DE60219863T2

DE60219863T2 - Wechselrichter für eine Entladungslampe

Info

Publication number: DE60219863T2
Application number: DE60219863T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Asaba-cho Iwata-gun Suzuki; Yasuhiro Asaba-cho Iwata-gun Kamiya; Koji Kawamoto; Masakazu Ushijima
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2022-09-21
Also published as: EP1296542A1; US20030057873A1; EP1296542B1; JP4267883B2; DE60219863D1; JP2003168585A; US6774580B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe zur Verwendung in einer LCD-Einheit, und insbesondere auf eine Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe, die einen hohen Leistungswirkungsgrad sicherstellt.
Einige herkömmliche Wechselrichterschaltungen für eine Entladungslampe arbeiten derart, dass die Primärseite eines Transformators durch eine Resonanzfrequenz einer Resonanzschaltung auf der Sekundärseite des Transformators betrieben wird, die eine Streuinduktivität und eine parasitäre Kapazität einer als eine Last geschalteten Entladungslampe aufweist. Eine derartige Wechselrichterschaltung ist im US-Patent Nr. 6 114 814 offenbart.
Dieses Betreiben durch die #Resonanzfrequenz führt zu einer Phasendifferenz zwischen Spannung und Strom auf der Primärseite des Transformators, so dass der Leis tungswirkungsgrad des Transformators nicht notwendigerweise zufrieden stellend ist.
Es besteht ein anderes Problem dahingehend, dass Resonanzfrequenzen hoher Ordnung, die auf der Sekundärseite des Transformators auftreten, eine zufällige Operation bewirken, die unerwünschterweise seine Operation beeinflussen, was zu Schwierigkeiten beim Entwerfen des Transformators führt.
Die Japanische Patentanmeldung Nr. 2000-308358 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Treiben eines piezoelektrischen Transformators.
Die Japanische Patentanmeldung Nr. 2000-58289 offenbart ein Helligkeitseinstellverfahren für eine Entladungslampe, die die Emission von Störungen reduzieren und einen Bereich von Helligkeitseinstellungen bewirken kann.
Die Japanische Patentanmeldung Nr. 2001-86758 offenbart einen Treiber und ein Treiberverfahren für einen piezoelektrischen Transformator.
Das US-Patent Nr. 6 259 615 offenbart eine CCFL-Leistungswandlerschaltung die unter Verwendung einer Nullspannungs-Schalttechnik mit hohem Wirkungsgrad vorgesehen ist.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme gemacht. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Inverterschaltung für eine Entladungslampe vorzusehen, die einen erhöhten Wirkungsgrad eines Transformators hat und die frei von dem Einfluss der Resonanzfrequenzen hoher Ordnung ist.
Um die vorgenannte Aufgabe zu lösen, ist festzustellen, dass ein ausgezeichneter Leistungswirkungsgrad erhalten werden kann, wenn der Transformator in einem spezifischen Frequenzbereich betrieben wird, in welchem die Phasendifferenz zwischen Spannung und Strom auf der Primärseite des Transformators klein ist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe vorgesehen, welche aufweist:
einen Transformator mit einer Primärseite, die ausgebildet ist zum Empfangen eines Wechselstroms und einer Wechselspannung, und einer Sekundärseite, die mit einer Entladungslampe verbunden ist, wobei die Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom, die der Primärseite zugeführt werden, einen minimalen Wert bei einer Frequenz für eine minimale Phasendifferenz hat,
dadurch gekennzeichnet, dass:
die Wechselrichterschaltung weiterhin aufweist:
eine H-Brückenschaltung, die mit der Primärseite des Transformators verbunden ist zum Erzeugen des Wechselstroms und der Wechselspannung,
eine logische Schaltung, die mit der H-Brückenschaltung verbunden ist zum Erzeugen eines Eingangssignals für die H-Brückenschaltung,
eine Resonanzschaltung mit einer parasitären Kapazität der Entladungslampe auf der Sekundarseite des Transformators,
wobei der Transformator ein elektromagnetischer Transformator ist und
wobei die Frequenz des Wechselstroms und der Wechselspannung, die von der H-Brückenschaltung erzeugt wurden, niedriger als eine Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung ist und die Frequenz innerhalb eines Bereichs von Frequenzen entsprechend Frequenzen ist, bei denen die Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom nicht mehr als –30° von dem minimalen Wert entfernt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe vorgesehen, welche Wechselrichterschaltung aufweist:
einen elektromagnetischen Transformator mit einer Primärseite, die ausgebildet ist zum Empfangen eines Wechselstroms und einer Wechselspannung, und einer Sekundärseite, die mit der Entladungslampe verbunden ist, wobei die Frequenzcharakteristiken der Primärseite des Transformators derart sind, dass eine minimale Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom, die der Primärseite zugeführt werden, bei einer Frequenz für eine minimale Phasendifferenz besteht;
dadurch gekennzeichnet, dass:
die Wechselrichterschaltung weiterhin aufweist:
eine H-Brückenschaltung, die mit der Primärseite des Transformators verbunden ist und ausgebildet ist zum Erzeugen des Wechselstroms und der Wechselspannung;
eine logische Schaltung, die mit der H-Brückenschaltung verbunden ist, um ein Eingangssignal für die H-Brückenschaltung zu erzeugen; und
eine Resonanzschaltung aufweisend eine parasitäre Kapazität der Entladungslampe auf der Sekundärseite des Transformators;
welches Verfahren aufweist:
Erzeugen des Wechselstroms und der Wechselschaltung von der H-Brückenschaltung mit einer Frequenz, die niedriger als eine Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung ist, und welche Frequenz innerhalb eines Bereichs von Frequenzen entsprechend Frequenzen, bei denen die Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom nicht mehr als –30° von dem minimalen Wert abweicht, ist.
