CN101548586B - 逆变器的控制电路及使用了它的发光装置、显示器装置 - Google Patents

Abstract

基准电压源(2)生成电流调光用的基准电压(Vdim)。第一电流源(24)生成第一电流(I1)。第一电流镜电路(28)具有多个输出端子(P1～P3)，复制第一电流(I1)，从多个输出端子(P1～P3)输出多个第一复制电流(Ic1a～Ic1c)。多个第一开关(SW1b、SW1c)分别被设置在多个第一复制电流(Ic1a～Ic1c)的路径上。变换电阻(R3)一端的电位被固定，被设置在从第一电流镜电路(28)输出的多个第一复制电流(Ic 1a～Ic 1c)的路径上。译码电路(40)从外部接收控制信号(Sdim)，控制多个第一开关(SW1b、SW1c)的接通和关断。基准电压源(2)将与变换电阻(R3)所产生的电压降相应的电压作为基准电压(Vdim)输出。

Description

逆变器的控制电路及使用了它的发光装置、显示器装置

技术领域

本发明涉及向荧光灯等提供驱动电压的逆变器，特别涉及调节荧光灯的亮度的调光控制技术。

背景技术

近年来，能够实现薄型、大型化的液晶电视正取代阴极射线管电视而逐渐普及。液晶电视在显示影像的液晶屏的背面配置多根冷阴极荧光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp，以下称CCFL)或外部电极荧光灯(External Electrode Fluorescent Lamp，以下称EEFL)，使之作为背光灯发光。

为进行CCFL或EEFL的驱动，使用将例如12V左右的直流电压升压，作为交流电压进行输出的逆变器(DC/AC转换器)。逆变器将流过CCFL的电流转换成电压反馈给控制电路，基于该反馈电压控制开关元件的接通和关断。例如，专利文献1中公开了利用逆变器的CCFL驱动技术。

在此，有时为进行调节荧光灯的亮度的调光而要对逆变器的控制电路设置调光功能。调光有两种，一种是由设计安装荧光灯和逆变器的设备的装配商进行设定，另一种是由使用设备的用户在使用该设备时进行设定。作为这些调光的方法，有控制流过荧光灯的电流(以下称为灯电流)的模拟调光控制(电流调光控制)和间歇地进行荧光灯的发光的突发调光控制等。

专利文献1：特开2003-323994号公报

发明内容

〔发明所要解决的课题〕

控制电路生成脉冲调制信号，控制提供给变压器的开关电压的接通、关断时间，该脉冲调制信号是占空比根据与灯电流相应的反馈电压与预定的调光基准电压的误差电压而变化的信号。在模拟调光中，要通过改变调光基准电压来调节灯电流，但以往一般是在控制电路的外部生成模拟的调光基准电压，提供给控制电路作为基准电压的。

在模拟调光中，有时要离散地切换亮度。此时，与绝对的亮度准确性相比，更要求相对的亮度准确性。即，更加要求调光基准电压的多个电压电平的相对精度。在如以往那样在控制电路的外部生成调光基准电压时，要生成相对精度较高的电压是很难的。

本发明是鉴于这样的课题而设计的，其目的在于提供一种能准确地调节相对亮度的逆变器的控制电路。

〔用于解决课题的手段〕

本发明的一个方案涉及一种荧光灯的驱动用逆变器的控制电路。该控制电路包括：基准电压源，生成预定的基准电压；脉冲调制器，接收与荧光灯的电流相应的反馈电压，生成脉冲信号，该脉冲信号的占空比被调节使得所述反馈电压趋近于基准电压；以及驱动器，基于脉冲信号驱动开关电路，向设置在本控制电路的外部的变压器提供开关电压。基准电压源包括：第一电流源，生成第一电流；第一电流镜电路，具有多个输出端子，并复制第一电流，从多个输出端子输出多个第一复制电流；多个第一开关，分别设置在多个第一复制电流的路径上；一端电位被固定的变换电阻，被设置在从第一电流镜电路输出的多个第一复制电流的路径上；以及译码电路，从外部接收控制信号，基于该控制信号控制多个第一开关的接通和关断；并且，将与变换电阻所产生的电压降相应的电压作为基准电压而输出。

