CN101031177A

CN101031177A - 放电灯点亮装置

Info

Publication number: CN101031177A
Application number: CNA2007100032712A
Authority: CN
Inventors: 铃木伸一; 松岛光男
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2007-09-05
Also published as: US20070205728A1; US7521877B2; JP2007234522A; EP1830609A2

Abstract

提供了一种包括调光电路的放电灯点亮装置，所述调光电路被提供有根据输入信号来动态调整屏幕亮度的控制装置以及基于用户的操作来调整屏幕亮度的控制装置。所述调光电路包括：幅度调整电路，其将由直流电压构成的第一调光控制信号叠加到由脉宽调制信号构成的第二调光控制信号上；积分电路，其对所述幅度调整电路的输出进行积分；以及比较电路，其对所述积分电路的输出与具有预定频率的三角波进行比较，从而产生调光信号，其中根据所述调光信号来执行脉冲调光模式。

Description

放电灯点亮装置

技术领域

本发明涉及一种用于为液晶显示(LCD)设备照明而点亮放电灯的放电灯点亮装置，更具体地说，涉及一种具有调光电路的放电灯点亮装置，该调光电路包括根据输入信号来动态控制屏幕亮度的控制装置、及基于用户操作来控制屏幕亮度的控制装置，而且即使在使用长灯时，该调光电路也能够在宽范围内进行调光操作而不产生亮度梯度。

背景技术

点亮装置，如背光设备，被应用于作为LCD监视器、LCD电视等的显示设备来使用的LCD设备中。对于这样的点亮装置，广泛使用如冷阴极灯的放电灯作为光源。为了产生点亮放电灯所需的高交流电压，放电灯点亮装置通常被提供有包括升压变压器的逆变器电路。

许多LCD这样构成以便根据周围环境等的变化来控制屏幕亮度，使得不仅可以基于用户的操作对屏幕亮度进行基本调整，而且可以根据不断变化的输入信号对屏幕亮度进行动态调整，其中，根据例如从微计算机发送的命令信号进行开关操作，以从为了达到相应的预定屏幕亮度水平而设置的多个电压(或电流)值中适当地选择一个电压(或电流)值。上述根据用户操作来调整屏幕亮度的控制装置包括脉冲调光模式(burstdimming mode)，其中逆变器电路的振荡操作被强制地导通和关断，以改变通和断时段之间的比，从而进行调光操作；而动态调整屏幕亮度的控制装置包括电流调光模式，其中通过DC-DC(直流到直流)变换器等来改变逆变器电路的输入直流电压，从而改变连接在逆变器变压器次级侧的放电灯的电流。

在脉冲调光模式中，逆变器电路的振荡操作被间断性地导通和关断，以便改变通-断操作中的占空比(on-duty time)(每周期的通-时段)，从而控制在放电灯中流动的电流的平均值。在电流调光模式中，改变提供给逆变器电路的直流电压值，以控制在放电灯中流动的灯电流的高电流波值，从而控制所述放电灯的亮度。

所述电流调光模式存在以下问题：当为了降低放电灯的亮度而减小灯电流时，放电灯的高压侧和低压侧之间会产生亮度梯度，如图4所示。而且，如果放电灯的灯电流减小到保证值以下，放电灯会显示出不稳定的放电操作，这会引起闪烁的问题，还会导致难以保持稳定的放电操作，以至于使放电灯容易熄灭。因此，所述电流调光模式通常使得调光控制范围在大约100％到70％。

在这种情况下，披露了一种放电灯点亮装置，其采用电流调光模式作为控制手段以根据不断变化的输入信号来动态调整屏幕亮度，并结合脉冲调光模式作为控制手段以根据用户操作来调整屏幕的亮度(例如，参见公开的日本专利申请No.2001-357995)。

