DE102005006587B4 - Wechselrichter insbesondere für eine konstante Lichtabgabe einer Kaltkathodenfluoreszenzlampe und Verfahren zum Betrieb dieses Wechselrichters - Google Patents
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Abstract
Wechselrichter (200) mit einer Last (290), wobei der Wechselrichter aufweist:
eine Filterkomponente (260), die einen Transformator umfasst, mit einer primären Wicklung (262), die elektromagnetisch mit einer sekundären Wicklung (264) gekoppelt ist, wobei ein primärer Strom (263) durch die primäre Wicklung (262) fließt und wobei ein Laststrom (265) durch die sekundäre Wicklung fließt;
eine Pulsstartkomponente (210), die ein erstes Eingangssignal (212) empfängt, das charakteristisch für den primären Strom (263) ist, wobei die Pulsstartkomponente (210) ein erstes Ausgangssignal (214) erzeugt als Folge eines Nulldurchgangs (301) des ersten Eingangssignals (212);
eine Pulsdauerkomponente (220), die ein zweites Eingangssignal (222) empfängt, das charakteristisch für den Laststrom (265) ist und ein drittes Eingangssignal (224) empfängt, das charakteristisch für eine Gleichstromeingangsspannung (201) ist, wobei die Pulsdauerkomponente (220) ein zweites Ausgangssignal (226) erzeugt in Abhängigkeit von dem zweiten und dritten Eingangssignal (222, 224); gekennzeichnet durch
eine Zeitverzögerungskomponente (230), die die Gleichstromeingangsspannung (201) und das...
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Description
- Hintergrund der Erfindung
- Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Wechselrichter, welcher insbesondere Kaltkathodenfluoreszenzlampen (Cold Cathode Fluorescent Lamp – CCFL) so ansteuert, dass eine konstante Lichtabgabe gewährleistet wird.
- Anzeigegeräte auf der Basis einer Flüssigkristallanzeige (Liquid Crystal Display = LCD) werden üblicherweise in vielen informationsverarbeitenden Systemen (information handling system, IHS) 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 MP 1015-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. Verschiedene 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 (ungefär zwischen 18 Volt und 22 Volt) und der Batteriespannung (ungefähr zwischen 9 Volt und 17 Volt). Die variierende Spannung verursacht eine wahrnehmbare Veränderung in dein 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 Kurven110 ,120 und130 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 Eingangsspannungsmessungen (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. - Aus dem US-Patent
US 6 396 722 B2 ist ein adaptiver Wechselrichter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Wechselrichters mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Anspruchs 10 bekannt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz von Stromschaltkreisen, die Strom für die CCFL bereitstellen, zu verbessern und insbesondere Werkzeuge und Techniken zu entwickeln, um die Effizienz von Wechselrichtern bei sich verändernden Spannungs- und Frequenzbedingungen zu verbessern.
- Die Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 10 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Zahlreiche Vorteile werden durch das Verfahren und das 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 Eingangsspannungsrnessungen 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 Signalverläufe, die einem Wechselrichter zugeordnet sind, der keine Zeitverzögerung aufweist; -
3B erläutert Signalverläufe, die einem Wechselrichter mit einer Zeitverzögerung gemäß einem Ausführungsbeispiel zugeordnet sind; -
4A erläutert ein Detail der Zeitverzögerungskomponente230 aus2 gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
4B erläutert eine graphische Beziehung zwischen der Zeitverzögerung td316 aus3B und der Gleichstromeingangsspannung201 aus2 gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz eines Wechselrichters gemäß eines Ausführungsbeispiels erläutert. - 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 Frequenzregelungsterm 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 Wechselstromausgangsstrom, der von der Mehrzahl von Schaltern bereitgestellt wird, wird gefiltert, um den Strom für die Last bereitzustellen.
