专利名称：控制包括谐振回路的全桥逆变器的方法、电路及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及荧光灯的驱动，尤其是指驱动冷阴极荧光灯(CCFL)、外置 电极荧光灯(EEFL)和平面荧光灯(FFL)的方法和保护方案。
背景技术：
具有与谐振回路频率相适应的开关频率的CCFL逆变器，能够产生高效 的功率转换，提供可靠的灯激发和灯开路电压调节。在变频控制方法中，当 lL过零时开关总是在导通状态，其中lL为变压器原边线圈的谐振电流。然而， 这种设计有一些缺点。当输入电压、灯电流或者液晶(LCD)显示屏改变时， 开关频率就会产生很大的变化。 一旦频率变化范围过大，就会在LCD显示屏 语音CCFL逆变器之间产生潜在的电磁干扰(EMI)。借助固定频率控制方法的CCFL逆变器没有EMI的问题。在这种方法中， 导通时间由时钟调节，开关频率是通过设计好的参数固定的。然而，没有对 供电电压与谐振电流之间相位差的控制，从而可能导致差的波峰因素和灯的 低效率、导通时灯电流高峰和灯开路状况下的电压调节。因此，需要结合变频和定频控制方法两者的优势进行改进。发明内容为解决上述问题而提出本发明，本发明的控制包括谐振回路的全桥逆变器的方法包括通过用户可编程振荡器产生晶振信号，该信号的特征在于用 户可编程频率;产生具有所述全桥逆变器的负载谐振回路频率的过零点信号； 根据所述晶振信号和所述过零点信号，获得所述全桥逆变器的工作频率，其 中如果所述用户可编程频率高于所述负载谐振回路频率，所述工作频率基 本上为所述用户可编程频率；如果所述用户可编程频率低于或等于所述负载 谐振回路频率，所述工作频率基本上与所述负载谐振回路频率同步。本发明还提出一种控制包括谐振回路的全桥逆变器的电路，所述电路
括过零点检测器，连接所述全桥逆变器的谐振回路，所述过零点检测器输 出过零点信号；用户可编程振荡器，用于以用户可编程频率产生晶振信号； 触发器，由所述过零点信号与所述晶振信号中频率较高的那个信号置位；其 中所述用户可编程振荡器的斜坡周期是由所述触发器的输出信号和所述晶振 信号决定的。本发明还提出一种控制包括谐振回路的全桥逆变器的设备，包括产生 晶振信号的装置，该信号的特征在于用户可编程频率；产生过零点信号的装 置，利用所述全桥逆变器的负载谐振回路频率产生过零点信号；以及获得工 作频率的装置，根据所述晶振信号和所述过零点信号来获得所述全桥逆变器 的工作频率，其中如果所述用户可编程频率高于所述负载谐振回路频率，所述工作频率基本上为所述的用户可编程频率；如果所述用户可编程频率低 于或者等于所述负载谐振回路频率，所述工作频率基本上与所述负载谐振回 路频率同步。本发明可以产生用户可编程的晶振信号，并且决定逆变器的工作频率， 来达到好的波峰因素、灯的高效率以及可靠的灯激发。
图l为本发明的线路框图。图1A为典型的CCFL逆变器增益曲线与频率关系的实例。 图2 (a)和图2 (b)为谐振频率模式下，谐振频率与输入电压的关系图。 图3 (a)和图3 (b)为混合频率模式下，谐振频率与输入电压的关系图。 图4 (a)和图4 (b)为定频频率模式下，谐振频率与输入电压的关系图。 图5为在全桥逆变器中本发明的实施例。
具体实施方式
下面详细介绍控制一个全桥逆变器的系统和方法的实施例。在接下来的 描述中， 一些特定细节，例如包括实例电路，这些电路元件的实例值，为本 发明实施例提供了详尽的理解。相关技术领域中的技术人员可以认识到，即 使在缺少一个或多个特定细节的情况下，或者与其他方法、元件、材料等结 合，本发明都可以被实现。
