附图说明
图1所示为现有技术中使用直流/交流转换器驱动两根冷阴极荧光灯管的电路示意图。
图2所示为另一种现有技术中使用直流/交流转换器驱动两根冷阴极荧光灯管的电路示意图,其中在负载侧加入一电感器。
图3所示为现有技术中采用多组变压器直接驱动多根冷阴极荧光灯管的电路示意图。
图4所示为本实用新型的共模平衡元件示意图。
图5A所示为将本实用新型的共模平衡元件应用于一种直流/交流转换器电路来驱动两冷阴极荧光灯的第一实施例示意图。
图5B所示为将本实用新型的共模平衡元件应用于一种直流/交流转换器电路来驱动两根冷阴极荧光灯管的第二实施例示意图。
图6所示为采用本实用新型的第一实施例直流/交流转换器电路结构来驱动两根冷阴极荧光灯管,其流经两根冷阴极荧光灯电流大小的计算机仿真比较示意图。
图7A所示为将本实用新型第一实施例的直流/交流转换器电路结构应用于驱动多根冷阴极荧光灯管的示意图。
图7B所示为将本实用新型第二实施例的直流/交流转换器电路结构应用于驱动多根冷阴极荧光灯管的示意图。
图8A所示为将本实用新型的共模平衡元件应用于一种直流/交流转换器电路来驱动两根冷阴极荧光灯管的第三实施例示意图。
图8B所示为将本实用新型的共模平衡元件应用于一个直流/交流转换器电路来驱动两根冷阴极荧光灯管的第四实施例示意图。
图8C所示为以第三实施例为计算本实用新型共模平衡元件的电感值示意图。
图9所示为采用本实用新型第三实施例的直流/交流转换器电路结构来驱动两根冷阴极荧光灯管,其流经两根冷阴极荧光灯管电流大小的计算机仿真比较示意图。
图10A所示为将本实用新型第三实施例的直流/交流转换器电路结构应用于驱动多根冷阴极荧光灯的示意图。
图10B所示为将本实用新型第四实施例的直流/交流转换器电路结构应用于驱动多根冷阴极荧光灯的示意图。
图11A至图11D为图5B中的共模平衡元件输出端电流间的各种测试结果示意图。
图11E至图11H为图5B中的共模平衡元件输出端的输出电流与频率的比较示意图。
具体实施方式
在不限制本实用新型的精神及应用范围情况下,本实用新型的电路结构用四个较佳实施例来说明。熟悉本领域的技术人员,在了解本实用新型精神后,可将本实用新型的电路结构应用于各种不同转换器电路中。本实用新型给出的电路结构能使所有灯管均匀地且同时点亮。本实用新型还在电路中采用共模平衡元件使得流经所有灯管的电流达到平衡。而且,本实用新型仅需一个变压器的一个次级线圈来驱动多个冷阴极荧光灯管,因此变压器的尺寸也得以减小。本实用新型的应用将不受限于以下所述的较佳实施例。
本实用新型给出了一种用来驱动多个冷阴极荧光灯管的直流/交流转换器电路结构。该电路结构在负载与负载之间加一共模平衡元件,其连接到直流/交流转换器电路中的变压器次级线圈侧,使得负载与负载间的电流彼此平衡。本实用新型的共模平衡元件示意图如图4所示,其中流经第一绕组N1的电流为I1,而流经第二绕组N2的电流为I2,根据变压器的基本原理可得出下式:
N1×I1-N2×I2=0
I1/I2=N2/N1
若第一绕组N1与第二绕组N2设计成砸数相等且极性相反,则电流I1与I2相等。换句话说,根据第一绕组N1与第二绕组N2的设计,可让电流I1与电流I2相等。因此,若将该共模平衡元件的第一绕组N1端与第二绕组N2分别外接一冷阴极荧光灯管,且砸数N1和N2相同,则该共模平衡元件可确保流经外接冷阴极荧光灯管的电流相同。
如图5A所示为将本实用新型的共模平衡元件300应用于一种驱动两根冷阴极荧光灯管的直流/交流转换器电路的第一实施例示意图。其中直流电源200用来提供一直流电源,并通过一全桥式电路202与变压器初级线圈204相连接,而变压器次级线圈206则通过两个高压电容208和210分别与两根冷阴极荧光灯212和214相连接。两根冷阴极荧光灯管212与214分别连接本实用新型共模平衡元件300的两个绕组,其中冷阴极荧光灯214与第一绕组N1相接,冷阴极荧光灯212与第二绕组N2相接。该共模平衡元件300的输出端与两个相串联的二极管(dualdiode)220相接,从而将输出端电流反馈至全桥式电路202。接收该反馈信号后,全桥式电路202中的控制器相应调节电源的输出。全桥式电路202也可改用半桥式电路、推挽式电路或Royer式电路等。共模平衡元件的结构与变压器结构类似,其材料可使用金属粉材料(MPP Powder Cores)、微金属粉材料(MicrometalsPowdered Iron Core)、磁性材料(Ferrite EE-core)、Pot-Core或Toroid core等。
