EP1949359A1 - Schaltung zur erzeugung einer veränderbaren vorspannung für eine lcd-anzeigeeinheit - Google Patents

Schaltung zur erzeugung einer veränderbaren vorspannung für eine lcd-anzeigeeinheit

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EP1949359A1
EP1949359A1 EP06763925A EP06763925A EP1949359A1 EP 1949359 A1 EP1949359 A1 EP 1949359A1 EP 06763925 A EP06763925 A EP 06763925A EP 06763925 A EP06763925 A EP 06763925A EP 1949359 A1 EP1949359 A1 EP 1949359A1
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EP
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switching element
circuit
switching
voltage source
output
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EP06763925A
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Gerald Hörist
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Siemens AG
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Siemens AG Oesterreich
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Publication date
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    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3696—Generation of voltages supplied to electrode drivers
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    • G09G2330/00—Aspects of power supply; Aspects of display protection and defect management
    • G09G2330/02—Details of power systems and of start or stop of display operation

Definitions

  • the invention relates to a circuit for generating a variable bias voltage, in particular for an LCD display unit, the circuit being connected on the input side to a positive DC voltage source and to a ground potential, having an output connection to which the LCD display unit can be connected and comprising a first controllable switching element , which is connected to the positive DC voltage source with a first switching contact via a first resistor. Furthermore, the invention relates to a method for operating the circuit.
  • LCD liquid crystal display
  • corresponding voltage generation circuits generally comprise means for varying the bias voltage and thus for adjusting the contrast.
  • an inverse converter circuit is specified, a digital-to-analog converter with adjustable output voltage being used instead of a potentiometer to adjust the bias voltage.
  • the circuit comprises a resistor, the value of which determines the maximum output voltage.
  • the output voltage is adjusted via the digital-to-analog converter by specifying a digital variable.
  • the object of the invention is therefore to provide a simple circuit for generating a variable bias, in particular for an LCD display unit.
  • the output of a pulse width modulation controller is connected to the control contact of the first switching element, a second switching contact of the first switching element is connected to a negative DC voltage source via a second resistor,
  • An impedance converter circuit is provided, which is connected on the input side to the second switching contact of the first switching element and the negative DC voltage source and is connected on the output side to the output connection.
  • the object is achieved by a method for operating the circuit, the first switching element being switched on and off by means of a pulse-width-modulated control signal, and the value of the negative bias voltage being determined by the ratio between the on and off duration of the first switching element.
  • This circuit and this method for operating the circuit uses a negative DC voltage source, which is available within an overall device circuit, in order to easily convert it into a variable negative
  • the impedance converter circuit To generate supply voltage, for example for an LCD display.
  • the impedance converter circuit also ensures that sufficient current is available regardless of the impedance of a connected consumer unit. The effects of the impedance of a connected consumer unit are therefore minimized.
  • the pulse width modulation controller is given a digital signal, for example by means of a microcomputer, which is proportional to the duty cycle of the
  • Pulse width modulation signal is.
  • the bias voltage at the output connection is thus easily adjustable.
  • the input unit for the microcomputer can be arranged separately from the circuit for generating the variable bias.
  • the circuit is advantageously designed such that the impedance converter circuit comprises a second and a third switching element, the control contacts of these switching elements are connected to the second switching contact of the first switching element, the second switching element is connected to the ground potential with a first switching contact and to the output connection with a second switching contact is switched on and the third switching element is connected with a first switching contact to the output connection and with a second switching contact to the negative direct voltage source.
  • This circuit variant has a simple structure with few components, which enables an inexpensive implementation.
  • a capacitor is provided which is connected to the output of the impedance converter circuit with a connection via a third resistor and to the ground potential with a second connection.
  • the capacitor is used to smooth the output voltage. This is particularly beneficial when the pulse width modulated control signal has a low frequency (e.g. less than 20Hz). With LCD display units as consumers, this results in a constant, non-fluctuating contrast strength.
  • the output of the impedance converter circuit is connected to the negative DC voltage source via a fourth resistor.
  • the capacitor can be precharged via this fourth resistor, which enables fine trimming of the circuit.
  • the switching elements are bipolar
  • Transistors formed. These semiconductor switches are cheap and reliable. For the method for operating the circuit, it is advantageous if, when the first switching element is switched on, the second switching element is switched on and the third switching element is switched off, and if the first switching element is switched off, the second switching element is switched off and the third switching element is switched on.
