专利名称：在背光反相器中用于恒定光输出的频率前馈的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及信息处理系统的电源领域，尤其涉及为驱动放电灯如冷阴极荧光灯(CCFL)而有效供电的技术。
背景技术：
随着信息的价值和使用持续增长，个人和商务都在寻找获得、处理和存储信息的其它途径。用户的一个可选择项是信息处理系统。信息处理系统(IHS)通常处理、编辑、存储和/或交流商务、个人或其它方面的信息或数据，由此使用户利用该信息的价值。由于技术和信息处理的需要和要求在不同用户或应用之间是不同的，因此考虑到处理什么信息、怎样处理该信息、处理、存储或交流了多少信息以及怎样可以快速和有效地处理、存储或交流该信息，信息处理系统可以是不同的。信息处理系统中的差异要考虑到通用的或为特定用户或特定使用如金融贸易处理、航线预约、企业数据存储或全球通信配置的信息处理系统。另外，信息处理系统可以包括各种硬件和软件，它们可以配置成处理、存储和交流信息，并且可以包括一个或多个计算机系统、数据存储系统和网络系统。
由于基于液晶显示器(LCD)面板的显示器体积小、功率损耗低，其已经通常在许多IHS系统中使用。尽管有不同类型的背光(如包括放电灯的光源)，这些类型的背光目前用于对最新的LCD面板进行背光，可是最常使用CCFL(也已知为冷阴极荧光管(CCFL))。为了保持电路的工作稳定性以及具有改变灯亮度的能力，用于对CCFL供电的电路通常需要可控的交流(AC)电源和反馈回路，以精确监控灯中的电流。这种电路典型地会产生以高电压首次打开CCFL时，然后当电流开始流过灯时，该电压降低。例如位于983 University Ave，Building D，Los Gatos，CA95032，USA的Monotithic Power Systems，Inc.提供用于驱动CCFL的MP1015电源电路芯片。
这种电路典型地还包括反相电路，以将作为输入接收的直流(AC)电压转换成作为输出产生的调整的AC电压。反相电路典型地包括控制器组件如基于脉宽调制器(PWM)的控制器。各种已知的反相电路结构或“拓扑”包括Royer变换器、整桥或半桥反相器。
CCFL电力消耗可能占IHS系统尤其是便携式系统电力需要的极大部分(如在一些情况下直到50％)。因此，通过改进CCFL供电的供电效率从而在延长电池寿命和减少再充电频率方面获得优势，这是相当重要的。
在传统的基于反相器的电力电路中，输入电压的改变引起电力转换效率的减少。例如，当适配器从便携式IHS系统例如笔记本电脑拔出/插入便携式IHS系统时，至LCD背光反相器的电压在从AC适配器电压(大约在18V和22V之间)至电池电压(大约在9V和17V之间)的范围变化。该改变的电压引起LCD亮度级的显著改变，通常将其认为是闪烁。
CCFL的亮度输出是工作频率的函数。图1A表示商业性可得的CCFL的LCD亮度(Y轴所示)与频率(X轴所示)测量值之间相比较的图表关系。曲线110、120和130表示6mA、5mA和4mA的灯电流。
反相器的电力转换效率是输入电压的函数。图1B表示商业性可得反相器的频率改变(Y轴所示)与输入电压(X轴所示)测量值之间相比较的图表关系。
图1C表示市场上反相器的频率改变(Y轴所示)与输入电压(X轴所示)测量值之间相比较的图表关系。由此，背光反相器的频率作为引起亮度改变的输入电压的函数而改变，并且频率的改变引起反相器效率的降低。
因此，需要改进为CCFL供电的电路的效率。尤其是，需要研发用来在改变电压和频率条件下提高反相器效率的工具和技术。由此，希望提供用来改进IHS的反相器的工具和技术，使这种IHS的改进的反相器消除上述现有技术中出现的缺点。
发明内容