根据该方案，多个第一复制电流的合成电流被根据镜像比离散地调节。因此，变换电阻所产生的电压降也就被离散地控制了。电流镜电路的镜像比的相对偏差较小，所以能够提高基准电压的相对精度，能够进行准确的调光。

第一电流源可以包括：第一电阻，一端的电位被固定；第一晶体管，一端连接于第一电阻的另一端；以及第一运算放大器，一个输入端子与第一电阻的另一端相连接，另一个输入端子被输入预定的基准电压，输出端子与第一晶体管的控制端子相连接。可以将第一电阻和变换电阻成对地形成在共同的半导体衬底上。

此时，第一电阻和第二电阻的电阻值就相应地变动。因此，即使第一电阻的电阻值变动、一并地第一复制电流的合成电流发生变动，由于第二电阻的电阻值也变动使得抵消合成电流的变动量，所以不仅能抑制相对值的偏差，还能抑制绝对值的偏差。

控制电路可以还包括：第二电流源，生成第二电流；第二电流镜电路，具有至少一个输出端子，复制第二电流，从输出端子输出至少一个第二复制电流；以及设置在至少一个第二复制电流的路径上的至少一个第二开关。可以将第二复制电流提供给变换电阻，译码电路除第一开关外还控制第二开关的接通和关断。

此时，通过调节第二电流，能使调光的程度(调节量)改变。

第二电流镜电路可以被构成为具有两个输出端子，生成两个第二复制电流；一个第二复制电流被生成为流入变换电阻的流向，另一个第二复制电流被生成为从变换电阻流出的流向。

此时，通过调节第二电流，能够使相对于基准亮度的变化的比例改变。

可以是：从第一电流镜电路输出的多个第一复制电流的合成电流被第一开关三级地调节；译码电路在合成电流为最小时，使设在一个第二复制电流的路径上的第二开关接通，在合成电流为最大时，使设在另一个第二复制电流的路径上的第二开关接通。

第二电流源可以包括：第二电阻，一端的电位被固定；第二晶体管，一端连接于第二电阻的另一端；以及第二运算放大器，一个输入端子与第二电阻的另一端相连接，另一个输入端子被输入预定的基准电压，输出端子与第二晶体管的控制端子相连接。可以将第二电阻作为芯片部件设置在形成本控制电路的半导体衬底的外部。

此时，能够根据第二电阻的电阻值改变相对于基准亮度的变化的比例。

本发明的另一方案是一种发光装置。该发光装置包括：荧光灯；变压器，次级线圈上连接荧光灯；反馈电路，生成与流过荧光灯的电流相应的反馈电压；以及上述的控制电路，接收用于调节荧光灯的亮度的控制信号和反馈电压，向变压器的初级线圈提供开关电压。

通过该方案，能准确地调节荧光灯的相对亮度。

本发明的再一个方案是一种显示器装置。该装置包括：液晶屏；上述的发光装置，作为背光灯配置在液晶屏的背面；以及主处理器，向发光装置输出用于调节荧光灯的亮度的控制信号。

另外，将以上结构要件的任意组合、本发明的结构要件以及表现方式在方法、装置、系统等之间相互变换的方案，作为本发明的实施方式也是有效的。

〔发明效果〕

通过本发明的逆变器的控制电路，能够准确地控制荧光灯的相对亮度。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的发光装置的结构的电路图。

图2是表示安装有图1的发光装置的液晶电视的结构的框图。

图3是表示生成调光基准电压的基准电压源的结构的电路图。

图4是表示第二电阻的电阻值与α、β的关系的图。

〔标号说明〕

2...基准电压源、4...脉冲调制器、6...误差放大器、8...PWM比较器、10...振荡器、12...驱动器、14...开关电路、16...变压器、18...整流平滑电路、Rsense...检测电阻、22...调光电压生成部、24...第一电流源、26...第一运算放大器、28...第一电流镜电路、30...调光电压修正部、32...第二电流源、34...第二运算放大器、36...第二电流镜电路、38...缓冲器电路、40...译码电路、R1...第一电阻、R2...第二电阻、R3...变换电阻、100...控制电路、102...调光控制端子、200...发光装置、202...灯、204...逆变器。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式，参照附图说明本发明。对于各附图中所示的相同或等同的结构要素、部件、处理标注相同的标号，并适当省略重复的说明。另外，实施方式只是例示，并非限定本发明，实施方式中所记述的所有特征及其组合，未必都是发明的本质特征。

