Charakterystyka inwerterów i ich rodzaje

Wyróżniamy różne typy inwerterów.

Inwerter do sterowania podświetleniem ekranów LCD

Bardzo istotnym elementem ekranu LCD jest źródło światła przepuszczanego przez komórki matrycy LCD.

Światło pochodzi z jednej lub z kilku lamp fluorescencyjnych CCFL umieszczonych z tyłu ekranu. Lampy sterowane są sygnałami z inwertera DC/AC, który przetwarza napięcie stałe na napięcie impulsowe rzędu setek woltów a nawet kilku kilowoltów wymagane dla poprawnego sterowania lampą.

Starsze rozwiązania monitorów LCD posiadały oddzielny moduł inwertera, w nowszych rozwiązaniach moduł inwertera umieszczany jest w bloku zasilania monitora.

W monitorach LCD stosowane są najczęściej następujące rodzaje inwerterów:

• Buck-Royer
• Push-Pull
  
• Half-Bridge
• Full-Bridge

Inwerter typu Buck-Royer

Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy inwertera typu Buck-Royer.

Inwerter typu Buck-Royer składa się z dwóch stopni. Pierwszy z nich to konwerter napięcia DC/DC typu Buck (konwerter DC/DC obniżający napięcie) zawierający:

• układ scalony IC1 modulatora szerokości impulsów PWM,
• Q1 – tranzystor MOSFET z kanałem typu P,
• LI – cewkę układu Buck,
  
• D1- diodę układu Buck.
  

Napięcie z wyjścia konwertera typu Buck zasila oscylator Royera składający się z:

• pary tranzystorów pracujących w układzie Push-Pull Q2, Q3,
• transformatora wysokiego napięcia T1,
• kondensatora ustalającego częstotliwość pracy oscylatora C1.
• kondensatora ustalającego prąd lampy C2.

Układ sprzężenia zwrotnego (D2. D3, R1) wytwarza napięcie proporcjonalne do prądu lampy podawane do układu regulacji szerokości impulsów. Napięcie sprzężenia zwrotnego służy do stabilizacji napięcia wyjściowego z konwertera Buck zasilającego oscylator Royera i regulacji jasności świecenia lampy.

Częstotliwość pracy oscylatora Royera mieści się w zakresie 30-70kHz. Im wyższa jest częstotliwość pracy, tym więcej światła jest uzyskiwane z lampy CCFL.

Niektóre z rozwiązań układu podświetlenia z konwerterem typu Buck wykorzystują układ scalony modulatora PWM z zintegrowanym tranzystorem MOSFET (np. układy scalone 4432, BE3V1J).

Najczęściej stosowane tranzystory MOSFET z kanałem typu P to: FU9024N firmy International Rectifier, J598 firmy NEC itp. Jako tranzystory Push-Pull oscylatora Royera stosowane są bipolarne tranzystory NPN np: 2SC5706, 2SC5707.

Inwerter typu Push-Pull

Schemat blokowy inwertera Push-Pull przedstawiono na rysunku 2.

Inwerter Push-Pull składa się z układu sterującego IC1 -modulatora szerokości impulsów PWM, pary tranzystorów MOSFET z kanałem typu N – Q1, Q2, transformatora wysokiego napięcia T1, kondensatora C1 ustalającego prąd lampy i układu sprzężenia zwrotnego (D1, D2, R1).

Uzwojenie pierwotne transformatora wysokiego napięcia w inwerterze Push-Pull jest podzielone na dwie identyczne części (uzwojenie z centralnym odczepem).

W inwerterze Push-Pull tranzystory Q1, Q2 włączane są naprzemiennie. Gdy tranzystor Q1 przewodzi, prąd płynie przez uzwojenie pierwotne ni transformatora T1 i pole magnetyczne transformatora wytwarza napięcie w uzwojeniu wtórnym transformatora. Gdy Q1 jest wyłączony, pole magnetyczne zanika i po czasie nazywanym czasem martwym (ang. „dead time”) załączany jest tranzystor Q2. Gdy Q2 przewodzi, prąd płynie przez uzwojenie pierwotne n2 i w uzwojeniu wtórnym pojawia się napięcie. Gdy Q2 jest wyłączony, pole magnetyczne zanika i po czasie martwym ponownie załączany jest tranzystor Q1 i cykl pracy powtarza się.