一个实施例相应地提供用于接收表示初级电流的第一输入的脉冲启动组件。该脉冲启动组件响应于第一输入的过零而生成第一输出。脉冲持续组件用来接收表示负载电流的第二输入和表示直流(DC)输入电压的第三输入。该脉冲维持组件用来响应于第二和第三输入而生成第二输出。延时组件用来接收第一输出和DC输入电压。延时组件引起延时，以生成被延时的第一输出。逻辑组件用来接收被延时的第一输出和第二输出，以生成多个控制信号。多个开关用来响应接收多个控制信号将DC输入转换成初级电流。设置滤波器组件，用来对生成负载电流的初级电流进行滤波。
通过根据在此提出的实施例的方法和系统可以获得几个优点。由于反相器包括使反相器在恒定转换频率时有效工作的可变延时机构，因此这些实施例有利地提供了用于改进的反相器的系统和方法。通过维持恒定的转换频率提高了反相器的效率。此外，反相器具有适应DC输入电压的改变以及脉宽变化的能力。
上述图1A表示根据现有技术的商业性可得的CCFL的LCD亮度与频率测量值之间相比较的图表关系；上述图1B表示根据现有技术的商业性可得反相器的效率改变与输入电压测量值之间相比较的图表关系；上述图1C表示根据现有技术的市场上反相器的频率改变与输入电压测量值之间相比较的图表关系；图2表示根据实施例用来给负载供电的反相器；图3A表示与无延时的反相器相关的波形；图3B表示根据实施例的与具有延时的反相器相关的波形；图4A表示根据该实施例的图2的延时组件230的详图；图4B表示根据一实施例的图3B的延时td316和图2的DC输入电压201之间的图表关系；图5表示根据实施例用来提高反相器效率的方法的流程图；以及图6表示根据实施例具有改进的反相器的信息处理系统的方块图。
具体实施例方式
本发明所公开的被认为是具有特色的新颖的特征在附带的权利要求中提出。可是结合附图参考下列实施例的详细描述将更好地理解本发明公开的内容以及使用的优选模式、各种目标和其优点。在此所描述的各种电路、装置或组件依据应用的需要可以作为硬件(包括分离的组件、集成电路和基于芯片的系统)、固件(包括应用专用集成电路和可编程芯片)以及/或软件或这些的组合而实现。
DC输入电压的改变引起传统反相器电路频率的改变，由此引起CCFL亮度级的改变。更重要的，为CCFL供电的传统反相器的效率随着DC输入电压的增加而降低。希望在改变电压和频率条件下提高反相器的频率。由于DC输入电压的改变使背光工作频率改变的问题可以通过增加频率前馈项而有效消除。这项技术提供了在整个DC输入电压范围内的恒定频率，并且改进了在整个DC输入电压范围内的效率。
根据该实施例，在改进的为负载供电的反相器的方法和系统中，反相器接收DC输入。包括在反相器中的多个开关通过多个控制信号而控制，以响应于DC输入生成AC输出。由多个开关提供的AC输出电流的过零被检测，响应于该过零延迟多个开关的控制。相应于DC输入的改变调整延迟量，以有效维持反相器的恒定转换频率。对由多个开关提供的延迟AC输出电流进行滤波，以给负载供电。
图2表示根据实施例给负载290供电的改进的反相器200。该反相器200包括下列组件a)脉冲启动组件210、b)脉冲持续组件220、c)延时组件230、d)逻辑组件240、e)多个开关250以及f)滤波器组件260。
在一实施例中，滤波器组件260包括具有与次级部分264电磁耦合的初级部分262的变压器。该初级部分262电耦合多个开关250。初级电流263流过初级部分262，并且通过初级部分262的一对端子268测量初级电压(未示出)。次级部分264电耦合负载290。也是负载电流的次级电流265流过次级部分264。在该实施例中，负载290是CCFL。
可运行脉冲启动组件210以接收表示初级电流263的第一输入212。脉冲启动组件210响应于初级电流263的过零生成第一输出214。即，当第一输入值等于零时生成第一输出214。
脉冲维持组件220工作，以接收表示第二电流265的第二输入222和表示直流(DC)输入电压201的第三输入224，其中第二电流265也是负载电流。该DC输入电压201还可以称为DC总线。该DC输入电压201可以在电池电压(大约在9V和17V之间)和AC适配器电压(大约在18V和22V之间)之间变化。该脉冲维持相应于第二输入222和第三输入224生成第二输出226。
