CN1670590A - 用于灯管驱动***的反馈取样控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明的反馈取样控制电路用于一具有反馈回路的灯管驱动***，其包含一开关装置及一电流有效值取样控制器。开关装置电性耦接于灯管驱动***的反馈路径中。电流有效值取样控制器可根据来自灯管的高压端的一电压或电流信号，而控制开关装置的切换，藉以控制灯管驱动***中的反馈控制器所实际取样的电流有效值，使得电流有效值中的杂散电容电流成分减到最小。藉由此种方式，可有效降低灯管杂散电容所引起的漏电流对反馈控制器的影响，因此可准确地控制灯管电流，进而获得稳定的亮度品质。
Description
技术领域
本发明有关于一种灯管驱动***，特别是关于一种用于驱动液晶显示面板中的放电灯管的换流器电路，其具有反馈回路用以调节流经灯管的电流。
背景技术
放电灯管，特别是冷阴极萤光灯管(cold cathode fluorescent lamp；CCFL)，具有高效率与低成本的优点，因此广泛地使用于液晶显示面板(LCD面板)中，做为背光***的光源。换流器电路系用于驱动此种冷阴极萤光灯管，其可在灯管点亮时供应一极高的激发电压，并在灯管点亮之后将供应电压降低成一较小的运转电压。
图1为一种已知技术灯管驱动***的示意电路图。一换流器10主要包含一驱动电路12及一变压器14。驱动电路12可将直流电源转换成交流信号，再经由变压器14升压后，产生一交流电源供应至一灯管20。此处，换流器10的输出电压为VOUT，而输出电流为IOUT。
为了精确地控制灯管20的亮度，而灯管的亮度大致上与流经灯管的电流成正比，灯管驱动***中均设有电流反馈回路来做为灯管电流调节的依据。通常，反馈回路利用一脉冲宽度调制(pulse-width modulation；PWM)控制器16，根据从变压器14二次侧所取样的电流IOUT，来产生一反馈控制信号至驱动电路12，藉以控制驱动电路12的占空度(duty cycle或工作因数)，达到调整换流器10的平均输出电流的目的。
然而，如图1所示，由于灯管20本身即存在有潜在的杂散电容(inherentparasitic capacitance)C1，且灯管20在组装至LCD面板的壳体时，从任何高压端(灯管)至接地端(面板壳体)之间亦会存在有潜布电容(distributed straycapacitance)C21、C22、...C2n，这些杂散电容分别会造成漏电流I1与I2。由此可知，在图1的灯管驱动***中，换流器10所输出的电流IOUT并非实际流经灯管的电流IL，而为灯管电流IL与漏电流I1、I2的总和。
杂散电容系随灯管的长度增加而增加，杂散电容越大，则漏电流越高，其中又以漏电流I2的影响较大。此外，当灯管20组装至LCD面板的壳体时，些微的组装公差即会造成极大的潜布电容差异。一般情况中，漏电流I2可能高达换流器10的输出电流IOUT的30％到50％不等。
请参照图2，其显示图1的灯管驱动***电路中的相关电压与电流信号波形图。由于灯管系为电阻性负载，其电流IL是与灯管高压端的电压VOUT同相，而漏电流I1、I2则与电压VOUT具有90度的相差。因此，电流IOUT与电压VOUT之间的相差介于0至90度。
在图1的已知灯管驱动***中，一种反馈取样方式，如图2(d)所示，在电流IOLT的峰值点P1的一段极短时间内进行取样，而另一种反馈取样方式，如图2(e)所示，在电流IOUT的的整个正半周进行取样。无论采用何种方式，所取样的电流均包含相当比例的漏电流，无法获得实际流经灯管的电流IL。因此，此种反馈控制方式将无法确保亮度的准确控制，产生明显的灯管亮度差异，。
为了改善上述缺点，可使用图3所显示的另一种已知技术灯管驱动***。图3的电路中，是以灯管20的低压端做为反馈点而形成反馈回路，此种情况中，PWM控制器16所接收的取样电流为IL+I1。虽然可消除漏电流I2的影响，但此种方式仍无法以最精确的方式取样灯管的实际电流IL。而且，在许多LCD面板的设计中，不允许使用此种由灯管的低压端取样反馈的方式。因此，仍待发展其他的反馈控制技术来解决此一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其可不受灯管杂散电容的影响，而准确地取样流经灯管的电流，且无须将反馈路径连接至灯管的低压端。
本发明的反馈取样控制电路用于一具有换流器及反馈控制器的灯管驱动***。反馈控制器可根据来自灯管驱动***中一反馈点的取样电流，而产生一反馈控制信号输出至换流器，以调节换流器供应至一灯管的交流电源。
本发明反馈取样控制电路的第一种态样包含：一开关装置，电性耦接于反馈控制器与反馈点之间；一电流有效值取样控制器，电性耦接至灯管的高压端及开关装置，根据灯管高压端的电压而产生一取样控制信号，以控制开关装置的切换，使反馈控制器从取样电流接收的电流有效值中的杂散电容电流成分减到最小。
