DE102008029961A1

DE102008029961A1 - Verfahren zum Ansteuern eines Hochfrequenztransformators

Info

Publication number: DE102008029961A1
Application number: DE102008029961A
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. Weger
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2010-01-28
Also published as: JP2010011730A; US20090322249A1; US8129922B2; JP5449879B2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern eines Hochfrequenztransformators (5) mit jeweils wenigstens einer Primär- und Sekundärwicklung auf einem Transformatorkern für einen intermittierenden Betrieb, bei dem der Transformator in regelmäßigen Intervallen abwechselnd mit einer Hochfrequenzspannung (V) mit konstanter Frequenz verbunden (Ein-Intervall) (Tn) und wieder von ihr getrennt (Aus-Intervall) (Tf) wird. In jedem Ein-Intervall wird die Daueer der ersten und der letzten Halbwelle halbiert, so dass in dem Transformator keine Stromspitzen auftreten, die zu störenden Geräuschen führen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern eines Hochfrequenztransformators mit jeweils wenigstens einer Primär- und Sekundärwicklung auf einem Transformatorkern für einen intermittierenden Betrieb, bei dem der Transformator in regelmäßigen Intervallen abwechselnd mit einer Hochfrequenzspannung mit konstanter Frequenz verbunden (Ein-Intervall) (Tn) und wieder von ihr getrennt (Aus-Intervall) (Tf) wird.
Flüssigkristall-Bildschirme und Fernseher sind mittlerweile weit verbreitet. Die Flüssigkristall-Anzeigen haben jedoch den Nachteil, dass sie nicht selbst leuchten und daher durch eine zusätzliche Lichtquelle von Hinten durchleuchtet werden müssen. Solche Hintergrundbeleuchtungen sind in der Regel aus mehreren, parallel hinter der LC-Anzeige angeordneten Fluoreszenzröhren, insbesondere Kaltkathodenröhren, gebildet.
Kaltkathodenröhren werden mit einer hochfrequenten Wechselspannung im Bereich von 30 kHz und 65 kHz betrieben. Die Ansteuerung erfolgt beispielsweise mit einem Hochfrequenztransformator, der von einer Brückenschaltung gespeist wird.
Damit die Helligkeit der Röhren und damit des Bildschirms geregelt werden kann, wird die Anordnung in einem intermittierenden Verfahren (Burst-Betrieb) betrieben. Das heißt, der Transformator wird in regelmäßigen Intervallen abwechselnd mit einer Hochfrequenzspannung verbunden (Ein-Intervall) und wieder von ihr getrennt (Aus-Intervall). Praktisch wird diese Schaltfunktion auch durch die Brückenschaltung realisiert. Die Helligkeit der Röhre ergibt sich aus der mittleren Leistung, die während einer Ein-Aus-Periode übertragenen wird. Ein Pulsschema, das den Spannungs- V und Stromverlauf I an der Primärwicklung eines Hochfrequenztransformators zeigt ist in 1 gezeigt. Eine Burst-Periode umfasst genau ein Ein-Intervall Tn und ein Aus-Intervall Tf. Die Burst-Periodendauer ergibt sich somit aus der Summe Tf + Tn und ist konstant, das heißt die Intervall-Frequenz (Burst-Frequenz) ist konstant. Während der Periode Tn liegt die Wechselspannung V an der Primärwicklung des Transformators an. Die Wechselspannung V ist eine Rechteck-Spannung mit konstanter Frequenz, die mit einer positiven Halbwelle 1 startet. Der Strom I im Transformator folgt der Spannung V nicht sofort, sondern steigt langsam bis zum Ende der Spannungshalbwelle an. Dabei steigt der Strom I bis auf das doppelte des normalen Niveaus 7 an. Diese Stromüberhöhung 8 klingt mit der Zeit ab, so dass sich die Stromspitzen einige Wellen später auf dem normalen Niveau 7 befinden. Am Ende des Ein-Intervalls Tn klingt der Strom I langsam auf Null ab, wobei die Abklingzeit weit in das anschließende Aus-Intervall Tf reicht. Problematisch ist der Betrieb bei kurzen Ein-Intervallen Tn, da der Strom I nicht genügend Zeit hat das normale Niveau 7 zu erreichen. Problematisch ist auch ein kurzes Aus-Intervall, da auch dort der Strom nicht vollständig abklingen kann. Ist der Strom noch nicht vollständig abgeklungen, bevor das nächste Ein-Intervall beginnt, kann die Stromüberhöhung 8 noch ausgeprägter ausfallen.
Abhängig vom Transformatoraufbau kann der Transformatorkern dadurch in die Sättigung getrieben werden, wodurch sich außergewöhnlich hohe Stromspitzen ergeben können.
Durch Magnetostriktion und durch die magnetische Kraft im Transformatorkern entstehen auch laute Geräusche im Frequenzbereich der Burst-Frequenz, die beim Betrieb als unangenehm wahrgenommen werden können. Gerade beim Betrieb in Hintergrundbeleuchtungen für LCD-Bildschirme oder Fernseher können solche Geräusche stark stören. Diese beiden Effekte hängen stark mit der Stromstärke und dem daraus resultierenden magnetischen Fluss im Transformatorkern ab, so dass die Stromüberhöhungen und Stromspitzen im Stand der Technik überproportional laute Geräusche bewirken.
Um diese Geräusche zu minimieren gibt es im Stand der Technik bereits einige Lösungsansätze. Ein Verfahren implementiert beispielsweise einen sogenannten Soft-Start, bei dem die Pulsdauer der Hochfrequenzspannung langsam gesteigert wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist die relativ lange Startdauer, bis die volle Pulsbreite erreicht ist. Dadurch kann insbesondere bei kurzen Ein-Intervallen die volle Pulsbreite nicht erreicht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zum Ansteuern eines Hochfrequenztransformators zu schaffen, bei dem die Betriebsgeräusche wesentlich reduziert sind und das keine Einschränkungen der Pulsbreite aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in jedem Ein-Intervall die Dauer der ersten und letzten Halb welle der Hochfrequenzspannung halbiert wird.
