Brevet FR2889344A1 — publié le 20070202

DISPOSITIF D'ENTRETIEN POUR PANNEAU PLASMA La présente invention concerne un dispositif de génération d'une tension d'entretien rectangulaire entre les électrodes de ligne de balayage et les électrodes communes de lignes des cellules lumineuses dans un panneau plasma. Classiquement, un panneau d'affichage au plasma comporte une pluralité de cellules organisées en lignes et en colonnes. Dans la technologie coplanaire employée actuellement, chaque cellule est munie de 3 électrodes: - une électrode dite de colonne servant essentiellement à l'adressage des cellules; les électrodes de colonne de l'ensemble des cellules du panneau sont reliées à un circuit driver de colonnes; et deux électrodes de ligne, l'une étant appelée électrode de balayage de ligne (ou "line scanning electrode" en langue anglaise) servant à adresser individuellement chaque ligne de cellules et l'autre étant appelée électrode commune de ligne (ou "Une common electrode" en langue anglaise); l'ensemble des électrodes de balayage de ligne sont reliées, d'un coté du panneau, à un circuit driver de lignes et les électrodes communes de ligne sont connectées entre elles de l'autre coté du panneau. Dans ce type de panneau, l'adressage d'une cellule consiste à appliquer un signal haute tension spécifique entre son électrode de balayage de ligne et son électrode de colonne pour modifier son état de charge. Au terme de l'opération d'adressage, la cellule peut avoir deux états de charge: un premier état dit "excité" qui permettra de l'allumer pendant la phase d'entretien des cellules à suivre et un second état dans lequel elle restera éteinte. La phase d'entretien des cellules qui suit la phase d'adressage est une période pendant laquelle des signaux haute tension rectangulaires sont appliqués sur les électrodes de balayage de ligne et les électrodes communes de ligne. Pendant cette phase, les cellules préalablement excitées s'allument. Pour générer de tels signaux de tension, le panneau d'affichage est muni d'amplificateurs de puissance. Le panneau comprend notamment un amplificateur colonne pour générer le signal d'adressage à appliquer sur l'électrode de colonne des cellules et un amplificateur d'entretien pour générer le signal d'entretien appliqué sur l'électrode de balayage de ligne et l'électrode commune de ligne des cellules. Ces amplificateurs ont pour point commun d'avoir à générer des signaux comportant des transitions haute tension sur une charge capacitive très élevée égale à la capacité équivalente de l'ensemble des cellules du panneau ou à la capacité d'une grande partie d'entre elles. L'opération d'entretien des cellules implique un énorme transfert d'énergie entre l'amplificateur et les cellules du panneau qui doit être impérativement récupéré. II en est de même pour l'opération d'adressage des colonnes de cellules. A cet effet, un amplificateur d'entretien avec récupération d'énergie, appelé amplificateur "Weber" du nom de son inventeur, a été développé. La figure 1 représente l'architecture de l'électronique de puissance d'un panneau plasma depuis son alimentation secteur jusqu'au panneau plasma. Le premier étage de puissance 1 est un convertisseur AC/DC avec correction du facteur de puissance. Cet étage est connecté au secteur. Son rôle est de modifier le courant provenant du secteur pour qu'il ait une forme sinusoïdale synchrone avec celle de la tension. Cet étage est bien connu de l'homme du métier. Il comprend un pont de diodes DI à D4 pour transformer la tension sinusoïdale en tension continue, une inductance LI en série avec un interrupteur T1 connectés aux bornes du pont de diodes pour piloter le courant tel que décrit tout en ajustant la valeur de la tension continue en sortie, une diode de redressement D5 et un condensateur chimique Cc de forte valeur à ses bornes en sortie. L'étage suivant est un convertisseur DCIDC 2 chargé de délivrer une tension régulée de forte valeur pour l'entretien des cellules du panneau plasma. Cette tension régulée est fournie à l'amplificateur d'entretien ligne du panneau plasma. Comme représenté à la figure 1, cet amplificateur