本文将结合可效仿的、示例性的系统、电路和方法来说明以下实施例和 方案。在许多实施例中，上述问题都被减少或消除了，同时，其他的实施例 还带来了其他方面的改进。本发明涉及控制具有谐振回路的全桥逆变器工作频率的电路和方法。所 提出的电路能够产生L的过零点信号，产生用户可编程的晶振信号，并且决 定逆变器的工作频率，来达到好的波峰因素、灯的高效率以及可靠的灯激发。图1为具有谐振回路的全桥逆变器中的本发明的电路框图。具有用户可 编程频率fsET的晶振信号由用户可编程振荡器产生。具有负载谐振回路频率 fRES一Lkg的过零点信号是通过对lL过零点的感测产生的。将晶振信号与过零点信号相比较，用于决定全桥逆变器的工作频率fo。如果谐振回路的频率fRES—Ucg低于用户可编程频率fSET， f。等于用户可编 程频率fsET,以频率fsET驱动放电灯。如果谐振回路的频率 fRES—Lkg 高于用户 可编程频率fsET，工作频率与fRES-Lkg同步。然而，如果fsET低于fRES—Ucg，工 作频率只能同步向上，如果fsET高于fRES一Lkg，工作频率不能向下同步。如图 1A所示，下文的谐振回路频率fRES一Lkg为加负载的回路漏感谐振频率。本发明允许放电灯在三种不同的频率模式下运行。模式l:谐振频率模式图2 (a)和图2 (b)示出模式l。在模式1中，用户可编程频率fsET被设置为低于具有最大RMS灯电流的谐振回路频率。在这种模式中，工作频 率fo与谐振回路频率同步。 模式2:混合频率模式图3 (a)和图3 (b)示出模式2。在模式2中，用户可编程频率fsET设 定在具有最大RMS灯电流的负载谐振回路频率fREs一Lkg与具有最小RMS灯电流的负载谐振回路频率fRES—Llcg之间。在启动和灯开路状态中，工作频率fo暂时朝着空载谐振回路频率上升。在灯被激发后，如果输入电压低，fo就返 回其设定值；如果输入电压高，则f。与负载谐振回路频率同步。换言之，如果fRES—Lkg< fsET， f(3就等于fsET;如果fRES—Lkg》fsET， 则f0与 fRES—Lkg 同步。使 用混合频率模式具有很多优点。如果输入电压高，它能在限制频率变化与供 电电压比的同时保持良好的波峰因素。 模式3:定频模式
图4 (a)和图4 (b)示出模式3。在模式3中，用户可编程频率fsET被 设置为高于具有最低RMS灯电流的负载谐振回路频率。在启动和灯开路状 态中，工作频率fo暂时朝着空载谐振回路频率上升。在灯被激发后，工作频 率返回fo。本发明实施例的实例在图5的全桥逆变器中举例说明。电路包括两个部 分和一个触发器。第一部分包括相位选择器PS1和比较器CMP2，它们用于 感测原边电流的过零点，产生具有谐振回路频率的过零点信号。相位选择器 PS1根据开关的导通顺序从SW1和SW2之中选择开关节点SW，输出SW 到比较器CMP2的反相端，其中CMP2的同相端接地。CMP2是过零点信号 的发生器。当逆变器的开关导通和关闭时产生的开关噪声很容易引起原边电 流过零点电路被误触发。为了解决这个问题，需要滤波和消隐技术(blanking technique)。在图5中，当全桥逆变器的任何一个开关被导通或者关断时， SYNC在一段固定的时间内被屏蔽。通过与非门，混合CMP2的输出信号、 SYNC和消隐信号NBLANK。与非门的输出信号NSYNC是触发器的输入信 号。第二部分是用户可编程振荡器，包括放大器AMP1、 PMOS晶体管、 NMOS晶体管、电阻Rlcs和比絞器CMP1。比较器CMP1将斜坡信号RAMP 与2.5V进行比较。CMP1的输出信号Ramp-HI作为触发器ND2的另外一个 输入信号。Ramp-HI和触发器ND2的输出信号Q作为与非门ND1的输入信 号，然后输出到反相器IN1。IN1的输出信号追随Ramp-HI和Q的与(AND) 逻辑，用于控制PMOS MP1的栅极端；并反过来决定斜坡信号RAMP的斜 坡周期。Ramp-HI和NSYNC是触发器ND3的两个输入信号，两者中任一个都可以置位触发器。