DE10354987A1

DE10354987A1 - Hochgenauigkeitsbeleuchtungssteuerung für PWM-getriebene Lampe

Info

Publication number: DE10354987A1
Application number: DE10354987A
Authority: DE
Inventors: Paul Fredrick Luther Novi Weindorf
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2004-06-17
Also published as: JP2004172130A; US6690121B1

Abstract

Es wird eine Lampenhelligkeitssteuerung für eine Lampe zur Bereitstellung von Hintergrundbeleuchtung für ein Display offenbart. Ein Helligkeit-Strom-Umsetzer erzeugt einen elektrischen Strombefehl mit einer Größe, die einem Solllampenstrom proportional ist, der der Sollhelligkeit entspricht. Ein PWM-Generator erzeugt ein PWM-Ansteuerungssignal mit einem als Reaktion auf einen Stellbefehl festgelegten Tastverhältnis. Eine Lampenansteuerung schaltet in Reaktion auf das PWM-Ansteuerungssignal Energie auf die Lampe. Ein Stromsensor erzeugt ein Stromrückkopplungssignal als Reaktion auf einen Stromfluss in der Lampe. Ein Fehlerverstärker erzeugt den Stellbefehl als Reaktion auf den elektrischen Strombefehl und das Stromrückkopplungssignal, wodurch ungeachtet beliebiger Abweichungen zum Beispiel im PWM-Generator oder in der Lampenansteuerung ein Istlampenstrom im Wesentlichen gleich dem Solllampenstrom ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Beleuchtungssteuerung von Leuchtstofflampen und insbesondere auf Kompensation von Abweichungen und Temperaturänderungen in Pulsweitenmodulations-(PWM-)Schaltungen zur Steuerung von Lampenhelligkeit.
Hintergrundbeleuchtete Anzeigegeräte werden in einer Vielzahl von Konsum- und Industriegütern zur Anzeige von Daten, Tabellen, Grafiken, Mitteilungen, anderen Darstellungen, Informationen und Ähnlichem verwendet. Hintergrundbeleuchtete Displays haben eine Hintergrundbeleuchtung, die zur Beleuchtung eines Anzeigefelds von vorn oder hinten angeordnet ist. Die Hintergrundbeleuchtung könnte eine Leuchtstoffröhre, ein Elektroluminiszenzgerät, eine Gasentladungslampe, ein Plasmaschirm und Ähnliches sein. Das Anzeigefeld könnte zum Beispiel ein passives oder aktives Matrix-Flüssigkeitsdisplay (LCD) sein. Die Hintergrundbeleuchtung und das Anzeigefeld sind an eine Steuerungsschaltung zur Bereitstellung einer variablen Spannungsversorgung angeschlossen, um die Helligkeit der Beleuchtung zu steuern. Das Anzeigegerät könnte separat oder in anderen Komponenten integriert sein, wie z. B. ein Elektronikgerät in einer Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs oder anderen Fahrzeugs, ein tragbares Elektronikgerät und Ähnliches.
Zur Steuerung der Helligkeit erhöht oder verringert eine Treiberschaltung den an die Hintergrundbeleuchtung gelieferten Ansteuerungsstrom. Der Ansteuerungsstrom wird typischerweise in Abhängigkeit der Umgebung (z. B. Umgebungslichtbedingungen) und Nutzervorlieben eingestellt. Eine abgedunkelte Umgebung erfordert gewöhnlich geringe Helligkeit und deshalb einen niedrigeren Ansteuerungsstrom als eine hell erleuchtete Umgebung. Die Helligkeit könnte automatisch als Reaktion auf die Umgebung und/oder manuell geändert werden. Das hintergrundbeleuchtete Anzeigegerät könnte einen Schalter, ein Tastenfeld, einen Touchscreen, eine Fernbedienung oder Ähnliches zur Einstellung der Helligkeit haben.
Als Hintergrundbeleuchtung für LCDs werden Kaltkatodenleuchtstofflampen (CCFLs) verwendet. CCFLs sind aufgrund ihrer niedrigen Kosten und hohen Wirkungsgrads für diese Anwendung gut geeignet. Es ist eine hohe durch das Verhältnis von ausgesendetem Licht zur zugeführten Leistung definierte Wirkungsgrad erforderlich, da typische LCDs nur etwa 5 % der Hintergrundbeleuchtung aufgrund der Absorption von Licht in Polarisator und Farbfilter des LCDs aussenden. Zur Erzeugung üblicher Tageslichtpegel von etwa 400 Nit muss die Hintergrundbeleuchtung zu 20 × 400 Nit in der Lage sein. Ein Nit ist die in einer Entfernung von einem Meter zu einer Fläche von einem mal einem Meter gemessene Leuchtdichte einer Kerzenstärke, auch Candela pro Quadratmeter genannt. Eine kostengünstige Hintergrundbeleuchtungstechnik, die einen solchen Lichtpegel bereitstellen kann, ist eine Leuchtstofflampe.
