CN103841687A - 逆变器控制器及驱动电路 - Google Patents

Abstract

提供了一种逆变器控制器及驱动电路。根据本发明，一种驱动多个负载的驱动电路包括：开关电路、第一变压器、电流感应电路以及逆变器控制器。开关电路用于将直流电能转换成第一交流电能。第一变压器的初级绕组耦合于开关电路，用于接收第一交流电能，第一变压器的第一次级绕组感应第一交流电能以输出第二交流电能给多个负载。电流感应电路耦合于多个负载中的至少一个负载，用于产生表示流过多个负载的电流的反馈电流信号。逆变器控制器包括脉宽调制生成器、开关驱动电路、接收反馈电流信号的电流调节电路及接收外部调光控制信号的模式控制器。本发明驱动电路的逆变器控制器的多个电路模块可共享同一引脚，从而减少元件和引脚数目。

Description

逆变器控制器及驱动电路

技术领域

本发明是关于驱动电路，更具体的是关于驱动光源的驱动电路及逆变器控制器。

背景技术

液晶显示(liquid crystal display，LCD)面板应用于各种领域，包括便携式电子设备和固定位置单元，例如：笔记本电脑、视频摄像头、移动电话、掌上电脑、游戏机、医用设备、移动定位***和工业机器等。在LCD的应用中，背光常被用于照亮面板。例如，LCD背光常用于提供更高的亮度，更长的寿命和更好的一致性。LCD背光源可包括场致发光灯(electroluminescent lamp，EL)、发光二极管(light emitting diode，LED)、冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)、扁平荧光灯(flat fluorescent lamp，FFL)、外部电极荧光灯(External Electrode Fluorescent Lamp，EEFL)热阴极荧光灯(hotcathode fluorescent lamp，HCFL)和纳米碳管(carbon nano tube，CNT)。

CCFL背光常用于图像和色彩的显示，并可很好的适用于大中尺寸的LCD面板。而且，CCFL可用作LCD面板的光源，可包括具有两个阴极端的磷涂层玻璃筒。此外，随着对LCD面板更大尺寸的需求的增长(例如：LCD电视或大尺寸LCD监视器)，背光***可运行多个CCFL以提供所需的亮度。

高电压直流/交流转换器(又称逆变器)常被用于驱动CCFL。大多数的CCFL直流/交流转换器可组成可调开关电路，用于产生具有特定电压和频率的输出交流电能。例如，一个典型的CCFL逆变器需要输出大约20～80KHZ的交流电，运行电压为约400～800V均方根(root mean square，RMS)。逆变器控制器电路可包括电压和/或电流反馈以及调光控制。然而，现有技术的集成电路逆变器控制器需要相对多的元件。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种驱动多个负载的驱动电路以及控制供给负载的能量的逆变器控制器，用以减少集成电路逆变器控制器的元件数目。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于驱动多个负载的驱动电路，其包括开关电路、第一变压器、电流感应电路以及逆变器控制器。开关电路用于将直流电能转换成第一交流电能。第一变压器包含初级绕组和第一次级绕组，其中，初级绕组耦合于该开关电路，该初级绕组用于接收第一交流电能并给第一次级绕组供能，以在第一次级绕组上产生第二交流电能给该多个负载供能。电流感应电路耦合于该多个负载中至少一个负载，用于产生表示流过多个负载的电流的反馈电流信号。逆变器控制器用于接收外部调光控制信号和所述反馈电流信号，并控制开关电路。该逆变器控制器包括：脉宽调制生成器、开关驱动电路、电流调节电路和模式控制器。脉宽调制生成器用于产生突发模式脉宽调制信号。开关驱动电路用于根据所述脉宽调制生成器所产生的所述突发模式脉宽调制信号控制开关电路。电流调节电路用于接收所述反馈电流信号。模式控制器用于接收外部调光控制信号，当所述外部调光控制信号有效时，所述模式控制器使所述逆变器控制器操作在触发模式或正常运行模式下，所述开关驱动电路根据所述突发模式脉宽调制信号控制所述开关电路以调节传输给所述初级绕组的所述第一交流电能，当所述外部调光控制信号在预设的时间段无效或持续处于缺失状态时，所述模式控制器使所述逆变器控制器关闭或操作在闲置模式下，通过开关驱动电路关断开关电路。

