背景技术
由于液晶显示器面板中的液晶本身不发光,因而,为达到显示效果,需要给液晶显示器面板提供一光源装置,如背光模组,以实现显示功能。通常背光模组包括多个灯管和一控制该多个灯管工作的脉冲调节器。当一个灯管出现异常,例如灯管两端电压过高、灯管短路、断路或者被拔除等,该脉冲调节器需要做相应调整以保护其本身或者该灯管。
请参阅图1,其是一种现有技术背光保护电路的方框示意图。该背光保护电路100包括一脉冲调节器110、两个驱动电路120、四个灯管130、四个高压端反馈电路140和四个低压端反馈电路150。
该脉冲调节器110是一种脉冲发生装置,其发射具有一定频率和占空比的控制脉冲到该两个驱动电路120。每一驱动电路120包括一开关电路121和一变压器122。该开关电路121受该控制脉冲的控制,并与该变压器122相配合产生一交流电压。每一变压器122的副边绕组的两个抽头(未标示)分别连接到两个灯管130,使该交流电压加载在该四个灯管130上。
对每一灯管130,其与该变压器122相连的一端通常称作高压端,其另一端称作低压端。每一灯管130的高压端通过一高压端反馈电路140反馈一过压信号至该脉冲调节器110,每一灯管130的低压端通过一低压端反馈电路150反馈一开路信号和一电流信号至该脉冲调节器110。该脉冲调节器110依据上述反馈信号调节其输出的控制脉冲。
请参阅图2,其是图1所示背光保护电路100的电路结构示意图。该脉冲调节器110包括一过压采样端111、一电流采样端112、一开路电压采样端113和一输出端114。在该脉冲调节器110内部,该过压采样端111、该电流采样端112和该开路电压采样端113分别对应连接一比较器(图未示),该过压采样端111、该电流采样端112和该开路电压采样端113所对应的比较器的参考电压分别为Vref1、Vref2、Vref3。在该脉冲调节器110外部,该过压采样端111取得的过压反馈信号的有效电压为Vovp。该电流采样端112取得的电流反馈信号的有效电压为Vis。该开路电压采样端113取得的开路反馈信号的有效电压为Vvs。
该脉冲调节器110具有如下功能:a.当该过压采样端111的有效电压Vovp大于其对应的参考电压Vref1时,或者当该开路电压采样端113的有效电压Vvs小于其所对应的参考电压Vref3时,该脉冲调节器110的输出端114停止输出该控制脉冲,以使该两个变压器122输出电压均为零,并同时锁定该脉冲调节器110本身。b.当该电流采样端112的有效电压Vis小于其所对应的参考电压Vref2时,该脉冲调节器110将通过调节该输出端114输出的控制脉冲的占空比来提高该灯管130的高压端电压,以加大通过该灯管130的电流。
对于每一灯管130以及与该灯管130相连的高压端反馈电路140和低压端反馈电路150:
该高压端反馈电路140包括两个分压电容C1和C2、两个二极管D1和D2、一滤波电容C3和一保护电阻R1。该分压电容C1的一端连接至该灯管130的高压端,其另一端通过该分压电容C2接地,同时该另一端经过该二极管D1的阳极、阴极和该保护电阻R1接地。该二极管D2与该分压电容C2并联,且其阴极与该二极管D1的阳极连接。该滤波电容C3与该保护电阻R1并联。该过压采样端111与该二极管D1的阴极连接。
该低压端反馈电路150包括八个分压电阻R2至R9、四个二极管D3到D6以及两个滤波电容C4和C5。其中,该分压电阻R8和R9的阻值相当,并且远大于其余的分压电阻阻值,例如该分压电阻R8和R9的阻值在一百千欧左右,其余分压电阻的阻值在一千欧左右。该分压电阻R2的一端与该灯管130的低压端连接,其另一端分别与该二极管D3的阴极和该二极管D4的阳极连接。该二极管D3的阳极接地。该二极管D4的阴极由该分压电阻R3、R4和R5依序串联形成的一条支路接地,同时也由该分压电阻R6和滤波电容C4串联形成的另一条支路接地。该分压电阻R7的一端连接至该分压电阻R3和R4之间,其另一端接地。该电流采样端112连接到该分压电阻R4和R5之间。该二极管D5的阴极连接到该分压电阻R6和滤波电容C4之间,其阳极与该二极管D6的阳极相连,也经过该分压电阻R8连接到一直流电源Vcc。该二极管D6的阴极与该开路电压采样端113相连,同时也通过分压电阻R9接地。该滤波电容C5与该分压电阻R9并联。该直流电源Vcc的电压为5伏特。
