专利名称：利用扫频的冷阴极荧光灯启动方法
技术领域：
本发明总地涉及冷阴极荧光灯(CCFL)，更具体地涉及冷阴极荧光灯的启动方法。
背景技术：
CCFL是一种内充惰性气体的密封灯管。当给灯管施加交流电压时，惰性气体被电离，产生紫外线。紫外线照射灯管内壁涂敷的荧光材料，使其激发，从而发出可见光。CCFL 具有高亮度、低功耗、低成本等优点，因此在例如显示设备、广告灯箱、办公自动化设备和汽车照明等各种领域得到越来越广泛的应用。CCFL工作所需的交流电压由逆变器和变压器提供。如图1所示，逆变器11接收DC 电压输入VDC，生成交流电压νΑα提供给变压器12。变压器12将交流电压νΑα转换成CCFL 所需的交流电压Vac2，并输出该Vac2以驱动CCFL。点亮CCFL需要逆变器提供高电压，通常，通过使逆变器在高工作频率处工作来生成这样的高电压。然而，由于CCFL在点亮状态下的阻抗与未点亮状态下有很大不同，逆变器的谐振回路的增益_频率曲线在这两种状态下也有很大不同，如图2所示。当CCFL未点亮时，逆变器在高工作频率(例如，fs,。pJ处具有较大增益(例如，G3)，有助于生成高电压。 但是，当CCFL点亮之后，fs, open处的增益迅速下降，导致CCFL上的灯电压降低，亮度迅速下降，甚至熄灭。为了防止CCFL在点亮之后熄灭，需要逆变器在CCFL点亮之前以高工作频率工作，而在CCFL点亮之后以较低的正常工作频率工作。现有的解决方案通常通过将逆变器的工作频率跳增以点亮CCFL，并且在CCFL点亮之后跳回正常工作频率。如图2所示，逆变器开始工作于频率fs处，谐振回路的增益是 G2。将工作频率跳增到fs,。pm，谐振回路的增益增大到G3，提供高电压V。,。pm，CCFL点亮。在 CCFL点亮之后，谐振回路的增益快速下降。此时，使逆变器的工作频率跳至较低的正常工作频率f；，获得CCFL点亮状态下的较大增益G1，以便为CCFL提供足够高的电压。这种方案的缺点在于跳频容易导致CCFL的灯电压和灯电流的过冲。另一种解决方案是先用高频操作CCFL —段时间，然后返回正常工作频率。这种方案有时会导致CCFL熄灭，因为谐振回路的增益在CCFL点亮时变得很小，因此CCFL不能在高频下获得足够高的电压。
发明内容
考虑到现有的CCFL启动方法的缺点，希望提供一种能够稳定地点亮CCFL的方法。本发明提供了一种启动灯的方法，所述灯由逆变器驱动，所述方法包括针对逆变器的工作频率从一初始频率执行连续的扫频，直到达到灯的启动频率，以点亮灯；以及在灯点亮之后，针对逆变器的工作频率执行连续的扫频，直到达到灯的正常工作频率。本发明还提供了一种用于驱动灯的逆变器的工作频率设置装置，包括第一电流发生装置，用于提供第一电流；第二电流发生装置，用于提供第二电流；工作频率设定器， 用于根据第一电流与第二电流之和设定逆变器的工作频率，其中当开灯信号有效时，第二电流发生器提供连续改变的第二电流，使得工作频率设定器针对逆变器的工作频率从初始频率执行连续扫频，直到达到灯的启动频率，以点亮灯；以及在灯点亮之后，第二电流发生器提供递减的第二电流，使得工作频率设定器针对逆变器的工作频率执行连续扫频，直到达到与第一电流相对应的灯的正常工作频率。根据本发明的CCFL启动方法，CCFL未被点亮时对工作频率进行连续扫频，以产生高启动电压，并且在CCFL点亮之后进行向下扫频，返回正常工作频率，从而为CCFL提供正常操作所需的足够高电 压。向上和向下扫频的结合可靠地点亮了 CCFL，并且有助于消除 CCFL的灯电压和灯电流的过冲。本发明提供了 CCFL的简单可靠的启动方法，并且易于在集成电路(IC)中实现。根据本发明的工作频率设置装置可以集成到IC中。本发明为用户提供了低廉和可靠的解决方案，使其可以从这种简单、可靠、灵活的方案中获益。