本发明还提供了一种控制提供给负载的能量的逆变器控制器，其包括：电压补偿电路、电流调节电路、脉宽调制生成器、开关驱动电路和模式控制器。电压补偿电路用于接收表示输入直流电压值的感应信号，并产生反比于该感应信号的输出信号。电流调节电路用于接收感应信号和表示流经所述负载的负载电流的反馈信号，比较所述反馈信号和预设阈值的大小，并通过比较所述反馈信号和负载控制信号的大小来产生误差信号。脉宽调制生成器与所述电压补偿电路和所述电流调节电路连接，用于当反馈信号小于所述预设阈值时，根据所述输出信号产生脉宽调制信号，以及当所述反馈信号大于所述预设阈值时，根据所述误差信号产生所述脉宽调制信号。开关驱动电路用于接收脉宽调制信号，并生成用于控制传送给所述负载的能量的驱动信号。模式控制器接收调光控制信号，当所述调光控制信号在预设的时间段无效或持续处于缺失状态时，关闭所述开关驱动电路。

与现有技术相比，本发明驱动电路可工作在触发模式，正常运行模式和闲置模式，且本发明的逆变器控制器的多个电路模块可共享同一引脚，从而提高了工作效率，减少元件和引脚数目。

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。

附图说明

图1所示为根据本发明的一个实施例的驱动电路的结构框图。

图2所示为根据本发明的一个实施例的逆变器控制器的结构框图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1所示为根据本发明的一个实施例的驱动电路100的结构框图。驱动电路100用于驱动一个或多个负载，例如：冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)102，104，106和108。驱动电路100包括耦合于外部直流电源，例如，电池112，的开关电路110。在一个实施例中，开关电路10用作直流/交流转换器或逆变器，用于将从电池112获取的直流电能转换为第一交流电能。

驱动电路100包括变压器120。变压器120可包括铁芯126和多个绕组，比如：初级绕组122和128，以及次级绕组124和136。在这个实施例中，初级绕组122和初级绕组128相互串联。因此，初级绕组122和初级绕组128也可视为一个初级绕组。CCFL 102和104与次级绕组139串联，且CCFL 106和108与次级绕组124串联。来自开关电路110的第一交流电被传送到初级绕组122和128。次级绕组124和136感应第一交流电以输出第二交流电给CCFL 102，104，106和108。因为CCFL 102和104相互串联且CCFL 106和108相互串联，流经CCFL 102和104的电流是相等的，且流经CCFL 106和108的电流是相等的。

在另一个实施例中，驱动电路100可包括两个或多个拥有各自铁芯的变压器。变压器的初级绕组相互串联，这样流过CCFL的电流便可得到均衡。在另一实施例中，其他结构，例如，均衡控制电路，可用于均衡流过CCFL的电流。

在图1所示的实施例中，驱动电路包括灯开路检测电路，该检测电路包括灯开路检测电阻142。如图1所示，CCFL 104和108分别耦合于次级绕组136和124的极性端，而CCFL 102和106分别耦合于次级绕组136和124的非极性端。灯开路检测电阻142的一端耦合于CCFL 104和106，另一端耦合于地。在一个实施例中，当正常运行时，由于CCFL104和CCFL 106分别耦合于次级绕组136的极性端和次级绕组124的非极性端，流经CCFL 104和CCFL 106的电流具有相同的均方根(root moan square，RMS)值，但相位相反。因此，在正常运行时，流经灯开路检测电阻142的电流等于零。