Obwohl die CCFL eine außerordentlich effektive Lichtquelle ist, ist es schwierig, ihre Beleuchtung auf niedrige Helligkeitspegel herunter zu steuern, wie sie zum Beispiel nachts im Kraftfahrzeug erforderlich sind. In einigen Kraftfahrzeuganwendungen könnte die Helligkeitsregelung auf einen gerade noch wahrnehmbaren Pegel (z. B. im Bereich von 1,0 Nit für ein aktives Matrix-LCD) erforderlich sein. Demzufolge muss die CCFL-Steuerung in der Lage sein, ein Helligkeitsregelverhältnis von 400 : 1 zu ermöglichen.
Die meisten CCFL-Steuerungen haben bei der Steuerung der absoluten Leuchtdichte hinunter auf diesen Pegel Schwierigkeiten. Einige bekannte Systeme erreichen das gewünschte Helligkeitsregelverhältnis durch Übersteuerung der Lampe. Das verringert jedoch die Lebensdauer der Lampe dramatisch. Einige militärische LCD-Systeme verwenden eine erste Lampe zur Tageslichtbeleuchtung und eine zweite, kleinere Lampe zur Erzeugung der erforderlichen Nachtleuchtpegel. Systeme, die zwei Lichtquellen verwenden, sind jedoch im Kraftfahrzeugwesen hinsichtlich der Kosten nicht wettbewerbsfähig. Es ist nicht nur eine zweite Lampe erforderlich, sondern ebenso eine zweite Steuerung.
Viele Steuerschemas werden zur Steuerung der Fluoreszenzbeleuchtung verwendet. Beispiele sind spannungsgesteuerte Eigenresonanzoszillatoren, Impulsstrom-Pulsweitenmodulations-(PWM-)Steuerung und PWM-Tastverhältnissteuerungssysteme oder Kombinationen davon. Impulsstrom-PWM-Steuerungssysteme arbeiten zur Steuerung des Lampenstroms typischerweise bei einer Frequenz von 20 kHz bis 100 kHz. Eine PWM-Tastverhältnissteuerung der CCFL-Leuchtdichte erfolgt durch Steuerung des Tastverhältnisses der Lampeneinschaltzeit zur gesamten periodischen Aktualisierungszeit. Ein PWM-Signal könnte zum Beispiel mit einer Frequenz von etwa 120 Hz und einem von 100 % bis unter 1 reichenden Tastverhältnis erzeugt werden. Aufgrund der „An"-Zeit des PWM-Signals wird ein Strom mit einer höheren Frequenz (z. B. etwa 60 kHz) an die CCFL angelegt. Der mittlere Ansteuerungsstrom und damit die Gesamtbeleuchtung werden verringert, wenn das Tastverhältnis verringert wird.
Während die Hintergrundleuchtdichte im Allgemeinen proportional zum Ansteuerungsstrom ist, könnte sich der Wirkungsgrad aufgrund des Betriebs des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts ändern. Die Änderung des Wirkungsgrads ändert die Hintergrund leuchtdichte und damit die Helligkeit des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts. Der Wirkungsgrad des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts ist gewöhnlich beim Anschalten niedrig und steigt während einer „Aufwärmphase" an. Selbst nach der Aufwärmphase könnte sich der Wirkungsgrad aufgrund des Betriebs des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts so ändern, als wenn das hintergrundbeleuchtete Anzeigegerät zwischen kälteren und wärmeren Umgebungsbedingungen wechselt. Der Wirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung könnte sich selbst aufgrund des Ansteuerungsstrompegels ändern. Höhere Ansteuerungsströme bewirken eine Erhöhung der Lampentemperatur, wodurch sich der Wirkungsgrad ändert. Der Wirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung könnte sich außerdem aus anderen Gründen ändern, wie z. B. geringe oder keine Aufrechterhaltung des Lichtstroms über der Zeit und Schwankungen von Wärmewiderstand und Schaltungsbetrieb.

