专利名称：工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种冷阴极荧光灯换流器，且特别涉及一种工作频率可变的冷 阴极荧光灯换流器。
背景技术：
图1为一种现有的冷阴极荧光灯换流器的电路图，而图2为图1所示冷阴极焚 光灯换流器中开关控制信号及变压器二次侧电压电流信号的波形图。请同时参照图 l及图2，冷阴极焚光灯换流器1包括一谐振式换流器以及一回授控制单元14，其 中谐振式换流器包括一功率开关组件11、 一变压器12以及一谐振电路13。谐振式 换流器用以接收直流输入电压Vin,并将直流输入电压Vin转成交流输出电压Vout, 以驱动冷阴极焚光灯2提供背光源给液晶显示面板3。回授控制单元14用以接收冷 阴极荧光灯2产生的电流If ，并据以输出开关控制信号VG1和VG2控制功率开关组 件ll，以调整传递到冷阴极荧光灯2的功率，提供亮度稳定且可调的背光源。
功率开关组件11包括两个功率开关111和112,分别由开关控制信号VG1和 VG2控制而交替地导通。变压器12的两个一次侧绕组对二次側绕组的匝数比皆为1: N(N大于1),可提供隔离及升压功能。在本例中，功率开关组件11及中间抽头式 变压器12构成一推挽式电路结构，但并不仅限于此， 一般还可设计成半桥式或全 桥式等电路结构。直流输入电压Vin经过功率开关111和112的切换及变压器12 的升压后，在变压器12 二次侧输出一具有正负电压脉冲的交流电压信号Vp，如图 2所示，其峰值为Vin x N，其频率为f s且由开关控制信号VG1 (或VG2)的频率决定， 而其正负电压脉冲的宽度分别由开关控制信号VG1及VG2决定。
谐振电路13包括一谐振电感器131及一谐振电容器132,谐振电感器131及谐 振电容器132串联耦接于谐振电路13的两输入端，且谐振电容器132两端耦接于 谐振电路13的两输出端。谐振电路13设计成工作在频率fs时其等效阻抗呈现电 感性，因此当频率为fs的交流电压信号Vp输入谐振电路13后，谐振电路13等效 阻抗呈现电感性，使变压器12二次侧的电流信号Ip落后电压信号Vp。映射回变压器12 —次侧的电流信号Ip落后开关控制信号VG1和VG2,使功率开关111和112 具有零电压切换，可减少开关切换损失。
图3为图1所示冷阴极焚光灯换流器1在启动冷阴极焚光灯2(即所谓的点灯) 时谐振电路的输入输出电压增益(Vout/Vp)的频率响应图。请参照图3,在点灯时谐 振电路13的频率响应曲线31在谐振频率fr处有一极大的增益，此谐振频率f r由 谐振电感器131的电感值L及谐振电容器132的电容值C所决定，即,ocl/VZ^万。 前述如电感值L及电容值C等元件参数值指的是其标称值，但是由于温度、制程、 老化等环境因素，元件参数的标称值与其在电路中测量到的实际值通常是存在着误 差。尤其是谐振电感器131 —般并非使用实际的电感器，而是使用变压器12的二 次侧绕组的高匝数配合变压器12的气隙所得到的"等效"电感器，其存在的误差 通常有7%以上。依据元件参数的标称值来设计而得到的频率响应曲线会因为标称 值与实际值所存在的误差而有所偏移。例如，考虑到谐振电路13的电感标称值L 及电容标称值C存在着最大误差(一般电路设计上元件参数值所能容许的误差为士 10%),当谐振电路13的电感实际值为0. 9xL及电容实际值为0. 9xC时，其谐振 频率fr，为l.llxfr，故频率响应会由曲线31偏移成曲线31，。
以78KHz的点灯频率为例，请参照图4,其为图3所示频率响应图在78KHz附 近的^t大图。另假设变压器12 二次侧电压Vp为1400Vrms,而点灯所需电压Vout 为1800Vrms(—般冷阴极荧光灯点灯所需电压约1000 ~ 2000Vrms)。依据谐振电路 13的电感标称值L及电容标称值C所设计得到的频率响应曲线31 (谐振频率fr ), 工作在频率78KHz的谐振电路13可提供的电压增益为Gl (=1.316)，故点灯电压 Vout=1400Vrms x Gl=1842Vrms > 1800Vrms,因此按此设计可点灯成功。但是，如果 谐振电路13的电感实际值为0. 9 x L且电容实际值为0. 9 x C，实际的频率响应偏移 成曲线31'(谐振频率fr，)，此时仍工作在频率78KHz的谐振电路13可提供的 电压增益下降为G2 (=1.242),故点灯电压Vout=1400Vrms x G2=1739Vrms < 1800Vrras，因此实际上点灯会失败。所以，依据元件参数的标称值来设计而得到的 频率响应曲线会因为标称值与实际值所存在的误差而有所偏移，这可能使原本可点 灯成功的设计在实际上却点灯失败。
