DE102005006587A1 - Frequenzweiterleitung für eine konstante Lichtabgabe in einem Hintergrundbeleuchtungsinverter - Google Patents

Frequenzweiterleitung für eine konstante Lichtabgabe in einem Hintergrundbeleuchtungsinverter Download PDF

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Abstract

In einem Verfahren und einem System für einen verbesserten Wechselrichter, der Leistung für eine Last bereitstellt, empfängt der Wechselrichter einen Gleichstromeingang (DC). Eine Mehrzahl von Schaltern, die in dem Wechselrichter enthalten sind, wird durch eine Mehrzahl von Steuersignalen gesteuert zum Erzeugen eines Wechselstromausgangs (AC) in Antwort auf den DC-Eingang. Ein Nulldurchgang des AC-Ausgangsstroms, der von der Mehrzahl von Schaltern bereitgestellt wird, wird detektiert und das Steuern der Mehrzahl von Schaltern wird in Antwort auf den Nulldurchgang verzögert. Das Maß der Verzögerung wird angepasst in Antwort auf eine Veränderung beim DC-Eingang, um effektiv eine konstante Schaltfrequenz des Wechselrichters beizubehalten. Der verzögerte AC-Ausgangsstrom der Mehrzahl von Schhaltern wird gefiltert, um Leistung für die Last bereitzustellen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen den Bereich von Stromversorgungen für informationsverarbeitende Systeme und insbesondere Techniken zur effizienten Bereitstellung von Strom zum Betreiben einer Entladungslampe, beispielsweise einer Kaltkathodenfluoreszenzlampe (Cold Cathode Fluorescent Lamp – CCFL).
  • In dem Maße wie der Wert und die Verwendung von Informationen weiter zunimmt, suchen Einzelpersonen und Unternehmen nach zusätzlichen Wegen, Information zu erlangen, zu verarbeiten und zu speichern. Eine Möglichkeit, die Anwendern zur Verfügung steht, sind informationsverarbeitende Systeme. Ein informationsverarbeitendes System (information handling system, IHS) verarbeitet, kompiliert, speichert und/oder kommuniziert im Allgemeinen Information oder Daten für Unternehmenszwecke, persönliche Zwecke oder andere Zwecke und ermöglicht damit Anwendern, aus dem Wert der Information einen Vorteil zu ziehen. Da die Technologie und die Anforderungen an die Informationsverarbeitung zwischen unterschiedlichen Anwendern und Anwendungen variieren, können auch informationsverarbeitende Systeme variieren im Hinblick darauf, welche Information verarbeitet wird, wie die Information verarbeitet wird, wie viel Information verarbeitet, gespeichert oder kommuniziert wird und wie schnell und effizient die Information verarbeitet, gespeichert oder kommuniziert werden kann. Die Variationen in informationsverarbeitenden Systemen ermöglichen, dass informationsverarbeitende Systeme allgemein konfiguriert sind oder für einen speziellen Anwender oder eine spezielle Verwendung, z.B. die Verarbeitung von Fi nanztransaktionen, die Reservierungen von Flugtickets, die Speicherung von Unternehmensdaten oder für globale Kommunikationen konfiguriert sind. Zusätzlich können informationsverarbeitende Systeme eine Vielzahl von Hardware- und Softwarekomponenten enthalten, die konfiguriert sein können, um Information zu verarbeiten, zu speichern und zu kommunizieren und die ein oder mehrere Computersysteme, Datenspeichersysteme und Netzwerksysteme enthalten können.
  • Anzeigegeräte auf der Basis einer Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display = LCD) werden üblicherweise in vielen IHS-Systemen verwendet aufgrund ihrer kompakten Größe und ihres geringen Stromverbrauchs. Obwohl es unterschiedliche Arten von Hintergrundbeleuchtungen gibt (beispielsweise Lichtquellen einschließlich einer Entladungslampe), die gegenwärtig zum Beleuchten der neuesten LCD-Panels verwendet werden, ist die CCFL (die auch als Kaltkathodenfluoreszenzröhre, CCFT bekannt ist) am meisten verwendet. Schaltungen zur Stromversorgung von CCFLs benötigen im Allgemeinen eine steuerbare Stromversorgung für Wechselstrom (Alternating Current, AC) und eine Rückkopplung zur genauen Überwachung des Stroms in der Lampe, um eine Betriebsstabilität des Schaltkreises aufrechtzuerhalten und um in der Lage zu sein, die Helligkeit der Lampe zu variieren. Solche Schaltungen erzeugen üblicherweise eine hohe Spannung, um anfangs die CCFL einzuschalten und senken darauf hin die Spannung ab, wenn der Strom beginnt, durch die Lampe zu fließen. Beispielsweise stellt die Firma Monolithic Power Systems, Inc. aus 983 University Ave., Building D, Los Gatos, CA 95032, USA, einen MP1015-Leistungsschaltkreischip bereit, um eine CCFL zu betreiben.
  • Solche Schaltungen umfassen ferner üblicherweise einen Wechselrichterschaltkreis bzw. Inverter, um eine Gleichspannung (Direct Current Voltage, DC), die als ein Eingang empfangen wird, in eine geregelte Wechselspannung zu konvertieren, die als ein Ausgang erzeugt wird. Wechselrichterschaltkreise umfassen üblicherweise eine Steuerkomponente, beispielsweise einen Controller, der auf einem Pulsbreitenmodulator (Pulse Width Modulator, PWM) basiert. Verschiede ne wohlbekannte Wechselrichterschaltkreiskonfigurationen oder „Topologien" umfassen einen Royer-Converter oder Vollbrücken-(bzw. „Full-Bridge"-) oder Halbbrücken-(bzw. „Half-Bridge"-)-Wechselrichter.
