CN100444508C - 三相变流器的驱动电路及方法 - Google Patents

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Abstract

一种三相变流器的驱动电路及方法，该驱动电路包括三开关组件以及一三相变压器，其中该三开关组件并联在一输入电压及一参考电位之间，且每一开关组件包含一高位侧开关元件串接一低位侧开关元件，藉由控制每一开关元件开启及闭合以在该三相变压器的第一侧产生三相交流电压而该三相交流电压被该三相变压器转换为第一、第二及第三交流电流至三负载。

Description

三相变流器的驱动电路及方法
技术领域
本发明涉及一种驱动电路及方法，特别是一种驱动三相冷阴极荧光灯(coldcathode fluorescent lamp；CCFL)的三相变流器的驱动电路及方法。
背景技术
冷阴极荧光灯具有省电、消耗功率低、低发热、寿命长、尺寸细小、质量轻、高辉度(illumination)、高演色性以及长时间使用灯管温度适中等优点，故广泛地被用来当作背光式显示器的光源，特别是用作背光式液晶显示器的光源。在以前由于显示器的尺寸较小，故仅须一个冷阴极荧光灯便已足够，然而，由于现今技术的进步，显示器的尺寸愈来愈大，所以需要多个冷阴极荧光灯来当作光源，因此，亦需要一种可以驱动多个冷阴极荧光灯的电路。
在美国专利号6,396,722提出一种驱动电路，其利用四个MOS晶体管及一个变压器组成一全桥式(full bridge)电路来驱动冷阴极荧光灯，然而，此电路只能驱动一个冷阴极荧光灯，若要驱动多个冷阴极荧光灯，则须使用多组独立的全桥式电路来驱动，再者，由于此电路所使用的MOS晶体管及变压器均为昂贵的元件，因此使用愈多组需要愈高的成本。
因此，一种能驱动多个冷阴极荧光灯且能降低成本的驱动电路乃为所冀。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的上述不足，提供一种能驱动多个冷阴极荧光灯且能降低成本的三相变流器的驱动电路及方法。
本发明的三相变流器的驱动电路是由如下技术方案来实现的。
一种三相变流器的驱动电路，其特征是包括：
一第一开关组件，包含一第一高位侧开关元件连接在一输入电压及一第一节点之间，一第一低位侧开关元件连接在该第一节点及一参考电位之间；
一第二开关组件，包含一第二高位侧开关元件连接在该输入电压及一第二节点之间，一第二低位侧开关元件连接在该第二节点及参考电位之间：
一第三开关组件，包含一第三高位侧开关元件连接在该输入电压及一第三节点之间，一第三低位侧开关元件连接在该第三节点及参考电位之间；以及
一三相变压器，其第一侧具有三个端点分别连接该第一、第二及第三节点，其第二侧具有三个端点分别连接一第一、一第二及一第三负载；
其中，该等开关元件受控开启及闭合以分别在该第一及第二节点之间产生一第一交流电压，在该第二及第三节点之间产生一第二交流电压以及在该第三及第一节点之间产生一第三交流电压，所述第一、第二、第三交流电压被该三相变压器转换产生一第一交流电流至该第一负载，一第二交流电流至该第二负载，以及一第三交流电流至该第三负载。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该三相变压器包括二个变压器，该第一变压器的初级绕组的一端连接该第一节点，另一端连接该第二变压器的初级绕组的一端，该第二变压器的初级绕组的另一端连接该第三节点，该第二节点连接于该第一变压器的初级绕组的另一端上；
该第一变压器的次级绕组的一端连接该第一负载，另一端连接该第二变压器的次级绕组的一端，该第二变压器的次级绕组的另一端连接该第三负载，该第二负载连接于该第一变压器的次级绕组的另一端上。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该三相变压器包括三个变压器以Y-Y方式连接。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该三相变压器包括三个变压器以Δ-Δ方式连接。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该第一、第二及第三交流电压的相位各相差120度。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该第一、第二及第三交流电流的相位各相差120度。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：每一该开关元件并联一二极管。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该等高位侧及低位侧开关元件是NMOS晶体管。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该输入电压是一直流电压。
