CN101416566A - 用于驱动灯的方法和设备 - Google Patents

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CN101416566A CNA2007800122810A CN200780012281A CN101416566A CN 101416566 A CN101416566 A CN 101416566A CN A2007800122810 A CNA2007800122810 A CN A2007800122810A CN 200780012281 A CN200780012281 A CN 200780012281A CN 101416566 A CN101416566 A CN 101416566A
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P·J·布雷默
A·C·德里克
W·埃特斯
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    • H05B41/36—Controlling
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    • H05B41/392—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor
    • H05B41/3921—Controlling the intensity of light continuously using semiconductor devices, e.g. thyristor with possibility of light intensity variations
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  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Abstract

按照与输入图像信号(Si)的定时关系并利用可变的占空因数来驱动灯的方法，所述的方法包括如下步骤：接收具有预定帧周期(t3－t1)的图像信号；产生高频反相器信号(Sv)；根据所接收的图像信号产生昏暗命令信号(Sdcc)，用于确定灯的目标接通时间(t1)并且确定灯的目标断开时间(t2)，从而使占空因数(Δ＝(t2－t1)/(t3－t1))具有期望值；根据目标接通时间(t1)确定与高频反相器信号(Sv)的第一预定相位符合的适合的接通时间(t11)；根据目标断开时间(t2)确定与高频反相器信号(Sv)的第二预定相位符合的适合的接通时间(t12)；在适合的接通时间(t11)接通灯并且在适合的断开时间(t12)断开灯。

Description

用于驱动灯的方法和设备
技术领域
本发明总的涉及用于驱动灯的设备，具体来说涉及用于驱动荧光气体放电灯的设备。
背景技术
灯一般来说具有额定值，即提供额定光输出的额定操作电压和电流。在一般情况下，需要能够在昏暗模式操作灯，以使实际光输出小于额定值。通过减小灯电流是可以实现昏暗状态的，但是在气体放电灯的情况下，在具有可变占空因数的开关模式下(交替地接通/断开)驱动所述的灯也是已知的。在接通周期灯接收额定功率，在断开周期灯不接收任何功率。如果导通/截止的开关频率足够高(至少高于20赫兹)，最终的光输出就是在接通周期的光输出和断开周期的光输出的时间平均值。这个平均值取决于占空因数Δ，Δ的定义为Δ＝tON/(tON+tOFF)。