Demgemäß verbessert de Wechselrichterschaltung zuverlässig den Leistungswirkungsgrad des Transformators.
Die Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe weist weiterhin eine Stoßschaltung auf, die ein vorbestimmtes Stoßsignal ausgibt, wodurch die Primärseite des Transformators intermittierend betrieben wird. Demgemäß wird Licht leicht über einen weiten Bereich moduliert.
Typischerweise gibt die Stoßschaltung ein eingegebenes gepulstes Signal als ein Stoßsignal aus, wenn ein Widerstand, der eine oszillierende Frequenz bestimmt, so eingestellt ist, dass er höher als ein vorbestimmter Wert ist, und sie gibt ein Stoßsignal, das von einem vorbestimmten Gleichspannungssignal erhalten wurde, und eine oszillierende Dreieckwelle aus, wenn der Widerstand so eingestellt ist, dass er niedriger als ein vorbestimmter Wert ist. Demgemäß gibt die Wechselrichterschaltung leicht mehrere Stoßsignale aus.
Vorzugsweise wird, wenn das Stoßsignal nach oben geht, ein invertierender Eingangsanschluss eines Fehlerverstärkers, der durch Rückkopplung einen Strom der Entladungslampe steuert, hoch gezogen, wodurch die Primärseite des Transformators deaktiviert wird. Demgemäß wird Licht leicht und zuverlässig über einen weiten Bereich moduliert.
Typischerweise ist die H-Brückenschaltung so zusammengesetzt, dass zwei Reihenschaltungen, die jeweils einen PMOS und einen NMOS aufweisen, parallel zueinander geschaltet sind, und eine Verzögerungsschaltung ist mit Gateschaltungen der PMOSen verbunden. Demgemäß wird verhindert, dass die PMOSen und NMOSen in den Reihenschaltungen gleichzeitig eingeschaltet werden, wodurch eine Fehlfunktion verhindert und die Schaltungen geschützt werden.
Vorzugsweise ist die H-Brückenschaltung so zusammengesetzt, dass zwei Reihenschaltungen, die jeweils einen PMOS und einen NMOS aufweisen, parallel zueinander geschaltet sind, und Gates von zwei PMOSen steigen an jeweils zwei Punkten an, die den maximalen Spitzen einer ausgegebenen vorbestimmten Dreieckwelle entsprechen, die einander abwechselnd erscheinen, während Gates von zwei NMOSen an jeweils zwei Punkten ansteigen, die den minimalen Spitzen der ausgegebenen Dreieckwelle entsprechen und die einander abwechselnd erscheinen. Demgemäß ist es möglich, ein angemessenes Signal zu erzeugen, das wirksam ist, um PMOSen und NMOSen der H-Brückenschaltungen nicht gleichzeitig einzuschalten.
Typischerweise ist die H-Brückenschaltung derart zusammengesetzt, dass zwei Serienschaltungen, die jeweils einen PMOS und einen NMOS aufweisen, parallel zueinander geschaltet sind, Gates von zwei NMOSen an jeweils zwei Punkten abfallen, die Kreuzungen entsprechen, die durch aufsteigende Bereiche einer ausgegebenen vorbestimmten Dreieckwelle und eine von dem Fehlerverstärker ausgegebene Spannung definiert sind, und die einander abwechselnd erscheinen, und Gates von zwei PMOSen gegenüber dem Abfallen der Gates der beiden NMOSen nacheilend abfallen. Vorzugsweise ist ein Spannungsrückführungs-Fehlerverstärker weiterhin vorgesehen zur Steuerung einer Ausgangsspannung des Transformators durch Rückführung. Demgemäß ist es möglich, eine konstante offene Spannung des Transformators vorzusehen, selbst für den Fall, dass eine Entladungslampe mit dem Ausgangsanschluss des Transformators schlecht oder überhaupt verbunden ist.
Typischerweise ist weiterhin eine Schutzschaltung vorgesehen zum Deaktivieren der H-Brückenschaltung, wenn eine Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers einen vorbestimmten Wert überschreitet. Hierdurch ist es möglich, zu verhindern, dass ein Überstrom in die Entladungslampe fließt oder eine Überspannung an die Entladungslampe angelegt wird.
