EP1949359B1 - Schaltung zur erzeugung einer veränderbaren vorspannung für eine lcd-anzeigeeinheit - Google Patents

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EP1949359B1
EP1949359B1 EP06763925A EP06763925A EP1949359B1 EP 1949359 B1 EP1949359 B1 EP 1949359B1 EP 06763925 A EP06763925 A EP 06763925A EP 06763925 A EP06763925 A EP 06763925A EP 1949359 B1 EP1949359 B1 EP 1949359B1
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EP
European Patent Office
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switching element
circuit
switching
voltage source
lcd
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EP06763925A
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EP1949359A1 (de
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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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    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3696—Generation of voltages supplied to electrode drivers
    • G—PHYSICS
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    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
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    • G09G2320/066—Adjustment of display parameters for control of contrast
    • G—PHYSICS
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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 for an LCD display unit, wherein the circuit is connected on the input side to a positive DC voltage source and to a ground potential, having an output terminal to which the LCD display unit is connectable and comprises a first controllable switching element, which is connected with a first switching contact via a first resistor to the positive DC voltage source, wherein the output of the pulse width modulation control is connected to the control contact of the first switching element. Furthermore, the invention relates to a method for operating the circuit.
  • LCD liquid crystal display
  • corresponding voltage generating circuits usually include means for varying the bias voltage and thus for contrast adjustment.
  • a circuit for generating a negative bias for an LCD display is described.
  • a PWM signal is converted into an AC voltage in a first stage.
  • a negative voltage is derived from the AC voltage and smoothed in a third stage.
  • bias for an LCD display is derived by means of a D / A converter from a digital signal provided by a microcontroller.
  • circuits which derived a variable negative bias for a LCD display unit from a positive supply voltage.
  • this is an inverse converter circuit with a potentiometer for adjusting the bias voltage.
  • the contrast of an LCD display unit is usually set at the factory and can not be changed by the operator.
  • the actuator of the potentiometer must be freely accessible.
  • an inverse converter circuit is specified, wherein instead of a potentiometer, a digital-to-analog converter with adjustable output voltage is used to adjust the bias voltage.
  • the circuit comprises a resistor whose value 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 voltage for an LCD display unit.
  • the object is achieved by a method for operating the circuit, wherein the first switching element is switched on and off by means of pulse width modulated control signal and the value of the negative bias voltage is determined by the ratio between the turn-on and turn-off of the first switching element.
  • This circuit and method of operating the circuit utilizes a negative DC voltage source available within a total device circuit to easily generate a variable negative supply voltage therefrom, for example, for an LCD display.
  • the impedance transformer circuit also ensures that there is sufficient current independent of the impedance of a connected consumer unit. The effects of the impedance of a connected consumer unit are thus minimized.
  • the pulse width modulation controller for example, by means of a microcomputer, a digital signal preset, which is proportional to the duty cycle of the pulse width modulation signal.
  • a digital signal preset which is proportional to the duty cycle of the pulse width modulation signal.
  • the bias voltage at the output terminal is thus easily adjustable.
  • the input unit for the microcomputer can be arranged locally separated from the circuit for generating the variable bias voltage.
  • the circuit is designed so 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 having a first switching contact to the ground potential and a second switching contact to the output terminal is turned on and the third switching element is connected to a first switching contact to the output terminal and a second switching contact to the negative DC voltage source.
  • This circuit variant has a simple structure with few components, whereby a cost-effective implementation is possible.
  • a capacitor is provided which is connected to a connection via a third resistor to the output of the impedance converter circuit and to a second connection to the ground potential.
  • the capacitor is used to smooth the output voltage. This is especially beneficial when the pulse width modulated control signal has a low frequency (e.g., less than 20Hz). In the case of LCD display units as consumers, this results in a constant, non-fluctuating contrast intensity.
  • the output of the impedance converter circuit is connected via a fourth resistor to the negative DC voltage source. Via this fourth resistor, the capacitor can be precharged, whereby a fine trimming of the circuit is made possible.
  • the switching elements are formed as bipolar transistors. These semiconductor switches are cheap and reliable.
  • the first switching element when the first switching element is switched on, the second switching element is switched on and the third switching element is switched off and that, when 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 element can then be of identical construction and the second switching element can be designed with a different polarity, so that the second and the third switching element operate as an impedance converter.
