Inwertery w monitorach i telewizorach LCD

Transkrypt

1 Inwertery w monitorach i telewizorach LC Inwertery w monitorach i telewizorach LC Rajmund Wiœniewski Inwerterom steruj¹cym lampami podœwietlaj¹cymi od ty³u ekrany paneli wyœwietlaczy LC poœwiêciliœmy ju trochê miejsca na naszych ³amach. W numerze 8 z 009 roku zamieœciliœmy krótki artyku³ Inwerter do sterowania podœwietleniem ekranów LC, w którym w zwiêz³y sposób dokonano klasyfikacji inwerterów. Niniejszy artyku³ stanowi uzupe³nienie tamtego artyku³u, uszczegó³owiaj¹c go o schematy z opisami i ilustracje. Jak pamiêtamy z niezbyt d³ugiej historii produkcji monitorów z ekranami LC, w pierwszym okresie obowi¹zuj¹cym trendem w konstruowaniu tych urz¹dzeñ by³o oddzielne projektowanie i wytwarzanie zasilacza i inwertera w postaci odrêbnych modu³ów. Widok takich modu³ów pokazano na rysunku. Modyfikacj¹ tego trendu by³o wyposa anie monitorów w zewnêtrzny zasilacz. otyczy³o to g³ównie monitorów z mniejszymi kilkunastocalowymi ekranami. Postêp konstrukcyjny i technologiczny zmieni³ tendencje oddzielnego konstruowania zasilacza i inwertera scalaj¹c je w nowszych opracowaniach do jednego wspólnego modu³u. Widok takiego modu³u wraz z zaznaczeniem sekcji inwertera i zasilacza zaprezentowano na rysunku. W przywo³anym we wstêpie artykule Inwerter do sterowania podœwietleniem ekranów LC dokonano klasyfikacji inwerterów ze wzglêdu na zastosowane rozwi¹zania uk³adowe. Wed³ug przyjêtego podzia³u s¹ to nastêpuj¹ce typy inwerterów: inwerter Buck-Royer inwerter Push-Pull (irect rive) inwerter Half-Bridge (irect rive) inwerter Full-Bridge (irect rive) W tym miejscu tytu³em uzupe³nienia (bo nie zosta³o to powiedziane w przywo³ywanym artykule) nale y zwróciæ uwagê na dopisane w nawiasie przy drugim, trzecim i czwartym inwerterze w nawiasie dwa s³owa irect rive, oznaczaj¹ce Inwerter Zasilacz Rys.. Widok inwertera i zasilacza wykonanych w postaci jednego modu³u dos³ownie sterowanie bezpoœrednie. terowanie bezpoœrednie, gdy w rozwi¹zaniach zastosowanych w tych trzech inwerterach wyeliminowane zosta³y, niezbêdne w konwencjonalnym oscylatorze Royera, induktor (cewka buck) i kondensator rezonansowy. Innymi s³owy w inwerterach ze sterowaniem irect rive zredukowaniu uleg³a iloœæ podzespo³ów, zmniejszono koszty wytwarzania i co najwa niejsze istotnie poprawiono projekt (konstrukcjê) transformatora pod k¹tem optymalizacji jego wydajnoœci. Na rysunku pokazano podstawowy schemat uk³adu Buck Royer z opisem funkcji pe³nionych przez istotne podzespo³y. Z kolei na rysunku 4 pokazano zdjêcie inwertera skonstruowanego na uk³adzie Buck Royer wraz z opisem funkcji podzespo³ów. Zasilacz o górnej lampy W starszych monitorach LC uk³ad TTL 4HC0 dzia³a jako uk³ad steruj¹cy inwerterm Bezpiecznik o dolnej lampy W starszych konstrukcjach monitorów LC inwerter jest wykonany w postaci oddzielnego modu³u lub krokowy Rys.. Widok inwertera i fragmentu zasilacza wykonanych w postaci oddzielnych modu³ów rozwi¹zanie stosowanych w starszych konstrukcjach monitorów LC