Vorzugsweise ist weiterhin eine Schutzschaltung zum Deaktivieren der H-Brückenschaltung vorgesehen, wenn ein Ausgang des Spannungsrückführungs-Fehlerverstärkers einen vorbestimmten Wert überschreitet. Hierdurch ist es möglich, sicherzustellen, dass etwaige Beschädigungen des Transformators oder etwaiger Schaltungen verhindert werden.
Typischerweise ist weiterhin eine Schutzschaltung zum Deaktivieren der H-Brückenschaltung vorgesehen, wenn ein Ausgangssignal des Transformators einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Vorzugsweise ist der bei dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung definierte vorbestimmte Wert eine Bezugsspannung eines Komparators der Schutzschaltung.
Die vorstehenden und andere Aufgabe, Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden augenscheinlich anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gegeben wird, in denen:
1 ist ein Blockschaltbild einer Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe eines ersten Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockschaltbild einer Stoßschaltung, die in der Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe verwendet wird;
3 zeigt Frequenzcharakteristiken der Admittanz |Y| auf der Primärseite eines Transformators mit einer auf der Sekundärseite gebildeten Resonanzschaltung in der Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe des Ausführungsbeispiels gemäß der vorliegenden Erfindung sowie Frequenzcharakteristiken der Phasendifferenz θ zwischen der Spannung und dem Strom;
4(A) bis 4(E) sind Zeitdiagramme für die Arbeitsweise der Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
5(A) bis 5(F) sind Zeitdiagramme von Gatesignalen in der Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung; und
6 ist ein Blockschaltbild einer Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe bei einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Zuerst wird eine Erläuterung des ersten Ausführungsbeispiels durch Bezugnahme auf die 1 bis 5(A) bis 5(F) gegeben.
Gemäß 1 ist eine Resonanzschaltung zusammengesetzt aus einer parasitären Kapazität 3, die zwischen einer Entladungslampe 9 und einem Reflektor auf der Sekundärseite eines Transformators 1 erzeugt wird. Wie in 3 gezeigt ist, hat der Transformator 1 einen maximalen Leistungswirkungsgrad an dem Punkt A0, an dem die Phasendifferenz θ zwischen der Spannung und dem Strom auf der Primärseite minimal ist. In dem Frequenzbereich A, der –30° von dem Punkt A0 aus abdeckt, hat der Transformator 1 einen Leistungs- Wirkungsgrad, der mit dem an dem Punkt A0 erhaltenen maximalen vergleichbar ist, wie in den gemessenen Daten ersichtlich ist. Der Punkt B ist eine Resonanzfrequenz auf der Sekundärseite, bei der der Transformator 1 herkömmlich betrieben wird. Die Resonanzschaltung auf der Sekundärseite des Transformators 1 kann entweder eine Drosselspule (nicht gezeigt), die in Reihe mit dem Transformator 1 und der parasitären Kapazität 3 vorgesehen ist, oder einen Teil des Transformators 1 (beispielsweise einen losen Kopplungsbereich eines Transformators vom magnetischen Streuflusstyp) und die parasitäre Kapazität 3 aufweisen.
Die Werte eines Widerstands 5 und eines Kondensators 6 einer in 1 gezeigten Oszillationsschaltung 4 sind so eingestellt, dass die Frequenz in den Bereich A fällt.
Die Arbeitsweise der Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf die 1 bis 4(A) bis 4(E) beschrieben.
Zum besseren Verständnis erfolgt die Beschreibung zuerst für den Fall, in welchem eine vorbestimmte Spannung Va an einem Anschluss 28a nicht an einem invertierenden Eingangsanschluss 11a eines Fehlerverstärkers 11 eingegeben wird, wodurch Licht nicht moduliert werden kann.
Wie in 1 gezeigt ist, wird ein Dreieckwellen-Ausgangssignal 7 (siehe 4(A)) der Oszillationsschaltung 4 in eine PWM-Schaltung 8 eingegeben. Eine Entladungslampe 9 für die Hinterleuchtung eines Flüssigkristalls ist bei einer Flüssigkristallanzeige- (LCD)-Einheit 2 auf der Sekundärseite des Transformators 1 vorgesehen, und ihre Spannung 9a wird an dem invertierenden Eingangsanschluss 11a des Fehlerverstärkers 11 durch eine Spannung/Strom-Umwandlungsschaltung 10 eingegeben, die einen in der Entladungslampe 9 fließenden Strom in eine Spannung umwandelt.
Der Fehlerverstärker 11 gibt zu der PWM-Schaltung 8 eine Ausgangsspannung 12 entsprechend dem Strom in der Entladungslampe 9 aus. Die PWM-Schaltung 8 vergleicht das Dreieckwellen-Ausgangssignal 7 mit der Ausgangsspannung 12 und gibt ein gepulstes Signal 13 in eine Zählerschaltung 14 ein.