作为一个应用实例，讨论一个液晶显示(LCD)板的背光照明。作为用在液晶显示电视或液晶显示监视器中的液晶显示板的背光照明，众所周知的是，在液晶显示器的背后要安排水平荧光灯的阵列。液晶显示驱动器接收图像信号，并且控制液晶显示单元，使其变为透明的、部分透明的、或者是不透明的，即，使灯光通过或者不通过。于是，液晶显示单元就确定了图像像素。在图像的明亮部分，液晶显示单元是透明的，以使灯光可以通过并且使对应的图像像素是明亮的。在图像的黑暗部分，液晶显示单元是不透明的，因此挡住了灯光，对应的图像像素是黑暗的。以此方式，可以实现约为1:200到1:500的对比度。然而，为了得到良好的画面质量，期望得到至少1:1200甚至最好到1:1800的对比度。通过使灯变昏暗，能进一步提高对比度。灯的昏暗控制器根据图像信号切换灯的接通和断开。于是，在液晶显示电视或液晶显示监视器的背光系统中，通常用等于帧频(通常在50赫兹和125赫兹之间，视相关设备的设定值而定)的切换频率来操作所述的灯，并且，占空因数的变化范围通常从2％到20％，当然，甚至于可以将占空因数设定得高达40％。在这种情况下，接通时间可以从0.16ms(在125赫兹的占空因数为2％)变化到4ms(在50赫兹的占空因数为20％)，甚至于更长。
在接通周期，荧光灯中的电流不是直流电流，这个电流具有来自一个反相器的高频电流分量，频率的量级通常为20-200千赫兹，更加典型的是50千赫兹左右。与低频(LF)的灯频(帧频)相比，将这个频率叫做高频(HF)的电流频率。于是，在一个接通周期，灯接收有限数目的高频电流循环。在占空因数为2％的情况下，对于50赫兹的灯频和50千赫兹的高频电流频率来说，高频电流循环的这个数目是20；对于较高的灯频来说，这个数目甚至于更低。
由于高频电流循环的这种有限的数目，在切换灯接通或断开的时刻灯的状态就变得很重要了。如果灯的状态从一个灯的循环到下一个灯的循环是变化的，就可能发生显著的灯闪烁，对于用户来说，这种闪烁是烦人的。占空因数越低，这种闪烁越明显。
试图避免上述问题的一种可能的方法是使用PLL在反相器的输出频率和灯的切换频率之间提供同步。但是这就意味着，高频反相器输出频率必然要为帧频的倍数，并且高频反相器输出频率像这样被PLL固定住。然而，在大多数情况下，高频反相器输出频率是反相器设备本身的一个控制参数，如果没有受到其它的系统部件的限制，反相器能够改变它的输出频率。
总之，本发明的目的在于提供上述问题的一个解决方案。
发明内容
按照本发明的一个重要方面，灯驱动器包括一个灯昏暗控制器，用于可能根据它接收的图像信号确定灯的占空因数定时。这样一个灯昏暗控制器可以是用于输出昏暗控制信号的一个常规的控制器，昏暗控制信号具有两个电平，第一电平(例如高电平)用于确定灯的接通，第二电平(例如低电平)用于确定灯的断开。按照另一种方式，昏暗控制信号还可能是一个脉冲信号，包含定时脉冲形式的定时信息。在任何一种情况下，昏暗控制信号都可能是根据图像信号产生的并且包含定时信息(从低电平过渡到高电平，反之亦然)，定时信息用于确定何时将特定的灯(或灯的阵列)切换到接通状态或断开状态。在现有技术的灯驱动器中，灯是在由这些定时信息确定的时间直接接通的。按照本发明的另一个重要的方面，灯驱动器包括一个灯切换控制器，灯切换控制器接收昏暗控制信号的定时信息作为输入，并且还接收高频反相器输出信号作为输入信号。灯切换控制器产生用于灯的实际切换的灯切换命令输出信号。例如，灯切换输出信号可以是一个两个电平的信号，从一个电平到第二电平的转变(例如从低电平转变到高电平)实际将灯切换为接通，而相反的转变实际将灯切换为断开。按照另一种方式，灯切换输出信号可以是一个脉冲信号。将灯切换控制器设计成在高频反相器输出信号的第一预定相位产生其切换接通命令，并且将灯切换控制器设计成在高频反相器输出信号的第二预定相位产生其切换断开命令。优选的是，第一预定相位等于第二预定相位，这样一来灯电流循环的数目总是整数。