所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：每一该负载包含至少一冷阴极荧光灯。
本发明还提供一种三相变流器的驱动方法，其特征是包括下列步骤：
在一输入电压及一参考电位之间连接一第一开关组件，其包含一第一高位侧开关元件经一第一节点串接一第一低位侧开关元件；
在该输入电压及参考电位之间连接一第二开关组件，其包含一第二高位侧开关元件经一第二节点串接一第二低位侧开关元件；
在该输入电压及参考电位之间连接一第三开关组件，其包含一第三高位侧开关元件经一第三节点串接一第三低位侧开关元件；
控制该等高位侧及低位侧开关元件开启及闭合以分别
在该第一及第二节点之间产生一第一交流电压，
在该第二及第三节点之间产生一第二交流电压，
在该第三及第一节点之间产生一第三交流电压；
以及
转换该第一至第三交流电压产生一第一交流电流至一第一负载，一第二交流电流至一第二负载，以及一第三交流电流至一第三负载。
所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括控制每一该交流电压的相位各相差120度。
所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括控制每一该交流电流的相位各相差120度。
所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括以该第一、第二、第三交流电流各推动至少一冷阴极荧光灯。
本发明还提供另一种三相变流器的驱动方法，其特征是包括下列步骤：
利用一三相变流器产生三相交流电压；
利用一三相变压器转换该三相交流电压以产生三相交流电流；以及
利用该三相交流电流各推动至少一冷阴极荧光灯。
所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括控制该三相交流电压彼此之间具有一相位差为120度。
所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括控制该三相交流电流的相位各相差120度。
根据本发明，一种三相变流器的驱动电路包括一第一开关组件，包含一第一高位侧开关元件连接在一输入电压及一第一节点之间，及一第一低位侧开关元件连接在该第一节点及一参考电位之间，一第二开关组件，包含一第二高位侧开关元件连接在该输入电压及一第二节点之间及一第二低位侧开关元件连接在该第二节点及参考电位之间，一第三开关组件，包含一第三高位侧开关元件连接在该输入电压及一第三节点之间，及一第三低位侧开关元件连接在该第三节点及参考电位之间，以及一三相变压器，其第一侧具有三个端点分别连接该第一、第二及第三节点，其第二侧具有三个端点分别连接第一、第二及第三负载。控制该等开关元件的开启及闭合以分别在该第一及第二节点之间产生一第一交流电压，在该第二及第三节点之间产生一第二交流电压，以及在该第三及第一节点之间产生一第三交流电压，该三相变压器转换该第一至第三交流电压以产生第一至第三交流电流至该三负载，其中每一负载包括至少一冷阴极荧光灯。
本发明的优点在于：
本发明比习知的驱动电路少了6个NMOS晶体管及一个变压器，故能大大的降低成本。
为对本发明的目的、特征及其功效有进一步了解，兹列举具体实施例并结合附图详细说明如下：
附图说明
图1是本发明的三相变流器的驱动电路图。
图2是图1中节点[A，B]、[B，C]及[C，A]之间电压波形的时序图。
图3是图1中流经三个冷阴极荧光灯电流波形的时序图。
图4是本发明的另一实施例驱动电路图。
图5是本发明的又一实施例驱动电路。以及
图6是本发明的应用实施图。
具体实施方式
图1是三相变流器的驱动电路10的较佳实施例，其包括一开关组件12连接在输入电压Vin及参考电位GND1之间，其包含一高位侧NMOS晶体管122连接在输入电压Vin及节点A之间，及一低位侧NMOS晶体管124连接在节点A及参考电位GND1之间；一开关组件14连接在输入电压Vin及参考电位GND1之间，其包含一高位侧NMOS晶体管142连接在输入电压Vin及节点B之间，及一低位侧NMOS晶体管144连接在节点B及参考电位GND1之间；一开关组件16连接在输入电压Vin及参考电位GND1之间，其包含一高位侧NMOS晶体管162连接在输入电压Vin及节点C之间，及一低位侧NMOS晶体管164连接在节点C及参考电位GND1之间，二极管D1～D6分别并联NMOS晶体管122～164，一由变压器T1及T2串接形成的三相变压器18，其第一侧连接节点A、B及C，以及三个冷阴极荧光灯20、22及24连接在三相变压器18第二侧及参考电位GND2之间；具体是，该第一变压器T1的初级绕组的一端连接该第一节点A，另一端连接该第二变压器T2的初级绕组的一端，该第二变压器T2的初级绕组的另一端连接该第三节点C，该第二节点B连接于该第一变压器T1的初级绕组的另一端上；
