CN101541131B

CN101541131B - 背光模块及其换流器电路

Info

Publication number: CN101541131B
Application number: CN2008102129473A
Authority: CN
Inventors: 白双喜; 林怡声; 谢秀娜; 张书铭
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: US20090237346A1; CN101541131A; US8035608B2

Abstract

一种背光模块及其换流器电路，其中换流器电路包括信号产生模块、开关单元、第一电容、变压器及第一检测单元。信号产生模块产生脉宽调制信号，其中脉宽调制信号的工作周期由反馈信号及检测信号所控制。开关单元的控制端接收脉宽调制信号，且开关单元的第一电流端及第二电流端分别耦接电容的第一端及第二端。变压器依据一次绕组的信号变化产生交流驱动信号至灯管，其中一次绕组耦接开关单元的第一电流端。第一检测模块依据开关单元所通过的电流，以产生检测信号。

Description

背光模块及其换流器电路

技术领域

本发明关于一种背光模块及其换流器电路，且特别是有关于一种以电流控制模式驱动灯管的换流器电路。

背景技术

近年来，随着光电及半导体设备技术的进步，使得平面显示器迅速且蓬勃的发展。如以液晶显示器为例，因其具有低功率消耗、无幅射污染及高空间利用的特性，逐渐地成为市场的主流。液晶显示器包括液晶显示面板及背光模块，其中由于液晶显示面板不具发光能力，故必须配置背光模块以提供液晶显示面板所需的面光源，使液晶显示面板达成其显示影像的功能。

一般而言，背光模块通常使用冷阴极灯管(cold cathode fluorescentlamp，CCFL)来提供背光源，因此需要配置换流器电路以产生交流驱动信号，并驱动冷阴极灯管。图1为传统换流器的电路图。请参照图1，换流器电路100包括直流电压源110、脉宽调制器120、桥式直流/交流转换器130、变压器140及电压检测器150。桥式直流/交流转换器130为一全桥电路，且包括开关S1～S4，其中开关S1～S4为采用晶体管来实现的。在此，将开关S1及开关S4分为一组，而开关S2及开关S3分为另一组。这两组开关依据脉宽调制器120所产生的控制信号CON1～CON4而交替地导通，藉以将直流电压源110所提供的直流电压，转换为高频的交流方波信号。

变压器140及电容C1及C2将高频的交流方波信号转换为类弦波信号，以驱动冷阴极灯管160。冷阴极灯管160的亮度为依据通过冷阴极灯管160的电流大小所决定，所以电压检测器150检测通过冷阴极灯管160的电流量，并且将此电流信号转换为电压信号，以作为反馈信号fb。脉宽调制器120依据反馈信号fb来调整控制信号CON1～CON4的脉宽，藉以稳定地调整冷阴极灯管160亮度。

但是，换流器电路110的桥式直流/交流转换器130使用较多的电子元件，例如开关S1～S4，若开关S1～S4的运作不正确，将造成换流器电路110无法驱动冷阴极灯管160，例如当开关S1及S2同时导通时。另外，传统换流器电路100通常使用电压控制模式来驱动冷阴极灯管160，而电压检测器150所产生的反馈信号fb便用以调整控制信号CON1～CON4。然而，脉宽调制器120在利用这样的外反馈方式时，无法即时地调整控制信号CON1到CON4的脉宽。因此，各大厂商无不致力于解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种背光模块及其换流器电路，利用电流控制模式，有效地驱动灯管及使灯管稳定的点亮。

本发明提出一种适于驱动灯管的换流器电路，包括开关单元、第一电容、变压器、信号产生模块及第一检测模块。开关单元的第一电流端及第二电流端与第一电容并联，且开关单元的控制端接收脉宽调制信号以控制开关单元的导通与否。变压器的一次绕组耦接第一电压及开关单元的第一电流端，且变压器的二次绕组耦接第二电压及灯管，以提供交流驱动信号至灯管。信号产生模块依据第一电压产生脉宽调制信号，而脉宽调制信号的工作周期(dutycycle)为由相应灯管的反馈信号及检测信号所决定的。第一检测模块耦接于开关单元的第二电流端与信号产生模块之间，其依据开关单元所通过的电流而产生检测信号。

上述的换流器电路，在一实施例中换流器还包括第二检测模块。第二检测模块耦接于灯管与信号产生模块之间，其依据灯管所通过的电流而产生反馈信号。

本发明另提出一种背光模块，包括灯管及换流器电路。换流器电路耦接灯管，用以驱动灯管使灯管提供光源作为背光。换流器电路包括开关单元、第一电容、变压器、信号产生模块及第一检测模块。开关单元的第一电流端及第二电流端与第一电容并联，且开关单元的控制端接收脉宽调制信号以控制开关单元的导通与否。变压器的一次绕组耦接第一电压及开关单元的第一电流端，且变压器的二次绕组耦接第二电压及灯管以提供交流驱动信号至灯管。信号产生模块用以依据第一电压产生脉宽调制信号，而脉宽调制信号的工作周期为由相应灯管的反馈信号及检测信号所决定的。第一检测模块耦接于开关单元的第二电流端与信号产生模块之间，其依据开关单元所通过的电流而产生检测信号。

