapazitätswerten der Kondensatoren C_B1 und C_B2 ab. Im Speziellen wird die Impulswelleneingabe an den NMOS-Transistor V_GAux gestoppt, wenn die Kondensatoren C_B1 und C_B2 komplett geladen sind. Dies bedeutet, dass die Kapazitätswerte der Kondensatoren C_B1 und C_B2 entsprechend der Einschaltspannung V_Boost gewählt werden müssen, und der Zeitpunkt, zu dem der NMOS-Transistor V_GAux ausgeschaltet wird, muss geeignet gewählt werden. Alternativ hierzu kann die Impulswelleneingabe automatisch gestoppt werden. In diesem Falle wird nur eine einfache Schaltung benötigt, um ein Auslösesignal zu steuern, das erteilt wird, um die Impulswelleneingabe zu dem Zeitpunkt zu stoppen, an dem die Kondensatoren C_B1 und C_B2 vollständig geladen sind. Diese einfache Schaltung ist dem Fachmann offenkundig und wird der Klarheit halber weggelassen.
Es wird auf 6 Bezug genommen, in der die Treiberschaltung für eine Fluoreszenzlampe gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt ist. In der Treiberschaltung 60 sind die Stufen 61, 63, 64 und 65 identisch mit den entsprechenden, in der obigen Ausführungsform benutzten Stufen 41, 43, 44 und 45, aber die Einschaltstufe 62 unterscheidet sich von der Einschalt-Schaltung 42, die in der obigen Ausführungsform benutzt wird. Bei der Einschaltstufe 62 handelt es sich auch um eine Spannungs-Sperrwandlerschaltung, und sie umfasst einen Transformator T', eine Diode D_Aux und einen NMOS-Transistor Q_Aux. Der Transformator T'_Aux ist an seiner Sekundärseite T2' mit dem positiven Ende der Diode D_Aux und an seiner Primärseite mit einem Ende des NMOS-Transistors Q_Aux elektrisch in Reihe verbunden. Das andere Ende des NMOS-Transistors Q_Aux ist mit Erde verbunden. Die Spannungshochsetzschaltung weist hierbei einen Trenntransformator T'_Aux auf und wird daher „Sperrwandlerschaltung" oder „Auf-/Abwärtswandlerschaltung mit Spannungstrennung" genannt. Was die Signalwellenformen im Zusammenhang mit dieser Ausführungsform angeht, so sind sie mit den in 5 gezeigten identisch und werden daher hier weggelassen.
Zusätzlich zu den obigen Ausführungsformen kann die Spannungshochsetzschaltung in der Einschaltstufe auch durch einen Cuk-Wandler, einen Drosselwandler (SEPIC-Wandler), einen Zeta-Wandler und dergleichen ersetzt werden, solange dieser zum Spannungshochsetzen befähigt ist. Außerdem kann die Rechteck-Treiberstufe auch anstelle der Halbbrückenschaltung aus einer anderen geeigneten Schaltung bestehen, wie etwa einer Vollbrückenschaltung und einer Gegentaktschaltung, solange sie die Arbeitsgleichspannung in die hochgesetzte Rechteckspannung zum Ansteuern der Fluoreszenzlampe ändern kann.
Es wird auf 7 Bezug genommen, in der ein Flussdiagramm bereitgestellt ist, das das Ansteuerverfahren für eine Fluoreszenzlampe veranschaulicht. Wie gezeigt umfasst das Verfahren zum Ansteuern einer Fluoreszenzlampe die folgenden Schritte: Zuerst wird eine Gleichspannung erzeugt (S71). Als Nächstes wird die Gleichspannung gemäß einer Impulswelleneingabe auf eine Arbeitsspannung hochgesetzt (S72). Danach wird die Impulswelleneingabe gestoppt, und die Arbeitsspannung wird in eine hochgesetzte Spannung umgewandelt, wenn die Arbeitsspannung eine Einschaltspannung erreicht (S73). Dann wird die Fluoreszenzlampe mit Hilfe der hochgesetzten Spannung gezündet.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Schritt S71 den Schritt des Empfangens einer Wechselspannung und Umwandelns der Wechselspannung, etwa mittels einer PFC-Schaltung, in eine Gleichspannung. Schritt S74 umfasst den Schritt des Änderns der hochgesetzten Spannung in eine endgültige, hochgesetzte Rechteckspannung und des Zündens der Fluoreszenzlampe mit Hilfe der endgültigen, hochgesetzten Rechteckspannung.