在一个实施例中，如果CCFL 102，104，106和108中的一个CCFL处于灯开路状态，灯开路检测电阻142的电压便会上升。例如，如果CCFL102处于灯开路状态，流经CCFL 102和104的电流降低但流经CCFL 106和108的电流不变。结果，在CCFL 102处于灯开路状态时，灯开路检测电阻142的电压上升。一旦灯开路检测电阻142的电压上升，逆变器控制器200可通过二极管144接收到灯开路检测电组142的电压信号。该电压信号可用于判断灯开路状态是否发生。在一个实施例中，如果检测到灯开路状态，逆变器控制器200会被关闭。

在另一个实施例中，CCFL 104和106没有耦合于地。CCFL102，次级绕组136，CCFL104，CCFL 106，次级绕组124和CCFL 108依次相互串联。次级绕组124和136可感应依次流经CCFL 102，104，106和108的电流，或感应依次流经CCFL 108，106，104和102的电流。在这个实施例中，可以去掉灯开路检测电阻142。流经CCFL 102，104，106和108的电流可进一步得到均衡。

开关电路110包括多个开关，例如，MOSFET或其他类型的晶体管，并可形成不同的电路，例如，ROYER式、全桥式、半桥式或推挽式逆变器电路。例如，在一个实施例中，开关电路110可由一个包含两个互相串联的MOSFET的半桥逆变器电路构成。在另一个实施例中，逆变器控制器200可包括其他驱动信号以驱动全桥逆变器电路。

为了点亮CCFL 102，104，109和108，需要提供具有高电压和高频率的交流电。例如，点亮CCFL 102，104，106和108的启动电压的均方根值需要超过1000伏特，而启动以后CCFL 102，104，106和108正常工作下的运行电压的均方根值在400～800伏特，频率在20～80KHZ。

在一个实施例中，开关电路110输出的第一交流电为一个相对较小的电压值。变压器120用于升压第一交流电，并输出电压值较高的第二交流电。次级绕组124的电压正比于次级绕组124与初级绕组122的匝数比乘以初级绕组122的电压的积，次级绕组136的电压正比于次级绕组136与初级绕组128的匝数比乘以初级绕组128的电压的积。次级绕组124和136耦合于CCFL 102，104，106和108以给CCFL 102，104，106和108提供电能。

驱动电路100包括电流感应电路140，该电流感应电路140包括一个电阻，与CCFL102，104，106和108中的至少一个CCFL串联耦合，用于感应流经CCFL 102，104，106和108中的一个CCFL或多个CCFL的电流。电流感应电路140可产生电流感应信号，该信号可作为反馈控制信号传送到逆变器控制器200。

在一个实施例中，外部调光控制信号180，例如，脉宽调制(pulse widthmodulation，PWM)信号，输入到逆变器控制器200。外部调光控制信号180可用于调节CCFL102，104，106和108的亮度。在一个实施例中，驱动电路100可工作在触发模式、正常运行模式和闲置模式。在一个实施例中，当外部调光控制信号180有效且逆变器控制器200感应到外部调光控制信号180时，驱动电路100首先工作在触发模式。此时，逆变器控制器200控制开关电路110传送第一交流电给初级绕组122和128，以点亮CCFL 102，104，106和108。当CCFL 102，104，106和108都被点亮以后，驱动电路100可工作在正常运行模式。在一个实施例中，如果电流感应电路140产生的感应信号大于预设电流值，驱动电路100可开始工作在正常运行模式。此时，逆变器控制器200控制开关电路110来调节CCFL 102，104，106和108的亮度。外部调光控制信号180失效且逆变器控制器200无法感应到外部调光控制信号180时，驱动电路100可工作在闲置模式。此时，逆变器控制器200可关断开关电路110，CCFL 102，104，106和108将不被点亮。

在一个实施例中，驱动电路100包括含有两个电阻132和134的电压感应电路130。电阻132和134相互串联并构成电压分压器130，用于产生表示供给逆变器控制器200的直流电源112的电压值的电压信号。