延时组件230设置在脉冲启动组件和逻辑组件240之间，以给第一输出214施加延时。该延时组件230接收第一输出214和第三输入224(表示DC输入电压201)，引起延时以生成被延时的第一输出232。在一实施例中，延时的变量是可选择的，以有利地维持反相器200的恒定的转换频率，由此提高反相器200的效率。在一实施例中，相应于DC输入电压201值的改变，由延时组件230来选择延时的特定值，以维持68kHz的恒定转换频率。用来选择恒定转换频率的特定值的范围通常可以从40kHz变化至160kHz。图3A和3B中描述了延时的时间方面的其它描述。图4A和4B中描述了延时组件230结构的进一步的细节以及用于延时的特定值的选择。
逻辑组件240工作，以接收延时的第一输出232和第二输出226，以生成用来控制多个开关250的多个控制信号242。多个开关250控制从DC输入电压201电源至滤波器组件260的电流。由此多个开关250控制初级电流263的值和方向，并由此控制第二电流265和流过负载290的电流。
在一实施例中，包括在多个控制信号242中的每个控制信号控制包括在多个开关250中的对应开关。每个控制信号通过将控制开关设置成ON或OFF状态来控制对应的控制开关，或通过控制时间段(timeperiod)使该开关维持ON或OFF状态。在一实施例中，多个开关250中的每个开关是MOSFET器件。
多个开关250可以配置成多种结构如半桥和整桥。在已描述的该实施例中，多个开关配置成包括四个开关的整桥电路。在该实施例中，多个控制信号242包括四个控制信号，其可工作以控制对应的四个开关。多个开关250通过一对端子268与初级部分262电耦合。在多个开关250的一对端子252上测量的AC输出具有恒定的转换频率，这是由于使用了延时引起的。
图3A表示与无延时的反相器相关的波形。在该图示中，并不存在延时，或具有值为0的延时。第一输出214(未示出)与延时的第一输出232(未示出)相同。此外，在这对端子268上的初级电压基本上记录(track)多个开关250的AC输出252。反相器200的频率间接通过端子252上的输出的电压波形的脉宽来确定。脉冲的极性可以是正、负或等于0。与脉宽短时的高输入电压相比较，在低输入电压时的脉宽要长。即，为了将相同的电力传送给负载290，工作(duty)周期减少。在图示中，当由于没有延时组件230或延时为0初级电流263的过零时反相器电路200检测到脉冲启动。如果由于DC输入电压201的值的改变使脉冲在宽度上变化，下一脉冲的随后的过零也会变化，由此引起可变的转换频率。
在时间t＝t0310时，端子252上的输出从初始值V0312(如0V)增加至V2314电压值的增加值。当选择的多个开关250响应于端子252上的输出的改变而打开ON时，由于V＝L*(di/dt)使得可利用更多的电压来改变变压器漏电感中的电流，因此初级电流263从初始值I0(如0A)上升至I2的最大值。初始电流263持续增加的持续时间为工作周期的tON312时间段。在t＝t1320时，端子252上的输出降至V0。初始电流衰减至I0。初级电流263持续降低的持续时间是工作周期的tON312时间段。在t＝t2330时，通过脉冲启动元件210来检测初级电流263的过零。响应于该过零，多个开关250设置成PN或OFF状态，重复该周期。在图示中，脉冲宽度(如tON312+tOFF314)随着DC输入电压201变化而变化。因此，希望提供改进反相器200的效率的恒定的转换频率。