  • the first and third switching elements can then be of identical construction and the second switching element can be designed with a different polarity, so that the second and third switching elements work as an impedance converter.
  • Fig. 1 basic circuit for generating a bias voltage.
  • Fig. 2 extended basic circuit with capacitor
  • Basic circuit shown for generating a variable bias It is a digital inverter with level shifter.
  • the circuit is connected with a first connection to a positive DC voltage source U + (eg + 5V).
  • Another connection is connected to a negative DC voltage source U- (eg -4V).
  • the two connections are connected to one another via a first switching element S1 such that a first resistor R1 is arranged between the first switching element S1 and a positive DC voltage source U + and a second resistor R2 is arranged between the first switching element S1 and a negative DC voltage source U-.
  • the first switching element S1 is advantageously designed as a bipolar PNP transistor, the emitter being connected via the first resistor R1 to the positive DC voltage source U + and the collector being connected to the negative DC voltage source U- via the second resistor R2.
  • the two resistors thus form a voltage divider, the ratio between the first and second resistor R1, R2 having an effect on the current flow.
  • the second resistor R2 is advantageously 0.5 times higher than the first resistor R1.
  • the control contact of the first switching element S1 is connected to the output of a pulse width modulation controller PWM.
  • Pulse width modulation signal the ratio between the on and off time of the first switching element S1 is varied.
  • the collector of the first switching element S1 is connected to the output connection U LCD via an impedance converter circuit.
  • the negative bias voltage at the output connection U LCD can then be changed by means of pulse width modulation control PWM, so that, for example, the contrast of an LCD display unit connected to the output connection U LCD can be varied.
  • the bias voltage at the output connection U LCD is proportional to the pulse duty factor of the pulse width modulation signal.
  • the microcomputer can use a suitable interface with suitable transmission devices (e.g. network connection) to assign a value from a predefined scale
  • This value is converted into a pulse width modulation signal using a microcomputer.
  • the conversion takes place, for example, by means of a feedback so-called 3-bit adder, the carry signal on
  • the impedance converter circuit comprises, for example, a second switching element S2 in the form of an NPN transistor and a third switching element S3 in the form of a PNP transistor. Both basic connections are connected to the collector of the first switching element S1. The emitters of the second and third switching elements S2 and S3 are connected to one another, this emitter connection in turn being connected to the output connection U LCD .
  • the collector of the second switching element S2 is connected to a ground potential M, for example, and the collector of the third switching element S3 is connected to the negative DC voltage source U-.
  • the collector of the second switching element S2 does not have to be connected to a ground potential M, but a negative or positive voltage can also be present, depending on which output voltages are to be reached.
  • the circuit causes the digital pulse width modulation signal generated by a microcomputer with an upper level (high) equal to, for example, 5V and a lower level (low) equal to, for example, OV into a digital signal at the output terminal U LCD with an upper level (high) approximately equal to OV and a lower level (low) equal to the value of the negative DC voltage source U minus the base-emitter voltage of the third switching element S3 is converted.
  • the voltage of the positive DC voltage source U + must be selected so that the upper level (high) of the
  • Pulse width modulation signal brings the first switching element S1 to lock. If the upper level (high) of the pulse width modulation signal is 5V, for example, then the voltage of the positive DC voltage source must also be approximately equal to 5V. Thus, the switching element S1 blocks when the pulse width modulation signal reaches the upper level (high).
  • FIG. 2 shows a circuit variant which permits further adaptations to the DC voltage sources U + and U- and the pulse width modulation control PWM.
  • a capacitor C is connected between the emitter connection of the second and third switching elements S2, S3 and the output connection U LCD against the ground potential.
  • a third resistor R3 is arranged between the capacitor C and the emitter connection.
  • the capacitor C smoothes the voltage at the output connection U LCD , which otherwise fluctuates in time with the pulse width modulation signal.
  • the capacitance of this capacitor C depends on the clock frequency of the pulse width modulation control PWM and the requirements of a connected consumer unit. At clock frequencies above 60 Hz, for example, LCD display devices can also be supplied without this capacitor C without an observer noticing a flickering of the display. A contrast fluctuation can be achieved without the
  • Capacitor C can also be caused by a beat, which can arise from the difference frequency between the pulse width modulation switching frequency and an operating frequency of a connected consumer unit (e.g. LDC display unit).
