CN101218620B - 等离子面板的维持设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在等离子面板的发光单元中的线扫描电极(Y)和线公共电极(Z)之间产生矩形维持电压的设备。所述设备包括：与单元的线扫描电极(Y)相连的第一维持放大器(11)，用于产生第一维持电压信号的转变；与单元的线公共电极(Z)相连的第二维持放大器(13)，用于产生第二维持电压信号的转变。该设备还包括与单元的线扫描电极(Y)和线公共电极(Z)直接相连的隔离电压提供电路，以保持所述线扫描电极(Y)和所述线公共电极(Z)上的转变结束电压。

Description

等离子面板的维持设备

技术领域

本发明涉及一种用于在等离子面板中的发光单元的线扫描电极和线公共电极之间产生矩形维持电压的设备。

背景技术

传统上，等离子显示面板具有按照行和列布置的多个单元。在当前采用的共面技术中，每一个单元具有三个电极：

-一个被称作“列电极”的电极，主要用于对单元进行寻址；面板中所有单元的列电极均与列驱动器电路相连；以及

-两个行电极，其一被称作“线扫描电极”并用于单独对每一行单元进行寻址，而另一个被称作“线公共电极”；所有的线扫描电极在面板的一侧连接至行驱动器电路，而线公共电极在面板的另一侧相互连接。

在这种面板中，对单元的寻址包括：在单元的线扫描电极和列电极之间施加特定的高电压信号，以修改其充电状态。在寻址操作结束时，单元可具有两种充电状态：第一状态被称作“激励的”，使单元在随后的单元维持阶段期间被点亮，以及第二状态，其中单元维持熄灭。寻址阶段之后的单元维持阶段是把高电压矩形信号施加到线扫描电极和线公共电极的时段。在这个阶段中，预先激励的单元点亮。

为了产生这个电压信号，显示面板具有功率放大器。该面板具体包括用于产生施加到单元的列电极的寻址信号的列放大器，以及用于产生施加到单元的线扫描电极和线公共电极的维持信号的维持放大器。

这些放大器均需要产生在很高的电容性负载上具有高频的高电压转变的信号，所述电容性负载等于面板中所有单元的等效电容或其中大部分单元的电容。

因此，单元的维持操作包括在放大器与面板单元之间转移大量的能量，而且该能量必须被恢复。这对于单元列的寻址操作也一样。

对此，开发出一种具有能量恢复的维持放大器，以其发明人的名字而被称作“Weber”放大器。图1示出了从等离子面板的主电源至等离子面板的等离子面板功率电子电路的结构。第一功率级1是具有功率因数修正的AC/DC转换器。这个级与主电源相连。其角色是调整来自主电源的电流，使得其具有与电压波形同步的正弦波形。这个级对于本领域的技术人员是公知的。它包括：二极管桥D1至D4，用于把正弦电压转换为DC电压；串联的电感器L1与开关T1，两者与二极管桥的端子相连以驱动所述电流，同时调整输出端的DC电压值；输出端处的整流二极管D5和高值电解电容器Cc。下一级是DC/DC转换器2，用于传递调节后的高值电压，该电压用于等离子面板单元的维持操作。所述调节后的电压被传递至等离子面板的行维持放大器。如图1所示，这个行维持放大器实际上包括两个相同的放大器，其中一个放大器11旨在通过行驱动器电路12向单元的线扫描电极Y供电，而另一个放大器13旨在向单元的线公共电极Z供电。等离子面板单元在图中由其等效电容Cp来表示。这个等效电容在实际中由如下组成：面板的线扫描电极Y和线公共电极Z之间呈现的电容Cp1；面板的线扫描电极Y和列电极之间呈现的电容Cp2；以及最后是面板的线公共电极Z和列电极之间呈现的电容Cp3。还提供寻址电压发生器15，用于产生施加到单元的电极的合适电压，以对单元进行寻址。行驱动器电路12用于选择施加到单元的Y电极的电压。同样，列驱动器电路14选择施加到单元的列电极的电压。