Darüber hinaus kann das oben erwähnte Ansteuerverfahren auch bei Einsatz der Burstmodus-Helligkeitsregelungstechnik durchgeführt werden. Aus 8, in welcher experimentelle Ergebnisse einschließlich der Arbeitsspannung und des p+8X-Lampenstroms gezeigt sind, geht hervor, dass die Lampe einfach zu zünden ist, wenn die mit der Rechteck-Treiberstufe assoziierte Arbeitsspannung auf einen Wert gesteuert wird, der größer als der Normalwert ist. Dementsprechend kann das von der Lampe emittierte Licht schnellstmöglich erscheinen, ohne dass es zu Flimmern kommt.
Es sei angemerkt, dass die Einschalt-Schaltung, die Treiberschaltung und das Ansteuerverfahren der Erfindung insbesondere bei der quecksilberfreien flachen Fluoreszenzlampe vorteilhaft angewendet werden können, speziell der flachen Fluoreszenzlampe, bei der es sich der gängigen Meinung nach um die am schwierigsten stabil anzusteuernde Fluoreszenzlampe handelt. Da die quecksilberfreie Fluoreszenzlampe korrekt angesteuert werden und arbeiten kann, lässt sie sich in einer Flüssigkristallanzeige (LCD) als Hintergrundbeleuchtung einsetzen, wo sie den Zweck erfüllt, für gleichförmige Beleuchtung zu sorgen und keine Umweltverschmutzung zu verursachen.
Durch Verwendung dieser Erfindung ist es nun möglich, die Fluoreszenzlampe mit der Rechteckspannung anzusteuern und in der Einschaltstufe aus der Eingangsgleichspannung schnell die hochgesetzte Gleichspannung zu erhalten, wobei die Stufe sofort abgeschaltet wird, wenn die hochgesetzte Gleichspannung erreicht worden ist. Ferner weist die Einschaltstufe eine verkürzte Betriebszeit auf und benötigt weniger Betriebsenergie, was kleinere Komponenten in der Einschaltstufe mit sich bringt. Dementsprechend können die Aufgabenstellungen Kompaktheit, geringes Gewicht sowie niedrigere Komponentenkosten gelöst werden.

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer Fluoreszenzlampe, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst: Erzeugen einer Gleichspannung, Hochsetzen der Gleichspannung auf eine Arbeitsspannung gemäß einer Impulswelleneingabe, Stoppen der Impulswelleneingabe und Umwandeln der Arbeitsspannung in eine hochgesetzte Spannung, wenn die Arbeitsspannung eine Einschaltspannung erreicht, und Zünden der Fluoreszenzlampe mit Hilfe der hochgesetzten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens folgende Schritte umfasst: Empfangen einer Wechselspannung und Umwandeln der Wechselspannung in die Gleichspannung mit Hilfe einer Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC-Schaltung).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Zündens folgende Schritte umfasst: Ändern der hochgesetzten Spannung in eine endgültige, hochgesetzte Spannung und Zünden der Fluoreszenzlampe mit Hilfe der endgültigen, hochgesetzten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluoreszenzlampe entweder eine nicht flache Fluoreszenzlampe oder eine flache Fluoreszenzlampe ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Fluoreszenzlampe entweder eine quecksilberhaltige flache Fluoreszenzlampe oder eine quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe ist.