图6是如上所述的放电灯点亮装置的典型电路图，图7为说明图6的放电灯点亮装置工作的波形图。

图6中用于点亮放电灯(CFL)1的放电灯点亮装置包括：DC-AC逆变器2，用于为放电灯(CFL)1提供驱动电流；具有亮度调整装置的输入部3；及主控制部4，其具有端口端子以响应于从输入部3发送的输出将脉宽调制(PWM)信号输出到逆变器2中，还具有数-模(D-A)端子以响应于从输入部3发送的输出将基准电流值输出到DC-AC逆变器2中。

图6的放电灯点亮装置如下进行调光操作。参见图7，如果用户操作使得输入部3发挥作用以使CFL 1的亮度从其最高水平逐渐减小，则主控制部4发挥作用，使从D-A端子输出的基准电流逐渐减小，直到其降低到规定值。在这个过程中，例子端口端子的输出被表示为具有100％占空比的PWM信号(参见图7中TK1时段)。然后，如果用户的操作要求进一步降低CFL 1的亮度，则主控制部4发挥作用，以逐步减少从端口端子输出的PWM信号的占空比，而使从D-A端子输出的基准电流保持在预定值(参见图7中TK2时段)。

因此，在图6所示的放电灯点亮装置中，执行所述电流调光模式，直到从D-A端子输出的基准电流下降到所述预定值为止；而如果要进一步减小已经到达所述预定值的基准电流，则执行脉冲调光模式，其中基准电流保持在所述预定值，由此实现宽范围的调光操作，而不会导致如图5所示的亮度梯度。

在这种情况下，最近开发的用在如大电视中的大LCD需要越来越长的放电灯(例如冷阴极管)，而这样的延长的长放电灯会导致灯的高压侧和低压侧之间产生亮度梯度，即使灯电流值处于放电灯的保证值之内。因此，如果对图6中的放电灯点亮装置执行电流调光模式使得电流减小到基准电流值，仍然有可能在CFL 1产生如图4所示的亮度梯度。

发明内容

本发明是就以上问题提出的，本发明的目的是提供一种包括调光电路的放电灯点亮装置，该调光电路具有根据输入信号来动态地控制屏幕亮度的控制装置以及基于用户操纵来控制屏幕亮度的控制装置，且其中即使所述放电灯很长，该调光电路也能够在宽范围内进行调光操作而不会在放电灯的高压侧和低压侧之间产生亮度梯度。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种包括调光电路的放电灯点亮装置，该调光电路被提供有根据输入信号来动态地调整屏幕亮度的控制装置以及基于用户操作来调整屏幕亮度的控制装置，而且该调光电路包括：幅度调整电路，其将由直流电压构成的第一调光控制信号叠加到由脉宽调制信号构成的第二调光控制信号上；积分电路，其对所述幅度调整电路的输出进行积分；以及比较电路，其将所述积分电路的输出与具有预定频率的三角波进行比较，从而产生调光信号，其中根据该调光信号执行脉冲调光模式。

利用如上所述的结构，所述放电灯点亮装置适于根据新产生的调光信号执行对放电灯的脉冲调光模式，而不根据由直流电压构成的第一调光控制信号执行电流调光模式，上述新产生的调光信号使第一调光控制信号反映于第二调光控制信号中，因此，可执行调光操作，其中放电灯的峰灯电流恒定地保持在用于建立100％的调光电平的峰电流值，而且即使所述放电灯很长，也能够在宽范围内进行调光操作而不会在放电灯的高压侧和低压侧之间产生亮度梯度，并且同时改善了冷启动性能。

在本发明的方面中，所述调光电路还可包括数-模转换电路，且所述第一调光控制信号可被产生为通过所述数-模转换电路对外部数字信号进行转换而得。

在本发明的方面，所述第一调光控制信号可以是外部模拟信号。

在本发明的方面，所述第二调光控制信号可以是基于用户操作而输入的外部信号。

因此，根据本发明，在包括被提供有根据输入信号动态调整屏幕亮度的控制装置和基于用户操作来调整屏幕亮度的控制装置的调光电路的放电灯点亮装置中，所述调光电路能够在宽范围内执行调光操作，即使放电灯很长，也不会在放电灯的高压侧和低压侧之间产生亮度梯度。