图3B表示根据实施例与具有延时的反相器200相关的波形。在该实施例中，延时组件230(未示出)引起(或利用)延时td316，该延时是在响应于该过零301而改变包括在多个开关250(未示出)中的开关状态时形成的。即，从过零时间t2330至开关状态改变的时间t3340施加延时td316。如之前所述，施加的延时td316值的数量随着DC输入电压201而改变。引入可变的延时td316引起第一输入212的随后的过零，以相对之前的过零保持不变，由此有利地产生等定转换频率如68KHz。在恒定转换频率时使反相器200工作有利地提高了效率，如图1A和1B所述。延时td316引起时间段tOFF314的调整，以维持恒定的转换频率。
图4A表示根据实施例的图2的延时组件230结构的详细构成。在该描述的实施例中，延时组件230包括1)互导放大器410、2)反相器420、3)MOSFET开关430、4)电容器440以及5)比较器450。如图2所述，延时组件230设置在脉冲启动组件210和逻辑组件240之间，以在第一输出214上施加延时。延时组件230的输出是延时的第一输出232。
互导放大器410作为具有下列等式的可编程电流源IOUT＝(VR1-VIN)*gm，其中VR1表示标准参考，IOUT414表示电流输出。在该描述的实施例中，VIN416表示系统电源(PWR_SRC)(未示出)，如AC适配器或电池。通常VIN416低于VR1412。当VIN为其最小值(与PWR_SRC上的低电压相对应)时，IOUT414为其最大值。当VIN为其最大值(与PWR_SRC上的高电压相对应)时，IOUT414为其最小值。IOUT414给电容器440充电。少量的IOUT414以比较大值的IOUT414小的流量给电容器440充电。当电容器440上的电压上升至VR2418(另一个参考电压)以上时，作为延时的第一输出232的输出升高。如果VIN416为其最大值，并且第一输出214从低至高转变，那么MOSFET430关闭，电容器440电压开始从0V充电。IOUT414将以最大的流量给电容器440充电。这引起从低至高转变的第一输出214到从低至高上升的延时的第一输出232之间的最小的延时。在另一种情况下，当VIN416为其最大值时，这导致IOUT414处于其最小值，进一步引起从低至高转变的第一输出214到从低至高上升的延时的第一输出232之间的最大的延时。当第一输出214变低时，MOSFET 430打开，电容器440以独立于IOUT414的流量放电。尽管已经解释和描述了该实施例，但还可以考虑进行改变和替代。例如，延时组件230可以通过别的方式如可编程逻辑芯片来实现。
图4B表示根据该实施例的图3B的延时td316(Y轴所示)和图2的DC输入电压201(X轴所示)之间的图表关系。在该描述的实施例中，延时td316是可变的。响应于DC输入电压201，延时td316的特定值是可选择的。即，该曲线图限定了用于DC输入电压201的选定值的延时td所需的特定值。延时td316的特定值引起tOFF314时间段(未示出)的调整，以维持68KHz的恒定转换频率。
图5是根据实施例表示用来提高给负载290供电的反相器200效率的方法的流程图。在步骤510中，通过多个开关250接收DC输入201。在步骤520中，响应于DC输入201，通过多个控制信号242控制多个开关250，以至于生成端子252上的AC输出。在步骤530中，通过滤波器组件260对多个开关250的端子252上的输出进行滤波，以生成滤波过的AC输出来给负载290供电。在步骤540中，通过脉冲启动组件210检测端子252上的AC输出的过零。在步骤550中，多个开关250的控制被延时td316，以响应于DC输入201的变化有效的维持反相器200恒定的转换频率。
可以添加、省略、组合、替代或以不同的顺序实施上述各个步骤。例如，在该实施例中，步骤540和550可以在步骤530之前进行。
本发明所公开的IHS可以包括任何手段或手段的组合，这些手段是可用于计算、分类、加工、传输、接收、检索、首创、转换、存储、显示、表示、检测、记录、复制、处理或使用任何形式的信息、智力或用于商业、科学、控制或其它方面的数据。例如，IHS可以是包括笔记本电脑的个人计算机、个人数字助理、蜂窝电话、游戏控制台、网络存储器或任何其它合适的装置，它可以在大小、形状、性能、功能以及价格方面改变。
