專利名稱：熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)及使用其的熒光燈系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放電燈的驅(qū)動系統(tǒng)，特別涉及一種用來驅(qū)動液晶顯示器背光系統(tǒng)的冷陰極熒光燈(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)的換流器電路，其具有可自動調(diào)節(jié)燈管電流的控制電路。
熒光燈，特別是冷陰極熒光燈(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)，由于具有高發(fā)光效率且燈管壽命較長，因此已被廣泛地使用于各種電力有限且需要寬廣照明的應(yīng)用中，例如可攜式計(jì)算機(jī)的顯示器及液晶監(jiān)視器(LCDmonitor)的背光系統(tǒng)。此種熒光燈是由換流器(inverter)所驅(qū)動。
公知冷陰極熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)是提供連續(xù)的驅(qū)動信號。當(dāng)需要改變顯示器的亮度時，可改變燈電流波形的振幅，藉以改變燈電流大小，而達(dá)到亮度調(diào)整的目的。此種調(diào)光模式稱為連續(xù)模式。另一種調(diào)光的方式，稱為脈沖模式(burst mode)。脈沖調(diào)變(burst mode)技術(shù)，其是以某一特定的頻率，一般為100Hz以上，在開啟與關(guān)閉之間周期性地切換驅(qū)動信號，亦即，將燈電流切換在操作電流值與零電流之間。在此種模式中，為達(dá)到亮度調(diào)整的目的，可改變驅(qū)動信號的脈沖占空度(burst duty cycle)。當(dāng)脈沖占空度為100％時，燈管亮度達(dá)到最亮，而當(dāng)責(zé)任周期越小時，亮度越暗。
此外，為了維持LCD顯示器的亮度及冷陰極熒光燈的壽命，流經(jīng)冷陰極熒光燈的電流值，較佳應(yīng)維持在一固定值。因此，冷陰極熒光燈管的驅(qū)動系統(tǒng)中，通常均設(shè)有可準(zhǔn)確監(jiān)控?zé)綦娏鞯姆答侂娐?，以確保燈管電流穩(wěn)定性。


圖1A顯示公知全橋(full-bridge)結(jié)構(gòu)的換流器電路10。前述的反饋電路及兩種不同的調(diào)光模式均可適用于此種結(jié)構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)中。然而，全橋結(jié)構(gòu)的換流器電路較為復(fù)雜，因而制造成本較高。
圖1B顯示公知半橋(half-bridge)結(jié)構(gòu)的換流器電路12。半橋結(jié)構(gòu)的換流器電路一般是采用固定頻率及PWM占空度調(diào)變的方式，以達(dá)到反饋控制的目的。雖然此種電路結(jié)構(gòu)較為簡單，但其不適用于輸入電壓變動太大的應(yīng)用。因?yàn)楫?dāng)占空度非為接近50％時，其會有輸出波形的正、負(fù)半周不對稱的問題。
圖1C顯示公知推挽結(jié)構(gòu)的換流器電路14。由于推挽架構(gòu)的換流器為固定頻率及固定PWM占空度，因此其僅適用于定電壓輸入及脈沖模式的調(diào)光控制的應(yīng)用。在非采用固定PWM占空度的應(yīng)用中，會導(dǎo)致效率下降、溫度升高及波形不對稱的現(xiàn)象。
有鑒于上述的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其具有可調(diào)節(jié)燈電流的頻率控制電路，可達(dá)到良好的輸入電壓(line)和輸出電流(load)的調(diào)節(jié)性，因此可應(yīng)用于全電壓輸入。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其在任何輸入及輸出的變動下，均具有固定的PWM占空度，不會產(chǎn)生輸出波形正、負(fù)半周不對稱的問題。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其可同時適用于連續(xù)模式及脈沖模式的調(diào)光控制方式。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，可同時應(yīng)用于半橋結(jié)構(gòu)、推挽結(jié)構(gòu)及全橋結(jié)構(gòu)的換流器電路。