US-Patent 6,388,388, erteilt auf Weindorf et al., offenbart ein Helligkeitssteuerungssystem für ein hintergrundbeleuchtetes Anzeigegerät, wobei das System den Wirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung misst, um eine gewünschte Helligkeit oder Leuchtdichte für das hintergrundbeleuchtete Anzeigegerät zu erreichen. Der Wirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung ist eine Funktion der Lampentemperatur. Bei jeder Lampentemperatur ist die Leuchtdichte linear proportional zu einem Sollansteuerungsstrom für die Hintergrundbeleuchtung. Mit Verwendung der gemessenen Lampentemperatur und des bekannten Wirkungsgrads der Hintergrundbeleuchtung zur Ableitung eines Solllampenstroms und anschließender Steuerung des PWM-Tastverhältnisses zwecks Erzeugung des Solllampenstroms könnte das Hintergrundbeleuchtungssteuerungssystem die gewünschte Helligkeit über den gesamten dynamischen Bereich des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts aufrechterhalten. US-Patent 6,388,388 ist hier durch Bezug in seiner Gesamtheit integriert.

Der CCFL-Ansteuerungsstrom könnte unter Verwendung eines Inverter-Schaltkreises (Inverter-IC), wie z. B. eine aperiodische PWM-Steuerung mit Direktansteuerung, gesteuert werden. Der von Linfinty Division of Microsemi Corporation hergestellte LX1686-Inverter mit CCFL-Direktansteuerung ist ein Beispiel. Der Solllampenstrom könnte in einer digitalen Mikrosteuerung als Reaktion auf eine digitalisierte Lampentemperaturmessung berechnet werden. Dieser Lampenstromwert wird in ein Analogsignal mit einer Größe umgewandelt, die einem PWM-Tastverhältnis des Inverters entspricht, der den mittleren Solllampenstrom erzeugt. Das Analogsignal wird an den Inverter-IC als Helligkeitsbefehl gekoppelt.

Obwohl der zur Erzeugung der gewünschten Beleuchtung erforderliche Lampenstrom bekannt ist, wurde festgestellt, dass weiterhin Fehler beim Istbeleuchtungspegel auftreten. Außerdem sind die Fehler von Gerät zu Gerät nicht identisch. Es wurde gefunden, dass Temperaturänderungen, andere Abweichungen und mit dem Inverter-IC und seinen externen Komponenten verbundene Rauscheffekte Schwankungen in der Übernagungsfunktion, die den analogen Helligkeitsbefehl dem erzeugten Istlampenstrom zuordnet, hervorrufen. Ein zur Erzeugung eines PWM-Signals verwendeter Sägezahngenerator könnte zum Beispiel erhöhte Temperatur aufweisen oder die Eingangsenergieversorgung könnte variieren.

Die Erfindung besitzt den Vorteil genauer Beibehaltung eines angewiesenen Lampenstroms ohne Temperaturmessung oder Kompensation der Inverterkomponenten selbst. Ein geschlossenes Regelsystem mit Stromrückkopplung korrigiert die Stromabweichungen unabhängig von ihrer Ursache.