更加具体地，灯切换控制器等待来自灯昏暗控制器的灯接通定时信号，灯切换控制器接收这个灯接通定时信号以后，还要等待直到高频反相器输出信号具有所述的第一预定相位，只在这时输出切换接通命令。类似地，灯切换控制器等待来自灯昏暗控制器的灯断开定时信号，灯切换控制器接收这个灯断开定时信号以后，还要等待直到高频反相器输出信号具有所述的第二预定相位，只在这时输出切换断开命令。
附图说明
从下述参照附图的描述，进一步说明本发明的这些和其它方面、特征、和优点，附图中相同的参考数字表示相同或类似的部件，在附图中：
图1示意地表示按照本发明的灯驱动器的一个典型实施例的方块图；
图2是曲线图，示意地表示图1中的灯驱动器的各种不同的信号的定时；
图3是流程图，示意地表示灯驱动器的操作的例子；
图4是流程图，示意地表示灯驱动器的操作的另一个例子。
具体实施方式
图1示意地表示按照本发明的一个典型的灯驱动器1的方块图，灯驱动器1具有一个输出端2，用于连接到灯电路(未示出)。在输出端2，灯驱动器1输出灯驱动信号L。根据灯的类型，可以将灯直接连接到输出端2，或者将灯合并到一个灯电路中，所述的灯电路包括调节灯驱动信号的装置，例如包括一个本身公知的变压器。
灯驱动器1包括灯昏暗控制器10，灯昏暗控制器10具有一个输入端11，用于接收图像信号Si，并且具有输出端12，用于输出昏暗控制信号Sdcc。图像信号Si包含图像的水平和垂直定时信息，并且还包含像素信息。灯昏暗控制器10根据这个图像信号Si计算被驱动的灯的昏暗电平，并且由此计算这个灯的占空因数。根据这个占空因数，昏暗控制信号Sdcc包含用于与图像信号Si同步地切换所述的灯接通和断开的定时信息。在这个典型实施例中，昏暗控制信号Sdcc是一个两个电平的信号，其中的高电平指示灯接通，低电平指示灯断开。图2表示的是昏暗控制信号Sdcc包含定时信息，这个定时信息确定：由灯驱动器1控制的灯应该在时间t1接通，并且应该在时间t2断开，并且应该在时间t3再一次接通，其结果是占空因数Δ＝(t2-t1)(t3-t1)。应当说明的是，这是灯昏暗控制器10所期望的定时，因此切换时间t1和t2也叫做“目标”时间，下面对此将进行说明，实际的切换可能发生在不同的时间。
灯驱动器1进一步还包括一个反相器40，反相器40具有一个输出端42，用于提供高频反相器信号Sv，信号Sv同样也表示在图2中。这个输出端42通过可控开关50耦合到驱动器输出端2，可控开关50具有两个操作状态。在第一操作状态闭合下，开关50导通并传送在其输入端51接收的信号到输出端52；在这个状态下，被驱动的灯接通。在第二个操作状态断开，开关52不导通，阻止了在其输入端51处接收的所有输入信号；在这个状态下，被驱动的灯断开。于是，通过分别切换可控开关50到它的闭合和断开的状态，就可以实现被驱动的灯接通和断开的切换。
灯驱动器1进一步还包括一个灯切换控制器20，它的输入端21耦合到灯昏暗控制器10的输出端12以便接收昏暗控制信号Sdcc，它的控制输出端22耦合到开关50的控制端53，控制端53耦合到灯切换控制器20的控制输出端22。将灯切换控制器20设计成在它的控制输出端22产生一个开关控制输出信号Ss，用于确定可控开关50的操作状态。为方便起见，假定开关控制输出信号Ss是一个两个电平的信号，其中，开关控制输出信号Ss的高电平数值确定开关的闭合状态，开关控制输出信号Ss的低电平数值确定开关的断开状态。