本发明反馈取样控制电路的第二种态样包含：一开关装置，电性耦接于反馈控制器与反馈点之间；一电容性负载，电性耦接于灯管的高压端与接地之间；及一电流有效值取样控制器，电性耦接至电容性负载及开关装置，根据流经电容性负载的电流而产生一取样控制信号，以控制开关装置的切换，使反馈控制器从取样电流接收的电流有效值中的杂散电容电流成分减到最小。
根据此种结构，电流有效值中的杂散电容电流成分可近似于零或等于零。换言之，反馈控制器所取样的电流有效值可近似于或等于灯管电流。因此，可在不需要以灯管低压端做为反馈点的情况下，有效降低灯管杂散电容所引起的漏电流对反馈控制器的影响，以确保灯管电流的准确控制，改善已知技术电路中灯管亮度差异的问题。
附图说明
图1为一种已知技术灯管驱动***的示意电路图；
图2显示了图1的灯管驱动***电路中的相关电压与电流信号波形图；
图3为另一种已知技术灯管驱动***的示意电路图；
图4为使用本发明第一具体例的反馈取样控制电路的灯管驱动***的示意电路图；
图5显示了图4的电流有效值取样控制器的第一种范例电路；
图6显示了在图4的灯管驱动***中使用图5的电流有效值取样控制器时的相关电压与电流信号波形图；
图7显示了图4的电流有效值取样控制器的第二种范例电路；
图8显示了在图4的灯管驱动***中使用图7的电流有效值取样控制器时的相关电压与电流信号波形图；
图9为使用本发明第二具体例的反馈取样控制电路的灯管驱动***的示意电路图；
图10显示了图9的电流有效值取样控制器的第一种范例电路；
图11显示了在图9的灯管驱动***中使用图10的电流有效值取样控制器时的相关电压与电流信号波形图；
图12显示了图9的电流有效值取样控制器的第二种范例电路；
图13显示了在图9的灯管驱动***中使用图12的电流有效值取样控制器时的相关电压与电流信号波形图；
图14显示了图9的电流有效值取样控制器的第三种范例电路；
图15显示了在图9的灯管驱动***中使用图14的电流有效值取样控制器时的相关电压与电流信号波形图；
图16为使用本发明第一具体例的反馈取样控制电路的灯管驱动***的示意电路图，其是以灯管的低压端做为反馈点；及
图17为使用本发明第二具体例的反馈取样控制电路的灯管驱动***的示意电路图，其是以灯管的低压端做为反馈点。
具体实施方式
为能更了解本发明的技术内容，特举数个较佳具体例说明如下。
图4为使用本发明第一具体例的反馈取样控制电路的灯管驱动***的示意电路图。
在图4的灯管驱动***中，一换流器100主要包含一驱动电路120及一变压器140。驱动电路120可将直流电源转换成交流信号，再经由变压器140升压后，产生一交流电源供应至一灯管200。此处，换流器100的输出电压为VOUT，而输出电流为IOUT。一PWM控制器160可根据来自变压器140二次侧的取样电流IOUT而产生一反馈控制信号至驱动电路120，藉以调节换流器100的输出。如先前已知技术所述，由于灯管具有杂散电容C1及C21、C22、...C2n，故此电流IOUT将包括一灯管电流成分IL及一杂散电容电流成分I1+I2。本发明的反馈取样控制电路系可使PWM控制器160仅针对取样电流IOUT中的一电流有效值进行取样，此电流有效值中的杂散电容电流成分I1+I2减到最小，甚至可完全消除，仅留下灯管电流成分IL。
根据本发明的第一具体例，反馈取样控制电路包含一开关170及一电流有效值取样控制器180。开关170设置于灯管驱动***的反馈路径中，亦即，耦接于变压器140的二次侧与PWM控制器160之间。根据此种结构，只有在开关170开启时所流过的取样电流IOUT方为电流有效值。电流有效值取样控制器180的输入端耦接至灯管200的高压端，输出端则耦接至开关170，其可依据灯管200高压端的电压VOUT，而产生一取样控制信号至开关170，控制开关170的切换。
实作上，可使用例如一MOS晶体管做为开关170。
电流有效值取样控制器180的第一种范例电路显示于图5中，包含一分压器182及一电压峰值检测电路184，其运作方式将配合图6的相关电压与电流信号波形图说明如下。
首先，灯管200高压端的电压VOUT经由分压器182而适当地进行分压。然后，由电压峰值检测电路184检测其正峰值点，亦即，检测电压VOUT的正峰值点P2。当电压峰值检测电路184检测到正峰值时，其输出一逻辑高电压信号做为取样控制信号，使开关开启；反之，则输出一逻辑低电压信号做为取样控制信号，使开关关闭。据此，在电压VOUT的正峰值点P2的一段极短时间ΔT内，开关170开启，使PWM控制器160可进行取样。亦即，此时的电流IOUT为电流有效值。
