专利名称：多冷阴极荧光灯的均衡电源供应电路的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种用于冷阴极荧光灯(CCFL)系统的电源供应器，特别是关于一种在多冷阴极荧光灯系统中使电流平均分布至每一冷阴极荧光灯的电源供应器的结构。虽然本发明在使用冷阴极荧光灯技术(例如可携式电脑、仪器等中的显示系统)的应用方面具有特殊用途，但在此预期仍可用于其他用途。
背景技术：
图1描述一传统的冷阴极荧光灯系统10。该系统包含一电源供应器12、一CCFL驱动电路16、一控制器14、一反馈回路18以及一或多个灯管CCFL1、CCFL2。该电源供应器12以控制器14控制的并经由晶体管Q1施加一直流电压至该电路16。该电路16是一自我共振电路(例如已知的Royer电路)。特别的是该电路16是一自我振荡式直流变交流转换器，其共振频率是由L1及C1所设定且N1-N4表示变压器线圈及该线圈的圈数。运作时，电晶体Q2及Q3交互导通及分别切换跨于线圈N1及N2上的输入电压。若Q2为导通状态，则输入电压跨于线圈N1上。电压及对应的极性跨于其他线圈上。线圈N4上的感测电压使得Q2的基极成主动状态，并且Q2导通而集电极与发射极的间具有非常小的压降。线圈N4的感测电压亦使Q3成截止状态。Q2导通直到铁芯(core)T1的通量达到饱和。
饱和时Q2的集电极迅速地升至一数值(由基极电路决定该数值)，并且变压器的感测电压迅速下降。Q2更被提升至超出饱和状态且VcE上升而使N1的电压更进一步地降低。基极的下降使Q2关闭，然后使铁芯的磁通量轻微地减退，并在N4中感测一电流而使Q3导通。N4的感测电压使Q3保持导通于饱和状态，直到铁芯的相反方向饱和，并以类似的反向操作完成整个切换循环。
虽然反向器电路16的构成元件相当少，但适当的运作却与晶体管复杂的非线性交互反应有关。并且，由于C1、Q1及Q2的改变(此种元件间的误差一般为35％)，电路16并不适用于平行变压器配置，因为任何复制的电路均会产生额外不想要的操作频率而于某些谐波产生共振。此种效应会在CCFL中产生”冲击”，其是一不想要却值得注意的效应。即使误差非常地小，但因为电路16操作于自共振模式，此冲击效应仍无法消除，所复制的电路将有会其自己独一无二的操作频率。
在图1所示的配置中，电源是籍由晶体管T1施加至CCFL1及CCFL2。系统中每一冷阴极荧光灯均平行地连接，并分别以Co1及Co2的阻抗驱动。理想上Co1及Co2为相等，所以电流可均匀地分至CCFL1及CCFL2。但如前所述，每个冷阴极荧光灯的差异会严重地影响流过每一回路中的电流。反馈电路18包含感测电阻Rs，其提供反馈至该控制器14，然后再调整输入至电路16的功率(经由Q1)。重要的是，在图1的型态中仅有输出电流Iout被Rs所感测。如上所述，电路16并不适用于多重的组态，因此两个或任意数目的灯管仅有单一电源供给变压器(T1)。因此，图1的系统无法判定个别的冷阴极荧光灯回路中是否有不平衡的情形存在，因为仅有感测到输出电流。并且，沿着两个回路(分别为Co1、CCFL1与Co2，CCFL2)的任何不平衡的阻抗都会产生不平衡的电流流过每个冷阴极荧光灯，而使得整个系统的冷阴极荧光灯的寿限大幅地衰减。
类似的冷阴极荧光灯驱动系统可参见Nablant的美国专利第5,615,093号、Kates的美国专利第5,430,641号、Liu的美国专利第5,619,402号、Lee的美国专利第5,818,172号以及Payne的美国专利第5,420,779号。本案在此将前述引入以作为揭露类似于图1的电路型态参考。这些前案类似于图1的系统10且/或多了一些缺点。
因此，亟需克服传统驱动电路的前述缺点，并提供一多冷阴极荧光灯的驱动电路，其可对系统中每一个别灯管提供反馈控制，藉以使系统中所有灯管获得一平衡的电流状态。并且，亟需提供一种冷阴极荧光灯的驱动电路，当其用于一多冷阴极荧光灯系统中时可相对简化地实施且无前述缺点。