旨在为Y电极供电的放大器11传统上包括开关M1和M2，开关M1和M2以半桥式结构而连接，串联地放置在电源端与参考端(这里连接至地GND)之间，所述电源端接收由DC/DC转换器2传递的很高的维持电压VS。对这些开关进行控制，以在面板单元的Y电极上产生矩形信号，该矩形信号在电压VS与参考端上呈现的电势之间交替变化。如图所示，这些开关通常是MOS晶体管，其二极管反并联(anti-parallel)。为了恢复并再次注入电容性能量并产生电压VS与地之间的软交变(softswitch)，放大器11包括与开关模块MC以及存储电容器C1串联放置的谐振电感器L。这三个组件连接在Y电极与参考电势之间。开关模块包括两个并联设置的电流传导路径，每一个允许电流在一个方向流动。第一电流路径包括与二极管D3串联放置的开关M3，以便当开关M3闭合时允许电流向存储电容器C1流动，因而产生放大器输出信号的下降沿。第二电流路径包括与二极管D4串联放置的开关M4，以便当开关M4闭合时允许电流向谐振电感器L流动，因而产生输出信号的上升沿。

对于放大器13，它包括与放大器11相同的组件，这些组件以相同的方式连接在线公共电极Z与参考端之间。为了在本说明书的下文中对放大器11的组件与放大器13的组件之间进行区分，放大器11的组件M1、M2、L、MC、M3、M4、D3、D4和C1在放大器13中被标记为M1’、M2’、L’、MC’、M3’、M4’、D3’、D4’和C1’。

图2示出的是：根据用于在单元中实现良好的放电维持的公知操作模式，在Y和Z电极上产生的维持电压信号，以及面板单元端子的两端所产生的电压。根据这个操作模式，在Y电极上产生的电压转变与在Z电极上产生的电压转变是同步的，以便面板单元端子两端的电压连续地在+VS与-VS之间交替变化。这个操作模式仅作为用于理解Weber电路的操作方式的示例而给出。当然，存在其他的操作模式，尤其是单元的Y电极上的电压转变关于Z电极上的电压转变是有偏移的模式。

为了获得图2中所示的一个或其他的电压信号，如图3所示对放大器11和13进行控制。这个图更加详细地示出了用于控制开关M1至M4的电压、所产生的放大器的输出电压、以及流过谐振电感器L的电流iL。在这幅图中，认为在初始状态下开关M2、M3和M4是打开的且M1是闭合的。因此，Y电极上的电压等于VS。在打开开关M1然后闭合开关M3后，Y电极上的电压开始下降。在这个阶段中，由电感器L和等效电容Cp所形成的谐振电路由二极管D3、开关M3和存储电容器C1闭合，具有下列初始条件：

-通过电感器L的电流iL为0，

-Y电极上的电压等于VS，且

-存储电容器端子两端的电压等于VS/2。

由于存储电容器C1的值远大于电容Cp的值，其端子上的电压可以被看作恒定的且等于VS/2。当通过电感器L的电流增大时，放大器的输出和电容Cp的端子上的电压根据正弦部分而减小，直到Y电极上的电压达到VS/2(电流iL停止增大的点)为止。这个第一阶段与能量从电容Cp转移到电感器L相对应。相反方向的转移发生在下一阶段中：在该阶段中，电流iL减小且Y电极上的电压根据另一个正弦部分而持续减小，直到达到0伏(参考电势)为止。二极管D3防止电流在另一方向上流动。然后，闭合开关M2使Y电极上的电压保持在0伏。通过闭合开关M4，以同样的方式实现Y电极上的电压从0伏至VS的转变。

在单元端子上的电压的转变阶段期间，电感器L和电容Cp之间发生明显的能量转移。高充电电流以及与转变末端处单元的等离子气体放电有关的电流流过放大器。这些电流具有很高的值，为几十安培量级，在大约1微秒的非常短的时间间隔中流过。对此，存储电容器C1、C1’和Cc必须理想地与放大器中的其他组件以及面板相连，以减小寄生电感，并且不会改变施加到单元电极的电压波形和面板与发光有关的的全部行为。

发明内容

本发明提出了一种新颖的等离子面板维持电路结构，其在具有功率因数修正的AC/DC转换器的输出端不具有DC/DC转换器，旨在提供与面板单元尽可能接近的电力。

本发明涉及一种用于在等离子面板中的发光单元的线扫描电极与线公共电极之间产生矩形维持电压的设备，所述电压通过向单元的线扫描电极施加第一矩形维持电压信号、并向单元的线公共电极施加第二矩形维持电压而产生，

其特征在于，所述设备包括：与单元的线扫描电极相连的第一维持放大器，用于产生第一维持电压信号的转变；与单元的线公共电极相连的第二维持放大器，用于产生第二维持电压信号的转变；以及与单元的线扫描电极和线公共电极相连的隔离电压提供电路，以保持所述线扫描电极和所述线公共电极上的转变结束(end-of-transition)电压。

