專利名稱：用于液晶顯示屏的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開系關(guān)于在液晶顯示屏中的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的液晶顯示(LCD)屏電源結(jié)構(gòu)中，有著獨立的功率因數(shù)校正(PFC)電路和逆變器電路來進行輸入功率因數(shù)校正和直流/交流逆變操作。在傳統(tǒng)電源中，PFC電路的運行頻率和逆變器電路的頻率不同。因此，傳統(tǒng)電源可能需要一個級進行功率因數(shù)校正，需要另一個級進行逆變操作，每個級都由單獨的控制器來控制。而且，傳統(tǒng)PFC電路額外需要一個甚至多個開關(guān)，故而需要其它的功率電路組件。因此，傳統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)可能具有復(fù)雜并且造價高昂的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
在此討論的一個實施例可提供一個控制器，通過配置該控制器產(chǎn)生多個控制信號來控制逆變器電路的運行，使其將一個直流信號逆變?yōu)榻涣餍盘?。該控制器產(chǎn)生的控制信號也可控制PFC電路的運行，通過逆變器電路，使得PFC電路能夠給耦合到PFC電路和逆變器電路上的輸入源提供功率因數(shù)校正。
使用本發(fā)明的一個實施例的方案可包括使用控制器產(chǎn)生多個控制信號來控制逆變器電路的運行，將一個直流信號逆變?yōu)榻涣餍盘?。該實施例的方案還可包括使用控制器產(chǎn)生的控制信號同時控制PFC電路的運行，通過逆變器電路，使得PFC電路可以給耦合到PFC電路和逆變器電路上的輸入源提供功率因數(shù)校正。
在此描述的本發(fā)明實施例中，最少有一個系統(tǒng)可提供逆變器電路而將一個直流信號逆變?yōu)榻涣餍盘?。該系統(tǒng)還可包括耦合到逆變器電路上的PFC電路，該PFC電路可以給耦合到PFC電路和逆變器電路上的輸入源提供功率因數(shù)校正。系統(tǒng)還可包括一個控制器，配置該控制器來產(chǎn)生多個控制信號以控制逆變器電路的運行，從而將直流信號逆變?yōu)榻涣餍盘?。控制器生成的控制信號也可用于控制PFC電路的運行，通過逆變器電路，使得PFC電路能夠提供功率因數(shù)校正。


在以下附圖中，相似數(shù)字表示相似的部分，結(jié)合附圖及其詳細(xì)描述，本發(fā)明公開的實施例之特征和優(yōu)點顯而易見。
圖1為一個典型系統(tǒng)實施例；圖2為另一典型系統(tǒng)實施例；圖3A為圖1或圖2中系統(tǒng)的典型電源結(jié)構(gòu)；圖3B-3G描述了圖3A中的典型電源結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型信號； 圖4A為圖1或圖2中系統(tǒng)的另一典型電源結(jié)構(gòu)；圖4B-4G描述了圖4A中的典型電源結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型信號；圖5A為圖1或圖2中系統(tǒng)的另一典型電源結(jié)構(gòu)；圖5B-5G描述了圖5A中的典型電源結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型信號；圖6A為圖1或圖2中系統(tǒng)的另一典型電源結(jié)構(gòu)； 圖6B-6H描述了圖6A中的典型電源結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型信號；盡管以下的

將參考說明性實施例來進行，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解，實施例可以有多種備選方案、修改或者變更。因此，本發(fā)明公開所涵蓋之范圍寬廣，應(yīng)以權(quán)利要求書中之界定為準(zhǔn)。
具體實施例方式
圖1為本發(fā)明公開的一個系統(tǒng)實施例100。系統(tǒng)一般包括一個液晶顯示(LCD)屏110和給顯示屏110供電的電路。供電電路可包括一個功率因數(shù)校正(PFC)和背光逆變控制器電路108，該電路可控制一個或多個開關(guān)(圖中未給處)來給顯示屏110供電并同時給整流后的交流信號106提供功率因數(shù)校正操作。顯示屏110可包括一個或多個冷陰極熒光燈(CCFLs)。系統(tǒng)100還可包括整流電路104，整流電路104可以從一個交流輸入源102生成一個整流后的信號106(例如全波整流信號)。交流源102可包括標(biāo)準(zhǔn)插座電源等。經(jīng)過整流的信號106可提供給電路108。
該實施例還可包括單級電源驅(qū)動電路108。單級電源驅(qū)動電路108可包括功率因數(shù)校正(PFC)電路112和DC/AC逆變器電路114。單級電路108可能組合PFC電路112和逆變器電路114來實現(xiàn)通過使用一個控制器控制PFC操作和DC/AC逆變操作。本文所有實施例中提及之“功率因數(shù)校正(PFC)”，可包括調(diào)整輸入源，以實現(xiàn)輸入電流與輸入電壓成正比。電流與電壓成正比的一個具體例子，就是使得輸入電流波形能跟隨輸入電壓波形以獲得高功率因數(shù)。這樣，舉例來說，PFC電路112可能使得由交流輸入源102生成的輸入電流的波形跟隨輸入電壓的波形。
DC/AC逆變器電路114可以將直流信號逆變?yōu)榻涣餍盘杹斫o顯示屏110的一個或多個CCFL供電。典型的DC/AC逆變器電路包括全橋、半橋、有源箝位、正激、推挽和/或D類型的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然而，現(xiàn)有和/或后續(xù)開發(fā)的逆變器結(jié)構(gòu)在此同等考慮，應(yīng)視為同類結(jié)構(gòu)。