Ein gepulstes Ausgangssignal 16 der Oszillationsschaltung 4 wird in die Zählerschaltungen 14, 15 und eine logische Schaltung 29 eingegeben. Mit dem gepulsten Ausgangssignal 16 der Oszillationsschaltung 4 und gepulsten Ausgangssignalen der Zählerschaltungen 14, 15 erzeugt die logische Schaltung 29 Gatesignale 18, 19, 20 und 21, die in eine H-Brückenschaltung 17 eingegeben werden.
Die H-Brückenschaltung 17 ist derart zusammengesetzt, dass eine Reihenschaltung aufweisend einen PMOS (A1) und einen NMOS (B2) und eine Reihenschaltung aufweisend einen PMOS (A2) und einen NMOS (B1) parallel zueinander geschaltet sind. Die H-Brückenschaltung 17 arbeitet aufgrund der Gatesignale 18, 19, 20 und 21 derart, dass ein innerhalb des Frequenzbereichs A gesteuerter Wechselstrom auf der Primärseite des Transformators 1 fließt, wodurch die Entladungslampe 9 in der LCD-Einheit 2 mit einem guten Leistungswirkungsgrad betrieben wird.
Daher arbeitet eine Stoßschaltung 22 (wird später be schrieben) nicht, und wenn die vorbestimmte Spannung Va von dem Anschluss 28a nicht an dem invertierenden Eingang 11a eingegeben wird, wird Licht nicht moduliert, der Strom in der Entladungslampe 9 wird an dem invertierenden Eingang 11a des Fehlerverstärkers 11 eingegeben und die Entladungslampe 9 wird durch Rückkopplung gesteuert, wodurch eine Steuerung des konstanten Stroms innerhalb eines Frequenzbereichs zur Sicherstellung eines guten Leistungswirkungsgrads durchgeführt wird.
Die Arbeitsweise der Stoßschaltung 22 zum Modulieren von Licht der Entladungslampe 9 wird beschrieben.
Gemäß 2 weist die Stoßschaltung 22 einen CR-Oszillator 40, einen Rechteckwellen-Spannungsgenerator 41 und einen Komparator 42 auf, und sie kann entweder in einen Modus, in welchem ein Widerstand 23 so eingestellt ist, dass er höher als ein vorbestimmter Wert ist, wodurch ein vorbestimmtes gepulstes Signal 24, das an einem Tastverhältnisanschluss 24a eingegeben wird, von der Stoßschaltung 22 als ein erstes Stoßsignal 25b (siehe 4(D)) ausgegeben wird, oder einen anderen Modus, in welchem der Widerstand 23 so eingestellt ist, dass er niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, wodurch eine Dreieckwellenspannung 27 (siehe 4(B)), die durch den Widerstand 23 und einen Kondensator 26 bestimmt ist und oszilliert, und ein Gleichstrom 36 (siehe 4(B)), der an dem Tastverhältnisanschluss 24a eingegeben wird, miteinander verglichen werden und ein zweites Stoßsignal 25a der Impulswelle (siehe 4(C)) ausgegeben wird, gesetzt werden.
Wenn das Stoßsignal 25b von der Stoßschaltung 22 gleich "H(Hoch)" ist, wird ein Transistor 28 einge schaltet, der Fehlerverstärker 11 gibt die Ausgangsspannung 12 entsprechend dem Strom in der Entladungslampe 9 zu der PWM-Schaltung 8 aus, und die H-Brückenschaltung 17 wird betätigt, wodurch die Entladungslampe 9 mit der in 4(E) gezeigten Impulswelle aktiviert wird.
Wenn das Stoßsignal 25b von der Stoßschaltung 22 gleich "L(Niedrig)" ist, wird der Transistor 28 ausgeschaltet, der invertierende Eingangsanschluss 11a des Fehlerverstärkers wird bis zu einer vorbestimmten Spannung Va, die an einen Anschluss 28a angelegt ist, hochgezogen, der Fehlerverstärker 11 wird deaktiviert, der Betrieb der H-Brückenschaltung 17 wird angehalten und die Entladungslampe wird deaktiviert.
Somit wird die Entladungslampe 9 durch das erste Stoßsignal 25b intermittierend aktiviert und ihr Licht wird moduliert. In dem Fall, in welchem das zweite Stoßsignal 25a verwendet wird, moduliert die Entladungslampe 9 ihr Licht in derselben Weise, und daher kann eines der Stoßsignale selektiv verwendet werden.
