專利名稱：冷陰極燈管的恒流控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷陰極燈管的恒流控制電路，尤其涉及一種通過輸入功 率來控制流過冷陰極燈管電流的恒流控制電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電腦液晶顯示器、液晶電視及液晶監(jiān)視器等的液晶顯示面板的背光源中，使用有多根冷陰極燈管(CCFL， Cold CathodFluoresent Lamp)作 為背光燈，該背光燈的工作電壓由逆變器(Inverter)來提供。目前主流的逆 變器是一推二結(jié)構(gòu)，即其采用一個(gè)具有一個(gè)初級繞組，兩個(gè)次級繞組的變壓 器，將其每個(gè)次級側(cè)均連接一冷陰極燈管負(fù)載，在每一個(gè)次級繞組都有一個(gè) 接地端口，如圖1中所示。因冷陰極燈管為恒流驅(qū)動(dòng)負(fù)載，為取得其上的恒 電流輸出而使液晶顯示屏的顯示輝度穩(wěn)定均一，在這種一推二的逆變器中， 使信號經(jīng)過如圖2示的閉環(huán)電流采樣反饋控制后便可實(shí)現(xiàn)。然為降低液晶顯示器的成本，特別是大尺寸的液晶顯示面板如液晶電視 等的成本，現(xiàn)發(fā)展出一種一推四結(jié)構(gòu)的逆變器，即其采用的變壓器的每個(gè)次 級繞組側(cè)均連接有兩根冷陰極燈管，如圖3示，該變壓器的次級繞組沒有任 何一個(gè)端口直接接地，故無法直接檢測流經(jīng)冷陰極燈管上的電流。為控制冷 陰極燈管上的恒流輸出，業(yè)界比較常有的作法有如下兩種1.電流互感器檢測法如圖4示，在變壓器的次級繞組與一冷陰極燈管間串聯(lián)一電流互感器， 電流互感器的側(cè)邊連接整流濾波電路，將所得電流信號傳送給控制IC作為電 流反饋信號。然這種電流檢測法由于互感器的插入改變了變壓器次級側(cè)的負(fù)載特性 (變壓器的次級側(cè)漏感與諧振電容，冷陰極燈管負(fù)載構(gòu)成典型的諧振拓?fù)?， 將會(huì)造成被插入電流互感器的回路由于諧振曲線的改變，使得其與其他回路 的冷陰極燈管的負(fù)載電流有較大的不同。同時(shí)，由于冷陰極燈管在啟動(dòng)階段的啟動(dòng)擊穿電壓是正常工作電壓的2-3倍，故在電流互感器插入變壓器的次 級回路中后，在啟動(dòng)階段電流互感器亦需要承受更高的沖擊電壓，因此，對 電流互感器材質(zhì)的耐壓要求很高，并提高了電流互感器的成本。2. 初級線圈驅(qū)動(dòng)脈沖電壓檢測法如圖5示，此檢測法為在逆變器的變壓器初級側(cè)并聯(lián)一采樣變壓器，該 采樣變壓器的驅(qū)動(dòng)脈沖與逆變器變壓器的相同，其二次側(cè)經(jīng)整流濾波后傳給 控制IC作為電流反饋信號，即將冷陰極燈管控制在穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電流狀態(tài)下， 其所對應(yīng)的變壓器初級側(cè)驅(qū)動(dòng)脈沖信號經(jīng)整流后作為電流反饋信號的一種方 式。此法雖然避免了上述電流互感器檢測法所帶來的電流偏差及因互感器材 質(zhì)本身的耐壓問題，但由于此檢測法是通過"電流-電壓等效"采樣方式，即 通過反饋電壓來間接的顯示流經(jīng)冷陰極燈管的電流的大小。然由于冷陰極燈 管屬于溫度負(fù)阻抗特性負(fù)載，即當(dāng)燈管點(diǎn)亮后其等效阻抗是隨著燈管溫度的 上升而下降的，相應(yīng)地流經(jīng)冷陰極燈管的電流會(huì)隨著溫度的上升而上升。實(shí) 際流經(jīng)CCFL的電流與時(shí)間的曲線如圖6示，且當(dāng)輸入電壓變化時(shí)(以典型 的液晶電視型應(yīng)用Inverter為例，電壓范圍通常為22 26V，典型值為24V)， 實(shí)際冷陰極燈管的電流會(huì)隨著輸入電壓上升而升高；故通過該方法獲得的流 經(jīng)冷陰極燈管的電流的穩(wěn)定性差。綜上所述，對于較大尺寸的液晶顯示面板來說，如何在降低成本的基礎(chǔ) 上，使得其背光模塊中流過冷陰極燈管的電流從啟動(dòng)階段到正常工作階段能 夠快速的穩(wěn)定，來提高液晶顯示面板顯示輝度的穩(wěn)定性與均一性的問題，有 待于進(jìn)一步的解決。