在本说明书中，所谓“部件A与部件B相连接的状态”，包括部件A与部件B物理地直接连接的情形，以及部件A与部件B经由不对电连接状态产生影响的其他部件间接相连接的情形。

图1是表示本发明实施方式的发光装置200的结构的电路图。图2是表示安装有图1的发光装置200的液晶电视300的结构的框图。液晶电视300与天线310相连接。天线310接收广播波，向接收部304输出接收信号。接收部304对接收信号进行检波、放大，输出给信号处理部306。信号处理部306将对被调制了的数据进行解调而得到的图像数据输出给液晶驱动器308。液晶驱动器308将图像数据按各扫描线输出到液晶屏302，显示视频、图像。在液晶屏302的背面，作为背光灯配置有多个发光装置200。信号处理部306为控制液晶电视300的发光装置200的发光亮度，输出调光控制信号Sdim。

本实施方式的图1的发光装置200能够很好地作为这样的液晶屏302的背光灯来使用。下面回到图1，详细说明发光装置200的结构和动作。

本实施方式的发光装置200包括灯202、逆变器204。灯202配置在液晶屏302的背面。逆变器204将直流的输入电压Vin变换成交流电压并升压，提供给灯202。在图1中表示了一个灯202，但也可以并排配置多个。下面说明本实施方式的逆变器204的结构。

逆变器204包括开关电路14、变压器16、检测电阻Rsense、整流平滑电路18、控制电路100。

开关电路14是H桥电路或半桥电路，将基于来自控制电路100的驱动信号S1的开关电压Vsw提供到变压器16的初级线圈。变压器16的次级线圈上连接驱动对象的灯202。检测电阻Rsense被设置在灯202的灯电流的路径上，产生与灯电流相应的检测电压Vsense。整流平滑电路18对检测电压Vsense进行整流、平滑，生成与灯电流的振幅成比例的反馈电压Vfb。反馈电压Vfb被输入到控制电路100的反馈端子104。

本实施方式的发光装置200为三级地切换灯202的亮度而三级地切换灯电流Ilamp。本实施方式的控制电路100为使亮度稳定，进行反馈控制使得与灯电流Ilamp相应的反馈电压Vfb与调光基准电压Vdim相一致。

控制电路100从作为主控制器的图2的信号处理部306接收用于指示亮度的调光控制信号Sdim。调光控制信号Sdim是2比特的数字信号，控制电路100根据调光控制信号Sdim，三级地切换调光基准电压Vdim。

控制电路100包括基准电压源2、脉冲调制器4、驱动器12。基准电压源2生成与调光控制信号Sdim对应的调光基准电压Vdim。以作为标准的第一基准值V1、相对于第一基准值V1高α％的第二基准值V2、相对于第一基准值V1小β％的第三基准值V3来切换调光基准电压Vdim。

脉冲调制器4接收与灯电流Ilamp相应的反馈电压Vfb，生成脉冲信号S2，该脉冲信号S2是占空比被调节使得反馈电压Vfb趋近于调光基准电压Vdim的信号。脉冲调制器4是包含误差放大器6、PWM比较器8、振荡器10的脉冲宽度调制器。误差放大器6将反馈电压Vfb与调光基准电压Vdim的误差放大，生成误差电压Verr。振荡器10生成三角波或锯齿波的周期信号S3。PWM比较器8将周期信号S3与误差电压Verr进行比较，利用误差电压Verr对周期信号S3进行限幅。其结果，生成在两信号的每个交点处发生高、低电平切换的脉冲信号S2。脉冲信号S2的脉冲宽度相应于误差电压Verr的大小地发生变化。