  • a beat can arise from the difference frequency between the pulse width modulation switching frequency and an operating frequency of a connected consumer unit (e.g. LDC display unit).
  • connection between the third resistor R3 and capacitor C is connected to the negative DC voltage source U- via a fourth resistor R4.
  • This additional arrangement is used for fine-tuning the circuit and for pre-charging the capacitor C.
  • the circuit has the following exemplary mode of operation:
  • the pulse width modulation signal is designed as a square-wave signal between the ground potential M as the lower level (low) and the voltage value of the positive direct voltage source U + as the upper level (high).
  • the duty cycle determines the on and off time of the first switching element S1 during a period.
  • the first switching element S1 designed as a PNP transistor conducts.
  • a voltage is established at the collector of the first switching element S1, which voltage is determined by the voltage divider formed from the first and second resistors R1 and R2.
  • the switching elements S2 and S3 work as emitter followers, which as NPN
  • the second switching element S2 designed as a transistor conducts and blocks the third switching element S3 designed as a PNP transistor.
  • the capacitor C is discharged through the third resistor R3.
  • the pulse width modulation signal assumes the upper level (high)
  • the first switching element S1 blocks.
  • the voltage of the negative DC voltage source U- is then approximately present at the collector of the first switching element S1.
  • the second switching element S2 blocks and the third switching element S3 conducts.
  • the capacitor C is charged via the third resistor R3.
  • the pulse width modulation signal returns to the low level (low) and the next cycle begins.

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Description

SCHALTUNG ZUR ERZEUGUNG EINER VERÄNDERBAREN VORSPANNUNG FUR EINE LCD-ANZEIGEEINHEIT
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung einer veränderbaren Vorspannung insbesondere für eine LCD- Anzeigeeinheit, wobei die Schaltung eingangsseitig an eine positive Gleichspannungsquelle und an ein Massepotenzial angeschlossen ist, einen Ausgangsanschluss aufweist, an den die LCD-Anzeigeeinheit anschließbar ist und ein erstes steuerbares Schaltelement umfasst, das mit einem ersten Schaltkontakt über einen ersten Widerstand an die positive Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Schaltung.
Viele elektronische Geräte umfassen interne Spannungserzeugungsschaltungen zur Versorgung unterschiedlicher Gerätekomponenten wie Anzeigeeinheiten, akustische Signalgeber, Speicherelemente, Zeitgeber etc. Beispielsweise benötigt ein Liquid Crystall Displays (LCD) , im Folgenden LCD-Anzeigeeinheiten genannt, eine negative Vorspannung, wobei der Pegel dieser Vorspannung von der Bauart und Größe der LCD-Anzeigeeinheit abhängt. Dabei bestimmt die Vorspannung den Kontrast der LCD-Anzeigeeinheit, weshalb entsprechende Spannungserzeugungsschaltungen in der Regel Mittel zur Variierung der Vorspannung und damit zur Kontrasteinstellung umfassen.
Nach dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Schaltungsanordnungen zur Erzeugung einer variierbaren Vorspannung bekannt. So beschreibt etwa die deutsche Patentschrift DE 10 2004 057 273 Al eine Spannungserzeugungsschaltung mit einer Ladungspumpe zur Bereitstellung eine Vorspannung für LCD-Anzeigen. Weitere Möglichkeiten sind in einer Veröffentlichung der Fa. HANTRONIX, Voltage Generating Circuits for LCD Contrast Control, Application Note HANTRONIX, (09/2001), beschrieben. Darin werden Schaltungen dargestellt, die aus einer positiven Versorgungsspannung eine variierbare negative Vorspannung für eine LCD-Anzeigeeinheit ableiteten. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um eine Inverswandlerschaltung mit einem Potentiometer zur Justierung der Vorspannung. In diesem Fall wird der Kontrast einer LCD-Anzeigeeinheit zumeist werksseitig eingestellt und kann vom Bedienpersonal nicht mehr verändert werden. Bei Geräten, die eine Justierung mittels Potentiometer durch einen Benutzer oder ein Bedienpersonal zulassen, muss das Stellelement des Potentiometers frei zugänglich sein.