在现有技术设备中，昏暗控制信号Sdcc直接耦合到开关50的控制端53。在这种情况下，被驱动的灯可能在时间t1和t2切换到接通和断开，这些时间与反相器输出信号Sv存在随机的相位关系，如图2所示。在本发明中，将灯切换控制器20安排在灯昏暗驱动器10和可控开关50之间。将灯切换控制器20设计成根据在它的第一输入端上接收的昏暗命令信号Sdcc和在第二输入端23上接收的反相器输出信号Sv产生它的输出控制信号Ss。更加具体地说，在昏暗命令信号Sdcc产生从低电平到高电平的转变的时间t1以后，灯切换控制器20等待，一直到反相器输出信号Sv在t11具有第一预定相位时为止，只在这时才使它的输出控制信号Ss变为高电平，如图2所示。于是，被驱动的灯L总是在与反相器信号Sv成预定相位关系时切换成接通状态，不需要在灯切换信号和反相器信号之间进行真正的同步。在图2所示的例子中，反相器输出信号Sv的第一预定相位是从低电平到高电平的转变。
按照类似的方式，在昏暗命令信号Sdcc产生从高电平到低电平转变的时间t2以后，灯切换控制器20一直等到反相器输出信号Sv在t12具有第二预定相位，并且只在这时才使它的输出控制信号Ss变为低电平。于是，被驱动的灯总是在与反相器输出信号Sv成预定相位关系时断开，不需要在灯切换输出信号和反相器信号之间有真正的同步。在图2所示的例子中，反相器输出信号Sv的第二预定相位等于第一预定相位(即从低电平到高电平的转变)，因此灯切换控制器20的输出控制信号Ss的接通时间(t12-t11)总是反相器信号Sv的周期的整数倍。应该注意的是，这个接通时间在一般情况下不等于昏暗命令信号Sdcc的接通时间(t2-t1)。
图3是一个流程图，说明灯驱动器1的这个操作300。第一步301，灯切换控制器20等待，一直到昏暗命令信号Sdcc达到高电平。第二步302，在昏暗命令信号Sdcc达到高电平后，灯切换控制器20还要等待，一直到反相器信号Sv达到第一预定相位(即达到高电平)。第三步303，在反相器信号Sv达到第一预定相位的时刻，灯切换控制器20使开关控制信号Ss变为高电平，从而使被驱动的灯接通。第四步304，灯切换控制器20等待，一直到昏暗命令信号Sdcc变为低电平。第五步305，在占空因数命令信号Sdcc达到低电平后，灯切换控制器20等待，一直到反相器信号Sv达到第二预定相位(即达到高电平)时为止。第六步306，在反相器信号Sv达到第六预定相位的瞬间，灯切换控制器20使开关控制信号Ss变为低电平，从而使被驱动的灯断开。
如果考虑一个长于图像帧周期(图像帧周期相当于t3-t1)的时间范围，所述的整数倍是随时间变化的。例如，在一个帧中，灯的接通时间(即t12-t11)可以对应于18个反相器循环，而在下一帧中，灯的接通时间可以对应于19个反相器循环。这导致人眼可以注意到的不期望的闪烁效应。尤其是在由灯昏暗控制器10确定的占空因数Δ保持不变的情况下，在灯接通时间期间的反相器循环数应该保持不变。这是通过进一步的详尽细节(elaboration)实现的，在图1和图2中对此也进行了说明。
在这个优选实施例中，灯驱动器1进一步还包括一个与灯切换控制器20相连的存储器30。在每个灯周期，将昏暗命令信号Sdcc的接通部分的持续时间(即t2-t1)存储在这个存储器中，并且将输出控制信号Ss的接通部分的持续时间(即t12-t11)也存储在存储器中。这两个持续时间可以用时间单位表示，但更加习惯的作法是将这些持续时间表示为反相器循环数，分别将其表示为Ndcc和Ns。在图2的例子中，从t1到t2的Ndcc等于5，从t11到t12的Ns等于5。
在下一个灯周期(即，在图2中从t3-t5)，昏暗命令信号Sdcc的接通部分的持续时间(即从t3到t4)较短，所以Ndcc等于4，这个数存储在存储器30中。为了确定输出控制信号Ss的接通部分的持续时间(即，t14-t13)，灯切换控制器20通过读出存储器30从前一个灯周期中取出Ndcc和Ns，并且计算差值D＝|Ndcc-Ns|。如果这个差值D小于预先确定的阈值Nt，灯切换控制器20使用来自存储器30的Ns作为输出控制信号Ss的接通部分的持续时间(即，t14-t13)。另一方面，如果所述的差值D大于或等于所述的预先确定的阈值Nt，那么灯切换控制器20使用来自存储器30的Ndcc作为输出控制信号Ss的接通部分的持续时间。无论在哪种情况下，都要将这样计算出来的持续时间存储在存储器30中作为Ns的新值。在一个合适的实施例中，所述的预先确定的阈值Nt等于2。