-
2 erläutert einen verbesserten Wechselrichter200 zum Bereitstellen von Strom für eine Last290 gemäß einem Ausfürungsbeispiel. Der Wechselrichter200 umfasst die folgenden Komponenten: a) eine Pulsstartkomponente210 , b) eine Pulsdauerkomponente220 , c) eine Zeitverzögerungskomponente230 , d) eine Logikkomponente240 , e) eine Mehrzal von Schaltern250 und f) eine Filterkomponente260 . - In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Filterkomponente
260 eine Umformungseinrichtung bzw. einen Transformator mit einem primären Abschnitt262 , der elektromagnetisch mit einem sekundären Abschnitt264 gekoppelt ist. Der primäre Abschnitt262 ist elektrisch mit einer Mehrzahl von Schaltern250 verbunden. Ein primärer Strom263 fließt durch den primären Abschnitt262 und eine primäre Spannung (nicht gezeigt) wird über ein Paar von Anschlüssen268 des primären Abschnitts262 gemessen. Der sekundäre Abschnitt264 ist elektrisch mit der Last290 verbunden. Ein sekundärer Strom265 , der ebenfalls der Belastungsstrom ist, fließt durch den sekundären Abschnitt264 . In einem Ausführungsbeispiel ist die Last290 die CCFL. - Die Pulsstartkomponente
210 ist in der Lage, einen ersten Eingang212 zu empfangen, der den primären Strom263 anzeigt. Die Pulsstartkomponente210 erzeugt einen ersten Ausgang214 in Antwort auf einen Nulldurchgang des primären Stroms263 . Das heißt der erste Ausgang214 wird erzeugt, wenn der Wert des ersten Eingangs212 gleich Null ist. - Die Pulsdauerkomponente
220 ist in der Lage, einen zweiten Eingang222 zu empfangen, der einen sekundären Strom265 anzeigt, der ebenfalls der Laststrom ist und einen dritten Eingang224 , der eine Gleichstromeingangsspannung (DC)201 anzeigt. Die Gleichstromeingangsspannung201 kann auch als Gleichstrombus bezeichnet werden. Die Gleichstromeingangsspannung201 kann zwischen einer Batteriespannung (ungefähr zwischen 9 V und 17 V) variieren und einer Wechselstromadapterspannung (ungefähr zwischen 18 V und 22 V). Die Pulsdauerkomponente220 erzeugt einen zweiten Ausgang226 in Antwort auf zweite und dritte Eingänge222 und224 . - Die Zeitverzögerungskomponente
230 wird zwischen der Pulsstartkomponente210 und der Logikkomponente240 angeordnet, um in vorteilhafter Weise denn ersten Ausgang214 eine Zeitverzögerung aufzuerlegen. Die Zeitverzögerungskomponente230 empfängt den ersten Ausgang214 und den dritten Eingang224 (der die Gleichstromeingangsspannung201 zeigt), und führt eine Zeitverzögerung ein zum Erzeugen eines verzögerten ersten Ausgangs232 . In einem Ausführungsbeispiel ist ein variabler Wert für die Zeitverzögerung auswählbar, um in vorteilhafter Weise eine konstante Schaltfrequenz des Wechselrichters200 aufrechtzuerhalten, wodurch die Effizienz des Wechselrichters200 verbessert wird. In einem Ausführungsbeispiel ist ein besonderer Wert der Zeitverzögerung durch die Zeitverzögerungskomponente230 auswählbar, um eine konstante Schaltfrequenz von 68 kHz aufrechtzuerhalten in Antwort auf den Wert der Gleichstromeingangsspannung201 . Der Bereich zum Auswählen eines speziellen Werts für die konstante Schaltfrequenz kann im Allgemeinen zwischen 40 und 160 kHz variieren. Zusätzliche Details der Zeitaspekte der Zeitverzögerung sind in den3A und3B beschrieben. - Weitere Details der Struktur der Zeitverzögerungskomponente
230 und der Auswahl eines speziellen Werts für die Zeitverzögerung werden in den4A und4B beschrieben. - Die Logikkomponente
240 ist in der Lage, den verzögerten ersten Ausgang232 und den zweiten Ausgang226 zu empfangen, um eine Mehrzahl von Steuersignalen242 zum Steuern der Mehrzahl von Schaltern250 zu erzeugen. Die Mehrzahl von Schaltern250 steuert den Stromfluss von der Gleichspannungseingangsquelle201 zur Filterkomponente260 . Die Mehrzahl von Schaltern250 steuert damit die Größe und Richtung des primären Stroms263 und damit des sekundären Stroms265 und des Stroms, der durch die Last290 fließt. - In einem Ausführungsbeispiel steuert jedes Steuersignal in der Mehrzahl von Steuersignalen