该灯管130的高压端的电压经过该分压电容C1和C2分压后反馈给该过压采样端111。该灯管130的低压端的电压先经过分压电阻R2、R3和R7分压,再经过R4和R5分压后将电流反馈信号反馈给该电流采样端112。由以上连接关系可以知道,当该高压端的电压增大时,该过压采样端111的电压Vovp会以一定比例随之增大,反之亦然。与此同时,当该高压端的电压增大时,通过该灯管130的电流也会以一定比例随之增大,这使该低压端的电压增高,进而使该电流采样端112的有效电压也随该高压端电压的增大而增大。
该开路电压采样端113的有效电压Vvs等于施加在该分压电阻R9上的电压。由于该二极管D6的阴极通过该分压电阻R9接地,其阳极通过该分压电阻R8连接到直流正电压Vcc,所以该二极管D6始终导通。此时,该有效电压Vvs的值随该二极管D5的截止或导通而改变。当该二极管D5在一定时间内保持截止时,该直流正电压Vcc经由该分压电阻R8分压后加载到该分压电阻R9上。当该二极管D5导通时,由于该二极管D5的阴极依序通过该分压电阻R6、R3和R7接地。该分压电阻R8的阻值远大于该分压电阻R6、R3和R7的阻值,该直流正电压Vcc主要被施加在该分压电阻R8上,该分压电阻R8上的电压远大于该分压电阻R6、R3和R7上的电压,即远大于该分压电阻R9上的电压。从而导致加载在该分压电阻R9两端的电压接近为零。即,在该二极管D5持续导通时,该开路电压采样端113的有效电压Vvs接近为零。
在正常工作时:该过压采样端111的有效电压Vovp小于该参考电压Vref1。该电流采样端112的有效电压Vis大于该参考电压Vref2。该开路电压采样端113的有效电压Vvs大于该参考电压Vref3。
在该灯管工作出现异常时:例如当该灯管130两端的电压过高,该灯管130有烧毁的危险时,就会使该高压端反馈电路140的反馈信号的有效电压Vovp大于该过压采样端111对应的参考电压Vref1。此时,该脉冲驱动器110就会停止工作,使其输出端114停止输出控制脉冲,从而关闭该灯管130并同时保护该脉冲驱动器110本身。
再例如当该灯管130两端电压较低,通过该灯管130的电流较小,致使该灯管130的发光品质降低时,该低压端反馈电路150反馈给该电流采样端112的反馈信号的有效电压Vis就会小于其所对应的参考电压Vref2,此时,该脉冲调节器110通过调整其输出端114输出脉冲的占空比来使该变压器122输出的电压升高,从而增大该灯管130两端的电压,增大通过该灯管130的电流,恢复该灯管130的发光品质。
又例如当该多个灯管130中的一个被取下或者该灯管130断路,该背光保护电路100需要使该变压器122停止输出高压,以保护其余未发生异常的部分。这时,该背光保护电路100的工作原理是这样的:由于该低压端依序通过该分压电阻R2和该二极管D3接地使该低压端的电压为零,同时该二极管D5的阴极由于依序通过该分压电阻R6、R3和R7接地而使该二极管D5的阴极电压低于该二极管D5的阳极电压,该二极管D5导通,该分压电阻R9两端的电压接近为零。从而该开路电压采样端113的有效电压Vvs接近为零,低于其所对应的参考电压Vref3,此时,该脉冲调节器110停止输出控制脉冲并锁定其本身,使该两个变压器122的输出电压为零,从而保护未发生异常的多个灯管130和该脉冲调节器110自身。
然而,上述背光保护电路100采用该高压端反馈电路140对该多个灯管130进行过压保护,该高压端反馈电路140中的元件均工作在高压状态容易老化,从而降低该过压反馈电路140的可靠性,进而使该背光保护电路100的可靠性较低。
具体实施方式
