Inverter richtig einsetzen

Zum Betrieb einer CCFL ist ein Inverter nötig; ein Hochspannungserzeuger, der, gemessen an der Komplexität des LCDs, ein eher unscheinbares Element ist und doch zu bösen Überraschungen führen kann.

Zum Betrieb einer CCFL ist ein Inverter nötig; ein Hochspannungserzeuger, der, gemessen an der Komplexität des LCDs, ein eher unscheinbares Element ist und doch zu bösen Überraschungen führen kann.

LED-Backlight-Systeme kommen zwar mehr und mehr zum Einsatz - »aber in vielen Displays bleibt die CCFL-Beleuchtung weiterhin erste Wahl«, ist sich Frank Plönißen im Vertrieb von Power Systems sicher. Die Kosten seien ein Grund, die Homogenität des Lichtkörpers ein anderer.

Um den langjährigen und störungsfreien Betrieb der CCFLs zu gewährleisten, müssen bei Auswahl und Einbau der Inverter einige Regeln beachtet werden. Plönißen: »Die erzeugte Hochspannung birgt Gefahren und Tücken, die in der heutigen Zeit der Digitalelektronik oft verkannt werden.«

Zunächst ein Blick auf die Technik: CCFL-Backlight-Systeme produzieren das in transmissiven oder transflektiven Displays notwendige Licht. Hierzu ist eine Kaltkathodenlampe in ein optisches Diffusorsystem eingebracht, meist seitlich der Diffusorplatte. Das Diffusorsystem gewährleistet die homogene Verbreitung des eingestrahlten Lichts innerhalb des LCDs. Die CCFL kann in heutigen Displays eine, zwei oder drei Seiten des Diffusors umfassen, ist also in Stab-, L- oder U-Form gefertigt. Um eine Kaltkathodenröhre zum Leuchten zu bringen, muss zunächst das Edelgasgemisch im Innern der Röhre ionisiert werden. Dies geschieht durch Anlegen einer hohen Wechselspannung, die - je nach Art der Röhre - deutlich über 2000 Volt liegen kann. Nach dem Zünden der Röhre ist eine niedrigere Betriebsspannung im Bereich von einigen hundert Volt nötig, um die Ionisierung aufrechtzuerhalten. Im gezündeten Zustand ist es wichtig, einen möglichst genauen und gleichbleibenden Wechselstrom in die Röhre zu prägen. Dieser Wechselstrom liegt im ein- bis zweistelligen Milliampere-Bereich, je nach Röhre. Der Inverter ist das für den Betrieb der CCFL benötigte elektrische Modul. »Ein einfacher Inverter übernimmt die Erzeugung der Startspannung zum Zünden sowie die nachfolgende Bestromung der Röhre«, so Plönißen, »komfortablere Modelle erlauben außerdem ein Dimmen der Helligkeit, das Ein- und Ausschalten der Röhre und die Signalisierung einer defekten CCFL.«

Ob der Anwender nun einen preiswerten ungeregelten Inverter einsetzt oder eine geregelte Variante, hänge hauptsächlich von der Versorgungsspannung ab. Steht eine stabilisierte Eingangsspannung zur Verfügung, lässt sich ein ungeregelter Inverter einsetzen. Wichtig ist, dass die nominale Spannung (z.B. 12 V DC) am Eingang des Inverters anliegt, eventuelle Spannungsabfälle auf den Zuleitungen also kompensiert werden. Schwankungen der Eingangsspannung zeigen sich unmittelbar in Helligkeitsschwankungen des Displays – im schlimmsten Fall kann die Beleuchtung sogar erlöschen. Ein geregelter Inverter fängt innerhalb spezifizierter Toleranzen die Spannungsschwankungen ab und beleuchtet das Display gleichmäßig.