為達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)包含一換流器電路，包括一變壓器，具有主線圈及副線圈，該副線圈電性耦接至該熒光燈，該換流器電路又包括一開關(guān)晶體管電路，其電性耦接至該主線圈，該換流器電路可將一直流輸入信號轉(zhuǎn)換為一交流輸出信號；一反饋電路，電性耦接至該熒光燈，依據(jù)該熒光燈的電流值產(chǎn)生一反饋信號；及一頻率控制電路，電性耦接于該換流器電路與該反饋電路之間；由此，當(dāng)燈管電流超過一參考值時，反饋電路產(chǎn)生一反饋信號，使頻率控制電路升高PWM頻率，因而使輸出電流降低，而達(dá)到調(diào)節(jié)熒光燈電流的目的。
根據(jù)本發(fā)明的另一種熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)中，其主要結(jié)構(gòu)大致上與前述的結(jié)構(gòu)相同，然而，其頻率控制電路是設(shè)計(jì)成，當(dāng)燈電流超過一參考值時，反饋電路產(chǎn)生一反饋信號，使頻率控制電路降低PWM頻率，因而使輸出電流降低，而達(dá)到調(diào)節(jié)熒光燈電流的目的。根據(jù)本發(fā)明的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，在半橋結(jié)構(gòu)及推挽結(jié)構(gòu)的換流器的應(yīng)用下，將可達(dá)到良好的輸入電壓和輸出電流的調(diào)節(jié)性，而且不會產(chǎn)生輸出波形不對稱的問題，并可同時適用于連續(xù)模式及脈沖模式的調(diào)光控制方式。
圖1A為公知全橋結(jié)構(gòu)的換流器電路圖1B為公知半橋結(jié)構(gòu)的換流器電路圖；圖1C為公知推挽結(jié)構(gòu)的換流器電路圖；圖2為本發(fā)明熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)的方塊圖；圖3為L-C串聯(lián)諧振的頻率-相位及頻率-阻抗關(guān)系圖；及圖4為本發(fā)明熒光燈管的驅(qū)動系統(tǒng)的一較佳具體例的電路圖。
圖2顯示本發(fā)明熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)的方塊圖。如圖所示，本發(fā)明的熒光燈管的驅(qū)動系統(tǒng)20是可用于驅(qū)動一燈管22，其包含一換流器電路201、一反饋電路202、及一頻率控制電路203。一直流電源24供應(yīng)直流電源信號至換流器電路201，并經(jīng)由換流器電路201轉(zhuǎn)換成交流電源，供應(yīng)至燈管22。反饋電路202電性耦接至燈管22的一端，以取得并監(jiān)視燈管22的電流，而依據(jù)電流值的大小輸出一反饋信號至頻率控制電路203。根據(jù)此一控制信號，頻率控制電路203可產(chǎn)生新的頻率，進(jìn)而得到校正的燈電流值，達(dá)到反饋的目的。選擇性地，本發(fā)明的系統(tǒng)中也可增設(shè)一換流器驅(qū)動電路204，用于增加換流器電路201的驅(qū)動能力。當(dāng)需要改變顯示器的亮度時，可經(jīng)由調(diào)光控制器26輸入調(diào)光控制信號至頻率控制電路，經(jīng)由頻率調(diào)變的方式，達(dá)到燈亮度(電流)調(diào)整的目的。
圖3所顯示的曲線A及曲線B分別為由換流器的變壓器的主線圈側(cè)朝燈管方向看入的等效阻抗值及其相位對共振頻率的關(guān)系。由圖中可知，當(dāng)相位趨近于0時，曲線B的點(diǎn)P′，阻抗值為最低，曲線A的點(diǎn)P。在此例中，阻抗最低點(diǎn)P所對應(yīng)的頻率值約等于55.650KHz。點(diǎn)P亦為阻抗對頻率關(guān)系的分界點(diǎn)。亦即，在共振頻率高于此點(diǎn)P的頻率的情況下，點(diǎn)P的右側(cè)，頻率上升會使阻抗上升；相反地，在共振頻率低于此點(diǎn)P的頻率的情況下，點(diǎn)P的左側(cè)，頻率上升會使阻抗下降。
因此，根據(jù)上述原理，為了得到負(fù)反饋的特性，本發(fā)明的頻率控制電路203的設(shè)計(jì)，是選擇共振頻率點(diǎn)P的右側(cè)作為頻率的操作范圍。當(dāng)燈電流增加時，反饋電路202發(fā)出反饋信號至頻率控制電路203，控制PWM頻率增加，因此使阻抗變大，進(jìn)而降低輸出電流。