发明内容
本实用新型的目的就是在提出一种工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器，改善 因元件参数值误差造成谐振式换流器电压增益降低所造成的点灯失败。本实用新型的又一目的就是在提出一种工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器， 提高谐振式换流器的电压增益来加快冷阴极荧光灯点亮的速度。
为了达成上述目的及其它目的，本实用新型提出一种工作频率可变的冷阴极焚 光灯换流器，包括一谐振式换流器、 一回授电路以及一控制单元，其中谐振式换流 器输出端耦接至一冷阴极焚光灯，回授电路耦接至冷阴极焚光灯，且控制单元耦接 至谐振式换流器及回授电路。谐振式换流器用以接收一直流输入电压，并依据一控 制信号将直流输入电压转为一交流输出电压以驱动冷阴极荧光灯，而冷阴极荧光灯 产生一回授电流。回授电路则依据回授电流输出一回授电压。控制单元用以依据回 授电压输出控制信号，控制信号的频率控制谐振式换流器的电压增益。控制单元包 括一点灯频率设定电路及一扰动频率设定电路，点灯频率设定电路用以设定控制信 号的频率为一预设点灯频率，扰动频率设定电路用以使控制信号的频率以预设点灯 频率为平衡点周期性地变动(或称为在预"^殳点灯频率附近一范围内周期性地变动)。
本实用新型的有益效果在于本实用新型的工作频率可变的冷阴极焚光灯换流 器因为控制单元使控制信号的频率在预设点灯频率附近一范围内周期性地变动，故 控制信号控制谐振式换流器的电压增益在相应于预设点灯频率的电压增益附近一 范围内周期性地变动，既可改善因元件参数值误差造成谐振式换流器电压增益降低 所造成的点灯失败，又可提高谐振式换流器的电压增益来加快冷阴极焚光灯点亮的 速度。
图1为一种现有的冷阴极荧光灯换流器的电路图2为图1所示冷阴极焚光灯换流器中开关控制信号及变压器二次侧电压电流 信号的波形图3为图1所示冷阴极焚光灯换流器在点灯时谐振电路的输入输出电压增益的 频率响应图4为图3所示频率响应图在78KHz附近的放大图； 图5为依照本实用新型一实施例所绘示的冷阴极荧光灯换流器的电路图； 图6为图5所示冷阴极荧光灯换流器中比较器的输入输出波形图； 图7为图5所示冷阴极荧光灯换流器在点灯时谐振电路的输入输出电压增益的 频率响应图在78KHz附近的放大图。
6附图标记说明l-冷阴极荧光灯换流器；ll-功率开关组件；111、 112-功率 开关；12-变压器；13-谐振电路；131-谐振电感器；132-谐振电容器；14-回授控 制单元；2-冷阴极荧光灯；3-液晶显示面板；31、 31，-频率响应曲线；5-冷阴极 荧光灯换流器；51-谐振式换流器；52-回授电路；521-二极管整流器；522 、 523-分压电阻器；524-滤波电容器；53-控制单元；531-误差放大器；532-比较器；533-驱动电路；534-锯齿波发生器；54-零电压检测器；55-点灯频率设定电路；551-第一电阻器；552-第一电容器；56-扰动频率设定电路；561-受控电流源；562、 563-偏压电阻器；564-弦波发生器；565-计时器；57-稳态频率设定电路；571-第二电 阻器；572-第二电容器；Vin-直流输入电压；Vout-交流输出电压；VG1、 VG2-开关 控制信号；Vp-变压器二次侧电压信号；Ip-变压器二次侧电流信号；Vf-回授电压； If-回授电流；Vref-参考电压；Verror-误差电压；Vramp-锯齿波电压；Vcc-直流 电压源；Ie、 Is-直流电流；Ia、 Ia，-交流弦波电流；fr、 fr，-谐振频率；fs-工 作频率；Gl、 G2、 G3-电压增益。
具体实施方式