发明内容
因此，本发明提供一种最佳化的系统，用以均匀地分布冷阴极荧光灯中流经每一冷阴极荧光灯的电流，藉此改变该系统的可靠度。
广义地来说，本发明提供一种冷阴极荧光灯系统，至少包含一平行配置的的变压器系统及一反馈回路，用以感测系统中流经一冷阴极荧光灯的电流。系统中每个冷阴极荧光灯是由个别变压器的二次侧所驱动。依据反馈回路所感测的电流，一控制器施加适当的驱动电压至该变压器的主要侧，然后再移转功率至每一冷阴极荧光灯。因为每一变压器的主要侧为平行配置，且因为每一冷阴极荧光灯均连接至一共同节点，因此可以确信的是每一变压器会接收相同的电压，并且流经每一冷阴极荧光灯的电流会平衡。
在一较佳实施例中，本发明提供的冷阴极荧光灯系统的变压器包含多个主要线圈及次要线圈，每一该主要线圈是以平行方式配置且耦合至一电压源，每一该次要线圈耦合至一冷阴极荧光灯电路。至少一个该冷阴极荧光灯电路包含一感测阻抗，用以感测流经该冷阴极荧光灯电路的电流，以及一控制器，用以依据至少部份流经该冷阴极荧光灯电路的电流调整该电压源。
以优点来说，本发明的系统提供一相当简化的多冷阴极荧光灯电路结构，其可于稳态模式及启动模式中使每一冷阴极荧光以平衡(例如约略相等)的电流驱动。
虽然以下的详细说明以较佳实施例及方法说明本发明，然本发明并非限定于使用的这些较佳实施例及方法。相反地，本发明的保护范围在于本发明权利要求限定的范围。
本发明的其他特征及优点在参阅以下的详细说明及附图(图中相同图号指相同元件)后将更易于了解。
图1是一已有冷阴极荧光灯系统的电路图；图2是本发明的冷阴极荧光灯系统的电路图；且图3是本发明含n个冷阴极荧光灯的多冷阴极荧光灯系统的电路图。
图号对照说明10 系统12 电源供应器14 控制器 16 驱动电路18 反馈回路20 CCFL驱动系统.
22 CCFL回路24 CCFL回路30 系统具体实施方式
请参阅图2，该图是描述根据发明的一CCFL驱动系统20。该系统20通常包含一平行变压器T1及T2、一反馈控制器14、输入电压(PowerIn)以及一或多个CCFL回路22及24。这些功能单元将更充分地描述如下。
变压器T1及T2的线圈以平行方式连接。主要侧电压(Vp)可以符合法拉第定律(Faraday’sLaw)的不同方式推得.例如Vp可以一推挽电路、一顺向电路、一半桥式电路、一全桥式电路、一驰返(flyback)电路等等，以及其他已知适用于驱动变压器的电路。每一变压器的二次侧驱动每一CCFL回路。最好，T1及T2具有相同的变压器特性。
控制器14调整施加至主要线圈的电压及功率Vp，然后主要线圈再藉感测电阻Rs1的反馈调整每一CCFL的功率。最好，控制器14是一已知的脉冲宽度调制(PwM)电路或者是，控制器14是一脉冲频串调制(PFM)电路，或是其他已知适用于控制Vp的控制电路。因为主要侧线圈T1及T2是以平行方式配置且每一CCFL电路22及24共同耦合于COM(在该处流经CCFL2的电流会跟随)。最好，Cs1等于Cs2且Rs1等于Rs2，并且CCFL1及CCFL2相等以确保每一CCFL回路22及24具有约略相等的阻抗。
例如但不限定，图2电路相较于图1电路的优点说明如下。
冷阴极荧光灯的稳态值得熟悉该项技艺者注意的是典型的CCFL维持其稳态需要约为600伏的交流电压。假设想要的稳态对于每一CCFL的稳态电流为5mA，则该控制器14将调整功率以提供10mA的电流(假设系统有两个CCF1)。图1中最差的状况是一CCFL导通且流过整个10mA的电流，同时另一个不导通且流过0mA的电流。在图1中该控制器仍可满足因为感测电阻Rs2读取的值为10mA(总和是正确的)。然而，在这种情况下该导通CCFL的所受负载为两倍，因此该CCFL的寿限将严重地减少。另一方面，在图2的电路中该控制器读取RS1所感测的电流，因此假设仍维持上述参数，该控制器14可经RS1藉由反馈来调节回路22中最大可得电流为5mA。因此，流经每一回路中的电流会相同。