逆变器控制器200可集成在集成电路(integrated circuit，IC)上。在一个实施例中，逆变器控制器200包括8个引脚，将于图2详细说明。如图1所示，驱动电路100提供的直流/交流逆变器电路减少了元件的数目。例如，如图1所示，应用于多个灯管的驱动电路100的元件总数少于15个。

图2所示为根据本发明的一个实施例的逆变器控制器200的结构框图。逆变器控制器200将结合图1的驱动电路100进行描述。逆变器控制器200可为含有8个引脚的集成电路封装，包括引脚272，274，276，278，280，282，284和286。引脚272和274分别耦合于电压源和地。

在一个实施例中，逆变器控制器200包括模式控制器210、电压补偿电路250、灯电流调节电路240、开关驱动电路230、灯开路保护电路260、振荡器220和参考偏置电路202。参考偏置电路202用于产生内部参考电压给逆变器控制器200的各个元件。

模式控制器210耦合于引脚276，该引脚276接收外部调光控制信号180。如图2所示，模式控制器210包括RS触发器214、或非门212和延迟计时器216。当外部调光控制信号180有效时，RS触发器214的输出可保持高电平以开启逆变器控制器200。此时，逆变器控制器200可运行在正常运行模式或触发模式。在一个实施例中，如果外部调光控制信号180无效或保持在缺失状态(例如：低电平)，延迟计时器216被启动。如果延迟计时器216设置的计时结束，RS触发器214复位并输出低电平以关闭逆变器控制器200。因此，逆变器控制器200可运行在闲置模式，并持续到外部调光控制信号180有效。

振荡器220用于产生时钟信号226，并传送到开关驱动电路230。时钟信号226根据所处的正常运行模式或触发模式具有正常运行频率或触发频率。振荡器220同时产生斜坡信号222传送给比较器224。斜坡信号222与占空信号228比较以确定比较器224产生的突发模式PWM信号的占空比。突发模式PWM信号被传送给开关驱动电路230。开关驱动电路230控制开关电路110，并根据突发模式PWM信号调节输送给初级绕组122和128的交流电以调节CCFL 102，104，106和108的亮度。在一个实施例中，突发模式PWM信号的频率远小于时钟信号226的运行频率。例如，在CCFL的应用中，时钟信号226的运行频率可为35～80KHZ，而突发模式PWM信号可为200HZ。

开关驱动电路230输出两个驱动信号以驱动开关电路110中的开关。该两个驱动信号可有180度相位差，并可用于驱动ROYER电路，推挽电路，半桥电路或其他两开关逆变器电路的开关。在另一个实施例中，可根据开关驱动电路230的驱动信号产生另一组驱动信号以驱动全桥逆变器电路的四个开关。

在一个实施例中，电压补偿电路250耦合于引脚278，该引脚278用于接收来自电压感应电路130的补偿(感应)信号。电压补偿电路250包括运算放大器252以及电阻254和256，以形成反相放大器。在一个实施例中，电压补偿电路250的输出信号的电压值反比于引脚278的补偿(感应)信号。例如，当引脚278接收到的补偿信号的电压增加时，电压补偿电路250的输出信号的电压值降低。

在一个实施例中，灯电流调节电路240耦合于引脚280，用于接收来自电流感应电路140的反馈电流感应信号。灯电流调节电路240包括误差放大器242，比较器244和锁存器248。比较器244用于比较预设灯点亮阈值电流值246和引脚280的反馈电流感应信号的大小。

当提供电能给引脚272并在引脚276上检测到调光控制信号180时，若引脚280上的反馈电流感应信号小于预设灯点亮阈植电流值246，逆变器控制器200工作在触发模式。在触发模式中，闭合开关232和234，断开开关236和238。电压补偿电路250的输入端和输出端分别耦合于引脚278和比较器224。灯电流调节电路240与开关驱动电路230断开连接。电压补偿电路250的输出信号的电压值与引脚278接收的补偿信号的电压值成反比。电压补偿电路250的输出电压和斜坡信号222被传送到比较器224，且来自变压器120的电压可被限制在接近触发电压的一个相对窄的区间。该触发电压可通过适当设置参考信号COMP_REF和适当选择电阻254和256预先设置。