Bei einer weiteren Schaltungsvariante ist eine Inverswandlerschaltung angegeben, wobei zur Justierung der Vorspannung anstelle eines Potentiometers ein Digital-Analog- Wandler mit adjustierbarer AusgangsSpannung eingesetzt wird. Die Schaltung umfasst dabei einen Widerstand, dessen Wert die maximale AusgangsSpannung bestimmt. Justiert wird die AusgangsSpannung über den Digital-Analog-Wandler durch Vorgabe einer digitalen Größe. Insgesamt ergibt sich durch den Einsatz des Digital-Analog-Wandlers gegenüber der Lösung mit Potentiometer eine komplexere und somit teurere Schaltung.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine einfache Schaltung zur Erzeugung einer veränderbaren Vorspannung insbesondere für eine LCD-Anzeigeeinheit anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Schaltung der eingangs genannten Art, bei der
— an den Steuerkontakt des ersten Schaltelements der Ausgang einer Pulsweitenmodulations-Steuerung angeschlossen ist, - ein zweiter Schaltkontakt des ersten Schaltelementes über einen zweiten Widerstand mit einer negativen Gleichspannungsquelle verbunden ist,
— eine Impedanzwandlerschaltung vorgesehen ist, die eingangsseitig an den zweiten Schaltkontakt des ersten Schaltelements und die negative Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist.
Zudem wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben der Schaltung gelöst, wobei das erste Schaltelement mittels pulsweitenmoduliertem Steuerungssignal ein- und ausgeschaltet wird und der Wert der negativen Vorspannung durch das Verhältnis zwischen der Einschalt- und Ausschaltdauer des ersten Schaltelements bestimmt wird.
Diese Schaltung und dieses Verfahren zum Betreiben der Schaltung nutzt eine negative Gleichspannungsquelle, die innerhalb einer Gerätegesamtschaltung zur Verfügung steht, um daraus auf einfache Weise eine veränderbare negative
Versorgungsspannung, beispielsweise für eine LCD-Anzeige, zu erzeugen. Durch die Impedanzwandlerschaltung wird zudem sichergestellt, dass unabhängig von der Impedanz einer angeschlossenen Verbrauchereinheit genügend Strom vorhanden ist. Die Auswirkungen der Impedanz einer angeschlossenen Verbrauchereinheit werden also minimiert.
Der Pulsweitenmodulations-Steuerung wird beispielsweise mittels eines Mikrocomputers ein Digitalsignal vorgegeben, das proportional zum Tastverhältnis des
Pulsweitenmodulationssignals ist. Für einen Benutzer ist die Vorspannung am Ausgangsanschluss somit auf einfache Weise einstellbar. Die Eingabeeinheit für den Mikrocomputer kann dabei örtlich getrennt von der Schaltung zur Erzeugung der veränderbaren Vorspannung angeordnet sein. Vorteilhafterweise ist die Schaltung so ausgeführt, dass die Impedanzwandlerschaltung ein zweites und ein drittes Schaltelement umfasst, die Steuerkontakte dieser Schaltelemente mit dem zweiten Schaltkontakt des ersten Schaltelements verbunden sind, das zweite Schaltelement mit einem ersten Schaltkontakt an das Massepotenzial und mit einem zweiten Schaltkontakt an den Ausgangsanschluss angeschaltet ist und das dritte Schaltelement mit einem ersten Schaltkontakt an den Ausgangsanschluss und mit einem zweiten Schaltkontakt an die negative Gleichspannungsquelle angeschaltet ist.
Diese Schaltungsvariante hat einen einfachen Aufbau mit wenigen Bauelementen, womit eine kostengünstige Realisierung möglich wird.
Vorteilhaft ist des Weiteren, wenn ein Kondensator vorgesehen ist, der mit einem Anschluss über einen dritten Widerstand an den Ausgang der Impedanzwandlerschaltung und mit einem zweiten Anschluss an das Massepotenzial angeschaltet ist.
Der Kondensator dient zur Glättung der AusgangsSpannung. Das ist vor allem dann günstig, wenn das pulsweitenmodulierte Steuerungssignal eine niedrige Frequenz aufweist (z.B. kleiner 20Hz) . Bei LCD-Anzeigeeinheiten als Verbraucher bewirkt dies eine gleich bleibende, nicht schwankende Kontraststärke .
In einer vorteilhaften Ausprägung ist vorgesehen, dass der Ausgang der Impedanzwandlerschaltung über einen vierten Widerstand mit der negativen Gleichspannungsquelle verbunden ist. Über diesen vierten Widerstand lässt sich der Kondensator vorladen, womit eine Feintrimmung der Schaltung ermöglicht wird.