IHS可以包括随机存取存储器(RAM)、一个或多个处理手段如中央处理单元(CPU)或硬件或软件控制逻辑、ROM、和/或其它类型的新颖的存储器。IHS另外的组件可以包括一个或多个磁盘驱动器、用于与外部设备进行通信的一个或多个网络端口以及各种输入和输出(I/O)设备如键盘、鼠标以及视频显示器。IHS还可以包括一个或多个总线，可在各种硬件之间传输通信。
图6表示根据实施例具有改进的反相器的信息处理系统600的方块图。信息处理系统600包括处理器610、系统随机存取存储器(RAM)620(也称为主存储器)、非依电性ROM622存储器、显示器605、键盘625以及用来控制各种其它输入/输出设备的I/O控制器640。必须理解，术语“信息处理系统”意味着包含具有执行存储介质指令的处理器的任何设备。尽管一些实施例不包括硬盘驱动器630，但是示出的IHS600包括与处理器610相连接的硬盘驱动器630。处理器610通过包括数据、地址和控制线的总线650与系统组件相联系。在该实施例中，IHS600可以包括多种情况的总线650。通信控制器645如网卡可以与总线650相连接，从而使信息在IHS600和其它装置(未示出)中交流。
在一实施例中，给IHS600供电的电源系统(未示出)包括图2所述的反相器200(未示出)。在该实施例中，显示器605可以包括代表负载290的CCFL。反相器200(未示出)可以设置成给显示器605供电。
处理器610可执行计算指令和/或IHS600的运行。存储介质如RAM620优选存储用于实现与本发明所公开的有关的方法的各种实施例的指令(也称为“软件程序”)。在各种实施例中以各种方式实现一个或多个软件程序，这些方式包括基于工艺的技术、基于组件的技术和/或面向对象的技术。具体来说包括汇编程序、C、XML、C++对象、JAVA以及C++的类库(MFC)。
尽管已经显示和描述了实施例，但是可以考虑对前述公开的内容以及某些情况进行宽范围的变形、改变和替代，可以在没有与其它特征对应使用时应用这些实施例的某些特征。例如在此描述的频率前馈技术也可以应用于脉宽前馈控制方案。此外，当有效地应用频率前馈技术来减少便携式IHS电力消耗时，也可以应用这个方案来减少由DC级供电(或其它供电的)的中间AC的调整要求。可以使用该技术来除去由在先的DC级上的低频率波动引起的闪烁。例如，如果DC上有60Hz波动，该技术可以用来减少LCD强度方面的影响。这有利地使滤波器和/或控制元件的成本降低。由此，可以理解，可以概括地并以与在此公开的实施例范围相联系的方式推出附带的权利要求书。
权利要求
1.一种给负载供电的反相器，该反相器包括脉冲启动组件，用于接收表示初级电流的第一输入，该脉冲启动组件响应于该第一输入的过零而生成第一输出；脉冲持续组件，用于接收表示负载电流的第二输入和表示直流输入电压的第三输入，该脉冲持续组件可用于响应第二和第三输入而生成第二输出；延时组件，用于接收第一输出和直流输入电压，该延时组件引起延时以生成被延时的第一输出；逻辑组件，用于接收被延时的第一输出和第二输出以生成多个控制信号；多个开关，用于响应接收多个控制信号将所述直流输入转换成初级电流；以及滤波器组件，用于对生成所述负载电流的初级电流进行滤波。
2.如权利要求1所述的反相器，其中滤波器组件包括变压器，该变压器具有与次级部分电磁耦合的初级部分，其中初级电流流过所述初级部分，其中所述初级部分与所述多个开关电耦合，所述次级部分与所述负载电耦合。
3.如权利要求1所述的反相器，其中负载是冷阴极荧光灯。
4.如权利要求1所述的反相器，其中该延时是可变的，延时的值是响应直流输入电压而选择的。
5.如权利要求4所述的反相器，其中该值随着所述直流输入增加而增加。