结合附图，根据对示例性实施例的以下说明，本发明的总体构思的上述和/或其他方面将变得显而易见并更易于理解，在附图中图1示意性地示出了 CCFL的工作原理；图2示意性地示出了在CCFL点亮和未点亮状态下，逆变器的工作频率与增益之间的关系；图3示意性地示出了根据本发明实施例的CCFL启动方法；图4示意性地示出了根据本发明另一实施例的CCFL启动方法；图5示意性地示出了根据本发明实施例的CCFL启动方法的流程图；图6示意性地示出了根据本发明实施例的逆变器工作频率设置装置；以及图7示意性地示出了根据本发明另一实施例的逆变器工作频率设置装置。
具体实施例方式现在将详细参照本发明总体构思的实施例，在附图中示出了这些实施例的示例， 其中各处，类似的附图标记指代类似的元件。以下对实施例进行说明，以便通过参照附图来解释本发明的总体构思。图3示出了根据本发明实施例的CCFL启动方法，其具体示出了在CCFL启动过程中，逆变器的工作频率、占空比、CCFL的灯电压和灯电流随时间的变化。其中，逆变器的初始工作频率低于启动频率。如图3所示，在时刻、，CCFL未点亮。对逆变器的工作频率执行向上扫频，谐振回路的增益随之增大，CCFL的灯电压升高。在时刻、处达到启动频率，CCFL的灯电压达到启动电压。在时刻t2处，CCFL点亮，阻抗降低，谐振回路的增益减小，CCFL的灯电压降低。对逆变器的工作频率执行向下扫频，谐振回路的增益增大，CCFL的灯电压升高。在时刻t3处， 逆变器达到正常工作频率，CCFL的灯电压和灯电流达到正常工作电压和正常工作电流。从图3可以看出，利用根据本实施例的方法，在CCFL点亮之前，灯电压逐渐增大到启动电压，在CCFL点亮之后，灯电压基本保持在正常工作电压附近。在CCFL点亮之前， CCFL的灯电流很小，在CCFL点亮之后，灯电流逐渐增大到正常工作电流。因此，利用根据本实施例的方法，CCFL在点亮之后不会熄灭，并且灯电压和灯电流的变化较为平稳，不会出现过冲。优选地，可以通过调节逆变器生成的电压的占空比来获得更好的性能。如图3所示，在向上扫频的过程中，可以增加占空比以提高电压提升的速度。在工作频率到达启动频率之后，可以利用小占空比保护CCFL的器件和灯管。在CCFL点亮之后，向下扫频的过程中， 可以增加占空比，以加快电压提升的速度。可以使用本领域已知的多种方法来改变逆变器生成的电压的占空比，本文中省略对其的详细描述，以免不必要地模糊本发明的主旨。图4示出了根据本发明另一实施例的CCFL启动方法。如图4所示 ，逆变器的初始工作频率高于启动频率。对工作频率执行向下扫频，直到达到启动频率。在时刻t2处，CCFL 点亮，阻抗降低，谐振回路的增益减小，CCFL的灯电压降低。对逆变器的工作频率执行向下扫频，谐振回路的增益增大，CCFL的灯电压升高。在时刻t3处，逆变器达到正常工作频率， CCFL的灯电压和灯电流分别达到正常工作电压和正常工作电流。优选地，在初始工作频率高于启动频率的情况下，可以通过调节逆变器生成的电压的占空比来获得更好的性能。如图4所示，在从初始频率开始进行扫频的过程中，可以增加占空比以提高电压。在CCFL点亮之后，向下扫频的过程中，可以进一步增加占空比，以加快电压提升的速度。图5示出了根据本发明实施例的CCFL启动方法的流程图。该方法开始于步骤501。 在步骤502，针对逆变器的工作频率从初始频率执行连续扫频，直到达到灯的启动频率，以点亮灯。在步骤503，在灯点亮之后，针对逆变器的工作频率执行连续扫频，直到达到灯的正常工作频率。该方法在步骤504结束。如结合图3描述的，逆变器的初始频率可以低于启动频率。优选地，在从初始频率执行连续的扫频的过程中，增大逆变器的输出电压的占空比。在到达启动频率之后，减小占空比。在灯点亮之后的连续扫频的过程中，增大占空比。如结合图4描述的，逆变器的初始频率可以高于启动频率。优选地，在从所述初始频率执行连续的扫频的过程中，增加逆变器的输出电压的占空比。在灯点亮之后的连续扫频过程中，进一步增加占空比。图6示出了根据本发明实施例的逆变器工作频率设置装置600的框图。