Günstigerweise sind die Schaltelemente als bipolare
Transistoren ausgebildet. Diese Halbleiterschalter sind billig und zuverlässig. Für das Verfahren zum Betreiben der Schaltung ist es vorteilhaft, wenn bei eingeschaltetem ersten Schaltelement das zweite Schaltelement eingeschaltet und das dritte Schaltelement ausgeschaltet wird und dass bei ausgeschaltetem ersten Schaltelement das zweite Schaltelement ausgeschaltet und das dritte Schaltelement eingeschaltet wird. Das erste und dritte Schaltelement können dann baugleich und das zweite Schaltelement mit anderer Polarität ausgebildet sein, damit das zweite und das dritte Schaltelement als Impedanzwandler arbeiten.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 Grundschaltung zur Erzeugung einer Vorspannung Fig. 2 Erweiterte Grundschaltung mit Kondensator
In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßes Beispiel für eine
Grundschaltung zu Erzeugung einer variierbaren Vorspannung dargestellt. Dabei handelt es sich um einen digitalen Inverter mit Pegelschieber. Die Schaltung ist mit einem ersten Anschluss an eine positive Gleichspannungsquelle U+ (z.B. +5V) angeschlossen. Ein weiterer Anschluss ist mit einer negativen Gleichspannungsquelle U- (z.B. -4V) verbunden. Die beiden Anschlüsse sind über ein erstes Schaltelement Sl so miteinander verbunden, dass zwischen erstem Schaltelement Sl und positiver Gleichspannungsquelle U+ ein erster Widerstand Rl und zwischen erstem Schaltelement Sl und negativer Gleichspannungsquelle U- ein zweiter Widerstand R2 angeordnet ist. Das erste Schaltelement Sl ist dabei günstigerweise als bipolarer PNP-Transistor ausgebildet, wobei der Emitter über den ersten Widerstand Rl mit der positiven Gleichspannungsquelle U+ und der Kollektor über den zweiten Widerstand R2 mit der negativen Gleichspannungsquelle U- verbunden ist. Die beiden Widerstände bilden somit einen Spannungsteiler, wobei sich das Verhältnis zwischen erstem und zweitem Widerstand Rl, R2 auf den Stromfluss auswirkt. Der zweite Widerstand R2 ist vorteilhafterweise um den Faktor 0,5 höher als der erste Widerstand Rl.
Der Steuerkontakt des ersten Schaltelements Sl ist an den Ausgang einer Pulsweitenmodulations-Steuerung PWM angeschlossen. Durch ein sich änderndes
Pulsweitenmodulationssignal wird das Verhältnis zwischen Ein- und Ausschaltzeit des ersten Schaltelement Sl variiert.
Der Kollektor des ersten Schaltelements Sl ist über eine Impedanzwandlerschaltung mit dem Ausgangsanschluss ULCD verbunden. Die negative Vorspannung am Ausgangsanschluss ULCD ist dann mittels Pulsweitenmodulations-Steuerung PWM veränderbar, so dass beispielsweise der Kontrast einer am Ausgangsanschluss ULCD angeschlossenen LCD-Anzeigeeinheit variiert werden kann. Die Vorspannung am Ausgangsanschluss ULCD ist dabei proportional zum Tastverhältnis des Pulsweitenmodulationssignals . Somit kann ein Benutzer mittels einer Steuerung über ein Digitalsignal, programmierbar über einen Mikrocomputer, den Kontrast einer LCD-Anzeigeinheit den Anforderungen gemäß (z.B. bei schlechten Lichtverhältnisse oder Spiegelungen) einstellen und gegebenenfalls fernsteuern.