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種冷陰極燈管的控制電路，以克服上述現(xiàn)有技術(shù) 中的缺陷，通過控制逆變器的輸入功率而控制冷陰極燈管上輸出電流使其為 恒定電流的恒流控制電路。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 一種冷陰極燈管的恒 流控制電路，其包括控制單元，功率變換單元，冷陰極燈管及反饋電路，其 中所述控制單元的輸出信號經(jīng)功率變換單元處理后輸入冷陰極燈管，所述反 饋電路連接在所述控制單元和所述的功率變換單元的輸入側(cè)之間，其至少包括有輸入功率采樣單元。所述的輸入功率采樣單元包括輸入電流采樣電路，輸入電壓采樣電路， 將所采集到的輸入電流及輸入電壓合成為輸入功率的模擬乘法電路。所述的反饋電路還包括對冷陰極燈管因溫度變化而調(diào)節(jié)的電流溫度補(bǔ) 償電路。所述的電流溫度補(bǔ)償電路包括至少一溫度補(bǔ)償元件及與該溫度補(bǔ)償元 件相串接的電阻及電容。所述的溫度補(bǔ)償元件為二極管或負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。所述的功率變換單元包括復(fù)數(shù)場效應(yīng)晶體管電路及變壓器，該變壓器具 有一組初級繞組和復(fù)數(shù)組次級繞組，所述的冷陰極燈管的數(shù)量為所述變壓器 次級繞組數(shù)量的復(fù)數(shù)倍，通常為偶數(shù)倍。所述輸入功率采樣單元所采集到的功率信號經(jīng)補(bǔ)償后被反饋至所述控 制單元。采用上述方案的冷陰極燈管恒流控制電路，其通過控制單元控制輸入功 率為恒功率來達(dá)到控制冷陰極燈管上的輸出電流為恒電流，并通過溫度補(bǔ)償 電路補(bǔ)償冷陰極燈管從點(diǎn)亮啟動(dòng)階段到正常工作的穩(wěn)定階段的因溫度的變化 而引起的電流變化，最終使得冷陰極燈管上的輸出電流從燈管開始點(diǎn)亮的啟 動(dòng)階段到正常工作的穩(wěn)定階段達(dá)到快速的穩(wěn)定，且穩(wěn)定狀態(tài)下電流值的波動(dòng) 幅度小。


圖1是現(xiàn)有的一推二逆變器的電路原理圖；圖2是圖1中逆變器加CCFL電流采樣電路后電路原理圖；圖3是現(xiàn)有的一推四逆變器的電路原理圖；圖4是現(xiàn)有的通過電流互感器檢測法控制流過CCFL電流的電路原理圖；圖5是現(xiàn)有的通過初級側(cè)線圈驅(qū)動(dòng)脈沖電壓檢測法控制流過CCFL電流的 電路原理圖；圖6是圖5中流經(jīng)冷陰極燈管的電流與時(shí)間的關(guān)系曲線圖； 圖7是本發(fā)明冷陰極燈管恒流驅(qū)動(dòng)電路的電路原理方塊圖； 圖8是本發(fā)明冷陰極燈管恒流驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖；圖9是本發(fā)明輸入功率檢測單元的電路原理圖；圖10是本發(fā)明圖9輸入功率檢測單元等效的電路圖；圖11是經(jīng)圖IO模擬乘法電路所得的功率，電流及電壓的關(guān)系圖；圖12是本發(fā)明電流溫度補(bǔ)償電路的電路原理圖；圖13是本發(fā)明輸入功率檢測單元及補(bǔ)償電路的電路原理圖；圖14是本發(fā)明在特定條件下測得的冷陰極燈管從點(diǎn)亮到穩(wěn)態(tài)的電流-時(shí) 間曲線圖；圖15是本發(fā)明特定二極管的順向電壓曲線圖；圖16是本發(fā)明某一液晶電視在特定條件下測得冷陰極燈管從點(diǎn)亮到穩(wěn)態(tài)的電流-時(shí)間曲線圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明揭示的冷陰極燈管恒流控制電路，其主要適用于液晶電視等較大尺寸的液晶顯示面板背光模塊的逆變器(Inverter),其主要包括控制單元， 功率轉(zhuǎn)換單元，輸入功率采樣單元，由輸入功率采樣單元及溫度補(bǔ)償電路組 成的反饋單元以及冷陰極燈管，圖7為其電路原理方塊圖，其電路原理為首先，因冷陰極燈管在正常工作時(shí)屬于恒定電流驅(qū)動(dòng)負(fù)載，且其等效阻 抗具有溫度負(fù)阻抗特性，即當(dāng)冷陰極燈管被點(diǎn)亮后其等效負(fù)載隨著燈管溫度 的上升而降低，因此，其有功功率(P=I2*R)是隨著冷陰極燈管溫度的上升 而降低。