-
Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von
-
Vacwam-Fluores zenz-Displays Stand der Technik Die Erfindung geht
aus von einer Schaltungsanordnung zur Stromversorgung von Uacuum-Fluoreszenz-Displays
(VFD) nach der Gattung des Hauptanspruchs. Zur Stromversorgung derartiger Disc aus
ist eine Anodengleichspannung von etwa 24 V sowie eine Heizungs-Wechselspannung
von 3,3 V erforderlich, damit die Displays beim Anlegen von Steuersignalen möglichst
rasch zum Leuchten gebracht werden.
-
3ei einer bekannten Schaltungsanordnung zur Stromversorgung derartiger
Disp~ays, die am Bordnetz eines Eraftfahrzeuges betrieben werden kann, wird die
Anodengleichspannung auf einen konstanten Wert von 22 7 geregelt. Die Heizungs-Wechseispannung
läuft dabei ungeregelt mit. Derartige Lösungen haben jedoch den Nachteil, daß mit
der Änderung der Batteriespannung im Kraftfahrzeug die Bei
zungs-T»echselspannung
sich in gleichem Umfang ändert, wodurch unerwünschte, störende Helligkeitsänderungen
an den Display-Elementen entstehen. Das Aufleuchten der Display-Elemente wird außerdem
bei ungeregelter Heizungs-Wechselspannung beim erstmaligem Einschalten nach längerer
Ruhepause verzögert, da die Erwärmung der Kathoden dann eine längere Zeit in Anspruch
nimmt.
-
Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, auch bei schwankender
Batteriespannung im Kraftfahrzeug eine möglichst konstante Helligkeit der Display-Anzeige
und ein rasches Aufleuchten der Display-Elemente zu erreichen.
-
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltunganordnung mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß die Heizungs-Wechselspannung
aus der geregelten Anodengleichspannung gewonnen wird, so daß ohne eine zusätzliche
Regelstufe die Heizungs-Wechselspannung mi der Anodengleichspannung geregelt mitläuft.
Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die Frequenz der Heizungs-Wechselspannung
durch den Wechselrichter so gewählt erden kann, daß die Helligkeitsverteilung an
den Display-Elementen optimal ist.
-
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
-
Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung einer Konstantspannungs-Stufe,
deren Eingang am Bordnetz des Kraftfahrzeuges liegt und die ausgangsseitig mit einem
vorgegebenen Potential gegen Masse an dem das Pluspotential führenden Ausgang der
Anodengleichspannung angeschlossen ist. Dadurch ist es möglich, mit dem Pluspotential
der
Anodengleichspannung zugleich noch 10-Bausteine bzw. Treiberbausteine für die Display-Elemente
sowie einen Mikroprozessor zur Verarbeitung der Steuersignale mit Spannung zu versorgen.
-
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur
1 ein Blockschaltblld der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einem angeschlossenen
Vacuum-Fluoreszenz-Display, Figur 2 zeigt den Spannungsverlauf am Ausgang der Schaltungsanordnung
in Abhängigkeit von der Batteriespannung, Figur 3 zeigt den Schaltungsaufbau der
Schaltungsanordnung im einzelnen, Figur 4 zeigt einen 10-Baustein für eine Impulsbreiten-Regelstufe
und Figur 5 zeigt den Spannungsverlauf an den Eingängen und Ausgängen des IC-Bausteins
aus Figur 4.
-
Beschreibung des Ausführungsbei spieles In Figur 1 ist die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung in einen mit 19 bezeicnneten Netzteil zur Versorgung von 'iacuum-Fluoreszenz-Dis?lays
(VFD) realisiert. Das Netzteil 10 ist mit der Eingangsklemme 15 am Pluspotential
elner 12 V-Akkumulatorbatterie 11 eines Kraftfahrzeuges angeschlossen, während die
Eingangsklemme 31 gemeinsam mit dem Minuspol der Batterie 11 auf Masse liegt. Im
Netzteil 10 führen die Eingangsklemmen 15 und 31 auf den Eingang eines Gleichspannungswandlers
12, dessen Ausgang zu den Ausgangsklemmen 13 und 14 geführt ist.
-
Über die dort angeschlossenen Leitungen 16 und 17 gelangt eine Gleichspannung
von 21 V vom Ausgang des
Gleichspannungswandlerz 12 auf eine Display-Einheit
18.
