Inwerter do sterowania podświetleniem ekranów

Inwerter do sterowania podœwietleniem ekranów LCD
Inwerter do sterowania podœwietleniem ekranów LCD
Andrzej Brzozowski
Bardzo istotnym elementem ekranu LCD jest Ÿród³o œwiat³a przepuszczanego przez komórki matrycy LCD.
Œwiat³o pochodzi z jednej lub z kilku lamp fluorescencyjnych CCFL umieszczonych z ty³u ekranu. Lampy sterowane
s¹ sygna³ami z inwertera DC/AC, który przetwarza napiêcie
sta³e na napiêcie impulsowe rzêdu setek woltów a nawet kilku
kilowoltów wymagane dla poprawnego sterowania lamp¹.
Starsze rozwi¹zania monitorów LCD posiada³y oddzielny
modu³ inwertera, w nowszych rozwi¹zaniach modu³ inwertera
umieszczany jest w bloku zasilania monitora.
W monitorach LCD stosowane s¹ najczêœciej nastêpuj¹ce
rodzaje inwerterów:
· Buck-Royer
· Push-Pull
· Half-Bridge
· Full-Bridge
Inwerter typu Buck-Royer
Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy inwertera
typu Buck-Royer.
a) schemat blokowy inwertera Buck-Royer
Uk³ad
prze³¹czaj¹cy
12V
Inwerter typu Push-Pull
Schemat blokowy inwertera Push-Pull przedstawiono na
rysunku 2.
Transformator
wysokiego
napiêcia
Oscylator
Royera
· transformatora wysokiego napiêcia T1,
· kondensatora ustalaj¹cego czêstotliwoœæ pracy oscylatora C1,
· kondensatora ustalaj¹cego pr¹d lampy C2.
Uk³ad sprzê¿enia zwrotnego (D2, D3, R1) wytwarza napiêcie proporcjonalne do pr¹du lampy podawane do uk³adu
regulacji szerokoœci impulsów. Napiêcie sprzê¿enia zwrotnego s³u¿y do stabilizacji napiêcia wyjœciowego z konwertera
Buck zasilaj¹cego oscylator Royera i regulacji jasnoœci œwiecenia lampy.
Czêstotliwoœæ pracy oscylatora Royera mieœci siê w zakresie 30-70kHz. Im wy¿sza jest czêstotliwoœæ pracy, tym wiêcej
œwiat³a jest uzyskiwane z lampy CCFL.
Niektóre z rozwi¹zañ uk³adu podœwietlenia z konwerterem
typu Buck wykorzystuj¹ uk³ad scalony modulatora PWM z zintegrowanym tranzystorem MOSFET (np. uk³ady scalone 4432,
BE3V1J). Najczêœciej stosowane tranzystory MOSFET z kana³em typu P to: FU9024N firmy International Rectifier, J598 firmy NEC itp. Jako tranzystory Push-Pull oscylatora Royera stosowane s¹ bipolarne tranzystory NPN np: 2SC5706, 2SC5707.
T1
Lampa
CCFL
Sygna³ On/Off
Regulacja jaskrawoœci
Vcc
n2
Uk³ad sprzê¿enia
zwrotnego
Uk³ad steruj¹cy
inwerterem
C1
n1
Q1
Q2
b) schemat ideowy inweretra Buck-Royer
D1
T1
Q1
Vcc
D2
C2
L1
IC1 - uk³ad steruj¹cy
inwerterem
R1
D1
Rys.2. Schemat blokowy inwertera Push-Pull
C1
D2
D3
Q2
Q3
R1
Sygna³ On/Off
Regulacja jaskrawoœci
IC1 - uk³ad steruj¹cy
inwerterem
Rys.1. Inwerter typu Buck-Royer
Inwerter typu Buck-Royer sk³ada siê z dwóch stopni. Pierwszy z nich to konwerter napiêcia DC/DC typu Buck (konwerter
DC/DC obni¿aj¹cy napiêcie) zawieraj¹cy:
· uk³ad scalony IC1 modulatora szerokoœci impulsów PWM,
· Q1 – tranzystor MOSFET z kana³em typu P,
· L1 – cewkê uk³adu Buck,
· D1 – diodê uk³adu Buck.
