专利名称：冷阴极灯管的恒流控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷阴极灯管的恒流控制电路，尤其涉及一种通过输入功 率来控制流过冷阴极灯管电流的恒流控制电路。
背景技术：
现有的电脑液晶显示器、液晶电视及液晶监视器等的液晶显示面板的背光源中，使用有多根冷阴极灯管(CCFL， Cold CathodFluoresent Lamp)作 为背光灯，该背光灯的工作电压由逆变器(Inverter)来提供。目前主流的逆 变器是一推二结构，即其采用一个具有一个初级绕组，两个次级绕组的变压 器，将其每个次级侧均连接一冷阴极灯管负载，在每一个次级绕组都有一个 接地端口，如图1中所示。因冷阴极灯管为恒流驱动负载，为取得其上的恒 电流输出而使液晶显示屏的显示辉度稳定均一，在这种一推二的逆变器中， 使信号经过如图2示的闭环电流采样反馈控制后便可实现。然为降低液晶显示器的成本，特别是大尺寸的液晶显示面板如液晶电视 等的成本，现发展出一种一推四结构的逆变器，即其采用的变压器的每个次 级绕组侧均连接有两根冷阴极灯管，如图3示，该变压器的次级绕组没有任 何一个端口直接接地，故无法直接检测流经冷阴极灯管上的电流。为控制冷 阴极灯管上的恒流输出，业界比较常有的作法有如下两种1.电流互感器检测法如图4示，在变压器的次级绕组与一冷阴极灯管间串联一电流互感器， 电流互感器的侧边连接整流滤波电路，将所得电流信号传送给控制IC作为电 流反馈信号。然这种电流检测法由于互感器的插入改变了变压器次级侧的负载特性 (变压器的次级侧漏感与谐振电容，冷阴极灯管负载构成典型的谐振拓扑)， 将会造成被插入电流互感器的回路由于谐振曲线的改变，使得其与其他回路 的冷阴极灯管的负载电流有较大的不同。同时，由于冷阴极灯管在启动阶段的启动击穿电压是正常工作电压的2-3倍，故在电流互感器插入变压器的次 级回路中后，在启动阶段电流互感器亦需要承受更高的冲击电压，因此，对 电流互感器材质的耐压要求很高，并提高了电流互感器的成本。2. 初级线圈驱动脉冲电压检测法如图5示，此检测法为在逆变器的变压器初级侧并联一采样变压器，该 采样变压器的驱动脉冲与逆变器变压器的相同，其二次侧经整流滤波后传给 控制IC作为电流反馈信号，即将冷阴极灯管控制在稳定的驱动电流状态下， 其所对应的变压器初级侧驱动脉冲信号经整流后作为电流反馈信号的一种方 式。此法虽然避免了上述电流互感器检测法所带来的电流偏差及因互感器材 质本身的耐压问题，但由于此检测法是通过"电流-电压等效"采样方式，即 通过反馈电压来间接的显示流经冷阴极灯管的电流的大小。然由于冷阴极灯 管属于温度负阻抗特性负载，即当灯管点亮后其等效阻抗是随着灯管温度的 上升而下降的，相应地流经冷阴极灯管的电流会随着温度的上升而上升。实 际流经CCFL的电流与时间的曲线如图6示，且当输入电压变化时(以典型 的液晶电视型应用Inverter为例，电压范围通常为22 26V，典型值为24V)， 实际冷阴极灯管的电流会随着输入电压上升而升高；故通过该方法获得的流 经冷阴极灯管的电流的稳定性差。综上所述，对于较大尺寸的液晶显示面板来说，如何在降低成本的基础 上，使得其背光模块中流过冷阴极灯管的电流从启动阶段到正常工作阶段能 够快速的稳定，来提高液晶显示面板显示辉度的稳定性与均一性的问题，有 待于进一步的解决。发明内容本发明的目的是提供一种冷阴极灯管的控制电路，以克服上述现有技术 中的缺陷，通过控制逆变器的输入功率而控制冷阴极灯管上输出电流使其为 恒定电流的恒流控制电路。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案 一种冷阴极灯管的恒 流控制电路，其包括控制单元，功率变换单元，冷阴极灯管及反馈电路，其 中所述控制单元的输出信号经功率变换单元处理后输入冷阴极灯管，所述反 馈电路连接在所述控制单元和所述的功率变换单元的输入侧之间，其至少包括有输入功率采样单元。所述的输入功率采样单元包括输入电流采样电路，输入电压采样电路， 将所采集到的输入电流及输入电压合成为输入功率的模拟乘法电路。