请参阅图3,其是本发明背光保护电路的一较佳实施方式的电路结构示意图。该背光保护电路200包括一脉冲调节器210、一驱动电路220、一灯管组230、一电流反馈电路240、一过压反馈电路250和一脉冲反馈电路260。该脉冲调节器210控制该驱动电路220产生一驱动电压驱动该灯管组230。该电流反馈电路240、该过压反馈电路250和该脉冲反馈电路260与该灯管组230连接,监测该灯管组230的工作状态,并各自反馈一表示该灯管组工作状态的反馈信号给该脉冲调节器210。该脉冲调节器210依据该反馈信号调节控制该驱动电路220产生的驱动电压。该反馈信号是一种电压信号。
该脉冲调节器210是一种脉冲调节芯片,例如其型号可以为芯片OZ9938或者为芯片OZ9939等。该脉冲调节器210包括一电流采样端211、一电压采样端212、一脉冲采样端213、一输出端214、一第一比较器215、一第二比较器216和两个滤波电容C1。该电流采样端211用来接收该电流反馈电路240的电流反馈信号,定义该电流反馈信号的电压为Vif。该电压采样端212用来接收该过压反馈电路250的过压反馈信号,定义该过压反馈信号的电压为Vvf。该脉冲采样端213用来感测该脉冲反馈电路260的脉冲信号。该输出端214用于向该驱动电路220输出控制脉冲。该第一比较器215包括一第一信号端2151和一第一参考端2152;该第一信号端2151与该电流采样端211连接,同时也通过一滤波电容C1接地;该第一参考端2152连接到一参考电压Vref1。该第二比较器216包括一第二信号端2161和一第二参考端2162;该第二信号端2161连接到该电压采样端212,同时也通过一滤波电容C1接地;该第二参考端2162连接到一参考电压Vref2。
该驱动电路220包括一开关电路221和一变压器222。该开关电路221接收从该脉冲调节器210输出端214输出的控制脉冲,从而使该变压器222产生一交流电压。当该控制脉冲的频率或者占空比改变的时候,该变压器222产生的交流电压的大小也随之改变。该变压器222包括一原边绕组223和两个线圈数目相同的副边绕组224,该原边绕组223和该两个副边绕组224的绕向相同。该两个副边绕组224的输出电压的有效值为Vo。
该灯管组230包括一第一灯管231、一第二灯管232、一第三灯管233、一第四灯管234和四个保护电阻R0。该第一灯管231和该第三灯管233通过一副边绕组224串联,该第二灯管和该第四灯管通过另一幅边绕组224串联,且该第一灯管231和该第四灯管234连接到该两个副边绕组224的同名端。由上述连接关系可知,该第一灯管231和该第二灯管232是连接到该两个副边绕组224的异名端,即该第一灯管231被加载的驱动电压和该第二灯管232被加载的驱动电压相位相反。定义每一灯管的与该副边绕组224相连的一端为该灯管的高压端,其未与该副边绕组224相连的一端为该灯管的低压端。每一灯管的低压端分别通过一个该保护电阻R0接地。在该灯管组230保持正常工作时,该驱动电路220所允许输出的最低有效电压为电压下限Vo1,该驱动电路220所允许输出的最高有效电压定义为电压上限Voh。即,为保持该灯管组230内的灯管正常工作,该副边绕组224的输出的有效电压Vo应当大于电压下限Vo1,同时小于电压上限Voh。该电压下限Vo1和该电压上限Voh分别与该参考电压Vref1和Vref2相对应。与该驱动电路220输出的有效电压的电压下限Vo1相应,每一灯管的低压端具有一低压端电压下限V1,与该驱动电路220输出的有效电压的电压上限相对应,每一灯管的低压端具有一低压端电压上限Vh。
该背光保护电路200进一步包括一第一二极管D1、一第二二极管D2。该第一二极管D1的阳极通过一第一节点201连接到该第一灯管231的低压端,该第二二极管D2的阳极通过一第二节点202连接到该第二灯管232的低压端。该第一二极管D1和该第二二极管D2的阴极相连接,并形成一第三节点203。
