专利名称：冷阴极管驱动回路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冷阴极管(CCFL, Cold CathodFl匿sent Lamp)驱动
电路，特别是涉及一种具有电流反馈回路的冷阴极管驱动回路。
背景技术：
现有的输出电流相位互补共地型多灯管驱动回路如图l所示，其由控制 单元(包括电压采样单元)、功率变换单元、反馈单元和负载(冷阴极管) 组成，其中控制单元输出经过功率变换单元输送至冷阴极管，所述反馈回路 串接在功率变换单元的低压输出端和控制单元之间，由整流二极管DIO、 Dll、电阻R19和电容C4组成，主要用来反馈功率变换单元的低压输出信号 至控制单元，通过控制单元的控制确保冷阴极管可以正常地工作。其主要被 作为大尺寸LCD (液晶显示器)的背光回路应用。在大尺寸的LCD中背光源 通常是由复数根的冷阴极管通过金属支架支撑着并列组成。实践证明，由于 冷阴极管之间以及冷阴极管和金属支架之间会形成寄生电容(在图l中以 C5，C6表示)，其存在直接影响着冷阴极管从点灯到工作稳定所需的时间。如 图1所示，大尺寸LCD背光源多采用共地型接线方式，通过检测变压器二次 侧低压回线端的电流(即如图1A点或B点的电流)可获悉冷阴极管从点灯开 始到工作稳定的状况。
为说明上述情况我们采用了等效模型(请参阅图3)进行仿真分析将 CCFL以简单的电阻模型R8表示，灯管与灯管间以及灯管与支撑金属外壳间 寄生电容以电容器C2表示，变压器以恒流源模型I1表示。
常温状态下灯管刚刚启动时，其等效电阻较高(经验值26寸LCD背后照 明匹配现有一般电源电路时常温状态下刚启动时等效阻抗约为250K)，当Il 为恒流6毫安(rms)时，流过R8的电流I2约为3.97毫安(rms)，流过C2的电 流I3约为4.42毫安(rms)，其中
而随着灯管温度逐渐的爬升，灯管的等效阻抗逐渐下降(经验值26寸 LCD背后照明匹配现有一般电源电路时点亮40分钟后时等效阻抗约为 172K)，流过灯管的实际电流I2逐渐上升至稳定工作时的电流，约为4.79毫安 (rms);而流过C2的电流I3逐渐下降至3.54毫安(rms);从分析的数据可以 看出，由于寄生电容的分流作用，从灯管点灯到工作稳定，始终有一部分电 流被寄生电容消耗掉，且由于灯管的等效阻抗呈随灯管温度升高而减少的负 温度特性，因此所述寄生电容的分流作用也随灯管的温度变化呈下降趋势。 图2为常温条件下在现有驱动回路的基础上对I26寸LCD实测得到的灯管
电流从冷启动到工作稳定随时间的变化趋势，可以发现灯管从冷启动开始 (3.972ma)至热机40分钟结束(5.1ma)，灯管实际电流变化为Uma。这在 大尺寸LCD的实际应用中主要表现为LCD的辉度稳定时间过长。
从上述分析及实验数据可得知，大尺寸LCD的背光源的工作稳定和组成 背光源的CCFL的寄生电容有直接的联系，如何有效地消除所述寄生电容对 背光源驱动回路电流的影响从而縮短LCD的辉度稳定时间，是当今大尺寸 LCD工业发展所需要解决的一项课题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种可快速稳定冷阴极管启动电流 的驱动回路。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案
提供一种冷阴极管驱动回路，其包括控制单元、功率变换单元、冷阴极 管和反馈回路，其中控制单元输出经过功率变换单元输送至冷阴极管，所述 反馈回路串接在功率变换单元的低压输出端和控制单元之间，所述反馈回路 包括可根据所述冷阴极管的温度变化而调节反馈回路反馈到所述控制单元 的电压值的电流补偿单元。
所述电流补偿单元由串接在反馈回路上一个或一个以上的温度补偿元 件以及和所述温度补偿元件的低压端并联接地的电阻组成，所述温度补偿元 件采用二极管。