So kann dem Mikrocomputer beispielsweise über ein geeignetes Interface mit geeigneter Übertragungseinrichtungen (z.B. Netzwerkverbindung) ein Wert aus einer vorgegebenen Skala
(z.B. 0 für minimalen Kontrast und 7 für maximalen Kontrast) übermittelt werden. Dieser Wert wird mittels Mikrocomputer in ein Pulsweitenmodulationssignal umgewandelt. Die Umwandlung erfolgt zum Beispiel mittels eines rückgekoppelten sogenannten 3-bit-Addierers, wobei das Carry-Signal am
Ausgang der auf diese Weise gebildeten Pulsweitenmodulations- Steuerung PWM anliegt. Die Impedanzwandlerschaltung umfasst beispielsweise ein als NPN-Transistor ausgebildetes zweites Schaltelement S2 und ein als PNP-Transistor ausgebildetes drittes Schaltelement S3. Dabei sind beide Basisanschlüsse an den Kollektor des ersten Schaltelements Sl angeschaltet. Die Emitter des zweiten und dritten Schaltelements S2 und S3 sind miteinander verbunden, wobei diese Emitterverbindung wiederum mit dem Ausgangsanschluss ULCD verbunden ist. Der Kollektor des zweiten Schaltelements S2 ist beispielsweise an ein Massepotenzial M und der Kollektor des dritten Schaltelements S3 an die negative Gleichspannungsquelle U- angeschaltet. Der Kollektor des zweiten Schaltelements S2 muss nicht an ein Massepotenzial M angeschlossen sein, sondern es kann auch eine negative oder positive Spannung anliegen, je nachdem, welche AusgangsSpannungen erreichte werden sollen.
Die Schaltung bewirkt, dass das von einem Mikrocomputer generierte digitale Pulsweitenmodulationssignal mit einem oberen Pegel (High) gleich beispielsweise 5V und einem unteren Pegel (Low) gleich beispielsweise OV in ein digitales Signal am Ausgangsanschluss ULCD mit einem oberen Pegel (High) ungefähr gleich OV und einem unteren Pegel (Low) gleich dem Wert der negativen Gleichspannungsquelle U- abzüglich der Basis-Emitter-Spannung des dritten Schaltelements S3 umgewandelt wird.
Dabei muss die Spannung der positiven Gleichspannungsquelle U+ so gewählt werden, dass der obere Pegel (High) des
Pulsweitenmodulationssignals das erste Schaltelement Sl zum Sperren bringt. Beträgt der obere Pegel (High) des Pulsweitenmodulationssignals beispielsweise 5V, dann muss auch die Spannung der positiven Gleichspannungsquelle ungefähr gleich 5V sein. Somit sperrt das Schaltelement Sl, wenn das Pulsweitenmodulationssignal den oberen Pegel (High) erreicht . In Figur 2 ist eine Schaltungsvariante dargestellt, die weitere Anpassungen an die Gleichspannungsquellen U+ und U- sowie die Pulsweitenmodulations-Steuerung PWM erlaubt. Dazu ist ein Kondensator C zwischen der Emitterverbindung des zweiten und dritten Schaltelements S2, S3 und dem Ausgangsanschluss ULCD gegen das Massepotenzial angeschlossen. Zur Begrenzung des Lade- und Entladestromes des Kondensators C ist zwischen Kondensator C und der Emitterverbindung ein dritter Widerstand R3 angeordnet.
Der Kondensator C glättet die ansonsten im Takt des Pulsweitenmodulationssignals schwankende Spannung am Ausgangsanschluss ULCD- Die Kapazität dieses Kondensators C ist abhängig von der Taktfrequenz der Pulsweitenmodulations- Steuerung PWM und den Anforderungen einer angeschlossenen Verbrauchereinheit. Bei Taktfrequenzen über beispielsweise 60Hz können LCD-Anzeigegeräte auch ohne diesen Kondensator C versorgt werden, ohne dass ein Betrachter ein Flimmern der Anzeige wahrnimmt. Eine Kontrastschwankung kann ohne den
Kondensator C auch durch eine Schwebung hervorgerufen werden, die durch die Differenzfrequenz zwischen der Pulsweitenmodulations-Schaltfrequenz und einer Betriebsfrequenz einer angeschlossenen Verbrauchereinheit (z.B. LDC-Anzeigeeinheit) entstehen kann.
Optional ist die Verbindung zwischen drittem Widerstand R3 und Kondensator C über einen vierten Widerstand R4 mit der negativen Gleichspannungsquelle U- verbunden. Diese zusätzliche Anordnung dient zur Feintrimmung der Schaltung und zur Voraufladung des Kondensators C.
Die Schaltung hat folgende beispielhafte Funktionsweise: Das Pulsweitenmodulationssignal ist als Rechtecksignal zwischen dem Massepotenzial M als unterem Pegel (Low) und dem Spannungswert der positiven Gleichspannungsquelle U+ als oberen Pegel (High) ausgebildet. Bei konstanter Taktfrequenz bestimmt das Tastverhältnis die Ein- und Ausschaltzeit des ersten Schaltelements Sl während einer Periodendauer.