In einer Ausgestaltung der Erfindung stellt eine Lampenhelligkeitssteuerung für eine Lampe Hintergrundbeleuchtung für ein Display bereit. Ein Helligkeit-Strom-Umsetzer erzeugt einen elektrischen Strombefehl mit einer Größe, die einem Solllampenstrom proportional ist, der der Sollhelligkeit entspricht. Ein PWM-Generator erzeugt ein PWM-Ansteuerungssignal mit einem als Reaktion auf einen Stellbefehl festgelegten Tastverhältnis. Eine Lampenansteuerung schaltet Energie auf die Lampe als Reaktion auf das PWM-Ansteuerungssignal. Ein Stromsensor erzeugt ein Stromrückkopplungssignal als Reaktion auf einen Stromfluss in der Lampe. Ein Fehlerverstärker erzeugt den Stellbefehl als Reaktion auf den elektrischen Strombefehl und das Stromrückkopplungssignal, wodurch ungeachtet beliebiger Abweichungen im PWM-Generator oder in der Lampenansteuerung ein Istlampenstrom im Wesentlichen gleich dem Solllampenstrom ist.

1 ist eine Seitenansicht eines hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts mit einem Helligkeitssteuerungssystem;

2 ist eine Vorderansicht des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts von 1;

3 ist ein Blockschaubild eines Helligkeitssteuerungssystems;

4 zeigt Wellenformbeispiele zur Beschreibung der Erfindung;

5 ist ein schematisches Blockschaubild, das einen Vorzugsausgestaltung eines erfindungsgemäßen Regelkreises mit Stromrückkopplung zeigt;

Die 1 und 2 zeigen ein hintergrundbeleuchtetes Anzeigegerät 100, das eine Hintergrundbeleuchtung 102, ein Anzeigefeld 104, einen Rahmen 106, eine Steuerschal tung 108, eine Spannungsversorgung 110, ein Bedienfeld 112 und einen Temperatursensor 114 enthält. Das hintergrundbeleuchtete Anzeigegerät 100 könnte ein umgekehrtes Bild zur Rückprojektion bereitstellen, ein Bild auf eine (nicht dargestellte) Anzeigefläche projizieren, eine oder mehrere (nicht dargestellte) Vergrößerungslinsen und (nicht dargestellte) Reflexionsflächen besitzen, mit weiteren Komponenten zusammenwirken oder andere Komponenten enthalten und Ähnliches. Das hintergrundbeleuchtete Anzeigegerät 100 könnte in einem Navigationsfunksystem für ein Kraftfahrzeug oder anderes Fahrzeug integriert sein. Das hintergrundbeleuchtete Anzeigegerät 100 könnte in einer Instrumententafel, einem Steuerpult oder anderem Teil eines Kraftfahrzeugs oder anderen Fahrzeugs eingebaut oder integriert sein. Das hintergrundbeleuchtete Anzeigegerät 100 könnte außerdem in ein Elektronikgerät, wie z. B. ein Laptopcomputer, ein Personalorganizer und Ähnliches, eingebaut oder integriert sein. Das Anzeigefeld 104 könnte aus einem Flüssigkristall-Display (LCD) bestehen. Die Hintergrundbeleuchtung 102 könnte zwecks Bereitstellung von Licht zur Bedienung des Anzeigefelds 104 betriebsfähig angeordnet sein. Die Hintergrundbeleuchtung 102 und das Anzeigefeld 104 könnten zum Beispiel ein aktives oder passives Matrix-LCD sein. In einer Vorzugsausgestaltung besteht die Hintergrundbeleuchtung 102 aus einer Kaltkatodenleuchtstofflampe. Die Hintergrundbeleuchtung 102 könnte alternativ aus einer oder mehreren Heißkatodenleuchtstofflampen, ausgerichteten Leuchtstoffröhren, Elektroluminiszenzgeräten, Gasentladungslampen, lichtemittierenden Dioden (LED), organischen LEDs, Plasmaschirmen, einer Kombination davon oder Ähnlichem bestehen.

In der Vorzugsausgestaltung umspannt und hält der Rahmen 106 den Umfang des Anzeigefeld 104. Der Rahmen 106 könnte verschiedene Konfigurationen haben und den Umfang komplett oder nur teilweise umspannen. Der Rahmen 106 könnte andere Komponenten wie z. B. die Hintergrundbeleuchtung 102 halten oder umspannen. Der Rahmen 106 könnte zusätzliche Rahmen enthalten und mit einer weiteren Komponente, wie z. B. eine Instrumententafel in einem Kraftfahrzeug, verbunden oder deren Teil sein.