二极管是具有负温度特性的电子元件，其P-N结的节电压随环境温度的 升高而降低。由于CCFL从点灯到稳定的过程中寄生电容的分流的作用，导 致CCFL电流变化的幅度加大，稳定的时间变长。而在反馈回路里串接若干二极管后，在开始点灯的时候，各二极管的P-N结具有最大的结电压，这样 从CCFL管出来的电流流经各二极管后产生的压降也是最大的，因此在反馈 端监测到的反馈回路的电压是最小的，该电压通过和基准电压以及反馈回路 的电流比较后通过控制单元的控制，让功率变换单元的产生一个电流，该电 流比没有串接二极管的通常情况下通过有关反馈控制而产生的电流大。而该 电流可以弥补让寄生电容损耗的部分。在灯管点灯到稳定的过程中，灯管的 温度在达到额定管电流前会不断升高，有关寄生电容的分流作用也逐渐减 弱，这时候由于二极管P-N结的负温度特性，使得通过该串接的若干的二极 管的管压降也逐渐变低，因此经过该若干二极管降压后去到反馈端的电压就 会相应的逐渐提高。这样，经过控制单元同样的一系列的控制作用，功率变 换单元的电流始终会因为二极管负温度特性的作用而作出相应的调整去补 偿有关寄生电容的分流影响，从而使得CCFL能在较少的时间范围内以及较 小的电流变化幅度内完成从点灯到稳定的过程。
作为可选择的方式，所述温度补偿单元还可采用或负温度系数热敏电阻 代替上述的二极管，其原理和采用二极管一样主要是利用了其压降随温度升 高而降低的特性，通过控制单元补偿寄生电容的分流作用。
作为可选择的方式，所述温度补偿单元还可以采用共集电极接法或开集 电极接法的NPN型三极管或PNP型三极管代替上述的二极管。其主要是通过 三极管的P-N结代替二极管的P-N结的做法实现同样的功能。
作为可选择的方式，所述温度补偿单元还可以由串接在反馈回路上的电 阻以及和所述电阻低压端并联接地的温度补偿元件组成。其主要是通过和反 馈回路并联，利用并联电路的原理以及正温度系数热敏电阻随温度的升高阻 值增大的功能，通过并联电阻的分压作用改变输入到控制单元反馈端的电 压，从而实现点灯过程中不同环境温度下对寄生电容损耗电流补偿的作用。
作为优选方式，包含了上述电流补偿单元的反馈回路由所述功率变换单 元的低压输出端开始依次还串接了RC滤波器以及整流二极管。本技术领域的 技术人员应当理解，RC滤波器是用来消除从功率变换单元耦合过来的除了基 波以外的其它杂波，如在基波上叠加的高频谐波以及功率变换单元中变压器 一次侧耦合过来的波形等。整流二极管是利用二极管的正向导电性来获取控 制单元所需的反馈信号。由冷阴极管的低压端开始依次串接RC滤波器以及整 流二极管的连接方式主要是为了降低启动瞬间电流和电压对整流二极管的
冲击，从而也提高了整个驱动回路的响应能力。此连接方式和一般反馈回路 通过整流二极管和负载低压端连接的方式相比，由于对整流二极管的性能要 求降低了，因此可以采用较为便宜的小信号开关管达到降低成本的目的。
作为可选择的方式，所述反馈回路还可以包括接在温度补偿元件与控制
单元之间的RC滤波器。有关设置主要是为了对应实际应用中不同控制单元 (IC)和功率变换单元中的变压器的有关参数，而用于调节驱动回路的响应 能力的常规考虑。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果
本发明冷阴极管驱动回路在反馈回路里增加了包括电流补偿单元，利用 电流补偿单元随冷阴极管的温度变化而调节反馈回路反馈到控制单元的电 压值的功能消除所述寄生电容造成的不稳定的影响，縮短了启动时电流稳定
时间，解决了实际应用中大尺寸LCD的辉度稳定时间长的问题。
图1是现有冷阴极管驱动回路的电路图2是现有冷阴极管驱动回路的反馈回路输出电流I-T曲线图3是现有冷阴极管驱动回路的等效模型图4是本发明冷阴极管驱动回路的电路结构简图5是本发明输出电流I一T曲线图6是本发明实施例所用的二极管IF — VF Ta曲线图7是本发明采用NPN型三极管共集电极接法的电流补偿单元电路图8是本发明采用NPN型三极管开集电极接法的电流补偿单元电路图9是本发明采用PNP型三极管共集电极接法的电流补偿单元电路图； 图10是本发明采用PNP型三极管幵集电极接法的电流补偿单元电路图ll是本发明采用负温度系数的热敏电阻的电流补偿单元电路图； 图12是本发明采用正温度系数的热敏电阻的电流补偿单元电路图。
具体实施方式
图4为本发明具体实施例的电路结构简图，其由变相脉宽调制控制器U1 输出的电压信号通过变相脉宽调制控制器U1的控制脉冲交替导通场效应晶 体管M1、 M3和M4、 M2而输送到变极器T1、 T2，该电压信号经变极器T1 、 T2 升压后驱动背光源模组CCFL。本实施例采取了由R18、 C9、 DIO、 R20、 C8、