  • Der Stromverbrauch der CCFL macht einen signifikanten Anteil (in einigen Fällen beispielsweise bis zu 50 %) des Stromverbrauchs des IHS-Systems aus, insbesondere für tragbare Systeme. Es besteht daher ein erhebliches Interesse daran, Fortschritte beim Verlängern der Batterielebensdauer zu erzielen, um zum Verringern der Häufigkeit des Wiederaufladens beizutragen, indem die Effizienz von Stromversorgungen verbessert wird, die konfiguriert sind, um Strom für die CCFL bereitzustellen.
  • In traditionellen wechselrichterbasierten Stromschaltkreisen verursachen Veränderungen in der Eingangsspannung eine Verringerung in der Effizienz der Stromkonversion. Wenn beispielsweise ein Adapter von einem tragbaren IHS-System, beispielsweise einem Notebook-Computer, entfernt oder angeschlossen wird, variiert die Spannung am LCD-Hintergrundlicht-Wechselrichter zwischen der Wechselstromadapterspannung (ungefähr zwischen 18 Volt und 22 Volt) und der Batteriespannung (ungefähr zwischen 9 Volt und 17 Volt). Die variierende Spannung verursacht eine wahrnehmbare Veränderung in dem Helligkeitsniveau des LCD, die häufig als Flackern wahrgenommen wird.
  • Die von der CCFL ausgegebene Helligkeit ist eine Funktion der Betriebsfrequenz. 1a illustriert eine graphische Beziehung zwischen der LCD-Helligkeit (dargestellt auf der Y-Achse) über Frequenzmessungen (gezeigt auf der X-Achse) für eine kommerziell erhältliche CCFL. Die Kurven 110, 120 und 130 sind für Lampenströme von 6 mA, 5 mA und 4 mA gezeigt.
  • Die Stromkonversionseffizienz eines Wechselrichters ist eine Funktion der Eingangsspannung. 1b erläutert eine graphische Beziehung zwischen einer Veränderung in der Effizienz (gezeigt auf der Y-Achse) über Eingangsspannungs messungen (gezeigt auf der X-Achse) für einen kommerziell erhältlichen Wechselrichter.
  • 1c erläutert eine graphische Beziehung zwischen einer Veränderung in der Frequenz (gezeigt auf der Y-Achse) über Eingangsspannungsmessungen (gezeigt auf der X-Achse) für einen kommerziell erhältlichen Wechselrichter. Somit verändert sich die Frequenz des Wechselrichters für das Hintergrundlicht als eine Funktion der Eingangsspannung, was eine Veränderung der Helligkeit bewirkt, und die Veränderung in der Frequenz verursacht eine Verringerung der Effizienz des Wechselrichters.
    •
  • Es besteht daher eine Notwendigkeit für eine verbesserte Effizienz von Stromschaltkreisen, die Strom für die CCFL bereitstellen. Insbesondere besteht eine Notwendigkeit, Werkzeuge und Techniken zu entwickeln, um die Effizienz von Wechselrichtern bei sich verändernden Spannungs- und Frequenzbedingungen zu verbessern. Es wäre daher wünschenswert, Werkzeuge und Techniken für einen verbesserten Wechselrichter eines IHS bereitzustellen, ohne die Nachteile der oben erläuterten vorbekannten Verfahren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Dementsprechend stellt ein Ausführungsbeispiel eine Pulsstartkomponente bereit, die in der Lage ist, einen ersten Eingang zu empfangen, der einen ersten Strom anzeigt. Die Pulsstartkomponente erzeugt einen ersten Ausgang in Antwort auf einen Nulldurchgang des ersten Eingangs. Eine Pulsdauerkomponente ist in der Lage, einen zweiten Eingang zu empfangen, der einen Belastungsstrom anzeigt und einen dritten Eingang, der eine Gleichstromeingangsspannung (DC) anzeigt. Die Pulsdauerkomponente ist in der Lage, einen zweiten Ausgang zu erzeugen in Antwort auf den zweiten und dritten Eingang. Eine Zeitverzögerungskomponente ist in der Lage, den ersten Ausgang und die Gleichstromeingangsspannung zu empfangen. Die Zeitverzögerungskomponente erzeugt eine Verzögerung zum Erzeugen eines verzögerten ersten Ausgangs. Eine Logikkomponente ist in der Lage, den verzögerten ersten Ausgang und den zweiten Ausgang zu empfangen, um eine Mehrzahl von Steuersignalen zu erzeugen. Eine Mehrzahl von Schaltern sind in der Lage, den Gleichstromeingang in dem primären Strom zu konvertieren, in Antwort auf den Empfang der Mehrzahl von Steuersignalen. Eine Filterkomponente wird bereitgestellt, um den primären Strom zu filtern zum Erzeugen des Belastungsstroms.