本发明的换流器电路及使用其的背光模块为采用电流驱动模式来驱动灯管。如上所述，换流器电路所包含的变压器会依据一次绕组的信号变化，而产生交流驱动信号来驱动灯管。检测信号为依据开关单元所通过的电流而产生的，且检测信号为用来控制脉宽调制信号的工作周期。当检测信号达到预设值时，脉宽调制信号可控制开关单元不导通，以避免过电流发生，藉此提升开关单元的切换效率。检测信号的反馈路径为属于内部的闭回路，因此不仅能立即地调整脉宽调制信号，也能有效地驱动灯管及使灯管稳定地点亮。

附图说明

图1为传统换流器的电路图。

图2为本发明的一实施例的背光模块的方块图。

图3A、图3B及图3C分别为本发明实施例图2中脉宽调制信号、开关单元的第一电流端及检测信号的电压波形图。

图3D为本发明实施例图2中反馈信号的电压波形图。

图4A为本发明实施例图2中信号产生模块的电路图。

图4B为本发明实施例图4A中脉宽调制单元的时序图。

【主要元件符号说明】

100、200：换流器电路

110：直流电压源

120：脉宽调制器

130：桥式直流/交流转换器

140：变压器

150：电压检测器

160：冷阴极灯管

200：换流器电路

210：灯管

220：信号产生模块

221：压控振荡单元

222：脉宽调制单元

222a：误差放大器

222b：比较器

222c：闩锁单元

223：电压调整单元

230：开关单元

240：第二检测模块

250：第一检测模块

251：低通滤波单元

252：电阻单元

260：变压器

401、402：曲线

A、B：节点

C1～C4：电容

CON1～CON4：控制信号

CLK：时脉信号

D1～D3：二极管

DR：交流驱动信号

EA_out：预设值

F1：第一误差信号

F2：第二误差信号

F3：脉宽调制信号

fb、FB：反馈信号

GND：接地电压

N1：晶体管

R1、R2：电阻

R3：可变电阻

REF：参考信号

S1～S4：开关

Vin：第一电压

FS：检测信号

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

图2为本发明的一实施例的背光模块的方块图。请参照图2，背光模块包括换流器电路200及灯管210。在此实施例中灯管210为以冷阴极灯管实现的，以提供光源作为背光。换流器电路200包括信号产生模块220、开关单元230、电容C1、变压器260、第一检测模块250及第二检测模块240。开关单元230的控制端接收脉宽调制(pulse width modulation，PWM)信号F3，并据以控制开关单元230导通与否。而开关单元230的第一电流端(即节点A)及第二电流端(即节点B)与电容C1并联耦接。在本实施例中，开关单元230以N型晶体管N1为例，而开关单元230还包括二极管D1。因此，晶体管N1的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别为开关单元230的控制端、第一电流端及第二电流端。二极管D1的阴极及阳极分别耦接晶体管N1的第一源/漏极及第二源/漏极。值得一提的是，虽然本实施例采用晶体管N1实现开关单元230，但本领域具有通常知识者可采用其他元件实现之，例如：P型晶体管或开关。

变压器260的一次绕组耦接第一电压Vin及开关单元230的第一电流端，且变压器260的二次绕组耦接灯管210及第二电压，在此第一电压Vin为直流电压，且第二电压为接地电压GND。变压器260依据其一次绕组的信号变化，而产生交流驱动信号DR来驱动灯管210。第一检测模块250耦接开关单元230的第二电流端，并依据开关单元230所通过的电流，产生检测信号FS。第二检测模块240耦接于灯管210与信号产生模块220之间，信号产生模块220依据灯管210所通过的电流，产生反馈信号FB。信号产生模块220依据第一电压Vin，产生脉宽调制信号F3，其中脉宽调制信号F3的工作周期为依据反馈信号FB及检测信号FS而决定。以下详细描述换流器电路200的运作方式。

请参照图2，第一检测模块250包括电阻单元252及低通滤波单元251。电阻单元252耦接开关单元230的第二电流端，用以将开关单元230所通过的电流转换为电压信号，亦即检测信号FS。低通滤波单元251耦接于电阻单元252及信号产生模块220之间，用以将检测信号FS进行低通滤波处理，并将检测信号FS传送到信号产生模块220。在本实施例中，电阻单元252以电阻R1实现之，而电阻R1的第一端及第二端分别耦接开关单元230的第二电流端及第二电压(在此为接地电压GND)。低通滤波单元251包括电阻R2及电容C4。电阻R2的第一端及第二端分别耦接电阻R1的第一端及信号产生模块220。电容C4的第一端及第二端分别耦接电阻R2的第二端及第二电压。