参照图6的波形，由于流经杂散电容的漏电流I1+I2的相位领先电压VOUT的相位90度，故电压VOUT的正峰值点P2恰对应于漏电流I1+I2的零点。由此可知，在正峰值点P2处的极短时间ΔT内，漏电流I1+I2接近于零，因此可使电流有效值中的杂散电容电流成分减到最小。换言之，PWM控制器160所取样的电流有效值近似于灯管电流IL。
电流有效值取样控制器180的第二种范例电路显示于图7中，包含一分压器182及一电压直流位准检测电路186，其运作方式将配合图8的相关电压与电流信号波形图说明如下。
首先，灯管200高压端的电压VOUT经由分压器182而适当地进行分压。然后，分压后的信号馈入电压直流位准检测电路186，与一参考电压值进行比较。若馈入的电压信号高于参考电压值，则电压直流位准检测电路186输出一逻辑高电压信号做为取样控制信号，使开关开启；反之，则输出一逻辑低电压信号做为取样控制信号，使开关关闭。
根据此种方式，参照图8的波形，在电压VOUT高于一预定电压VT时，亦即，在点P3与P4之间的时间T1+T2内，开关170开启，使PWM控制器160可在杂散电容的漏电流I1+I2零点二端的相同时间(T1＝T2)内进行取样。因此，在时间T1+T2内，电流有效值中的杂散电容电流成分I1+I2等于零。换言之，PWM控制器160所取样的电流有效值恰等于灯管电流IL。
图9为使用本发明第二具体例的反馈取样控制电路的灯管驱动***的示意电路图。在图9的灯管驱动***中，换流器100与PWM控制器160的结构与图4相同，故不再赘述。
根据本发明的第二具体例，反馈取样控制电路包含一开关170、一电容器C3及一电流有效值取样控制器190。开关170设置于灯管驱动***的反馈路径中，亦即，耦接于变压器140的二次侧与PWM控制器160之间。相同于图4的电路，只有在开关170开启时所流过的取样电流IOUT方为电流有效值。电容器C3耦接于灯管200的高压端与接地之间，以便从电流IOUT导出一电流I3，其相位相同于杂散电容电流的相位。电流有效值取样控制器190的输入端耦接至电容器C3，输出端则耦接至开关170，其可依据流经电容器C3的电流I3，而产生一取样控制信号至开关170，控制开关170的切换。
不同于第一具体例，在第二具体例中，换流器100所输出的电流IOUT为灯管电流IL、电容器电流I3及杂散电容电流I1、I2之总和。
电流有效值取样控制器190的第一种范例电路显示于图10中，包含一电流零点检测电路194，其运作方式将配合图11的相关电压与电流信号波形图说明如下。
电流零点检测电路194检测流经电容C3的电流I3由正值转为负值的零点，当检测到零点时，其输出一逻辑高电压信号做为取样控制信号，使开关开启；反之，则输出一逻辑低电压信号做为取样控制信号，使开关关闭。据此，在电流I3的零点P5的一段极短时间ΔT内，开关170开启，使PWM控制器160可进行取样。亦即，此时的电流IOUT为电流有效值。
参照图11的波形，由于流经电容C3的电流I3的相位领先电压VOUT的相位90度，亦即，与流经杂散电容的漏电流I1、I2同相，故电流I3的零点P5即为漏电流I1、I2的零点。由此可知，在零点P5处的一段极短时间ΔT内，电流I1、I2与I3接近于零，因此可使PWM控制器160所取样的电流有效值近似于灯管电流IL。
电流有效值取样控制器190的第二种范例电路显示于图12中，包含一电流绝对值位准检测电路196，其运作方式将配合图13的相关电压与电流信号波形图说明如下。
电流绝对值位准检测电路196检测流经电容C3的电流I3的电流位准，当电流I3的电流位准下降且绝对值小于一预定值IT时，其输出一逻辑高电压信号做为取样控制信号，使开关开启；反之，则输出一逻辑低电压信号做为取样控制信号，使开关关闭。
根据此种方式，参照图13的波形，在电流I3从IT下降至-IT的期间，亦即，在点P6与P7之间的时间T1+T2内，开关170开启，使PWM控制器160可在杂散电容的漏电流I1+I2零点二端的相同时间(T1＝T2)内进行取样。因此，在时间T1+T2内，电流I1、I2与I3等于零。换言之，PWM控制器160所取样的电流有效值恰等于灯管电流IL。
电流有效值取样控制器190的第三种范例电路显示于图14，包含一电流斜率检测电路198，其运作方式将配合图15的相关电压与电流信号波形图说明如下。
电流斜率检测电路198检测流经电容C3的电流I3波形的斜率，当电流I3的斜率大于一预定值ST时，其输出一逻辑高电压信号做为取样控制信号，使开关开启；反之，则输出一逻辑低电压信号做为取样控制信号，使开关关闭。
根据此种方式，参照图154的波形，在点P8与P9之间的时间T1+T2内，开关170开启，使PWM控制器160可在杂散电容的漏电流I1+I2零点二端的相同时间(T1＝T2)内进行取样。因此，在时间T1+T2内，电流I1、I2与I3等于零。换言之，PWM控制器160所取样的电流有效值恰等于灯管电流IL。