  • Zahlreiche Vorteile werden durch das Verfahren und System gemäß der hier erläuterten Ausführungsbeispiele erzielt. Die Ausführungsbeispiele stellen in vorteilhafter Weise ein System und ein Verfahren für einen verbesserten Wechselrichter bereit, da der Wechselrichter einen variablen Zeitverzögerungsmechanismus umfasst, um in vorteilhafter Weise den Wechselrichter bei einer konstanten Schaltfrequenz zu betreiben. Die Effizienz des Wechselrichters wird verbessert, indem eine konstante Schaltfrequenz beibehalten wird. Zusätzlich ist der Wechselrichter in der Lage, variierende Gleichspannungseingänge und sich ändernde Pulsbreiten aufzunehmen.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben beschriebene 1a erläutert eine graphische Beziehung zwischen der LCD-Helligkeit über Frequenzmessungen für eine kommerziell erhältliche CCFL nach dem Stand der Technik;
  • Die oben beschriebene 1b erläutert eine graphische Beziehung zwischen einer Effizienzveränderung über Eingangsspannungsmessungen für einen kommerziell erhältlichen Wechselrichter nach dem Stand der Technik;
  • Die oben beschriebene 1c erläutert eine graphische Beziehung zwischen einer Frequenzveränderung über Eingangsspannungsmessungen für einen kommerziell erhältlichen Wechselrichter nach dem Stand der Technik;
  • 2 erläutert einen Wechselrichter zum Bereitstellen von Strom für eine Last nach einem Ausführungsbeispiel;
  • 3a erläutert Wellenformen, die einem Wechselrichter zugeordnet sind, der keine Zeitverzögerung aufweist;
  • 3b erläutert Wellenformen, die einem Wechselrichter mit einer Zeitverzögerung gemäß einem Ausführungsbeispiel zugeordnet sind;
  • 4a erläutert ein Detail der Zeitverzögerungskomponente 230 aus 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 4b erläutert eine graphische Beziehung zwischen der Zeitverzögerung td 316 aus 3b und der Gleichstromeingangsspannung 201 aus 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz eines Wechselrichters gemäß eines Ausführungsbeispiels erläutert; und
  • 6 erläutert ein Blockdiagramm eines informationsverarbeitenden Systems mit einem verbesserten Wechselrichter gemäß eines Ausführungsbeispiels.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Neue Merkmale, die für die vorliegende Offenbarung als charakteristisch angesehen werden, sind in den nachfolgenden Ansprüchen ausgeführt. Die Offenbarung selbst lässt sich jedoch ebenso wie eine bevorzugte Verwendung, zahlreiche Ziele und Vorteile am Besten unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung eines erläuternden Ausführungsbeispiels verstehen, wenn es im Zusammenhang mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Die Funktionalität von verschiedenen darin beschriebenen Schaltkreisen, Vorrichtungen oder Komponenten kann als Hardware implementiert werden (einschließlich diskreter Komponenten, integrierter Schaltkreise und auf einem Chip angeordneter Systeme), Firmware (einschließlich anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise und programmierbarer Chips) und/oder Software oder als eine Kombination daraus, abhängig von den Anwendungserfordernissen.
  • Veränderungen in der Gleichstromeingangsspannung verursachen bei traditionellen Wechselrichterschaltkreisen eine Veränderung in der Frequenz, wodurch eine Veränderung im Helligkeitsniveau der CCFL verursacht wird. Wichtiger ist, dass die Effizienz von traditionellen Wechselrichterschaltkreisen, die Strom für die CCFL bereitstellen, abnimmt, wenn die Gleichstromeingangsspannung zunimmt. Es wäre wünschenswert, die Effizienz von Wechselrichtern bei sich ändernden Spannungs- und Frequenzbedingungen zu verbessern. Das Problem einer variierenden Betriebsfrequenz eines Hintergrundlichts aufgrund von Veränderungen in der Gleichstromeingangsspannung kann in vorteilhafter Weise eliminiert werden, indem ein Frequenzweiterleitungsterm hinzugefügt wird. Diese Technik stellt eine konstante Frequenz über den Bereich der Gleichstromeingangsspannung bereit und verbessert die Effizienz über den Bereich der Gleichstromeingangsspannung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel empfängt der Wechselrichter in einem Verfahren und einem System für einen verbesserten Wechselrichter, der Strom für eine Belastung bereitstellt, den Gleichstromeingang. Eine Mehrzahl von Schaltern, die in dem Wechselrichter enthalten sind, werden durch eine Mehrzahl von Steuersignalen gesteuert, um den Wechselstromausgang in Antwort auf den Gleichstromeingang zu erzeugen. Ein Nulldurchgang eines Wechselstromausgangsstroms, der durch die Mehrzahl von Schaltern bereitgestellt wird, wird detektiert und die Steuerung der Mehrzahl von Schaltern wird in Antwort auf den Nulldurchgang verzögert. Das Maß an Verzögerung wird in Abhängigkeit einer Veränderung beim Gleichstromeingang angepasst, um im Wesentlichen eine konstante Schaltfrequenz des Wechselrichters aufrechtzuerhalten. Der verzögerte Wech selstromausgangsstrom, der von der Mehrzahl von Schaltern bereitgestellt wird, wird gefiltert, um den Strom für die Last bereitzustellen.
  • 2 erläutert einen verbesserten Wechselrichter 200 zum Bereitstellen von Strom für eine Last 290 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Wechselrichter 200 umfasst die folgenden Komponenten: a) eine Pulsstartkomponente 210, b) eine Pulsdauerkomponente 220, c) eine Zeitverzögerungskomponente 230, d) eine Logikkomponente 240, e) eine Mehrzahl von Schaltern 250 und f) eine Filterkomponente 260.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Filterkomponente 260 eine Umformungseinrichtung bzw. einen Transformator mit einem primären Abschnitt 262, der elektromagnetisch mit einem sekundären Abschnitt 264 gekoppelt ist. Der primäre Abschnitt 262 ist elektrisch mit einer Mehrzahl von Schaltern 250 verbunden. Ein primärer Strom 263 fließt durch den primären Abschnitt 262 und eine primäre Spannung (nicht gezeigt) wird über ein Paar von Anschlüssen 268 des primären Abschnitts 262 gemessen. Der sekundäre Abschnitt 264 ist elektrisch mit der Last 290 verbunden. Ein sekundärer Strom 265, der ebenfalls der Belastungsstrom ist, fließt durch den sekundären Abschnitt 264. In einem Ausführungsbeispiel ist die Last 290 die CCFL.
  • Die Pulsstartkomponente 210 ist in der Lage, einen ersten Eingang 212 zu empfangen, der den primären Strom 263 anzeigt. Die Pulsstartkomponente 210 erzeugt einen ersten Ausgang 214 in Antwort auf einen Nulldurchgang des primären Stroms 263. Das heißt der erste Ausgang 214 wird erzeugt, wenn der Wert des ersten Eingangs 212 gleich Null ist.