Wie oben erläutert, steigt der Strom im Transformator bis zum Ende der ersten Spannungshalbwelle an und erreicht das doppelte Normal-Niveau. Ist nun die Spannungshalbwelle nur halb so lang, kann der Strom auch nur bis auf das normale Niveau ansteigen. Eine Stromüberhöhung kann also nicht auftreten, wodurch auch die Gefahr einer Kernsättigung eliminiert wird.
Da keine überhöhten Stromspitzen auftreten, sind die Geräusche, die aufgrund der stromabhängigen Effekte auftreten viel weniger ausgeprägt als beim Stand der Technik.
Die Halbierung der Pulsdauer der letzten Halbwelle eines Ein-Intervalls sorgt zudem dafür, dass der Strom sofort am Ende des Ein-Intervalls auf Null zurückgeht und nicht im Aus-Intervall langsam abklingt. Dadurch wird auch eine schärfere Trennung des Ein-Intervalls zum Aus-Intervall erreicht. Selbst bei sehr kurzen Aus-Intervallen ist somit sichergestellt, dass zu Beginn des nachfolgenden Ein-Intervalls keine Stromüberhöhung auftritt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
1 ein Pulsmuster, wie es beim Ansteuern eines Hochfrequenztransformators gemäß dem Stand der Technik auftritt,
2 ein Pulsmuster des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Pulsmuster mit kürzerem Ein-Intervall und
4 eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer Fluoreszenzröhre mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
In 2 ist ein Pulsmuster gezeigt, wie es beim Ansteuern eines Hochfrequenztransformators gemäß der Erfindung auftritt. Der Spannungsverlauf V im Ein-Intervall Tn startet mit einer positiven Halbwelle 2 mit halber Dauer, an die sich direkt eine negative Halbwelle 1 ganzer Dauer anschließt. Danach folgen abwechselnd positive und negative Halbwellen 1. Die letzte Halbwelle 9 im Ein-Intervall Tn ist wie die Erste nur von halber Dauer, jedoch negativ. Am Stromverlauf I ist zu erkennen, dass der Strom I nicht über das Normalniveau 7 ansteigt.
Im Aus-Intervall Tf sind Spannung V und Strom I sofort Null, ohne Nachschwingen.
3 zeigt ein Pulsmuster mit kürzerem Ein-Intervall Tn. Da die Spannungs-Halbwellen nicht abgeschnitten werden, ist die Intervall-Länge Tn auf ein ganzzahliges Vielfaches der Spannungshalbwellendauer beschränkt. In diesem Fall ist die letzte Halbwelle (9) daher positiv. Ansonsten entspricht das Pulsmuster der 2.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung von Hochfrequenztransformatoren ist nicht auf eine spezielle Anwendung beschränkt. In 4 ist schematisch die Anwendung in einer Bildschirm-Hintergrundbeleuchtung gezeigt. Eine Kaltkathodenröhre 6 ist an der Sekundärwicklung eines Hochfrequenztransformators 5 angeschlossen. Die Primärwicklung 5 ist an eine Brückenschaltung 4 angeschlossen, wobei eine Halb- oder Vollbrückenschaltung eingesetzt werden kann. Die Brückenschaltung 4 wird von einem Brückenkontroller 3 angesteuert. In dem Brückenkontroller kann ein Mikrokontroller oder Mikroprozes sor so programmiert sein, dass die Brückenschaltung ein erfindungsgemäßes Pulsmuster gemäß der 2 oder 3 ausgibt. Dazu sind keine weiteren Bauteile notwendig. Die Umsetzung der Erfindung kann alleine durch Anpassen des Steuerprogramms des Brückenkontrollers 3 erfolgen.
Somit wäre es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren bei bestehenden Geräten durch eine Aktualisierung des Steuerprogramms nachträglich zu implementieren.

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Hochfrequenztransformators (5) mit jeweils wenigstens einer Primär- und Sekundärwicklung auf einem Transformatorkern für einen intermittierenden Betrieb, bei dem der Transformator in regelmäßigen Intervallen abwechselnd mit einer Hochfrequenzspannung (V) mit konstanter Frequenz verbunden (Ein-Intervall) (Tn) und wieder von ihr getrennt (Aus-Intervall) (Tf) wird, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Ein-Intervall (Tn) die Dauer der ersten (2) und letzten (9) Halbwelle der Hochfrequenzspannung (V) halbiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochfrequenzspannung (V) von einer Brückenschaltung (4) erzeugt wird, die durch einen Brückenkontroller (3) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbierung der ersten (2) und letzen Halbwelle (9) durch die Programmierung des Brückenkontrollers (3) erzielt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (4) eine Vollbrücke ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Hochfrequenzspannung (V) zwischen 30 kHz und 65 kHz liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Intervall-Frequenz im Bereich von 100 Hz liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Ansteuern von Fluoreszenzröhren, insbesondere Kaltkathodenröhren (6), eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Ansteuern von Hintergrundbeleuchtungen für Flachbildschirme eingesetzt wird.