Dll、 D12、 D13、 D17、 R35、 R19、 C4组成的反馈回路来实现变相脉宽调 制控制器U1对回路的控制功能其中从变极器T1、 T2低压端输出的交流信 号经R18 、 C9以及R20、 C8组成的滤波器滤波后，再经整流二极管DIO、 Dll 的整流，然后经由D12、 D13、 D17、 R35组成的电流补偿单元，通过R19、 C4组成的滤波器反馈到变相脉宽调制控制器U1的FB和CMP端。 以下就有关反馈回路的原理和构成作详细的说明
由于在开始点灯的时候，二极管D12、 D13、 D17的P-N结具有最大的结 电压，这样从变极器T1、 T2的低压端输出的电流流经各二极管后产生的压降 也是最大的，因此在反馈端FB监测到的反馈回路的电压是最小的，该电压通 过和变相脉宽调制控制器U1设定的基准电压以及反馈回路的电流比较后通 过变相脉宽调制控制器U1的一系列逻辑控制，让变极器T1、 T2输出一个电 流，该电流比没有串接二极管D12、 D13、 D17的情况下通过有关反馈控制而 产生的电流大。该电流可以弥补让背光源模组的寄生电容C5、C6损耗的部分。 在背光源模组CCFL从点灯到稳定的过程中，灯管的温度在达到额定管电流 前会不断升高，寄生电容C5、 C6的分流作用则逐渐减弱，这时候由于二极管 D12、 D13、 D17的P-N结的负温度特性，使得通过二极管D12、 D13、 D17的 管压降也逐渐变低，因此经过二极管D12、 D13、 D17降压后去到反馈端FB 的电压就会相应的逐渐提高。这样，经过变相脉宽调制控制器U1同样的一系 列的控制作用，变极器T1、 T2的输出电流始终会因为二极管D12、 D13、 D17 的负温度特性的作用而作出相应的调整去补偿有关寄生电容的分流影响，从 而使得背光源模组CCFL能在较少的时间范围内以及较小的电流变化幅度内 完成从点灯到稳定的过程。
为了让变极器T1、 T2输出的电流能正确弥补寄生电容C5、 C6的分流影 响，本实施例采用以下方式和步骤确定组成电流补偿单元的二极管的个数-
1. 测量未配置电流补偿单元前在常温环境下变极器T1、T2刚启动时的背 光源模组中CCFL灯管的电压VO(冷态)；
2. 测量未配置补偿电路前在常温环境下灯管进入稳定状态(大调光运行 约40分钟)后背光源模组中CCFL灯管电压VL (稳态)，以及此时灯 管周围的环境温度T;
3. 取V0和VL之差的绝对值AV，并用AV除以CCFL的冷态灯管电压VO， 所得值E即为当灯管温度变化时二极管在该电路中为补偿灯管电流变 化所提供的结压降的变化值；
4. 从二极管在不同温度下电流和电压的参数中选取温度为T时相对于常
温时结压降的变化值e;
5. 根据E/e所得出的值确定二极管的个数。
以下结合本实施例的实测数据为例，对如何确定电流补偿单元中二极管 的个数作进一步的说明
根据上述步骤1和2分别测到背光源模组CCFL的灯管冷态电压
V0=1000V，灯管稳态电压VL-787V，灯管稳态时周围环境温度T=48.7°C 。
根据上述步骤3可以计算出A V=|V0-VL|=213V ， E= △ V
/V0=213V/1000V=0.213V。当标准室温为25。C时，根据图6所示的二极管在
不同温度下电流和电压的关系曲线(IF-VFTa曲线)可以获悉在温度在常温
到48.7i:时的结电压变化e约为0.13V。根据之前计算的0.213V可以判断需
要2个二极管串联后才能达到有关要求，因此可以确定所需的二极管的个数
应该为2个。
实际上，由于反馈回路的电流值远远大于二极管可承受的电流值，因此 还需要如图4所示在二极管D12、 D13、 D17后面并联一个电阻R35分去大 部分的电流以确保二极管D12、 D13、 D17可以正常的工作。R35的可以根 据反馈回路的组成在10K 100K的范围内选取。
为了提高反馈回路的可靠性，在变极器T1、 T2低压输出端还依次串接 了由R18 、 C9以及R20、 C8组成的滤波器和整流二极管DIO、 Dll。 R18 、 C9和R20、 C8主要是用来除去从变极器T1、 T2耦合过来的除了基波以外的 其它杂波以确保反馈用基波的纯净。整流二极管DIO、 D11串接在由R18 、 C9和R20、 C8组成的滤波器后面则有利于降低启动瞬间电流和电压的的冲 击，从而可以拓宽整流二极管的选用范围，达到节约成本的目的。
此外，为了进一步调整反馈回路的响应能力，在变相脉宽调制控制器 Ul和反馈回路的电流补偿单元之间还串接了由R19、 C4组成的滤波器。