如图6所示，逆变器工作频率设置装置600包括第一电流发生装置610，用于提供恒定的第一电流 Ilcs ；第二电流发生装置620，用于提供第二电流I皿；工作频率设定器630，用于根据第一电流与第二电流之和设定逆变器的工作频率。在初始状态下，第二电流为零，工作频率设定器630根据第一电流设定逆变器的工作频率。当开灯信号有效时，第二电流发生器620提供递增的第二电流，使得工作频率设定器630针对逆变器的工作频率从初始频率执行连续扫频，直到达到灯的启动频率，以点亮灯。在灯点亮之后，第二电流发生器620提供递减的第二电流，使得工作频率设定器630 针对逆变器的工作频率执行连续扫频，直到达到与第一电流相对应的灯的正常工作频率。根据本发明的实施例，第一电流发生装置610可以包括串联的恒压源Vra和第一电阻器R1，流经第一电阻器Rl的电流被提供作为第一电流Im。第一电流发生装置610也可以是本领域已知的任何能够提供恒定电流的装置。
第二电流发生装置620包括电压发生装置621，用于在开灯信号有效时提供递增电压，并且在灯点亮之后提供递减电压；和电流发生器622，用于在电压发生装置621提供的电压高于第一参考电压Vtl(Vc) >0，其具体值可根据实际需要来选择)时输出第二电流 I皿，否则输出零电流。本领域已知有多种方式可以实现上述功能的电压发生装置621和电流发生器622，以下仅通过具体实施例描述其中的一种。根据本发明的实施例，电压发生装置621可以包括第二电阻器R2与第一电容器C2 的并联结构和与所述并联结构串联的电流源Is。当开灯信号有效时，所述电流源Is提供恒定电流I1对 第一电容器C2充电，电压发生装置621输出递增电压。在灯点亮之后，电流源 Is被禁用，第一电容器C2通过第二电阻器R2放电，电压发生装置621输出递减电压。根据本发明的实施例，电流发生器622可以包括第一电压比较器COMPl、电压源 Vs、第一开关Kl和第三电阻器R3。其中，第一电压比较器C0MP1、电压源Vs、第一开关Kl构成电压比较装置。第一电压比较器COMPl的反相输入端连接到第一参考电压Vtl，其正相输入端连接到电压发生装置621的输出端。电压源Vs连接到第一电压比较器COMPl的正相输入端，并且经由第一开关Kl与第三电阻器R3串联。第一开关受第一电压比较器COMPl 的输出控制。当电压发生装置621输出的电压小于Vtl时，第一开关Kl断开，没有电流经过 R3。当电压发生装置621输出的电压大于Vtl时，第一开关Kl闭合，R3上的电压为电压发生装置621输出的电压与电压源Vs电压(该电压可以等于V。)的差值，R3上的电流被提供作为第二电流I皿。当开灯信号有效时，电压发生装置621输出递增电压，当该电压增大到大于Vtl时， 第一开关Kl闭合，电流发生器622输出递增的第二电流I皿。设置第二电阻器R2和电流源 Is，使得当第二电流I皿达到最大值时，工作频率设定装置将逆变器的工作频率设定为启动频率。第二电流I皿保持在最大值，直到灯点亮。在灯点亮之后，电流源Is被禁用，第一电容器C2通过第二电阻器R2放电，电压发生装置621输出递减电压，当该电压减小到小于Vtl 时，第一开关Kl断开，电流发生器622的输出变为零。根据本发明的实施例，工作频率设定器630可以包括第二电压比较器C0MP2，其与第二电容器C3、第二开关K2构成振荡器。该振荡器根据第一电流Ira和Ilcc之和输出振荡信号，以设定逆变器的工作频率。其中，工作频率设定器630可以包括两个镜像电流源，其输出电流Irai和I·分别是第一电流‘和第二电流I皿的镜像电流。这两个镜像电流源向所述振荡器提供第一电流Im和Ilcc之和。具体地，这两个镜像电流源的公共点耦接到第二电容器C3和第二电压比较器 C0MP2的一个输入端，第二电压比较器C0MP2的另一个输入端耦接到第二参考电压Vref，其输出信号控制第二开关K2的导通和关断。