d'entretien ligne comprend en fait deux amplificateurs identiques, l'un 11 étant destiné à alimenter l'électrode de balayage de ligne Y des cellules via un circuit driver ligne 12 et l'autre 13 à alimenter leurs électrodes communes de ligne Z. Les cellules du panneau plasma sont représentées dans la figure par leur capacité équivalente Cp. Cette capacité équivalente est en pratique composée de la capacité Cpt présente entre les électrodes de balayage de ligne Y et les électrodes communes de ligne Z du panneau, de la capacité Cp2 présente entre les électrodes de balayage de ligne Y et les électrodes de colonne du panneau et enfin de la capacité Cp3 présente entre les électrodes communes de ligne Z et les électrodes de colonne du panneau. Un générateur de tensions d'adressage 15 est également prévu pour produire les tensions appropriées à appliquer sur les électrodes des cellules pour leur adressage. Le circuit driver ligne 12 permet de sélectionner la tension à appliquer sur l'électrode Y des cellules. De même, un circuit driver colonne 14 sélectionne la tension à appliquer sur l'électrode de colonne des cellules. L'amplificateur 11 destiné à alimenter les électrodes Y comporte classiquement des interrupteurs M1 et M2, connectés en structure demipont, montés en série entre une borne d'alimentation recevant la tension d'entretien très élevée VS fournie par le convertisseur DC/DC 2 et une borne de référence (connectée ici à la masse GND). Ces interrupteurs sont commandés de manière à générer sur l'électrode Y des cellules du panneau un signal rectangulaire alternant entre la tension VS et le potentiel présent sur la borne de référence. Comme représentés sur la figure, ces interrupteurs sont généralement des transistors MOS avec leurs diodes antiparallèle. Pour récupérer et ré-injecter de l'énergie capacitive et produire des commutations douces entre la tension VS et la masse, l'amplificateur 11 comporte un inducteur résonant L monté en série avec un module de commutation MC et une capacité de stockage Cl. Ces trois éléments sont connectés entre l'électrode Y et le potentiel de référence. Le module de commutation comprend deux chemins de conduction de courant montés en parallèle, chacun autorisant la circulation du courant dans un sens unique. Le premier chemin de courant comprend un interrupteur M3 monté en série avec une diode D3 pour autoriser le passage du courant vers la capacité de stockage Cl lorsque l'interrupteur M3 est fermé et réaliser ainsi le front descendant du signal de sortie de l'amplificateur. Le second chemin de courant comprend un interrupteur M4 monté en série avec une diode D4 pour autoriser le passage du courant vers l'inducteur résonant L lorsque l'interrupteur M4 est fermé et réaliser ainsi le front montant du signal de sortie. S'agissant de l'amplificateur 13, il comporte les mêmes composants que l'amplificateur 11 qui sont connectés de la même manière entre l'électrode commune de ligne Z et la borne de référence. Pour distinguer les composants de l'amplificateur 11 de ceux de l'amplificateur 13 dans la suite de la présente description, les composants M1, M2, L, MC, M3, M4, D3, D4, Cl de l'amplificateur 11 sont référencés Ml', M2', L', MC', M3', M4', D3', D4', Cl' dans l'amplificateur 13. La figure 2 représente les signaux de tension d'entretien à générer sur les électrodes Y et Z et la tension résultante aux bornes des cellules du panneau selon un mode de fonctionnement bien connu pour obtenir un bon entretien des décharges électriques dans les cellules. Selon ce mode de fonctionnement, les transitions de la tension générée sur l'électrode Y sont synchronisées avec celles de la tension générée sur l'électrode Z pour que la tension aux bornes des cellules du panneau alterne en permanence entre +VS et -VS. Ce mode de fonctionnement n'est donné qu'à titre d'exemple pour comprendre le fonctionnement du circuit Weber. Bien entendu, il existe d'autres modes de fonctionnement, notamment un mode dans lesquels les transitions de tension sur l'électrode Y des cellules sont décalées par rapport à celles sur l'électrode Z. Pour obtenir l'un ou l'autre des signaux de tension