隔离电压提供电路包括：变压器，该变压器的次级通过第一端与单元的线扫描电极相连，并通过第二端与单元的线公共电极相连；以及能够向所述变压器的初级传递信号转变和特定电压的设备，所述特定电压与转变结束电压除以变压器的变压系数后的电压相对应。

附图说明

参考附图并阅读作为非限制性示例而给出的下文描述，将会更好地理解本发明，其中：

-上述图1是现有技术中的等离子面板的功率电子电路的电路图，

-上述图2示出了根据已知的放大器操作模式而由图1的电路中的维持放大器所产生的电压信号的时序图，

-上述图3示出了图1的电路中的每一个维持放大器的操作模式的控制信号；

-图4示出了根据本发明第一实施例的等离子面板的功率电子电路的电路图；

-图5示出了根据本发明第二实施例的等离子面板的功率电子电路的电路图；以及

-图6示出了图5的电路的操作的时序图。

具体实施方式

根据本发明，DC/DC转换器2被隔离变压器Trf所取代，该变压器具有与变压器初级相连的整桥结构。整桥由功率因数修正为1的AC/DC转换器的输出进行馈给，而且变压器次级直接与维持放大器11和13的输出端相连。

整桥结构由4个开关M5至M8组成，开关M5和M8串联地置于AC/DC转换器1的两个输出端之间，开关M6和M7也是如此。变压器Trf的初级绕组连接在桥的中点之间，而且如上所述，变压器Trf的次级线圈直接与维持放大器11和13的输出端相连。

有利地，二极管D5至D8以及D5’至D8’被添加到整桥结构，以管理开关M5至M8的MOSFET固有二极管的逆向恢复效应，这将在下文描述。

隔离晶体管M10和M11连接在放大器11的输出端与行电路驱动器12之间。存储电容器Cs具有远大于Cp的电容，与半桥电路M1、M2和M1’、M2’并联放置。

在维持操作期间，单元的Y电极与放大器11的输出端相连，而且其列电极与地相连。隔离晶体管M10和M11导通。在这些操作期间，电压VS是单元的维持电压，大约为200伏。

在施加到单元的维持信号的转变期间，开关M5至M8处于高阻态。除了寄生电容和电感以外，变压器Trf的次级与放大器11和13的连接没有对放大器的操作产生影响，而且可以被看作开路。开关M1至M4以及M1’至M4’管理分别施加到单元的电极Y和Z的信号VY和VZ的产生。从Y电极看去的电容Cp实际上与从Z电极看去的不同。例如，在图2中所示的同步转变模式的情况下，电容Cp等于：

-对于Y电极，电容Cp2和Cp1/2的等效电容，以及

-对于Z电极，电容Cp3和Cp1/2的等效电容。

在线扫描电极Y这一侧，开关M1至M4管理电感器L的谐振，从Y电极看去该电感器L具有面板电容Cp，如图3中所示。同样，在线公共电极Z这一侧，开关M1’至M4’管理电感器L’的谐振，从Z电极看去该电感器L’具有面板电容Cp。存储电容器Cs提供补偿能量恢复电路中的损耗和放电带来的损耗所需的能量。

一旦转变结束且在电压稳定(plateau)期间，取决于维持放大器11和13的输出端上传递的电压为负还是为正，开关M5和M7、或M6和M8导通。AC/DC转换器1传递电压V_PFC。注意的是，MOSFET晶体管M5至M8的开关发生在零电压处，因而不存在开关损耗，这是因为放大器11和13的输出已经预先达到变压器次级上的电压+VS或-VS、并由变压器Trf带回初级的+V_PFc或-V_PFc。在这个阶段中也使开关M1和M2’导通，从而电容器Cs被再充电至电压VS。在当前情况下，变压器Trf的漏电感在电容器Cs被充电时限制了AC/DC转换器与电容器Cs之间的电流。使用变压器Trf的比VS/V_PFC更大的变压系数n对这个电流限制效应进行补偿。在维持阶段中，这个漏电流在施加到单元的电压的稳定期间增大。当打开开关M5和M7时(相应地为M6和M8)，即与转变的开始相对应的时刻，这个电流将会流过开关M6和M8(相应地为M5和M7)的固有二极管。开关的MOSFET固有二极管的逆向恢复效应需要通过二极管D至D8对电流进行旁路，并通过二极管D5’至D8’停止电流在开关中流动。