其次，以液晶電視應(yīng)用的逆變器為例，其輸入電壓范圍通常為 22~26V，典型值為24V，在此輸入電壓的工作期間，逆變器的效率差極小。因此，對于液晶電視的逆變器來說，流過冷陰極燈管的電流與逆變器的 輸入功率成正比例函數(shù)，且在恒電流驅(qū)動(dòng)條件下逆變器的輸入功率與冷陰極 燈管的溫度成反比例函數(shù)。故，如果始終以恒定的輸入功率來控制流經(jīng)冷陰 極燈管的輸出電流，將會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)冷陰極燈管的電流從冷陰極燈管啟動(dòng)到穩(wěn) 定狀態(tài)呈爬升的狀態(tài)，這不僅使冷陰極燈管的電流穩(wěn)定時(shí)間變長，而且穩(wěn)定 后其變化的幅度也較大。因此，在逆變器恒功率輸入的電路中，加入因冷陰 極燈管點(diǎn)亮啟動(dòng)后的溫度變化而引起的電流變化的電流溫度補(bǔ)償反饋回路 后，將會(huì)使得冷陰極燈管上輸出電流從燈管點(diǎn)亮的啟動(dòng)階段到正常工作階段 的快速恒定。如圖7示，輸入功率檢測單元檢測到的輸入功率經(jīng)電流溫度補(bǔ)償后，將 其傳送至控制IC的脈寬調(diào)制控制器，該信號經(jīng)功率轉(zhuǎn)換單元處理后來啟動(dòng)冷 陰極燈管，同時(shí)將冷陰極燈管在啟動(dòng)后的溫度變化反饋給輸入功率檢測單元， 使得輸入到控制單元的功率信號是考慮了冷陰極燈管因溫度變化而引起電流 變化的功率值，而通過進(jìn)一步調(diào)整使輸出到冷陰極燈管的電流快速恒定。圖8所示為本發(fā)明一推四結(jié)構(gòu)的逆變器的恒流控制電路，其包括控制單 元10，功率變換單元20，冷陰極燈管CCFL1 4及反饋電路。其中控制單元 10輸出的信號經(jīng)功率變換單元20及OVP (過電壓保護(hù))檢測電路60處理后 傳送至冷陰極燈管CCFL1 4，所述反饋電路串接在控制單元10的輸入電源 與功率變換單元20之間，其包括輸入功率檢測單元40以及因冷陰極燈管的 溫度的變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)的電流溫度補(bǔ)償單元50。所述控制單元IO包括一集成的脈寬調(diào)制控制器PWM，所述功率變換單 元20由場效應(yīng)晶體管M38 M41，及變壓器T1組成，該變壓器T1為一升壓 變壓器，其具有一組初級繞組，兩組次級繞組，每一組次級繞組上分別連接 有兩根冷陰極燈管。由控制單元10的脈寬調(diào)制控制器PWM輸出的控制脈沖 電壓信號交替導(dǎo)通場效應(yīng)晶體管M38 M41，并經(jīng)變壓器T1升壓后來驅(qū)動(dòng)冷 陰極燈管CCFL1 4。如圖9及圖10所示，所述的輸入功率檢測單元40的電路包括輸入電流 采樣電路41、輸入電壓采樣電路42，將所采集到的輸入電流及輸入電壓合成 為輸入功率的模擬乘法電路43 (即圖8中的功率處理電路)。其中輸入電流 采樣電路41包括電阻Rsensel與高端電流采樣差放大器U3，該電流信號經(jīng)電 路43中的運(yùn)算放大器U1的放大及緩沖處理后與來自輸入電壓采樣電路的電 壓信號作模擬乘法運(yùn)算(P=I*U)，并將該經(jīng)過運(yùn)算的信號經(jīng)過運(yùn)算放大器 U2的放大及緩沖處理后作為輸出功率信號。如在圖10中，對模擬乘法電路 43輸入變動(dòng)的電流信號3.96 2.829A，以及變動(dòng)的電壓信號20~28V，將兩信 號經(jīng)運(yùn)算后得到一恒定的功率值，如圖11示。該功率信號經(jīng)過冷陰極燈管電 流溫度補(bǔ)償單元50的補(bǔ)償處理后傳送給控制單元10作為反饋信號。如圖12及圖13所示，溫度補(bǔ)償單元50的電路是串聯(lián)在輸入功率檢測電 路40及控制單元10的反饋回路之間，本實(shí)施例中該溫度補(bǔ)償單元50包括二 極管D1， D2，以及與電阻R17并聯(lián)電容C9后串接的回路。其中，二級管 Dl， D2為補(bǔ)償電路的補(bǔ)償執(zhí)行元件，電阻R17為二級管D1， D2的偏置電流設(shè)定的偏置電阻。