于是，由灯昏暗控制器10确定的占空因数的变化有效地延迟了至少一个灯循环，一直到这个变化足够大以导致灯的接通部分长度的变化至少为两个反相器循环为止。应当说明的是，在第一个灯周期内，存储器30是空的。对于这样一种情况，灯切换控制器20也可能跟上占空因数命令信号Sdcc。
图4是一个流程图，说明灯驱动器1的这种操作400。在第一步401，灯切换控制器20等待，一直到昏暗命令信号Sdcc达到高电平。在第二步402，在昏暗命令信号Sdcc达到高电平以后，灯切换控制器20等待，一直到反相器输出信号Sv达到第一预定相位(即变为高电平)。在第三步403，在反相器信号Sv达到第一预定相位的瞬间，灯切换控制器20使开关控制信号Ss变为高电平，从而使被驱动的灯接通。
在持续时间确定循环410，灯切换控制器20确定开关控制信号的下一个接通部分的持续时间。前一个循环的实际持续时间Ns是从存储器30中读出来的(411步)，并且，在前一个循环中由灯昏暗控制器10定制(ordered)的目标持续时间Ndcc也是从存储器30中读出来的(412步)。将Ns与Ndcc进行比较(413步)。如果差值很小，就可以确定下一个接通部分的持续时间Nmax就等于前一个循环中的实际持续时间Ns(414步)。如果相反，这个差值足够大(在这个例子中至少等于2)，就要确定下一个接通部分的持续时间Nmax等于前一个循环中由灯昏暗控制器10定制的持续时间Ndcc(415步)。接下去，将Nmax的值作为Ns的新值存储在存储器30中(416-417步)。
在图4的实施例中，持续时间确定循环410是在第三步403之后完成的；但是持续时间确定循环410还可以在较早的时间完成，例如在第二步402和第三步403之间，或者在第一步401和第二步402之间，或者甚至于在第一步之前。
在步骤421，灯切换控制器20将一个标记(稍后将说明这个标记的目的)复位到0，在步骤421，灯切换控制器20还要将一个计数器复位到0。然后，灯切换控制器20等待，一直到反相器信号Sv再一次达到第二预定相位(即变为高电平)(步骤441)。一旦发生这种情况，灯接通的持续时间就是反相器周期的一个严格的整数倍。并且计数器值加1(步骤442)；因此，计数器测量灯接通的持续时间。
在451步，检查标记的值；如果标记的值是1，灯切换控制器20跳到461步。如果标记的值仍旧是0，灯切换控制器20检查昏暗命令信号Sdcc(452步)；如果这个信号仍然为高电平，所述灯切换控制器20跳到461步。如果出现：昏暗命令信号Sdcc在最后的反相器循环期间已经变为低电平，灯切换控制器20分支到453步，使Ndcc等于计数器的值，并将这个值存储在存储器30中(454步)。然后，将标记的值设置为1(455步)，表明Ndcc的新值已经存储在存储器30中，并且在261步继续进行处理。
在462步，灯切换控制器20检查计数器的值是否等于Nmax，Nmax指示已经达到目标灯接通持续时间。如果是这种情况，灯切换控制器20使开关控制信号Ss变为低电平，以使被驱动的灯断开(462步)，否则跳过这个步骤。
在471步，灯切换控制器20检查计数器的值是否等于或大于Nmax，并且所述的标记是否等于0。如果满足了这两个条件，灯切换控制器20跳回到步骤401，开始新的灯循环；否则灯切换控制器20跳回到441步，开始下一个反相器循环。
本领域的普通技术人员显然清楚，本发明不限于以上所述的典型实施例，在由所附的权利要求书限定的本发明保护范围内各种改变和改进都是可能的。
