DE10208394A1

DE10208394A1 - Anordnung zum Steuern einer elektrisch wirksamen Folie

Info

Publication number: DE10208394A1
Application number: DE2002108394
Authority: DE
Inventors: Andreas Winter; Thomas Ganz
Original assignee: Webasto Systemkomponenten GmbH and Co KG
Current assignee: Webasto Systemkomponenten GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2003-09-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern einer elektrisch wirksamen Folie (20), mit einer Gleichstromquelle (10), einer Wechselrichterschaltung (12), welche die Gleichspannung der Gleichstromquelle in eine NF-Wechselspannung umwandelt, und einem NF-Transformator (14), welcher primärseitig mit der NF-Wechselspannung gespeist wird und sekundärseitig einen Resonanzkreis (16) speist, welcher die Wechselspannung für die elektrisch wirksame Folie liefert. Der Resonanzkreis (16) wird maßgeblich von einer NF-Induktivität (18) und der Kapazität der Folie (20) gebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern einer elektrisch wirksamen Folie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine gattungsgemäße Anordnung ist beispielsweise aus der US 5,764,402 bekannt, wo eine LCD-Zelle verwendet wird, um die Reflektivität eines Fahrzeugrückspiegels einstellbar zu gestalten. Dabei wird mittels eines Oszillators aus einer Gleichspannung eine Rechteckspannung erzeugt, welche von dem Transformator hochtransformiert wird. Der sekundärseitige Resonanzkreis wird von einer Kapazität gebildet, wobei die LCD- Folie parallel zu der Kapazität an den Resonanzkreis angeschlossen ist. Die Frequenz des Oszillators kann entweder manuell oder mittels Rückkopplung auf die Frequenz des Resonanzkreises eingestellt werden. Der primärseitige Strom wird über einen Steuerkreis gesteuert, welcher die Intensität des auf den Rückspiegel fallenden Lichts erfasst. Nachteilig bei einer solchen Anordnung ist, dass einerseits eine Kapazität für den Resonanzkreis vorgesehen ist und andererseits der Strom durch die Kapazität den Transformator und gegebenenfalls eine im Resonanzkreis vorgesehene Induktivität belastet.