驱动器12基于脉冲信号S2驱动开关电路14，向变压器16的初级线圈提供开关电压Vsw。

图3是表示生成调光基准电压Vdim的基准电压源2的结构的电路图。基准电压源2包括调光电压生成部22、调光电压修正部30、译码电路40、缓冲器电路38。

调光电压生成部22生成调光基准电压Vdim。调光电压生成部22包括第一电流源24、第一电流镜电路28、多个第一开关SW1b、SW1c、变换电阻R3。

第一电流源24生成第一电流I1。第一电流镜电路28具有多个输出端子P1～P3，复制第一电流I1，从多个输出端子P1～P3输出多个第一复制电流Ic1a～Ic1c。第一电流镜电路28包括基极与射极共连的PNP型双极型晶体管Q3～Q6。晶体管Q3被设置在第一电流I1的路径上，晶体管Q4～Q6中分别流过复制第一电流I1而得到的复制电流Ic1a～Ic1c。复制电流Ic1a～Ic1c的电流值由晶体管Q3～Q6的尺寸比决定。

多个第一开关SW1b、SW1c分别被设置在多个第一复制电流Ic1b、Ic1c的路径上。

变换电阻R3一端的电位被固定，被设置在从第一电流镜电路28输出的多个第一复制电流Ic1a～Ic1c的路径上。变换电阻R3上产生与第一复制电流Ic1a～Ic1c的合成电流成比例的电压降。基准电压源2将该电压降作为调光基准电压Vdim输出。

译码电路40接收调光控制信号Sdim，基于此控制第一开关SW1b、SW1c的接通和关断。译码电路40根据调光控制信号Sdim所设定的亮度，如下这样控制第一开关SW1b、SW1c。

(1)标准亮度

SW1b：接通，SW1c：关断，合成电流：Ic1a+Ic1b

(2)最大亮度(+α％)

SW1b：关断，SW1c：接通，合成电流：Ic1a+Ic1c

(3)最小亮度(-β％)

SW1b：关断，SW1c：关断，合成电流：Ic1a

根据第一开关SW1b、SW1c的接通、关断的组合，合成电流被三级地切换，调光基准电压Vdim三级地变化。

当成对(pairing)地构成第一电流镜电路28的晶体管Q3～Q6时，镜像比的偏差将变得非常小。因此，能够抑制复制电流Ic1a、Ic1b、Ic1c的相对大小的偏差。

α、β与各复制电流Ic1a～Ic1c间成立以下关系。

1+α/100＝(Ic1a+Ic1c)/(Ic1a+Ic1b)

1-β/100＝Ic1a/(Ic1a+Ic1b)

因此，只要Ic1a～Ic1c的比率保持一定，α与β的值就能保持一定。即，通过本实施方式的控制电路100，能够准确地调节相对亮度。

图3的基准电压源2还具有以下特征。第一电流源24包括第一运算放大器26、第一电阻R1、第一晶体管Q1。

第一电阻R1一端的电位被固定。第一晶体管Q1是NPN型的双极型晶体管，射极被连接到第一电阻R1的另一端。第一运算放大器26的反相输入端子与第一电阻R1的另一端相连接，非反相输入端子被输入预定的基准电压Vref。第一运算放大器26的输出端子与第一晶体管Q1的控制端子(基极)相连接。

第一电流源24生成以

I1＝Vref/R1

得出的第一电流I1。

优选将第一电阻R1和变换电阻R3成对(配置在附近)地形成在共同的半导体衬底上。这样能够抑制调光基准电压Vdim的偏差。下面说明其理由。使第一电阻R1和变换电阻R3成对，则两个电阻值相对于各自的设计值同比例地变化。现在假定第一电阻R1、变换电阻R3的电阻值都相对于设计值变成了γ倍。

此时，第一电流I1成为设计值的1/γ倍。由于第一电流镜电路28复制被1/γ倍后的第一电流I1，所以各复制电流Ic1a～Ic1c也都变成设计值的1/γ倍。其结果，流入变换电阻R3的复制电流Ic1的合成电流也变成设计值的1/γ倍。