Zusätzlich wird ein Signal 33, das durch Teilen der Spannung auf der Ausgangsseite des Transformators 1 durch Kondensatoren 31 und 32 erzeugt wird, in eine Schutzschaltung 30 eingegeben. Die Schutzschaltung 30 hält den Betrieb der logischen Schaltung 29 an, wenn die Spannung des Signals 33 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, wodurch verhindert wird, dass ein übermäßiger Strom zu der Entladungslampe 9 fließt. Da es passieren kann, dass der PMOS (A1) und der NMOS (B2), die miteinander in Reihe geschaltet sind, oder der PMOS (A2) und der NMOS (B1), die in der H-Brückenschaltung 17 miteinander in Reihe ge schaltet sind, gleichzeitig eingeschaltet werden, wenn die Gatesignale 18, 19, 20 und 21 gleichzeitig abfallen, ist eine Verzögerungsschaltung 35 vorgesehen.
Die 5(A) bis 5(F) zeigen Zeitdiagramme von Gatesignalen in der Inverterschaltung für eine Entladungslampe.
Gemäß den 5(A) bis 5(C) bewirken die Zählerschaltungen 14 und 15 sowie die logische Schaltung 29, dass das Torsignal 18 zu dem PMOS (A1) und das Torsignal 19 zu dem PMOS (A2) an Punkten 18u bzw. 19u ansteigen, die den maximalen Spitzen des Dreieckwellen-Ausgangssignals 7 entsprechen und die einander abwechselnd erscheinen, und an Punkten 18d bzw. 19d abfallen, die den Kreuzungen entsprechen, die durch die aufsteigenden Bereiche des Dreieckwellen-Ausgangssignals 7 und die Ausgangsspannung 12 des Fehlerverstärkers 11 definiert sind, und die einander abwechselnd erscheinen. Der PMOS (A1) und der PMOS (A2) werden durch die Gatesignal 18 bzw. 19 aktiviert.
Gemäß den 5(A), 5(D) und 5(E) bewirken die Zählerschaltungen 14 und 15 sowie die logische Schaltung 29, dass das Gatesignal 20 zu dem NMOS (B1) und das Tagesignal 21 zu dem NMOS (B2) an Punkten 20u bzw. 21u ansteigen, die den minimalen Spitzen des Dreieckwellen-Ausgangssignals 7 entsprechen und die einander abwechselnd erscheinen, und an Punkten 20d bzw. 21d abfallen, die gleich den Punkten 18d bzw. 19d sind. Der NMOS (B1) und der NMOS (32) werden durch die Gatesignale 20 bzw. 21 aktiviert.
Wie aus den 5(B) bis 5(E) ersichtlich ist, wird die Zeit des Anstiegs der Gatesignale 20 und 21 mit Bezug auf die der Gatesignale 19 bzw. 18 verzögert. Andererseits ist die Zeit des Abfallens der Gatesignale 18 und 19 um eine vorbestimmte Zeit t1 durch eine Verzögerungsschaltung 35 verzögert, so dass der PMOS (A1), der PMOS (A2), der NMOS (B1) und der NMOS (B2) nicht gleichzeitig eingeschaltet werden.
Daher wird es einfach geeignete Gatesignale 18, 19, 20 und 21 zu erzeugen, die bewirken, dass der PMOS (A1), der PMOS (A2), der NMOS (B1) und der NMOS (B2) nicht gleichzeitig eingeschaltet werden, durch Assoziation des Dreieckwellen-Ausgangssignals 7 und der Ausgangsspannung 12 des Fehlerverstärkers 11.
Wie vorstehend beschrieben ist, verbessert die Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung den Leistungswirkungsgrad des Transformators und sie leidet auch unter einem geringen Einfluss der Frequenz hoher Ordnung aufgrund dessen, dass die Frequenz so eingestellt wird, dass sie niedriger als die Resonanzfrequenz ist, wodurch der Transformator leicht entworfen werden kann.
Gemäß 6, die das zweite Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, enthält die Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe einen Spannungsrückführungs-Fehlerverstärker 51. Der Spannungsrückführungs-Fehlerverstärker 51 vergleicht das Anwendungsspannungssignal 55 der Entladungslampe 9, das an einem invertierenden Eingangsanschluss 51a eingegeben wird, mit der vorbestimmten Spannung Vc, um zu der PWM-Schaltung 8 eine Ausgangsspannung 52 gemäß der an die Entladungslampe 9 angelegten Spannung auszugeben. Das Anwendungsspannungssignal 55 wird erhalten durch Teilen der an dem Verbindungspunkt zwischen den Kondensatoren 31 und 32, die in Reihe mit der Sekundärseite des Transformators 1 geschaltet sind, erscheinenden Spannung durch die Widerstände 58 und 59. Der Spannungsrückführungs-Fehlerverstärker 51 gibt die Ausgangsspannung 52 auch zu einer Schutzschaltung 50 aus. Die Schutzschaltung 50, die eine Komparatorschaltung enthält, ist mit einem Widerstand 57 verbunden, der in Reihe mit der Sekundärseite des Transformators 1 geschaltet ist, um ein Ausgangsstromsignal 53 des Transformators 1 zu empfangen.