該實施例還可包括PFC和逆變控制器電路120。在此實施例中，控制器電路120可生成多個控制信號122來控制逆變器電路114的運行，使其將直流信號逆變?yōu)榻涣餍盘?。控制信?22也可通過逆變器電路114來控制PFC電路112，使得PFC電路可以為輸入源提供功率因數(shù)校正?？刂破麟娐?20使用適合于逆變操作的運行頻率，可以同時進行功率因數(shù)校正操作和逆變操作。因此，由控制器120生成的用于逆變操作的同一控制信號122也可用于功率因數(shù)校正操作。
圖2為本發(fā)明公開的另一系統(tǒng)實施例200。該實施例類似圖1中實施例，但是LCD顯示屏210可包括一個發(fā)光二極管(LED)陣列，陣列使用一個或多個發(fā)光二極管。由于LED可能需要直流電源，該實施例還可能包括AC/DC整流器和過濾器202來將電路108提供的交流電源變換為適合顯示屏210中的LED使用的直流電源。
控制器電路120可以獨有或者共有一個或者多個集成電路。本文所有實施例中提及之“集成電路”，系指一個半導(dǎo)體器件和/或微電子器件，例如一個半導(dǎo)體集成電路芯片。
PFC和全橋逆變操作圖3A為圖1或圖2中系統(tǒng)的一個典型電源結(jié)構(gòu)300的塊圖。在此實施例中，單級電源驅(qū)動電路108’可包括DC/AC逆變器電路，該電路由全橋逆變器電路形成。全橋逆變器電路包括4個開關(guān)開關(guān)302、304、306和308。開關(guān)302、304、306和308可能包括場效應(yīng)晶體管開關(guān)，雙極結(jié)型晶體管和/或其它開關(guān)機制。開關(guān)302、304、306和308還可能各自獨有一個體二極管，每個體二極管都與相應(yīng)的開關(guān)并聯(lián)。該實施例中的輸入功率表現(xiàn)為整流后的信號106，該信號包括輸入電流IIN和輸入電壓VIN。整流后的信號106可能由交流源102、整流器電路104和電容來生成，如上已述。
單級電源驅(qū)動電路108’也可包括PFC電路。在此實施例中，PFC電路可包括一個第一能量存儲元件310，一個第二能量存儲元件318和一個第三能量存儲元件312。在此實施例中，第一和第三能量存儲元件可包括電感電路，第二能量存儲元件可包括電容電路。第一能量存儲元件310可以通過開關(guān)302和308可控地耦合到第二能量存儲元件318。第三能量存儲元件312可以通過開關(guān)304和306可控地耦合到第二能量存儲元件318。
可以控制第一能量存儲元件310為跟隨輸入電壓的輸入電流提供功率因數(shù)校正，并可將能量傳輸給第二能量存儲元件318，以下將有更詳細(xì)描述。與之類似，可以控制第三能量存儲元件312為跟隨輸入電壓的輸入電流提供功率因數(shù)校正，并將能量傳輸給第二能量存儲元件318。在此實施例中，傳輸給能量存儲元件318的能量可以提供一個直流信號，該信號可控地耦合到變壓器電路320和電感器328，通過開關(guān)302、304、306和308來給負(fù)載110或者210供電。
電源結(jié)構(gòu)300還可包括PFC和DC/AC逆變控制器電路120’，該電路產(chǎn)生多個驅(qū)動信號122’，例如信號303、305、307和309來分別控制開關(guān)302、304、306和308。圖3插圖的中的典型驅(qū)動信號303、305、307和309可能各自包括矩形波形信號(矩形波形信號可包括脈沖寬度調(diào)制信號)來控制全橋逆變器電路中各個開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)(開/關(guān))。
總的來看，實施例中控制器322可以控制開關(guān)302、304、306和308的導(dǎo)通狀態(tài)，通過能量存儲元件310、318和312來給輸入電壓和輸入電流同時提供DC/AC逆變和功率因數(shù)校正。開關(guān)302和304可以互補運行，也就是說，可以控制開關(guān)302和304來防止二者同時導(dǎo)通。與之類似，開關(guān)306和308可以互補運行。開關(guān)302和308組成第一個開關(guān)對，并可重疊運行(也就是說，有一部分時間內(nèi)二者同時導(dǎo)通)，與之相似，開關(guān)304和306組成第二開關(guān)對并可重疊運行。
開關(guān)302和308的運行可以產(chǎn)生矩形信號的前半周期，并輸入給電感328和增壓變壓器320。開關(guān)304和306的運行產(chǎn)生矩形信號的后半周期，并輸入給電感328和增壓變壓器320。該矩形信號可以平滑變成正弦信號并輸入給LCD顯示屏110的一個或者多個燈管，或者變換為DC信號并輸入給顯示屏210中的一個或多個LED。例如，當(dāng)開關(guān)302和308同時打開，電容318中的能量釋放，電流流經(jīng)開關(guān)308、電感328、變壓器320和開關(guān)302至地，完成半個周期。變壓器320可將能量耦合至負(fù)載110或者210。另一個半周期是電流從電容318流經(jīng)開關(guān)304、變壓器320、電感328和接地的開關(guān)306(原文錯誤？coupled toground？)，變壓器將能量耦合至負(fù)載110或210。以上為DC/AC逆變操作。注意當(dāng)開關(guān)304導(dǎo)通，二極管316可能反偏。與之類似，當(dāng)開關(guān)308導(dǎo)通，二極管314可能反偏。當(dāng)開關(guān)302導(dǎo)通，輸入電壓106通過二極管316給電感312充電。當(dāng)開關(guān)302斷開，開關(guān)304導(dǎo)通，電感312中存儲的能量可通過開關(guān)304傳輸給電容318。310的操作類似，通過順序打開開關(guān)306、關(guān)閉306和打開308來存儲和釋放能量給電容318。以上為輸入源的功率因數(shù)校正操作。