Aus der US 6,255,783, der US 5,495,149 und der US 5,495,405 sind Anordnungen zum Ansteuern einer Gasentladungslampe bekannt, bei welchen in ähnlicher Weise aus einer Gleichspannung mittels eines Wechselrichters und eines Transformators, welcher sekundärseitig einen Resonanzkreis bestehend aus einer Induktivität und in einer Reihe geschalteten Kapazität speist, eine Wechselspannung für die Gasentladungslampe erzeugt wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Steuern einer elektrisch wirksamen Folie zu schaffen, welche möglichst einfach aufgebaut ist und möglichst geringe elektrische Verluste aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 bzw. eine Anordnung gemäß Anspruch 8. Dabei ist vorteilhaft, dass dadurch, dass der Resonanzkreis maßgeblich von einer Induktivität und der Kapazität der Folie gebildet wird, auf wesentliche zusätzliche kapazitive Elemente in dem Resonanzkreis verzichtet werden kann, wodurch einerseits die Nennleistung und die Baugröße des Transformators und andererseits der Nennstrom und die Baugröße der Induktivität verringert werden können. Auf diese Weise kann durch Ausnutzen der kapazitiven Eigenschaften der Folie die Anordnung vereinfacht werden.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 beispielhaft den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung in Resonanzkreis der Ausführungsform gemäß Fig. 1.
Die Anordnung gemäß Fig. 1 dient zum Ansteuern einer elektrisch wirksamen bzw. elektrisch gesteuerten Folie, insbesondere einer LCD-Folie, die beispielsweise in Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, im Fensterbereich oder im Dachbereich verwendet werden kann, um die Lichttransmission von Seitenfenstern oder Dachfenstern bzw. Dachglasdeckeln nach Wunsch des Bedieners zu verändern bzw. einzustellen. Eine solche Folie hat primär kapazitive Eigenschaften und wird typischerweise mit einer Wechselspannung von mehr als 20 V angesteuert. Dabei darf nur ein sehr kleiner Gleichspannungsanteil an der Folie anliegen und der Effektivstrom muss klein bleiben, um eine Beschädigung der Folie und der Elektroden auszuschließen.
Stromspitzen dürfen nicht auftreten, auch nicht beim Aus- oder Einschalten der elektrisch gesteuerten Folie.
Gemäß Fig. 1 umfasst die Anordnung zum Steuern der Folie eine Gleichstromquelle 10, bei welcher es beispielsweise um eine Fahrzeugbatterie handeln kann, eine H-Brücke 12, welche als Wechselrichter wirkt und aus der Gleichspannung der Quelle 10 eine Wechselspannung mit positiven und negativen Rechteckimpulsen erzeugt, sowie einen Niederfrequenztransformator 14, in welchen die Ausgangsspannung der H-Brücke 12 primärseitig eingespeist wird. Der Transformator 14 ist sekundärseitig mit einem Resonanzkreis 16 verbunden, welcher eine Induktivität 18 und die Folie 20, d. h. deren Kapazität, in Reihenschaltung umfasst. Dabei ist in dem Resonanzkreis 16 kein bzw. kein wesentliches zusätzliches kapazitives Element (Kondensator) vorgesehen, so dass die Resonanz des Resonanzkreises 16 maßgeblich durch die Induktivität 18 und die Kapazität der Folie 20 bestimmt wird; d. h. es werden die kapazitiven Eigenschaften der Folie 20 verwendet, um den Resonanzkreis 16 zu bilden. Die Kapazität der Folie 20 macht mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 70%, noch stärker bevorzugt mindestens 90%, der Gesamtkapazität des Resonanzkreises 16 aus.
Der Transformator 14 dient dazu, die von der H-Brücke 12 erzeugte Rechteckspannung hochzutransformieren, wobei der Resonanzkreis 16 dafür sorgt, dass in dem Resonanzkreis 16 eine annähernd sinusförmige Wechselspannung zum Steuern der Folie 20 erzeugt wird. Ein beispielhafter zeitlicher Verlauf von Strom und Spannung an der Folie 20 ist in Fig. 3 gezeigt.
Da die annähernd sinusförmige Ausgangsspannung durch eine Resonanzüberhöhung in dem Resonanzkreis 16 erzeugt wird, ist die über das magnetische Material des Transformators 14 übertragene Leistung wesentlich geringer als die Ausgangsscheinleistung, d. h. der verwendete Transformator 14 (der im wesentlichen wie ein vergleichbarer Netztransformator ausgebildet sein kann) kann relativ klein und leicht ausgebildet sein. Da im Resonanzkreis 16 kein Hilfskondensator zusätzlich zu der Folie 20 vorgesehen ist, entfällt auch der Strom durch einen solchen Hilfskondensator, wodurch der Transformator 14 und die Induktivität 18 nur durch den tatsächlich in die kapazitive Folie 20 fließenden Strom belastet werden. Insgesamt können die Nennleistung und Baugröße des Transformators 14 sowie der Nennstrom und die Baugröße der Induktivität 18 verringert werden.
Ferner ist eine Steuerung 22 vorgesehen, welche auf die H-Brücke 12 wirkt. Die Steuerung 22 dient einerseits dazu, den durch die H-Brücke 12 fließenden Strom (und damit den Transformatorstrom) zu steuern. Dabei umfasst die Steuerung 22 einen Pulsweitenmodulator, der mit Information über den H-Brücken-Strom und somit den Transformatorstrom versorgt wird, wobei dies beispielsweise mittels Shunt- Widerständen erfolgen kann. Somit regelt der Pulsweitenmodulator letztlich den Transformatorstrom.
Andererseits dient die Steuerung 22 auch dazu, Toleranzen der elektrischen Eigenschaften der Folie 20, insbesondere der kapazitiven Eigenschaften, in weiten Bereichen auszugleichen. Insbesondere kann die Kapazität und der parasitäre Parallelwiderstand der Folie 20 stark mit der Temperatur variieren. Zu diesem Zweck wird der Ausgangsstrom, d. h. der Strom in dem Resonanzkreis 16, überwacht, wobei die Steuerung 22 die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals und somit die Frequenz des Ausgangssignals des Pulsweitenmodulators verringert, wenn der Ausgangsstrom einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Eine solche Steuerung kann beispielsweise mit Hilfe eines Optokopplers realisiert werden.
Die Folie 20 wird typischerweise in einem Frequenzbereich zwischen 50 und 100 Hz betrieben, wobei die Spannung typischerweise zwischen 20 und 200 V liegt.
Das in Fig. 1 gezeigte Niederfrequenzkonzept beinhaltet folgende Vorteile: Die EMV- Belastung und die Stückkosten sowie der Entwicklungsaufwand können gering gehalten werden; es tritt kein Gleichspannungsanteil am Ausgang auf; der Aufwand zur Ansteuerung der H-Brücke sowie die elektrischen Verluste können gering gehalten werden; der Transformator sowie die Induktivität können in relativ kleiner Bauform ausgeführt werden; die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom sind über die Impulsform und die Ausgangsfrequenz steuer- bzw. regelbar; der Ausgang ist potenzialfrei; und es treten keine Stromspitzen beim Ein- und Ausschalten am Ausgang auf.
In Fig. 2 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche für Wechselspannungsquellen geeignet ist. Dabei ist statt einer Gleichspannungsquelle 10 eine Wechselspannungsquelle 110 vorgesehen, bei welcher es sich beispielsweise um eine Haushaltsnetzspannung handeln kann. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der Wechselrichter 12 nicht erforderlich und kann deshalb weggelassen werden. Der Transformator 14 und der Resonanzkreis 16 sind dagegen in ähnlicher Weise wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ausgebildet und sollen hier nicht nochmals beschrieben werden.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist vor allem für den stationären Einsatz, z. B. in Gebäuden, geeignet. Bezugszeichenliste 10 Gleichstromquelle
12 H-Brücke
14 NF-Transformator
16 Resonanzkreis
18 NF-Induktivität
20 LCD-Folie
22 Steuerung
110 Wechselstromquelle