  • Die Pulsdauerkomponente 220 ist in der Lage, einen zweiten Eingang 222 zu empfangen, der einen sekundären Strom 265 anzeigt, der ebenfalls der Laststrom ist und einen dritten Eingang 224, der eine Gleichstromeingangsspannung (DC) 201 anzeigt. Die Gleichstromeingangsspannung 201 kann auch als Gleichstrom bus bezeichnet werden. Die Gleichstromeingangsspannung 201 kann zwischen einer Batteriespannung (ungefähr zwischen 9 V und 17 V) variieren und einer Wechselstromadapterspannung (ungefähr zwischen 18 V und 22 V). Die Pulsdauerkomponente 220 erzeugt einen zweiten Ausgang 226 in Antwort auf zweite und dritte Eingänge 222 und 224.
  • Die Zeitverzögerungskomponente 230 wird zwischen der Pulsstartkomponente 210 und der Logikkomponente 240 angeordnet, um in vorteilhafter Weise dem ersten Ausgang 214 eine Zeitverzögerung aufzuerlegen. Die Zeitverzögerungskomponente 230 empfängt den ersten Ausgang 214 und den dritten Eingang 224 (der die Gleichstromeingangsspannung 201 zeigt), führt eine Zeitverzögerung ein zum Erzeugen eines verzögerten ersten Ausgangs 232. In einem Ausführungsbeispiel ist ein variabler Wert für die Zeitverzögerung auswählbar, um in vorteilhafter Weise eine konstante Schaltfrequenz des Wechselrichters 200 aufrechtzuerhalten, wodurch die Effizienz des Wechselrichters 200 verbessert wird. In einem Ausführungsbeispiel ist ein besonderer Wert der Zeitverzögerung durch die Zeitverzögerungskomponente 230 auswählbar, um eine konstante Schaltfrequenz von 68 kHz aufrechtzuerhalten in Antwort auf den Wert der Gleichstromeingangsspannung 201. Der Bereich zum Auswählen eines speziellen Wert für die konstante Schaltfrequenz kann im Allgemeinen zwischen 40 und 160 kHz variieren. Zusätzliche Details der Zeitaspekte der Zeitverzögerung sind in den 3A und 3D beschrieben.
  • Weitere Details der Struktur der Zeitverzögerungskomponente 230 und der Auswahl eines speziellen Werts für die Zeitverzögerung werden in den 4A und 4B beschrieben.
  • Die Logikkomponente 240 ist in der Lage, den verzögerten ersten Ausgang 232 und den zweiten Ausgang 226 zu empfangen, um eine Mehrzahl von Steuersignalen 242 zum Steuern der Mehrzahl von Schaltern 250 zu erzeugen. Die Mehrzahl von Schaltern 250 steuert den Stromfluss von der Gleichspannungseingangsquelle 201 zur Filterkomponente 260. Die Mehrzahl von Schaltern 250 steuert damit die Größe und Richtung des primären Stroms 263 und damit des sekundären Stroms 265 und des Stroms, der durch die Last 290 fließt.
  • In einem Ausführungsbeispiel steuert jedes Steuersignal in der Mehrzahl von Steuersignalen 242 einen entsprechenden Schalter, der in der Mehrzahl von Schaltern 250 enthalten ist. Jedes Steuersignal steuert den entsprechenden Steuerschalter, indem es ihn in einen An- oder Auszustand bringt und indem es eine Zeitperiode steuert, in der der Schalter in dem eingeschaltetem oder ausgeschaltetem Zustand verbleibt. In einem Ausführungsbeispiel ist jeder der Mehrzahl von Schaltern 250 eine MOSFET-Vorrichtung.
  • Die Mehrzahl von Schaltern 250 kann in einer Vielzahl von Konfigurationen angeordnet werden, beispielsweise als Halbbrücke und als Vollbrücke. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Mehrzahl von Schaltern als ein Vollbrücken-Schaltkreis konfiguriert, der vier Schalter umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Mehrzahl von Steuersignalen 242 vier Steuersignale, die in der Lage sind, entsprechende vier Schalter zu steuern. Die Mehrzahl von Schaltern 250 ist elektrisch mit dem primären Abschnitt 262 über ein Paar von Anschlüssen 268 verbunden. Ein Wechselstromausgang, der über einem Paar von Anschlüssen 252 der Mehrzahl von Schaltern 250 gemessen wird, hat eine konstante Schaltfrequenz, die durch das Auferlegen der Zeitverzögerung verursacht wird.
  • 3A erläutert Wellenformen, die dem Wechselrichter 200 zugeordnet sind, der keine Zeitverzögerung aufweist. In dieser Darstellung ist die Zeitverzögerung nicht vorhanden oder hat einen Wert von 0. Der erste Ausgang 214 (nicht dargestellt) ist derselbe wie der verzögerte erste Ausgang 232 (nicht dargestellt). Ferner folgt die primäre Spannung über dem Anschlusspaar 268 im Wesentlichen dem Wechselstromausgang 252 der Mehrzahl von Schaltern 250. Die Frequenz des Wechselrichters 200 wird indirekt durch die Pulsbreite der Spannungswellenform des Ausgangs über den Anschlüssen 252 bestimmt. Die Polarität des Pulses kann positiv sein, negativ oder gleich 0 sein. Bei niedrigen Eingangsspannungen ist die Pulsbreite lang verglichen mit hohen Eingangsspannungen, bei denen die Pulsbreite kurz ist, d.h. der Arbeitszyklus nimmt ab, um dieselbe Leistung an die Last 290 zu liefern. In der Darstellung beginnt der Puls, wenn der Wechselrichterschaltkreis 200 einen Nulldurchgang 301 des primären Stroms 263 detektiert, da es keine Zeitverzögerungskomponente 230 gibt oder die Zeitverzögerung 0 beträgt. Wenn die Pulsbreite aufgrund eines sich ändernden Wertes der Gleichstromeingangsspannung 201 variiert, variiert auch der nachfolgende Nulldurchgang für den nächsten Puls, wodurch eine variable Schaltfrequenz verursacht wird.