montrés à la figure 2, l'amplificateur 10 est commandé comme illustré à la figure 3. Cette figure représente plus particulièrement les tensions de commande des interrupteurs M1 à M4, la tension de sortie de l'amplificateur qui en découle ainsi que le courant iL traversant l'inducteur résonnant L. Dans cette figure, on considère que, à l'état initial, les interrupteurs M2, M3 et M4 sont ouverts et l'interrupteur M1 est fermé. La tension sur l'électrode Y est donc égale à VS. Après ouverture de l'interrupteur M1 puis fermeture de l'interrupteur M3, la tension sur l'électrode Y commence à baisser. Pendant cette phase, le circuit résonant composé de l'inducteur L et de la capacité équivalente Cp est fermé par la diode D3, l'interrupteur M3 et la capacité de stockage Cl avec les conditions initiales suivantes: - le courant iL circulant à travers l'inducteur L est nul=0, - la tension sur l'électrode Y est égale à VS, et - la tension aux bornes de la capacité de stockage est égale à VS/2. La valeur de la capacité de stockage Cl étant bien supérieure à celle de la capacité Cp, on peut considérer que la tension à ses bornes est constante et égale à VS/2. A mesure que le courant augmente à travers l'inducteur L, la sortie de l'amplificateur et la tension aux bornes de la capacité Cp décroît en suivant une portion de sinusoïde jusqu'à ce que la tension sur l'électrode Y atteigne VS/2 (point où le courant iL arrête de croître). Cette première phase correspond à un transfert d'énergie de la capacité Cp vers l'inducteur L. Un transfert inverse se produit pendant la phase suivante: pendant cette phase, le courant iL décroît et la tension sur l'électrode Y continue à décroitre selon une autre portion de sinusoïde jusqu'à atteindre 0 volt (potentiel de référence). La diode D3 empêche le courant de passer dans le sens inverse. La fermeture de l'interrupteur M2 permet ensuite de maintenir la tension sur l'électrode Y à zéro volt. Le passage de zéro volt à VS de la tension sur l'électrode Y est réalisé de la même manière par la fermeture de l'interrupteur M4. Pendant les phases de transition de la tension aux bornes des cellules, des transferts d'énergie importants se produisent entre l'inducteur L et la capacité Cp. Des forts courants de charge ainsi que des courants liés aux décharges électriques dans le gaz plasma des cellules en fin de transition circulent à travers l'amplificateur. Ces courants ont des valeurs très élevées, de l'ordre de quelques dizaines d'ampères, sur des intervalles de temps très courts, environ 1 microseconde. A cet effet, les capacités de stockage Cl et C2 doivent être parfaitement reliées aux autres composants des circuits de récupération d'énergie ainsi qu'au panneau pour réduire les inductances parasites et ne pas modifier la forme d'onde des tensions appliquées sur les électrodes des cellules et le comportement global du panneau en termes d'émission de lumière. L'invention propose une nouvelle architecture de circuit d'entretien pour panneau plasma ne comportant pas de convertisseur DC/DC à la sortie du convertisseur AC/DC avec correction du facteur de puissance, le but étant de fournir du courant au plus proche des cellules du panneau. L'invention concerne un dispositif de génération d'une tension d'entretien rectangulaire entre les électrodes de ligne de balayage et les électrodes communes de lignes des cellules lumineuses dans un panneau plasma, ladite tension étant produite par l'application d'un premier signal de tension d'entretien rectangulaire sur l'électrode de ligne de balayage des cellules et d'un second signal de tension d'entretien rectangulaire sur l'électrode commune de ligne des cellules, caractérisé en ce qu'il comporte un premier amplificateur d'entretien connecté à l'électrode de ligne de balayage des cellules pour produire les transitions du premier signal de tension d'entretien, un deuxième amplificateur d'entretien connecté à l'électrode commune de ligne des cellules pour produire les transitions du deuxième signal de tension d'entretien et un circuit isolé d'alimentation en tension connecté aux électrodes de ligne de balayage et aux électrodes communes de ligne des cellules pour maintenir la tension atteinte en fin de transition sur lesdites électrodes de ligne de balayage et lesdites électrodes communes de ligne. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux dessins annexés parmi lesquels: - la figure 1, déjà décrite, est un schéma électrique de l'électronique de puissance d'un panneau plasma de l'art antérieur, - la figure 2, déjà décrite, représente des chronogrammes illustrant les signaux de tension générés par des amplificateurs d'entretien du circuit de la figure 1 selon un mode de fonctionnement connu de l'amplificateur, - la figure 3, déjà décrite, représente des signaux de commande illustrant le mode de fonctionnement de chacun des amplificateurs d'entretien du circuit de la figure 1; - la figure 4 représente un schéma électrique de l'électronique de puissance d'un panneau plasma selon une première forme de réalisation de l'invention; -la figure 5 représente un schéma électrique de l'électronique de puissance d'un panneau plasma selon une deuxième forme de réalisation de l'invention; et - la figure 6 représente des chronogrammes illustre le fonction du circuit de la figure 5. Selon l'invention, le convertisseur DC/DC 2 est remplacé par un transformateur d'isolation Trf avec une structure à pont complet connecté au primaire du transformateur. Le pont complet est alimenté par la sortie du convertisseur AC/DC avec correction du facteur de puissance 1 et le secondaire du transformateur est connecté directement aux sorties des amplificateurs d'entretien 11 et 13. La structure à pont complet est constitué de quatre interrupteurs M5 à M8, l'interrupteur M5 et M8 étant montés en série entre les deux bornes de sortie du convertisseur AC/DC 1 de même que les interrupteurs M6 et M7. L'enroulement primaire du transformateur Trf est connecté entre les points milieux du pont et, comme indiqué précédemment, l'enroulement secondaire du transformateur Trf est connecté directement aux sorties des amplificateurs d'entretien 11 et 13. Des transistors d'isolation M10 et M11 sont connectés entre la sortie de l'amplificateur 11 et le circuit driver de ligne 12. Un condensateur de stockage Cs ayant une capacité très supérieure à Cp est connecté est monté en parallèle avec les circuits demi-pont M1, M2 et M1', M2'. Pendant les opérations d'entretien, l'électrode Y des cellules est connectée à la sortie de l'amplificateur 11 et leurs électrodes de colonne sont connectées à la masse. Les transistors d'isolation sont passants. Pendant ces opérations, la tension VS est la tension d'entretien des cellules, de l'ordre de 200 volts. Pendant les transitions du signal d'entretien appliqué aux cellules, les interrupteurs M5 à M8 sont dans un état haute impédance. Hormis les capacités et inductances parasites, la connexion du secondaire du transformateur Tri aux amplificateurs 11 et 13 n'a pas d'effet sur le fonctionnement des amplificateurs et peut être considérée comme ouverte. La génération des signaux W et VZ appliqués sur les électrodes Y et Z respectivement des cellules est gérée par les interrupteurs M1 à M4 et M1' à M4'. La capacité Cp vue de l'électrode Y est matériellement différente de celle de l'électrode Z. Par exemple, dans le cas d'un mode synchronisé des transitions comme celui illustré par la figure 2, la capacité Cp est égale à : - pour l'électrode Y à la capacité équivalente des capacités Cp2 etCZl,et - pour l'électrode Z à la capacité équivalente des capacités Cp3 et Cpt Coté électrode de balayage de ligne Y, les interrupteurs M1 à M4 gèrent la résonance de l'inductance L avec la capacité panneau Cp vue de l'électrode Y comme illustré par la figure 3. De même, coté électrode commune de ligne Z, les interrupteurs M1' à M4' gèrent la résonance de l'inductance L' avec la capacité panneau Cp vue de l'électrode Z. L'énergie nécessaire pour compenser les pertes dans les circuits de récupération d'énergie et les pertes engendrées par les décharges électriques est fournie par le condensateur de stockage Cs. Dès que les transitions sont terminées et pendant les plateaux de tension, les interrupteurs M5 et M7, ou M6 et M8, sont rendus