Die Arbeitsweise und die Schaltungsanordnung des Wechselrichters für eine Entladungslampe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind dieselben wie diejenigen der Wechselrichterschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Schutzschaltung 50 und des Spannungsrückführungs-Fehlerverstärkers 51, und daher wird eine Erläuterung von diesen weggelassen.
Es wird nun die Arbeitsweise der Schutzschaltung 50 und des Spannungsrückführungs-Fehlerverstärkers 51 der Wechselrichterschaltung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel erläutert.
Wie in 6 gezeigt ist, vergleicht der Spannungsrückführungs-Fehlerverstärker 51 das Anwendungsspannungssignal 55, das an seinem invertierenden Eingangsanschluss 51a eingegeben wird, mit der vorbestimmten Spannung Vc und gibt eine Ausgangsspannung 51 zu der PWM-Schaltung 8 aus, so dass eine Rückführungssteuerung für das Anlegen einer Spannung an die Entladungslampe 9 durchgeführt wird. Durch diese Steuerung kann eine offene Spannung zu dem Transfor mator 1 auf ihren vorbestimmten Wert gesteuert werden, selbst in dem beispielhaften Fall, dass keine Verbindung oder eine schlechte Verbindung der Entladungslampe 9 mit dem Ausgang des Transformators 1 vorliegt.
Wenn die Ausgangsspannung auf der Sekundärseite des Transformators 1 einen anomalen Wert anzeigt in dem Fall beispielsweise einer fehlenden oder schlechten Verbindung mit der Entladungslampe 9, wird die Ausgangsspannung 52 des Spannungsrückführungs-Fehlerverstärkers 51 oder das Ausgangsstromsignal 53 des Transformators 1 mit einer Bezugsspannung der in der Schutzschaltung 50 enthaltenen Komparatorschaltung verglichen. Wenn die Ausgangsspannung 52 oder das Stromsignal 53 die Bezugsspannung des Komparators überschreiten, hält die Schutzschaltung 50 den Betrieb der logischen Schaltung 29 an, wodurch verhindert wird, dass ein Überstrom in die Entladungslampe 9 fließt oder eine Überspannung von dem Transformator 1 erzeugt wird.
Eine Langsamstartschaltung 34 gibt ein relativ langsam ansteigendes Starttreibersignal 56 zu der PWM-Schaltung 8 aus, um zu verhindern, dass eine Überspannung augenblicklich zu einer Zeit des Starts der Schaltung erzeugt wird. Unter Berücksichtigung der augenblicklichen Erzeugung einer derartigen Überspannung infolge irgendeines Grundes zu der Zeit des Startens der Schaltung kann die Schutzschaltung 50 in einer solchen Weise entworfen sein, dass die logische Schaltung 29 ihren Betrieb anhält, wenn die Ausgangsspannung 12 des Fehlerverstärkers 11 oder die Ausgangsspannung 52 des Spannungsrückführungs-Fehlerverstärkers 51 einen vorbestimmten Wert nach einer vorbestimmten Zeit, die durch einen eingebauten Zeitge ber eingestellt ist, überschreitet, und dass die logische Schaltung 29 verhindert ist zufällig ihre Operation zu beenden.
Die Schutzschaltung 50 hat auch die Funktion, den Betrieb der logischen Schaltung 29 zu beenden, wenn das Ausgangsstromsignal 53 des Transformators 1 einen vorbestimmten Wert überschreitet, der aus seinem Normalbereich herausfällt. Auf diese Weise werden der Transformator 1 und diese Schaltungen vor einer Beschädigung geschützt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich zu dem durch das erste Ausführungsbeispiel erhaltenen technischen Fortschritt leicht möglich, zu verhindern, dass ein Überstrom in die Entladungslampe 9 fließt oder eine Überspannung von dem Transformator 1 erzeugt wird, und weiterhin jegliche Beschädigungen des Transformators 1 und sämtlicher Schaltungen zu verhindern.

