CN101132664A - 热阴极萤光灯管的调光方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种热阴极萤光灯管的调光方法及其装置，其披露了一种结合变频以及脉波宽度调变(PWM)的方式，由此改变压电变压器的输出电压与电流，进而达到调整热阴极萤光灯管(HCFL)的亮度的目的；且本发明可取代热阴极灯管的启动器及稳压器，更无须装设工作中容易发热的稳定器，并具有延长灯管使用寿命、简化灯管组成构件、以及可以快速启动灯管的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种萤光灯管的调光方法及其装置，特别是一种通过改变压电变压器的驱动方式，进而改变其输出电压与电源从而达到调整热阴极萤光灯管的亮度的方法及其装置。
背景技术
现今市面上常见的日光灯的组配方式，是直接以日光灯的两端电极与启动器、稳定器及开关形成电连接，而日光灯简单地说是一个密闭的气体放电管。管内主要气体为氩(argon)气(还包含氖(neon)或氪(krypton))，气压约大气的0.3％。另外，也包含约占所有气体千分之一比例的少许水银。
通过使日光灯管内具有够电场加速的电子，使管内气体游离，形成激发态气体(水银原子吸收了电子动能)后转为电磁波辐射出来，从而发出紫外线。通过灯管内表面的萤光物质吸收紫外线释放出可见光，从而不同的萤光物质会发出不同的可见光。
虽然，日光灯可达到照明的使用目的，但是由于现有的日光灯亮度，并不能依据使用者安装的环境进行调整，其亮度是取决于灯管的长度，若使用者欲调整使用环境的照明亮度，则必须更换不同长度的灯管，造成使用者极大的不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热阴极萤光灯管的调光方法，特别是一种结合变频以及脉波宽度调变的方式来改变压电变压器的输出电压与电流，进而达到调整热阴极萤光灯管的亮度的目的。
根据本发明的热阴极萤光灯管的调光方法，其通过改变用以驱动热阴极萤光灯管的压电变压器的输出电压与电流，进而调整热阴极萤光灯管的亮度，其特征在于包括以下步骤：产生含有工作周期Ton和Toff的脉宽调变控制信号；以及在脉宽调变控制信号的不同工作周期Ton和Toff分别产生具有不同频率f1、f2的高频交流信号S2，用以驱动压电变压器；通过调整压电变压器的输出电压与电流，进而调整热阴极萤光灯管的亮度。
本发明的另一目的在于提供一种可以调整压电变压器的输出电压与电流，而且不会对其使用寿命造成不良影响的电源控制装置。
根据本发明的热阴极萤光灯管的调光装置特征在于，包括：电源供给单元，用以提供驱动热阴极萤光灯管所需的直流电源；PWM控制单元，以脉宽调变的技术输出脉波信号S1，并以脉波信号S1控制电源供给单元输出含有工作周期Ton和Toff的脉宽调变控制信号；谐振频率控制单元，将脉宽调变控制信号调变为高频交流信号，且谐振频率控制单元在不同工作周期Ton和Toff分别产生具有不同频率f1、f2的高频交流信号S2；以及压电变压器，将高频交流信号S2增益为驱动热阴极萤光灯管所需要的高输出电压Vout和输出电流Iout，进而驱动热阴极萤光灯管发亮。
依据本发明所披露的方法，将不会对压电变压器频繁地进行充电或是完全停止充电的操作，因此，相对于传统的突冲模式，或是纯粹的脉波宽度调变控制方式而言，本发明的装置更有助于延长压电变压器的使用寿命，取代现有技术中热阴极灯管的启动器及稳压器，也无须工作热度极高的稳定器，除了达到延长灯管使用寿命、简化灯管组成构件之外，还可使灯管具有快速启动的功效。
附图说明
图1是本发明的第一优选实施例的电路结构。
图2是本发明的另一优选实施例的电路结构。
图3是压电变压器的电压增益与谐振频率的关系图。
图4是脉宽调变控制信号的波形图。
图5是对应于图4中脉宽调变控制信号的高频交流信号S2的波形图。
图6是对应于图5中高频交流信号S2、在压电变压器的次级电极输出的电压波形图。
图7是调低热阴极萤光灯管的亮度时，前述图4的脉宽调变控制信号改变后的波形图。
图8是对应于图7中脉宽调变控制信号、在压电变压器的次级电极输出的电压波形图。
具体实施方式
有关本发明的优选实施例及详细技术内容，现结合附图说明如下：
首先，请参照图1，其表示本发明的第一优选实施例，由图中的电路结构可以了解，应用于热阴极萤光灯管10的调光装置包括：