附图说明

图1是根据本发明实施例的放电灯点亮装置的电路图；

图2a到2f为波形图，示意性地示出了当没有基于用户操作的调光命令时图1中的放电灯点亮装置的调光操作；

图3a到3f为波形图，示意性地示出了当有基于用户操作的调光命令时图1中的放电灯点亮装置的调光操作；

图4是在电流调光模式下在放电灯产生的亮度梯度示意图；

图5是没有在放电灯产生亮度梯度的示意图；

图6是包括调光电路的传统放电灯点亮装置的框图；以及

图7包含波形图，示意性地示出了图6中所示的放电灯点亮装置的调光操作。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的典型实施例进行说明。

参见图1，根据本发明实施例的放电灯点亮装置1包括逆变器电路2和升压变压器5。逆变器电路2包括驱动升压变压器5的初级侧的切换电路4、以及用于控制切换电路4操作的控制电路3。放电灯9(如冷阴极管)连接在升压变压器5的次级侧，而且放电灯9的一个端子通过灯电流检测电路10接地。根据本实施例的放电灯点亮装置1适于控制放电灯9的点亮，并用作LCD(未示出)的背光设备。

下面将说明放电灯点亮装置1中的调光电路。放电灯点亮装置1的调光电路主要由上述带有调光振荡器12和比较电路13的控制电路3、幅度调整电路7以及积分电路8组成。调光振荡器12的输出与比较电路13的反相输入端子相连，比较电路13的非反相输入端子通过电阻分压电路15、缓冲器电路14和积分电路8与幅度调整电路7连接。幅度调整电路7有两个输入端子，其中一个输入端子通过波形整形电路6与外部信号输入端子e相连，而另一个输入端子通过数-模(D-A)转换电路11与外部信号输入端子a、b、c和d相连。

举例来说，通过外部输入端子a到d输入的外部信号是从LCD的控制器(未示出)输出的4比特的数字信号，并适于动态地调整LCD的屏幕亮度。该4比特数字信号被D-A转换电路11转换为具有与4比特二进制值对应的电压的直流电压A(根据本实施例的第一调光控制信号)，并且该直流电压A被输出到幅度调整电路7。另一方面，PWM信号B(根据本实施例的第二调光控制信号)通过外部输入信号端子e输入，该PWM信号B响应于基于用户操作的调光命令进行占空比率的调整，以基于用户的操作来调整屏幕亮度。

控制电路3、D-A转换电路11、幅度调整电路7和积分电路8组合在一起用作根据来自外部信号输入端子a到d的输入信号动态地调整屏幕亮度的控制装置，也用作基于根据来自外部信号输入端子e的输入信号而执行的用户操作来调整屏幕亮度的控制装置。

下面将对放电灯点亮装置1的调光操作进行说明。在本实施例中，假设通过所述外部信号输入端子a到d输入到D-A转换电路11的4比特数字信号被转换为范围例如从3.0V到2.25V的相应的直流电压A。提供3.0V的直流电压A用于建立100％的最大调光电平(所有的4比特数字信号都处于高(H)电平)，而2.25V的直流电压用于建立75％的最小调光电平(所有的4比特数字信号都处于低(L)电平)。

首先说明没有基于用户操作的调光命令的情况下放电灯点亮装置1的调光操作。

图2A到2F为波形图，示意性地示出了在没有基于用户操作的调光命令时放电灯点亮装置1的调光操作，其中从LCD的控制器发送以建立范围从100％到75％的调光电平的4比特数字信号被输入到外部信号输入端子a到d。