圖4顯示本發(fā)明的一較佳具體例的電路圖。在此具體例中，換流器電路201是由一變壓器T1、一對晶體管Q1與Q2及電容C1組成一半橋結(jié)構(gòu)的換流器。變壓器T1為一升壓變壓器，其主線圈耦接至晶體管Q1與Q2及電容C1所形成的半橋結(jié)構(gòu)電路，而副線圈則耦接至燈管22。圖4中，晶體管Q1與Q2為NMOS場效晶體管，但也可使用其他的晶體管取代之。并且，換流器電路201并不限定于半橋結(jié)構(gòu)的換流器，亦可使用推挽(push-pull)結(jié)構(gòu)、全橋結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的換流器。選擇性地，可增設(shè)一電容C2并聯(lián)連接于變壓器T1的副線圈，用以調(diào)整諧振曲線。此外，由于本發(fā)明的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)20可能應(yīng)用于各種不同廠牌、不同設(shè)計(jì)的LCD背光面板中，電容C2的設(shè)置，也可降低因不同面板特性的變化對諧振曲線所造成的影響。反饋電路202主要包含一取樣電阻Rs及一比較器210。取樣電阻Rs是用以將流經(jīng)燈管22的電流值轉(zhuǎn)換為與電流成正比的電壓值Vs。此電壓值Vs被饋入比較器210的非反相輸入端，以與一饋入比較器210的反相輸入端的參考電壓Vref進(jìn)行比較。因此，當(dāng)燈管電流變大時，會導(dǎo)致電壓值Vs增加，使電壓值Vs高于參考電壓Vref，因此比較器210輸出一高電壓信號至頻率控制電路203。頻率控制電路203主要包含一頻率控制器220、并聯(lián)配置的電阻R1及R2、及一晶體管Q3耦接至電阻R1。在此具體例中，頻率控制器220是采用TL494。也可使用其他具有頻率控制功能的IC來取代TL494。電阻R1及R2連接至TL494的RT接腳。晶體管Q3的基極耦接至回授電路202的比較器210的輸出端。當(dāng)反饋電路202輸出一高電壓至頻率控制電路203時，晶體管Q2被導(dǎo)通，使電流流過電阻R1，因此連接至接腳RT的等效電阻變小。當(dāng)連接至接腳RT的等效電阻變小時，TL494的電路可控制頻率增加，并分別經(jīng)輸出至換流器驅(qū)動電路204。換流器驅(qū)動電路204又包含二驅(qū)動電路204a及204b，分別連接至晶體管Q1及Q2，以增強(qiáng)換流器電路201的驅(qū)動能力。
或者，本發(fā)明的頻率控制電路203也可采用另一種設(shè)計(jì)方式，將頻率的操作范圍控制在圖3中點(diǎn)P的左側(cè)。當(dāng)燈電流增加時，反饋電路202發(fā)出反饋信號至頻率控制電路203，控制PWM頻率降低，因此使阻抗變大，進(jìn)而降低輸出電流。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可依據(jù)前述圖4的較佳具體例的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分變化修改，即可達(dá)成此種反饋控制的目的。
當(dāng)需要調(diào)整熒光燈22的亮度時，可輸入調(diào)光控制信號至頻率控制器220的亮度調(diào)整接腳BRI，經(jīng)由頻率調(diào)變的方式，達(dá)到燈亮度(電流)調(diào)整的目的。不同于公知的半橋結(jié)構(gòu)及推挽結(jié)構(gòu)的換流器電路，本發(fā)明的熒光燈驅(qū)動系統(tǒng)20可同時適用于連續(xù)模式及脈沖模式的調(diào)光控制方式。再者，由于本發(fā)明中PWM占空度為固定，不會產(chǎn)生輸出波形不對稱的問題。并且，依據(jù)本發(fā)明技術(shù)的燈驅(qū)動系統(tǒng)，可適用于高輸入電壓，127V至400V，并允許范圍大的輸入電壓，例如筆記型計(jì)算機(jī)換流器或LCD監(jiān)視器換流器的輸入電壓范圍的應(yīng)用。
綜上所述，雖然本發(fā)明已配合較佳具體例及附圖揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的變化與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求范圍界定。
權(quán)利要求
1.一種熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，包含一換流器電路，包括一變壓器，具有主線圈及副線圈，該副線圈電性耦接至該熒光燈管，該換流器電路又包括一開關(guān)晶體管電路，其電性耦接至該主線圈，該換流器電路可將一直流輸入信號轉(zhuǎn)換為一交流輸出信號；一反饋電路，電性耦接至該熒光燈，依據(jù)該熒光燈的電流值產(chǎn)生一反饋信號；及一頻率控制電路，電性耦接于該換流器電路與該反饋電路之間，其可依據(jù)該反饋信號而控制該換流器電路的振蕩頻率，由此調(diào)節(jié)該熒光燈的電流值。
2.如權(quán)利要求1的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其還包含一換流器驅(qū)動電路，電性耦接于該換流器電路與頻率控制電路之間，用以增強(qiáng)該換流器電路的驅(qū)動能力。