以下结合附图，对本新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。 图5为依照本实用新型一实施例所绘示的冷阴极荧光灯换流器的电路图。请参 照图5,冷阴极荧光灯换流器5包括一谐振式换流器51、 一回授电路52以及一控 制单元53。在本实施例中，谐振式换流器51使用如图l所示的谐振式换流器，但 并不以此为限。谐振式换流器51用以接收直流输入电压Vin，并依据开关控制信号 VG1和VG2将直流输入电压Vin转为交流输出电压Vout,以驱动冷阴极荧光灯2提 供背光源给液晶显示面板3，而冷阴极荧光灯2产生回授电流If。当设计工作在适 当的频率下，谐振式换流器51因电路呈电感性而电流落后电压，使功率开关具有 零电压切换，可减少开关切换损失。在本实施例中，虽仅以一支冷阴极荧光灯2为 例，Y旦并不以此为限。
回授电路52耦接至冷阴极焚光灯2及控制单元53，其用以接收冷阴极荧光灯 2产生的回授电流If并据以输出一回授电压Vf 。回授电路52包括一二极管整流器 521、两分压电阻器522和523以及一滤波电容器524。回授电流If经过二极管整 流器521的整流后变为一脉动直流电流，此脉动直流电流再经过两分压电阻器522 和523变为一l^动直流电压。这两分压电阻器522和523用以将电流转为电压，还提供分压以调整电压的准位，使后续的电路能够使用。最后，此脉动直流电压经过
滤波电容器524的滤波后变为一波形平滑的直流电压，即回授电压Vf。
控制单元53耦接至谐振式换流器51及回授电路52，其用以接收回授电路52 产生的回授电压Vf并据以输出开关控制信号VG1和VG2控制谐振式换流器51，以 调整传递到冷阴极荧光灯2的功率，提供亮度稳定且可调的背光源。控制单元53 包括一误差放大器531、 一比较器532、 一驱动电路533、 一锯齿波发生器534、 一 零电压检测器54、 一点灯频率设定电路55、 一扰动频率设定电路56以及一稳态频 率设定电路57，在另一实施例中，锯齿波发生器534可以三角波发生器或其它的斜 波发生器替代。回授电压Vf和一预设的参考电压Vref输入到误差放大器531,误 差放大器531将两者的误差放大后输出一误差电压Verror。
此误差电压Verror和一频率为fs的锯齿波电压Vramp输入到比较器532,其 中锯齿波电压Vramp由锯齿波发生器534产生。如图6所示，当误差电压Verror 大于锯齿波电压Vramp时，比较器532输出为高准位(代表逻辑1)，其通过驱动电 路533产生的开关控制信号VG1此时为高准位，可使功率开关lll导通；反之，当 误差电压Verror小于锯齿波电压Vramp时，比较器532输出为低准位(代表逻辑0), 其通过驱动电路533产生的开关控制信号VG1此时为低准位，可使功率开关111断 开；故开关控制信号VG1的频率也为f s。驱动电路533还依据比较器532的输出产 生相应的开关控制信号VG2,其与开关控制信号VG1分别控制功率开关111和112 交替地导通。由上可知，锯齿波电压Vramp的频率决定开关控制信号VG1和VG2的 频率，而误差电压Verror的大小决定开关控制信号VG1和VG2的责任周期(duty cycle)。
由于冷阴极荧光灯2 —般在点灯时所需的工作电压约lK-2KVrms,而在点灯后 稳态的工作电压约400- 800Vrms。因此，对使用谐振式换流器51的冷阴极荧光灯 换流器5而言，通常在点灯时采用一预设点灯频率来控制功率开关111和112的切 换，使切出来的交流电压信号Vp的频率相对接近谐振电路13的谐振频率fr,取得 较高的增益；并在点灯成功后，改采一低于预设点灯频率的预设稳态频率来控制功 率开关111和112的切换，使切出来的交流电压信号Vp的频率相对远离谐振频率 fr,取得较低的增益。而欲工作在预设点灯频率或预设稳态频率，可通过改变锯齿 波电压Vramp的频率来达成。