  • Zum Zeitpunkt t=t0 310 nimmt der Ausgang über den Anschlüssen 252 von einem Anfangswert V0 312 (beispielsweise 0 V) zu einem erhöhten Wert von V2=314 Volt zu. Wenn eine ausgewählte Anzahl der Mehrzahl von Schaltern 250 in Antwort auf eine Veränderung in dem Ausgang über den Anschlüssen 252 angeschaltet wird, fährt der primäre Strom 263 von einem Anfangswert I0 (beispielsweise 0 A) zu einem Maximalwert I2 hoch, da mehr Spannung zur Verfügung steht, um den Strom in der Transformatorleckinduktion bzw. (transformer leakage inductance) zu verändern, da V=L·(di/dt). Die Zeitdauer während der der primäre Strom 263 weiter zunimmt, ist eine tAn 312 Periode des Arbeitszyklus. Bei t=t1 320 nimmt der Ausgang über den Anschlüssen 252 auf V0 ab. Der Primärstrom 263 fällt auf I0 ab. Die Zeitdauer, in der der Primärstrom 263 weiter abnimmt, ist eine tAus 314 Periode des Arbeitszyklus. Bei t=t2 330 wird ein Nulldurchgang des Primärstroms 263 durch die Pulsstartkomponente 210 detektiert. In Antwort auf den Nulldurchgang werden die Mehrzahl der Schalter 250 in eine eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand gebracht und der Zyklus wird wiederholt. In dieser Erläuterung variiert die Pulsbreite (beispielsweise tAn 312 + tAus 314) in dem Maße, wie die Gleichstromeingangsspannung 201 variiert. Es wäre daher wünschenswert, eine konstante Schaltfrequenz bereitzustellen, um die Effizienz des Wechselrichters 200 zu verbessern.
  • 3B illustriert Wellenformen, die dem Wechselrichter 200 zugeordnet sind, der Zeitverzögerung aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel führt die Zeitverzögerungskomponente 230 (nicht gezeigt) eine Zeitverzögerung td 316 ein (oder erlegt sie auf) durch das Verändern des Zustands eines Schalters, der in der Mehrzahl von Schaltern 250 (nicht gezeigt) enthalten ist in Antwort auf einen Nulldurchgang 301. Das heißt, die Zeitverzögerung td 316 wird von der Zeit t2 330 des Nulldurchgangs auferlegt, um den Zustand der Schaltzeit t3 340 zu verändern. Wie vorher beschrieben worden ist, variiert das Maß oder der Wert der Zeitverzögerung td 316 mit der Gleichstromeingangsspannung 201. Die Einführung der variablen Verzögerungszeit td 316 verursacht, dass der nachfolgende Nulldurchgang des ersten Eingangs 212 fest bleibt, relativ zu einem vorhergehenden Nulldurchgang, wodurch in vorteilhafter Weise eine konstante Schaltfrequenz (beispielsweise 68 kHz) erzeugt wird. Das Betreiben des Wechselrichters 200 bei einer konstanten Schaltfrequenz verbessert in vorteilhafter Weise die Effizienz, wie in den 1A und 1B beschrieben worden ist. Die Zeitverzögerung td 316 verursacht eine Anpassung der Zeitperiode tAus 314, um die konstante Schaltfrequenz zu beizubehalten.
  • 4A erläutert ein Detail der Struktur der Zeitverzögerungskomponente 230 aus 2 gemäß eines Ausführungsbeispiels. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Verzögerungskomponente 230: (1) einen Verstärker 410 für die durchgehende Leitfähigkeit (bzw. Transconductance-Verstärker), (2) einen Wechselrichter 420, (3) einen MOSFET-Schalter 430, (4) eine Kapazität 440 und (5) einen Komparator 450. Wie in 2 beschrieben wird die Zeitverzögerungskomponente 230 zwischen der Pulsstartkomponente 210 und der Logikkomponente 240 angeordnet, um in vorteilhafter Weise dem ersten Ausgang 214 eine Zeitverzögerung aufzuerlegen. Der Ausgang der Zeitverzögerungskomponente 230 ist der verzögerte erste Ausgang 232.
  • Der Verstärker 410 für die gesamte Leitfähigkeit dient als eine programmierbare Stromquelle mit der folgenden Gleichung: IAusgang = (VR1 – VEingang)·gm, wobei VR1 412 eine Standardreferenz darstellt und IAusgang 414 den Ausgangsstrom. In dem Ausführungsbeispiel ist VEingang 416 repräsentativ für die Stromquelle des Systems (PWR_SRC) (nicht dargestellt), beispielsweise einen Wechselstromadapter oder eine Batterie. Im Allgemeinen ist VEingang 416 niedriger als VR1 412. Wenn VEingang 416 bei seinem Minimalwert liegt (entsprechend einer niedrigen Spannung an PWR_SRC), liegt IAusgang 410 bei seinem Maximum. Wenn VEingang 416 bei seinem Maximalwert liegt (entsprechend einer hohen Spannung an PWR_SRC) ist IAusgang 414 bei seinem Minimum. IAusgang 414 lädt die Kapazität 440. Bei einem geringen Wert von IAusgang 414 lädt sich der Kondensator 440 mit einer geringeren Rate auf als bei einem größeren Wert von IAusgang 414. Wenn die Spannung am Kondensator 440 VR2 418 überschreitet (eine andere Referenzspannung) nimmt der Ausgang, der der verzögerte erste Ausgang 232 ist, einen hohen Wert an. Wenn VEingang 416 bei seinem Minimalwert liegt und der erste Ausgang 414 von einem niedrigen Wert zu einem hohen Wert übergeht, schaltet der MOSFET 430 ab, und die Kondensatorspannung 440 beginnt mit dem Aufladen ausgehend von 0 V. IAusgang 414 wird den Kondensator 440 mit seiner Maximalrate laden. Dies führt zu einer minimalen Verzögerungszeit zwischen dem Übergang des ersten Ausgangs 214 von niedrig auf hoch zu dem Übergang des verzögerten ersten Ausgangs 232 von niedrig zu hoch. In einem anderen Szenario, wenn VEingang 416 bei seinem Maximalwert ist, führt dies dazu, dass IAusgang 414 bei seinem Minimalwert ist und führt ferner zu einer maximalen Verzögerungszeit zwischen dem Übergang des ersten Ausgangs 214 von niedrig zu hoch und dem Übergang des verzögerten ersten Ausgangs 232 von niedrig zu hoch. Wenn der erste Ausgang 214 auf einen niedrigen Wert übergeht, schaltet der MOSFET 430 an und der Kondensator 440 wird mit einer Rate entladen, die unabhängig ist von IAusgang 414. Obwohl dieses erläuternde Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben worden ist, ist ein weiter Bereich von Veränderungen, Abwandlungen und Ersetzungen denkbar. Beispielsweise kann die Zeitverzögerungskomponente 230 durch andere Mittel implementiert werden, beispielsweise programmierbare Logikchips.