以下為對控制器120’典型操作的描述。該實例始于控制著開關(guān)302的控制信號303打開(高)，開關(guān)302導(dǎo)通。打開開關(guān)302(導(dǎo)通)可能引起來自輸入源106的能量存儲于第二能量存儲元件312。存儲于第二能量存儲元件312中的能量計算方式為I312＝(VIN*t302)/L；此處L為能量存儲元件312的電感量，t302代表開關(guān)302開啟的時間。VIN代表106上的信號。I312可以代表通過電感312的一個電流信號。
這樣，由于L和VIN可能代表已知量，能量存儲元件312中的電流(IIN)就可由開關(guān)302的開啟時間來決定。由于開關(guān)的開關(guān)頻率(例如10-100KHz)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于輸入源AC信號(如，經(jīng)過整流的AC信號可能為120Hz)的頻率，因此，與每個VIN相關(guān)的開關(guān)302開啟時間可以維持在一個常數(shù)。這樣，I312與VIN成正比，輸入電流(IIN)和輸入電壓(VIN)之間的功率因數(shù)校正得以完成。
控制器120’可以在信號309為開的部分時間內(nèi)使得信號303也為開(高)。這樣，在此實例中，當(dāng)開關(guān)302將要開啟時開關(guān)308可能已經(jīng)開啟(導(dǎo)通)。當(dāng)開關(guān)302為開時，能量存儲元件318中存儲的能量可能通過開關(guān)308和電感328釋放給變壓器320主級的“頂端”。
當(dāng)開關(guān)302關(guān)閉(不導(dǎo)通)時，控制器120’可生成一個信號305，使得開關(guān)304開啟(參照信號303和305)。當(dāng)開關(guān)304打開，第二能量存儲元件312中的能量可通過開關(guān)304傳輸給第三能量存儲元件318。以上所述的控制器120’和開關(guān)302、308和304的操作完成逆變操作的前半個周期，將矩形波形的前半輸入給變壓器320。
控制器120’可以在信號305為開的部分時間內(nèi)使得信號307為開(高)。這樣，在此實例中，當(dāng)開關(guān)306將要開啟時開關(guān)304可能已經(jīng)開啟(導(dǎo)通)。開啟開關(guān)306(導(dǎo)通)可能使得來自輸入源的能量存儲于第一能量存儲元件310中。能量存儲元件310中的能量計算方式為I310＝(VIN*t306)/L；此處L代表能量存儲元件310的電感量，t306代表開關(guān)306開啟的時間。
因此，輸入給能量存儲元件310的輸入電流(IIN)可能在輸入源(例如，120Hz整流后的AC信號106)的整個低頻半周期內(nèi)與VIN成正比，輸入電流IIN和輸入電壓VIN之間的功率因數(shù)校正得以完成。
當(dāng)開關(guān)306為開時，第三能量存儲元件318中存儲的能量可能輸入給變壓器320的主級，電流流經(jīng)開關(guān)304，變壓器320主級的“底部”，電感328和開關(guān)306至地。當(dāng)開關(guān)306關(guān)閉(不導(dǎo)通)，控制器322可生成一個信號309，使得開關(guān)308開啟(參照信號307和309)。當(dāng)開關(guān)308開啟，第一能量存儲元件310中的能量可能通過開關(guān)308傳輸給第三能量存儲元件318。上述的控制器120’和開關(guān)304、306和308的運行可完成逆變操作的后半個周期，將矩形波形的后半傳輸給變壓器320。同樣，I312與VIN成正比，輸入電流(IIN)與輸入電壓(VIN)之間的功率因數(shù)校正得以完成。上述操作重復(fù)進行，可以給變壓器320提供連續(xù)的交流電源。
圖3B-3G為圖3A之典型電源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的典型信號圖。圖3B為變壓器320次級上可能檢測到的正弦輸出電流330。由于同樣的時間比例也適用于輸入電流和電壓信號的因數(shù)校正(如低頻輸入源的功率因數(shù)校正)，該圖中的波形有多個正弦高頻信號傳輸給負(fù)載。輸出電流320可以傳遞給負(fù)載。圖3E更詳細(xì)描述了圖3B中輸出電流330。圖3C為來自源102的正弦輸入電壓340。在此實施例中，正弦輸入電壓340可包括常規(guī)120伏交流插座電源。
圖3D為上述功率因數(shù)校正操作所產(chǎn)生的正弦輸入電流360。在此實施例中，輸入電流360被描述為輸入電壓波形340的包絡(luò)。由于輸入電流360的波形大致與電壓波形340的包絡(luò)吻合，輸入電壓340和輸入電流360可能成正比(例如，在輸入源106的兩個60Hz運行的半周期內(nèi))，這樣，功率因數(shù)校正可得以完成。
圖3F為開關(guān)302兩端的矩形電壓信號370。如上所述，矩形電壓370在開關(guān)302導(dǎo)通時為0伏左右，當(dāng)開關(guān)302斷開而開關(guān)304導(dǎo)通時與電容318兩端電壓大致相等，約為200-400伏。開關(guān)306兩端的矩形電壓與之類似，但是相位與信號370相差180度。矩形信號370與開關(guān)306兩端的電壓相差在逆變操作的前后半周期內(nèi)分別被加之于電感328和變壓器320，使得電壓增壓，并將矩形信號平滑變?yōu)檎倚盘?。圖3G為能量存儲元件312中電流的信號380。電感312中的電流可能與之類似，但是相位與信號380相差180度。