该第一变压器T1的次级绕组的一端连接该第一负载20，另一端连接该第二变压器T2的次级绕组的一端，该第二变压器T2的次级绕组的另一端连接该第三负载24，该第二负载22连接于该第一变压器T1的次级绕组的另一端上。此处，NMOS晶体管122、124、142、144、162及164均当作开关元件，且分别受控于信号S1、S2、S3、S4、S5及S6。
图2的波形26、28及30分别为图1中节点A与B之间的电压VAB、节点B与C之间的VBC及节点C与A之间的VCA的波形，此三相交流电压彼此相位相差120度。同时参照图1，在时间为0到t1期间，晶体管124、144及162开启导通电流ICA及ICB，在t1到t2期间晶体管122、144及162开启，导通电流IAB及ICB，在t2到t3期间，晶体管122、144及164开启，导通电流IAB及IAC，在t3到t4期间，晶体管122、142及164开启，导通电流IAC及IBC，在t4到t5期间晶体管124、142及164开启，导通电流IBA及IBC，在t5到t6期间，晶体管124、142及162开启，导通电流IBA及ICA。其中，在节点[A，B]之间形成的交流电压VAB，在节点[B，C]之间形成的交流电压VBC，以及在节点[C，A]之间形成的交流电压VCA经三相变压器18转换产生交流电流I1、I2及I3至灯管20、22及24。
由图2可知，0到t6为一周期，故各一时间区间(例如，0到t1)为六分之一周期，因此可看出本实施例的电压波形26、28及30的相位各相差120度。图3中波形32、34及36分别为图1中交流电流I1、I2及I3的波形，如前所述，电流波形32、34及36的相位亦各相差120度。
习知的三相变压器是由三个变压器构成，但是，由三相电路的原理可知，减少一个变压器并不影响该三相电流的产生，故本实施例使用二个变压器T1及T2串接构成三相变压器18以减少成本。美国专利号6,396,722所提出的驱动电路若要驱动三个冷阴极荧光灯，则需有三组相同的驱动电路，如此需要12个NMOS晶体管及三个变压器，反观本发明，若要驱动三个冷阴极荧光灯仅须6个NMOS晶体管及二个变压器，比习知的驱动电路少了6个NMOS晶体管及一个变压器，故能大大的降低成本。
图4是本发明的第二实施例，该驱动电路38与图1的驱动电路10相似，不过三相变压器18改用Δ-Δ)连接，亦即变压器TX1第一侧的接点1804连接变压器TX2第一侧的一端1806，变压器TX2第一侧的另一端1808连接至变压器TX3第一侧的一端1810，变压器TX3第一侧的另一端1812连接到变压器TX1第一侧的接点1802，而变压器TX1第二侧的接点1816连接变压器TX2第二侧的一端1818，变压器TX2第二侧的另一端1820连接至变压器TX3第二侧的一端1822，变压器TX3第二侧的另一端1824连接到变压器TX1第二侧的接点1814，其中接点1802、1806及1810分别连接节点A、B及C，而接点1814、1818及1822分别连接冷阴极荧光灯20、22及24。此实施例可减少6个NMOS晶体管的花费。
图5是本发明的第三实施例，该驱动电路40与图4的电路38相似，不过三相变压器18改用Y-Y方式连接，亦即三相变压器18是由三个变压器以Y-Y方式连接组成，变压器TX1、TX2及TX3第一侧的一端1802、1806及1810分别连接节点A、B及C，另一端1804、1808、1812连接至参考电位GND3，而变压器TX1、TX2及TX3第二侧的一端1814、1818及1822分别连接冷阴极荧光灯20、22及24，另一端1816、1820及1824连接至参考电位GND4。此实施例与驱动电路38同样可减少6个NMOS晶体管的花费。
若要驱动三个以上的冷阴极荧光灯，可在上述电路10、38及40中的冷阴极荧光灯20、22及24旁并联多个冷阴极荧光灯202、222及242，如图6的电路42所示。
以上对于本发明的较佳实施例所作的叙述是为阐明的目的而无意限定本发明精确地为所揭露的形式，基于以上的教导或从本发明的实施例学习而作修改或变化是可能的，实施例是为解说本发明的原理以及让熟习该项技术者以各种实施例利用本发明在实际应用上而选择及叙述，本发明的技术思想由权利要求范围及其均等来决定。

Claims (17)

1、一种三相变流器的驱动电路，其特征是包括：
一第一开关组件，包含一第一高位侧开关元件连接在一输入电压及一第一节点之间，一第一低位侧开关元件连接在该第一节点及一参考电位之间；
一第二开关组件，包含一第二高位侧开关元件连接在该输入电压及一第二节点之间，一第二低位侧开关元件连接在该第二节点及参考电位之间：