图5B所示为将本实用新型的共模平衡元件300应用于一种驱动两根冷阴极荧光灯管的直流/交流转换器电路的第二实施例示意图。其中直流电源200用来提供一直流电源,并通过一全桥式电路202与变压器初级线圈204相连接,而变压器次级线圈206则通过两个高压电容208和210与本实用新型共模平衡元件300的两输入端相连接。该共模平衡元件300的两个输出端则分别与两根冷阴极荧光灯212与214相接,其中冷阴极荧光灯214与第一绕组N1相接,冷阴极荧光灯212与第二绕组N2相接,其中冷阴极荧光灯214的另一端与两个相串联的二极管(dualdiode)220相接,从而将输出端电流反馈至全桥式电路202。该全桥式电路202也可改用半桥式电路、推挽式电路或Royer式电路等。该共模平衡元件的结构与变压器结构类似,其材料可使用金属粉材料(MPP Powder Cores)、微金属粉材料(Micrometals Powdered Iron Core)、磁性材料(Ferrite EE-core)、Pot-Core或Toroid core等。
换句话说,本实用新型的共模平衡元件300可置于冷阴极荧光灯的高压侧或冷阴极荧光灯的低压侧,根据共模平衡元件300的设计,可使流经共模平衡元件300第一绕组N1的电流与流经第二绕组N2的电流相平衡。
以图5A所示电路为例,其中共模平衡元件300中所需的电感值大小可采用下述方式得到。由于冷阴极荧光灯为负电阻特性,因此在推导过程中使用两个负载R1与R2来分别替换两个冷阴极荧光灯212与214,从而冷阴极荧光灯212两端的电压差可假设成VR1,而冷阴极荧光灯214两端的电压大小可假设成VR2,根据克希尔夫电压定律(Kirchhoff’s Law)可得出下两式:
VO=V208+VR1+VL1 (1)
VO=V210+VR2-VL2 (2)
其中VO为变压器次级线圈206的输出电压,V208为高压电容208两端的电压大小,VL1则为共模平衡元件300第一绕组的电压值,V210为高压电容210两端的电压大小,VL2则为共模平衡元件300的第二绕组的电压值。
接着利用复数替换上述电感值与电容值,并假设高压电容208与210的电容值相等均为C,且共模平衡元件300中第一绕组N1的电感值与第二绕组N2的电感值相等且均为L,共模平衡元件的耦合系数为K,则通过对第(1)与第(2)式的运算可得出下式:
第(3)式表现为各元件间彼此的关系,因此可根据第(3)式计算出共模平衡元件的电感值大小。例如,若R1为120K欧姆,R2为90K欧姆,共模平衡元件的耦合系数K则为0.85,且所使用的高压电容208与210的电容值为39皮法,则共模平衡元件300中第一绕组N1的电感值与第二绕组N2的电感值为409m亨利。
图6所示为利用本实用新型第一实施例的直流/交流转换器电路结构来驱动两根冷阴极荧光灯,其流经两根冷阴极荧光灯管的电流大小的计算机仿真比较示意图。由图中可看出,流经两冷阴极荧光灯电流大小几乎完全相等,显然,本实用新型的电路结构可平衡分别流经两根冷阴极荧光灯管的电流。
图7A所示为将本实用新型第一实施例的直流/交流转换器电路结构应用于驱动多根冷阴极荧光灯的示意图。其中直流电源200用来提供一直流电源,并通过一全桥式电路202与变压器初级线圈204相连接,而变压器次级线圈206则连接多个高压电容C1至Cn,而每一个高压电容均与一个相对应的冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn相接,而任意两个相邻的冷阴极荧光灯分别连接到一个共模平衡元件。换句话说,利用本实用新型的直流/交流转换器电路结构驱动多根冷阴极荧光灯时,其所使用的共模平衡元件数目为所需驱动的冷阴极荧光灯数目减一。因此若所需驱动的冷阴极荧光灯数目为N,其所需使用的共模平衡元件数目则为(N-1)。