Napiêcie z wyjœcia konwertera typu Buck zasila oscylator
Royera sk³adaj¹cy siê z:
· pary tranzystorów pracuj¹cych w uk³adzie Push-Pull Q2, Q3,
Inwerter Push-Pull sk³ada siê z uk³adu steruj¹cego IC1 –
modulatora szerokoœci impulsów PWM, pary tranzystorów
MOSFET z kana³em typu N – Q1, Q2, transformatora wysokiego napiêcia T1, kondensatora C1 ustalaj¹cego pr¹d lampy i
uk³adu sprzê¿enia zwrotnego (D1, D2, R1).
Uzwojenie pierwotne transformatora wysokiego napiêcia
w inwerterze Push-Pull jest podzielone na dwie identyczne czêœci (uzwojenie z centralnym odczepem).
W inwerterze Push-Pull tranzystory Q1, Q2 w³¹czane s¹
naprzemiennie. Gdy tranzystor Q1 przewodzi, pr¹d p³ynie przez
uzwojenie pierwotne n1 transformatora T1 i pole magnetyczne transformatora wytwarza napiêcie w uzwojeniu wtórnym
transformatora. Gdy Q1 jest wy³¹czony, pole magnetyczne
zanika i po czasie nazywanym czasem martwym (ang. “dead
time”) za³¹czany jest tranzystor Q2. Gdy Q2 przewodzi, pr¹d
p³ynie przez uzwojenie pierwotne n2 i w uzwojeniu wtórnym
pojawia siê napiêcie. Gdy Q2 jest wy³¹czony, pole magnetyczne zanika i po czasie martwym ponownie za³¹czany jest tranzystor Q1 i cykl pracy powtarza siê.
SERWIS ELEKTRONIKI
Inwerter do sterowania podœwietleniem ekranów LCD
W niektórych rozwi¹zaniach inwerterów Push-Pull tranzystory Q1, Q2 mog¹ byæ zintegrowane w uk³adzie scalonym
modulatora szerokoœci impulsów.
Niektóre z uk³adów scalonych mog¹ sterowaæ dwiema parami tranzystorów kluczuj¹cych dwa transformatory wysokiego napiêcia. Ka¿de z uzwojeñ wtórnych transformatorów mo¿e
sterowaæ kilka lamp CCFL.
Inwerter typu Half-Bridge
Inwerter Full-Bridge
W inwerterze Full-Bridge podobnie jak w inwerterze HalfBridge transformator wysokiego napiêcia ma pojedyncze uzwojenie pierwotne. Odwrócenie pola magnetycznego wytwarzanego przez transformator dokonywane jest poprzez odwrócenie kierunku przep³ywu pr¹du w uzwojeniu pierwotnym. Na
rysunku 5 przedstawiono schemat blokowy inwertera FullBridge.
Vcc
Na rysunku 3 przedstawiono schemat blokowy inwertera
Half-Bridge.
T1
Vcc
Q1
Q3
C1
C2
Q2
Q1
T1
Q4
C1
C2
D1
D3
Q2
D2
R1
IC1 - uk³ad steruj¹cy
inwerterem
Rys.3. Schemat blokowy inwertera Half-Bridge
Inwerter typu Half-Bridge jest podobny do inwertera typu
Push-Pull. Ró¿nica polega na budowie transformatora wysokiego napiêcia. W inwerterze Half-Bridge uzwojenie pierwotne transformatora nie posiada centralnego odczepu. Odwrócenie pola magnetycznego wytwarzanego przez transformator dokonywane jest poprzez odwrócenie kierunku przep³ywu pr¹du
w uzwojeniu pierwotnym.