Schaltung zum Ansteuern einer Fluoreszenzlampe, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist: eine Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC-Stufe) (41, 61), die eine Wechselspannung empfängt und die Wechselspannung in eine Gleichspannung ändert, eine Einschaltstufe (42, 62), die die Gleichspannung empfängt und die Gleichspannung auf eine Arbeitsspannung hochsetzt, eine Trennstufe (43, 63), eine Rechteck-Treiberstufe (44, 64), die durch die Trennstufe gegen die PFC-Stufe isoliert wird und die Arbeitsspannung in eine hochgesetzte Spannung ändert, wenn die Arbeitsspannung eine Einschaltspannung erreicht, und eine Ausgangsstufe (45, 65), die die Rechteckspannung empfängt und auf eine hochgesetzte Rechteckspannung hochsetzt und mit Hilfe der hochgesetzten Rechteckspannung die Fluoreszenzlampe zündet, wobei die Rechteck-Treiberstufe (44, 64) initialisiert und die Einschaltstufe gestoppt wird, wenn die Arbeitsspannung die Einschaltspannung erreicht.
Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die PFC-Stufe (41, 61) einen Kondensator zum Speichern der Gleichspannung umfasst.
Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltstufe (42, 62) entweder ein Aufwärtsspannungswandler oder ein Sperrwandler ist.
Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrwandler entweder ein Cuk-Wandler, ein SEPIC-Wandler oder ein Zeta-Wandler ist.
Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechteck-Treiberstufe (44, 64) zu der Einschaltstufe parallel geschaltet ist.
Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstufe (43, 63) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Diode, einem Kondensator, einem Widerstand, einer Induktionsspule und einem Trenntransformator besteht.
Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechteck-Treiberstufe (44, 64) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Halbbrücken-Treiberschaltung, einer Vollbrücken-Treiberschaltung und einer Gegentaktschaltung besteht.
Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechteck-Treiberstufe 62 eine Niederspannungsseite eines Transformators T' umfasst, auf welcher die Rechteckspannung vorhanden ist, und die Ausgangsstufe 65 eine Hochspannungsseite des Transformators, die die hochgesetzte Rechteckspannung empfängt und auf eine transformierte Rechteckspannung koppelt, sowie ein RC-Glied, durch welches die Fluoreszenzlampe gezündet wird, umfasst.
Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das RC-Glied eine Lastwiderstandsgruppe, bei der es sich um einen Innenwiderstand der Fluoreszenzlampe handelt, und eine dazu in Reihe geschaltete Lastkondensatorgruppe umfasst.
Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastwiderstandsgruppe einen Lastwiderstand umfasst.
Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastkondensatorgruppe einen Lastkondensator umfasst.
Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluoreszenzlampe entweder eine nicht flache Fluoreszenzlampe oder eine flache Fluoreszenzlampe ist.
Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Fluoreszenzlampe entweder eine quecksilberhaltige flache Fluoreszenzlampe oder eine quecksilberfreie flache Fluoreszenzlampe ist.
Schaltung zum Ansteuern einer Fluoreszenzlampe, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes aufweist: ein Gleichspannungs-Erzeugungsglied (41, 61), das einen Wechselstrom empfängt und eine Gleichspannung erzeugt, ein Gleichspannungs-Hochsetzglied (42, 62), das eine Impulswelleneingabe empfängt und die Gleichspannung gemäß der Impulswelleneingabe auf eine Arbeitsspannung hochsetzt, ein Impulswelleneingangs-Stoppglied (43, 63), das den Impulswelleneingang stoppt, wenn die Arbeitsspannung eine Einschaltspannung erreicht, ein Rechteckspannungs-Erzeugungsglied (44, 64), das die Arbeitsspannung in eine hochgesetzte Spannung umwandelt, wenn die Arbeitsspannung die Einschaltspannung erreicht, und ein Lampenzündglied (45, 65), das die Fluoreszenzlampe mit Hilfe der hochgesetzten Spannung zündet.
Schaltung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleichspannungs-Erzeugungsglied (41, 61) und das Rechteckspannungs-Erzeugungsglied (42, 62) durch ein Trennglied isoliert werden.