conducteurs selon que la tension à fournir à la sortie des amplificateurs d'entretien 11 et 13 est négative ou positive. Le convertisseur AC/DC 1 fournit la tension VpFC. Le rapport de transformation n du transformateur Trf est donc pris égal VS/ VpFC. Il faut noter que la commutation des transistors MOSFET M5 à M8 est réalisée à zéro de tension donc sans pertes de commutation car la tension +VS ou -VS au secondaire du transformateur a été préalablement atteinte par la sortie des amplificateurs 11 et 13 et ramenée à +VpFC ou VPFC par le transformateur Tri. Les interrupteurs M1 et M2' sont également rendus conducteurs pendant cette phase de sorte que le condensateur Cs se recharge à la tension VS. Dans le cas présent, l'inductance de fuite du transformateur Trf contribue à limiter le courant entre le convertisseur AC/DC et le condensateur Cs lors de sa recharge. Cette structure permet également de simplifier la génération d'autres tensions, par exemple pour le générateur de tension d'adressage, en multipliant le nombre d'enroulements au secondaire du transformateur Tri et en prévoyant des moyens de redressement, de filtrage et de régulation pour ajuster la tension à la valeur désirée. Pendant les phases d'adressage, les transistors d'isolation M10 et M11 sont dans un état haute impédance, isolant ainsi le générateur de tension d'adressage 15 des amplificateurs d'entretien 11 et 13. La sortie du transformateur est maintenue à zéro en fermant les transistors M7 et M8 ou M5 et M6. Un deuxième mode de réalisation du dispositif de l'invention est proposé en référence à la figure 5. Le circuit de récupération d'énergie, à savoir le module de commutation MC ou MC' et l'inductance L ou L', est supprimé dans chacun des amplificateurs d'entretien 11 et 13 et une inductance L22 de forte valeur fonctionnant en mode saturé éventuellement en série une inductance L21 classique de faible valeur est connectée entre les sorties des deux amplificateurs 11 et 13. L2 désigne l'inductance série. Sa valeur est très supérieure à celle de l'inducteur L ou L' du circuit Weber, 100 à 1000 fois supérieure. En mode saturé, une inductance se comporte comme une inductance dans l'air (sans matériau magnétique). L'inductance L22 agit dans le cas présent comme un interrupteur automatique. Avant saturation, peu de courant la traverse et, après saturation, elle est parcourue par un courant élevé. Dans la suite de la description, L2 désigne à la fois l'élément inductif L2 et la valeur de cette inductance. En mode non saturé, l'inducteur L2 agit comme une inductance de valeur L22 (L2, très faible devant L22) et en mode saturé comme une inductance de valeur L21 (L22 est proche de 0). Le fonctionnement en mode non saturé ou saturé dépend du courant iL2 traversant L2. Le fonctionnement de l'amplificateur de la figure 5 est illustré en référence à la figure 6. Cette dernière montre les signaux de commande des transistors M1, M2, M1' et M2', le signal de tension généré par les amplificateurs 11 et 13 et le courant circulant IL2 à travers les inductances L21 et L22. La demi-période de fonctionnement du courant iL2 est découpée en 4 phases de fonctionnement consécutives numérotées de 1 à 4. Pendant la phase 1, les interrupteurs M1 et M2' sont fermés et les interrupteur M2 et Ml' sont ouverts. La tension de sortie de l'amplificateur 11 est égale à VS. La tension de sortie de l'amplificateur 13 est égale à 0. Le courant traversant l'inducteur L2 non saturé est contrôlé par l'inductance L22 de plus forte valeur. Ainsi, le courant circulant à travers les amplificateurs 11 et 13 est beaucoup plus faible, ce qui va permettre de réduire les pertes de conduction. La tension aux bornes de l'inducteur L2 se retrouve essentiellement aux bornes de l'inductance L22. Au début de la phase 2, l'inductance L22 sature. Le circuit est alors contrôlé par l'inductance L21. Le courant IL2 augmente linéairement tant que les interrupteurs M1 et M2' restent fermés. La phase 3 débute ensuite lorsque tous les interrupteurs M1, M2, M1' et M2' sont ouverts. L'inductance L21 résonne alors avec la capacité Cp. La tension de sortie de l'amplificateur 11 commence