  • FIG. 1 an example of a basic circuit according to the invention for generating a variable bias voltage is shown. 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 terminals 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 positive DC voltage source U + and a second resistor R2 is arranged between the first switching element S1 and negative DC voltage source U-.
  • the first switching element S1 is advantageously designed as a bipolar PNP transistor, wherein the emitter is connected via the first resistor R1 to the positive DC voltage source U + and the collector via the second resistor R2 to the negative DC voltage source U-.
  • the two resistors thus form a voltage divider, wherein the ratio between the first and second resistors R1, R2 affects 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.
  • PWM pulse width modulation controller
  • the collector of the first switching element S1 is connected via an impedance transformer circuit to the output terminal U LCD .
  • the negative bias voltage at the output terminal U LCD is then variable by means of pulse width modulation control PWM, so that, for example, the contrast of a connected to the output terminal U LCD LCD display unit can be varied.
  • the bias voltage at the output terminal U LCD is proportional to the duty cycle of the pulse width modulation signal.
  • a value from a predetermined scale can be transmitted to the microcomputer via a suitable interface with suitable transmission devices (eg network connection).
  • This value is converted by microcomputer into a pulse width modulation signal.
  • the conversion takes place, for example, by means of a fed back so-called 3-bit adder, the carry signal being present at the output of the pulse width modulation control PWM formed in this way.
  • the impedance converter circuit comprises, for example, a second switching element S2 designed as an NPN transistor and a third switching element S3 designed as a PNP transistor. Both base terminals 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 terminal U LCD .
  • the collector of the second switching element S2 is connected, for example, to a ground potential M and the collector of the third switching element S3 to the negative DC voltage source U-.
  • the collector of the second switching element S2 need not be connected to a ground potential M, but it may also be a negative or positive voltage, depending on which output voltages to be achieved.
  • the circuit causes the digital pulse width modulation signal generated by a microcomputer to have an upper level (High) equal to, for example, 5V and a lower level (Low) equal to, for example, 0V to a digital signal at the output terminal U LCD having an upper level (High) approximately equal to 0V and a lower level (Low) equal to the value of the negative DC voltage source U- less 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 block.
  • the high level of the pulse width modulation signal is 5V
  • the voltage of the positive DC voltage source must also be approximately equal to 5V.
  • the switching element S1 blocks when the pulse width modulation signal reaches the high level.
  • FIG. 2 a circuit variant is shown, which allows further adaptations to the DC voltage sources U + and U- and the pulse width modulation controller PWM.
  • a capacitor C between the emitter connection of the second and third switching element S2, S3 and the output terminal U LCD is connected to the ground potential.
  • a third resistor R3 is arranged between the capacitor C and the emitter connection.
  • the capacitor C smoothes the otherwise fluctuating in time with the pulse width modulation signal voltage at the output terminal U LCD .
  • the capacitance of this capacitor C is dependent on the clock frequency of the PWM 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 a viewer perceiving a flicker of the display. A contrast fluctuation can also be caused by a beat without the capacitor C, which can result from the difference frequency between the pulse width modulation switching frequency and an operating frequency of a connected consumer unit (eg LDC display unit).
  • a connected consumer unit eg LDC display unit
  • connection between third resistor R3 and capacitor C is connected via a fourth resistor R4 to the negative DC voltage source U-.
  • This additional arrangement is used for fine trimming the circuit and for precharging the capacitor C.
  • the circuit has the following exemplary mode of operation:
  • the pulse width modulation signal is formed as a rectangular signal between the ground potential M as the lower level (Low) and the voltage value of the positive DC voltage source U + as the upper level (High).
  • At constant clock frequency determines the duty cycle, 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 sets which is determined by the voltage divider formed from the first and second resistors R1 and R2.
  • the switching elements S2 and S3 operate as emitter followers, with the NPN transistor formed as the second switching element S2 conducts and blocks the formed as a PNP transistor third switching element S3.
  • the capacitor C is discharged via the third resistor R3.
  • the pulse width modulation signal assumes the upper level (high)
  • the first switching element S1 blocks.
  • the collector of the first switching element S1 is then approximately the voltage of the negative DC voltage source U-.
  • the second. Switching element S2 blocks and the third switching element S3 passes. Thereby, 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

  • Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung einer veränderbaren Vorspannung 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, wobei an den Steuerkontakt des ersten Schaltelements der Ausgang der Pulsweitenmodulations-Steuerung 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 A1 eine Spannungserzeugungsschaltung mit einer Ladungspumpe zur Bereitstellung eine Vorspannung für LCD-Anzeigen.