Achtung Hochspannung: Der Inverter erzeugt eine Hochspannung. Hochspannungen können Funken erzeugen oder sprühen. Plönißen: »Wenn sich Metall, ungenügend isolierte Leitungen, Schrauben, leitende Folien oder Bauteile zu nahe am Hochspannungsteil des Inverters befinden, entsteht ein Hochspannungsüberschlag.« Die Folgen seien im besten Fall ein Flackern des Displays oder der Ausfall einer Sicherung. »Wegen der Hitze eines Hochspannungsbogens können jedoch nicht nur Bauteile beschädigt werden, es besteht auch akute Feuergefahr.« Geschädigte Geräte zeigen karbonisierte Flecken, Brandflächen, teilweise sogar große Löcher in den Materialien, durch die sich die Hochspannung gebrannt hat. »Eine Isolierung einer 12-V-Leitung wird – zu nah am Hochspannungsbereich eines Inverters geführt – problemlos von der Hochspannung durchschlagen, und das kann irreversible Schäden erzeugen«, so Plönißen.

Um einen Inverter sicher einzusetzen, sind deshalb Mindestabstände erforderlich. Als Faustregel gilt: 1 mm Abstand pro 1000 Volt Hochspannung. Bei einem Inverter mit maximal 2000 Vrms Startspannung müssen demnach mindestens 3 mm Abstand eingehalten werden. »Auch zu beachten ist, dass verwendete Schrumpfschläuche oder Isolierbänder wirklich hochspannungsfest sind«, fügt Plönißen hinzu, »Materialien zur Isolation von Niederspannung oder 220V Netzspannung dürfen nicht verwendet werden«.

Kurz ist besser: Eine hohe Wechselspannung wandert gerne auf Abwegen. Die übertragene Leistung wird durch parasitäre Verluste gemindert. Selbst bei korrekter Isolation wirken benachbarte Leiter (Metallflächen, Leitungen) als parasitäre Kapazitäten. Plönißen: »Leitungsübergänge in der CCFL-Zuführung, wie sie durch Verlängerungen mit Stecker-Buchsen-Kombinationen entstehen, können durchaus 20 Prozent der übertragenen Leistung wegnehmen.« Das angeschlossene Display erreicht dann die spezifizierte Helligkeit nicht, flackert oder leuchtet gar nicht. Zuleitungen zur CCFL sollen deshalb kurz sein, Zwischenkabel werden besser vermieden. CCFL-Zuleitungen sollen zudem nicht verdrillt werden, und – wenn möglich – fern von anderen Metallen oder Leitern verlegt sein.

Der Rahmen des Displays hat auf elektrischer Masse zu liegen. Einige Displays haben bereits intern eine Verbindung zwischen metallischem Rahmen und der zugeführten elektrischen Masse des Displaykabels. Andere Hersteller weisen in der Spezifikation deutlich auf die Notwendigkeit hin. Bei Nichtbeachtung kann das Display zu dunkel sein, bei Berührung in der Helligkeit schwanken - es können sogar mehrere hundert Volt an einem masselosen Displayrahmen anliegen und zu einer schmerzhaften Erfahrung bei Berührung führen.

Pufferung der Eingangsspannung: Ein Inverter kann Störsignale in die Versorgungsleitung senden – wenn er zum Beispiel mittels Pulsweitenmodulation gedimmt wird. Diese Dimmart schaltet den Inverter in sehr schneller Folge ein und aus – und damit je nach Größe des Displays auch eine respektable elektrische Leistung. Fehlerbilder sind in den Reset gehende Mikroprozessoren, hörbares Pfeifen in vorhandenen Audioverstärkern, Störung anderer elektrischer Schaltkreise. Ein möglichst nah am Invertereingang angebrachter Stütz-Kondensator puffert die Eingangsspannung und vermindert die Störungen.

Plönißen: »Die Auswahl des Inverters hat also großen Einfluss auf die Qualität des Displays – und vor allem auf die Lebensdauer des Backlights. Power Systems passt Inverter individuell auf Displays an, erzeugt so hohe Zuverlässigkeit und dokumentiert dies mit Testberichten. So wird der Anwender vor unliebsamen Überraschungen geschützt.«

Susanne Schäfer / Markt+Technik