  • 4B erläutert eine graphische Beziehung zwischen der Zeitverzögerung td 316 aus 3D (gezeigt auf der Y-Achse) und der Gleichstromeingangsspannung 201 aus 2 (gezeigt auf der X-Achse) gemäß einem Ausführungsbeispiel. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zeitverzögerung td 316 variabel. Ein spezieller Wert der Zeitverzögerung td 316 ist auswählbar in Antwort auf die Gleichstromeingangsspannung 201. Das heißt, der Graph definiert den speziellen Wert, der für die Zeitverzögerung td 316 für einen ausgewählten Wert der Gleichstromeingangsspannung 201 benötigt wird. Der besondere Wert für die Zeitverzögerung td 316 verursacht eine Anpassung der tAUS in der 314 Zeitperiode (nicht gezeigt), um eine konstante Schaltfrequenz von 68 kHz beizubehalten.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz des Wechselrichters 200 erläutert, der Leistung für die Last 290 bereitstellt gemäß eines Ausführungsbeispiels. Im Schritt 510 wird der Gleichstromeingang 201 durch eine Mehrzahl von Schaltern 250 empfangen. Im Schritt 520 werden die Mehrzahl von Schaltern 250 durch eine Mehrzahl von Steuersignalen 242 so gesteuert, dass ein Wechselstromausgang über den Anschlüssen 252 in Antwort auf den Gleichstromeingang 201 erzeugt wird. Im Schritt 530 wird der Ausgang über den Anschlüssen 252 der Mehrzahl von Schaltern 250 durch die Filterkomponente 260 gefiltert, um einen gefilterten Wechselstromausgang zu erzeugen und die Last 290 mit Leistung zu versorgen. Im Schritt 540 wird ein Nulldurchgang des Wechselstromausgangs über den Anschlüssen 252 durch eine Pulsstartkomponente 210 detektiert. Im Schritt 550 wird die Steuerung der Mehrzahl von Schaltern 250 um td 316 verzögert, um effektiv eine konstante Schaltfrequenz des Wechselrichters 200 in Antwort auf eine Veränderung beim Gleichstromeingang 201 aufrechtzuerhalten.
  • Zahlreiche der oben erläuterten Schritte können hinzugefügt, ausgelassen, kombiniert, verändert oder in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden. Bei spielsweise können die Schritte 540 und 550 in einem Ausführungsbeispiel vor dem Schritt 530 durchgeführt werden.
  • Für die Zwecke dieser Offenbarung kann ein IHS jede Einrichtung oder Ansammlung von Einrichtungen umfassen, die in der Lage sind, jegliche Art von Information, Intelligenz oder Daten für Unternehmenszwecke, wissenschaftliche Zwecke, Steuerzwecke oder andere Zwecke zu berechnen, zu klassifizieren, zu verarbeiten, zu übertragen, zu empfangen, abzurufen, zu erzeugen, zu speichern, anzuzeigen, darzustellen, zu detektieren, aufzunehmen, zu erzeugen, zu verarbeiten oder zu verwenden. Beispielsweise kann das IHS ein Personalcomputer sein, einschließlich eines Notebook-Computers, ein PDA, ein Mobiltelefon, eine Spielkonsole, ein Netzwerkspeichergerät oder irgendein anderes geeignetes Gerät und kann in Größe, Leistungsfähigkeit, Funktionalität und Preis variieren.
  • Das IHS kann Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory, RAM) umfassen, eine oder mehrere Verarbeitungsressourcen, wie z.B. eine Zentralverarbeitungseinheit (Central Processing Unit, CPU) oder Hardware- oder Software-Steuerlogik, ROM und/oder andere Arten von nichtflüchtigem Speicher. Zusätzliche Komponenten des IHS können ein oder mehrere Festplattenlaufwerke umfassen, ein oder mehrere Netzwerkports zum Kommunizieren mit externen Geräten sowie verschiedene Eingangs- und Ausgangsgeräte (I/O), beispielsweise eine Tastatur, eine Maus und eine Graphikanzeige. Das IHS kann ferner einen oder mehrere Busse umfassen, die in der Lage sind, Kommunikationen zwischen den verschiedenen Hardware-Komponenten zu übertragen.