以上，参照说明按照本发明的设备的功能模块的方块图说明了本发明。应该理解，这些功能模块中的一个或多个是可以用硬件实施的，这里的功能模块的功能是通过单个硬件部件实现的，但是还可能出现的情况是，这些功能模块中的一个或多个还可以用软件实施，所以功能模块的功能还可以由计算机程序或可编程设备的一个或多个程序行来实现，例如微处理器、微控制器、数字信号处理器等等。

Claims (11)

1、用于利用可变的占空因数驱动灯的方法，所述的方法包括如下步骤：
提供确定灯周期(t3-t1)和帧频的周期信号；
产生高频反相器信号(Sv)；
按照与所述的周期信号的定时关系，产生昏暗命令信号(Sdcc)，用于确定灯的目标接通时间(t1)并且确定灯的目标断开时间(t2)，从而使占空因数(Δ＝(t2-t1)/(t3-t1))具有期望值；
根据目标接通时间(t1)确定与高频反相器信号(Sv)的第一预定相位符合的适合的接通时间(t11)；
根据目标断开时间(t2)确定与高频反相器信号(Sv)的第二预定相位符合的适合的接通时间(t12)；
在适合的接通时间(t11)接通灯并且在适合的断开时间(t12)断开灯。
2、根据权利要求1所述的方法，其中：昏暗命令信号(Sdcc)的频率等于所述的周期信号的帧频。
3、根据权利要求1所述的方法，其中：高频反相器信号(Sv)的所述的第一预定相位等于高频反相器信号(Sv)的所述的第二预定相位。
4、根据权利要求1所述的方法，其中：昏暗命令信号(Sdcc)是具有第一电平(高电平)和第二电平(低电平)的两个电平的信号，第一电平(高电平)指示“灯接通”，第二电平(低电平)指示“灯断开”，从而，从第一电平(高电平)到第二电平(低电平)的转变指示目标接通时间(t1)，而从第二电平(低电平)到第一电平(高电平)的转变指示目标断开时间(t2)。
5、根据权利要求1所述的方法，其中：适合的接通时间(t11)是由如下的步骤确定的：首先，等待直到昏暗命令信号(Sdcc)指示目标接通时间(t1)，然后检测高频反相器信号(Sv)的所述第一预定相位随后的第一次发生。
6、根据权利要求1所述的方法，其中：适合的断开时间(t12)是由如下的步骤确定的：首先，等待，直到昏暗命令信号(Sdcc)指示目标断开时间(t2)，然后检测高频反相器信号(Sv)的所述第二预定相位随后的第一次发生。
7、根据权利要求1所述的方法，其中：周期信号是具有预定帧周期(t3-t1)的输入图像信号(Si)；并且其中：昏暗命令信号(Sdcc)是根据接收的图像信号(Si)产生的。
8、根据权利要求1所述的方法，其中：在周期信号的第一周期期间，测量昏暗命令信号Sdcc的接通持续时间(即，t2-t1)并且将测量的值(Ndcc)存储在存储器(30)中，并且将在灯接通切换的实际时间(t11)和灯断开切换的实际时间(t12)之间的实际持续时间(Ns)存储在存储器(30)中；
其中：将在所述的两个测量值的差值(ID＝Ndcc-Ns|)与阈值(Nt)进行比较；
其中：如果所述的差值(D)大于或等于所述的阈值(Nt)，则根据昏暗命令信号的接通持续时间的所述的测量值(Ndcc)确定周期信号的随后周期的适合的断开时间(t12)，否则根据所述的实际灯接通持续时间(Ns)确定周期信号的随后周期的适合的断开时间(t12)。
9、根据权利要求8所述的方法，其中：昏暗命令信号(Sdcc)的接通持续时间(即，t2-t1)是通过计数在目标接通时间(t1)和目标断开时间(t2)之间的高频反相器信号(Sv)的周期数而测量的。
10、用于驱动灯的灯驱动器(1)，适合于实施任何前述的权利要求的方法。
11、用于液晶显示器设备的背光照明设备，包括至少一个背光照明灯和至少一个根据权利要求10所述的灯驱动器(1)。
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