控制器120’也可接收電壓反饋信息324和/或電流反饋信息326，以了解LCD顯示屏負(fù)載110或210的電壓和/或電流供給狀況?？刂破?20’可使用電壓和/或電流反饋信息來調(diào)整信號302和308、信號304和306的重疊，以此來調(diào)整輸入給顯示屏110或210的功率。另一可選方案，或作為附加方案，控制器120’也可包括突發(fā)模式電路(Burst Mode Circuit)(圖中未給出)，通過以短暫、可控的突發(fā)(burst)從負(fù)載中去耦逆變器電路來控制顯示屏負(fù)載的功率供給(業(yè)界熟知)。
PFC和半橋逆變操作圖4A為圖1或2中系統(tǒng)的另一典型電路結(jié)構(gòu)400。在此實施例中，單級電源驅(qū)動電路108”可包括DC/AC逆變器電路，該電路由包括開關(guān)402和404的半橋逆變器電路形成。開關(guān)402和404可包括場效應(yīng)晶體管開關(guān)，雙極晶體管和/或其它開關(guān)機制。開關(guān)402和404還可各自含有一個體二極管，二極管與相應(yīng)的開關(guān)并聯(lián)。該實施例中的輸入功率表現(xiàn)為整流后的信號106，包括輸入電流IIN和輸入電壓VIN。如上已述，整流后的信號106可能由交流源102，整流電路104和電容等生成。
單級電源驅(qū)動電路108”也可包括PFC電路。在此實施例中，PFC電路可包括一個第一能量存儲元件410和一個第二能量存儲元件418。在此實施例中，第一能量存儲元件410可包括電感，第二能量存儲元件418可包括分壓電容電路418a和418b。
電路結(jié)構(gòu)400還可包括控制器電路120”，該電路可產(chǎn)生多個控制信號122”，如控制開關(guān)402和404的信號403和405。圖4插圖的典型控制信號403和405可包括矩形波形信號(矩形波形信號可包括脈沖寬度調(diào)制信號等)以控制半橋逆變器電路各個開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)(開/關(guān))。
第一能量存儲元件410通過開關(guān)402和404可控地耦合到第二能量存儲元件418。第一能量存儲元件410通過傳輸能量給第二能量存儲元件418可以可控地為輸入電流和輸入電壓提供功率因數(shù)校正，以下將深入描述。
總的來看，在此實施例中控制器120”可以控制開關(guān)402和404的導(dǎo)通狀態(tài)，通過能量存儲元件410和418進行DC/AC逆變操作并且給輸入電壓和輸入電流提供功率因數(shù)校正。開關(guān)402和404可以相位相差180度運行。與前面描述的功能類似，打開開關(guān)402，關(guān)閉開關(guān)404可以生成矩形信號的前半周期，矩形信號跨過電感428和變壓器420。打開開關(guān)404，關(guān)閉開關(guān)402可以生成矩形信號的后半周期，信號跨過電感428和變壓器420。矩形信號可以平滑變?yōu)檎倚盘柌⑻峁┙oLCD顯示屏110的一個或多個燈管，或者是變換為直流信號提供給顯示屏210的一個或多個LED。
舉例來說，從控制信號403開始，控制開關(guān)402的控制信號403打開(高)，使得開關(guān)402導(dǎo)通。打開開關(guān)402(導(dǎo)通)可使輸入源106的能量存儲在第一能量存儲元件410中。能量存儲元件410中的能量計算方式為I410＝(VIN*t402)/L；此處L為能量存儲元件410的電感量，t402為開關(guān)402開啟的時間。
此前已述，傳遞給能量存儲元件410的輸入電流可能在整個低頻半周期(例如120Hz整流后的交流信號106)內(nèi)與輸入電壓成正比，輸入電流(IIN)和輸入電壓(VIN)之間的功率因數(shù)校正得以完成。
當(dāng)開關(guān)402導(dǎo)通時，存儲于能量存儲元件418a和418b中的能量可傳輸給變壓器420的主級，其路徑穿過電感428、變壓器420和開關(guān)402至地。當(dāng)開關(guān)402關(guān)閉(不導(dǎo)通)且在開關(guān)404開啟之前，第一能量存儲元件410內(nèi)的能量可能通過開關(guān)404的體二極管傳輸給第二能量存儲元件418a和418b。開關(guān)402的以上操作可完成前半周期逆變操作并將矩形波形的前半傳輸給變壓器420。
當(dāng)開關(guān)404打開(使用信號405)，開關(guān)402關(guān)閉，能量存儲元件418a和418b中的能量可能傳輸給變壓器420的主級，其路徑穿過開關(guān)404和穿過變壓器420主級的“底部”。這些操作可能包括能量存儲元件418a、418b和變壓器420之間的閉環(huán)能量傳輸，可操作此閉環(huán)傳輸來重置變壓器420。這些操作可完成逆變操作的后半周期并將矩形波形的后半部分傳輸給變壓器420。以上操作重復(fù)，可給變壓器420提供持續(xù)的交流電源。
圖4B-4G為圖4A中典型電路結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型信號圖。圖4B為變壓器420的次級可能檢測到的正弦輸出電流430。輸出電流430可以傳輸給負(fù)載。圖4E為圖4B中的輸出電流430的更詳細(xì)圖。圖4C為來自輸入源102的正弦輸入電壓440。在此實施例中，正弦輸入電壓440可包括常規(guī)120伏交流插座電源。
圖4D為此前已述的功率因數(shù)校正所產(chǎn)生的正弦輸入電流450。在此實施例中，輸入電流450描述為輸入電流上的包絡(luò)460。由于輸入電流波形460的包絡(luò)與輸入電壓波形440基本一致，輸入電壓440和輸入電流460可能取得很高的功率因數(shù)(例如，輸入源的90一99％功率因數(shù)校正)，這樣，功率因數(shù)校正得以完成。