另一方面,共模平衡元件CC1使得流经冷阴极荧光灯CCFL1与冷阴极荧光灯CCFL2的电流相平衡;共模平衡元件CC2使得流经冷阴极荧光灯CCFL2与冷阴极荧光灯CCFL3的电流相平衡。依此类推,共模平衡元件CCn-1则会使得流经冷阴极荧光灯CCFLn-1与冷阴极荧光灯CCFLn的电流相平衡,因此,在本实用新型的直流/交流转换器电路结构中增加共模平衡元件,可让流经冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn的电流彼此平衡。
而共模平衡元件CCn-1的一个输出端与两串联二极管(dual diode)220的相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。其中全桥式电路202也可改用半桥式电路、推挽式电路或Royer式电路等。共模平衡元件的结构与变压器结构类似,其材料可使用金属粉材料(MPP Powder Cores)、微金属粉材料(Micrometals PowderedIron Core)、磁性材料(Ferrite EE-core)、Pot-Core或Toroid core等。
另一方面,如图7A所示,此(N-1)个共模平衡元件的两输出端,其中的一个输出端与前一级的共模平衡元件的一个输出端相接,而另一输出端则接地。例如共模平衡元件CCM的一个输出端接地,另一个输出端则与相邻的共模平衡元件CCM-1的一个输出端相连接,其中M=2,3,……N-1。但值得注意的是,此(N-1)个共模平衡元件的接地输出端也可相连在一起并与两相串联的二极管(dualdiode)220相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。
图7B所示为本实用新型第二实施例的直流/交流转换器电路结构应用于驱动复数根冷阴极荧光灯管的示意图。其中直流电源200用来提供一直流电源,并通过一全桥式电路202与变压器初级线圈204相连接,变压器次级线圈206则和多个高压电容C1至Cn相连接,而任意相邻的两个高压电容会分别连接到一个共模平衡元件的两输入端,而每一共模平衡元件的输出端均会与相应的冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn相接。换句话说,当利用本实用新型的直流/交流转换器电路结构来驱动多根冷阴极荧光灯管时,其所使用的共模平衡元件数目同样为所驱动的冷阴极荧光灯数目减一。因此若所驱动的冷阴极荧光灯数目为N,其所需使用的共模平衡元件数目则为(N-1)。
另一方面,共模平衡元件CC1使得流经冷阴极荧光灯CCFL1与冷阴极荧光灯CCFL2的电流相平衡;共模平衡元件CC2会让流经冷阴极荧光灯CCFL2与冷阴极荧光灯CCFL3的电流相平衡。依此类推,共模平衡元件CCn-1会使得流经冷阴极荧光灯CCFLn-1与冷阴极荧光灯CCFLn的电流相平衡。因此,在本实用新型的直流/交流转换器电路结构中增加共模平衡元件,可使流经冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn的电流彼此相平衡。
冷阴极荧光灯CCFLn的输出端与两串联二极管(dual diode)220的连接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202,该反馈信号调节全桥电路202来输出需要的功率。其中全桥式电路202也可改用半桥式电路、推挽式电路或Royer式电路等。而共模平衡元件的结构与变压器结构类似,其材料可使用金属粉材料(MPP PowderCores)、微金属粉材料(Micrometals Powdered Iron Core)、磁性材料(FerriteEE-core)、Pot-Core或Toroid core等。