上述图4与图9的灯管驱动***中，虽是以换流器100的输出端的一节点(即变压器140二次侧线圈的一端)做为反馈点，然本发明的反馈取样控制电路亦可应用于以灯管200低压端做为反馈点的灯管驱动***中，而达到与前述相同的效果。。
参照图16与17，其分别在以灯管200低压端做为反馈点的灯管驱动***中，使用本发明第一具体例与第二具体例的反馈取样控制电路。在图16与17的电路中，开关170耦接于灯管200的低压端与PWM控制器160之间，利用其切换来控制取样的电流有效值。由于其动作原理与图4及图9类似，故在此不再赘述。
上述具体例仅为例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明的范围。任何熟悉本技术领域者均可在不违背本发明的技术原理及精神下，对具体例作修改与变化。本发明的权利保护范围应如后述的申请专利范围所述。
Claims (31)
1.一种用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，该灯管驱动***包含一换流器电路，用于将一直流电源转换为一交流电源，并供应至一灯管，及包含一反馈控制器，用于根据来自一反馈点的取样电流而调节该换流器电路，该取样电流包括一灯管电流成分及一杂散电容电流成分，该反馈取样控制电路包含：
一开关装置，电性耦接于该反馈控制器与该反馈点之间；及
一电流有效值取样控制器，用于根据来自该灯管的高压端的一电压或电流信号，而控制该开关装置的切换，藉以控制该反馈控制器从该取样电流接收的一电流有效值，使得该电流有效值中的杂散电容电流成分减到最小。
2.如权利要求1所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器，是根据该灯管的高压端的电压，而控制该开关装置的切换。
3.如权利要求1所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈取样控制电路又包含一电容器，其电性耦接于该灯管的高压端与一接地之间，而该电流有效值取样控制器，是根据流经该电容器的电流，而控制该开关装置的切换。
4.如权利要求1所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该杂散电容包括该灯管本身潜在的杂散电容。
5.如权利要求1所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该杂散电容包括灯管与周遭物体之间的潜布电容。
6.如权利要求1所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈控制器为一脉冲宽度调制控制器。
7.如权利要求1所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈点为该换流器的输出端之一节点。
8.如权利要求1所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈点为该灯管的低压端。
9.如权利要求1所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该换流器包含一驱动电路及一变压器。
10.如权利要求9所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈点为该变压器二次侧线圈的一端。
11.如权利要求2所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器包含一电压峰值检测电路。
12.如权利要求2所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器包含一电压直流位准检测电路。
13.如权利要求3所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器包含一电流零点检测电路。
14.如权利要求3所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器包含一电流绝对值位准检测电路。
15.如权利要求3所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，电流有效值取样控制器包含一电流斜率检测电路。
16.一种用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，该灯管驱动***包含一换流器电路，用于将一直流电源转换为一交流电源，并供应至一灯管，及包含一反馈控制器，用于根据来自一反馈点的取样电流而产生一反馈控制信号输出至该换流器，以调节该换流器所供应的交流电源，该取样电流包括一灯管电流成分及一杂散电容电流成分，该反馈取样控制电路包含：
