CN101556761B

CN101556761B - 交流电源反馈控制装置

Info

Publication number: CN101556761B
Application number: CN2008100893044A
Authority: CN
Inventors: 叶晨光
Original assignee: Holtek Semiconductor Inc
Current assignee: Holtek Semiconductor Inc
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: CN101556761A

Abstract

本发明是一种应用在真空荧光显示器(Vacuum Fluorescent Display，VFD)的交流电源反馈控制装置，利用脉宽调制(PWM)控制器来驱动D类驱动器(Class-D driver)，经过低通滤波器(LPF)之后产生灯丝所需的弦波电压，同时利用简易的反馈装置检测所反馈的灯丝输出电压，借以控制及调整该脉宽调制控制器的工作周期(duty cycle)的大小。

Description

交流电源反馈控制装置

技术领域

本发明涉及一种交流电源反馈控制装置，特别是涉及一种应用在真空荧光显示器(Vacuum Fluorescent Display，VFD)的交流电源反馈控制装置。

背景技术

真空荧光显示器(VFD)常应用于小型显示器，以提供明亮的对比显示。真空荧光显示器的优点包括了较高的亮度、较宽的视角、较宽的操作温度范围、以及较低的制造成本。

真空荧光显示器中灯丝的型别决定了灯丝的驱动方法，其一般可分为两种形式，分别是利用交流电驱动方法以及直流电驱动方法。

在直流电源供给下，欲产生交流电来驱动真空荧光显示器的灯丝，一般是使用变压器并配合电感电容(LC)震荡，以产生所需的交流弦波信号；其所需的频率部份可借由调整电感电容值来达成，所需的振幅部分可借由改变该变压器的匝数比来达成，而所需的位移部分则可借由该变压器的中心抽头并配合齐纳(Zener)二极管来加以设定。

这种传统的交流电源控制装置，虽然电路结构简单，但缺点是没有反馈控制；因此当输入电压有变动时，输出也会跟着受到影响。

职是之故，申请人鉴于现有技术中所产生的缺失，经过悉心试验与研究，并一本锲而不舍之精神，终构思出本发明「交流电源反馈控制装置」，以下为本发明的简要说明。

发明内容

因此，有必要构思一种应用在真空荧光显示器的交流电源反馈控制装置，可以利用简易的反馈电路来控制灯丝所需的交流弦波信号的工作周期(dutycycle)的大小，进而稳定其输出电压。

根据上述构想，本发明提出一种交流电源反馈控制装置，包括：一控制器，产生一控制信号；一驱动/滤波器，对该控制信号进行滤波，以产生一弦波信号；一灯丝，由该弦波信号所驱动；一第一峰值检测器，检测该弦波信号的一第一峰值；及一第一比较器及一第二比较器，分别对该第一峰值与一第一预设电压及一第二预设电压进行比较，借以调整该控制信号。

较佳者，其中该控制器是一脉宽调制(PWM)控制器或一脉频调制(PFM)控制器的其中之一。

较佳者，其中该驱动/滤波器是由至少一D类驱动器(Class-D driver)及至少一低通滤波器(LPF)所构成。

较佳者，其中该灯丝是一真空荧光显示器(Vacuum Fluorescent Display，VFD)的灯丝。

较佳者，其中该第一峰值是该弦波信号的波峰(Max.peak)。

较佳者，该交流电源反馈控制装置进一步包括：一第二峰值检测器，检测该弦波信号的一第二峰值；及一第三比较器及一第四比较器，分别对该第二峰值与一第三预设电压及一第四预设电压进行比较，借以调整该控制信号。

较佳者，其中该第二峰值是该弦波信号的波谷(Min.peak)。

本发明得借由下列附图及详细说明，俾得更深入之了解

附图说明

图1：本发明所提出的交流电源反馈控制装置一较佳实施例的方块图。

图2：图1的D类驱动器一较佳实施例的电路图。

图3：图1的第一峰值检测器一较佳实施例的电路图。

图4：图1的第二峰值检测器一较佳实施例的电路图。

图5(a)～(i)：弦波信号与四个峰值上下界的示意图。

【主要元件附图标记说明】

1交流电源反馈控制装置

10控制器

11、11’D类驱动器

12、12’低通滤波器

13灯丝

14第一峰值检测器

15第一比较器

16第二比较器

17第二峰值检测器

18第三比较器

19第四比较器

V1波峰上界

V2波峰下界

V3波谷上界

V4波谷下界

P1 PMOS晶体管

N1 NMOS晶体管

IN输入端

OUT输出端

D1、D2二极管

C1、C2电容

R1、R2电阻

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明所提出的交流电源反馈控制装置一较佳实施例的方块图。在图1中，交流电源反馈控制装置1是由控制器10、二个D类驱动器11与11’、二个低通滤波器12与12’、灯丝13、第一峰值检测器14、第一比较器15与第二比较器16、第二峰值检测器17、以及第三比较器18与第四比较器19所构成。