点亮冷阴极荧光灯值得熟悉该项技艺者注意的是击发电弧以点亮典型的CCFL需要约为1500伏的交流电压。在图1中因为不同的灯管参数，假设点亮CCFL1需要10ms，点亮CCFL2需要10秒。该灯管参数会因(例如)每一灯管的相对年龄，制造技术及伴随的制造误差等而改变，假设控制器14将功率调至10ms且电流10mA。当电路被激励时，在CCFL2点亮前CCFL1将先点亮且流过10mA的电流，同时控制器仍”正常”因为Rs所量的电流为10mA。因此CCFL2将无法点亮且CCFl1将过载2倍。
假设参数仍与上述相同，在图2所示的本发明中，该控制器14经由感测电阻Rs1施加适当的点亮电压10ms至CCFL1。20ms的后，当CCFL1点亮且导通5mA的电流时，因为CCFL1及CCFL2连接至一共同节点COM，所以2.5mA的电流会流至CCFL2。电流会均匀地流入由CR1、Rs1、CR2以及Rs2所定义的两个路径。因此，因为CCFL2尚未点亮，该控制器仍继续以较高的点亮电压驱动Vp及变压器T2的二次侧，直到成功地点亮CCFL2(例如1秒后)，因为变压器二次侧的电压在无载时甚高。
其他实施例请参阅图3，该图是描述具一或多个CCFL的系统30。本发明提供一多冷阴极荧光灯系统，特别是其明暗与对比需求成极端。在图3所示的本发明中，所述的型态可扩充至多灯管。在一N个灯管的系统中，具有N个个别的主要侧线圈T1、T2…TN，因此具有N个CCFL回路主回路、从回路1…从回路(N-1)。图3的系统30以类似于图2的方式运作，然而为传送适当电流控制器(未显示)将依据系统中CCFL回路的数量适当地修改。必须注意的是因为图2及图3的变压器是以平行方式配置，故系统中仅有一个操作频率(FT1＝FT2＝FTn)。因为图1的电路是设计成为自我共振形式，若将图1的电路改为如图3所示的多级CCFL，则必须有多个电源级以供多个操作频率使用，或是至少限定。因此，本发明较已有技术可明显地节省成本。
亦需注意的是当变压器T1、T2…Tn为个别的变压器时，图1的变压器T1是为单一变压器。虽然图2及图3所示的变压器整体尺寸稍微超出图1的变压器，但是使用分离的变压器相较于单一变压器仍有温度上的优点，因为每一分离的变压器承载较小的电流负载。因此，可增加图2及图3的实施例的系统可靠度。
因此，明显地本发明提供一于提供均衡电流至系统中每一CCFL的驱动电路。本发明仍可再改进，例如控制器14可改为具有一可编程电路以对感测流经Rs1的电流及预设值做一比较。并且控制器14可改为具有一限流电路或是一关闭开关(若电流超出一预设临限值时将关闭电源)。
本发明仍可再改进，例如，虽然本发明图2及第3图的反馈是来自系统的第一CCFL，然熟悉该项技艺者可认知的是该反馈可取自任一CCFL回路，因为该变压器是平行配置并且每一CCFL回路均连接至一共同节点。
其他变化、改进及/或不同实施对于熟悉该项技艺者是显而易见的，因此本发明的权利要求是用以包含所有落于本发明的精神及范畴中的变化、改进及/或不同实施。
权利要求
1.一种冷阴极荧光灯驱动电路，至少包含多个主要线圈及次要线圈，每一该主要线圈以平行方式配置且耦合至一电压源，每一该次要线圈耦合至一冷阴极荧光灯电路，至少一个该冷阴极荧光灯电路包含一感测阻抗，用以感测流经该冷阴极荧光灯电路的电流，以及一控制器，用以依据至少部份流经该冷阴极荧光灯电路的电流调整该电压源。
2.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中上述电压源是由一电路所供给，该电路是由一推挽电路、一顺向电路、一半桥式电路、一全桥式电路及一驰返(flyback)电路所组成的族群中所选出。