-
Diese Display-Einheit 18 umfaßt ein Vacuum-Fluoreszenz-Display 19
und die dafür benötigte elektronische Steuerschaltung 20, in der die einzelnen Treiberstufen
für die Display-Elemente 19a sowie ein Mikroprozessor enthalten ist, dem über einen
Anschluß 21 Steuersignale zugeführt werden. Der Gleichspannungsausgang des Gleichspannungswandlers
12 liegt außerdem am Steuereingang eines Spannungsreglers 22, dessen Ausgang wiederum
mit dem Gleichspannungswandler 12 rückgekoppelt ist.
-
Ferner liegt der Gleichspannungsausgang des Gleichspannungswandlers
12 am Eingang eines Wechselrichters 23, dessen Wechselspannungsausgang mit zwei
weiteren Ausgangsklemmen 24 und 25 des Netzteiles 10 verbunden ist. Diese Wechselspannung
von 3,8 V und einer Frequenz von 35 kHz wird ebenfalls über Leitungen 26 und 27
der Display-Einheit 18 zugeführ+ und dient dort zur Heizung der Display-Rlementes
19a. Eine Konstantspannungs-Stufe 28 ist eingangsseitig mit der Eingangsklemme 15
und ausgangsseitig mit der Ausgangsklemme 13 des Tetzteiles 10 verbunden. Sie erhält
über die Klemme 15 das Pluspotential der 3atteriespannung Ub und gibt an ihrem Ausgang
eie konstante Gleichspannung mit einem Pluspotential von , 5 gegen Masse ab.
-
Figur 2 zeigt den Spannungsverlauf an den Ausgangsklemmen des Netztelles
10 in Abhängigkeit von der Batteriespannung Ub am Eingang des .Tetzteiles 10. Durch
die Konstantspannungs-Stufe 28 wird die Spannung U13 an der Ausgangsklemme 13 konstant
auf +5 V gehalten. Die Anodengleichspannung Ua zwischen den Ausgangsklemmen 13 und
1S wird durch den Spannungsregler 23 konstant auf
24 z geregelt,
so daß die Ausgangsklemme 14 gegen Masse eine Spannung U14 von -19 V führt. An den
Ausgang klemmen 24 und 25 liegt die geregelte Wechselspannung Uh von 3,8 X, für
die reizung der Display-Elemente 19a. Wie später erläutert, ist die Wechselspannung
Uh mit der Ausgangsklemme 114 derart gekoppelt, daß sie dem Potential U114 von -19
V überlagert ist. Diese Kopplung ist erforderlich, da die Heizspannung unmittelbar
an die Kathoden des Displays 19 angelegt wird.
-
Figur 3 zeigt den Schaltungsaufbau des Netzteils 10 aus Figur 1. Dabei
sind die in Figur 1 bereits erörterten Schaltungsteile mit gleichen Bezugszahlen
versehen. Die Eingangsklemme 15 ist über eine Diode 29 als Verpolungsschutz mit
einer Versorgungsleitung 30 verbunden, während die Eingangsklemme 31 mit einer Masseleitung
32 verbunden ist. Ein Schutzkondensator 33 liegt zwischen den Leitungen 30 und 32.
Der Spannungsregler 22 enthält eine Impulsbreiten-Regelstufe 3:, die als IC-Baustein
aufgebaut ist und in Figur 14 näher erläutert wird. Dle Regelstufe 34 ist mit zwei
Eingängen 3,- über ein Widerstand 36 mit der Masseleitung 32 verbunden. Außerdem
ist sie mit weiteren eingangen 37 unmittelbar an die Masseleitung 32 angeschlossen.
Mit einem weiteren Eingang 38 ist sie mit der Versorgungsleitung 30 verbunden und
mehrere Eingänge 39 sin miteinander verbunden. Ein Regeleingang 40 der Regelstufe
34 ist über einen Spannungsteiler mit der Anodengleichspannung an den Ausgangsklemmen
13 und 14 verbunden. Der SpannungsteiLer besteht dabei aus den Widerständen 41 und
42, dessen Abgriff 43 am Regeleingang 40 liegt. Der
Regeleingang
40 ist außerdem über einen Widerstand 44 mit einem Rackführausgang 5 verbunden.
Am Takteingang 46 ist ein Kondensator h7 angeschlossen, der gemeinsam mit einem
Widerstand 48 am Eingang 49 eine Taktfrequenz von 70 kHz in der Regelstufe 3L erzeugt.
Dabei liegt der kondensator 7 und der Widerstand 48 mit ihrem anderen Anschluß an
der Masseleitung 32. Zwei in Gegentaktschaltung arbeiwende Taktausgänge 50 und 51
sind jeweils über einen Inverter 52 des Gleichspannungswandlers 12 auf die Gate-Anschlüsse
zweier Feldeffekt-Transistoren 53 und 54 gelegt, die als Gegentakt-Zerhacker an
die Enden einer Primärwicklung 55 einer Transformatorstufe 56 angeschlossen sind.