在交流电源反馈控制装置1中，控制器10所产生的控制信号会被送至D类驱动器11与11’，D类驱动器11与11’接着产生二个高频驱动信号，经由低通滤波器12与12’将高频的部分滤除，产生二个弦波信号之后直接驱动灯丝13。另一方面，为了达到稳定输出电压的目的，本发明采用了第一峰值检测器14与第二峰值检测器17来检测所反馈的弦波信号的峰值；也就是说，利用第一峰值检测器14来检测所反馈的弦波信号的波峰(Max.peak)，且利用第二峰值检测器17来检测所反馈的弦波信号的波谷(Min.peak)。

在元件方块14～19所构成的反馈电路中，第一比较器15的其中一输入端可接收用来当作所反馈的弦波信号的波峰的上界V1，第二比较器16的其中一输入端可接收用来当作所反馈的弦波信号的波峰的下界V2，第三比较器18的其中一输入端可接收用来当作所反馈的弦波信号的波谷的上界V3，第四比较器19的其中一输入端可接收用来当作所反馈的弦波信号的波谷的下界V4。将第一峰值检测器14所检测到的所反馈的弦波信号的波峰与上界V1和下界V2作比较，且将第二峰值检测器17所检测到的所反馈的弦波信号的波谷与上界V3和下界V4作比较，结果会产生四个反馈信号，再利用这四个反馈信号来对弦波取样值进行调整，进而改变控制器10的工作周期(dutycycle)，以达到稳定输出电压的目的。

以下说明交流电源反馈控制装置1中各元件方块的较佳制作方案。

在图1的交流电源反馈控制装置1之中，控制器10可以是脉宽调制(PWM)控制器，也可以是脉频调制(PFM)控制器。灯丝13则是指真空荧光显示器(Vacuum Fluorescent Display，VFD)的灯丝。

请参阅图2，其为图1的D类驱动器一较佳实施例的电路图。其中D类驱动器11(或11’)是一种由不同时导通(Non-overlap)控制器、PMOS晶体管P1及NMOS晶体管N1所构成的半桥转换器。输入端IN接收来自控制器10的控制信号，而输出端OUT则将所产生的高频驱动信号传送至低通滤波器12。

请参阅图3，其为图1的第一峰值检测器一较佳实施例的电路图。其中第一峰值检测器14由二极管D1、电容C1及电阻R1所构成。输入端IN接收弦波信号，而输出端OUT则将所检测到的弦波信号的峰值同时传送至第一比较器15与第二比较器16进行比较。

请参阅图4，其为图1的第二峰值检测器一较佳实施例的电路图。其中第二峰值检测器17是由二极管D2、电容C2及电阻R2所构成。输入端IN接收弦波信号，而输出端OUT则将所检测到的弦波信号的峰谷同时传送至第三比较器18与第四比较器19进行比较。

以下说明所测得四个反馈信号的各种组合所对应的调制方式。要说明的是，依序利用四位数的组合「XXXX」来依序代表第一、第二、第三及第四比较器的比较结果，其中「1」代表峰值小于界值，「0」代表峰值大于界值。

(a)反馈信号为「0000」

代表波峰同时大于波峰上界V1与波峰下界V2，且波谷同时大于波谷上界V3与波谷下界V4；其表示整个弦波信号往上偏移，因此调制方式为减少偏移量(decrease offset)，其对应图示为图5(a)。

(b)反馈信号为「0010」

代表波峰同时大于波峰上界V1与波峰下界V2，但波谷介于波谷上界V3与波谷下界V4之间；其表示整个弦波信号往上偏移或是整个弦波信号的振荡过大，因此调制方式为减少偏移量或是缩减(shrink)振幅，其对应图示为图5(b)。

(c)反馈信号为「0011」

代表波峰同时大于波峰上界V1与波峰下界V2，但波谷同时小于波谷上界V3与波谷下界V4；其表示整个弦波信号的振荡过大，因此调制方式为缩减振幅，其对应图示为图5(c)。