圖4F為開關(guān)402兩端的矩形電壓信號470。如上已述，矩形信號470可能由能量存儲元件418生成，其電壓范圍可能為200-400伏。開關(guān)404兩端的矩形電壓與之類似，但是相位與信號470相差180度。其生成的矩形信號由開關(guān)404和402操作加之于電感428和變壓器420，并增壓電壓，將矩形信號平滑變?yōu)檎倚盘?。圖4G為能量存儲元件410中電流的信號480。
控制器120”也可接收電壓反饋信息424電流反饋信息426，以了解LCD顯示屏的負(fù)載110或120的電壓和/或電流供給情況。控制器120”可根據(jù)電壓和/或電流反饋信息調(diào)整信號403和405的開啟時間來調(diào)整傳輸給顯示屏110或210的功率大小。另一可選方案，或作為附加方案，控制器120”也可包括突發(fā)模式(Burst Mode Circuit)(圖中未給出)，通過以短暫、可控的突發(fā)(burst)從負(fù)載中去耦逆變器電路來控制顯示屏負(fù)載的功率供給(業(yè)界熟知)。
PFC與有源箝位逆變操作圖5A為圖1或2中系統(tǒng)的另一典型電源結(jié)構(gòu)500。在此實施例中，單級電源驅(qū)動電路108可能包括DC/AC逆變電路，該逆變電路由有源箝位逆變電路形成，包括開關(guān)502和504。開關(guān)502和504可包括場效應(yīng)晶體管開關(guān)，雙極晶體管開關(guān)和/或其它開關(guān)機制。開關(guān)502和504各自包括一個體二極管，每個二極管與相應(yīng)的開關(guān)并聯(lián)。此實施例中的輸入功率表現(xiàn)為整流后的信號106，包括輸入電流IIN和輸入電壓VIN。如上已述，整流后的信號106可能由交流源102、整流電路104和電容等生成。
單級電源驅(qū)動電路108也可包括PFC電路。在此實施例中，PFC電路可包括一個第一能量存儲元件510和一個第二能量存儲元件518。在此實施例中，第一能量存儲元件510可包括電感而第二能量存儲元件518可包括電容。
電源結(jié)構(gòu)500也可包括控制器電路120。控制器電路120可生成多個控制信號122，如生成信號503和505來分別控制開關(guān)502和504的導(dǎo)通狀態(tài)。圖4插圖中的典型控制信號503和505可各自包括矩形波形信號(矩形波形信號可包括脈沖寬度調(diào)制信號等)來控制有源箝位變換電路中各個開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。
第一能量存儲元件510可以通過開關(guān)504可控地耦合到第二能量存儲元件518?？梢钥刂频谝荒芰看鎯υ?10為輸入電流和輸入電壓提供功率因數(shù)校正并傳輸能量給第二能量存儲元件518，以下將深入描述。與前實施例一樣，傳輸給第二能量存儲元件的能量可提供一個直流信號，該信號可控地耦合到變壓器電路520，通過開關(guān)502和504給負(fù)載110或210供電。
總的來看，在此實施例中控制器120可以控制開關(guān)502和504的導(dǎo)通狀態(tài)，通過能量存儲元件510和518來進行DC/AC逆變操作和輸入電壓和電流的功率因數(shù)校正操作。開關(guān)502和504可以互補運行，即控制此二開關(guān)以避免同時導(dǎo)通。還可進一步控制開關(guān)502和504來在各個開關(guān)的開啟狀態(tài)之間提供一個先開后合時間。開啟開關(guān)502可生成等同于電容518兩端電壓的矩形信號的前半周期，并提供給增壓變壓器520。操作開關(guān)504可生成等同于電容528兩端電壓的矩形信號的后半個周期，并提供給增壓變壓器520。矩形信號可以平滑變成正弦信號并提供給LCD顯示屏110的一個或多個燈管，或者變換為直流信號提供給顯示屏210的一個或多個LED。
舉例來說，從控制信號505開始，控制開關(guān)504的控制信號505打開(高)使得開關(guān)504導(dǎo)通。打開開關(guān)504(導(dǎo)通)可使輸入源106的能量存儲于第一能量存儲元件510中。注意在此期間，電容518中的能量可能傳輸給變壓器520。能量存儲元件510中的能量計算方式為I510＝(VIN*t502)/L；此處L為能量存儲元件510的電感量，t502為開關(guān)502打開的時間。
這樣，傳輸給能量存儲元件510的輸入電流(IIN)可在低頻期間與VIN成正比，輸入電流(IIN)和輸入電壓(VIN)之間的功率因數(shù)校正得以完成。
當(dāng)開關(guān)504為開，存儲于第二能量存儲元件518的能量可能傳遞給變壓器520的主級，其路徑為穿過開關(guān)504至地。開關(guān)504的上述操作可完成逆變操作的前半周期并將矩形波形的前半傳遞給變壓器520。
當(dāng)開關(guān)502打開(使用信號503)，開關(guān)504關(guān)閉，存儲于第一能量存儲元件510的能量可通過二極管514傳遞給第二能量存儲元件518。當(dāng)開關(guān)502為開，以閉環(huán)形式橫穿電容528和穿過開關(guān)502的電壓可以重置變壓器520。以上操作重復(fù)進行，可以給變壓器520提供持續(xù)的交流電源。
圖5B-5G為圖5A的典型電路結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型信號。圖5B為變壓器520的次級上可能檢測到的正弦輸出電流530。輸出電流530可以提供給負(fù)載。圖5E詳細(xì)描述了圖5B的輸出電流530。圖5C為來自源102的正弦輸入電壓540。在此實施例中，正弦輸入電壓540可包括常規(guī)120伏交流插座電源。
