Spannungswandler für LC-Displays

 

Fast alle Grafik LCDs benötigen eine negative Betriebsspannung von -5V bis über -20V. Spezielle Spannunsgwandler ICs wie den AIC1652 oder andere Spannunginverter ICs (z.B. von Maxim) sind in Deutschland schwer erhältlich oder teuer.
Mit einem kleinen Trick man man aber auch einen normalen Step Down Wandler als Spannungsinverter verwenden:
Das IC wird etwas "verkehrt" angeschlossen: Der Eingang Pin 5 liegt an einer Spannung größer der Ausgangsspannung. Pin 2 und 4 liegen an Masse, ebenso Pin 3. An Pin 7 erzeugt das IC die Rechteckimpulse die über eine Spule geglättet werden und am Ausgang anstehen. Per Spannungsteiler misst das IC an Pin 1 die Spannung und regelt diese auf 1,23V 3,3V 5V 12V oder 15V je nach Version.
Nun verbindet man Masse nicht mit Pin 2, Pin 4 und Pin 3 sondern mit dem Ausgang. Das IC erzeugt nun an diesen Pins eine Spannung, die um 1,23V 3,3V 5V 12V oder 15V negativer ist als an dessen Ausgang, also gegenüber Masse. Fertig ist unsere negative Spannung !
Um den Wirkungsgrad etwas zu erhöhen, kann man eine Spule mit Mittelanzapfung verwenden. Wenn man Pin 7 nicht mit der Mitte der Spule sondern mit Ende 1 verbindet, ist der Wirkungsgrad um einiges geringer.
Die Spule sollte weniger als etwa 5 Ohm haben und etwa 0,3mH bis 10mH haben. Wenn es nicht auf die Größe ankommt, funktionieren Doppelspulen aus Schaltnetzteilen hervorragend. Diese sitzen als Stromkompensierte Drosseln im Netzfilter am 230V Eingang. Beide Wicklungen schaltet man in Reihe und verbindet die Mitte mit Pin 7 des ICs. Bei LCDs sollte nie eine negative Spannung anliegen, wenn keine positive vorhanden ist. Deshalt sollte man den Kondensator am Ausgang (C2) recht klein wählen. Damit die Spannung nicht durch die Schaltsignale des Reglers zu sehr verunreinigt wird, und da die meisten LCDs nicht mehr als 10-20mA benötigen, kann man die Spule L1 recht groß wählen. Der LM2574 kommt erher mit einer großen Spule zurecht als mit einer zu kleinen. Dann fängt die Reglung an zu schwingen, und die Ausgangsspannung schwankt um mehrere Volt.
Wenn man den Widerstand R2 durch ein 20k Poti ersetzt, ist die Spannung zwischen -1,2V und -25V einstellbar.

Die beiden Spulen kann man aber auch getrennt einsetzen:
Eine Spule erzeugt eine negative Spannung von -5V, während die andere Spule eine Spannung von +5V erzeugt. Mit jeder zusätzlichen Wicklung steigen die Verwendungsmöglichkeiten. Wichtig ist nur, dass der Eingang Pin 5 nicht positiver als 37V gegenüber Pin 2 und Pin 4 werden darf !

Da fast alle LCDs die negative Betriebsspannung als Betriebsspannung für einen Operationsverstärker verwenden, der einen Spannungsteiler puffert, ist es unnötig, die negative Spannung sehr viel größer zu machen, als die eigentlich benötigte Spannung (meist als Kontrasteingang oder VLCD bezeichnet).
Deshalb verbinde ich den Ausgang des Spannungswandlers über eine LED mit dem VLCD Eingang des Displays. Durch den internen Widerstand des Spannunsgteilers leuchtet die LED schwach. Die an der LED abfallende Spannung liegt bei etwa 2V. Diese Spannung reicht um im Arbeitsbereich des Operationsverstärkers zu liegen. Um nun den Kontrast zu regeln reicht es die gesamte vom Spannungswandler erzeugte Spannung zu regeln. Dies spart Strom und erhöht den Wirkungsgrad der Schaltung.
Insgesamt macht dies zwar nur ein paar mA aus, aber z.B. bei Batteriebetrieb sind das einige Minuten mehr, die man mit einem Batteriesatz erreichen kann.





 

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