  • 6 illustriert ein Blockdiagramm eines informationsverarbeitenden Systems 600 mit einem verbesserten Wechselrichter gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das informationsverarbeitende System 600 umfasst einen Prozessor 610, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) für das System 620 (der auch als Hauptspeicher bezeichnet wird), einen nichtflüchtigen (ROM) Speicher 622, ein Anzeigegerät 605, eine Tastatur 625 und einen I/O-Kontroller 640 zum Steuern zahlreicher wei terer Eingabe-/Ausgabegeräte. Es versteht sich, dass der Begriff „informationsverarbeitendes System" jedes Gerät umfassen soll, das einen Prozessor umfasst, der Instruktionen von einem Speichermedium ausführt. Das dargestellte IHS 600 umfasst ein Festplattenlaufwerk 630, das mit dem Prozessor 610 verbunden ist, obwohl einige Ausführungsbeispiele das Festplattenlaufwerk 630 nicht umfassen. Der Prozessor 610 kommuniziert mit den Systemkomponenten über einen Bus 650, der Daten-, Adress- und Steuerleitungen umfasst. In einem Ausführungsbeispiel kann das IHS 600 mehrere Instanzen des Busses 650 umfassen. Ein Kommunikationskontroller 645, beispielsweise eine Netzwerkkarte kann mit dem Bus 650 verbunden sein, um den Informationsaustausch zwischen dem IHS 600 und anderen Geräten (nicht dargestellt) zu ermöglichen.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Stromversorgungssystem (nicht dargestellt), das Leistung für das IHS 600 bereit stellt, den Wechselrichter 200 (nicht dargestellt), der in 2 beschrieben ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Anzeigevorrichtung 605 eine CCFL umfassen, die die Last 290 darstellt. Der Wechselrichter 200 (nicht dargestellt) kann konfiguriert sein, um Leistung für die Anzeigevorrichtung 605 darzustellen.
  • Der Prozessor 610 ist in der Lage, Berechnungsanweisungen und/oder Vorgänge des IHS 600 auszuführen. Das Speichermedium, beispielsweise der RAM 620, speichert vorzugsweise Anweisungen (auch bekannt als ein „Software-Programm") zum Implementieren zahlreicher Ausführungsbeispiele eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden das eine oder mehrere Softwareprogramme in unterschiedlichen Arten implementiert, einschließlich prozedurbasierten Techniken, komponentenbasierten Techniken und/oder objektorientierten Techniken. Spezifische Beispiele umfassen Assembler, CXML, C++-Objekte, Java und Microsoft-Foundation-Klassen (MFC).
  • Obwohl erläuternde Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben worden sind, ist ein großer Bereich von Veränderungen, Abwandlungen und Ersetzungen in der vorangegangenen Offenbarung denkbar und in einigen Ausführungsbeispielen werden einige Merkmale der Ausführungsbeispiele verwendet, ohne eine entsprechende Verwendung der anderen Merkmale. Beispielsweise kann die Frequenzweiterleitungstechnik, die hier beschrieben wird, auch auf ein Pulsbreitenweiterleitungssteuerschema angewendet werden. Obwohl die Frequenzweiterleitungstechnik in vorteilhafter Weise angewendet wird, um die Stromversorgung in tragbaren IHSs zu verringern, kann solch ein Schema auch angewendet werden, um die Regelanforderungen einer Gleichstromstufe zu verringern, die von einem dazwischen liegenden Wechselstrom mit Leistung versorgt wird (oder in anderer Weise mit Leistung versorgt wird). Die Technik kann verwendet werden, um den Flackereffekt von einem niederfrequenten Brummen auf der vorangehenden Gleichstromstufe zu entfernen. Wenn beispielsweise ein 60 Hz-Brummen auf der Gleichstromstufe vorhanden ist, kann diese Technik verwendet werden, um den Einfluss auf die LCD-Intensität zu verringern. Dies führt in vorteilhafter Weise zu Kostenreduktionen bei Filtern und/oder Steuerelementen. Dementsprechend ist es angemessen, dass die nachfolgenden Ansprüche breit ausgelegt werden und in einer Weise, die mit dem Bereich der hier offenbarten Ausführungsbeispiele konsistent ist.

Claims (23)

  1. Ein Wechselrichter zum Bereitstellen von Leistung für eine Last, wobei der Wechselrichter aufweist: eine Pulsstartkomponente, die in der Lage ist, einen ersten Eingang zu empfangen, der einen primären Strom anzeigt, wobei die Pulsstartkomponente einen ersten Ausgang erzeugt in Antwort auf einen Nulldurchgang des ersten Eingangs; eine Pulsdauerkomponente, die in der Lage ist, einen zweiten Eingang zu empfangen, der einen Laststrom anzeigt und einen dritten Eingang, der eine Gleichstromeingangsspannung (DC) anzeigt, wobei die Pulsdauerkomponente in der Lage ist, einen zweiten Ausgang zu erzeugen in Antwort auf zweite und dritte Eingänge. eine Zeitverzögerungskomponente, die in der Lage ist, den ersten Eingang und die Gleichstromeingangsspannung zu empfangen, wobei die Zeitverzögerungskomponente eine Zeitverzögerung einführt, um einen verzögerten ersten Ausgang zu erzeugen; eine Logikkomponente, die in der Lage ist, den verzögerten ersten Ausgang und den zweiten Ausgang zu empfangen, um eine Mehrzahl von Steuersignalen zu erzeugen; eine Mehrzahl von Schaltern, die in der Lage sind, den DC-Eingang in den primären Strom zu konvertieren in Antwort auf das Empfangen der Mehrzahl von Kontrollsignalen; und eine Filterkomponente, die in der Lage ist, den primären Strom zu filtern, um den Laststrom zu erzeugen.
  2. Der Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Filterkomponente einen Transformator umfasst, mit einem primären Abschnitt der elektromagnetisch mit einem sekundären Abschnitt gekoppelt ist, wobei der primäre Strom durch den primären Abschnitt fließt und wobei der primäre Abschnitt elektrisch mit der Mehrzahl von Schaltern gekoppelt ist und wobei der sekundäre Abschnitt elektrisch mit der Last gekoppelt ist.