该电流反馈电路240包括一第一分压电阻R1、一第二分压电阻R2和一第一输出端241。该第一输出端241通过该第一分压电阻R1与该第三节点203连接,通过该第二分压电阻R2接地,同时,该第一输出端241还与该电流采样端211相连,用于向该电流采样端211输出电流反馈信号。
该过压反馈电路250包括一第三分压电阻R3、一第四分压电阻R4和一第二输出端251。该第二输出端251通过该第三分压电阻与该第三节点203连接,通过该第四分压电阻R4接地,同时,该第二输出端251还与该电压采样端212相连,用于向该电压采样端212输出过压反馈信号。
该脉冲反馈电路260包括一分压电阻R5、一分压电阻R6、一分压电阻R7、一耦合电容C2、一第三二极管D3、一第四二极管D4和一第三输出端261。该第一节点201通过该分压电阻R5和该分压电阻R7串联而形成的支路接地。该第二节点202通过该分压电阻R6连接到该分压电阻R5和R7之间,并在该分压电阻R5和R7之间形成一第四节点204。该第四节点204通过该耦合电容C2连接到该第三二极管D3的阳极。该第三二级管D3的阴极通过该第三输出端261连接到该脉冲采样端213。该第四二极管D4的阳极接地,其阴极与该第三二极管D3的阳极相连。该分压电阻R5和R6的电阻值相同。
该电流反馈信号的电压Vif经过与该电流采样端211相连的滤波电容C1滤波后将产生变化,定义该第一比较器215接收到的反馈信号的电压为V1。同样该过压反馈信号的电压Vvf经过与该电流采样端211相连的滤波电容C1滤波后也将产生变化,定义该第二比较器216接收到的反馈信号的电压为V2。
在该背光保护电路200中,该脉冲调节器210具有如下功能:a.当该电压V1小于该参考电压Vref1时,该脉冲调节器210逐渐改变其输出端214输出的控制脉冲的占空比,以使该驱动电路220输出的交流电压增大,直至该电压V1的不小于该参考电压Vref1。b.当该电压V2大于该参考电压Vref2时,或者当该脉冲采样端203接收到脉冲信号时,该脉冲调节器210将使其输出端214停止输出控制脉冲,并锁定该脉冲调节器210自身。
该背光保护电路200的工作原理如下:
请参阅图4至图7,其是图3所示背光保护电路200在正常工作时其部分端口和节点的电压波形示意图。在该灯管组230的各个灯管正常工作时,以该第一灯管231为例,该第一灯管231的高压端被施加的驱动电压为高压交流电压,该高压交流电压的有效值约为600伏特,经该第一灯管231降压后,该第一节点201处的电压的幅值Vr1约为10伏特,其波形如图4所示,为一正弦波形Vr0·sin(2πft),其中f为该变压器222输出交流电压的频率。对该第二灯管232,由于其上加载的驱动电压与该第一灯管231上的驱动电压大小相同相位相反,该第二灯管232的电学特性与该第一灯管231的电学特性相同。因此该第二节点202处的电压波形为图5所示,即在该灯管组230正常工作的任意时刻,该第二节点202处的电压与该第一节点201处的电压的值大小相同极性相反,为-Vr0·sin(2πft)或者Vr0·sin(2πft+π)。
由于二极管的单向导通性质,即当二极管的阳极电压大于其阴极电压时该二极管才会导通。在不考虑该第一二极管D1和该第二二极管D2产生的电压降的情况下,该第一节点201处和该第二节点202处的电压在分别经过该第一二极管D1和该第二二极管D2后,在该第三节点203处汇聚后,其波形为图6所示。该第三节点处203的电压波形为一正弦波的绝对值,即为|Vr0·sin(2πft)|。因为该三节点203依次通过该第一分压电阻R1和第二分压电阻R2接地,同时也依次通过该第三分压电阻R3和该第四分压电阻R4接地,所以该第一输出端241处的电压Vif为|R2·Vr0·sin(2πft)/(R1+R2)|,该第二输出端251处的电压Vvf为|R4·Vr0·sin(2πft)/(R3+R4)|。该第一输出端241处的电压Vif经过与其电连接的滤波电容C1滤波后传到该第一信号端2151,该第一信号端2151处的电压Vis相较于该第一输出端241处的电压Vif较平稳,接近为一稳定的直流正电压,该电压Vis与该电压Vif成正比且小于该电压Vif,其波形如图7所示。同时,该第二输出端251处的电压Vvf经过与其电连接的滤波电容C1滤波后传送到该第二信号端2161,该第二信号端2161处的电压Vvs相较于该第二输出端251处的电压Vvf较平稳,接近为一稳定的直流正电压,该电压Vvs与该电压Vvf成正比且小于该电压Vif,其波形与该电压Vis类似。