另一方面,如图7B所示,冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn的输出端彼此相连在一起并和两串联二极管(dual diode0220的共同接点相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。但值得注意的是,也可以只把一个冷阴极荧光灯CCFLn的输出与两串联二极管220的共同接点相接,而其余的冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn-1的输出端均接地,仍可达到本实用新型的目的。
图8A所示为本实用新型的共模平衡元件300应用于一种直流/交流转换器电路来驱动两冷阴极荧光灯的第三实施例示意图。其中直流电源200用来提供一直流电源,并通过一全桥式电路202与变压器初级线圈204相连接,而变压器次级线圈206则连接两个高压电容208与210,其中高压电容210连接本实用新型的共模平衡元件300,而共模平衡元件300的两输出端分别连接两根冷阴极荧光灯管212与214。冷阴极荧光灯214连接到第一绕组,冷阴极荧光灯212连接到第二绕组。冷阴极荧光灯214和212的输出端彼此连接且与两串联二极管(dual diode)220的共同接点相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。全桥式电路202也可改用半桥式电路、推挽式电路或Royer式电路等共模平衡元件的结构与变压器结构类似,其材料可使用金属粉材料(MPP Powder Cores),微金属粉材料(Micrometals Powdered Iron Core)、磁性材料(Ferrite EE-core)、Pot-Core或Toroid core等。其中第三实施例和第二实施例最大的不同之处在于,其共模平衡元件仅外接一高压电容210。
图8B所示为本实用新型的共模平衡元件300应用于一种直流/交流转换器电路来驱动两根冷阴极荧光灯管的第四实施例示意图。其中直流电源200用来提供一直流电源,并通过一全桥式电路202与变压器初级线圈204相连接,而变压器次级线圈206则连接两高压电容208和210,其中高压电容210连接两根冷阴极荧光灯212和214的一输入侧,而此两根冷阴极荧光灯212与214的另一输出侧则分别与本实用新型的共模平衡元件300的第一绕组和第二绕组相接。共模平衡元件300的两个输出端和两串联二极管(dual diode)220的共同接点相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。全桥式电路202亦可改用半桥式电路,推挽式电路或Royer式电路等。共模平衡元件的结构与变压器结构类似,其材料可使用金属粉材料(MPP Powder Cores),微金属粉材料(Micrometals Powdered Iron Core),磁性材料(Ferrite EE-core),Pot-Core或Toroid core等。其中第四实施例与第一实施例最大的不同之处在于,其共模平衡元件仅外接一高压电容210。
与第一和第二实施例相似,第三和第四实施例中的本实用新型的共模平衡元件300亦可置于冷阴极荧光灯的高压侧或冷阴极荧光灯的低压侧,根据共模平衡元件300的设计,可将流经共模平衡元件300第一绕组N1的电流与流经第二绕组N2的电流相平衡。
以图8A所示的电路为例,其中共模平衡元件300的电感值大小可采用下述的方式得出。由于冷阴极荧光灯为负电阻特性并考虑到其寄生电容,计算过程中,使用并联的一个电阻和一个电容来代替一根冷阴极荧光灯管。接着,将此并联的电阻和电容转换成串联型式。如图8C所示,使用两组串联的电阻电容负载(R1、C1)与(R2、C2)来分别替换两根冷阴极荧光灯管212与214。因此,如图8所示,冷阴极荧光灯214输入端与输出端的电压差为(VR1+VC1),冷阴极荧光灯212输入端与输出端的电压差为(VR2+VC2)。共模平衡元件300中第一绕组300a的端电压为VO1,共模平衡元件300中第二绕组300b的端电压为VO2,因此根据克希尔夫电压定律(Kirchhoff’s Law)可得出下面两式:
VT=VO1+VR1+VC1 (4)
VT=-VO2+VR2+VC2 (5)
其中VT为电容210与共模平衡元件300连接点的电压。
接着利用复数代换上述的电容值,假设流经第一绕组300a的电流为I1,流经第二绕组300b的电流为I2,则第(4)与第(5)式转换为如下两式所示:
VT=VO1+I1×R1+I1×(1/jωC1) (6)
VT=-VO2+I2×R2+I2×(1/jωC2) (7)
因为流经第一绕组300a的电流I1与流经第二绕组300b的电流I2大小相等,且假设共模平衡元件300中第一绕组的电感值与第二绕组的电感值相等且均为L,共模平衡元件的耦合系数为K,则通过对第(6)与第(7)式的运算可得出下式:
因此可根据第(8)式计算出共模平衡元件的电感值大小。例如,若R1为120K欧姆,R2为90K欧姆,共模平衡元件的耦合系数K为0.85,且频率为50K赫兹,则共模平衡元件300中第一绕组300a的电感值与第二绕组300b的电感值为650m亨利。
图9所示为利用本实用新型第三实施例的直流/交流转换器电路结构来驱动两根冷阴极荧光灯,其流经两根冷阴极荧光灯电流大小的计算机仿真比较示意图。由图中可看出根据本实用新型的电路结构来驱动两根冷阴极荧光灯,其流经两冷阴极荧光灯电流几乎相等。显然,本实用新型的电路结构可以平衡流经两根冷阴极荧光灯管的电流。
图10A所示为本实用新型第三实施例的直流/交流转换器电路结构应用于驱动多根冷阴极荧光灯的示意图。其中直流电源200用来提供一直流电源,并通过一全桥式电路202与变压器初级线圈204相连接,变压器次级线圈206则连接两个高压电容206与210,而高压电容210与多个共模平衡元件CC1至CCn相连接,每一共模平衡元件的输出端均会与相应的冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn相接。换句话说,当利用本实用新型的直流/交流转换器电路结构来驱动多根冷阴极荧光灯管时,其所使用的共模平衡元件数目同样为所驱动的冷阴极荧光灯数目减一。因此若所驱动的冷阴极荧光灯数目为N,则其所需使用的共模平衡元件数目为(N-1)。
另一方面,共模平衡元件CC1使得流经冷阴极荧光灯CCFL1与冷阴极荧光灯CCFL2的电流相平衡,共模平衡元件CC2会使流经冷阴极荧光灯CCFL2与冷阴极荧光灯CCFL3的电流相平衡。依此类推,共模平衡元件CCn-1则会使得流经冷阴极荧光灯CCFLn-1与冷阴极荧光灯CCFLn的电流相平衡。因此,在本实用新型的直流/交流转换器电路结构中加入共模平衡元件,可使流经冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn的电流彼此相平衡。
冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn的输出端与两串联二极管(dual diode)220的共同接点相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。其中全桥式电路202也可改用半桥式电路、推挽式电路或Royer式电路等。共模平衡元件的结构与变压器结构相类似,其材料可使用金属粉材料(MPP Powder Cores)、微金属粉材料(Micrometals Powdered Iron Core),磁性材料(Ferrite EE-core)、Pot-Core或Toroid core等。
另一方面,如图10A所示,该N个冷阴极荧光灯输出端彼此相连在一起,并和两个串联二极管(dual diode)220的共同接点相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。在该电路结构中也可以仅把一个冷阴极荧光灯CCFLn与两个串联二极管220的共同接点相接,而其余的冷阴极荧光灯的输出端均接地,仍可达到本实用新型的目的。
图10B所示为本实用新型第四实施例的直流/交流转换器电路结构应用于驱动多根冷阴极荧光灯的示意图。其中直流电源200用来提供一直流电源,并通过一全桥式电路202与变压器初级线圈204相连接,变压器次级线圈206则连接两高压电容208与210,而高压电容210与多个冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn相接,任何两根相邻的冷阴极荧光灯分别连接到相应的共模平衡元件CC1至CCn。换句话说,利用本实用新型的直流/交流转换器电路结构驱动多根冷阴极荧光灯时,其所使用的共模平衡元件数目为所驱动的冷阴极荧光灯数目减一。因此若所驱动的冷阴极荧光灯数目为N,则其所需使用的共模平衡元件数目为(N-1)。