2 Inwertery w monitorach i telewizorach LC ioda Buck tuning Cewka Buck Tranzystory push pull Uk³ad sprzê enia Rys.. Podstawowy schemat uk³adu Buck Royer i opis funkcji pe³nionych przez jego podzespo³y Na rysunku 5 pokazano fragment schematu ideowego inwertera, którego zdjêcie znajduje siê na rysunku 4. Na schemacie tym równie zaznaczono funkcje pe³nione przez wa - niejsze podzespo³y. W celu sterowania podœwietleniem tylnym ekranu LC (lampami ) wbudowanym w panel wyœwietlacza uk³ad inwertera wymaga przetworzenia (zamiany) sta³ego V na wyjœciowe napiêcie zmienne o poziomie kilkuset a nawet ponad tysi¹c woltów. Uk³ad inwertera jest utworzony przez symetryczne bloki (zespo³y) uk³adów w celu sterowania oddzielnymi lampami lub zespo³ami lamp. topieñ wejœciowy (w konfiguracji buck converter) sk³ada siê z uk³adu scalonego steruj¹cego prac¹ inwertera (modulator impulsów PWM), tranzystora FET z kana³em typu P, cewki buck i diody buck. Nastêpny stopieñ sk³ada siê z kondensatora determinuj¹cego czêstotliwoœæ oscylatora, transformatora i pary tranzystorów Push Pull maj¹cych za zadanie podniesienie wyjœciowego zmiennego do poziomu setek woltów. steruje amplitud¹ pr¹du dziêki ujemnej impedancji lampy poprzez obni anie w przybli eniu równego na impedancji dodatniej. Uk³ad sprzê enia zastosowano w celu ochrony i zadaniem jego jest wy³¹czenie pracy uk³adu scalonego steruj¹cego prac¹ inwertera w przypadku wytwarzania przez transformator zbyt, przekraczaj¹cego normaln¹ wartoœæ, a tak e wykrywania braku (b¹dÿ nieprawid³owego) lub migaj¹cego podœwietlenia. Uk³ad scalony steruj¹cy prac¹ inwertera u ywany jest równie do sterowania jasnoœci¹ œwiecenia lamp. Czêstotliwoœæ zmiennego na wyjœciu transformatora wynosi typowo od 0kHz do 0kHz, przy czym wy sza czêstotliwoœæ równoznaczna jest z wiêksz¹ jasnoœci¹ œwiecenia lamp. Coraz czêœciej w konstrukcjach inwerterów mo na spotkaæ Buck-tranzystor FET zaimplementowany do obudowy uk³adu scalonego w obudowie typu ual in Line lub M. Pozwala to na wygodne i efektywne testowanie takiego terownik inwertera ekcja zasilacza ³awik buck Tranzystor FET kana³ P iody buck Tranzystory push-pull y y tuningu ekcja inwertera Uk³ad podœwietlania tylnego lampa górna Podœwietlanie tylne Uk³ad podœwietlania tylnego lampa dolna Rys.4. Zdjêcie inwertera skonstruowanego na uk³adzie Buck Royer wraz z opisem funkcji podzespo³ów

3 Inwertery w monitorach i telewizorach LC C 0.µ IC5 TL45AC C5 0µ 5V 05C R55.K /4W C59 0.0µ R59 5K C9 000P Q5 R K Q5 FU904N R REF CT CP RT IN+ IN+ Tranzystor Buck FET IN- IN- FBK FBK TC TC OUT OUT GN C 0P Q5 A 5 B0 L µ R8 K /W ioda Buck C0 µ 05C C4 µ 05C R9 K /W Q59 C50 y tuning C54 0.5µ (MKP) 00V Tranzystory push pull C55 0.5µ (MKP) 00V R0 (HORT) 5 N N N 4 Q0 C50 T C5 P KV 5 N N448 CN5 P R 40 /4W C.µ 05C Uk³ad sprzê enia C5 40P R4 5K R5 0K C % 000P C8 0.µ C 0.0µ R0 0 R.K /4W GN Q4 Q4 FU904N R40 K C 0P B0 C5 0µ 5V 05C L5 0µ Uk³ad scalony steruj¹cy Rys.5. Fragment schematu ideowego inwertera skonstruowanego w oparciu o uk³ad Buck Royera tranzystora poprzez porównywanie na przyk³ad rezystancji pomiêdzy wyprowadzeniami z innym sprawnym tranzystorem znajduj¹cym siê na p³ytce inwertera lub za pomoc¹ specjalnego testera tranzystorów FET. Przyk³ad zastosowania tranzystora FET w obudowie tranzystora pokazano na rysunku, z kolei na rysunku tranzystora FET z kana³em p w obudowie uk³adu scalonego. Na rysunku 8 pokazano schemat blokowy inwertera typu Push Pull (irect rive) wraz z opisem pe³nionych funkcji przez wybrane elementy. Na rysunku 9 pokazano schemat blokowy inwertera typu R55.K /4W C5 0µ 5V 05C C59 0.0µ R59 5K R K C9 000P Q5 FU904N Q5 Tranzystor Buck FET R 0 G C 0P Q5 A L µ 5 B0 R8 K /W R9 K /W Q59 C50 Rys.. w obudowie tranzystora ource 00J 4 Q55 I44Z G Gate R5 k rain 00 Zintegrowany tranzystor FET N90 L5 80µ A Z5 V C9 0p (NP0) V Q5 80T Rys.. w obudowie uk³adu scalonego 00J