W niektórych rozwiązaniach inwerterów Push-Pull tranzystory Q1, Q2 mogą być zintegrowane w układzie scalonym modulatora szerokości impulsów.
Niektóre z układów scalonych mogą sterować dwiema parami tranzystorów kluczujących dwa transformatory wysokiego napięcia. Każde z uzwojeń wtórnych transformatorów może sterować kilka lamp CCFL.

Inwerter typu Half-Bridge

Na rysunku 3 przedstawiono schemat blokowy inwertera Half-Bridge.

Inwerter typu Half-Bridge jest podobny do inwertera typu Push-Pull. Różnica polega na budowie transformatora wysokiego napięcia. W inwerterze Half-Bridge uzwojenie pierwotne transformatora nie posiada centralnego odczepu. Odwrócenie pola magnetycznego wytwarzanego przez transformator dokonywane jest poprzez odwrócenie kierunku przepływu prądu w uzwojeniu pierwotnym.

W inwerterze Half-Bridge stosowane są tranzystory MOSFET z kanałem typu P – górny tranzystor i kanałem typu N -dolny tranzystor. Tranzystory sterowane są naprzemiennie – zawsze przewodzi tylko jeden z nich. Czas martwy wymagany dla zaniku pola magnetycznego zależy od częstotliwości pracy inwertera.

Układ Half-Bridge zapewnia lepsze wykorzystanie transformatora i mniejszą objętość uzwojenia pierwotnego niż układ Push-Pull.
Niektóre z układów scalonych stosowanych jako modulator PWM mogą sterować dwiema parami tranzystorów kluczujących dwa transformatory wysokiego napięcia. Każde z uzwojeń wtórnych transformatorów może sterować kilkoma lampami CCFL.

Na rysunku 4. przedstawiono schemat blokowy inwertera Half-Bridge stosowanego w starszego typu monitorach LCD.

Inwerter Full-Bridge

W inwerterze Full-Bridge podobnie jak w inwerterze Half-Bridge transformator wysokiego napięcia ma pojedyncze uzwojenie pierwotne. Odwrócenie pola magnetycznego wytwarzanego przez transformator dokonywane jest poprzez odwrócenie kierunku przepływu prądu w uzwojeniu pierwotnym. Na rysunku 5 przedstawiono schemat blokowy inwertera Full-Bridge.
Tranzystory inwertera Full-Bridge sterowane są parami naprzemiennie: najpierw przewodzi para Q1. Q4, następnie przewodzi para Q2, Q3. Gdy przewodzi para Q1. Q4, prąd płynie od zasilania, przez tranzystor Q1, kondensator C1, uzwojenie pierwotne i tranzystor Q4 do masy. Gdy przewodzi para Q2. Q3, prąd płynie od zasilania, przez tranzystor Q2, uzwojenie pierwotne, kondensator C1 i tranzystor Q3 do masy.

Układ sprzężenia zwrotnego wytwarza napięcia proporcjonalne do prądu (D3, D4, R1) i napięcia (C2, C3, D1. D2) lampy. Napięcia z układu sprzężenia zwrotnego podawane są do układu sterującego IC1, który reguluje współczynnik wypełnienia przebiegów sterujących tranzystorami.

W niektórych monitorach LCD, gdzie jako układ sterujący zastosowano układ scalony OZ960 możliwe jest zastosowanie dwóch torów Full-Bridge sterujących dwoma transformatorami wysokiego napięcia.

Typowe uszkodzenia inwerterów

Najczęstszymi uszkodzeniami spotykanymi w układach inwerterów są:

• uszkodzenia punktów lutowniczych szczególnie na wyprowadzeniach transformatora wysokiego napięcia i cewki Buck (w inwerterze Buck-Royer).
  
• zwarcie lub spalenie uzwojenia transformatora wysokiego napięcia.
• zwarcie lub upływność tranzystorów kluczujących uzwojenie pierwotne transformatora wysokiego napięcia,
• zwarcie tranzystora z kanałem typu P w układzie Buck inwertera Buck-Royer
  
• uszkodzenie bezpiecznika w gałęzi zasilającej inwerter,
• uszkodzenie kondensatora ustalającego prąd lampy – powoduje to brak świecenia lub migotanie światła lampy,
• uszkodzenie punktów lutowniczych na wyprowadzeniach złącza lampy.

Uszkodzenia układów scalonych stosowanych w modulatorze PWM są bardzo rzadkie. W torze modulatora PWM najczęściej stosowane układy scalone to: TL1451ACN, OZ960, OZ962, OZ965, BIT3105, BIT5001.

Spawarki inwerterowe

Porównywarka cen sprzętu RTV