242 einen entsprechenden Schalter, der in der Mehrzahl von Schaltern250 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 eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand verbleibt. In einem Ausführungsbeispiel ist jeder der Mehrzahl von Schaltern250 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 Steuersignalen242 vier Steuersignale, die in der Lage sind, entsprechende vier Schalter zu steuern. Die Mehrzahl von Schaltern250 ist elektrisch mit dem primären Abschnitt262 über ein Paar von Anschlüssen268 verbunden. Ein Wechselstromausgang, der über einem Paar von Anschlüssen252 der Mehrzahl von Schaltern250 gemessen wird, hat eine konstante Schaltfrequenz, die durch das Auferlegen der Zeitverzögerung verursacht wird. -
3A erläutert Signalverläufe, die dem Wechselrichter200 zugeordnet sind, der keine Zeitverzögerung aufweist. In dieser Darstellung ist die Zeitverzögerung nicht vorhanden oder hat einen Wert von 0. Der erste Ausgang214 (nicht dargestellt) ist derselbe wie der verzögerte erste Ausgang232 (nicht dargestellt). Ferner folgt die primäre Spannung über dem Anschlusspaar268 im Wesentlichen dem Wechselstromausgang252 der Mehrzahl von Schaltern250 . Die Frequenz des Wechselrichters200 wird indirekt durch die Pulsbreite des Spannungsverlaufs des Ausgangs über den Anschlüssen252 bestimmt. Die Polarität des Pulses kann positiv, 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 Last290 zu liefern. In der Darstellung beginnt der Puls, wenn der Wechselrichterschaltkreis200 einen Nulldurchgang301 des primären Stroms263 detektiert, da es keine Zeitverzögerungskomponente230 gibt oder die Zeitverzögerung 0 beträgt. Wenn die Pulsbreite aufgrund eines sich ändernden Wertes der Gleichstromeingangsspannung201 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 Anschlüssen252 von einem Anfangswert V0312 (beispielsweise 0 V) zu einem erhöhten Wert von V2314 zu. Wenn eine ausgewählte Anzahl der Mehrzahl von Schaltern250 in Antwort auf eine Veränderung in dem Ausgang über den Anschlüssen252 angeschaltet wird, fährt der primäre Strom263 von einem Anfangswert I0 (beispielsweise 0 A) zu einem Maximalwert I2 hoch, da mehr Spannung zur Verfügung steht, um den Strom zu verändern, da V = L·(di/dt). Die Zeitdauer, während der der primäre Strom263 weiter zunimmt, ist eine Zeitdauer tAn312' des Arbeitszyklus. Bei t = t1320 nimmt der Ausgang über den Anschlüssen252 auf V0 ab. Der Primärstrom263 fällt auf I0 ab. Die Zeitdauer, in der der Primärstrom263 weiter abnimmt, ist eine Zeitdauer tAus314 des Arbeitszyklus. Bei t = t2330 wird ein Nulldurchgang des Primärstroms263 durch die Pulsstartkomponente210 delektiert. In Antwort auf den Nulldurchgang werden die Mehrzahl der Schalter250 in einen eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand gebracht und der Zyklus wird wiederholt. In diesen Beispiel variiert die Pulsbreite (beispielsweise tAn312' + tAus314' ) in dem Maße, wie die Gleichstromeingangsspannung201 variiert. Es wäre daher wünschenswert, eine konstante Schaltfrequenz bereitzustellen, um die Effizienz des Wechselrichters200 zu verbessern. -
3B illustriert Signalverläufe, die dem Wechselrichter200 zugeordnet sind, der eine Zeitverzögerung aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführngsbeispiel führt die Zeitverzögerungskomponente230 (nicht gezeigt) eine Zeitverzögerung td316 ein (oder erlegt sie auf) durch das Verändern des Zustands eines Schalters, der in der Mehrzahl von Schaltern250 (nicht gezeigt) enthalten ist, in Antwort auf einen Nulldurchgang301 . Das heißt, die Zeitverzögerung td316 wird von der Zeit t2330 des Nulldurchgangs auferlegt, um den Zustand der Schaltzeit t3340 zu verändern. Wie vorher