参见图2A，其示出了输入到外部信号输入端子e的PWM信号B。因为没有基于用户操作的降低亮度的命令，因此PWM信号B是具有100％占空比的直流信号。依赖于外部电路设置，PWM信号B可能有不同的幅值电压，因此在本发明中，假设PWM信号B的幅度值在波形整形电路6处与基准电压比较并被整形为特定电压(例如5.0V)，然后被输出到幅度调整电路7中作为PWM信号C，这里，PWM信号C被表示为直流信号C，如图2B所示。

用于根据100％到75％的调光范围降低亮度的4比特数字信号被输入到外部信号输入端子a到d，而直流电压A从D-A转换电路11输出到幅度调整电路7，该直流电压A的电压响应于4比特数字信号在相应时间点逐步降低，如图2B所示。幅度调整电路7将从D-A转换电路11输出的直流电压A叠加到从波形整形电路6输出的PWM信号C上，并输出信号D给积分电路8，该信号D的幅度值根据直流电压A来调整，如图3C所示。

积分电路8对包含叠加的直流电压A的信号D进行积分，并将其输出为信号E。该信号E经过缓冲器电路14被发送到电阻分压电路15中，在那里被分割并被输出为信号F(参见图2D)，该信号F将被输入到控制电路3中提供的比较电路13的非反相输入端(+)。另一方面，输出自调光振荡器12的三角波信号H(参见图2D)被输入到比较电路13的反相输入端(-)，然后比较电路13输出PWM信号G(参见图2E)，该PWM信号G的低电平出现在三角波信号H的电压超过信号F的电压的时段，如图2D和2E所示。

在所述放电灯点亮装置1中，PWM信号G被用作放电灯9的调光信号。具体地说，使切换电路4执行间断操作，也就是开关操作，即该操作的断时段(off period)与PWM信号G的低电平时段相对应，从而实现了脉冲调光模式。因此，当信号F变低时，切换电路4的占空比减少，使得放电灯9的亮度降低，而当信号F变高时，切换电路4的占空比增加，使得放电灯9的亮度增强。参见图2F，其示出了在放电灯9中流动的灯电流，执行所述脉冲调光模式，使亮度随着信号F的降低而降低，而灯电流的峰电流(幅度)Io保持在恒定值(具体地说，等于用来建立100％调光电平的值)。在这种连接中，可以通过例如改变从外部连接到控制电路3的电阻器R1和电容器C1的值，将该三角波信号H的频率设置为期望值。

现在参见图3A到3F对有基于用户操作的调光命令的情况下放电灯点亮装置1的调光操作进行说明，其中，从LCD的控制器发送以建立范围从100％到75％的调光电平的4比特数字信号被输入到外部信号输入端子a到d。

参见图3A，被输入到外部信号输入端子e的PWM信号B根据基于用户操作的降低亮度的命令来减少其占空比，以实现范围从100％到20％的亮度降低。依赖于外部电路设置，该PWM信号B可能有不同的幅值电压，因此在本发明中，假设该PWM信号B的幅度值在波形整形电路6处与基准电压比较并被整形为特定电压(例如5.0V)，然后输出到幅度调整电路7中作为PWM信号C(参见图3B)。同时，用于将亮度逐渐降低到100％到75％的调光范围的4比特数字信号被输入到外部信号输入端子a到d，而直流电压A从D-A转换电路11输出到幅度调整电路7，该直流电压A的电压根据4比特数字信号在相应时间点逐步降低(如图3B所示)。幅度调整电路7将从D-A转换电路11输出的直流电压A叠加到从波形整形电路6输出的PWM信号C上，并输出PWM信号D(参见图3C)给积分电路8，该PWM信号D的幅度值根据直流电压A来调整。