  3. Der Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Last eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe ist (CCFL).
  4. Der Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Zeitverzögerung variabel ist und wobei ein Wert der Zeitverzögerung auswählbar ist in Antwort auf die DC-Eingangsspannung.
  5. Der Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei der Wert zunimmt, wenn der Gleichspannungseingang zunimmt.
  6. Der Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Logikkomponente der Zeitverzögerung auferlegt, zumindest ein Steuersignal zu setzen zum Steuern eines entsprechenden Schalters nach einem Nulldurchgang.
  7. Der Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Schaltern als Vollbrücken konfiguriert sind.
  8. Der Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei ein Ausgang der Vollbrücke eine konstante Schaltfrequenz aufweist, die durch das Auferlegen der Zeitverzögerung verursacht worden ist.
  9. Der Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei jedes Steuersignal der Mehrzahl von Steuersignalen einen entsprechenden Schalter steuert, indem der Schalter in einen eingeschalteten oder einen ausgeschalteten Zustand gebracht wird und durch das Steuern einer Zeitperiode in dem eingeschalteten Zustand.
  10. Der Wechselrichter nach Anspruch 9, wobei die Zeitverzögerung auferlegt wird vom Nulldurchgang zu einem Wechsel im Zustand des Schalters.
  11. Der Wechselrichter nach Anspruch 9, wobei die Zeitverzögerung eine Anpassung der Zeitperiode im ausgeschalteten Zustand verursacht, um eine konstante Schaltfrequenz beizubehalten.
  12. Der Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei das Auferlegen der Zeitverzögerung verursacht, dass ein nachfolgender Nulldurchgang des ersten Eingangs festbleibt in Bezug auf einen vorangegangenen Nulldurchgang, wodurch eine konstante Schaltfrequenz erzeugt wird.
  13. Verfahren zum Verbessern der Effizienz eines Wechselrichters zum Bereitstellen von Leistung für eine Last, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Gleichstromeingangs (DC); Steuern einer Mehrzahl von Schaltern zum Erzeugen eines Wechselstromausgangs (AC) in Antwort auf den DC-Eingang; Filtern des AC-Ausgangs zum Erzeugen eines gefilterten AC-Ausgangs zum Versorgen der Last mit einer Leistung; Detektieren eines Nulldurchgangs des AC-Ausgangs; und Verzögern der Steuerung der Mehrzahl von Schaltern, um effektiv eine konstante Schaltfrequenz des Wechselrichters in Antwort auf eine Veränderung in dem DC-Eingang aufrechtzuerhalten.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verzögern verursacht wird durch das Setzen einer Zeitverzögerung, wobei die Zeitverzögerung einen variablen Zeitwert aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Zeitverzögerung als eine vorbestimmte Funktion des Gleichstromeingangs variiert, wobei der variable Zeitwert zunimmt, wenn der Gleichstromeingang zunimmt.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Steuern der Mehrzahl von Schaltern umfasst, dass jeder Schalter in der Mehrzahl von Schaltern in einen eingeschalteten oder einen ausgeschalteten Zustand gebracht wird, und das Anpassen einer Zeitperiode im eingeschalteten Zustand.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verzögern das Auferlegen einer Zeitverzögerung bewirkt, gemessen vom Nulldurchgang bis zu einer Veränderung im eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Zeitverzögerung eine Anpassung der Zeitperiode im ausgeschalteten Zustand verursacht, um die konstante Schaltfrequenz aufrechtzuerhalten.
  19. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Auferlegen der Zeitverzögerung verursacht, dass ein nachfolgender Nulldurchgang des Wechselstromausgangs festbleibt relativ zu einem vorangegangen Nulldurchgang, wodurch eine konstante Schaltfrequenz erzeugt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Tatsache, dass der nachfolgende Nulldurchgang festbleibt relativ zum vorangegangenen Nulldurchgang die konstante Schaltfrequenz erzeugt.
  21. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Last eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe (CCFL) ist.
  22. Ein informationsverarbeitendes System (IHS) aufweisend: eine Anzeigeeinrichtung; und einen Wechselrichter, der in der Lage ist, Leistung für die Anzeigeeinrichtung bereitzustellen, wobei der Wechselrichter umfasst: eine Pulsstartkomponente, die in der Lage ist, einen ersten Eingang zu empfangen, der einen primären Strom anzeigt, wobei die Pulsstartkomponente einen ersten Ausgang erzeugt in Antwort auf einen Nulldurchgang des ersten Eingangs; eine Pulsdauerkomponente, die in der Lage ist, einen zweiten Eingang zu empfangen, der einen Strom der Anzeigeeinrichtung anzeigt und einen dritten Eingang, der eine Gleichstromeingangsspannung (DC) anzeigt, wobei die Pulsdauerkomponente in der Lage ist, einen zweiten Ausgang zu erzeugen in Antwort auf den zweiten und dritten Eingang; eine Zeitverzögerungskomponente, die in der Lage ist, den ersten Ausgang und die DC-Eingangsspannung zu empfangen, wobei die Zeitverzögerungskomponente eine Zeitverzögerung einführt, um einen verzögerten ersten Ausgang zu erzeugen; eine Logikkomponente, die in der Lage ist, den verzögerten ersten Ausgang und den zweiten Ausgang zu empfangen, um eine Mehrzahl von Steuersignalen zu erzeugen; eine Mehrzahl von Schaltern, die in der Lage sind, den DC-Eingang in den primären Strom zu konvertieren in Antwort auf das Empfangen der Mehrzahl von Steuersignalen; und eine Filterkomponente, die in der Lage ist, den primären Strom zu filtern zum Erzeugen des Stroms für die Anzeigeeinrichtung.
  23. System nach Anspruch 22, wobei das Anzeigegerät eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe (CCFL) umfasst.
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