所述的反馈电路还包括对冷阴极灯管因温度变化而调节的电流温度补 偿电路。所述的电流温度补偿电路包括至少一温度补偿元件及与该温度补偿元 件相串接的电阻及电容。所述的温度补偿元件为二极管或负温度系数的热敏电阻。所述的功率变换单元包括复数场效应晶体管电路及变压器，该变压器具 有一组初级绕组和复数组次级绕组，所述的冷阴极灯管的数量为所述变压器 次级绕组数量的复数倍，通常为偶数倍。所述输入功率采样单元所采集到的功率信号经补偿后被反馈至所述控 制单元。采用上述方案的冷阴极灯管恒流控制电路，其通过控制单元控制输入功 率为恒功率来达到控制冷阴极灯管上的输出电流为恒电流，并通过温度补偿 电路补偿冷阴极灯管从点亮启动阶段到正常工作的稳定阶段的因温度的变化 而引起的电流变化，最终使得冷阴极灯管上的输出电流从灯管开始点亮的启 动阶段到正常工作的稳定阶段达到快速的稳定，且稳定状态下电流值的波动 幅度小。
图1是现有的一推二逆变器的电路原理图；图2是图1中逆变器加CCFL电流采样电路后电路原理图；图3是现有的一推四逆变器的电路原理图；图4是现有的通过电流互感器检测法控制流过CCFL电流的电路原理图；图5是现有的通过初级侧线圈驱动脉冲电压检测法控制流过CCFL电流的 电路原理图；图6是图5中流经冷阴极灯管的电流与时间的关系曲线图； 图7是本发明冷阴极灯管恒流驱动电路的电路原理方块图； 图8是本发明冷阴极灯管恒流驱动电路的电路原理图；图9是本发明输入功率检测单元的电路原理图；图10是本发明图9输入功率检测单元等效的电路图；图11是经图IO模拟乘法电路所得的功率，电流及电压的关系图；图12是本发明电流温度补偿电路的电路原理图；图13是本发明输入功率检测单元及补偿电路的电路原理图；图14是本发明在特定条件下测得的冷阴极灯管从点亮到稳态的电流-时 间曲线图；图15是本发明特定二极管的顺向电压曲线图；图16是本发明某一液晶电视在特定条件下测得冷阴极灯管从点亮到稳态的电流-时间曲线图。
具体实施方式
本发明揭示的冷阴极灯管恒流控制电路，其主要适用于液晶电视等较大尺寸的液晶显示面板背光模块的逆变器(Inverter),其主要包括控制单元， 功率转换单元，输入功率采样单元，由输入功率采样单元及温度补偿电路组 成的反馈单元以及冷阴极灯管，图7为其电路原理方块图，其电路原理为首先，因冷阴极灯管在正常工作时属于恒定电流驱动负载，且其等效阻 抗具有温度负阻抗特性，即当冷阴极灯管被点亮后其等效负载随着灯管温度 的上升而降低，因此，其有功功率(P=I2*R)是随着冷阴极灯管温度的上升 而降低。其次，以液晶电视应用的逆变器为例，其输入电压范围通常为 22~26V，典型值为24V，在此输入电压的工作期间，逆变器的效率差极小。因此，对于液晶电视的逆变器来说，流过冷阴极灯管的电流与逆变器的 输入功率成正比例函数，且在恒电流驱动条件下逆变器的输入功率与冷阴极 灯管的温度成反比例函数。故，如果始终以恒定的输入功率来控制流经冷阴 极灯管的输出电流，将会导致流经冷阴极灯管的电流从冷阴极灯管启动到稳 定状态呈爬升的状态，这不仅使冷阴极灯管的电流稳定时间变长，而且稳定 后其变化的幅度也较大。因此，在逆变器恒功率输入的电路中，加入因冷阴 极灯管点亮启动后的温度变化而引起的电流变化的电流温度补偿反馈回路 后，将会使得冷阴极灯管上输出电流从灯管点亮的启动阶段到正常工作阶段 的快速恒定。如图7示，输入功率检测单元检测到的输入功率经电流温度补偿后，将 其传送至控制IC的脉宽调制控制器，该信号经功率转换单元处理后来启动冷 阴极灯管，同时将冷阴极灯管在启动后的温度变化反馈给输入功率检测单元， 使得输入到控制单元的功率信号是考虑了冷阴极灯管因温度变化而引起电流 变化的功率值，而通过进一步调整使输出到冷阴极灯管的电流快速恒定。图8所示为本发明一推四结构的逆变器的恒流控制电路，其包括控制单 元10，功率变换单元20，冷阴极灯管CCFL1 4及反馈电路。其中控制单元 10输出的信号经功率变换单元20及OVP (过电压保护)检测电路60处理后 传送至冷阴极灯管CCFL1 4，所述反馈电路串接在控制单元10的输入电源 与功率变换单元20之间，其包括输入功率检测单元40以及因冷阴极灯管的 温度的变化而进行调节的电流温度补偿单元50。