W inwerterze Half-Bridge stosowane s¹ tranzystory MOSFET z kana³em typu P – górny tranzystor i kana³em typu N –
dolny tranzystor. Tranzystory sterowane s¹ naprzemiennie –
zawsze przewodzi tylko jeden z nich. Czas martwy wymagany
dla zaniku pola magnetycznego zale¿y od czêstotliwoœci pracy inwertera.
Uk³ad Half-Bridge zapewnia lepsze wykorzystanie transformatora i mniejsz¹ objêtoœæ uzwojenia pierwotnego ni¿ uk³ad
Push-Pull.
Niektóre z uk³adów scalonych stosowanych jako modulator PWM mog¹ sterowaæ dwiema parami tranzystorów kluczuj¹cych dwa transformatory wysokiego napiêcia. Ka¿de z
uzwojeñ wtórnych transformatorów mo¿e sterowaæ kilkoma
lampami CCFL.
Na rysunku 4. przedstawiono schemat blokowy inwertera
Half-Bridge stosowanego w starszego typu monitorach LCD.
T1
Vcc
C2
Q1
C1
T2
Q2
C3
IC1 - uk³ad steruj¹cy
inwerterem
Rys.4. Inwerter Half-Bridge stosowany w monitorach
LCD starszego typu
IC1 - uk³ad steruj¹cy
inwerterem
D1 C3
D2
R1
D4
Rys.5. Schemat blokowy inwertera Full-Bridge
Tranzystory inwertera Full-Bridge sterowane s¹ parami naprzemiennie: najpierw przewodzi para Q1, Q4, nastêpnie przewodzi para Q2, Q3. Gdy przewodzi para Q1, Q4, pr¹d p³ynie
od zasilania, przez tranzystor Q1, kondensator C1, uzwojenie
pierwotne i tranzystor Q4 do masy. Gdy przewodzi para Q2,
Q3, pr¹d p³ynie od zasilania, przez tranzystor Q2, uzwojenie
pierwotne, kondensator C1 i tranzystor Q3 do masy.
Uk³ad sprzê¿enia zwrotnego wytwarza napiêcia proporcjonalne do pr¹du (D3, D4, R1) i napiêcia (C2, C3, D1, D2) lampy. Napiêcia z uk³adu sprzê¿enia zwrotnego podawane s¹ do
uk³adu steruj¹cego IC1, który reguluje wspó³czynnik wype³nienia przebiegów steruj¹cych tranzystorami.
W niektórych monitorach LCD, gdzie jako uk³ad steruj¹cy
zastosowano uk³ad scalony OZ960 mo¿liwe jest zastosowanie
dwóch torów Full-Bridge steruj¹cych dwoma transformatorami wysokiego napiêcia.
Typowe uszkodzenia inwerterów
Najczêstszymi uszkodzeniami spotykanymi w uk³adach inwerterów s¹:
· uszkodzenia punktów lutowniczych szczególnie na wyprowadzeniach transformatora wysokiego napiêcia i cewki Buck (w inwerterze Buck-Royer),
· zwarcie lub spalenie uzwojenia transformatora wysokiego napiêcia,
· zwarcie lub up³ywnoœæ tranzystorów kluczuj¹cych uzwojenie pierwotne transformatora wysokiego napiêcia,
· zwarcie tranzystora z kana³em typu P w uk³adzie Buck
inwertera Buck-Royer
· uszkodzenie bezpiecznika w ga³êzi zasilaj¹cej inwerter,
· uszkodzenie kondensatora ustalaj¹cego pr¹d lampy – powoduje to brak œwiecenia lub migotanie œwiat³a lampy,
· uszkodzenie punktów lutowniczych na wyprowadzeniach
z³¹cza lampy.
Uszkodzenia uk³adów scalonych stosowanych w modulatorze PWM s¹ bardzo rzadkie. W torze modulatora PWM najczêœciej stosowane uk³ady scalone to: TL1451ACN, OZ960,
OZ962, OZ965, BIT3105, BIT5001.
}
SERWIS ELEKTRONIKI