DE60216459T2

DE60216459T2 - Wechselrichter für eine flüssigkristallanzeige, und stromversorgung mit einem solchen wechselrichter

Info

Publication number: DE60216459T2
Application number: DE60216459T
Authority: DE
Inventors: Thomas A. J. Haus; Hendrik W. J. De Groot
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Bobinados De Transformadores Sl Zaragoza Es
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: EP1402511A1; TWI236653B; JP2004531030A; US20040160791A1; JP4168145B2; ATE347158T1; EP1402511B1; US7119496B2; WO2002103665A1; CN1516864A; CN1287347C; DE60216459D1; KR20030027024A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wechselrichter zur Verwendung in einer Flüssigkristallanzeigeeinheit. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Anordnung zur Stromversorgung mehrerer Hintergrundbeleuchtungs- oder Randausleuchtungseinrichtungen in einer Flüssigkristallanzeigeeinheit mit einem Netzanschluss, einem Leistungswandler und mindestens einem Wechselrichter.
Eine Stromversorgung für Entladungslampen in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist z.B. aus US 4 865 425 bekannt. Bei einer solchen Stromversorgung ist für jede Lampe ein Wechselrichter mit einem Oszillator und einem Aufwärtstransformator vorgesehen, um eine ausreichende Spannung zur Zündung der Lampe zu erzeugen.
Konventionelle Flüssigkristallanzeigevorrichtungen weisen eine netzisolierte Stromversorgung auf, welche in dem Sockel des Monitors, wo sich ausreichend Platz befindet, oder in einem separaten Adapter vorgesehen ist. Von dieser Stromversorgung wird dem Bildschirmteil, in dem mehrere Wechselrichter angeordnet sind, eine niedrigere Spannung (z.B. 12 V DC) zugeführt. Jeder Wechselrichter transformiert die niedrigere Gleichspannung auf einen geeigneten Pegel (z.B. 3 kV), welcher zum Zünden der Lampen erforderlich ist.
Um den Sicherheitsanforderungen in Bezug auf Strombegrenzungen nachzukommen, weisen konventionelle Wechselrichtertransformatoren eine begrenzte Ausgangsleistung um 10 W auf. Daher steuert jeder Wechselrichter lediglich eine oder zwei Lampen.
Selbst obgleich es Sicherheitsvorschriften gestatten würden, dass die Leistung erhöht wird, indem die Stromversorgung bis zu 47 V DC abgibt, würde dieses lediglich in einer geringfügigen Leistungszunahme resultieren und diese als Verluste in den Wechselrichtern zum größten Teil verloren gehen.
Wie aus Obigem deutlich wird, muss die Netzspannung zuerst auf 12 V herunter transformiert und danach auf die erforderliche Spannung in den Wechselrichtern hinauf transformiert werden. Dieses ist ein ineffizientes Verfahren. Des Weiteren sind zur Steuerung der Lampen mehrere Wechselrichter, typischerweise vier Wechselrichter zur Steuerung von acht Lampen, erforderlich.
Eine Stromversorgung für Entladungslampen, welche eine AC-Netzspannung aufnehmen und eine hohe Gleichspannung ohne dazwischen erfolgende Heruntertransformation abgeben, ist in US 5 126 637 offenbart.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Stromversorgung in einer Flüssigkristallanzeige (LCD) vorzusehen.
Diese und weitere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Stromversorgungsanordnung zur Abgabe von Energie an mehrere Hintergrundbeleuchtungseinrichtungen in einer Flüssigkristallanzeige erfüllt, wobei der Leistungswandler so angeordnet ist, dass er eine Eingangswechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung umwandelt, wobei der Wechselrichter mit der Ausgangsgleichspannung verbunden und so angeordnet ist, dass er die Ausgangsspannung in einen zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtungen geeigneten Spannungspegel umwandelt, wobei der Wechselrichter mit Netzisolation versehen ist.
Durch Verwendung dieser Anordnung kann auf einen konventionellen Adapter verzichtet werden, und das LCD kann direkt an das Netz angeschlossen werden. Die Umwandlung in eine niedrige Gleichspannung wird ausgeschaltet, ohne dabei die Strombegrenzungs-Sicherheitsvorschriften zu verletzen. Dieses resultiert in einer effektiveren Stromversorgung.