图3A、图3B及图3C分别为本发明实施例图2中脉宽调制信号F3、开关单元230的第一电流端及检测信号FS的电压波形图。请参照图2、图3A、图3B及图3C，为了便于叙述，节点A及B分别表示开关单元230的第一及第二电流端，且以晶体管N1为例来说明开关单元230的运作。当脉宽调制信号F3从逻辑高电位(“1”)改变为逻辑低电位(“0”)时，晶体管N1为不导通。此时，变压器260的一次绕组、电容C1及第一检测单元250内的电阻R1组成一串联RLC电路。当串联RLC电路的频率小于共振频率时，RLC电路为电容式，使得晶体管N1的第一源/漏极(即节点A)的电压增加。同时，晶体管N1的第二源/漏极(即节点B)的电压、亦即检测信号FS，会因通过电阻R1的电流减少而降低。当串联RLC电路的频率大于响应频率时，RLC电路为电感式，使得晶体管N1的第一源/漏极(即节点A)的电压减少。同时，电流流过电阻R1的方向会反向，因而晶体管N1的第二源/漏极(即节点B)的电压变为负。

当脉宽调制信号F3从逻辑低电位(“0”)改变为逻辑高电位(“1”)时，晶体管N1为导通。而导通的晶体管N1提供一最短路径使电流通过。因此，晶体管N1的第一源/漏极(即节点A)的电压会降低至0V，且晶体管N1的第二源/漏极(即节点B)的电压会线性地上升。在本实施例中，第一检测模块250的电阻单元252将开关单元230所通过的电流转换为电压信号(此为检测信号FS)，并反馈检测信号FS到信号产生模块220，以控制脉宽调制信号F3的工作周期。当检测信号FS达到预设值EA_out时，脉宽调制信号F3会立即从逻辑高电位(“1”)改变为逻辑低电位(“0”)，使晶体管N1为不导通。检测信号FS的反馈路径为属于内部回路，且在此为电流控制模式。

值得注意的是，变压器260的二次绕组会感应一次绕组的信号变化量，并且透过开关单元230的切换而产生交流驱动信号DR。请参照图2，第二检测模块240包括二极管D2及D3及可变电阻R3。二极管D2的阴极及阳极分别耦接灯管210的第二端及第二电压(在此为接地电压GND)。二极管D3的阴极及阳极分别耦接信号产生模块220及二极管D2的阴极。可变电阻R3的第一端及第二端分别耦接二极管D3的阴极及第二电压。图3D为本发明实施例图2中反馈信号FB的电压波形图。请参照图2及图3D，通过灯管210的电流信号经由二极管D2及D3整流。依据分压定理，可变电阻R3会产生压降，而此压降即为反馈信号FB。第二检测单元240传送反馈信号FB到信号产生模块220，以控制脉宽调制信号F3的工作周期。反馈信号FB的反馈路径为属于外部回路，且在此为电压控制模式。

接下来描述如何经由检测信号FS及反馈信号FB，而控制脉宽调制信号F3的工作周期。图4A为本发明实施例图2中信号产生模块220的电路图。请参照图4A，信号产生模块220包括压控振荡单元221、脉宽调制单元222及电压调整单元223。电压调整单元223产生经调整的第一电压到压控振荡单元221。压控振荡单元221耦接电压调整单元223，以产生时脉信号CLK。脉宽调制单元222包括误差放大器222a、比较器222b及闩锁单元222c。误差放大器222a接收参考信号REF及反馈信号FB，并且输出第一误差信号F1。比较器222b将检测信号FS及第一误差信号F1(亦即上述的预设值EA_out)进行比较，并据以输出第二误差信号F2。接着，闩锁单元222c接收时脉信号CLK及第二误差信号F2，藉此产生脉宽调制信号F3。

图4B为本发明实施例图4A中脉宽调制单元222的时序图。请参照图4B，曲线401表示第一误差信号F1，且曲线402表示检测信号FS。第一误差信号F1的波形依据反馈信号FB及参考信号REF而产生。在本实施例中，误差放大器222a的第一误差信号F1可以由许多不同频率的弦波所组成。本领域具有通常知识者可利用其他放大器电路，来实现本实施例所提及的误差放大器222a，故发明不局限于此。