Eine Mittelanzapfung 57 der Primärwicklung 55 liegt an der Versorgungsleitung 30
und sie ist über einen Kondensator 58 mit der Masseleitung 32 verbunden. Die Source-Anschlüsse
der beiden Transistoren 53 und 54 sind ebenfalls mit der Masseleitung 32 verbunden
und die Drain-Anschlüsse sind über einen Kondensator 59 miteinander gekoppelt. Die
Sekundärwicklung 60 der Transformatorstufe 56 ist an den Eingang eines Brückengleichrichters
61 angeschlossen, dessen Ausgang zu den Ausgangsklemmen 13 und 14 führt. Der Gleichspannungsausgang
des Brückengleichrichters 61 is damit über den Spannungsteiler 141/142 mit dem Regeleingang
140 der Regelstufe 34 rückgekoppelt. Die Konstantspannungs-Stufe 28, welche die
Ausgangsklemme 13 auf ein Potential von +5 V legt, besteht aus einem Widerstand
62, der mit einer Z-Diode 63 in Reihe geschaltet an die Versorgungsleitungen 30
und 32 angeschlossen ist. Die Verbindung zwischen dem Widerstand 62 und der Z-Diode
63, an der die konstante Spannung abgegriffen wird, ist mit der Ausgangsklemme 13
verbunden. wischen den Ausgangsklemmen 13 und 14 liegt
ein Glättungskondensator
64 für den Gleichspannungsausgang des 3rückengleichrichters 61.
-
Der Wechselrichter 23 enthält eine Zerhackerstufe, die aus einem Darlington-Transistor
65, einem Steuertransistor 66 und aus einem Flipflop 67 besteht. Der Wechselrichter
23 enthält ferner eine weitere Transformatorstufe 68 deren Primärwicklung 69 einerseits
mit der Ausgangsklemme 14 und andererseits über die Schaltstrecke des Darlington-Transistors
65 mit der Ausgangsklemme 13 verbunden ist. Die Sekundärwicklung 70 der Transformatorstufe
60 ist mit einer Mittelanzapfung 71 über eine Diodenkette 72 mit dem Minuspotential
der Ausgangsklemme 1 verbunden, während die beiden Enden der Sekundärwicenung 70
die auf die Ausgangsklemmen 24 und 25 gelegte Wechselspannung für die Heizung der
Display-Elemente 19a führen. Zum Schutz gegen Überspannung ist der Darlington-Transistor
65 von einer Z-Diode 73 überbrückt. Eine weitere Z-Diode 74 ist zur Spannungsversorgung
des Flipflops 67 mit einem Widerstand 75 in Reihe geschaltet, wobei die Z-Diode
74 anodenseltig mit der Masseleitung 32 und der Widerstand 75 mit dem Pluspotential
+5 V der Ausgangsklemme 13 verbunden ist.
-
Parallel dazu liegt ein Kondensator 75. Vom Takteingang 46 der Regelstufe
34 wird die Taktfrequenz über eine Leitung 77 auf den Takteingang 78 des Flinflops
57 gegeben. Da das Flipflop 67 mit jedem Takt am Takteingang 78 kip-rt, arbeitet
es als Frequenzteiler, dessen Ausgang 79 über einen Widerstand 80 mit der Basis
des Steuertransistors 66 verbunden ist.
-
Der emitterseitig an der Masseleitung 32 liegende Steuertransistor
66 ist kollektorseitig über einen Widerstand 81 mit dem Pluspotential der Ausgangsklemme
13 verbunden
sowie über einen weiteren Widerstand 82 an der Basis
des Darlington-Transistors 65 angeschlossen. Der Ausgang 79 des Flipflops 67 bildet
zugleich den Steuereingang des Wechselrichters 23.
-
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Figur 1 und 3 soll
nun mit Hilfe der in Figur 5 dargestellten Spannungsverläufe an verschiedenen Anschlüssen
der Regelstufe 34 näher erläutert werden. Aus Figur 4 ist erkennbar, daß die Regelstufe
34 zwei Komparatoren 83, einen Oszillator 84, einen Referenzregler 85 sowie zwei
Ausgangsschalter 86 und 87 enthält. Bei der in Figur 3 dargestellten Außenbeschaltung
der Regelstufe 34 treten die in Figur 5 dargestellten Spannungen auf, wobei am Taktausgang
50 die Signalspannung U50 und am Taktausgang 51 die Signalspannung U51 auftritt.