3.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路由一满足法拉第定律的电路所供给。
4.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中每一上述冷阴极荧光灯驱动电路包含一冷阴极荧光灯及一电容，并且上述感测阻抗是串连配置。
5.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中上述控制器包含一脉冲宽度调制(PWM)电路以调整上述电压源。
6.如权利要求5所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中上述脉冲宽度调制电路还包含一比较器，用以将流经至少一个上述冷阴极荧光灯电路的电流与一预设值做一比较，并依据差异调整上述电压源。
7.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中上述控制器包含一脉冲频率调制(PFM)电路以调整上述电压源。
8.如权利要求7所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中上述脉冲频率调制电路还包含一比较器，用以将流经至少一个上述冷阴极荧光灯电路的电流与一预设值做一比较，并依据差异调整上述电压源。
9.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中上述控制器还包含一切换电路，用以当若流经至少一个上述冷阴极荧光灯电路的电流高于一预设值时关闭上述电压源。
10.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中上述感测阻抗至少包含一感测电阻，该感测电阻上的压降响应流经至少一个上述冷阴极荧光灯电路的电流。
11.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中每一上述冷阴极荧光灯电路均耦合在一起且连接于一共同节点。
12.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯驱动电路，其中上述冷阴极荧光灯电路至少包含一冷阴极荧光灯。
13.一种传输电源至一冷阴极荧光灯(CCFL)的方法，该方法至少包含下列步骤驱动多个主要线圈，该主要线圈平行于一电源；驱动多个相应的次要线圈，该次要线圈连接于相应的冷阴极荧光灯电路；提供一感测阻抗于至少一个该冷阴极荧光灯电路中，用以判定流经该冷阴极荧光灯电路的电流；且依据流经该冷阴极荧光灯电路的电流调整该电源的至少部份。
14.如权利要求13所述的方法，还包含将流经该冷阴极荧光灯电路的电流与一预设值做一比较以及据以调整上述电源的步骤。
15.如权利要求13所述的方法，其中上述电源提供一足够的电压以点亮每一上述冷阴极荧光灯，以及提供一较低的电压以维持该冷阴极荧光灯的运作。
16.如权利要求13所述的方法，还包含调整上述电源的步骤，用以当上述流经该冷阴极荧光灯的电流超出一预设值时关闭上述电源。
全文摘要
本发明提供一种冷阴极荧光灯驱动电路,具有一平行配置的变压器系统及一反馈回路,用以感测系统中流经一冷阴极荧光灯的电流。系统中每个冷阴极荧光灯由个别变压器的二次侧所驱动。依据反馈回路所感测的电流,一控制器施加适当的驱动电压至该变压器的主要侧,然后再移转功率至每一冷阴极荧光灯。因为每一变压器的主要侧为平行配置,且因为每一冷阴极荧光灯均连接至一共同节点,因此可以确信的是每一变压器会接收相同的电压,并且流经每一冷阴极荧光灯的电流会平衡。
文档编号H05B41/282GK1340286SQ00803711
公开日2002年3月13日 申请日期2000年1月25日 优先权日1999年2月12日
发明者周约翰, 林永霖 申请人:凹凸科技国际股份有限公司