4 Inwertery w monitorach i telewizorach LC Odczep œrodkowy T Podstawowy schemat inwertera typu Half Bridge T Q Q Q Q Te dwa tranzystory FET z kana³em N i P mog¹ byæ zintegrowane do uk³adu scalonego Uk³ad sprzê enia Te dwa tranzystory FET z kana³em N i P mog¹ byæ zintegrowane do uk³adu scalonego Uk³ad sprzê enia Rys.8. chemat blokowy inwertera typu Push Pull (irect rive) wraz z opisem pe³nionych funkcji przez wybrane elementy Push Pull (irect rive) wraz z opisem pe³nionych funkcji przez wybrane elementy. Na rysunku 0 pokazano fragment schematu ideowego inwertera typu Half Bridge (irect rive). Inwerter ten jest podobny do inwertera typu Push-Pull, ró ni siê konstrukcj¹ transformatora jest tylko jedno uzwojenie pierwotne bez œrodkowego odczepu. Zmiana kierunku przep³ywu pr¹du powoduje zmianê (odwrócenie) pola magnetycznego.uk³ad steruj¹cy praca inwertera Half Bridge (irect rive) jest równie podobny do uk³adu zastosowanego w inwerterze Push-Pull. W konstrukcji tego inwertera zoptymalizowano rdzeñ transformatora i uzwojenie pierwotne. Rys.9. chemat blokowy inwertera typu Half Bridge (irect rive) wraz z opisem pe³nionych funkcji przez wybrane elementy Inwerter typu Full Bridge jest równie podobny do inwertera Push-Pull, z tym e nie jest tu wymagany œrodkowy odczep uzwojenia pierwotnego, poniewa odwrócenie pola magnetycznego osi¹gane jest w wyniku zmiany kierunku przep³ywu pr¹du. Pary tranzystorów Q i Q4 oraz Q i Q przewodz¹ naprzemiennie. Takie rozwi¹zanie inwertera mo na znaleÿæ w wielu aktualnie produkowanych monitorach i telewizorach LC. Na rysunku przedstawiono schemat blokowy inwertera typu Full Bridge (irect rive). Rysunki i przedstawiaj¹ praktyczn¹ realizacjê inwertera wykorzystuj¹cego konfiguracjê Full Bridge (irect rive). Z³¹cze do lampy T CN5 P Z uk³adu 4HC0 Z uk³adu 4HC0 R0 Q B IRFL04N R5 R88 0k R8 0k Q0 J485 C 0p C5 00µ / z kana³em N T 0 C5 p kv (OPEN) To rozwi¹zanie nie podsiada uk³adu sprzê enia chemat inwertera typu Half Bridge stosowanego w starszych konstrukcjach monitorów LC T5 0 T równoleg³y do T Rys.0. Fragment schematu ideowego inwertera typu Half Bridge

5 Inwertery w monitorach i telewizorach LC ENA REF Inwerter IC Q Q IM Q Q4 OLR OLM Podwójny tranzystor FET w pojedynczej obudowie uk³adu scalonego Uk³ad sprzê enia Rys.. chemat blokowy inwertera typu Full Bridge (irect rive) wraz z opisem pe³nionych funkcji przez wybrane elementy Te dwa uk³ady steruj¹ górnym transformatorem Te dwa uk³ady steruj¹ dolnym transformatorem Uk³ad scalony steruj¹cy Inwerter typu Full Bridge Rys.. Widok od strony elementów inwertera typu Full Bridge Uk³ad scalony sterujacy Widok od spodu p³ytki inwertera, na to jak jest pod³¹czony inwerter typu full bridge calone (IC) tranzystory MOFET z podwójnym kana³em NiP Rys.. Widok od strony mozaiki inwertera typu Full Bridge }