以上为对本实施例的反馈回路组成的说明。通过对本实施例如图5的实 测结果发现，背光源模组从常温条件下冷启动开始到达到背光源模组的正常 工作电流5.2mA为止，耗时10分钟，电流的变化仅为0.4mA。该结果和现 有技术的回路相比，稳定时间提前了约30分钟，电流变化减小了约0.7mA, 背光源模组的辉度稳定时间长的问题得到了明显的改善。
另外，作为本实施例的变形，组成电流补偿单元的二极管D12、 D13、D17可以用如图12所示具有负温度特性的热敏电阻R59代替。其原理和釆 用二极管一样主要是利用了其压降随温度升高而降低的特性来消除寄生电 容C5、 C6的影响，其个数的确定原理和原来相同；
作为本实施例的另一变形，组成电流补偿单元的二极管D12、 D13、 D17 还可以用如图7、图8所示的NPN型三极管通过共集电极接法或开集电极的接 法，或者如图9、图10所示的PNP型三极管通过共集电极接法或开集电极的接 法代替。其主要是通过三极管的P-N结代替二极管的P-N结的做法实现同样的 功能。其个数的确定原理和原来相同；
作为本实施例的又一变形，组成电流补偿单元的二极管D12、 D13、 D17 以及电阻R35还可以用如图12所示，由普通的电阻R57和具有正温度系数的热 敏电阻R59代替，其主要是通过和反馈回路并联，利用并联电路的原理以及 正温度系数热敏电阻随温度的升高阻值增大的功能，通过并联电阻的分压作 用改变输入到控制单元反馈端的电压，从而实现点灯过程中不同环境温度下 对寄生电容损耗电流补偿的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不局限于此， 本领域中的技术人员任何基于本发明技术方案上非实质性变更均包括在本 发明保护范围之内。
权利要求
1、一种冷阴极管驱动回路，其包括控制单元、功率变换单元、冷阴极管和反馈回路，其中控制单元输出经过功率变换单元输送至冷阴极管，所述反馈回路串接在功率变换单元的低压输出端和控制单元之间，其特征在于，所述反馈回路包括可根据所述冷阴极管的温度变化而调节反馈回路反馈到所述控制单元的电压值的电流补偿单元。
2、 如权利要求l所述的冷阴极管驱动回路，其特征在于，所述电流补偿 单元由串接在反馈回路上一个或一个以上的温度补偿元件以及和所述温度 补偿元件的低压端并联接地的电阻组成，所述温度补偿元件采用二极管或负 温度系数热敏电阻。
3、 如权利要求l所述的冷阴极管驱动回路，其特征在于，所述电流补偿 单元由串接在反馈回路上一个或一个以上的温度补偿元件以及和所述温度 补偿元件的低压端并联接地的电阻组成，所述温度补偿元件采用NPN型三极 管，所述NPN型三极管采用共集电极接法或开集电极接法。
4、 如权利要求l所述的冷阴极管驱动回路，其特征在于，所述电流补偿 单元由串接在反馈回路上一个或一个以上的温度补偿元件以及和所述温度 补偿元件的低压端并联接地的电阻组成，所述温度补偿元件采用PNP型三极 管，所述PNP型三极管采用共集电极接法或开集电极接法。
5、 如权利要求l所述的冷阴极管驱动回路，其特征在于，所述电流补偿 单元由串接在反馈回路上的电阻以及和所述电阻低压端并联接地的温度补 偿元件组成，所述温度补偿元件采用正温度系数热敏电阻。
6、 如权利要求1 5中任意一项所述的冷阴极管驱动回路，其特征在于， 所述反馈回路还包括接在温度补偿元件与控制单元之间的RC滤波器。
7、 如权利要求1 5中任意一项所述的冷阴极管驱动回路，其特征在于， 所述反馈回路由所述功率变换单元的低压输出端开始依次还串接了RC滤波 器及整流二极管。
全文摘要
本发明公开了一种冷阴极管驱动回路，其包括控制单元、功率变换单元、冷阴极管和反馈回路，其中控制单元输出经过功率变换单元输送至冷阴极管，所述反馈回路串接在功率变换单元的低压输出端和控制单元之间，所述反馈回路包括可根据所述冷阴极管的温度变化而调节反馈回路反馈到所述控制单元的电压值的电流补偿单元。本发明利用电流补偿单元随冷阴极管的温度变化而调节反馈回路反馈到控制单元的电压值的功能消除冷阴极管寄生电容造成的不稳定的问题，缩短了启动时电流稳定时间，解决了实际应用中大尺寸LCD的辉度稳定时间长的问题。
文档编号H05B41/14GK101184357SQ200610162450
公开日2008年5月21日 申请日期2006年11月14日 优先权日2006年11月14日
发明者肖培海 申请人:胜美达电机(香港)有限公司