Ein weiterer Vorteil ist, dass von dem Wechselrichter eine größere Leistungsabgabe vorgesehen werden kann, ebenfalls ohne dabei die Strombegrenzungs-Sicherheitsvorschriften zu verletzen. Infolgedessen ist lediglich ein Wechselrichter erforderlich, um mehrere, mindestens vier, Hintergrundbeleuchtungseinrichtungen zu steuern. Auf diese Weise werden die Komplexität und die Kosten jedes LCDs reduziert.
Die LCD-Einheit weist typischerweise ebenfalls eine Schaltkreisstromversorgung auf, welche an den Leistungswandlerausgang angeschlossen und so angeordnet ist, dass sie Spannungspegel erzeugt, welche für den Steuerstromkreis des LCDs erforderlich sind. Diese Schaltkreisstromversorgung ist vorzugsweise ebenfalls mit Netzisolation versehen, so dass das gesamte LCD von dem Netz isoliert ist. Im Vergleich zu einer konventionellen LCD-Stromversorgung wurde die in dem Adapter normalerweise vorgesehene Netzisolation unterteilt und der Wechselrichter sowie die Schaltkreisstromversorgung jeweils mit dieser versehen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Leistungswandler und der Wechselrichter in einem Bildschirmteil des LCDs angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine sehr praktische und effiziente Ausführung, wobei das Netz einfach mit dem Bildschirmteil des LCDs verbunden ist. Somit sind keine Anschlussdrähte in der beweglichen Verbindungsstelle zwischen dem Sockel und dem Bildschirm erforderlich.
Der Leistungswandlerausgang weist vorzugsweise einen Spannungspegel auf, welcher höher als der Spannungspegel des AC-Eingangs ist und zum Beispiel im Bereich von 200–600 V liegt. Durch diesen Spannungspegel ist es möglich, die Leistung zu erzeugen, welche zur Steuerung mehrerer, zum Beispiel acht, Lampen ohne übermäßige Leistungsverluste erforderlich ist.
Der Leistungswandler kann durch einen PFC-Schaltkreis dargestellt sein.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen, mit Netzisolationsmitteln versehenen Wechselrichter zur Verwendung in einem LCD. Es sei erwähnt, dass dieses Konzept bei der LCD-Stromversorgung neuartig ist, und dass es eine kosteneffektivere und leistungseffektivere Stromversorgungsanordnung ermöglicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 – eine schematische Ansicht einer Stromversorgungsanordnung in einer LCD-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2a–c – verschiedene perspektivische Ansichten des Wechselrichters in 1;
3 – eine schematische Schnittansicht des Spulenkörpers des Wechselrichters in 2; sowie
4a–b – Beispiele von LLC und LLCC-Schaltkreisen.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Stromversorgungsanordnung in einer LCD-Einheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die LCD-Einheit 1 weist einen Sockelteil 2 und einen Bildschirmteil 3 auf, in welchem die Flüssigkristallanzeige 3a zusammen mit ihrer Steuerelektronik 4 untergebracht ist. Der Bildschirmteil umfasst ebenfalls eine Anzahl Hintergrundbeleuchtungseinrichtungen in Form von Lampen 5 mit Reflektoren 5a. Ein Leistungswandler in Form eines Leistungsfaktorverbesserungs-(PFC)-Schaltkreises 6 ist in dem unteren Teil des Bildschirmteils 3 angeordnet und mit dem Netz 7, normalerweise 90–250 V AC, in dem dargestellten Beispiel 230 V AC, verbunden. Der PFC-Schaltkreis 6 gibt einen 400 V Gleichstrom ab und weist keine Netzisolation auf.