一第三开关组件，包含一第三高位侧开关元件连接在该输入电压及一第三节点之间，一第三低位侧开关元件连接在该第三节点及参考电位之间；以及
一三相变压器，其第一侧具有三个端点分别连接该第一、第二及第三节点，其第二侧具有三个端点分别连接一第一、一第二及一第三负载；
其中，所述开关元件受控开启及闭合以分别在该第一及第二节点之间产生一第一交流电压，在该第二及第三节点之间产生一第二交流电压以及在该第三及第一节点之间产生一第三交流电压，所述第一、第二、第三交流电压被该三相变压器转换产生一第一交流电流至该第一负载，一第二交流电流至该第二负载，以及一第三交流电流至该第三负载。
2、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该三相变压器包括二个变压器，该第一变压器的初级绕组的一端连接该第一节点，另一端连接该第二变压器的初级绕组的一端，该第二变压器的初级绕组的另一端连接该第三节点，该第二节点连接于该第一变压器的初级绕组的另一端上；
该第一变压器的次级绕组的一端连接该第一负载，另一端连接该第二变压器的次级绕组的一端，该第二变压器的次级绕组的另一端连接该第三负载，该第二负载连接于该第一变压器的次级绕组的另一端上。
3、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该三相变压器包括三个变压器以Y一Y方式连接。
4、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该三相变压器包括三个变压器以Δ-Δ方式连接。
5、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该第一、第二及第三交流电压的相位各相差120度。
6、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该第一、第二及第三交流电流的相位各相差120度。
7、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：每一该开关元件并联一二极管。
8、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：所述高位侧及低位侧开关元件是NMOS晶体管。
9、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：该输入电压是一直流电压。
10、根据权利要求1所述的三相变流器的驱动电路，其特征是：每一该负载包含至少一冷阴极荧光灯。
11、一种三相变流器的驱动方法，其特征是包括下列步骤：
在一输入电压及一参考电位之间连接一第一开关组件，其包含一第一高位侧开关元件经一第一节点串接一第一低位侧开关元件；
在该输入电压及参考电位之间连接一第二开关组件，其包含一第二高位侧开关元件经一第二节点串接一第二低位侧开关元件；
在该输入电压及参考电位之间连接一第三开关组件，其包含一第三高位侧开关元件经一第三节点串接一第三低位侧开关元件；
控制所述高位侧及低位侧开关元件开启及闭合以分别
在该第一及第二节点之间产生一第一交流电压，
在该第二及第三节点之间产生一第二交流电压，
在该第三及第一节点之间产生一第三交流电压；
以及
转换该第一、第二、第三交流电压产生一第一交流电流至一第一负载，一第二交流电流至一第二负载，以及一第三交流电流至一第三负载。
12、根据权利要求11所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括控制每一该交流电压的相位各相差120度。
13、根据权利要求11所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括控制每一该交流电流的相位各相差120度。
14、根据权利要求11所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括以该第一至第三交流电流各推动至少一冷阴极荧光灯。
15、一种三相变流器的驱动方法，其特征是包括下列步骤：
利用一三相变流器产生三相交流电压；
利用一三相变压器转换该三相交流电压以产生三相交流电流；以及
利用该三相交流电流各推动至少一冷阴极荧光灯。
16、根据权利要求15所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括控制该三相交流电压彼此之间具有相位差为120度。
17、根据权利要求15所述的三相变流器的驱动方法，其特征是：更包括控制该三相交流电流的相位各相差120度。
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