à baisser et celle de l'amplificateur 13 à monter, toutes deux selon une portion de sinusoïde. Au milieu de la phase 3, la tension aux bornes de l'inducteur L2 s'annule avant de s'inverser et le courant à travers celui-ci est maximale en amplitude avant de décroître. Au terme de cette phase, la tension de sortie de l'amplificateur 11 atteint 0 volt (potentiel de référence) et celle de l'amplificateur 13 atteint VS. Au début de la phase 4, le courant au travers de l'inducteur L2 continue à baisser linéairement quel que soit l'état ouvert ou fermé des interrupteurs M2 et M1' en raison de leur diode intrinsèque (début de zone grisée). M2 et M1' devront être fermés avant annulation du courant (fin de zone grisée). Au terme de cette phase 4, l'inductance L22 n'est plus saturée. Recommence alors une phase symétrique à la phase 1. Le choix de l'inductance L22 est primordial. II faut choisir le matériau magnétique adéquat et calculer le nombre de spires nécessaire. On peut définir le nombre de spires de L22 de la manière suivante: Pendant chaque phase de fonctionnement, par exemple pendant la phase 1 de la figure 6, Vu, = n É Ae. AB Atph1 où Ae est la section effective du matériau magnétique; AB est la variation de l'induction magnétique pendant cette phase; Atphl est la durée de la phasel. Pendant cette phase, la tension aux bornes de L22 est égale à VS et l'induction magnétique varie entre +Bsat et -Bmt (ou inversement), d'où : VS=n.Ae,2-Bsat Atph1 VS É Atph1 n= 2ÉBsat.Ae Bsat et Ae sont variables et dépendent du matériau magnétique employé. Le nombre de spires de l'inductance L22 est ainsi calculé à l'aide de l'équation (1). Au moment du choix du matériau, il faut veiller à ce que le cycle de magnétisation soit suffisamment rectangulaire pour que la saturation ne soit pas "molle" et que le courant iL2 aux points de saturation soit faible (pour diminuer l'intensité du courant efficace). De plus, la surface de ce cycle doit être faible pour éviter les pertes dites par hystérésis. Avantageusement, les inductances L21 et L22 sont réalisées dans le même bobinage à condition d'ajuster le nombre de spires du bobinage et la section effective du matériau magnétique en conséquence. Par exemple, si le nombre de spires n calculé comme décrit précédemment ne convient pas pour la bobine L21 qui correspond à l'inductance de l'inducteur L2 lorsqu'on est en mode saturé, il est possible de rajouter une bobine supplémentaire en série avec L2. Mais il est également possible de réajuster le nombre de spires n et la section Ae. Par exemple, si le nombre de spires n calculé pour la phase 1 est trop grand pour les phases suivantes, il suffit de diminuer ce nombre et d'augmenter en conséquence la section Ae pour que l'équation 1 soit toujours vérifiée. Par exemple, si le nombre de spires calculé pour la phase 1 est 10 et que L21 est 4 fois trop forte pour les phases 2, 3 et 4, il suffit de diviser le nombre de spires n par 2 et de multiplier par 2 la section Ae. (1) REVENDICATIONS 1. Dispositif de génération d'une tension d'entretien rectangulaire entre les électrodes de ligne de balayage (Y) et les électrodes communes de lignes (Z) des cellules lumineuses dans un panneau plasma, ladite tension étant produite par l'application d'un premier signal de tension d'entretien rectangulaire sur l'électrode de ligne de balayage (Y) des cellules et d'un second signal de tension d'entretien rectangulaire sur l'électrode commune de ligne (Z) des cellules, caractérisé en ce qu'il comporte un premier amplificateur d'entretien (11) connecté à l'électrode de ligne de balayage (Y) des cellules pour produire les transitions du premier signal de tension d'entretien, un deuxième amplificateur d'entretien (13) connecté à l'électrode commune de ligne (Z) des cellules pour produire les transitions du deuxième signal de tension d'entretien et un circuit isolé d'alimentation en tension connecté aux électrodes de ligne de balayage (Y) et aux électrodes communes de ligne (Z) des cellules pour maintenir la tension atteinte en fin de transition sur lesdites électrodes de ligne de balayage (Y) et lesdites électrodes communes de ligne (Z).