Der Ausgangsgleichstrom wird einem Wechselrichter 8 zugeführt, welcher ebenfalls in dem Bildschirmteil 3 angeordnet ist. Der Wechselrichter 8 ist imstande, den PFC-Ausgangsgleichstrom in eine Spannung umzuwandeln, welche zur Steuerung der Lampen 5, typischerweise um 3 kV, geeigneter ist. Die Gleichspannung von dem PFC-Schaltkreis wird ebenfalls einem konventionellen Niederspannungstransformator 9 zugeführt, welcher Spannungen, die für die Steuerelektronik 4 des LCDs erforderlich sind, typischerweise 3V, 5V und 12V, erzeugen kann.
Der Wechselrichter 8 und der Leistungstransformator 9 sind beide mit Netzisolation versehen, wodurch den Sicherheitsanforderungen für das LCD entsprochen wird. Während dieses im Falle des konventionellen Niederspannungstransformators 9 einfach ist, ist es im Falle des Wechselrichters 8 komplizierter.
Der Transformatorteil 11 des Wechselrichters 8 ist in den 2–3 dargestellt und umfasst einen Kern, welcher sich aus zwei E-förmigen Teilen 12a und 12b sowie einem Spulenkörper 13 zusammensetzt, um Abschnitte 14, 15 für die Primär- und Sekundärspulenwicklung zu bilden (die Wicklungswindungen sind nicht dargestellt).
Um Probleme, welche trotz des in dem Transformator 11 vorhandenen, begrenzten Raumes durch Durchbruch und Korona hervorgerufen werden, zu verhindern, ist der Spulenkörper 13 mit Flanschen oder Ausbauchungen 16 ausgebildet, wodurch der Sekundärwicklungsabschnitt in mehrere Teile unterteilt wird. Auf jeder Seite der Wicklungen sind die Trennflanschen doppelt vorgesehen, wodurch so genannte Labyrinthe 17 gebildet werden.
Des Weiteren weisen die Sekundärteile zu dem Kern 12a, 12b hin variierende Wanddicken auf, um Korona- und Durchbruchprobleme zwischen der Sekundärwicklung und dem Kern zu verhindern.
In dem in den 2–3 gezeigten Beispiel sind drei Sekundärteile 15a–15c dargestellt. Die Materialdicke b in jedem Teil nimmt mit dem Abstand von der Primärwicklung zu, wobei der erste Teil eine Wanddicke von 0,7 mm, der zweite Teil eine Wanddicke von 1,5 mm und der dritte Teil eine Wanddicke von 2,1 mm aufweist. Das heißt, dass eine sich verringernde Anzahl Schichten in jedem Teil untergebracht werden kann: 22 Schichten in dem ersten Teil, 17 Schichten in dem zweiten und 12 Schichten in dein dritten Teil. Die Breite a der Teile 15a–c kann dennoch gleich sein, so dass jede Schicht in jedem Teil eine gleiche Anzahl Windungen, in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 19 Windungen, aufweist. Der Wechselrichter in den 2–3 weist eine Primärwicklung mit 110 Windungen und eine Sekundärwicklung mit nahezu 1000 Windungen, welche unter den drei Teilen verteilt sind, auf.
Bei der hier beschriebenen Ausführung ist die Notwendigkeit, den Wechselrichter mit Harz zu füllen, oder die Notwendigkeit, Isolationsband zu verwenden, ausgeschaltet, wodurch Kosten gespart werden.
Vor Einsetzen des Kerns 12a, 12b in die entsprechende Öffnung des Spulenkörpers 13 wird der Spulenkörper 13 in einem Gehäuse 18 angeordnet. Der Teil 19 des Spulenkörpers 13, welcher den Kern aufnehmen soll, ist in einer Vertiefung 20 des Gehäuses vorgesehen, wobei die Vertiefung auf jeder Seite Öffnungen 21 aufweist. Die Kernteile 12a, 12b werden dann durch diese Öffnungen 21 in den Spulenkörper 13 eingesetzt, wodurch der Spulenkörper 13 und das Gehäuse 18 fest miteinander verbunden werden. Es sei erwähnt, dass die äußeren Teile 22 des Kerns 12a, 12b von den Seiten des Gehäuses 18 durch einen kleinen Zwischenraum d, vorzugsweise 1–2 mm, getrennt sind. Durch den Zwischenraum werden Koronaprobleme weiter reduziert.
