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.