专利名称：灯管驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明关于一种驱动装置，特别是一种灯管驱动装置。
背景技术：
液晶显示器(Liquid Crystal Display, LCD)具有薄形化的优点。与传统的映像 管显示器(Cathode Ray Tube, CRT)相比，液晶显示器具有不占空间的特性。因此，应用于 家用电视或家用计算机的液晶显示器，已经有逐渐普遍的趋势。液晶显示器的操作原理利 用其液晶材料的电光学特性来显示图像的一种平面显示器。也就是说，液晶显示器其本身 并不具备发光的特性，因此液晶显示器需要一外加的背光源做为辅助。液晶显示器常用的 背光源通常为冷阴极管(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)。冷阴极管需要谐振型直流/交流转换装置作为驱动电路，一般简称为逆变器 (inverter)或是灯管驱动装置。灯管驱动装置以压电变压器所构成谐振槽电路的滤波和升 压装置，可以将输入的直流电压源转换成高压的交流电，用以驱动荧光灯管。为了使荧光灯 管的光源稳定，并且不会随着输入电压的变动而改变亮度，因此其设计上会搭配负反馈控 制电路，以稳定荧光灯管的操作电流。一般的灯管驱动装置会藉由改变工作周期比(duty cycle)以改变输入与输出的 关系。然而，当改变工作周期比时，灯管驱动装置的切换损失会因而增加。这些热能不仅会 导致无效率的功率消耗，更有可能会造成因为切换损失过高而无法驱动灯管。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明提出一种灯管驱动装置，用以解决切换损失增加的问题。本发明公开了一种灯管驱动装置，包括切换电路、变压器、检测模块、电压控制模 块以及脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)模块。切换电路包括至少一切换装置，切换电路用以将一直流输入电压信号转换成一第 一交流电压信号。变压器电性连接至切换电路，藉以将第一交流电压信号转换成一第二交流电压信 号。第二交流电压信号用以提供与负载。检测模块电性连接至负载。检测模块根据负载的电压或电流，输出对应的一反馈信号。电压控制模块电性连接至检测模块。电压控制模块系反应反馈信号，并且输出一 调频(Frequency Modulation, FM)信号。PWM模块电性连接至电压控制模块。PWM模块输出一 PWM信号，PWM信号的频率系 反应于调频信号的频率。当直流输入电压信号或是负载改变时，电压控制模块根据反馈信号，反应输出一 调频信号，用以改变PWM模块的输出频率，藉以使输出于负载上的电压保持固定。以上的关于本发明内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
图1为本发明的一实施例的电路方块图；图2A为本发明的全 桥式切换电路的电路图；图2B为本发明的半桥式切换电路的电路图；图2C为本发明的推挽式切换电路的电路图；图3为本发明的图1的等效电路；图4为本发明的闭回路系统的频率响应图；图5为改变PWM信号的工作周期比时，本发明的切换电路上的电流波形图；
图6为改变PWM信号的频率时，本发明的切换电路上的电流波形图。其中，附图标记10切换电路20变压器22耦合电容30检测模块40电压控制模块 50脉冲宽度调制模块90负载Ql切换装置Q2切换装置 Q3切换装置Q4切换装置 Ll电感L2电感Vin输入电压Cl 电容C2 电容
具体实施例方式以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领 域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要 求及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例 进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。请参照图1。图1为本发明的一实施例的电路方块图。灯管驱动装置包括切 换电路10、变压器20、检测模块30、电压控制模块40以及脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation, PWM)模块 50。切换电路10包括至少一切换装置，切换电路10用以将一直流输入电压信号转换 成一第一交流电压信号。图2A为全桥式切换电路的电路图。图2B为半桥式切换电路的电 路图。图2C为推挽式切换电路的电路图。切换电路10可为全桥式(Full-bridge)切换电 路、半桥式(Half-bridge)切换电路或是推挽式(Push-pull)切换电路。其中，切换装置可 为金属氧化半导体(Metal Oxide Semiconductor,M0S)或是绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。其中，绝缘栅双极晶体管可承受较高电流以及高功率。请参照图2A，图2A为全桥式切换电路的示意图。全桥式切换电路包括四个切换装 置Q1、Q2、Q3与Q4。其中切换装置Ql与切换装置Q3为串联，切换装置Ql的一端连接至输 入电压Vin，切换装置Q3的一端连接至接地。切换装置Ql与切换装置Q3之间的一节点连接至变压器20的一端。切换装置Q2与切换装置Q4为串联，切换装置Q2的一端连接至输 入电压Vin，切换装置Q4的一端连接至接地。切换装置Q2与切换装置Q4之间的一节点连 接至变压器20的另一端。此四个切换装置Q1、Q2、Q3与Q4皆由脉冲宽度调制模块50所控制。这四个切换 装置Ql、Q2、Q3与Q4交互的导通，并与变压器20 —侧的电感构成一回路。请参照图2B，图2B为半桥式切换电路的示意图。半桥式切换电路包括二个切换装 置Q1、Q2与二个电容C1、C2。其中切换装置Ql与切换装置Q2为串联，切换装置Ql的一端 连接至输入电压Vin，切换装置Q2的一端连接至接地。切换装置Ql与切换装置Q2之间的 一节点连接至变压器20的一端。电容Cl与电容C2为串联，电容Cl的一端连接至输入电 压Vin，电容C2的一端连接至接地。电容Cl与电容C2之间的一节点连接至变压器20的另 一端。此二个切换装置Ql、Q2皆由脉冲宽度调制模块50所控制。这二个切换装置Q1、 Q2交互的导通，并与电容Cl、电容C2以及变压器20 —侧的电感构成一回路。