Die Steuerschaltung 108 ist zur Bereitstellung eines Bildsignals an der Hintergrundbeleuchtung 102 und dem Anzeigefeld 104 angeschlossen. Die Steuerschaltung 108 könnte einen oder mehrere Mikroprozessoren enthalten und Teil anderer Schaltungen, wie z. B. einer Zentraleinheit oder einer Fahrzeugsteuerungseinheit, oder in sie integriert sein. Die Steuerschaltung 108 könnte komplett oder teilweise auf einem oder mehreren integrierten Schaltkreisen (ICs) bereitgestellt werden. Die Steuerschaltung 108 könnte weitere Schaltungen, wie z. B. eine Inverteransteuerung zur Lieferung von Ansteuerungsstrom an die Hintergrundbeleuchtung 102, einen Sendeempfänger, einen oder mehrere Speichergeräte, analoge Komponente und Ähnliches, zur Steuerung und zum Betreiben des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts 100 umfassen. Die Steuerschaltung 108 ist außerdem an eine Spannungsversorgung 110 angeschlossen, die von einer Autobatterie oder einem elektrischen System, einer anderen Batterieart, einer Hausstromversorgung oder anderen geeigneten Energiequellen gespeist wird.

Der Temperatursensor 114 ist an die Steuerschaltung 108 angeschlossen und nahe der Hintergrundbeleuchtung 102 betriebsfähig angeordnet. Der Temperatursensor 114 könnte jedes beliebige Temperaturmesssystem sein, das zum Messen der Temperatur der Hintergrundbeleuchtung 102 und zum Betreiben unter Umgebungsbedingungen des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts 100 geeignet ist. „nahe der Hintergrundbeleuchtung 102 betriebsfähig angeordnet" umfasst jede beliebige Stelle oder Position, wo der Temperatursensor 114 ein die Temperatur der Lichtquelle in der Hintergrundbeleuchtung 102 bezeichnendes Signal bereitstellen könnte. Der Temperatursensor 114 könnte aus einem direkt an der Hintergrundbeleuchtung 102 befestigten Thermistor oder anderen temperaturempfindlichen Widerstand bestehen. Der Temperatursensor 114 könnte Bimetall, Keramik, anderes Material oder eine Kombination von Materialien mit einer oder mehreren Eigenschaften sein, die mit der Temperatur der Hintergrundbeleuchtung 102 korrespondieren und sich in Bezug auf diese Temperatur ändern. Alternativ könnte ein Infrarottemperatursensor verwendet werden.

Das Helligkeitssteuerungssystem bestimmt den unmittelbaren Wirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung 102, um die gewünschte Helligkeit oder Leuchtdichte des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts 100 zu erreichen. Wie nachfolgend beschrieben, ist der Wirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung eine Funktion der Lampentemperatur. Bei jeder Lampentemperatur ist die Leuchtdichte linear proportional zum Ansteuerungsstrom oder zur Leistung für die Hintergrundbeleuchtung. Mit Verwendung der Lampentemperatur zur Ableitung des Hintergrundbeleuchtungswirkungsgrads, der den der gewünschten Helligkeit entsprechenden Ansteuerungsstrom aufzeigt, könnte das Helligkeitssteuerungssystem die gewünschte Helligkeit über den gesamten dynamischen Bereich des hintergrundbeleuchteten Anzeigegeräts 100 aufrechterhalten. Der dynamische Bereich könnte verschiedene Umgebungsbedingungen einschließlich des in der Kraftfahrzeugumgebung anzutreffenden Temperaturbereichs umfassen.