Am Takteingang 146 tritt mit der Taktfrequenz von 75 kHz die Steuerspannung U46
auf und am Regeleingang 40 ist die Regelspannungs U40 am Abgriff 43 des Spannungsteilers
141/142 gegen Masse angelegt, die im Beispielsfalls den dargestellten Verlauf haben
soll.
-
Bei angeschlossener Akkumulatorbatterie 11 treten zunächst am Ausgang
50 und 51 der Regelstufe 34 Signalspannungen U50 und U51 mit der halben Taktfrequenz
der Steuerspannung U46 auf, die um 1800 gegeneinander versetzt sind. Impulsbreiten
und Impulsabstände beider Signalspannungen sind gleich groß. Durch diese Steuersignale
werden die Transistoren 53 und 5 abwechselnd ein- und ausgeschaltet und damit wird
in der Transformatorstufe 56 ein Wechselfeld erzeugt. Die in der Sekundärwicklung
60 dadurch induzierte Wechselspannung wird über den
Brückengleichrichter
61 gleichgerichtet und durch den Glättungskondensator 64 wird der pulsierende Gleichstrom
am Ausgang des Brückengleichrichters 61 geglättet. Die geglättete Gleichspannung
Ua (Figur 2) wird über die Ausgangsklemmen 13 und 14 auf die Display-Einheit 18
gegeben.
-
Über die Konstantspannungstufe 28 wird dabei das Potential an der
Ausgangsklemme 13 auf +5 V gelegt.
-
Steigt nun die Batteriespannung Ub an den Eingangsklemmen 15 und 31
des Netzteiles 10 an, so erhöht sich dementsprechend auch die Gleichspannung Ua
am Ausgang des Brückengleichrichters 61. Über den Spannungsteilter 1/L2 wird diese
Spannungserhöhung auf den Regeleingang 140 der Regelstufe 34 zurückgekoppelt, indem
die Spannung u140 am Abgriff 43 des Spannungsteilers 41/42 gegenüber dem Massepotential
am Eingang 35 fällt. Die Impulsbreite der Signalspannungen U50 und U51 nimmt jetzt
zu, so daß sich die Signale zunehmend überlappen. Durch die Inverter 52 werden die
Signale umgekehrt. Folglich werden die beiden Transistoren 54 und 53 bei steigender
Batteriespannung Ub nur für kürzere Zeiten durchgesteuert. Die dadurch in der Sekundärwicklung
60 induzierte Wechselspannung nimmt ab, so daß die Gleichspannung Ua am Ausgang
des Brückengleichrichters 61 durch die Regelstufe 34 praktisch konstant gehalten
wird. Die Regelstufe 34 ist dabei so eingestellt, daß bei einer Batteriespannung
Ub von 12 V die Regelspannung U40 am Regeleingang 40 der Regelstufe 34 den In Figur
5 erkennbaren Mittelwert Ub' hat. Bei abnehmender Batteriespannung wird dann die
Regelspannung U40 angehoben und bei zunehmender Batteriespannung wird sie abgesenkt.
-
Der Wechselrichter 23 ist mit seinem Eingang an der geregelten Gleichspannung
Ua der Ausgangsklemmen 13 und 1 angeschlossen. Mit der Taktfrequenz der Regelstufe
34 wird das Flipflop 67 über den Steuereingang 87 gekippt und folglich wird mit
halber Taktfrequenz der Darlington-Transistor 65 getriggert. Das dabei in der Transformator
stufe 68 erzeugte magnetische Wechselfeld induziert in der Sekundärwicklung 70 eine
Wechselspannung Uh, die zur Heizung des Displays 19 dient und mit einem Effektivwert
von 3,8 V an den Ausgangsklemmen 24 und 25 zur Verfügung steht. Diese Wechselspannung
ändert sich bei schwankender Batteriespannung Ub nicht, da sie aus der bereits geregelten
Anodengleichspannung Ua gewonnen und mit konstanter Frequenz betrieben wird. Die
Wechselspannung Uh ist über die Mittelanzapfung 71 der Sekundärwicklung 70 und der
Diodenkette 72 mit dem Minuspotential der Anodengleichspannung an der Ausgangsklemme
14 gekoppelt, da mit dieser Spannung die Kathoden der DisplayElemente 19a zur Elektrodenmittierung
unmittelbar beheizt werden. Die Anodergleichspannung Ua von 24 V wird daher von
der Wechselspannung Uh überlagert.
-
Leerseite