这里，变换电阻R3上产生的电压降由复制电流的合成电流与变换电阻R3的电阻值之积得出。由于变换电阻R3的电阻值是设计值的γ倍，所以电压降成为γ×1/γ＝1，电阻值的偏差被抵消。

因此，通过图3的基准电压源2，除调光基准电压Vdim的相对值偏差外还能抑制绝对值的偏差。

另外，在变形例中也可以将第一电阻R1做成外装电阻。此时，能够任意调节第一电流I1的值，所以能够调节调光基准电压Vdim的值。

图3的基准电压源2的特征在于还包括调光电压修正部30。调光电压修正部30是为修正上述常数α、β的值而设的。调光电压修正部30包括第二电流源32、第二电流镜电路36、第二开关SW2a、SW2b。

基准电压源2生成第二电流I2。第二电流镜电路36具有两个输出端子P4、P5，复制第二电流I2，从输出端子P4、P5输出第二复制电流Ic2a、Ic2b。第二电流镜电路36包括晶体管Q7～Q11。

第二开关SW2a、SW2b分别被设置在第二复制电流Ic2a、Ic2b的路径上。第二复制电流Ic2a、Ic2b被提供给变换电阻R3。译码电路40除第一开关SW1b、SW1c外还控制第二开关SW2a、SW2b的接通和关断。

一个第二复制电流Ic2a被生成为流入变换电阻R3的流向，另一个第二复制电流Ic2b被生成为从变换电阻R3流出的流向。

第二复制电流Ic2a、Ic2b与第一复制电流Ic1a～Ic1c合成。译码电路40在设定为最小亮度时使设在一个第二复制电流Ic2a的路径上的第二开关SW2a接通。译码电路40在设定为最大亮度时使设在另一个第二复制电流Ic2b的路径上的第二开关SW2b接通。

即，在设有调光电压修正部30的情况下，电路成为如下状态。

(1)标准亮度

SW1b：接通，SW1c：关断，SW2a：关断，SW2b：关断

合成电流：Ic1a+Ic1b

(2)最大亮度(+α％)

SW1b：关断，SW1c：接通，SW2a：接通，SW2b：关断

合成电流：Ic1a+Ic1c+Ic2a

(3)最小亮度(-β％)

SW1b：关断，SW1c：关断，SW2a：关断，SW2b：接通

合成电流：Ic1a-Ic2b

第二电流源32包括第一电阻R1、第二晶体管Q2、第二运算放大器34，被构成为与第一电流源24同样的结构。第二电流源32生成以

I2＝Vref/R2

得出的第二电流I2。第二电阻R2作为芯片部件而设。

在不设置调光电压修正部30的情况下，由于I2＝0，所以成为Ic1b＝Ic2b＝0，如上述那样α、β是根据第一电流镜电路28的镜像比而设定的。

第二复制电流Ic2a影响α的值，越增大Ic2a，α就越大。另外，第二复制电流Ic2b影响β的值，越增大Ic2b，β就越大。

通过设置调光电压修正部30并调节第二电流I2的值，能够调节α、β的值。通过改变第二电阻R2的值，能够调节第二电流I2的值。

图4是表示第二电阻R2的电阻值与α、β的关系的图。当电阻值R2无限大时，I2＝0，调光电压修正部30所进行的调光量的调节被无效化。图4中的纵轴、横轴的值是个例示。

在图4的例子中，例如使第二电阻R2为280kΩ时，能够设定为α＝10％、β＝-15％。在使第二电阻R2为560kΩ时，能够设定为α＝20％、β＝-20％。这样，通过设置调光电压修正部30，能够改变调光量。另外，图4的曲线能够根据电流镜电路的镜像比而自由变更。换言之，为得到所需要的曲线，只要设定第一电流镜电路28、第二电流镜电路36的镜像比即可。