Die Flanschen 24 entlang den Seiten der Vertiefung 20 in dem Gehäuse 18 können von Vertiefungen 25, welche in den oben erwähnten Labyrinthen 17 auf der Seite des Spulenkörpers 13 ausgebildet sind, aufgenommen werden.
Der Wechselrichter gemäß der hier dargestellten Ausführung erzeugt auf der Sekundärseite eine Ausgangsspannung von etwa 2,5 kV, wenn die Eingangsspannung auf der Primärseite 250 V beträgt.
Abgesehen von der Transformatorfunktionalität bildet der Wechselrichter, wie in den 4a und 4b dargestellt, einen LLC- oder einen LLCC-Schaltkreis. Der Streufluss zwischen der Primär und Sekundärwicklung wird vorzugsweise so gewählt, dass die Selbstinduktivität als ein Ersatz für eine Ballastspule in dem LLC- oder LLCC-Schaltkreis wirken kann.
Bei dem in den 2–3 dargestellten Transformator beträgt der Abstand X zwischen den Mittelpunkten der Primär und der Sekundärwicklung in etwa 2 cm, um den gewünschten Streufluss zu ermöglichen.
Innerhalb des Anwendungsbereichs der beigefügten Patentansprüche sind mehrere Modifikationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele möglich. Zum Beispiel können die Details in Bezug auf die Ausführung des Wechselrichters, wie z.B. Wanddicke, Anzahl Ausbauchungen, Anzahl Primär- und/oder Sekundärwicklungsteile usw., von Fachkundigen modifiziert werden.
Es versteht sich von selbst, dass durch Vergrößern der Wicklungsabschnitte und des Kerns ebenso wie durch Erhöhen der Anzahl Wicklungen dem Wechselrichter eine größere Leistung entnommen werden kann.

Claims

Stromversorgung für mehrere Hintergrundbeleuchtungs- und/oder Randausleuchtungseinrichtungen (5) in einer Flüssigkristallanzeigeeinheit (1) mit: – einem Netzanschluss (7), – einem Leistungswandler (6), welcher so vorgesehen ist, dass er eine Eingangswechselspannung in eine Ausgangsgleichspannung umwandelt, – mindestens einem, mit der Ausgangsgleichspannung verbundenen Wechselrichter (8), welcher so angeordnet ist, dass er die Ausgangsspannung in einen Spannungspegel umwandelt, welcher zur Steuerung der Beleuchtungseinrichtungen (5) geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter einen Transformatorteil (11) mit einem Kern (12a, 12b) und einem Spulenkörper (13) aufweist, um koaxiale Abschnitte (14, 15) für eine Primär- und eine Sekundärspulenwicklung zu bilden, wobei der Spulenkörper mit Flanschen (16) ausgebildet ist, welche den Sekundärwicklungsabschnitt (15) in mehrere Teile teilen, wodurch eine Netzisolation sichergestellt wird, und wobei die Innenwanddicke (b) jedes Sekundärwicklungsteils mit dem Abstand von der Primärwicklung (14) zunimmt.
Stromversorgung nach Anspruch 1, wobei der Kern zwei E-förmige Teile (12a, 12b) aufweist, deren Mittelteile in den Spulenkörper (13) eingesetzt werden können.
Stromversorgung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Flanschen auf jeder Seite der Abschnitte (14, 15) doppelt sind.
Stromversorgung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welche weiterhin einen Leistungstransformator (9) aufweist, der mit dem Leistungswandler (6) verbunden und so angeordnet ist, dass er Spannungspegel erzeugt, welche von der Schaltungsanordnung (4) in dem LCD benötigt werden, wobei der Leistungstransformator (9) ebenfalls mit Netzisolation versehen ist.
Stromversorgung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Leistungswandlerausgang einen größeren Spannungspegel als diesen des Wechselstromeingangs aufweist.
Stromversorgung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Leistungswandlerausgang eine Spannung in dem Bereich von 200V–600V aufweist.
LCD-Einheit (1) mit einer Stromversorgung nach einem der vorangegangenen Ansprüche.