СПОСОБ ПИТАНИЯ ПЛАЗМЕННОГО ДИСПЛЕЯ Российский патент 1998 года по МПК G09G3/28 

Изобретение относится к области специализированных источников питания, предназначенных для обеспечения энергией газоразрядных панелей переменного тока, имеющих целью создание управляемого изображения.

В настоящее время все более интенсивно развиваются исследования, направленные на создание плоских плазменных дисплеев на основе разряда переменного тока. Предполагается, что эта технология в ближайшие годы должна стать основной для создания дисплейных устройств с диагональю свыше 50 см и вытеснить классические электронно-лучевые трубки из этой ниши рынка дисплейных устройств. Основными аргументами в пользу плоских плазменных дисплеев являются высокое качество изображения, связанное с отсутствием каких-либо геометрических искажений из-за кривизны экрана, широкий угол обзора экрана, достигающий 160^oC малый вес и толщина прибора, простота масштабирования, и, наконец, сравнительно низкая стоимость и высокая технологичность производства плазменной панели.

Работа таких панелей требует периодических с частотой 50 - 100 кГц микроразрядов в ее ячейках. Для этого на все ячейки панели подается последовательность положительных и отрицательных фронтов обычно длительностью не более 250 нс. За это время суммарная емкость всех ячеек панели (10-30 нФ) должна перезаряжаться в интервале напряжений около 200 В. Построение источников питания таких панелей преследует цель минимизации мощности расходуемой на перезаряд емкости панели, так как величина этой мощности существенно определяет общую потребляемую устройством мощность.

Известны способы питания плазменных дисплеев [1], основанные на нерезонансном перезаряде емкости газоразрядной панели.

Известен способ питания плазменного дисплея [2], заключающийся в перезаряде емкости плазменного дисплея сначала импульсом тока резонансного перезаряда через управляемую зарядно- разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных индуктивности, а также ключа и диода, параллельно которым подсоединены второй ключ и противоположно подключенный диод, а затем импульсом тока, компенсирующим уменьшение амплитуды колебаний напряжения за время полупериода перезаряда.

В реальных условиях питания плазменного дисплея к ключам предъявляется требование малого времени выключения (менее 10 нс) одновременно с требованием пропускания импульсных токов порядка 10 А. Выпускаемые промышленностью диоды, рассчитанные на импульсные токи в 10 А, не способны выключаться столь быстро, как необходимо. Это приводит к тому, что напряжение на газоразрядной панели плазменного дисплея заметно снижается к моменту выключения диода, то есть последующая фиксация напряжения требует больших затрат энергии. Кроме того, индуктивность накапливает энергию, так как ток в момент выключения диода не равен нулю. На конце индуктивности, соединенной с диодами, возникают значительные выбросы напряжения, которые приходится подавлять дополнительными диодами. На этих диодах и фиксирующих ключах и рассеивается паразитная энергия, накопленная в индуктивности. Эта энергия рассеивается, утяжеляя тепловой режим элементов.

Целью изобретения является повышение экономичности способа питания плазменного дисплея.

В предлагаемом способе питания плазменного дисплея, заключающемся в перезаряде емкости плазменного дисплея сначала импульсом тока резонансного перезаряда через управляемую зарядно-разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных индуктивности, а также ключа и диода, параллельно которым подсоединены второй ключ и противоположно подключенный диод, а затем импульсом тока, компенсирующим уменьшение амплитуды колебаний напряжения за время полупериода перезаряда, перезаряд происходит через нелинейную индуктивность, при этом в течение большей части полупериода перезаряда сердечник индуктивности насыщен, а в течение оставшейся части полупериода, которая выбирается равной удвоенному времени выключения диодов, сердечник ненасыщен. В этом случае достигается пересечение током нулевого уровня со значительно меньшим углом. Ток нарастает (спадает) медленнее. В результате за приблизительно то же время выключения диода степень разряда емкости оказывается меньше, и уменьшается паразитная энергия, накопленная в индуктивности. Это и приводит к повышению экономичности устройства в целом.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема питания плазменного дисплея; на фиг. 2 - осциллограммы напряжений разрядной цепи; на фиг. 3 - осциллограммы токов разрядной цепи; на фиг. 4 - зависимость величины индуктивности от тока через нее.

Схема состоит из мостовой схемы фиксирующих ключей 1, 2, 3, 4 и диодов 5, 6, 7 и 8, газоразрядной панели 9 с выводами 10 и 11, обладающей емкостью 12, индуктивностей резонансного перезаряда 13 и 14, зарядно-разрядных ключей 15, 16, 17, 18 и диодов 19, 20, 21, 22, блокирующих конденсаторов 23, 24, источника питания 25.

Осциллограммы тока и напряжения поясняют процессы, происходящие в схеме. По оси абсцисс отложено время - t, на оси ординат отложено напряжение на газоразрядной панели U(t) и ток I(t) через нее.

Один рабочий цикл перезаряда емкости 12 газоразрядной панели 9 проиллюстрирован на осциллограммах напряжения 26 и 27 соответственно при линейной индуктивности (прототип) и при нелинейной индуктивности (предлагаемое изобретение) и осциллограммах тока 28 и 29 соответственно при линейной индуктивности и при нелинейной индуктивности.