在本实施例中，锯齿波发生器534产生的锯齿波电压Vramp的频率由其外接的 电阻器及电容器所决定， 一如555定时器配合外接电阻器及电容器实现的振荡器用于波形发生器。在点灯成功前，冷阴极焚光灯2尚无电流输出，零电压检测器54 侦测到回授电压Vf为零，故控制锯齿波发生器534配合点灯频率设定电路55决定 锯齿波电压Vramp的频率为预设点灯频率，同时配合扰动频率设定电路56使预设 点灯频率产生扰动。在点灯成功后，冷阴极荧光灯2有电流输出，零电压检测器54 侦测到回授电压Vf不为零，故控制锯齿波发生器534改成配合稳态频率设定电路 57决定锯齿波电压Vramp的频率为预设稳态频率。其中，点灯频率设定电路55包 括一第一电阻器551及一第一电容器552，而稳态频率设定电路57包括一第二电阻 器571及一第二电容器572。第一电阻器551的电阻值小于第二电阻器571的电阻 值及/或第一电容器552的电容值小于第二电容器572的电容值，故点灯频率设定 电路55的RC时间常数较小，充电及放电较快，设定的频率(即预设点灯频率)较高， 而稳态频率设定电路57的RC时间常数较大，充电及放电较慢，设定的频率(即预 设稳态频率)较低。
扰动频率设定电路56包括一受控电流源561耦接到点灯频率设定电路55。在 本实施例中，受控电流源561为一 NPN双极型晶体管(BJT),其由直流电压源Vcc 及偏压电阻器562和563提供偏压建立直流工作点，故BJT 561的发射极会有一直 流工作电流Ie。此直流工作电流Ie及锯齿波发生器534输出的直流电流Is输入到 点灯频率设定电路55，通过第一电阻器551及第一电容器552的充放电动作，而提 供锯齿波发生器534产生频率为预设点灯频率的锯齿波电压Vramp。另外，扰动频 率设定电路56还包括一弦波发生器564以及一计时器565，在另一实施例中，弦波 发生器564可以其它如三角波等的交流信号发生器替代。弦波发生器564用以提供 一交流弦波电流Ia到BJT 561的基^feL,则BJT 561的集电4及会输出相应的^t大的 交流弦波电流Ia，。此扰动频率设定电路56输出的交流弦波电流Ia，输入到点灯 频率设定电路55,通过第一电阻器551及第一电容器552的充放电动作，而使锯齿 波发生器534产生的频率为预设点灯频率的锯齿波电压Vramp发生频率扰动，即锯 齿波电压Vramp的频率(其控制开关控制信号VG1和VG2的频率)在预设点灯频率附 近一范围内周期性地变动。这个锯齿波电压Vramp(或开关控制信号VG1和VG2)的 频率扰动范围由交流弦波电流Ia的振幅所决定。计时器565耦接至零电压检测器 54及弦波发生器564，其用以在零电压检测器54侦测到回授电压Vf为零(表示点 灯未成功)时计数一预定时间，且在此预定时间后当零电压检测器54侦测到回授 电压Vf仍为零(表示点灯仍未成功)时，则控制弦波发生器564产生振幅更大的交流弦波电流Ia，进而4吏锯齿波电压Vramp的频率在预设点灯频率附近一更大的范 围内周期性地变动。
以78KHz的预设点灯频率为例，请参照图7,其为图3所示频率响应图在78KHz 附近的放大图。直流电流Ie和Is输入到点灯频率设定电路55,使锯齿波发生器 534产生频率为78KHz的锯齿波电压Vramp,而交流弦波电流Ia，输入到点灯频率 设定电路55,使频率为78KHz的锯齿波电压Vramp发生频率扰动，即锯齿波电压 Vramp的频率在78KHz的预设点灯频率附近一范围(68KHz到88KHz)内周期性地变 动。即使预设的频率响应曲线31因为元件参数值存在的误差而偏移到曲线31，， 但由于本实用新型的点灯频率会在68KHz到88JCHz范围内周期性地变动，尤其变动 到88KHz时电压增益为G3,其甚至大于预设的Gl,故可使点灯成功。
综上所述，本实用新型的工作频率可变的冷阴极焚光灯换流器因为控制单元使 控制信号的频率在预设点灯频率附近一范围内周期性地变动，故控制信号控制谐振 式换流器的电压增益在相应于预设点灯频率的电压增益附近一范围内周期性地变 动，既可改善因元件参数值误差造成谐振式换流器电压增益降低所造成的点灯失 败，又可提高谐振式换流器的电压增益来加快冷阴极荧光灯点亮的速度。