第二电容器C3与第二开关K2并联。当公共点的电压高于第二参考电压Vref时，电压比较器C0MP2的输出控制第二开关K2闭合。也可以使用本领域已知的任何其他方式实现工作频率设定器630。以下参考图6描述该工作频率设置装置600的操作。在初始状态下，开灯信号无效，电流源Is被禁用，电压发生装置621的输出电压为零，电流发生器输出电流W为零。 工作频率设定器630根据第一电流Im设置工作频率。当开灯信号有效时，电流源Is启动，向第一电容器C2充电，电压发生装置621输出递增电压，当该电压大于Vtl时，第一开关Kl闭合，电流发生器622输出递增的第二电流I皿。工作频率设定器630根据递增的第一电流与第二电流之和针对逆变器的工作频率执行连续向上扫频。当第二电流I皿达到最大值时，工作频率设定装置将逆变器的工作频率设定为启动频率。将该启动频率保持一段时间，直到灯点亮。在灯点亮之后，电流源Is被禁用，第一电容器C2经由第二电阻器R2放电，电压发生装置621输出递减电压。电流发生器622输出递减的第二电流I皿。工作频率设定器根据递减的第一电流与第二电流之和针对逆变器的工作频率执行连续向下扫频。当电压发生装置621的输出电压减小到小于Vtl时，第一开关Kl断开，电流发生器输出电流Ilcc为零。工作频率设定器630根据第一电流Ira设置工作频率，优选地，该工作频率为逆变器的正常工作频率。 根据本发明的实施例，可以通过设置第一电容器C2的值来设置扫频速度。图7示出了根据本发明另一实施例的工作频率设置装置700的框图。工作频率设置装置700的结构与工作频率设置装置600类似，其不同之处在于第二电阻器R2与第一电容器C2的并联结构经由第三电容器C4连接到高电平Vrc。当系统启动时，该高电平Vcc由0跳变到一个高电平，该跳变过程将电压发生装置621的输出电压快速拉升到一个较高值，第一开关Kl闭合，第二电流发生装置620输出较大的第二电流I皿， 工作频率设定器相应地将工作频率设定为高于启动频率的值。当开灯信号有效时，电流源Is被启用，电压发生装置621的输出电压从上述较高值逐渐下降到与启动频率相对应的值，工作频率设定器相应地将工作频率设定为启动频率。将该启动频率保持一段时间，直到灯点亮。在灯点亮之后，电流源Is被禁用，第一电容器C2经由第二电阻器R2放电，电压发生装置621输出递减电压。电流发生器622输出递减的第二电流I皿。工作频率设定器根据递减的第一电流与第二电流之和针对逆变器的工作频率执行连续向下扫频。当电压发生装置621的输出电压减小到小于Vtl时，第一开关Kl断开，电流发生器输出电流Ilcc为零。工作频率设定器630根据第一电流Ira设置工作频率，优选地，该工作频率为逆变器的正常工作频率。根据本发明的工作频率设置装置通过平滑地改变控制电压来改变逆变器的工作频率。通过改变控制电压进行扫频，直到CCFL被点亮。在CCFL被点亮之后，通过减小控制电压进行向下扫频，直到正常操作频率，从而CCFL可以正常工作。对工作频率进行连续扫频使得能够稳定地点亮CCFL，并且避免了灯电压和灯电流的过冲。上面的描述仅用于说明本发明的实施方式，而并非要限制本发明的范围。说明书和权利要求书中的“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分不同的元件，而并非将其限制为以特定的顺序被使用。本领域的技术人员应该理解，本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理的任何修改或局部替换，均应落入本发明的范围之内。
权利要求