3.如權(quán)利要求1的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，該換流器電路的該開關(guān)晶體管電路包含二個開關(guān)晶體管，連接成半橋式結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，該換流器電路的該開關(guān)晶體管電路包含二個開關(guān)晶體管，連接成推挽式結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，該換流器電路的該開關(guān)晶體管電路包含四個開關(guān)晶體管，連接成全橋式結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其還包含一調(diào)光控制器，電性耦接至該頻率控制電路。
7.如權(quán)利要求6的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，該調(diào)光控制器為一連續(xù)模式的調(diào)光控制器。
8.如權(quán)利要求6的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，該調(diào)光控制器為一脈沖模式的調(diào)光控制器。
9.如權(quán)利要求1的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其中，該反饋電路包含一取樣電阻，用以取得該熒光燈的電流波形，并轉(zhuǎn)換為成等比的電壓值，及一比較器，用于比較該電壓值及一參考電壓值，并依據(jù)比較結(jié)果選擇性地輸出一高電壓信號。
10.如權(quán)利要求1的熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng)，其還包含一電容并聯(lián)連接至該變壓器的副線圈。
11.一種熒光燈系統(tǒng)，包含一熒光燈；一換流器電路，可將一直流輸入信號轉(zhuǎn)換為一交流輸出信號，以供應(yīng)電源至該熒光燈；一反饋電路，電性耦接至該熒光燈，依據(jù)該熒光燈的電流值產(chǎn)生一反饋信號；及一頻率控制電路，電性耦接于該換流器電路與該反饋電路之間，其可依據(jù)該反饋信號而控制該換流器電路的震蕩頻率，由此調(diào)節(jié)該熒光燈的電流值。
12.如權(quán)利要求11的熒光燈系統(tǒng)，其還包含一換流器驅(qū)動電路，電性耦接于該換流器電路與頻率控制電路之間，用以增強(qiáng)該換流器電路的驅(qū)動能力。
13.如權(quán)利要求11的熒光燈系統(tǒng)，其中，該換流器電路包含二個開關(guān)晶體管，連接成半橋式結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求11的熒光燈系統(tǒng)，其中，該換流器電路包含二個開關(guān)晶體管，連接成推挽式結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求11的熒光燈系統(tǒng)，其中，該換流器電路包含四個開關(guān)晶體管，連接成全橋式結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求11的熒光燈系統(tǒng)，其還包含一調(diào)光控制器，電性耦接至該頻率控制電路。
17.如權(quán)利要求16的熒光燈系統(tǒng)，其中，該調(diào)光控制器為一連續(xù)模式的調(diào)光控制器。
18.如權(quán)利要求16的熒光燈系統(tǒng)，其中，該調(diào)光控制器為一脈沖模式的調(diào)光控制器。
19.如權(quán)利要求11的熒光燈系統(tǒng)，其還包含一電容并聯(lián)連接至該變壓器電路的輸出端。
全文摘要
熒光燈的驅(qū)動系統(tǒng),包含:一換流器電路,可將一直流輸入信號轉(zhuǎn)換為一交流輸出信號;一反饋電路,可依據(jù)該熒光燈的電流值產(chǎn)生一反饋信號;及一頻率控制電路,可控制換流器的頻率,達(dá)到調(diào)節(jié)熒光燈電流的目的。由此,在半橋結(jié)構(gòu)及推挽結(jié)構(gòu)的換流器的應(yīng)用下,可獲得良好的輸入電壓和輸出電流的調(diào)節(jié)性、避免產(chǎn)生輸出波形不對稱的問題、并且可同時適用于連續(xù)模式及脈沖模式的調(diào)光控制方式。
文檔編號H05B41/392GK1387394SQ01119199
公開日2002年12月25日 申請日期2001年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月22日
發(fā)明者范姜哲辰, 江怡詔 申請人:國碁電子股份有限公司