所述控制单元IO包括一集成的脉宽调制控制器PWM，所述功率变换单 元20由场效应晶体管M38 M41，及变压器T1组成，该变压器T1为一升压 变压器，其具有一组初级绕组，两组次级绕组，每一组次级绕组上分别连接 有两根冷阴极灯管。由控制单元10的脉宽调制控制器PWM输出的控制脉冲 电压信号交替导通场效应晶体管M38 M41，并经变压器T1升压后来驱动冷 阴极灯管CCFL1 4。如图9及图10所示，所述的输入功率检测单元40的电路包括输入电流 采样电路41、输入电压采样电路42，将所采集到的输入电流及输入电压合成 为输入功率的模拟乘法电路43 (即图8中的功率处理电路)。其中输入电流 采样电路41包括电阻Rsensel与高端电流采样差放大器U3，该电流信号经电 路43中的运算放大器U1的放大及缓冲处理后与来自输入电压采样电路的电 压信号作模拟乘法运算(P=I*U)，并将该经过运算的信号经过运算放大器 U2的放大及缓冲处理后作为输出功率信号。如在图10中，对模拟乘法电路 43输入变动的电流信号3.96 2.829A，以及变动的电压信号20~28V，将两信 号经运算后得到一恒定的功率值，如图11示。该功率信号经过冷阴极灯管电 流温度补偿单元50的补偿处理后传送给控制单元10作为反馈信号。如图12及图13所示，温度补偿单元50的电路是串联在输入功率检测电 路40及控制单元10的反馈回路之间，本实施例中该温度补偿单元50包括二 极管D1， D2，以及与电阻R17并联电容C9后串接的回路。其中，二级管 Dl， D2为补偿电路的补偿执行元件，电阻R17为二级管D1， D2的偏置电流设定的偏置电阻。本发明对于冷阴极灯管电流温度的补偿具体是通过以下 方案实现在反馈电路里串接二极管D1， D2后，在冷阴极灯管被点亮的初期阶段，各二极管的P-N结具有最大的结电压，经过输入功率采样单元21的模拟乘 法电路43进行乘法运算后输出信号的电压降也是最大的，因此在反馈端检测到的反馈回路中的电压是最小的，该电压通过和基准电压比较后通过控制单元10的控制，让功率变换单元20产生一个电流。在冷阴极灯管从开始点亮 到稳定的过程中，灯管的温度会不断升高直至达到一稳定值，由于灯管的负 阻抗特性将会导致灯管的电流呈现上升的趋势，这时候二极管D1， D2的温 度也受灯管温度的影响开始上升，由于二极管PN结的负温度特性，使得通 过该二极管D1， D2的管压降也逐渐变低，因此反馈端的电压就会相应的逐 渐提高。如此，经过控制单元10的控制，功率变换单元20的电流始终会因 为二极管D1， D2的负温度特性的作用而作出相应的调整，来补偿冷阴极灯 管的温度负阻抗特性而对电流的影响，从而使得冷阴极灯管能在较短的时间 内以及较小的电流变化幅度内完成从开始点亮到稳定的过程。 在本实施例中，电流温度补偿电路50可采用如下设计步骤a. 测量冷阴极灯管初始点亮条件下(如在固定输入电压24V， 25°C的 条件下，灯管刚点亮)，达到灯管标称电流时的逆变器输入电流；b. 实时检测灯管电流，并保持灯管在初始点亮状态下直至稳定条件下的 电流维持恒定；c. 测得反馈电压VFb (该电压为稳定状态下控制单元上的反馈电压值)d. 测量灯管在初始点亮状态下直至稳态条件时间内的任意单位时间点 达到灯管标称电流时的逆变器输入电流，直到灯管达到稳态，得到电流随时 间变化的电流-时间曲线，如图11示；e. 从图14的电流-时间曲线中，计算电流的变化率a:(初始点亮状态 下的输入电流-灯管达到稳态后的输入电流)/初始点亮状态下的输入电流；f. 测量逆变器基板温度，计算AT;g. 以图15的二极管(RLS4148)的顺向电压曲线计算得到Ta=25°C时 的VF;算出环境温度变化AT后的结压降的降低量AVF;h. 决定补偿二极管的个数N:即N*AVF/ (VFb+N*VF) =a由此得出需补偿的二极管的个数。当然，该二极管还可以是其它的温度补偿元件，如热敏电阻等，其进行温度补偿的原理与上述二极管的相同。