1.一种启动灯的方法，所述灯由逆变器驱动，所述方法包括针对逆变器的工作频率从初始频率执行连续扫频，直到达到灯的启动频率，以点亮灯；以及在灯点亮之后，针对逆变器的工作频率执行连续扫频，直到达到灯的正常工作频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中初始频率低于启动频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中初始频率高于启动频率。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括在从初始频率执行连续的扫频的过程中，增大逆变器的输出电压的占空比； 在到达启动频率之后，减小占空比；以及在灯点亮之后的连续扫频的过程中，增大占空比。
5.根据权利要求3所述的方法，还包括在从所述初始频率执行连续的扫频的过程中，增加逆变器的输出电压的占空比； 在灯点亮之后的连续扫频过程中，进一步增加占空比。
6.一种用于驱动灯的逆变器的工作频率设置装置，包括 第一电流发生装置，用于提供第一电流；第二电流发生装置，用于提供第二电流；工作频率设定器，用于根据第一电流与第二电流之和设定逆变器的工作频率，其中 当开灯信号有效时，第二电流发生器提供连续改变的第二电流，使得工作频率设定器针对逆变器的工作频率从初始频率执行连续扫频，直到达到灯的启动频率，以点亮灯；以及在灯点亮之后，第二电流发生器提供递减的第二电流，使得工作频率设定器针对逆变器的工作频率执行连续扫频，直到达到与第一电流相对应的灯的正常工作频率。
7.根据权利要求6所述的工作频率设置装置，其中当开灯信号有效时，第二电流发生器提供递增的第二电流，并且初始频率低于启动频率。
8.根据权利要求6所述的工作频率设置装置，其中当开灯信号有效时，第二电流发生器提供递减的第二电流，并且初始频率高于启动频率。
9.根据权利要求6所述的工作频率设置装置，其中第一电流发生装置包括串联的恒压源和第一电阻器。
10.根据权利要求6所述的工作频率设置装置，其中第二电流发生装置包括电压发生装置，用于在开灯信号有效时提供递增或递减电压，并且在灯点亮之后提供递减电压；电流发生器，用于在电压发生装置提供的电压高于第一参考电压时输出第二电流。
11.根据权利要求10所述的工作频率设置装置，其中电压发生装置包括 第二电阻器与第一电容器的并联结构；和与所述并联结构串联的电流源，当开灯信号有效时，所述电流源提供恒定电流，在灯点亮之后，电流源被禁用。
12.根据权利要求11所述的工作频率设置装置，其中所述并联结构经由第三电容器连接到高电平，使得当系统启动时，初始频率高于启动频率。
13.根据权利要求10所述的工作频率设置装置，其中电流发生器包括电压比较装置，所述电压比较装置在电压发生装置提供的电压高于第一参考电压时输出二者的差值；和与电压比较装置串联的第三电阻器，用于产生第二电流。
14.根据权利要求7所述的工作频率设置装置，其中工作频率设定器包括振荡器，所述振荡器产生的振荡信号的频率与第一电流与第二电流之和相对应。
15.根据权利要求14所述的工作频率设置装置，其中振荡器包括第二电容器，耦接到与第一电流对应的第一镜像电流源和与第二电流对应的第二镜像电流源的公共点；与所述第二电容器并联的开关；和电压比较器，所述电压比较器的第一输入端连接到所述公共点，第二输入端连接到第二参考电压，输出端用于控制所述开关的导通和关断。
16.根据权利要求15所述的工作频率设置装置，其中所述电压比较器在所述公共点的电压大于第二参考电压时，使所述开关导通。
全文摘要
本发明提供了一种启动灯的方法，所述灯由逆变器驱动，所述方法包括针对逆变器的工作频率从初始频率执行连续扫频，直到达到灯的启动频率，以点亮灯；以及在灯点亮之后，针对逆变器的工作频率执行连续扫频，直到达到灯的正常工作频率。
文档编号H05B41/295GK102387647SQ201010272709
公开日2012年3月21日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者任远程, 刘白仁, 孙顺根, 张军明, 杜磊, 杨先庆 申请人:成都芯源系统有限公司