实施方式是个例示，本领域技术人员能够理解可以对其各结构要素和各处理过程的组合进行各种变形，并且这些变形例也包含在本发明的范围内。

在实施方式中说明了进行三级的调光的情况，但本发明不限于此。调光的级数可以通过第一电流镜电路28所生成的第一复制电流Ic的个数来设定。

另外，也可以在多个第一复制电流Ic的任一者的路径上设置第一开关。例如，可以在所有第一复制电流Ic上设置第一开关。另外，只要控制第一开关的接通、关断，使得第一复制电流Ic的合成电流与所希望的缓冲器电路38的亮度对应即可。

基于实施方式用特定的语句说明了本发明，但实施方式只是用来表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书所规定的本发明的思想的范围内，可以对实施方式进行很多变形及配置的变更。

〔工业可利用性〕

本发明能够适用于各种照明技术。

Claims (8)

1.一种荧光灯的驱动用逆变器的控制电路，其特征在于，包括：

基准电压源，生成预定的基准电压；

脉冲调制器，接收与上述荧光灯的电流相应的反馈电压，生成脉冲信号，该脉冲信号的占空比被调节使得所述反馈电压趋近于上述基准电压；以及

驱动器，基于上述脉冲信号驱动开关电路，向设置在本控制电路的外部的变压器提供开关电压；

其中，上述基准电压源包括

第一电流源，生成第一电流，

第一电流镜电路，具有多个输出端子，复制上述第一电流，从上述多个输出端子输出多个第一复制电流，

多个第一开关，分别设置在上述多个第一复制电流的路径上，

一端电位被固定的变换电阻，被设置在从上述第一电流镜电路输出的上述多个第一复制电流的路径上，以及

译码电路，从外部接收控制信号，基于该控制信号控制上述多个第一开关的接通和关断，

并且，将与上述变换电阻所产生的电压降相应的电压作为上述基准电压而输出。

2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于：

上述第一电流源包括

第一电阻，一端的电位被固定，

第一晶体管，一端连接于上述第一电阻的另一端，以及

第一运算放大器，一个输入端子与上述第一电阻的另一端相连接，另一个输入端子被输入预定的基准电压，输出端子与上述第一晶体管的控制端子相连接；

其中，将上述第一电阻和上述变换电阻成对地形成在共同的半导体衬底上。

3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，

所述基准电压源还包含：

第二电流源，生成第二电流；

第二电流镜电路，具有至少一个输出端子，复制上述第二电流，从上述输出端子输出至少一个第二复制电流；以及

设置在上述至少一个第二复制电流的路径上的至少一个第二开关；

其中，上述第二复制电流被提供给上述变换电阻，上述译码电路除上述第一开关外还控制上述第二开关的接通和关断。

4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于：

上述第二电流镜电路被构成为具有两个输出端子，生成两个第二复制电流；

一个第二复制电流被生成为流入上述变换电阻的流向，另一个第二复制电流被生成为从上述变换电阻流出的流向。

5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于：

从上述第一电流镜电路输出的上述多个第一复制电流的合成电流被通过上述第一开关三级地调节；

上述译码电路在上述合成电流为最小时，使设在上述一个第二复制电流的路径上的第二开关接通，在上述合成电流为最大时，使设在上述另一个第二复制电流的路径上的第二开关接通。

6.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于：

上述第二电流源包括

第二电阻，一端的电位被固定，

第二晶体管，一端连接于上述第二电阻的另一端，以及

第二运算放大器，一个输入端子与上述第二电阻的另一端相连接，另一个输入端子被输入预定的基准电压，输出端子与上述第二晶体管的控制端子相连接；

其中，将上述第二电阻作为芯片部件设置在形成本控制电路的半导体衬底的外部。

7.一种发光装置，其特征在于，包括：

荧光灯；

变压器，次级线圈上连接上述荧光灯；

反馈电路，生成与流过上述荧光灯的电流相应的反馈电压；以及

权利要求1至6的任一项所述的控制电路，接收用于调节上述荧光灯的亮度的控制信号和上述反馈电压，向上述变压器的初级线圈提供上述开关电压。

8.一种显示器装置，其特征在于，包括：

液晶屏；

权利要求7所述的发光装置，作为背光灯配置在液晶屏的背面；以及

主处理器，向上述发光装置输出用于调节荧光灯的亮度的控制信号。

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