Claims

Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe (9), welche aufweist: einen Transformator mit einer Primärseite, die ausgebildet ist zum Empfangen eines Wechselstroms und einer Wechselspannung, und einer Sekundärseite, die mit einer Entladungslampe verbunden ist, wobei die Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom, die der Primärseite zugeführt werden, einen minimalen Wert bei einer Frequenz für eine minimale Phasendifferenz hat, dadurch gekennzeichnet, dass: die Wechselrichterschaltung weiterhin aufweist: eine H-Brückenschaltung (17), die mit der Primärseite des Transformators verbunden ist zum Erzeugen des Wechselstroms und der Wechselspannung, eine logische Schaltung (29), die mit der H-Brückenschaltung (17) verbunden ist zum Erzeugen eines Eingangssignals für die H-Brückenschaltung (17), eine Resonanzschaltung mit einer parasitären Kapazität der Entladungslampe (9) auf der Sekundärseite des Transformators (1), wobei der Transformator ein elektromagnetischer Transformator ist und wobei die Frequenz des Wechselstroms und der Wechselspannung, die von der H-Brückenschaltung erzeugt wurden, niedriger als eine Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung ist und die Frequenz innerhalb eines Bereichs von Frequenzen entsprechend Frequenzen ist, bei denen die Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom nicht mehr als –30° von dem minimalen Wert entfernt ist.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend eine Stossschaltung (22), die ausgebildet ist zum Ausgeben eines ersten und eines zweiten Stoßsignals (25b, 25a), wobei das erste und das zweite Stosssignal (25b, 25a) jeweils zwei verschiedene Pegel haben, die ein niedriger und ein hoher Pegel sind, wodurch die Primärseite des elektromagnetischen Transformators (1) ausgebildet ist, um intermittierend betrieben zu werden.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach Anspruch 2, bei der die Stossschaltung (22) einen CR-Oszillator (40), einen Dreieckwellen-Spannungsgenerator (41) und einen Komparator (42) aufweist.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach Anspruch 3, bei der das erste Stosssignal (25b) im Gebrauch erhalten wird durch Einstellen eines Wertes eines Widerstands (23), der mit dem CR-Oszillator (40) verbunden ist, derart, dass er größer als ein vorbestimmter Wert ist, und das zweite Stosssignal (25a) im Gebrauch erhalten wird durch Einstellen des Wertes des Widerstands (23) derart, dass er kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, weiterhin aufweisend einen Fehlerverstärker (11) für die Rückkopplungssteuerung eines Stroms der Entladungslampe (9), und ein invertierender Eingang des Fehlerverstärkers hochgezogen wird, wenn das Stosssignal niedrig ist, wodurch die Primärseite des elektromagnetischen Transformators (1) deaktiviert ist.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die H-Brückenschaltung (17) vier Schaltelemente (A1, A2, B1, B2) aufweist zum Zuführen von Leistung zu der Entladungslampe (9) durch Umwandeln der Leistung in einen Wechselstrom durch Ein- und Ausschalten der Schaltelemente durch abwechselndes Schalten einzelner der Schaltelemente auf Diagonallinien, wobei die einzelnen der Schaltelemente auf Diagonallinien einen PMOS-Transistor und einen NMOS-Transistor in Reihe enthalten, und zwei Verzögerungsschaltungen (35, 35) jeweils mit Gateschaltungen der PMOS-Transistoren (A1, A2) verbunden sind.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die H-Brückenschaltung (17) vier Schaltelemente (A1, A2, B1, B2) zum Zuführen von Leistung zu der Entladungslampe (9) durch Umwandeln der Leistung in einen Wechselstrom durch Ein- und Ausschalten der Schaltelemente durch abwechselndes Schalten einzelner der Schaltelemente auf Diagonallinien aufweist, wobei die einzelnen der Schaltelemente auf Diagonallinien einen PMOS-Transistor und einen NMOS-Transistor in Reihe enthalten, die PMOS-Transistoren (A1, A2) jeweils ausgeschaltet sind zu der Zeit eines von höchsten Vorwärtsscheitelpunkten eines vorbestimmten Dreieckwel lensignals (7) in jedem zweiten des vorbestimmten Dreieckwellensignalzuges und die NMOS-Transistoren (B1, B2) jeweils eingeschaltet sind zu der Zeit eines von Negativscheitelpunkten des vorbestimmten Dreieckwellensignals (7) in jedem zweiten des vorbestimmten Dreieckwellensignalzuges.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach Anspruch 7, die so ausgebildet ist, dass EIN der NMOS-Transistoren (B1, B2) fortgesetzt wird, bis sich das vorbestimmte Dreieckwellensignal (7) und ein Ausgangssignal (12) des Fehlerverstärkers (11) kreuzen, und die PMOS-Transistoren (A1, A2) nach einer vorbestimmten Zeit zu der Abschaltzeit der NMOS-Transistoren (B1, B2) eingeschaltet werden.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend eine Schutzschaltung (30) zum Deaktivieren der H-Brückenschaltung (17), wenn eine Ausgangsspannung der Sekundärseite des Transformators (1) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin aufweisend einen Spannungsrückführungs-Fehlerverstärker (51) für die Rückführungssteuerung einer Ausgangsspannung des Transformators (1).
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach Anspruch 9, weiterhin aufweisend eine Schutzschaltung (50) zum Deaktivieren der H-Brückenschaltung (17), wenn ein Ausgangssignal des Fehlerverstärkers (51) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach Anspruch 11, bei der die Schutzschaltung (50) ausgebildet ist, um für die Deaktivierung der H-Brückenschaltung (17) betätigt zu werden, wenn ein Ausgangssignal der Sekundärseite des Transformators (1) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach Anspruch 9 oder Anspruch 11, bei der der vorbestimmte Wert eine Bezugsspannung eines Komparators der Schutzschaltung (30, 50) ist.