积分电路8对所述PWM信号D进行积分，并将其输出为信号E(参见图3C)。该信号E经过缓冲器电路14被发送到电阻分压电路15中，在那里被分割并被输出为信号F(参见图3D)，该信号F将被输入到控制电路3中提供的比较电路13的非反相输入端(+)。这里，因为所述直流电压A的减小被反映为所述PWM信号D在其相应脉冲处的幅度的减小，并且因为所述PWM信号C的占空比的减少被直接反映为所述PWM信号D的占空比的减少，所以从对PWM信号D的积分和分割而形成的信号F组成了这样的信号，其既反映经过外部信号输入端子a到d输入的用于动态调整屏幕亮度的4比特数字信号的变化，也反映经过外部信号输入端子e输入的用于基于用户的操作来调整屏幕亮度的PWM信号B的变化。另一方面，输出自调光振荡器12的三角波信号H(参见图3D)被输入到比较电路13的反相输入端(-)，然后比较电路13输出PWM信号G(参见图3E)，该PWM信号G的低电平出现在三角波信号H的电压超过信号F的电压的时段，如图3D和3E所示。

在所述放电灯点亮装置1中，PWM信号G被用作放电灯9的调光信号。具体地说，使切换电路4执行间断操作，也就是开关操作，使得该操作的断时段与PWM信号G的低电平时段相对应，从而实现了脉冲调光模式。因此，当信号F变低时，切换电路4的占空比减少，使得放电灯9的亮度降低，而当信号F变高时，切换电路4的占空比增加，使得放电灯9的亮度增强。参见图3F，其示出了在放电灯9中流动的灯电流，执行所述脉冲调光模式，使亮度随着信号F的降低而降低，而灯电流的峰电流(幅度)Io保持在恒定值(具体地说，等于用来建立100％调光电平的值)。

因此，上述根据图3A到3F所示的脉冲调光模式基于4比特数字信号与PWM信号B二者的变化和交叉，所述4比特数字信号经由外部信号输入端子a到d输入，用于动态调整屏幕亮度，而所述PWM信号B经由外部信号输入端子e输入，用于基于用户的操作来调整屏幕亮度。在这种连接中，控制三角波信号H，使得其在用于建立100％调光电平的直流电压A的值与用于建立20％的调光电平的直流电压A的值的范围之间反复变化，而可通过例如改变从外部连接到控制电路3的电阻器R1和电容器C1的值，将三角波信号H的频率设置为期望值。

虽然通过典型实施例对本发明进行了说明和解释，但是应该理解，本发明并不仅限于此。例如，图2A到2F以及图3A到3F解释了直流电压A被产生为通过D-A转换电路11来对经外部信号输入端子a到d输入的数字信号进行转换而得的情况，但是如果从控制器输出直流电压作为用于控制亮度的模拟信号，则该直流电压可直接输入到幅度调整电路7中。而且，在本实施例中放电灯9显示为直的，其也可弯成U形配置，或者可替换地也可由相应低压侧彼此连接的两个直灯组成。而且，切换电路4优选地为包括4个开关元件的全桥电路，但是可替换地其也可以是半桥电路或者推挽电路。因此，本发明的范围应该由所附权利要求来确定。

Claims

1.一种放电灯点亮装置，其包括调光电路，所述调光电路被提供有根据输入信号来动态调整屏幕亮度的控制装置以及基于用户的操作来调整屏幕亮度的控制装置，所述调光电路包括：

幅度调整电路，其将由直流电压构成的第一调光控制信号叠加到由脉宽调制信号构成的第二调光控制信号上；

积分电路，其对所述幅度调整电路的输出进行积分；以及

比较电路，其将所述积分电路的输出与具有预定频率的三角波进行比较，由此产生调光信号，其中根据所述调光信号来执行脉冲调光模式。

2.如权利要求1所述的放电灯点亮装置，其中所述调光电路还包括数-模转换电路，且所述第一调光控制信号被产生为通过所述数-模转换电路对外部数字信号进行转换而得。

3.如权利要求1所述的放电灯点亮装置，其中所述第一调光控制信号是外部模拟信号。

4.如权利要求1所述的放电灯点亮装置，其中所述第二调光控制信号是基于用户操作而输入的外部信号。