以上说明对本新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人 员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许 多修改，变化，或等效，但都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1. 一种工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器，用以驱动一冷阴极荧光灯，其特征在于，其包括一谐振式换流器，用以接收一直流输入电压，并依据一控制信号将所述直流输入电压转为一交流输出电压以驱动所述冷阴极荧光灯，所述冷阴极荧光灯产生一回授电流；一回授电路，耦接至所述冷阴极荧光灯，依据所述回授电流输出一回授电压；以及一控制单元，耦接至所述谐振式换流器及所述回授电路，依据所述回授电压输出所述控制信号，所述控制信号的频率控制所述谐振式换流器的电压增益，所述控制单元包括一点灯频率设定电路及一扰动频率设定电路，所述点灯频率设定电路用以设定所述控制信号的频率为一预设点灯频率，所述扰动频率设定电路用以使所述控制信号的频率以所述预设点灯频率为平衡点周期性地变动。
2. 根据权利要求1所述的工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器，其特征在 于，所述控制单元更包括一零电压检测器，耦接至所述回授电路以接收所述回授电压； 一误差放大器，耦接至所述回授电路，依据所述回授电压及一参考电压的差值 输出一误差电压；一斜波发生器，耦接至所述零电压检测器、所述点灯频率设定电路及所述扰动 频率设定电路，当所述零电压检测器侦测到所述回授电压为零时产生一斜波电压， 且所述斜波电压的频率以所述预设点灯频率为平衡点周期性地变动；一比较器，耦接至所述误差放大器及所述斜波发生器，比较所述误差电压及所 述斜波电压，并据以输出逻辑1或0;以及一驱动电路，耦接至所述比较器及所述谐振式换流器，依据所述比较器的输出 产生所述控制信号。
3. 根据权利要求2所述的工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器，其特征在 于，所述斜波发生器为锯齿波发生器，所述斜波电压为锯齿波电压。
4. 根据权利要求2所述的工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器，其特征在 于，所述斜波发生器为三角波发生器，所述斜波电压为三角波电压。
5. 根据权利要求1所述的工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器，其特征在 于，所述扰动频率设定电路包括一交流信号发生器，用以产生一第一交流电流；以及一受控电流源，耦接至所述交流信号发生器及所述点灯频率设定电路，依据所 述第一交流电流输出一第二交流电流至所述点灯频率设定电路，所述第二交流电流
6. 根据权利要求5所述的工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器，其特征在 于，所述扰动频率设定电路更包括一计时器，耦接至所述回授电路及所述交流信号发生器，用以在所述回授电压 为零时计数一预定时间，且在计数完所述预定时间后当所述回授电压仍为零时控制 所述交流信号发生器增加其产生的所述第 一交流电流的振幅。
7. 根据权利要求5所述的工作频率可变的冷阴极焚光灯换流器，其特征在 于，所述交流信号发生器为弦波发生器，所述第一交流电流及所述第二交流电 流为交i乾弦波电流。
专利摘要本实用新型是一种工作频率可变的冷阴极荧光灯换流器，包括一谐振式换流器、一回授电路以及一控制单元。谐振式换流器接收一直流输入电压，并依据一控制信号将直流输入电压转为一交流输出电压以驱动冷阴极荧光灯，而冷阴极荧光灯产生一回授电流。回授电路则依据回授电流输出一回授电压。控制单元依据回授电压输出控制信号，控制信号的频率控制谐振式换流器的电压增益。控制单元包括一点灯频率设定电路及一扰动频率设定电路，点灯频率设定电路用以设定控制信号的频率为一预设点灯频率，扰动频率设定电路用以使控制信号的频率在预设点灯频率附近一范围内周期性地变动。
文档编号H05B41/28GK201282592SQ20082017545
公开日2009年7月29日 申请日期2008年11月4日 优先权日2008年11月4日
发明者林立韦 申请人:冠捷投资有限公司