请参照图2C，图2C为推挽式切换电路的示意图。推挽式切换电路包括二个切换装 置Ql、Q2，且变压器20的一端包括二个电感Li、L2。切换装置Q2与电感L2为串联，电感 L2的一端接连接至输入电压Vin，切换装置Q2的一端连接至接地。切换装置Q2与电感L2 为串联，电感L2的一端接连接至输入电压Vin，切换装置Q2的一端连接至接地。 此二个切换装置Ql、Q2皆由脉冲宽度调制模块50所控制。这二个切换装置Q1、 Q2交互的导通，并与电感Ll或电感L2构成一回路。变压器20电性连接至切换电路10，藉以将第一交流电压信号转换成一第二交流 电压信号。其中，变压器20两侧分别具有第一线圈与第二线圈，第一线圈的数目与第二线 圈的数目即为第一交流电压信号与第二交流电压信号的比例。第二交流电压信号用以提供与负载90。在此实施例中，此负载90为一冷阴极管。一般而言，变压器20输出的第二交流信号会有些微的噪声。因此，变压器20以及 负载90之间可经由一耦合电容22相连，藉以消除此噪声。检测模块30电性连接至负载90。检测模块30根据负载90的电压或电流，输出对
应之一反馈信号。电压控制模块40电性连接至检测模块30。电压控制模块40系反应反馈信号，并 且输出一调频(Frequency Modulation, FM)信号。电压控制模块40可为电压控制震荡器 (Voltage Control Oscillator)。脉冲宽度调制模块50，电性连接至电压控制模块40，脉冲宽度调制模块50输出一 脉冲宽度调制信号(Pulse Width Modulation)，脉冲调制信号的频率系反应于调频信号的频率。当直流输入电压信号或是负载90改变时，电压控制模块40根据反馈信号，反应输 出一调频信号，用以改变脉冲宽度调制模块50的输出频率，藉以使输出于负载90上的电压 保持固定。此电路运作原理兹说明如下。请参照图3，为图1的等效电路。此等效电路的转移函数为Vout = VinXNs/ NpXDXG，其中Vout为输出电压，Vin为输入电压，Ns为第二线圈的数目，Np为第一线圈的 数目，D为工作周期比(Duty Cycle)，G为系统增益。
此灯管驱动装置经由检测模块30以及电压控制模块40构成一闭回路(closed loop)系统。请参照图4，为闭回路系统的频率响应图。此图中的垂直轴代表系统增益G，水 平轴代表频率。从频率响应图中可看出，闭回路系统可经由频率的变化，而改变其系统增益 G。也就是说，当输入电压Vin改变时，连接于负载90的检测模块30输出一反馈信号至电 压控制模块40，电压控制模块40藉由改变输出频率以调整系统增益G。因为在此系统中，工作周期比D为一固定值。此系统不会因为工作周期比的改变，造成灯管驱动装置的切换损失增加。也就是说，此灯管驱动装置将可保持零电压切换(Zero Voltage Switch)，藉以降低无效率的功率消耗。请参照图5与图6。图5为改变PWM信号的工作周期比时，切换电路上的电流波形 图。图5的水平轴代表的是时间，垂直轴代表的是电流。图6为改变PWM信号的频率时，切 换电路上的电流波形图。图6的水平轴代表的是时间，垂直轴代表的是电流。从图5可观察出，在PWM信号的工作周期改变时，切换电路上会有一个不正常的峰 值电流。峰值电流会导致不必要的功率耗损，进而造成功率的浪费。从图6可观察出，在PWM信号的频率改变时，切换电路上的电流变化较图5的电流 和缓。也就是说，改变PWM信号的频率所造成的功率耗损，会远低于改变PWM信号工作周期 所造成的功率耗损。
权利要求
1.一种灯管驱动装置，其特征在于，包括一切换电路，包括至少一切换装置，该切换电路用以将一直流输入电压信号转换成一 第一交流电压信号；一变压器，电性连接至该切换电路，该变压器用以将该第一交流电压信号转换成一第 二交流电压信号，该变压器电性连接于该切换电路以及一负载，该第二交流电压信号用以 提供与该负载；一检测模块，电性连接至该负载，该检测模块根据该负载的一电压或一电流，输出对应 的一反馈信号；一电压控制模块，电性连接至该检测模块，该电压控制模块系反应该反馈信号，输出一 调频信号；以及一脉冲宽度调制模块，电性连接至该电压控制模块，该脉冲宽度调制模块输出一脉冲 宽度调制信号，该脉冲调制信号的频率系反应于该调频信号的频率。
2.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其特征在于，该检测模块、该电压控制模块以及 该脉冲宽度调制模块整合至一集成电路中。
3.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其特征在于，该电压控制模块为一电压控制震 荡器。
4.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其特征在于，该切换电路为一全桥式切换电路。
5.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其特征在于，该切换电路为一半桥式切换电路。
6.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其特征在于，该切换电路为一推挽式切换电路。
7.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其特征在于，该切换装置为一金属氧化半导体。
8.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其特征在于，该变压器以及该负载之间经由一 耦合电容相连。
9.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其特征在于，该负载为一冷阴极管。
全文摘要
本发明公开了一种灯管驱动装置，包括切换电路、变压器、检测模块、电压控制模块以及脉冲宽度调制模块。切换电路用以将一直流输入电压信号转换成一第一交流电压信号。变压器电性连接至切换电路，藉以将第一交流电压信号转换成一第二交流电压信号。第二交流电压信号用以提供予负载。当输入电压改变时，连接于负载的检测模块输出一反馈信号至电压控制模块。电压控制模块藉由改变输出频率以调整系统增益。此灯管驱动装置可使工作周期比保持固定，并且保持零电压切换，藉以降低无效率的功率消耗。
文档编号H05B41/295GK102083266SQ20091022566
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者林景奇 申请人:胜美达电子股份有限公司