一开关装置，电性耦接于该反馈控制器与该反馈点之间，其受一取样控制信号的控制而切换；
一电流有效值取样控制器，电性耦接至该灯管的高压端及该开关装置，根据该灯管高压端的一电压信号，而产生该取样控制信号，藉由控制该开关装置的切换，而使该反馈控制器从该取样电流接收的一电流有效值中的杂散电容电流成分减到最小。
17.如权利要求16所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈点为该换流器的输出端的一节点。
18.如权利要求16所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈点为该灯管的低压端。
19.如权利要求16所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器包含一电压峰值检测电路。
20.如权利要求19所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，在检测到该灯管高压端的电压信号的峰值时的一极短时间中，该电流有效值取样控制器产生该取样控制信号，使该开关装置开启。
21.如权利要求16所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器包含一电压直流位准检测电路。
22.如权利要求21所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，在检测到该灯管高压端的电压信号高于一预定位准时，该电流有效值取样控制器产生该取样控制信号，使该开关装置开启。
23.一种用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，该灯管驱动***包含一换流器电路，用于将一直流电源转换为一交流电源，并供应至一灯管，及包含一反馈控制器，用于根据来自一反馈点的取样电流而产生一反馈控制信号输出至该换流器，以调节该换流器所供应的交流电源，该取样电流包括一灯管电流成分及一杂散电容电流成分，该反馈取样控制电路包含：
一开关装置，电性耦接于该反馈控制器与该反馈点之间，其是受一取样控制信号的控制而切换；
一电容性负载，电性耦接于该灯管的高压端与一接地之间；及
一电流有效值取样控制器，电性耦接至该电容性负载及该开关装置，根据流经该电容性负载的一电流信号，而产生该取样控制信号，藉由控制该开关装置的切换，而使该反馈控制器从该取样电流接收的一电流有效值中的杂散电容电流成分减到最小。
24.如权利要求23所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈点为该换流器的输出端之一节点。
25.如权利要求23所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该反馈点为该灯管的低压端。
26.如权利要求23所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器包含一电流零点检测电路。
27.如权利要求26所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，在检测到流经该电容性负载的电流信号的零点时的一极短时间中，该电流有效值取样控制器产生该取样控制信号，使该开关装置开启。
28.如权利要求23所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，该电流有效值取样控制器包含一电流绝对值位准检测电路。
29.如权利要求28所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，在检测到流经该电容性负载的电流信号的绝对值低于一预定位准时，该电流有效值取样控制器产生该取样控制信号，使该开关装置开启。
30.如权利要求23所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，电流有效值取样控制器包含一电流斜率检测电路。
31.如权利要求30所述的用于灯管驱动***的反馈取样控制电路，其特征在于，在检测到流经该电容性负载的电流信号的斜率高于一预定斜率时，该电流有效值取样控制器产生该取样控制信号，使该开关装置开启。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100127 Termination date: 20110319 |