电源供给单元20，用以提供驱动热阴极萤光灯管10所需的直流电源(根据热阴极萤光灯管10的规格而定，一般为0伏特至几伏特电压的直流电源)；
PWM控制单元30，以脉宽调变的技术输出脉波信号S1，并以脉波信号S1控制电源供给单元20输出含有工作周期Ton和Toff的脉宽调变控制信号，简而言之，就是利用这个脉波信号S1改变电源供给单元20输出的直流电源(DC)在0伏特(0V)与满幅输出(如3.3V)的占空比，其输出波形可参照图4；
谐振频率控制单元40，其是一种频率控制IC，将电源供给单元20输出的脉宽调变控制信号调变为高频交流信号S2，而且这个谐振频率控制单元40会在脉宽调变控制信号的不同工作周期Ton和Toff分别产生具有不同频率f1、f2的高频交流信号S2(其输出波形可参照图5)，用以改变后续的压电变压器50的电压增益(gain)，简言之，就是在脉宽调变控制信号的不同工作周期Ton和Toff中自动改变高频交流信号S2的频率f1、f2；以及
压电变压器50，其初级电极51连接于谐振频率控制单元40输出的高频交流信号S2，将高频交流信号S2增益为驱动萤光灯管所需要的高输出电压Vout和输出电流Iout，进而从次级电极52输出，此高输出电压Vout和输出电流Iout连接于热阴极萤光灯管10的高压侧电极11，进而驱动热阴极萤光灯管10发亮；而来自于热阴极萤光灯管10的低压侧电极12的电压信号，则可反馈至PWM控制单元30，通过调整脉波信号S1的脉宽的方式，以便对热阴极萤光灯管10的光强度进行调节。
而另一可行的优选实施例，则是可将来自于热阴极萤光灯管10的低压侧电极12的电压信号反馈至谐振频率控制单元40(见图2)，通过改变高频交流信号S2在不同工作周期Ton和Toff中的频率f1、f2的方式，以便对热阴极萤光灯管10的亮度进行调节。
由于压电变压器50的电压增益除了和其构造(如单层或是积层结构的压电变压器)有关，其输出的电压增益还可通过改变其高频交流信号S2的频率加以调整(如图3所示)，例如：当其高频交流信号S2的频率为54kHz时，其增益值若为100，则表示自其次级电极52输出的输出电压值将会是初级电极51的输入电压值的100倍，简而言之，若输入电压为3.3V，则其输出电压将达到330V；
相反，若改变其高频交流信号S2的频率为58kHz之后，其增益值降为10，则表示自其次级电极52输出的输出电压值将会是初级电极51的输入电压值的10倍，简而言之，若输入电压为3.3V，则其输出电压将达到33V；因此，利用该特性，本发明利用谐振频率控制单元40在脉宽调变控制信号的不同工作周期Ton和Toff分别产生具有不同频率f1、f2的高频交流信号S2，再利用这个高频交流信号S2驱动压电变压器50工作，通过调整压电变压器50的输出电压增益，进而提供一种在不改变脉宽调变控制信号的振幅的条件下，改变压电变压器50的输出电压与电流，进而达到调整热阴极萤光灯管10的亮度的目的。
传统的脉波宽度调变控制方法，主要是在固定的谐振频率下，通过调整脉波宽度调变信号的占空比、以及谐振频率的振幅的方式控制热阴极萤光灯管中的管电流，进而达到调整热阴极萤光灯管的亮度的目的，这种方法以高于肉眼能察觉的频率(＞100Hz)通过调整占空比来控制热阴极萤光灯管的平均电流，从而使热阴极萤光灯管一直在全电流下工作。这种方式虽然可以达到调光的目的，但是却会使得压电变压器在充电或是完全不充电的情形下频繁地进行切换，这对于压电变压器的使用寿命会有不良的影响。
如图4至图6所示，是依据本发明的方法对热阴极萤光灯管10进行调光过程的工作波形图，以直流电源的电压介于0V～3.3V为例。
首先，假设热阴极萤光灯管10在某一亮度下，其中由谐振频率控制单元40输出的脉宽调变控制信号的占空比为60％，如图4所示(即，60％的时间为开Ton，40％的时间为关Toff)；在工作周期Ton(直流电源的电压值为3.3V)时，谐振频率控制单元40自动将频率f1设为具有较高的电压增益的频率值(假设为54kHz)(见图5)，在此频率f1下，压电变压器50的增益值若为100，则表示自其次级电极52输出的输出电压值将会是初级电极51的输入电压值的100倍，简而言之，在工作周期Ton的输入电压为3.3V，则其输出电压将达到330V(热阴极萤光灯管的工作电压比其他光源的电压要高很多，通常需要300到800伏交流电，而且取决于灯的长度)，但在工作周期Toff时(直流电源的电压值为0V)，谐振频率控制单元40是自动改变高频交流信号S2之中在工作周期Toff的频率f2为具有较低的电压增益的频率值(假设为58kHz)(见图5)，而在压电变压器50的次级电极52输出的相应电压便会降低，其波形如图6所示。