如果第一部分的谐振回路频率fRES—Ucg高于第二部分的可编程频率fsET， NSYNC将触发器置位，RAMP放电周期早在达到2.5V之前终止。如果第一部分的谐振回路频率fRES一Lkg低于第二部分的可编程频率fsET，Ramp-HI将触发器置位，RAMP放电周期由用户决定。本发明公开了用于控制具有谐振回路的全桥逆变器的工作频率的电路和 方法。通过感测lL产生具有谐振回路频率的过零点信号；通过用户可编程振 荡器，产生具有用户可编程频率的晶振信号。比较过零点信号和晶振信号， 获得全桥逆变器的工作频率。逆变器的工作频率fo由晶振信号或者过零点信 号中具有较高频率者决定。换言之，如果fsET大于fRES丄kg， f。等于用户可编 程频率fsET;如果fsET低于 fo与负载谐振回路频率 fRES—Lkg 同步。工作频率fo允许在三种模式下工作。在谐振模式中，工作频率与负载谐振回路 频率同步。在混合模式中，如果输入电压低，工作频率f。等于用户可编程频 率；如果输入电压高，工作频率fo与负载谐振回路频率同步。在定频模式中， 工作频率fo等于用户可编程频率。上述本发明的说明书和应用仅仅是示例性的，并不用于限定本发明的范 围。对公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例 和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域普通技术人员所了解。对于 此处所公开的本发明实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护 范围。
权利要求
1、一种控制包括谐振回路的全桥逆变器的方法，包括通过用户可编程振荡器产生晶振信号，该信号的特征在于用户可编程频率；产生具有所述全桥逆变器的负载谐振回路频率的过零点信号；根据所述晶振信号和所述过零点信号，获得所述全桥逆变器的工作频率，其中如果所述用户可编程频率高于所述负载谐振回路频率，所述工作频率基本上为所述用户可编程频率；如果所述用户可编程频率低于或等于所述负载谐振回路频率，所述工作频率基本上与所述负载谐振回路频率同步。
2、 根据权利要求1所述的方法，其中所述过零点信号是通过感测所述逆 变器的原边电流的过零点产生的。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中当所述全桥逆变器的任何开关导通 或者关断时，将所述过零点信号在一段固定时间内屏蔽或者过滤。
4、 根据权利要求1所述的方法，其中所述晶振信号和所述过零点信号是 触发器的两个输入信号，其中所述触发器是根据所述晶振信号与所述过零点 信号中频率较高的那个信号来置位的。
5、 根据权利要求1所述的方法，其中所述工作频率可以在三种频率模式 下工作如果所述用户可编程频率被设定为低于所述具有最大RMS灯电流的负 载谐振回路频率，所述工作频率与所述负载谐振回路频率同步；如果所述用户可编程频率被设定在具有最大RMS灯电流的负载谐振回 路频率与具有最小RMS灯电流的负载谐振回路频率之间，如果输入电压低 时，所述工作频率基本上为所述用户可编程频率；如果输入电压高，所述工 作频率基本上与所述负载谐振回路频率同步；以及如果所述用户可编程频率被设定为高于具有最小RMS灯电流的负载谐 振回路频率，所述工作频率基本上为所述用户可编程频率。
6、 一种控制包括谐振回路的全桥逆变器的电路，所述电路包括 过零点检测器，连接所述全桥逆变器的谐振回路，所述过零点检测器输 出过零点信号；用户可编程振荡器，用于以用户可编程频率产生晶振信号； 触发器，由所述过零点信号与所述晶振信号中频率较高的那个信号置位； 其中所述用户可编程振荡器的斜坡周期是由所述触发器的输出信号和所 述晶振信号决定的。
7、 根据权利要求6所述的电路，当所述全桥逆变器导通或者关断时，其 中所述过零点信号在一段固定的时间内被屏蔽或者过滤。