有利地，如上文所述，对电压VS进行调节，以通过调整从电压V_PFC转移至电压VS的能量而补偿由于面板中的图像负载的变化而引起的功率变化。可以在稳定阶段中使用经典的脉宽调制(PWM)方法，该方法用于开关M5和M7(或M6和M8)的导通时间。然而，由于这些导通时间很短因而不容易控制，优选地使用利用恒定导通时间的调节模式。在这个被称作突发模式的模式中，稳定阶段中转移的电力总是最大，但根据电压Vs来控制这些导通事件的出现或消除。

这个结构还简化了其他电压的产生，例如对于寻址电压发生器，通过以下方式来完成：把变压器Trf的次级的绕组数相乘，并提供整流、滤波以及调节装置，从而把电压调节至期望值。

在寻址阶段期间，隔离晶体管M10和M11处于高阻态，因而把寻址电压发生器15与维持放大器11和13隔离。通过闭合晶体管M7和M8或M5和M6，变压器的输出保持为零。

参考图5来提出本发明的设备的第二实施例。能量恢复电路，即开关模块MC或MC’以及电感器L或L’从每一个维持放大器11和13中去除，而且工作在饱和模式下的高值电感器L2₂可能与传统的低值电感器L21串联地连接在两个放大器11和13的输出之间。L2表示串联电感。其值远大于Weber电路中的电感器L或L’的值：大100至1000倍。

在饱和模式下，电感器的行为类似空气中的电感器(没有磁性材料)。当前情况下的电感器L2₂好似(act like)自动开关。在饱和之前，很小的电流流过电感器L2₂，在饱和之后，大电流流过电感器L2₂。从现在开始，文中的L2表示电感性元件L2以及该电感的值。

在非饱和模式下，电感器L2好似值为L2₂(L2₁与L2₂相比很低)的电感，而在饱和模式下好似值为L2₁(L2₂接近0)的电感。非饱和或饱和模式下的操作取决于通过L2的电流iL2。

参考图6来描述图5中的放大器的操作。图6示出了晶体管M1、M2、M1’和M2’的控制信号、放大器11和1 3产生的电压信号、以及通过电感器L2₁和L2₂的电流iL2。

电流iL2的工作半周期被分为4个连续的工作阶段，编号为1至4。

在阶段1中，开关M1和M2’闭合且开关M2和M1’打开。放大器11的输出电压等于VS。此外，在电极电压的稳定阶段中，如同先前的实施例，晶体管M6和M8闭合。它们确保电容器Cs由AC/DC转换器1提供且输出为V_PFC的电源进行足够的充电。放大器13的输出电压等于0。流过非饱和电感器L2的电流受高值电感器L2₂的控制。因此，流过放大器11和13的电流低得多，这导致传导损耗的减小。电感器L2两端上的电压大致为电感器L2₂两端上的电压。

在阶段2的开始处，电感器L2₂饱和。这时，该电路由电感器L2₁控制。只要开关M1和M2’保持闭合，则电流iL2线性增大。

当所有的开关M1、M2、M1’和M2’打开时，阶段3开始。此外，在电极电压的转变阶段中，如同先前实施例中那样，晶体管M5至M8打开。电感器L2₁与电容Cp发生谐振。放大器11的输出电压开始下降，而放大器13的输出电压开始上升，两个均根据正弦部分而发生。在阶段3的中期，电感器L2两端上的电压在反相前被抵消，而流过电感器L2的电流在减小前具有其最大幅度。在这个阶段结束处，放大器11的输出电压达到0伏(参考电势)，且放大器13的输出电压达到VS。

在阶段4的开始处，通过电感器L2的电流继续线性下降，而不管开关M2和M1’处于打开还是闭合状态，这是因为其固有二极管的原因(灰色区域的开始处)。在电流变为零之前，M2和M1’必须闭合(灰色区域的结束处)。在这个阶段4的结束处，电感器L2₂不再饱和。然后，与阶段1对称的阶段开始。

电感器L2₂的选择是关键的。必须选择适合的磁性材料，而且必须计算所需的圈数。L2₂的圈数被定义如下：

在每一个操作阶段，例如在图6中的阶段1中，

$V_{{L2}_2}=n\·A_e\·\frac{\mathrm{\ΔB}}{\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{ph}1}}$