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die so ausgebildet ist, dass die Frequenz des Wechselstroms und der Wechselspannung erhalten wird durch Einstellen von Werten eines Widerstands (5) und eines Kondensators (6) einer Oszillationsschaltung (4).
Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Wechselrichterschaltung für eine LCD-Einheit verwendet wird.
Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichterschaltung für eine Entladungslampe (9), welche Wechselrichterschaltung aufweist: einen elektromagnetischen Transformator (1) mit einer Primärseite, die ausgebildet ist zum Empfangen eines Wechselstroms und einer Wechselspannung, und einer Sekundärseite, die mit der Entladungslampe (9) verbunden ist, wobei die Frequenzcharakteristiken der Primärseite des Transformators derart sind, dass eine minimale Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom, die der Primärseite zugeführt werden, bei einer Frequenz für eine minimale Phasendifferenz besteht; dadurch gekennzeichnet, dass: die Wechselrichterschaltung weiterhin aufweist: eine H-Brückenschaltung (17), die mit der Primärseite des Transformators (1) verbunden ist und ausgebildet ist zum Erzeugen des Wechselstroms und der Wechselspannung; eine logische Schaltung (29), die mit der H-Brückenschaltung (17) verbunden ist, um ein Eingangssignal für die H-Brückenschaltung (17) zu erzeugen; und eine Resonanzschaltung aufweisend eine parasitäre Kapazität der Entladungslampe (9) auf der Sekundärseite des Transformators (1); welches Verfahren aufweist: Erzeugen des Wechselstroms und der Wechselspannung von der H-Brückenschaltung (17) mit einer Frequenz, die niedriger als eine Resonanzfrequenz der Resonanzschaltung ist und welche Frequenz innerhalb eines Bereichs von Frequenzen entsprechend Frequenzen, bei denen die Phasendifferenz zwischen der Wechselspannung und dem Wechselstrom nicht mehr als –30° von dem minimalen Wert abweicht, ist.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Wechselrichterschaltung weiterhin eine Stossschaltung (22) aufweist und die Stossschaltung (22) ein erstes und ein zweites Stosssignal (25b, 25a) ausgibt, wobei das erste und das zweite Stosssignal (25b, 25a) jeweils zwei unterschiedliche Pegel mit einem niedrigen und einem hohen Pegel haben, wodurch die Primärseite des elektromagnetischen Transformators (1) intermittierend betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Stossschaltung einen CR-Oszillator (40), einen Dreieckwellen-Spannungsgenerator (41) und einen Komparator (42) aufweist, und ein invertierender Eingang eines Fehlerverstärkers (11) für die Rückführungssteuerung eines Stroms der Entladungslampe (9) wird hochgezogen, wenn das Stosssignal niedrig ist, wodurch die Primärseite des elektromagnetischen Transformators (1) deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die H-Brückenschaltung (17) vier Schaltelemente (A1, A2, B1, B2) aufweist und Leistung zu der Entladungslampe (9) geliefert wird durch Umwandeln der Leistung in einen Wechselstrom durch Ein- und Ausschalten der Schaltelemente durch abwechselndes Schalten einzelner der Schaltelemente auf Diagonallinien, wobei die einzelnen der Schaltelemente auf Diagonallinien einen PMOS-Transistor und einen NMOS-Transistor in Reihe enthalten.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die PMOS-Transistoren (A1, A2) jeweils ausgeschaltet werden zu der Zeit eines von höchsten Vorwärtsscheitelpunkten eines vorbestimmten Dreieckwellensignals (7) in jedem zweiten des vorbestimmten Dreieckwellensignalbezugs und die NMOS-Transistoren (B1, B2) jeweils eingeschaltet werden zu der Zeit eines der höchsten Negativscheitelpunkte des vorbestimmten Dreieckwellensignals (7) in jedem zweiten der vorbestimmten Dreieckwellensignalzugs.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das EIN der NMOS-Transistoren (B1, B2) fortgesetzt wird, bis das vorbestimmte Dreieckwellensignal (7) und ein Ausgangssignal (12) des Fehlerverstärkers (11) einander kreuzen, und die PMOS-Transistoren (A1, A2) nach einer vorbestimmten Zeit zu der Abschaltzeit der NMOS-Transistoren (B1, B2) eingeschaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem die H-Brückenschaltung (17) durch eine Schutzschaltung (30) deaktiviert wird, wenn eine Ausgangsspannung der Sekundärseite des Transformators (1) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem eine Ausgangsspannung des Transformators (1) durch einen Spannungsrückführungs-Fehlerverstärker (51) rückführungsgesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die H-Brückenschaltung durch eine Schutzschaltung (50) deaktiviert wird, wenn eine Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers (51) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Schutzschaltung (50) betätigt wird, wenn ein Ausgangssignal der Sekundärseite des Transformators (1) einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 24, bei dem der vorbestimmte Wert eine Bezugsspannung eines Komparators der Schutzschaltung (30, 50) ist.