控制电路初始启动时，通过控制单元10的脉宽调制控制器PWM的控制，其输出的电压经功率变换单元20的变压器T升压后，得到一个比正常运行 状态高约1.5 3倍的启动电压，该电压信号经过OVP检测电路60后反馈给 控制单元IO，并通过控制单元10的控制使该输出电压保持一定的时间，以 便使每一根冷阴极灯管CCFL1 4都能可靠点亮。同时，在启动过程中，冷阴极灯管本身的温度会逐渐升高直至达到一恒 定值，当将逆变器的输入功率作为冷阴极灯管的电流等效参量，且通过背光 板上的温度传感元件实时监控冷阴极灯管的温度变化而引起的电流变化并且 将该电流变化信号进行反馈以实时调节输入功率，以补偿流过冷阴极灯管的 电流因灯管本身温度的升高而产生的变化，使冷阴极灯管从点亮到温度稳定 的过程中流过的电流恒定。以26寸液晶电视用12根冷阴极灯管的逆变器举例来说，如图16所示， 当输入电压为22-26V，输出电流为4.5 5.5mA时，测得的冷阴极灯管的电流 与时间的关系曲线(横轴为测试时间点，纵轴为冷阴极灯管的电流)，由曲线 图可以看出，采用本发明的电路后，流过冷阴极灯管的电流随灯管温度的变 化而变小，且灯管电流达到相对稳定值的时间亦大大縮短。本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员 仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。 因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背 离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种冷阴极灯管的恒流控制电路，其包括控制单元，功率变换单元，冷阴极灯管及反馈电路，其中所述控制单元的输出信号经功率变换单元处理后输入冷阴极灯管，其特征在于所述反馈电路连接在所述控制单元和所述的功率变换单元的输入侧之间，其至少包括有输入功率采样单元。
2. 根据权利要求1所述的冷阴极灯管的恒流控制电路，其特征在于所 述的输入功率采样单元包括输入电流采样电路，输入电压采样电路，以及将 所采集到的输入电流信号及输入电压信号合成为输入功率的模拟乘法电路。
3. 根据权利要求1所述的冷阴极灯管的恒流控制电路，其特征在于所 述的反馈电路还包括对冷阴极灯管因温度变化而调节的电流温度补偿电路。
4. 根据权利要求3所述的冷阴极灯管的恒流控制电路，其特征在于所 述的电流温度补偿电路包括至少一温度补偿元件及与该温度补偿元件相串接 的电阻及电容。
5. 根据权利要求4所述的冷阴极灯管的恒流控制电路，其特征在于所 述的温度补偿元件为二极管或负温度系数的热敏电阻。
6. 根fe权利要求1所述的冷阴极灯管的恒流控制电路，其特征在于所 述的功率变换单元包括复数场效应晶体管电路及变压器，该变压器具有一组 初级绕组和复数组次级绕组，所述的冷阴极灯管的数量为所述变压器次级绕 组数量的复数倍。
7. 根据权利要求6所述的冷阴极灯管的恒流控制电路，其特征在于所 述冷阴极灯管的数量为所述变压器次级绕组数量的偶数倍。
8. 根据权利要求l、 2或3所述的冷阴极灯管的恒流控制电路，其特征 在于所述输入功率采样单元所采集到的功率信号经补偿后被反馈至所述控制 单元。
全文摘要
本发明提供一种冷阴极灯管的恒流控制电路，其包括控制单元，功率变换单元，冷阴极灯管及反馈电路，该反馈电路连接在所述控制单元和所述的功率变换单元的输入侧之间，其至少包括有输入功率采样单元，以及对冷阴极灯管因温度变化而调节的电流温度补偿电路。本发明通过控制单元控制输入功率为恒功率来达到控制冷阴极灯管上的输出电流为恒电流，并通过温度补偿电路补偿冷阴极灯管从点亮启动阶段到正常工作的稳定阶段的因冷阴极灯管温度的变化而引起其电流变化，最终使得冷阴极灯管上的输出电流从灯管开始点亮的启动阶段到正常工作的稳态阶段达到快速的稳定，且稳定状态下电流值的波动幅度小。
文档编号H05B41/298GK101227784SQ200810000730
公开日2008年7月23日 申请日期2008年1月15日 优先权日2008年1月15日
发明者肖培海 申请人:苏州胜美达电机有限公司