Während das Pulsweitenmodulationssignal den unteren Pegel (Low) annimmt, leitet das als PNP-Transistor ausgebildete erste Schaltelement Sl. Am Kollektor des ersten Schaltelements Sl stellt sich eine Spannung ein, die durch den aus dem ersten und zweiten Widerstand Rl und R2 gebildeten Spannungsteiler bestimmt ist. Die Schaltelemente S2 und S3 arbeiten als Emitterfolgern, wobei das als NPN-
Transitor ausgebildete zweite Schaltelement S2 leitet und das als PNP-Transistor ausgebildete dritte Schaltelement S3 sperrt. Der Kondensator C wird über den dritten Widerstand R3 entladen.
Nimmt das Pulsweitenmodulationssignal den oberen Pegel (High) an, dann sperrt das erste Schaltelement Sl. Am Kollektor des ersten Schaltelements Sl liegt dann ungefähr die Spannung der negativen Gleichspannungsquelle U- an. Das zweite Schaltelement S2 sperrt und das dritte Schaltelement S3 leitet. Dadurch wird der Kondensator C über den dritten Widerstand R3 geladen. Am Ende dieses Zyklus nimmt das Pulsweitenmodulationssignal wieder den unteren Pegel (Low) an und es beginnt der nächste Zyklus .

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung zur Erzeugung einer veränderbaren Vorspannung insbesondere für eine LCD-Anzeigeeinheit, wobei die Schaltung - eingangsseitig an eine positive Gleichspannungsquelle (U+) und an ein Massepotenzial (M) angeschlossen ist, einen Ausgangsanschluss (ULCD) aufweist, an den die LCD- Anzeigeeinheit anschließbar ist, ein erstes steuerbares Schaltelement (Sl) umfasst, das mit einem ersten Schaltkontakt über einen ersten
Widerstand (Rl) an die positive Gleichspannungsquelle (U+) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an den Steuerkontakt des ersten Schaltelements (Sl) der Ausgang einer Pulsweitenmodulations-Steuerung (PWM) angeschlossen ist, ein zweiter Schaltkontakt des ersten Schaltelementes (Sl) über einen zweiten Widerstand (R2) mit einer negativen Gleichspannungsquelle (U-) verbunden ist, - eine Impedanzwandlerschaltung vorgesehen ist, die eingangsseitig an den zweiten Schaltkontakt des ersten Schaltelements (Sl) und die negative Gleichspannungsquelle (U-) angeschlossen ist und ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluss (ULCD) verbunden ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzwandlerschaltung ein zweites und ein drittes Schaltelement (S2, S3) umfasst, die Steuerkontakte dieser Schaltelemente (S2, S3) mit dem zweiten Schaltkontakt des ersten Schaltelements
(Sl) verbunden sind, das zweite Schaltelement (S2) mit einem ersten Schaltkontakt an das Massepotenzial (M) und mit einem zweiten Schaltkontakt an den Ausgangsanschluss (ULCD) angeschaltet ist, das dritte Schaltelement (S3) mit einem ersten Schaltkontakt an den Ausgangsanschluss (ULCD) und mit einem zweiten Schaltkontakt an die negative Gleichspannungsquelle (U-) angeschaltet ist.
3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (C) vorgesehen ist, der mit einem Anschluss über einen dritten Widerstand (R3) an den Ausgang der Impedanzwandlerschaltung und mit einem zweiten Anschluss an das Massepotenzial (M) angeschaltet ist.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Impedanzwandlerschaltung über einen vierten Widerstand (R4) mit der negativen Gleichspannungsquelle (U-) verbunden ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (Sl, S2, S3) als bipolare Transistoren ausgebildet sind.
6. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (Sl) mittels pulsweitenmoduliertem Steuerungssignal ein- und ausgeschaltet wird und der Wert der negativen Vorspannung durch das Verhältnis zwischen der
Einschalt- und Ausschaltdauer des ersten Schaltelements (Sl) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingeschaltetem ersten Schaltelement (Sl) das zweite Schaltelement (S2) eingeschaltet und das dritte Schaltelement (3) ausgeschaltet wird und dass bei ausgeschaltetem ersten Schaltelement (Sl) das zweite Schaltelement (S2) ausgeschaltet und das dritte Schaltelement (S3) eingeschaltet wird.
EP06763925A 2005-11-18 2006-06-28 Schaltung zur erzeugung einer veränderbaren vorspannung für eine lcd-anzeigeeinheit Not-in-force EP1949359B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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