由于该分压电阻R5和R6的电阻值相同,以及该第一节点201处和该第二节点202处的电压大小相同、正负相反,所以该第四节点204处的电压为零。该第三二极管D3处于截至状态,该三输出端261处无信号输出。
在该背光保护电路200出现异常时:例如该变压器222输出的电压Vo过高,超过电压上限Voh,使得该灯管组230内的灯管有烧坏的危险时,此时,该第一灯管231和该第二灯管232的低压端电压Vr0均升高,超过该低压端电压上限Vh,从而使得该第二信号端2161的电压Vvs升高,高于该第二参考端电压Vref2,从而使该脉冲调节器210停止输出脉冲,使该变压器222停止输出高压交流电。
再例如当该变压器222输出的电压Vo过低,低于电压下限Vo1,使得该灯管组230内的灯管发光品质较差时,此时,该第一灯管231和该第二灯管232的低压端电压Vr0均降低,低于低压端电压下限V1,从而使得该第一信号端2151的电压Vis将低,低于该第一参考端电压Vref1,从而使该脉冲调节器210调整其输出脉冲的占空比,使该变压器222输出高压交流电Vo升高,从而保障该灯管组230的发光品质。
又例如当该第一灯管231被取下或者断路时,此时,与该第一灯管231的低压端因为通过该保护电阻R0接地而使其电压被拉低为零,即该第一节点201处的电压为零。请参阅图8,其是图3所示第一节点201处的电压为零时该第三输出端261处的电压波形示意图。当该第一节点201处的电压为零时,该第四节点204处的电压为-R7·Vr0·sin(2πft)/(R6+R7),其幅值大于该第三二极管D3的导通电压。在该第四节点204处的电压经过该耦合电容C2和该第三二极管D3后,该第三输出端261处的电压如图8所示。此时,该脉冲采样端261采集到脉冲信号,从而该脉冲调节器210停止输出控制脉冲,使该变压器222停止输出脉冲电压,保护其余未发生异常的灯管。当该第二灯管232被取下或者断路,导致该灯管组230产生异常时,该第四节点204处电压为R7·Vr0·sin(2πft)/(R5+R7),该第三输出端261输出与图8所示脉冲相似的脉冲,从而使该脉冲调节器210停止输出控制脉冲,使该变压器222停止输出交流电压。
当该第三灯管233被取下或着断路时,原先施加在该第一灯管231和该第三等管233的电压全部施加在该第一灯管231上,所以该第一灯管231高压端的电压变为原先正常时的两倍,从而使该第一节点201处电压为2Vr0·sin(2πft),由于该分压电阻R5和R6的电阻值相同,从而该第四节点204处电压为R7·Vr0·sin(2πft)/(R5+R7),等于在该第二灯管232被取下或者断路时的电压,此时,该脉冲调节器210的脉冲采样端213接收到脉冲,从而使其输出端214停止输出控制脉冲,使该变压器222停止输出交流电压。同理,当该第四等管234被取下或者断路时,该脉冲调节器210也将停止输出控制脉冲,使该变压器222停止输出交流电压。
同以上分析,当该灯管组230内任意一灯管发生短路时,该第一节点201的电压或该第二节点202的电压就会发生异常,该脉冲采样端213也会收到脉冲信号,从而使该脉冲调节器210停止输出控制脉冲。由以上分析可以知道,在考虑该第三二极管D3产生的电压降的情况下,适当的选择电阻R5、R6和R7的电阻值,可以使通过该第一灯管231的电流和通过该第二灯管232的电流的差值稳定在一个预定的范围内,当上述两个灯管中的电流的差值超过该范围时,该脉冲调节器210将停止输出控制脉冲。