当要调低热阴极萤光灯管10的亮度时，则可通过改变脉宽调变控制信号的占空比，而达到调低亮度的目的，例如改变脉宽调变控制信号的占空比40％(即，40％的时间为开Ton，60％的时间为关Toff)或是其他的占空比，均可达到相同的效果；其波形图请参照图7，而此时在压电变压器50的次级电极52输出的相应电压的波形如图8所示。
另外，依据本发明所披露的方法，还可以通过改变不同工作周期中的谐振频率f1、f2，再结合脉波宽度调变的方式，在工作周期Ton和Toff中通过调整谐振频率f1、f2的方式，改变压电变压器50的增益以调整其输出电压Vout和输出电流Iout进而达到调整热阴极萤光灯管10的亮度(简而言之就是调光)的效果，尤其是依据本发明的方法，其中在工作周期Toff时仍会有较低的高频交流信号S2驱动压电变压器50，致使压电变压器50仍在充电的情形下运作，从而不会对压电变压器50的使用寿命造成不良影响，除此之外，还具有结构简单、以及调光范围广的优点，取代现有技术中热阴极灯管的启动器及稳压器，也无须工作热度极高的稳定器，除了达到延长灯管使用寿命、简化灯管组成构件之外，还可令灯管具有快速启动的功效。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。在上述实施例中，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种热阴极萤光灯管的调光方法，通过改变用以驱动热阴极萤光灯管的压电变压器的输出电压与电流，进而调整热阴极萤光灯管的亮度，其特征在于，包括以下步骤：
产生含有工作周期Ton和Toff的脉宽调变控制信号；以及在所述脉宽调变控制信号的不同工作周期Ton和Toff分别产生具有不同频率f1、f2的高频交流信号S2，用以驱动所述压电变压器；通过调整所述压电变压器的输出电压与电流，进而调整所述热阴极萤光灯管的亮度。
2.根据权利要求1所述的热阴极萤光灯管的调光方法，其特征在于，关于所述脉宽调变控制信号，是以脉宽调变的技术控制电源供给单元而输出所述脉宽调变控制信号。
3.根据权利要求1所述的热阴极萤光灯管的调光方法，其特征在于，还包括通过改变所述脉宽调变控制信号的占空比的方式，调整所述热阴极萤光灯管的亮度。
4.根据权利要求1所述的热阴极萤光灯管的调光方法，其特征在于，所述高频交流信号S2在不同的工作周期Ton和Toff的频率f1、f2下可使所述压电变压器具有不同的电压增益。
5.根据权利要求1所述的热阴极萤光灯管的调光方法，其特征在于，压电变压器在所述工作周期Ton的频率f1下的电压增益，大于在所述工作周期Toff的频率f2下的电压增益。
6.一种热阴极萤光灯管的调光装置，其特征在于，所述调光装置包括：
电源供给单元，用以提供驱动热阴极萤光灯管所需的直流电源；
PWM控制单元，以脉宽调变的技术输出脉波信号S1，并以所述脉波信号S1控制所述电源供给单元输出含有工作周期Ton和Toff的脉宽调变控制信号；
谐振频率控制单元，将所述脉宽调变控制信号调变为高频交流信号，且所述谐振频率控制单元在所述不同工作周期Ton和Toff分别产生具有不同频率f1、f2的高频交流信号S2；以及
压电变压器，将所述高频交流信号S2增益为驱动热阴极萤光灯管所需要的高输出电压Vout和输出电流Iout，进而驱动热阴极萤光灯管发亮。
7.根据权利要求6所述的热阴极萤光灯管的调光装置，其特征在于，所述脉宽调变控制信号的占空比为可变式，用以调整所述热阴极萤光灯管的亮度。
8.根据权利要求6所述的热阴极萤光灯管的调光装置，其特征在于，所述高频交流信号S2在不同的工作周期Ton和Toff的频率f1、f2下可使所述压电变压器具有不同的电压增益。
9.根据权利要求8所述的热阴极萤光灯管的调光装置，其特征在于，所述压电变压器在所述工作周期Ton的频率f1下的电压增益，大于在所述工作周期Toff的频率f2下的电压增益。
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