beschrieben worden ist, variiert das Maß oder der Wert der Zeitverzögerung td316 mit der Gleichstromeingangsspannung201 . Die Einführung der variablen Verzögerungszeit td316 verursacht, dass der nachfolgende Nulldurchgang des ersten Eingangs212 fest bleibt, relativ zu einem vorhergehenden Nulldurchgang, wodurch in vorteilhafter Weise eine konstante Schaltfrequenz (beispielsweise 68 kHz) erzeugt wird. Das Betreiben des Wechselrichters200 bei einer konstanten Schaltfrequenz verbessert in vorteilhafter Weise die Effizienz, wie in den1A und1B beschrieben worden ist. Die Zeitverzögerung td316 verursacht eine Anpassung der Zeitdauer tAus314' , um die konstante Schaltfrequenz zu beizubehalten. -
4A erläutert ein Detail der Struktur der Zeitverzögerungskomponente230 aus2 gemäß eines Ausführungsbeispiels. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Verzögerungskomponente230 : (1) einen Verstärker410 , (2) einen Inverter420 , (3) einen MOSFET-Schalter430 , (4) eine Kapazität440 und (5) einen Komparator450 . Wie in2 beschrieben wird die Zeitverzögerungskomponente230 zwischen der Pulsstartkomponente210 und der Logikkomponente240 angeordnet, um in vorteilhafter Weise dem ersten Ausgang214 eine Zeitverzögerung aufzuerlegen. Der Ausgang der Zeitverzögerungskomponente230 ist der verzögerte erste Ausgang232 . - Der Verstärker
410 dient als eine programmierbare Stromquelle mit der folgenden Gleichung: IAusgang = (VR1 – VEingang)·gm, wobei VR1412 eine Standardreferenz darstellt und IAusgang414 den Ausgangsstrom. In dem Ausführungsbeispiel ist VEingang416 repräsentativ für die Stromquelle des Systems (PWR_SRC) (nicht dargestellt), beispielsweise einen Wechselstromadapter oder eine Batterie. Im Allgemeinen ist VEingang416 niedriger als VR1412 . Wenn VEingang416 bei seinem Minimalwert liegt (entsprechend einer niedrigen Spannung an PWR_SRC), liegt IAusgang410 bei seinem Maximum. Wenn VEingang416 bei seinem Maximalwert liegt (entsprechend einer hohen Spannung an PWR_SRC) ist IAusgang414 bei seinem Minimum. IAusgang414 lädt die Kapazität440 . Bei einem geringen Wert von IAusgang414 lädt sich der Kondensator440 mit einer geringeren Rate auf als bei einem größeren Wert von IAusgang414 . Wenn die Spannung am Kondensator440 VR2418 überschreitet (eine andere Referenzspannung) nimmt der Ausgang, der der verzögerte erste Ausgang232 ist, einen hohen Wert an. Wenn VEingang416 bei seinem Minimalwert liegt und der erste Ausgang414 von einem niedrigen Wert zu einem hohen Wert übergeht, schaltet der MOSFET430 ab, und die Kondensatorspannung440 beginnt mit dem Aufladen ausgehend von 0 V. IAusgang414 wird den Kondensator440 mit seiner Maximalrate laden. Dies führt zu einer minimalen Verzögerungszeit zwischen dem Übergang des ersten Ausgangs214 von niedrig auf hoch zu dem Übergang des verzögerten ersten Ausgangs232 von niedrig zu hoch. In einem anderen Szenario, wenn VEingang416 bei seinem Maximalwert ist, führt dies dazu, dass IAusgang414 bei seinem Minimalwert ist und führt ferner zu einer maximalen Verzögerungszeit zwischen dem Übergang des ersten Ausgangs214 von niedrig zu hoch und denn Übergang des verzögerten ersten Ausgangs232 von niedrig zu hoch. Wenn der erste Ausgang214 auf einen niedrigen Wert übergeht, schaltet der MOSFET430 an und der Kondensator440 wird mit einer Rate entladen, die unabhängig ist von IAusgang414 . Obwohl dieses erläuternde Ausführungsbeispiel gezeigt und beschrieben worden ist, ist ein weiter Bereich von Veränderungen, Abwandlungen und Ersetzungen denkbar. Beispielsweise kann die Zeitverzögerungskomponente230 durch andere Mittel implementiert werden, beispielsweise programmierbare Logikchips. -