圖5D為上述功率因數(shù)校正操作所產(chǎn)生的正弦輸入電流550。在此實施例中，輸入電流550被描述為輸入電流上的包絡(luò)560。由于輸入電流560的包絡(luò)大致與電壓波形540一致，輸入電壓540和輸入電流560可能成正比，功率因數(shù)校正得以完成。
圖5F為開關(guān)504兩端的矩形電壓570。如上已述，該電壓可以由能量存儲元件518生成，范圍在200-400伏。開關(guān)502兩端的矩形電壓與之類似。通過開關(guān)504和開關(guān)502以互補方式打開和關(guān)閉，可以生成一個矩形信號并提供給變壓器520用作增壓，同時將矩形信號平滑變成正弦信號。圖5G為能量存儲元件510中電流的信號580。
控制器120也可接收電壓反饋信息524和/或電流反饋信息526以了解LCD顯示屏負(fù)載110或210的電壓和/或電流供給情況?？刂破?20根據(jù)電壓和/或電流反饋信息來調(diào)整信號505和503的開啟時間，達(dá)到調(diào)整顯示屏110或210功率的目的。另一可選方案，或作為附加方案，控制器120也可包含突發(fā)模式電路(Burst Mode Circuit)(圖中未給出)，通過以短暫、可控的突發(fā)(burst)從負(fù)載中去耦逆變器電路來控制顯示屏負(fù)載的功率供給(業(yè)界熟知)。
PFC與正激逆變操作圖6A為圖1或2中系統(tǒng)的另一典型電源結(jié)構(gòu)600。在此實施例中，單級電源驅(qū)動電路108””可包括DC/AC變換電路，該電路由正激逆變電路形成，包括兩個開關(guān)開關(guān)602和開關(guān)604。開關(guān)602和604可包含場效應(yīng)晶體管開關(guān)，二極管和/或其它開關(guān)機制。開關(guān)602和604各自可能包含一個體二極管，體二極管與相應(yīng)的開關(guān)并聯(lián)。該實施例中輸入功率表現(xiàn)為整流后的信號106，包括輸入電流IIN和輸入電壓VIN。如上已述，整流后的信號106可以由交流源102、整流電路104和電容等生成。
單級電源驅(qū)動電路108””也可包括PFC電路。在此實施例中，PFC電路可包括一個第一能量存儲元件610和一個第二能量存儲元件618。在此實施例中，第一能量存儲元件610可包括電感，第二能量存儲元件618可包括電容。
電源結(jié)構(gòu)600還可包括控制器電路120””。控制器電路120””可生成多個控制信號122””，如信號603和605分別來控制開關(guān)602和604的導(dǎo)通狀態(tài)。圖6A插圖中的典型控制信號603和605各自包括矩形波形信號(可包括脈沖寬度調(diào)制信號等)來控制正激逆變電路中各個開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)(開/關(guān))。
可以控制第一能量存儲元件610通過開關(guān)602耦合到第二能量存儲元件618?？梢钥刂频谝荒芰看鎯υo輸入電流和輸入電壓提供功率因數(shù)校正，并將能量傳輸給第二能量存儲元件618，以下將深入描述。與前述實施例類似，傳輸給第二能量存儲元件618的能量可以提供一個直流信號，該直流信號通過開關(guān)602和開關(guān)604可控地耦合到變壓器電路620，給負(fù)載110或210供電。
總的來看，在此實施例中控制器120””可以控制開關(guān)602和604的導(dǎo)通狀態(tài)來進行DC/AC逆變操作，同時使用能量存儲元件610和618來為輸入電壓和電流提供功率因數(shù)校正。開關(guān)602和604可以以同步的方式工作，即可控制此2開關(guān)同時導(dǎo)通。開關(guān)602和604的打開操作生成矩形信號的前半周期，并提供給增壓變壓器620。開關(guān)602和604的關(guān)閉操作生成矩形信號的后半周期，也提供給增壓變壓器620。所產(chǎn)生的跨過變壓器620的矩形信號可以平滑變成正弦信號，并提供給LCD顯示屏110的一個或多個燈管，或者變換成直流信號提供給顯示屏210的一個或多個LED。
舉例來說，從控制信號603開始，控制開關(guān)602的控制信號603打開(高)，控制開關(guān)604的控制信號605打開。開關(guān)602打開(導(dǎo)通)使得輸入源106的能量存儲于第一能量存儲元件610中。能量存儲元件610中存儲的能量計算方式為I610＝(VIN*t602)/L；L為能量存儲元件610的電感量，t602為開關(guān)602和604開啟的時間。
與之類似傳輸給能量存儲元件610的輸入電流可能與VIN成正比，輸入電流(IIN)和輸入電壓(VIN)之間的功率因數(shù)校正得以完成。
當(dāng)開關(guān)602和604為開，存儲于第二能量存儲元件618的能量可傳輸給變壓器620的主級，其路徑是通過開關(guān)604和602至地。開關(guān)602和604的以上操作可完成逆變操作的前半周期并將矩形波形的前半傳輸給變壓器620。
當(dāng)開關(guān)602和604斷開(使用信號603和605)，存儲于第一能量存儲元件610中的能量通過二極管614傳輸給第二能量存儲元件618。當(dāng)2個開關(guān)都關(guān)閉，變壓器620可重置，電流從地流經(jīng)二極管616、變壓器和二極管614來箝制電容618的電壓。以上操作完成逆變操作的后半周期并將矩形波形的后半傳輸給變壓器620。上述操作重復(fù)進行，給變壓器620提供持續(xù)的交流電源。
圖6B-6H為圖6A的典型電源結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的典型信號。圖6B為變壓器620的次級上可能檢測到的準(zhǔn)正弦輸出電流630。輸出電流630可以提供給負(fù)載。圖6E為圖6B中輸出電流630的更詳細(xì)描述。圖6C為來自源102的正弦輸入電壓640。在此實施例中，正弦輸入電壓640可包括常規(guī)120伏交流插座電源。