其中：

A_e是磁性材料的有效截面面积；

ΔB是这个阶段中磁感应的变化；

Δt_ph1是阶段1的持续时间。

在这个阶段中，L2₂两端上的电压等于VS且磁感应在+B_sat和-B_sat(或相反)之间变化，得到：

$\mathrm{VS}=n\·A_e\·\frac{2\·B_{\mathrm{sat}}}{\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{ph}1}}$

$\→n=\frac{\mathrm{VS}\·\mathrm{\Δ}{t}_{\mathrm{ph}1}}{2\·B_{\mathrm{sat}}\·A_e}---\left(1\right)$

B_sat和A_e仅取决于所使用的磁性材料。由此使用等式(1)来计算电感器L2₂的圈数。当选择材料时，必须确保磁性回路足够为矩形，从而饱和不会是“软(soft)”的且饱和点处的电流iL2为低(以减小有效电流的强度)。另外，这个磁路的面积必须较小，以防止被称作磁滞损耗的损耗。

有利地，如果线圈的圈数和磁性材料的有效截面面积根据结果而调整，则电感器L2₁和L2₂在相同的线圈中产生。例如，如果如上所述计算的圈数n不适于与饱和模式下的电感器L2的电感相对应的线圈L2₁，则可以增加与L2串联的辅线圈。但是，还可以重新调整圈数n和截面面积A_e。

例如，如果针对阶段1计算的圈数n对于下一阶段来说过大，则可以减小该圈数并增大截面面积A_e，使得仍满足等式1。

例如，如果针对阶段1计算的圈数为10，且L2₁对于阶段2、3、4来说大了4倍，则可以把圈数n除以2并把截面面积A_e乘以2。

Claims (4)

1.一种用于在等离子面板中发光单元的线扫描电极(Y)和线公共电极(Z)之间产生矩形维持电压的设备，所述电压是通过向单元的线扫描电极(Y)施加第一矩形维持电压信号并向单元的线公共电极(Z)施加第二矩形维持电压而产生的，所述线扫描电极(Y)和所述线公共电极(Z)与两个半桥电路(M1、M2；M1’、M2’)的中点相连，

其特征在于，所述设备包括：

与单元的线扫描电极(Y)相连的第一维持放大器(11)，用于产生第一维持电压信号的转变；

与单元的线公共电极(Z)相连的第二维持放大器(13)，用于产生第二维持电压信号的转变；以及

经由隔离晶体管(M10，M11)与连接到所述两个半桥电路(M1，M2；M1’，M2’)的中点的单元的线扫描电极(Y)和线公共电极(Z)相连的隔离电压提供电路，以保持所述线扫描电极(Y)和所述线公共电极(Z)上的转变结束电压，

所述隔离电压提供电路包括：变压器(Trf)，该变压器的次级通过第一端与所述两个半桥电路(M1、M2；M1’、M2’)中的一个的中点相连并经由所述隔离晶体管(M10，M11)与单元的线扫描电极(Y)相连，并通过第二端与所述两个半桥电路(M1、M2；M1’、M2’)中的另一个的中点相连并与单元的线公共电极(Z)相连；以及能够向所述变压器的初级传递信号转变和特定电压的设备，所述特定电压与转变结束电压除以变压器的变压系数后的电压相对应。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一和第二维持放大器(11、13)中每一个包括：

-具有两个开关(M1、M2；M1’、M2’)的半桥结构，连接在电源线(VS)与参考线(GND)之间，以及

-与所述半桥结构相连的用于实现能量恢复的软开关的电路，

其中，第一维持放大器(11)的所述结构的中点与单元的所述线扫描电极(Y)相连，而第二维持放大器(13)的所述结构的中点与单元的所述线公共电极(Z)相连。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，存储电容器(Cs)连接在电源线(VS)与参考线(GND)之间。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一和第二维持放大器(11、13)中每一个包括：连接在电源线(VS)与参考线(GND)之间的具有两个开关(M1、M2；M1’、M2’)的半桥结构，第一维持放大器(11)的所述结构的中点与单元的所述线扫描电极(Y)相连，而第二维持放大器(13)的所述结构的中点与单元的所述线公共电极(Z)相连，所述设备还包括用于实现能量恢复的软开关的电路，所述用于实现能量恢复的软开关的电路包括连接在两个半桥结构的中点之间的电感性元件，所述电感性元件能够在饱和模式下工作。

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