4B erläutert eine graphische Beziehung zwischen der Zeitverzögerung td316 aus3B (gezeigt auf der Y-Achse) und der Gleichstromeingangsspannung201 aus2 (gezeigt auf der X-Achse) gemäß einen Ausführungsbeispiel. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zeitverzögerung td316 variabel. Ein spezieller Wert der Zeitverzögerung td316 ist auswählbar in Antwort auf die Gleichstromeingangsspannung201 . Das heißt, der Graph definiert den speziellen Wert, der für die Zeitverzögerung td316 für einen ausgewählten Wert der Gleichstromeingangsspannung201 benötigt wird. Der besondere Wert für die Zeitverzögerung td316 verursacht eine Anpassung der Zeitdauer tAUS314' (nicht gezeigt), um eine konstante Schaltfrequenz von 68 kHz beizubehalten. -
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Verbessern der Effizienz des Wechselrichters200 erläutert, der Leistung für die Last290 bereitstellt gemäß eines Ausführungsbeispiels. Im Schritt510 wird der Gleichstromeingang201 durch eine Mehrzahl von Schaltern250 empfangen. Im Schritt520 werden die Mehrzahl von Schaltern250 durch eine Mehrzahl von Steuersignalen242 so gesteuert, dass ein Wechselstromausgang über den Anschlüssen252 in Antwort auf den Gleichstromeingang201 erzeugt wird. Im Schritt530 wird der Ausgang über den Anschlüssen252 der Mehrzahl von Schaltern250 durch die Filterkomponente260 gefiltert, um einen gefilterten Wechselstromausgang zu erzeugen und die Last290 mit Leistung zu versorgen. Im Schritt540 wird ein Nulldurchgang des Wechselstromausgangs über den Anschlüssen252 durch eine Pulsstartkomponente210 detektiert. Im Schritt550 wird die Steuerung der Mehrzahl von Schaltern250 um td316 verzögert, um effektiv eine konstante Schaltfrequenz des Wechselrichters200 in Antwort auf eine Veränderung beim Gleichstromeingang201 aufrechtzuerhalten. - In einem Ausführungsbeispiel können die Schritte
540 und550 vor dem Schritt530 durchgeführt werden.
Claims (17)
- Wechselrichter (
200 ) mit einer Last (290 ), wobei der Wechselrichter aufweist: eine Filterkomponente (260 ), die einen Transformator umfasst, mit einer primären Wicklung (262 ), die elektromagnetisch mit einer sekundären Wicklung (264 ) gekoppelt ist, wobei ein primärer Strom (263 ) durch die primäre Wicklung (262 ) fließt und wobei ein Laststrom (265 ) durch die sekundäre Wicklung fließt; eine Pulsstartkomponente (210 ), die ein erstes Eingangssignal (212 ) empfängt, das charakteristisch für den primären Strom (263 ) ist, wobei die Pulsstartkomponente (210 ) ein erstes Ausgangssignal (214 ) erzeugt als Folge eines Nulldurchgangs (301 ) des ersten Eingangssignals (212 ); eine Pulsdauerkomponente (220 ), die ein zweites Eingangssignal (222 ) empfängt, das charakteristisch für den Laststrom (265 ) ist und ein drittes Eingangssignal (224 ) empfängt, das charakteristisch für eine Gleichstromeingangsspannung (201 ) ist, wobei die Pulsdauerkomponente (220 ) ein zweites Ausgangssignal (226 ) erzeugt in Abhängigkeit von dem zweiten und dritten Eingangssignal (222 ,224 ); gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungskomponente (230 ), die die Gleichstromeingangsspannung (201 ) und das erste Ausgangssignal (214 ) empfängt, und dies mit einer von der Gleichstromeingangsspannung (201 ) abhängigen Zeitverzögerung (316 ) versieht, um ein verzögertes erstes Ausgangssignal (232 ) zu erzeugen, eine Logikkomponente (240 ), die das verzögerte erste Ausgangssignal (232 ) und das zweite Ausgangssignal (226 ) empfängt, um eine Mehrzahl von Steuersignalen (242 ) zu erzeugen; und eine Mehrzahl von mit der primären Wicklung (262 ) gekoppelten Schaltern (250 ), die die Gleichstromeingangsspannung (201 ) in den primären Strom (263 ) konvertieren als Folge auf das Empfangen der Mehrzahl von Steuersignalen (242 ). - Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Last (
290 ) eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe ist (CCFL). - Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei der Wert der Zeitverzögerung (