На блокирующих конденсаторах 23 и 24 в процессе периодической работы схемы устанавливается самобалансирующийся уровень напряжения E, равный половине напряжения питания 2Е. Положим для определенности, что потенциалы выводов 10 и 11 газоразрядной панели 9 равны нулю. При замыкании зарядного ключа 15 в момент t₂ возникает импульс тока через зарядную цепь. При заряде с линейной индуктивностью импульс тока 28 имеет синусоидальную форму. К моменту времени t₆ напряжение на конденсаторе U(t) достигает максимума, а ток в цепи достигает нуля. Этот импульс тока зарядит к моменту t₆ емкость 12 газоразрядной панели 9 почти до уровня 2Е. Для того, чтобы потенциал вывода 11 панели оставался на нулевом уровне в интервале t₂ - t₆ и далее, должен быть включен ключ 4. Затем позже момента t₆ должен быть включен ключ 1 при включенном ключе 4, в результате емкость 12 газоразрядной панели зарядится точно до уровня 2Е (это обстоятельство на осциллограммах напряжения и тока не отражено). На этом процесс заряда заканчивается. Процесс разряда начинается с замыкания ключа 17, протекает аналогично и заканчивается замыканием ключа 3. Роль элемента, фиксирующего потенциал вывода 11 на нулевом уровне, в этом случае выполняет диод 8. Аналогичным образом происходит заряд - разряд емкости 12 газоразрядной панели 9 со стороны вывода 11. Из-за неидеальности диодов 19, 20, 21, 22 после момента t₆ диод продолжает проводить ток (ток через диод идет в обратном направлении). В момент t₈ ток достигает величины I₁, составляющей около половины амплитудного тока I₀. В этот момент ток через диод выключается. Таким образом, ток через индуктивность за пределами полупериода заряда разряжает емкость 12 газоразрядной панели 9. Вместо разности U₁ между напряжением 2Е и максимальным напряжением U_maxна емкости 12 на газоразрядной панели 9 возникает разность U₃ большей величины, что требует увеличения энергетических затрат при фиксации посредством ключа 1.

В случае применения нелинейной индуктивности процесс заряда емкости 12 осуществляется импульсом тока 29 несинусоидальной формы. На основании зависимости (фиг. 4) величины индуктивности L_(i) (ось ординат) от тока i (ось абсцисс), протекающего через нее, переходной процесс заряда емкости приблизительно можно представить сначала как резонансный заряд через линейную индуктивность L_max, затем в интервале t₃ - t₅ будем считать, что емкость перезаряжается через линейную индуктивность L_min. Затем в интервале t₅ - t₉ можно считать, что емкость вновь перезаряжается резонансно через L_max. В районах интервалов времени t₃ и t₅ индуктивность входит в насыщение и выходит из него. Так как существенно большую часть времени перезаряд емкости идет через L_min, то она и определяет длительность фронта. Будем полагать, что в момент окончания заряда напряжение на конденсаторе 12 достигает того же значения U_max. Так как в моменты пересечения током нуля емкость перезаряжается через L_max, то скорость пересечения током нуля снижена, поэтому ток I₂, при котором выключается диод в момент t₉, существенно меньше тока I₁. В течение времени выключения диода ток нарастает линейно, площадь треугольника тока, разряжающего конденсатор 12, оказывается незначительной, то есть степень разряда конденсатора этим током мала. Т.е. разность U₂ между напряжением 2Е и напряжением на конденсаторе в момент выключения диода незначительно больше U₁.

Из изложенного следует, что применение нелинейной индуктивности вместо линейной приводит к увеличению напряжения на конденсаторе в конце переходного процесса.

Существует множество различных модификаций схем питания газоразрядных панелей, но во всех случаях перезаряд емкости панели в интервале напряжений 0-2Е состоит из резонансного участка, и участка, где перезаряд производится фиксирующими ключами. Необходимость последнего участка следует из того, что амплитуда колебаний за половину периода резонансного перезаряда всегда падает и разницу амплитуд всегда приходится компенсировать с помощью фиксирующих ключей. Неидеальность диодов увеличивает эту разницу амплитуд, а применение нелинейной индуктивности снижает степень этого увеличения. Отсюда и следует повышение экономичности работы системы.

Способ питания плазменного дисплея относится к специализированным источникам питания, предназначенным для обеспечения энергией газоразрядных панелей, имеющих целью создание управляемого изображения. Способ заключается в перезаряде емкости плазменного дисплея. Сначала перезаряд происходит импульсом тока резонансного перезаряда через управляемую зарядно-разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных индуктивности, а также ключа и диода, параллельно которым подсоединены второй ключ и противоположно подключенный диод, а затем импульсом тока, компенсирующим уменьшение амплитуды колебаний напряжения за время полупериода перезаряда. Перезаряд происходит через нелинейную индуктивность, при этом в течение большей части полупериода перезаряда сердечник индуктивности насыщен, а в течение оставшейся части полупериода, которая выбирается равной удвоенному времени включения диодов, сердечник ненасыщен. Применение нелинейной индуктивности приводит к увеличению напряжения на конденсаторе в конце переходного периода, что частично компенсирует неидеальность диодов и соответственно приводит к повышению экономичности работы системы. 4 ил.

Способ питания плазменного дисплея, заключающийся в перезарядке емкости плазменного дисплея сначала импульсом тока резонансного перезаряда через управляемую зарядно-разрядную цепь, состоящую из последовательно соединенных индуктивности, а также ключа и диода, параллельно которым подсоединены второй ключ и противоположно подключенный диод, а затем импульсом тока, компенсирующим уменьшение амплитуды колебаний напряжения за время полупериода перезаряда, отличающийся тем, что перезаряд происходит через нелинейную индуктивность, при этом в течение большей части полупериода перезарядки сердечник индуктивности насыщен, а в течение оставшейся части полупериода, которая выбирается равной удвоенному времени выключения диодов, сердечник ненасыщен.