6.如权利要求1所述的反相器，其中所述逻辑组件施加延时以维护用于控制过零之后的对应开关的至少一个控制信号。
7.如权利要求1所述的反相器，其中所述多个开关设置成整桥。
8.如权利要求1所述的反相器，其中所述整桥的输出具有由施加所述延时而引起的恒定的转换频率。
9.如权利要求1所述的反相器，其中通过将所述开关设置成ON或OFF状态并且通过在ON状态控制时间段，所述多个控制信号的每个控制信号控制对应的开关。
10.如权利要求9所述的反相器，其中从所述过零到开关状态改变期间施加所述延时。
11.如权利要求9所述的反相器，其中该延时引起处于OFF状态的所述时间段的调整以维持恒定的转换频率。
12.如权利要求1所述的反相器，其中施加所述延时引起所述第一输入随后的过零以相对于在先的过零而保持不变，由此生成恒定的转换频率。
13.一种提高给负载供电的反相器效率的方法，该方法包括接收直流输入；控制多个开关以响应于直流输入而生成交流输出；对交流输出进行滤波，以生成滤波过的交流输出以给所述负载供电；检测所述交流输出的过零；以及延迟控制所述多个开关以响应所述直流输入的改变而有效地维持所述反相器的恒定转换频率。
14.如权利要求13所述的方法，其中通过设定延时引起该延迟，其中所述延时具有可变的时间值。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述延时随着直流输入的预定功能而改变，其中可变的时间值随着所述直流输入的增加而增加。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述多个开关的所述控制包括将多个开关的每个开关设置成ON或OFF状态以及通过在ON状态调整时间段。
17.如权利要求16所述的方法，其中该延迟采用从过零到ON或OFF状态中的改变期间测量的延迟时间。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述延时引起处于OFF状态的时间段的调整以维持恒定的转换频率。
19.如权利要求13所述的方法，其中施加所述延时引起交流输出的随后的过零，以相对于在先的过零而保持不变，由此生成所述恒定的转换频率。
20.如权利要求19所述的方法，其中相对于在先的过零而保持不变的所述随后的过零生成所述恒定的转换频率。
21.如权利要求13所述的方法，其中所述负载是冷阴极荧光灯。
22.一种信息处理系统，包括显示器；以及用来给所述显示器供电的反相器，该反相器包括脉冲启动组件，用于接收表示初级电流的第一输入，该脉冲启动组件响应于所述第一输入的过零而生成第一输出；脉冲持续组件，用于接收表示显示器电流的第二输入和表示直流输入电压的第三输入，该脉冲持续组件可用于响应所述第二和第三输入而生成第二输出；延时组件，用于接收第一输出和直流输入电压，该延时组件引起延时，以生成被延时的第一输出；逻辑组件，用于接收所述被延时的第一输出和第二输出，以生成多个控制信号；多个开关，用于响应接收所述多个控制信号将直流输入转换成初级电流；以及滤波器组件，用于对用来生成所述显示器电流的初级电流进行滤波。
23.如权利要求22所述的系统，其中该显示器包括冷阴极荧光灯。
全文摘要
在用于给负载供电的改进的反相器的方法和系统中，反相器接收直流(DC)输入。通过多个控制信号控制反相器中包括的多个开关，以响应于DC输入而生成交流(AC)输出。检测由多个开关提供的AC输出电流，并且响应于该过零而延时多个开关的控制。响应于DC输入的改变而调整延时的量值，以有效维持反相器的恒定转换频率。对多个开关的延时的AC输出电流进行滤波，以给负载供电。
文档编号H05B41/392GK1655659SQ20051000752
公开日2005年8月17日 申请日期2005年2月5日 优先权日2004年2月12日
发明者E·L·普莱斯, B·A·麦克唐纳德, C·扬 申请人:戴尔产品有限公司