另一方面,共模平衡元件CC1使得流经冷阴极荧光灯CCFL1与冷阴极荧光灯CCFL2的电流相平衡,共模平衡元件CC2会使流经冷阴极荧光灯CCFL2与冷阴极荧光灯CCFL3的电流相平衡。依此类推,共模平衡元件CCn-1则会使得流经冷阴极荧光灯CCFLn-1与冷阴极荧光灯CCFLn的电流相平衡,因此,根据加入本实用新型的共模平衡元件,可以使流经冷阴极荧光灯CCFL1至CCFLn的电流彼此相平衡。
共模平衡元件CCn-1的一输出端与两串联二极管(dual diode)220的共同接点相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。其中全桥式电路202亦可改用半桥式电路、推挽式电路或Royer式电路等。共模平衡元件的结构与变压器结构类似,其材料可使用金属粉材料(MPP Powder Cores)、微金属粉材料(MicrometalsPowdered Iron Core)、磁性材料(Ferrite EE-core)、Pot-Core或Toroid core等。
另一方面,如图10B所示,该(N-1)个共模平衡元件的两个输出端中的一个输出端与相邻的另一共模平衡元件的一个输出端相接,而另一输出端则接地。例如共模平衡元件CCM的一个输出端接地,另一个输出端则与相邻的共模平衡元件CCM-1的一个输出端相连接,其中M=2,3,……N-1。但值得注意的是,该(N-1)个共模平衡元件的接地输出端也可相连在一起并和两个串联二极管(dual diode)220的共同接点相接,用来将输出端电流反馈至全桥式电路202。
图11A至图11D所示为对本实用新型的图5B的共模平衡元件300两个输出端电流的进行测试的测试结果示意图。其中设流经N1绕组的电流为IO1,流经N2绕组的电流为IO2,则其测试条件与测试结果如下所示:
环境温度:25℃
电流点测针:Tektronix P6022,S/N:011-0161-00
电源供应器:GW GPC-3030D
计量仪:HP 34401A
测试结果:
流经N1绕组电流IO1 |
流经N2绕组电流IO2 |
电流差异 |
|
8.15mA |
8.11mA |
0.04mA |
图11A |
6.80mA |
6.86mA |
0.06mA |
图11B |
5.60mA |
5.53mA |
0.07mA |
图11C |
3.91mA |
3.88mA |
0.03mA |
图11D |
显然,从上表可以看出,流经N1绕组的电流IO1与流经N2绕组的电流IO2,两者间的差异很小。
图11E至图11H为本实用新型的图5B中共模平衡元件300的输出端的输出电流与频率的关系示意图。其中设流经N
1绕组的电流为I
O1,流经N
2绕组的电流为I
O2,则其测试结果如下所示:
频率 |
流经N1绕组电流IO1 |
流经N2绕组电流IO2 | |
60Khz |
8.13mA |
8.10mA |
图11E |
55Khz |
8.14mA |
8.10mA |
图11F |
50Khz |
8.12mA |
8.10mA |
图11G |
47Khz |
8.14mA |
8.10mA |
图11H |
显然,从上表可以看出,电流IO1和IO2不受频率影响。
由上述本实用新型的最佳实施例和测试结果可知,本实用新型的电路结构具有以下优点:第一,在一个变压器驱动多个冷阴极荧光灯,此电路结构可使每一灯管的电流平衡,且冷阴极荧光灯的结构和数量不影响本实用新型的电流平衡;第二,当驱动多根冷阴极荧光灯时该电路无需多个变压器。总之,本实用新型电路结构减小了元件数量,体积小成本低。
本领域的技术人员知道,虽然下面的详细描述是基于给出的最佳实施例,但是本实用新型并不仅仅局限于这些实施例。本实用新型旨在涵盖权利要求的精神和范围内的各种改进和类似调整。在阐述本实用新型的一个较佳实施例的同时,仍然存在多种不脱离本实用新型的精神和范围的改进。