圖6D為上述功率因數(shù)校正操作所產(chǎn)生的正弦輸入電流650。在此實施例中，輸入電流650被描述為輸入電流的一個包絡(luò)660。由于輸入電流660大致與電壓波形640一致，輸入電壓640和輸入電流660可能成正比，可完成更佳的功率因數(shù)校正。
圖6F為開關(guān)602兩端的矩形電壓信號670。如上已述，開關(guān)602導(dǎo)通導(dǎo)致開關(guān)602兩端電壓大約為0伏；開關(guān)602斷開使得開關(guān)602兩端電壓與電容618兩端電壓相等。矩形電壓670大致范圍為200-400伏。圖6G為開關(guān)604兩端的矩形電壓690。波形690的偏斜決定于開關(guān)602和604的不同操作。打開開關(guān)602和604允許DC/AC逆變操作將能量從電容618傳輸給負(fù)載。開關(guān)602還可為來自輸入源106的能量存儲于電感610提供另外的電流路徑。當(dāng)開關(guān)602和604都斷開，開關(guān)602兩端的波形可能受到電感610漏抗的影響，而開關(guān)604兩端的波形可能受到變壓器620漏抗的影響。因此，兩個波形可能有所不同。但是無論如何變壓器620兩端波形的最終結(jié)果都可增壓電壓并將矩形信號平滑變成正弦信號。圖6H為能量存儲元件610中電流的信號680。
控制器120””也可接收電壓反饋信息624和/或電流反饋信息626，以了解LCD顯示屏負(fù)載110或210的電壓和/或電流供給情況?？刂破?20””可能根據(jù)電壓和/或電流反饋信息調(diào)整開關(guān)602和604的開啟時間，以調(diào)整顯示屏110或210的功率。另一可選方案，或作為附加方案，控制器120””也可包含突發(fā)模式電路(Burst Mode Circuit)(圖中未給出)，通過以短暫、可控的突發(fā)(burst)從負(fù)載中去耦逆變器電路來控制顯示屏負(fù)載的功率供給(業(yè)界熟知)。
本文所用之措辭和表達(dá)方式皆為描述性而非限制性，因此并不排除任何所表示和描述的特征之等同物(或者其部分之等同物)，而且應(yīng)當(dāng)承認(rèn)，在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以存在多種修改。其它可能的修改，變更和備選方案亦同時存在。因此，權(quán)利要求書旨在包括所有此類等同物。
權(quán)利要求
1.一個集成電路，包括一個控制器，配置該控制器產(chǎn)生多個控制信號來控制逆變器電路的運行，從直流信號生成交流信號，所述控制器產(chǎn)生的所述控制信號同時也控制功率因數(shù)校正(PFC)電路的運行，通過所述逆變器電路，使得PFC電路能夠給耦合到所述PFC電路和所述逆變器電路的輸入源提供功率因數(shù)校正。
2.如權(quán)利要求1所述之集成電路，其特征在于，其中所述輸入源的所述功率因數(shù)校正包括所述輸入源的一個輸入電壓，與該源的輸入電流成正比。
3.如權(quán)利要求1所述之集成電路，其特征在于，其中所述控制器生成的所述多個控制信號各自包括一個脈沖寬度調(diào)制信號。
4.如權(quán)利要求1所述之集成電路，其特征在于，其中所述控制器還被配置用于控制所述逆變器電路和所述PFC電路來給一個負(fù)載供電，該負(fù)載系從包含至少一個冷陰極熒光燈的液晶(LCD)顯示屏和另一至少包含一個發(fā)光二極管的LCD顯示屏所組成的組中選出。
5.一個系統(tǒng)，包括能夠使用直流信號生成交流信號的逆變器電路；耦合到上述逆變器電路的PFC電路，該電路能夠給耦合到上述逆變器電路和PFC電路的輸入源提供功率因數(shù)校正；一個控制器，配置該控制器生成多個控制信號來控制逆變器電路的運行將所述直流信號變成交流信號，所生成的控制信號也可控制所述PFC電路的運行，通過所述逆變器電路使得所述PFC電路可以生成功率因數(shù)校正。
6.如權(quán)利要求5所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中所述逆變器電路包括全橋變換電路，該電路包括一對重疊開關(guān)，控制該對開關(guān)可從所述直流信號生成所述交流信號的前半周期，以及另一對重疊開關(guān)，控制其生成所述交流信號的后半周期；所述PFC電路包括一個第一能量存儲元件，該元件通過上述第一對重疊開關(guān)中的至少一個可控地耦合到所述輸入源；一個第二能量存儲元件，該元件通過上述第二對重疊開關(guān)中的至少一個耦合到第一能量存儲元件；所述控制器控制第一對重疊開關(guān)中的至少一個，可以使得第一能量存儲元件存儲一個與所述輸入源電壓成正比的電流，通過所述開關(guān)中的至少一個，可以控制所述第一能量存儲元件耦合到第二能量存儲元件來將第一能量存儲元件中的能量傳輸給第二能量存儲元件。
7.如權(quán)利要求6所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中所述PFC電路還可包括一個第三能量存儲元件，通過所述第二對開關(guān)中的至少一個可控地耦合到所述輸入源；所述控制器控制所述第二對開關(guān)中的至少一個，第三能量存儲元件能夠存儲與所述輸入源電壓成正比的電流；所述第三能量存儲元件通過所述第一對開關(guān)中的至少一個可控地耦合到第二能量存儲元件來將存儲于第三能量存儲元件中的能量傳輸給第二能量存儲元件。
8.如權(quán)利要求6所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中傳輸給所述第二能量存儲元件的能量可以提供所述直流信號。