Wie in 3 gezeigt, enthält die Steuerschaltung 108 einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 120, einen Rechner für den Hintergrundbeleuchtungswirkungsgrad 122, einen Rechner zur Hintergrundbeleuchtungsansteuerung 124 und eine Hintergrundbeleuchtungsansteuerung 126. Der Temperatursensor 114 erzeugt ein die Temperatur der Hinter grundbeleuchtung 102 bezeichnendes Analogsignal. Der ADC 120 wandelt das Analogsignal in ein digitales Temperatursignal um. Der Rechner für den Hintergrundbeleuchtungswirkungsgrad 122 ermittelt den Wirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung als Reaktion auf das digitale Temperatursignal. Der Rechner zur Hintergrundbeleuchtungsansteuerung 124 ermittelt einen Sollansteuerungsstrompegel als Reaktion auf den Wirkungsgrad der Hintergrundbeleuchtung und eine Sollhelligkeit. Das Sollhelligkeitssignal könnte ein angewiesenes Helligkeitssignal von einem manuellen oder automatischen Helligkeitssteuerungssystem sein. Der Sollansteuerungsstrompegel könnte vorzugsweise wie im US-Patent 6,388,388 aufgezeigt berechnet werden.

Die Ansteuerung 126 könnte zum Beispiel einen LX1686-CCFL-Inverter-IC umfassen. Wenn die Ansteuerung 126 durch ein analoges Befehlssignal zu betreiben ist, könnte der Sollansteuerungsstrompegel im Ansteuerungsrechner 124 durch einen (nicht dargestellten) Digital/Analog-Wandler in eine analoge Spannung umgewandelt werden. Ein der Ansteuerung 126 bereitgestellter angewiesener Lampenstrom wird vor der Umwandlung in einen analogen elektrischen Strombefehl entsprechend einer Nennübertragungsfunktion von Ansteuerung 126 durch den Ansteuerungsrechner 124 zweckmäßig skaliert. Aufgrund der Temperatur und anderer Effekte in der Ansteuerung 126 könnte sich jedoch der in der Hintergrundbeleuchtung 102 fließende Istlampenstrom von dem in den dem Stand der Technik entsprechenden Helligkeitssteuerungssystemen fließenden Strom unterscheiden.

Wie in 4 gezeigt, könnte ein Ansteuerungs-/Inverter-IC, wie z. B. der LX1686-IC, ein Sägezahnsignal 130 zum Vergleichen mit einem Helligkeitsbefehl 132 verwenden, um ein PWM-Tastverhältnis zur Steuerung der Lampen-„An"-Zeiten zu erzeugen. Wenn der Helligkeitsbefehl 132 in seiner Stärke größer als das Sägezahnsignal 130 ist, besitzt ein PWM-Ansteuerungssignal 134 einen hohen Logikpegel zum Anschalten eines Inverters, der die Hintergrundbeleuchtung 102 mit Hochfrequenzstrom (z. B. etwa 60 bis 80 kHz) versorgt.

Das Sägezahnsignal 130 ist für einen Nennspannungspegel bei einer Nenntemperatur dargestellt. Temperaturschwankungen und andere Abweichungen könnten das Abdriften des Sägezahnsignals 130 in die durch Sägezahnsignal 136 dargestellte Position bewirken. Jede positive oder negative Änderung im Pegel des Sägezahnsignals ändert die Zeitpunkte, wenn das Sägezahnsignal den Spannungspegel von Helligkeitsbefehl 132 schneidet. Das resultierende PWM-Ansteuerungssignal 138 hat „An"-Zeiten mit für die Erzeugung des Solllampenstroms inkorrekten Zeitdauern. Da die „An"-Zeiten zum Betreiben der Hintergrundbe leuchtung 102 inkorrekt sind, zeigt die Hintergrundbeleuchtung 102 eine inkorrekte Helligkeit.

Die Erfindung beseitigt das voranstehend genannte Problem durch Hinzufügen eines Regelkreises mit Rückkopplung für den in der Hintergrundbeleuchtung fließenden Strom, wie in 5 dargestellt. Die Hintergrundbeleuchtungsansteuerung 126 enthält einen PWM-Inverter-IC 140, der aus einem wie zuvor beschriebenen LX1686 bestehen könnte. Ein angewiesener Lampenstrom vom Rechner zur Hintergrundbeleuchtungsansteuerung 124 wird an den nichtinvertierenden Eingang eines Fehlerverstärkers 142 gekoppelt, der ein Hochleistungsverstärker sein könnte. Der Fehlerverstärker 142 erzeugt einen Stellbefehl zur Eingabe in den PWM-Inverter 140 an dem nichtinvertierenden Eingang einer Vergleichseinheit 144. Ein Sägezahngenerator 146 erzeugt ein Sägezahnsignal, das dem invertierenden Eingang von Vergleichseinheit 144 bereitgestellt wird. Der Ausgang von Vergleichseinheit 144 ist an eine PWM-Steuerung 148 gekoppelt. Ein PWM-Ansteuerungssignal wird von der PWM-Steuerung 148 an einer Transformatoransteuerung 150 bereitgestellt, die eine Batterieschaltleistung während der „An"-Zeiten des PWM-Ansteuerungssignals an einen an die CCFL-Hintergrundbeleuchtung 102 angeschlossenen Transformator 152 anlegt.