  • Auch in der JP 06 059641 A ist eine Schaltung zur Erzeugung einer negativen Vorspannung für eine LCD-Anzeige beschrieben. Dabei wird in einer ersten Stufe ein PWM-Signal in eine Wechselspannung umgewandelt. In einer zweiten Stufe wird aus der Wechselspannung eine negative Spannung abgeleitet und diese in einer dritten Stufe geglättet.
  • In der JP 06 259037 A wird eine Vorspannung für eine LCD-Anzeige mittels eines D/A-Wandlers aus einem digitalen Signal abgeleitet, das mittels eines Mikrocontrollers zur Verfügung gestellt wird.
  • Aus der US-A-5 517 212 kennt man eine Schaltung zur Erzeugung einer Vorspannung für LCD-Anzeigen, bei der diese Vorspannung als Differenzspannung einer einstellbaren Spannung und einer Vergleichsspannung zur Verfügung steht. Die Vergleichsspannung entspricht dabei der Vorspannung für den maximalen Kontrast der LCD-Anzeige.
  • 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 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 S1 so miteinander verbunden, dass zwischen erstem Schaltelement S1 und positiver Gleichspannungsquelle U+ ein erster Widerstand R1 und zwischen erstem Schaltelement S1 und negativer Gleichspannungsquelle U- ein zweiter Widerstand R2 angeordnet ist. Das erste Schaltelement S1 ist dabei günstigerweise als bipolarer PNP-Transistor ausgebildet, wobei der Emitter über den ersten Widerstand R1 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 R1, R2 auf den Stromfluss auswirkt. Der zweite Widerstand R2 ist vorteilhafterweise um den Faktor 0,5 höher als der erste Widerstand R1.
  • Der Steuerkontakt des ersten Schaltelements S1 ist an den Ausgang einer Pulsweitenmodulations-Steuerung PWM angeschlossen. Durch ein sich änderndes Pulsweitenmodulationssignal wird das Verhältnis zwischen Ein- und Ausschaltzeit des ersten Schaltelement S1 variiert.
  • Der Kollektor des ersten Schaltelements S1 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 S1 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 0V in ein digitales Signal am Ausgangsanschluss ULCD mit einem oberen Pegel (High) ungefähr gleich 0V 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 S1 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 S1, 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 S1 während einer Periodendauer.
  • Während das Pulsweitenmodulationssignal den unteren Pegel (Low) annimmt, leitet das als PNP-Transistor ausgebildete erste Schaltelement S1. Am Kollektor des ersten Schaltelements S1 stellt sich eine Spannung ein, die durch den aus dem ersten und zweiten Widerstand R1 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 S1. Am Kollektor des ersten Schaltelements S1 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 (7)

  1. Schaltung zur Erzeugung einer veränderbaren Vorspannung für eine LCD-Anzeigeeinheit, wobei die Schaltung
    - eingangsseitig an eine positive Gleichspannungsquelle (U+), an ein Massepotenzial (M) und einen Ausgang einer Pulsweitenmodulations-Steuerung (PWM) angeschlossen ist,
    - einen Ausgangsanschluss (ULCD) aufweist, an den die LCD-Anzeigeeinheit anschließbar ist,
    - ein erstes steuerbares Schaltelement (S1) umfasst, das mit einem ersten Schaltkontakt über einen ersten Widerstand (R1) an die positive Gleichspannungsquelle (U+) angeschlossen ist,
    - wobei an den Steuerkontakt des ersten Schaltelements (S1) der Ausgang der Pulsweitenmodulations-Steuerung (PWM) angeschlossen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - ein zweiter Schaltkontakt des ersten Schaltelementes (S1) 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 (S1) 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 (S1) 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 (S1, S2, S3) als bipolare Transistoren ausgebildet sind.
  6. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Schaltelement (S1) mittels pulsweitenmoduliertem Steuerungssignal ein- und ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der negativen Vorspannung durch das Verhältnis zwischen der Einschalt- und Ausschaltdauer des ersten Schaltelements (S1) bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingeschaltetem ersten Schaltelement (S1) das zweite Schaltelement (S2) eingeschaltet und das dritte Schaltelement (3) ausgeschaltet wird und dass bei ausgeschaltetem ersten Schaltelement (S1) das zweite Schaltelement (S2) ausgeschaltet und das dritte Schaltelement (S3) eingeschaltet wird.
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