一旦CCFL被点亮，且引脚280的电流感应信号大于预设灯点亮阈值电流值246时，锁存器248使灯点亮信号270有效。该灯点亮信号270可断开开关232和234，并闭合开关236和238。此时，逆变器控制器200工作在正常运行模式。比较器224的正相输入端耦合于引脚278和误差放大器242的输出端。电压补偿电路250与开关驱动电路230断开连接。误差放大器242可比较引脚280的电流感应信号和参考信号MAX_BRIGHT的大小。该参考信号MAX_BRIGHT表示CCFL102，104，106和108期望的或最大的亮度。误差放大器242的输出和引脚278接收到的电压感应信号通过开关236传送到比较器224。比较器224输出的突发模式PWM信号的占空比可由误差放大器242的输出和引脚278接收的电压感应信号决定或控制。在正常运行模式中实现了闭环灯电流调节。优点在于，电压补偿电路250和电流调节电路240都接收引脚278的电压感应信号，并共享同一个引脚278。因此减少了逆变器控制器200的引脚总数。

因此，当引脚280的反馈电流感应信号小于预设灯点亮阈值电流值246时，逆变器控制器200可工作在触发模式。在一个实施例中，在触发模式下，电压补偿电路250耦合于开关驱动电路230，而灯电流调节电路240与开关驱动电路230断开。在触发模式下，PWM生成器，例如，比较器224，根据电压补偿电路250的输出信号生成突发模式PWM信号。更具体的说，比较器224比较电压补偿电路250的输出信号和斜坡信号222，以控制突发模式PWM信号的占空比。

当引脚280的反馈电流感应信号大于预设灯点亮阈值电流值246时，逆变器控制器200可工作在正常运行模式。在一个实施例中，在正常运行模式下，电压补偿电路250与开关驱动电路230断开，而灯电流调节电路240耦合于开关驱动电路230。在正常运行模式下，PWM生成器，例如，比较器224，根据误差放大器242的误差信号生成突发模式PWM信号。更具体的说，比较器224比较误差放大器242的误差信号和斜坡信号222，以控制突发模式PWM信号的占空比。因此，可通过调节突发模式PWM信号的占空比来调节CCFL 102，104，106和108的亮度。

在一个实施例中，灯开路保护电路260通过引脚276接收灯开路检测电阻142的电压信号。灯开路保护电路260包括比较器262，延迟计时器264和关闭电路266。比较器262通过引脚276接收灯开路检测电阻142的电压信号，并比较该电压信号和内部灯开路阈值的大小。如果引脚276的电压信号大于内部灯开路阈值，延迟计时器264被激活或启动以计算关闭延迟时间。当延迟计时器264计时结束时，逆变器控制器200被关闭。当引脚276的电压信号在计时器264结束计时前下降到小于内部灯开路阈值，逆变器控制器200可继续工作在正常运行模式。

优点在于，在一个实施例中，如果引脚276的外部调光控制信号180在一段预设时间内无效或处于缺失状态，逆变器控制器200可自动关闭以工作在闲置模式。在逆变器控制器200中，电压补偿电路250和灯电流调节电路240可共享同一引脚278，并可分别控制在触发模式和正常运行模式下的负载电能。

本发明不局限于供电给CCFL。本发明的逆变器控制器200也可用于驱动其他的负载的光源，例如：金属卤化物或钠汽灯。例如，逆变器控制器200也可被调节成工作在一个频率范围以支持驱动x射线管或其他更高频率的负载。

上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (10)

1.一种用于驱动多个负载的驱动电路，其特征在于，包括：

开关电路，用于将直流电能转换成第一交流电能；

第一变压器，该第一变压器包括初级绕组和第一次级绕组，其中所述初级绕组耦合于所述开关电路，所述初级绕组用于接收所述第一交流电能并给所述第一次级绕组供能，以在所述第一次级绕组上产生第二交流电能给所述多个负载供能；