Ein Maß des elektrischen Stromflusses durch die Hintergrundbeleuchtung 102 wird mithilfe eines mit der Hintergrundbeleuchtung 102 in Reihe geschalteten Stromabtastgeräts 154 (wie z. B. ein Stromwandler, ein Widerstand oder Ähnliches) erreicht. Ein abgetastetes Stromsignal wird in einem Halbwellen- oder Vollwellengleichrichter 156 gleichgerichtet und über einem Abtastwiderstand 158 zur Erzeugung einer zum unmittelbaren Lampenstrom proportionalen Spannung angelegt. Die Messung des unmittelbaren Lampenstroms wird durch einen Rückkopplungswiderstand 160 als ein Stromrückkopplungssignal an den invertierenden Eingang von Fehlerverstärker 142 gekoppelt. Ein Kondensator 162 wird zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang von Fehlerverstärker 142 zur Bildung eines Integrators gekoppelt. Mithilfe einer Integratorkonfiguration von Fehlerverstärker 142 wird eine zum mittleren Istlampenstrom proportionale Spannung an dem invertierenden Eingang angelegt. Der Ausgang von Fehlerverstärker 142 steuert das PWM-Tastverhältnis, so dass der mittlere Strom am invertierenden Eingang gleich dem elektrischen Lampenstrombefehl vom Ansteuerungrechner 124 gemacht wird (z. B. durch Integrierung der Differenz zwischen dem angewiesenen Lampenstrom und dem Stromrückkopplungssignal). Dadurch werden sämtliche mit der Temperatur von Sägezahngeneratorkomponenten oder anderer Lampenansteuerungskomponenten verbundenen Abweichungen eliminiert. Außerdem werden auch durch Rauschen oder Lampenimpulsquantisierung verursachte oder Lampenimpulsquantisierung verursachte Leuchtdichteschwankungen wegen der Mittelungsauswirkung des integrierenden Fehlerverstärkers verringert.

Die Frequenz des PWM-Ansteuerungssignals (die durch die Frequenz des Sägezahnsignals bestimmt wird) könnte im Bereich von etwa 100 bis 200 Hz liegen, während der Lampenstrom in der „An"-Zeit des PWM-Ansteuerungssignals eine Frequenz im Bereich von zum Beispiel etwa 60 bis 80 kHz haben könnte. Damit das Stromrückkopplungssignal durch den Fehlerverstärker 142 gemittelt wird, ist der aus Fehlerverstärker 142, Widerstand 160 und Kondensator 162 bestehende Integrator zur Bereitstellung eines Steuerkettenpols bei einer Polfrequenz kleiner als die des PWM-Ansteuerungssignals ausgelegt.

Die Erfindung kann vorteilhafterweise in Kombination mit dem „Hintergrundbeleuchtungswirkungsgrad"-Verfahren des früheren US-Patents 6,388,388 und mit einer helligkeitstiefregelnden Anti-Flimmer-Steuerschaltung, wie in der anstehenden am 27. Juli 2001 unter dem Titel „Helligkeitstiefregelnde Anti-Flimmer-Steuerschaltung einer Kaltkatodenleuchtstofflampe" angemeldeten Patentanmeldung 09/917,128 gezeigt, die hier durch Bezug in ihrer Gesamtheit integriert ist, verwendet werden.