本發(fā)明對于冷陰極燈管電流溫度的補(bǔ)償具體是通過以下 方案實(shí)現(xiàn)在反饋電路里串接二極管D1， D2后，在冷陰極燈管被點(diǎn)亮的初期階段，各二極管的P-N結(jié)具有最大的結(jié)電壓，經(jīng)過輸入功率采樣單元21的模擬乘 法電路43進(jìn)行乘法運(yùn)算后輸出信號的電壓降也是最大的，因此在反饋端檢測到的反饋回路中的電壓是最小的，該電壓通過和基準(zhǔn)電壓比較后通過控制單元10的控制，讓功率變換單元20產(chǎn)生一個(gè)電流。在冷陰極燈管從開始點(diǎn)亮 到穩(wěn)定的過程中，燈管的溫度會(huì)不斷升高直至達(dá)到一穩(wěn)定值，由于燈管的負(fù) 阻抗特性將會(huì)導(dǎo)致燈管的電流呈現(xiàn)上升的趨勢，這時(shí)候二極管D1， D2的溫 度也受燈管溫度的影響開始上升，由于二極管PN結(jié)的負(fù)溫度特性，使得通 過該二極管D1， D2的管壓降也逐漸變低，因此反饋端的電壓就會(huì)相應(yīng)的逐 漸提高。如此，經(jīng)過控制單元10的控制，功率變換單元20的電流始終會(huì)因 為二極管D1， D2的負(fù)溫度特性的作用而作出相應(yīng)的調(diào)整，來補(bǔ)償冷陰極燈 管的溫度負(fù)阻抗特性而對電流的影響，從而使得冷陰極燈管能在較短的時(shí)間 內(nèi)以及較小的電流變化幅度內(nèi)完成從開始點(diǎn)亮到穩(wěn)定的過程。 在本實(shí)施例中，電流溫度補(bǔ)償電路50可采用如下設(shè)計(jì)步驟a. 測量冷陰極燈管初始點(diǎn)亮條件下(如在固定輸入電壓24V， 25°C的 條件下，燈管剛點(diǎn)亮)，達(dá)到燈管標(biāo)稱電流時(shí)的逆變器輸入電流；b. 實(shí)時(shí)檢測燈管電流，并保持燈管在初始點(diǎn)亮狀態(tài)下直至穩(wěn)定條件下的 電流維持恒定；c. 測得反饋電壓VFb (該電壓為穩(wěn)定狀態(tài)下控制單元上的反饋電壓值)d. 測量燈管在初始點(diǎn)亮狀態(tài)下直至穩(wěn)態(tài)條件時(shí)間內(nèi)的任意單位時(shí)間點(diǎn) 達(dá)到燈管標(biāo)稱電流時(shí)的逆變器輸入電流，直到燈管達(dá)到穩(wěn)態(tài)，得到電流隨時(shí) 間變化的電流-時(shí)間曲線，如圖11示；e. 從圖14的電流-時(shí)間曲線中，計(jì)算電流的變化率a:(初始點(diǎn)亮狀態(tài) 下的輸入電流-燈管達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的輸入電流)/初始點(diǎn)亮狀態(tài)下的輸入電流；f. 測量逆變器基板溫度，計(jì)算AT;g. 以圖15的二極管(RLS4148)的順向電壓曲線計(jì)算得到Ta=25°C時(shí) 的VF;算出環(huán)境溫度變化AT后的結(jié)壓降的降低量AVF;h. 決定補(bǔ)償二極管的個(gè)數(shù)N:即N*AVF/ (VFb+N*VF) =a由此得出需補(bǔ)償?shù)亩O管的個(gè)數(shù)。當(dāng)然，該二極管還可以是其它的溫度補(bǔ)償元件，如熱敏電阻等，其進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑砼c上述二極管的相同?？刂齐娐烦跏紗?dòng)時(shí)，通過控制單元10的脈寬調(diào)制控制器PWM的控制，其輸出的電壓經(jīng)功率變換單元20的變壓器T升壓后，得到一個(gè)比正常運(yùn)行 狀態(tài)高約1.5 3倍的啟動(dòng)電壓，該電壓信號經(jīng)過OVP檢測電路60后反饋給 控制單元IO，并通過控制單元10的控制使該輸出電壓保持一定的時(shí)間，以 便使每一根冷陰極燈管CCFL1 4都能可靠點(diǎn)亮。同時(shí)，在啟動(dòng)過程中，冷陰極燈管本身的溫度會(huì)逐漸升高直至達(dá)到一恒 定值，當(dāng)將逆變器的輸入功率作為冷陰極燈管的電流等效參量，且通過背光 板上的溫度傳感元件實(shí)時(shí)監(jiān)控冷陰極燈管的溫度變化而引起的電流變化并且 將該電流變化信號進(jìn)行反饋以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸入功率，以補(bǔ)償流過冷陰極燈管的 電流因燈管本身溫度的升高而產(chǎn)生的變化，使冷陰極燈管從點(diǎn)亮到溫度穩(wěn)定 的過程中流過的電流恒定。