8、 根据权利要求7所述的电路，其中所述过零点信号是由相位选择器和 过零点信号产生器产生的。
9、 根据权利要求6所述的电路，其中所述触发器是由所述晶振信号或者 所述过零点信号中频率较高的那个信号置位的。
10、 根据权利要求6所述的电路，其中所述全桥逆变器的工作频率是由 所述过零点信号和所述晶振信号决定的如果所述用户可编程频率高于所述负载谐振回路频率，所述工作频率基 本上为所述用户可编程频率；如果所述用户可编程频率低于所述负载谐振回路频率，所述工作频率基 本上与所述负载谐振回路频率同步。
11、 根据权利要求IO所述的电路，其中所述全桥逆变器在三种频率模式 下工作如果所述用户可编程频率被设定为低于具有最大RMS灯电流的负载谐 振回路频率，所述工作频率基本上与所述负载谐振回路频率同步；如果所述用户可编程频率被设定在具有最大RMS灯电流的负载谐振回路频率与具有最小RMS灯电流的负载谐振回路频率之间，如果输入电压低，所述工作频率基本上为所述用户可编程频率；如果输入电压高，则所述工作 频率基本上与所述负载谐振回路频率同步；以及如果所述用户可编程频率被设定为高于具有最小RMS灯电流的所述负 载谐振回路频率，所述工作频率基本上为所述的用户可编程频率。
12、 一种控制包括谐振回路的全桥逆变器的设备，包括 产生晶振信号的装置，该信号的特征在于用户可编程频率； 产生过零点信号的装置，利用所述全桥逆变器的负载谐振回路频率产生过零点信号；以及获得工作频率的装置，根据所述晶振信号和所述过零点信号来获得所述 全桥逆变器的工作频率，其中如果所述用户可编程频率高于所述负载谐振回路频率，所述工作频率基本上为所述的用户可编程频率；如果所述用户可编程频率低于或者等于所述负载谐振回路频率，所 述工作频率基本上与所述负载谐振回路频率同步。
13、 根据权利要求12所述的设备，其中所述过零点信号是通过感测所述 逆变器的原边电流的过零点而产生的。
14、 根据权利要求12所述的设备，其中当所述全桥逆变器的任一开关导 通或者关断时，所述过零点信号在一段固定的时间内被屏蔽或者过滤。
15、 根据权利要求12所述的设备，其中所述晶振信号和所述过零点信号 是所述触发器的两个输入信号，其中所述触发器是由所述晶振信号或所述过 零点信号中频率较高的那个信号来置位的。
16、 根据权利要求12所述的设备，其中所述工作频率在三种频率模式下工作如果所述用户可编程频率被设定为低于具有最大RMS灯电流的负载谐 振回路频率，所述工作频率与所述负载谐振回路频率同步；如果所述用户可编程频率被设定在具有最大RMS灯电流的负载谐振回 路频率与具有最小RMS灯电流的负载谐振回路频率之间，如果输入电压低， 所述工作频率等于所述用户可编程频率；如果输入电压高，所述工作频率与 所述负载谐振回路频率同步；以及如果所述用户可编程频率被设定为高于具有最小RMS灯电流的负载谐 振回路频率，所述工作频率等于所述用户可编程频率。
全文摘要
本发明揭示用于控制包括谐振回路的全桥逆变器的方法、电路及设备，其通过用户可编程振荡器产生晶振信号，产生具有全桥逆变器的负载谐振回路频率的过零点信号；根据晶振信号和过零点信号，获得全桥逆变器的工作频率。本发明揭示了一种在谐振频率模式、混合频率模式和定频模式下运行全桥逆变器的方法和设备。如果用户可编程频率高于谐振回路频率，逆变器的工作频率等于用户可编程频率；如果用户可编程频率低于谐振回路频率，工作频率与谐振回路频率同步。本发明能产生用户可编程的晶振信号，并决定逆变器的工作频率，以达到好的波峰因素、灯的高效率以及可靠的灯激发。
文档编号H05B41/295GK101115341SQ20071008524
公开日2008年1月30日 申请日期2007年2月15日 优先权日2006年2月15日
发明者达 孟 申请人:美国芯源系统股份有限公司