Claims

Lampenhelligkeitssteuerung für eine Lampe zur Bereitstellung von Hintergrundbeleuchtung für ein Display, umfassend: – einen Helligkeit-Strom-Umsetzer für die Erzeugung eines elektrischen Strombefehls mit einer Größe, die proportional eines Solllampenstroms ist, der der Sollhelligkeit entspricht; – einen PWM-Generator für die Erzeugung eines PWM-Ansteuerungssignals mit einem als Reaktion auf einen Stellbefehl festgelegten Tastverhältnis; – eine Lampenansteuerung für das Schalten von Energie auf die Lampe als Reaktion auf das PWM-Ansteuerungssignal; – einen Stromsensor für die Erzeugung eines Stromrückkopplungssignals als Reaktion auf einen Stromfluss in der Lampe; und – einen Fehlerverstärker für die Erzeugung des Stellbefehls als Reaktion auf den elektrischen Strombefehl und das Stromrückkopplungssignal, wodurch ein Istlampenstrom im Wesentlichen gleich dem Solllampenstrom ist.
Lampenhelligkeitssteuerung nach Anspruch 1, wobei der Fehlerverstärker aus einem Integrator für die Erzeugung des Stellbefehls als eine Integrierung der Differenz zwischen dem elektrischen Strombefehl und dem Stromrückkopplungssignal besteht.
Lampenhelligkeitssteuerung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der PWM-Generator einen ein Sägezahnsignal erzeugenden Sägezahnspannungsgenerator und eine das Sägezahnsignal und den Stellbefehl vergleichende Vergleichseinheit enthält, so dass das PWM-Ansteuerungssignal eine erste Spannung hat, wenn das Sägezahnsignal kleiner als der Stellbefehl ist, und eine zweite Spannung, wenn das Sägezahnsignal größer als der Stellbefehl ist.
Lampenhelligkeitssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das PWM-Ansteuerungssignal eine vorher festgelegte PWM-Frequenz hat, wobei der Istlampenstrom eine vorher festgelegte Frequenz größer als die PWM-Frequenz hat und wobei der Fehlerverstärker durch einen Steuerkettenpol bei einer Polfrequenz kleiner als die vorher festgelegte PWM-Frequenz gekennzeichnet ist, wodurch das Stromrückkopplungssignal durch den Fehlerverstärker gemittelt wird.
Lampenhelligkeitssteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Lampe eine Kaltkatodenleuchtstofflampe ist.
Verfahren zur Steuerung der Helligkeit einer Lampe für die Hintergrundbeleuchtung eines Displays, außerdem die Schritte umfassend: – Erzeugen eines elektrischen Strombefehls mit einer Größe, die proportional eines Solllampenstroms ist, der der Sollhelligkeit entspricht; – Erzeugen eines PWM-Ansteuerungssignals mit einem als Reaktion auf einen Stellbefehl festgelegten Tastverhältnis; – Schalten von Energie auf die Lampe als Reaktion auf das PWM-Ansteuerungssignal; – Erzeugen eines Stromrückkopplungssignals als Reaktion auf einen Stromfluss in der Lampe; und – Erzeugen des Stellbefehls als Reaktion auf den elektrischen Strombefehl und das Stromrückkopplungssignal, wodurch ein Istlampenstrom im Wesentlichen gleich dem Solllampenstrom ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt zur Erzeugung des Stellbefehls die Integrierung der Differenz zwischen dem Lampenstrombefehl und dem Stromrückkopplungssignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Schritt zur Erzeugung des PWM-Ansteuerungssignals die Erzeugung eines Sägezahnsignals und das Vergleichen von Sägezahnsignal und Stellbefehl umfasst, so dass das PWM-Ansteuerungssignal eine erste Spannung hat, wenn das Sägezahnsignal kleiner als der Stellbefehl ist, und eine zweite Spannung, wenn das Sägezahnsignal größer als der Stellbefehl ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das PWM-Ansteuerungssignal eine vorher festgelegte PWM-Frequenz hat, wobei der Istlampenstrom eine vorher festgelegte Frequenz größer als die PWM-Frequenz hat und wobei der Fehlerverstärker durch einen Steuerkettenpol bei einer Polfrequenz kleiner als die vorher festgelegte PWM-Frequenz gekennzeichnet ist, wodurch das Stromrückkopplungssignal durch den Fehlerverstärker gemittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Lampe aus einer Kaltkatodenleuchtstofflampe besteht.