Claims

1. Anordnung zum Steuern einer elektrisch wirksamen Folie (20), mit einer Gleichstromquelle (10), einer Wechselrichterschaltung (12), welche die Gleichspannung der Gleichstromquelle in eine NF-Wechselspannung umwandelt, einem NF-Transformator (14), welcher primärseitig mit der NF-Wechselspannung gespeist wird und sekundärseitig einen Resonanzkreis (16) speist, welcher die Wechselspannung für die elektrisch wirksamen Folie liefert, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzkreis (16) maßgeblich von einer NF- Induktivität (18) und der Kapazität der Folie (20) gebildet wird, wobei die Kapazität der Folie mindestens 50% der Gesamtkapazität des Resonanzkreises ausmacht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die NF-Induktivität (18) und die Folie (20) in Reihe geschaltet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Steuereinheit (22) für die Wechselrichterschaltung (12) vorgesehen ist, welche den Strom durch die Wechselrichterschaltung steuert oder regelt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Steuereinheit (22) für die Wechselrichterschaltung (12) vorgesehen ist, welche die Frequenz des Stroms durch die Wechselrichterschaltung gemäß dem im Resonanzkreis fließenden Strom steuert.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuereinheit (22) einen Pulsweitenmodulator umfasst.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuereinheit (22) so ausgebildet ist, dass sie, wenn der im Resonanzkreis (16) fließende Strom einen Schwellwert übersteigt, die Frequenz des pulsweitenmodulierten Stroms verringert.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Wechselrichterschaltung um eine H-Brücke (12) handelt.

8. Anordnung zum Steuern einer elektrisch wirksamen Folie (22), mit einer Wechselstromquelle (110) und einem NF-Transformator (14), welcher primärseitig mit der Wechselspannung der Wechselstromquelle gespeist wird und sekundärseitig einen Resonanzkreis (16) speist, welcher die Spannung für die elektrisch wirksamen Folie liefert, wobei der Resonanzkreis maßgeblich von einer NF-Induktivität (18) und der Kapazität der Folie (20) gebildet wird, und wobei die Kapazität der Folie mindestens 50% der Gesamtkapazität des Resonanzkreises ausmacht.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Wechselspannung der Wechselstromquelle (110) um eine Sinus-förmige Spannung handelt.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität der Folie (20) mindestens 70% der Gesamtkapazität des Resonanzkreises (16) ausmacht.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich der elektrisch wirksamen Folie (20) um eine LCD-Folie mit einstellbarer Transmission handelt.

12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Einbau in ein Fahrzeug, insbesondere einen Pkw, ausgebildet ist.