请参照图4A及图4B，当时脉信号CLK触发时，闩锁单元222c所输出的脉宽调制信号F3会从逻辑低电位(“0”)改变为逻辑高电位(“1”)，以使晶体管N1导通。同时，晶体管N1的第二源/漏极(即节点B)的电压(此为检测信号FS)会趋于线性地上升。当检测信号FS达到第一误差信号F1的电平时，比较器222b便会输出逻辑高电位(“1”)的第二误差信号F2，使控制闩锁单元222c重置，进而产生为逻辑低电位(“0”)的脉宽调制信号F3，让晶体管N1不导通。依据上述，反馈信号FB反应灯管210所通过的电流，且反馈信号FB为用来确认灯管210是否稳定地点亮。另外，检测信号FS反应开关单元230所通过的电流，且检测信号FS为用来提供过电流保护机制以及增加开关单元230的切换效率。

综上所述，本实施例通过开关单元230的导通状态来产生交流驱动信号DR，以驱动灯管210。灯管210所通过的电流经由第二检测模块240而转换为电压反馈信号FB。而利用电压反馈信号FB来控制脉宽调制信号F3的工作周期，可以调整灯管210通过的电流，因而称为电压控制模式。在本实施例中，第一检测模块250连接开关单元230的第二电流端，以检测开关单元230所通过的电流，藉此产生检测信号FS。当检测信号FS达到误差放大器222a的输出(此为第一误差信号F1)时，信号产生模块250可以立即地关闭开关单元230，以避免过电流的发生及增加开关单元230的切换效率。由于检测信号FS可以反应开关单元230所通过的电流，因而利用检测信号FS来控制脉宽调制信号F3的工作周期，则称为电流控制模式。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然而其并非用以限制本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所限定者为准。

Claims

1.一种换流器电路，适于驱动一灯管，包括：

一开关单元，具有第一电流端、第二电流端及控制端，且其控制端接收一脉宽调制信号，以控制该开关单元的导通与否；

一第一电容，并联该开关单元的第一电流端及第二电流端；

一变压器，其一次绕组耦接一第一电压及该开关单元的第一电流端，其二次绕组耦接一第二电压及该灯管，以提供一交流驱动信号至该灯管；

一信号产生模块，依据该第一电压产生该脉宽调制信号，其中该脉宽调制信号的工作周期决定于相应的该灯管的一反馈信号及一检测信号；

一第一检测模块，耦接该开关单元的第二电流端与该信号产生模块之间，用以依据该开关单元所通过的电流，而产生该检测信号；以及

一第二检测模块，耦接于该灯管与该信号产生模块之间，用以依据该灯管所通过的电流，产生该反馈信号。

2.如权利要求1所述的换流器电路，其中该信号产生模块包括：

一压控振荡单元，用以产生一时脉信号；以及

一脉宽调制单元，耦接于该压控振荡单元，用以依据该时脉信号的频率，产生该脉宽调制信号。

3.如权利要求2所述的换流器电路，其中该脉宽调制单元包括：

一误差放大器，用以依据一参考信号及该反馈信号，输出一第一误差信号；

一比较器，用以比较该检测信号及所接收的该第一误差信号，并输出一第二误差信号；以及

一闩锁单元，用以依据所接收的该时脉信号及该第二误差信号，产生该脉宽调制信号。

4.如权利要求2所述的换流器电路，其中该信号产生模块更包括：

一电压调整单元，耦接该压控振荡单元，用以提供经调整的该第一电压至该压控振荡单元。

5.如权利要求1所述的换流器电路，其中该第一检测模块包括：

一电阻单元，耦接该开关单元的第二电流端，用以输出该检测信号。

6.如权利要求5所述的换流器电路，其中该第一检测模块更包括：

一低通滤波单元，耦接于该电阻单元与该信号产生模块之间，用以将该检测信号进行低通滤波处理。

7.如权利要求1所述的换流器电路，其中该第一电压为一直流电压源。

8.如权利要求1所述的换流器电路，其中该第二电压为一接地电压。

9.如权利要求1所述的换流器电路，其中该灯管为一冷阴极灯管。

10.一种背光模块，包括：

一灯管，用以提供一光源；以及

一换流器电路，耦接该灯管，用以驱动该灯管，包括：

一第一电容，并联该开关单元的第一电流端及第二电流端；

11.如权利要求10所述的背光模块，其中该信号产生模块包括：

一压控振荡单元，用以产生一时脉信号；以及

12.如权利要求11所述的背光模块，其中该脉宽调制单元包括：

13.如权利要求11所述的背光模块，其中该信号产生模块还包括：

14.如权利要求10所述的背光模块，其中该第一检测模块包括：

15.如权利要求14所述的背光模块，其中该第一检测模块还包括：

16.如权利要求10所述的背光模块，其中该第一电压为一直流电压源。

17.如权利要求10所述的背光模块，其中该第二电压为一接地电压。

18.如权利要求10所述的背光模块，其中该灯管为一冷阴极灯管。