9.如權(quán)利要求6所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中所述第一能量存儲元件包括電感，該電感可以存儲一個與所述輸入源提供的電壓成正比的電流，所述第二能量存儲元件包括電容。
10.如權(quán)利要求7所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中所述第三能量存儲元件包括電感，該電感能夠存儲一個與所述輸入源提供的電壓成正比的電流，所述第二能量存儲元件包括電容。
11.如權(quán)利要求5所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中所述逆變器電路包括半橋變換電路，該電路包括一個第一開關(guān)，可控制該開關(guān)來從所述直流信號生成所述交流信號的前半周期，包括一個第二開關(guān)，可控制該開關(guān)來生成所述交流信號的后半周期；所述PFC電路包括一個第一能量存儲元件，至少通過第一開關(guān)可控地耦合到輸入源上，包括一個第二能量存儲元件，通過所述第一開關(guān)和第二開關(guān)可控地耦合到所述第一能量存儲元件；當(dāng)所述控制器控制第一開關(guān)來生成所述交流信號的前半周期時，所述第一能量存儲元件能夠存儲一個與所述輸入源電壓成正比的電流；所述第一能量存儲元件可以通過第一開關(guān)和第二開關(guān)可控地耦合到所述第二能量存儲元件來將存儲于第一能量存儲元件的能量傳輸給第二能量存儲元件。
12.如權(quán)利要求11所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中當(dāng)所述控制器控制所述第二開關(guān)來生成所述交流信號的后半周期并傳輸給所述變壓器電路時，所述第二能量存儲元件可以在閉環(huán)中可控地耦合到變壓器電路。
13.如權(quán)利要求5所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中所述逆變器電路包括有源箝位變換電路，該電路包括一個第一開關(guān)，控制該開關(guān)來使用所述直流信號生成所述交流信號的前半周期，包括一個第二開關(guān)，控制該開關(guān)來生成所述交流信號的后半周期；所述PFC電路包括一個第一能量存儲元件，至少通過所述第一開關(guān)可控地耦合到所述輸入源，包括一個第二能量存儲元件，通過所述第一開關(guān)可控地耦合到所述第一能量存儲元件；當(dāng)所述控制器控制所述第一開關(guān)生成所述交流信號前半周期時，所述第一能量存儲元件可以存儲一個與所述輸入源電壓成正比的電流；所述第一能量存儲元件可以通過所述第一開關(guān)可控地耦合到所述第二能量存儲元件來將存儲于第一能量存儲元件中的能量傳輸給第二能量存儲元件。
14.如權(quán)利要求13所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中當(dāng)所述控制器控制所述第二開關(guān)來生成所述交流信號的后半周期來重置所述變壓器電路時，所述第二能量存儲元件可以在閉環(huán)中可控地耦合到變壓器電路。
15.如權(quán)利要求5所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中所述逆變器電路包括一個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)選自包括一個全橋、半橋、有源箝位、正激、推挽和一個D類逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組中；所述PFC電路包括一個第一能量存儲元件，該元件可以存儲一個與輸入電壓成正比的電流，包括一個第二能量存儲元件，該元件可以存儲來自第一能量存儲元件的能量。
16.如權(quán)利要求5所述之系統(tǒng)，其特征在于，其中所述控制器也可配置用來控制所述逆變器電路和所述PFC電路來給一個負(fù)載供電，所述負(fù)載選自一個組，該組中包括一個液晶(LCD)顯示屏，其中含有最少一個冷陰極熒光燈，包括另一個LCD顯示屏，其中含有最少一個發(fā)光二極管。
17.一種方法，包括通過一個控制器生成多個控制信號來控制逆變器電路運行，使用直流信號生成交流信號；使用所述控制器生成的控制信號來同時控制PFC電路的運行，通過所述逆變器電路，使得所述PFC電路能夠給耦合到所述PFC電路和逆變器電路的輸入源提供功率因數(shù)校正。
18.如權(quán)利要求17所述之方法，其特征在于，其中所述輸入源的功率因數(shù)校正包括存儲一個與所述輸入源的輸入電壓成正比電流。
19.如權(quán)利要求17所述之方法，其特征在于，還可包括使用所述控制器控制所述逆變器電路和所述PFC電路來給一個負(fù)載供電，所述負(fù)載選自一個組，該組中包括一個液晶(LCD)顯示屏，其中含有最少一個冷陰極熒光燈，包括另一個LCD顯示屏，其中含有最少一個發(fā)光二極管。
全文摘要
根據(jù)實施例之一的一個方案，可能包括使用一個控制器生成多個控制信號來控制逆變器電路的運行，從而使用直流信號生成交流信號。該實施例的方案還可包括使用控制器生成的控制信號同時控制功率因數(shù)校正(PFC)電路的運行，通過逆變器電路，使得PFC電路能夠給耦合到該PFC電路和逆變器電路的輸入源提供功率因數(shù)校正。當(dāng)然，在不背離該實施例范圍的前提下，可能有多種備選方案、變更和修改。
文檔編號G09G3/36GK1924648SQ200610111998
公開日2007年3月7日 申請日期2006年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者林永霖, 柳達(dá) 申請人:美國凹凸微系有限公司