除了以上异常情况外,当该灯管组230内某灯管突然有强电流通过,例如受到雷击,此时,该背光保护电路200的第四节点204处将产生一高频尖锐脉冲。请参阅图9和图10,其是两种高频尖锐脉冲的示意图。图9表示一种正的高频尖锐脉冲P1,其初始时和结束时的电压为零。该高频尖锐脉冲P1的持续时间T1远小于该变压器222产生的交流电压的周期,例如为0.1/f或者更小。在该高频尖端脉冲P1的持续时间T1内,其电压始终为正,且电压的极值Vp1远大于电压R7·Vr0/(R5+R7),例如为10R7·Vr0/(R5+R7)或者更大。图10表示一种负的高压尖端脉冲P2,其与该高压尖端脉冲P1的不同之处仅在于:在该高频尖端脉冲P2的持续时间T2内,其电压始终为负,且电压的极值Vp2远小于电压-R7·Vr0/(R5+R7),例如为-10R7·Vr0/(R5+R7)或者更小。当该第四节点204出现该高频尖锐脉冲P1时,该耦合电容C1被迅速充满。该高频尖锐脉冲P1直接从该耦合电容C1和第三二极管D3通过,并从该第三输出端261输出。当该第四节点204出现该高频尖锐脉冲P2,首先,在该高频尖锐脉冲P2的电压处于下降阶段时,该第四二极管D4导通,该耦合电容C2被充电。由于二极管具有箝位功能,所以该第四二极管D2的阴极电压略小于零,该耦合电容C2与该二极管D4相连的一极被充正电荷,其与该第四节点204相连的一极被充负电荷。在该高频尖锐脉冲P2处于上升阶段的某个时刻,该耦合电容C2被充满电。随后,由于电容两端的电压差不能突变,在该高频尖端脉冲P2迅速上升时,该第四二极管D4的阴极电压也迅速上升,该第四二极管D4截止,该第三二极管D3导通。同时该耦合电容C2开始放电,该第三输出端261产生一脉冲信号。由上可知,在该灯管组230内某灯管突然有强电流通过时,该第四节点204处将产生一高频尖锐脉冲,该第三输出端261将输出一反馈的脉冲信号,此时,该脉冲调节器210通过其脉冲采样端213感测到该反馈的脉冲信号,从而控制其输出端214停止输出控制脉冲,使该变压器222停止输出交流电压,从而保护该灯管组230中未发生异常的灯管。
相较于现有技术,本发明背光保护电路200的过压反馈电路250通过该第一二极管D1电连接到该灯管组230的低压端,该过压反馈电路250的元件工作在低压状态下不易老化,所以该过压反馈电路250的可靠性较高,从而提高该背光保护电路200的可靠性。
另外,相较于现有技术,本发明背光保护电路200的元件较少,结构简单,成本较低,功耗较小;本发明背光保护电路200的过压反馈电路250连接到该灯管组230的低压端,该低压端的电压波动相对较小,灯管内的电流较稳定精度高,而且由于电容元件的精准度较低,该过压反馈电路250没有使用电容元件,从而使得该过压反馈信号的精准度较高;本发明背光保护电路200的所有反馈电路均设置在该灯管组230的低压端,使得该所有的反馈电路均可以集成到集成电路芯片中,从而进一步简化该背光保护电路200;本发明背光保护电路200的脉冲反馈电路260由于采用脉冲反馈,使其除了具有开路断路保护功能外,还具有平衡灯管电流和防雷击破坏的功能。
另外,本实施方式中,该第三二极管D3的阳极可以与该第三输出端261相连,其阴极与该耦合电容C2相连,同时该第四二极管D4的阴极接地,其阳极与该第三二极管D3的阴极相连。为实现本发明的目的,本实施方式背光保护电路200可以不包括该电流反馈电路250和该脉冲反馈电路。本实施方式中,该背光保护电路200还可以仅包括驱动电路220、该灯管组230和一调变集成电路,该调变集成电路包括该脉冲调剂器210、该电流反馈电路240、该过压反馈电路250、该脉冲反馈电路260、该第一二极管D1、该第二二极管D2、该第一节点201和该第二节点202,该第一节点201和该第二节点202为该调变集成电路的输入端,该脉冲调节器210的输出端214作为该调变集成电路的输出端。