316 ) zunimmt, wenn die Gleichstromeingangsspannung (201 ) zunimmt. - Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Schaltern (
250 ) als Vollbrücke konfiguriert ist. - Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei ein Ausgang der Vollbrücke eine konstante Schaltfrequenz aufweist, die durch das Auferlegen der Zeitverzögerung (
316 ) verursacht worden ist. - Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei jedes Steuersignal der Mehrzahl von Steuersignalen (
242 ) einen entsprechenden Schalter steuert, indem der Schalter in einen eingeschalteten oder einen ausgeschalteten Zustand gebracht wird und eine Zeitperiode in dem eingeschalteten Zustand vorgegeben wird. - Wechselrichter nach Anspruch 6, wobei die Zeitverzögerung (
316 ) auferlegt wird vorn Nulldurchgang (301 ) des ersten Eingangssignals (212 ) bis zu einem Wechsel im Zustand des Schalters. - Wechselrichter nach Anspruch 6, wobei die Zeitverzögerung (
316 ) eine Anpassung der Zeitperiode im ausgeschalteten Zustand verursacht, um eine konstante Schaltfrequenz beizubehalten. - Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei das Auferlegen der Zeitverzögerung (
316 ) verursacht, dass ein nachfolgender Nulldurchgang (301 ) des ersten Eingangssignals (212 ) festbleibt in Bezug auf einen vorangegangenen Nulldurchgang (301 ), wodurch eine konstante Schaltfrequenz erzeugt wird. - Verfahren zum effizienten Betreiben eines Wechselrichters (
200 ) zum Bereitstellen von Leistung für eine Last (290 ), wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Gleichstromeingangsspannung (201 ); Ansteuern einer Mehrzahl von Schaltern (250 ) zum Erzeugen eines Wechselstromausgangssignals (263 ) aus der Gleichstromeingangsspannung (201 ); Filtern des Wechselstromausgangssignals (263 ) zum Erzeugen eines gefilterten Wechselstromausgangssignals (265 ) zum Versorgen der Last (290 ) mit einer Leistung; Detektieren eines Nulldurchgangs (301 ) des Wechselstromausgangssignals (263 ); gekennzeichnet durch Verzögern der Ansteuerung der Mehrzahl von Schaltern (250 ) abhängig von der Gleichstromeingangsspannung (201 ), um effektiv eine konstante Schaltfrequenz des Wechselrichters (200 ) bei einer Veränderung der Gleichstromeingangsspannung (201 ) aufrechtzuerhalten. - Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verzögern verursacht wird durch das Setzen einer Zeitverzögerung (
316 ), wobei die Zeitverzögerung (316 ) einen variablen Zeitwert aufweist. - Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Zeitverzögerung (
316 ) als eine vorbestimmte Funktion der Gleichstromeingangsspannung (201 ) variiert, wobei der variable Zeitwert zunimmt, wenn die Gleichstromeingangspannung (201 ) zunimmt, - Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ansteuern der Mehrzahl von Schaltern (
250 ) umfasst, dass jeder Schalter in der Mehrzahl von Schaltern (250 ) in einen eingeschalteten oder einen ausgeschalteten Zustand gebracht wird, und das Anpassen einer Zeitperiode im eingeschalteten Zustand. - Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verzögern das Auferlegen einer Zeitverzögerung (
316 ) bewirkt, gemessen vom Nulldurchgang (301 ) bis zu einer Veränderung im eingeschalteten oder ausgeschalteten Zustand. - Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Zeitverzögerung (
316 ) eine Anpassung der Zeitperiode im ausgeschalteten Zustand verursacht, um die konstante Schaltfrequenz aufrechtzuerhalten. - Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Auferlegen der Zeitverzögerung (
316 ) verursacht, dass ein nachfolgender Nulldurchgang des Wechselstromaus-gangssignals (263 ) festbleibt relativ zu einem vorangegangen Nulldurchgang, wodurch eine konstante Schaltfrequenz erzeugt wird. - Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Last (
290 ) eine Kaltkathodenfluoreszenzlampe (CCFL) ist.
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