以26寸液晶電視用12根冷陰極燈管的逆變器舉例來說，如圖16所示， 當(dāng)輸入電壓為22-26V，輸出電流為4.5 5.5mA時(shí)，測得的冷陰極燈管的電流 與時(shí)間的關(guān)系曲線(橫軸為測試時(shí)間點(diǎn)，縱軸為冷陰極燈管的電流)，由曲線 圖可以看出，采用本發(fā)明的電路后，流過冷陰極燈管的電流隨燈管溫度的變 化而變小，且燈管電流達(dá)到相對穩(wěn)定值的時(shí)間亦大大縮短。本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員 仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。 因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背 離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種冷陰極燈管的恒流控制電路，其包括控制單元，功率變換單元，冷陰極燈管及反饋電路，其中所述控制單元的輸出信號經(jīng)功率變換單元處理后輸入冷陰極燈管，其特征在于所述反饋電路連接在所述控制單元和所述的功率變換單元的輸入側(cè)之間，其至少包括有輸入功率采樣單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的輸入功率采樣單元包括輸入電流采樣電路，輸入電壓采樣電路，以及將 所采集到的輸入電流信號及輸入電壓信號合成為輸入功率的模擬乘法電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的反饋電路還包括對冷陰極燈管因溫度變化而調(diào)節(jié)的電流溫度補(bǔ)償電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的電流溫度補(bǔ)償電路包括至少一溫度補(bǔ)償元件及與該溫度補(bǔ)償元件相串接 的電阻及電容。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的溫度補(bǔ)償元件為二極管或負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。
6. 根fe權(quán)利要求1所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的功率變換單元包括復(fù)數(shù)場效應(yīng)晶體管電路及變壓器，該變壓器具有一組 初級繞組和復(fù)數(shù)組次級繞組，所述的冷陰極燈管的數(shù)量為所述變壓器次級繞 組數(shù)量的復(fù)數(shù)倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述冷陰極燈管的數(shù)量為所述變壓器次級繞組數(shù)量的偶數(shù)倍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征 在于所述輸入功率采樣單元所采集到的功率信號經(jīng)補(bǔ)償后被反饋至所述控制 單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種冷陰極燈管的恒流控制電路，其包括控制單元，功率變換單元，冷陰極燈管及反饋電路，該反饋電路連接在所述控制單元和所述的功率變換單元的輸入側(cè)之間，其至少包括有輸入功率采樣單元，以及對冷陰極燈管因溫度變化而調(diào)節(jié)的電流溫度補(bǔ)償電路。本發(fā)明通過控制單元控制輸入功率為恒功率來達(dá)到控制冷陰極燈管上的輸出電流為恒電流，并通過溫度補(bǔ)償電路補(bǔ)償冷陰極燈管從點(diǎn)亮啟動(dòng)階段到正常工作的穩(wěn)定階段的因冷陰極燈管溫度的變化而引起其電流變化，最終使得冷陰極燈管上的輸出電流從燈管開始點(diǎn)亮的啟動(dòng)階段到正常工作的穩(wěn)態(tài)階段達(dá)到快速的穩(wěn)定，且穩(wěn)定狀態(tài)下電流值的波動(dòng)幅度小。
文檔編號H05B41/298GK101227784SQ200810000730
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者肖培海 申請人:蘇州勝美達(dá)電機(jī)有限公司