耦合于所述多个负载中至少一个负载的电流感应电路，用于产生表示流过所述多个负载的电流的反馈电流信号；及

逆变器控制器，用于接收外部调光控制信号和所述反馈电流信号，并控制所述开关电路，所述逆变器控制器包括：

脉宽调制生成器，用于产生突发模式脉宽调制信号；

开关驱动电路，用于根据所述脉宽调制生成器所产生的所述突发模式脉宽调制信号控制所述开关电路；

电流调节电路，用于接收所述反馈电流信号；及

模式控制器，用于接收外部调光控制信号，当所述外部调光控制信号有效时，所述模式控制器使所述逆变器控制器操作在触发或正常运行模式下，所述开关驱动电路根据所述突发模式脉宽调制信号控制所述开关电路以调节传输给所述初级绕组的所述第一交流电能，当所述外部调光控制信号在预设的时间段无效或持续处于缺失状态时，所述模式控制器使所述逆变器控制器关闭或操作在闲置模式下，通过所述开关驱动电路关断所述开关电路。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述电流调节电路还用于比较所述反馈电流信号和预设阈值电流值的大小，并通过比较所述反馈电流信号和负载控制信号的大小来产生误差信号，且当所述反馈电流信号大于所述预设阈值电流值时，所述脉宽调制生成器根据所述误差信号产生所述突发模式脉宽调制信号。

3.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：

耦合于所述多个负载的负载开路检测电路，用于检测负载开路状态；及

负载开路保护电路，用于在所述负载开路检测电路检测到负载开路状态时关闭所述逆变器控制器。

4.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括：

第二变压器，包括耦合于所述开关电路的初级绕组，用于接收所述第一交流电能，还包括次级绕组，用于给所述多个负载供能。

5.根据权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述多个负载包括多个冷阴极荧光灯。

6.一种控制提供给负载的能量的逆变器控制器，其特征在于，包括：

电压补偿电路，用于接收表示输入直流电压值的感应信号，并产生反比于所述感应信号的输出信号；

电流调节电路，用于接收所述感应信号和表示流经所述负载的负载电流的反馈信号，比较所述反馈信号和预设阈值的大小，并通过比较所述反馈信号和负载控制信号的大小来产生误差信号；

脉宽调制生成器，与所述电压补偿电路和所述电流调节电路连接，用于当所述反馈信号小于所述预设阈值时，根据所述输出信号产生脉宽调制信号，以及当所述反馈信号大于所述预设阈值时，根据所述误差信号产生所述脉宽调制信号；

开关驱动电路，用于接收所述脉宽调制信号，并生成用于控制传送给所述负载的能量的驱动信号；以及

模式控制器，用于接收调光控制信号，当所述调光控制信号在预设的时间段无效或持续处于缺失状态时，关闭所述开关驱动电路。

7.根据权利要求6所述的逆变器控制器，其特征在于，所述脉宽调制生成器包括比较器，用于当所述反馈信号小于所述预设阈值时，比较所述输出信号和斜坡信号的大小，以及当所述反馈信号大于所述预设阈值时，比较所述误差信号和所述斜坡信号的大小。

8.根据权利要求6所述的逆变器控制器，其特征在于，所述逆变器控制器还包括：

负载开路保护电路，用于当检测到所述负载处于开路状态时关闭所述逆变器控制器。

9.根据权利要求6所述的逆变器控制器，其特征在于，

当所述反馈信号大于所述预设阈值时，断开所述电压补偿电路和所述脉宽调制生成器的链接，从而断开所述电压补偿电路和所述开关驱动电路的连接。

10.根据权利要求6所述的逆变器控制器，其特征在于，

当所述反馈信号小于所述预设阈值时，断开所述电流调节电路和所述脉宽调制生成器的连接，从而断开所述电流调节电路和所述开关驱动电路的连接。

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