(d)反馈信号为「1000」

代表波峰介于波峰上界V1与波峰下界V2之间，且波谷同时大于波谷上界V3与波谷下界V4；其表示整个弦波信号往上偏移或是整个弦波信号的振荡过小，因此调制方式为减少偏移量或是扩增(expand)振幅，其对应图示为图5(d)。

(e)反馈信号为「1010」

代表波峰介于波峰上界V1与波峰下界V2之间，且波谷介于波谷上界V3与波谷下界V4之间；其表示整个弦波信号皆处于所设定的范围内，因此无须进行调制，其对应图示为图5(e)。

(f)反馈信号为「1011」

代表波峰介于波峰上界V1与波峰下界V2之间，但波谷同时小于波谷上界V3与波谷下界V4；其表示整个弦波信号往下偏移或是整个弦波信号的振荡过大，因此调制方式为增加偏移量(increase offset)或是缩减振幅，其对应图示为图5(f)。

(g)反馈信号为「1100」

代表波峰同时小于波峰上界V1与波峰下界V2，且波谷同时大于波谷上界V3与波谷下界V4；其表示整个弦波信号的振荡过小，因此调制方式为扩增振幅，其对应图示为图5(g)。

(h)反馈信号为「1110」

代表波峰同时小于波峰上界V1与波峰下界V2，但波谷介于波谷上界V3与波谷下界V4之间；其表示整个弦波信号往下偏移或是整个弦波信号的振荡过小，因此调制方式为增加偏移量或是扩增振幅，其对应图示为图5(h)。

(i)反馈信号为「1111」

代表波峰同时小于波峰上界V1与波峰下界V2，且波谷同时小于波谷上界V3与波谷下界V4；其表示整个弦波信号往下偏移，因此调制方式为增加偏移，其对应图示为图5(i)。

在上述(a)～(i)的各种情况中，由于是以采用脉宽调制(PWM)控制器10来作说明，因此例子中所提到的缩减(shrink)或扩增(expand)可对应至控制信号的工作周期增减；对于熟习本项技术的人员来说，可以轻易地推知，当采用脉频调制(PFM)控制器时，则所提到的缩减(shrink)或扩增(expand)须改为对应控制信号的频率增减。

值得一提的是，若弦波信号皆在接地值(ground)以上，且波谷电压皆接近地电平(ground level)时，则可省略掉第二峰值检测器17以及第三比较器18与第四比较器19，只使用第一峰值检测器14与第一比较器15与第二比较器16来检测波峰即可。

综上所述，本发明所提出的交流电源反馈控制装置的反馈控制采用四个比较器来达成，分别监控输出波形的波峰与波谷，产生4个反馈信号，经过处理后能够稳定输出，从而改善现有技术中使用变压器但无反馈控制的缺点，达到稳定输出电压的目的。其优点至少包括：

(1)反馈电路简单，成本低且容易实现；

(2)可简易设定所需波形的大小及位移，适合多种真空荧光显示器的面板：

(3)可使用于输入电源不稳定的情况，例如车用市场等；及

(4)若负载发生变化时，亦能实时修正输出波形。

本发明得由熟悉本技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如权利要求所欲保护者。

Claims

1.一种交流电源反馈控制装置，包括：

一控制器，产生一控制信号；

一驱动器，接收该控制信号以产生一高频驱动信号；

一滤波器，对该高频驱动信号进行滤波，以产生一弦波信号；

一灯丝，由该弦波信号所驱动；

一第一峰值检测器，检测该弦波信号的一第一峰值；及

一第一此较器及一第二此较器，所述第一此较器对该第一峰值与一第一预设电压进行此较及所述第二此较器对该第一峰值与一第二预设电压进行此较，用以调整该控制信号；

该第一峰值是该弦波信号的波峰。

2.如权利要求1所述的交流电源反馈控制装置，其特征在于，该控制器是一脉宽调制控制器及一脉频调制控制器的其中之一。

3.如权利要求1所述的交流电源反馈控制装置，其特征在于，该灯丝是一真空荧光显示器的灯丝。

4.如权利要求1所述的交流电源反馈控制装置，其特征在于，进一步包括：

一第二峰值检测器，检测该弦波信号的一第二峰值；及

一第三此较器及一第四此较器，所述第三此较器对该第二峰值与一第三预设电压进行此较及所述第四此较器对该第二峰值与一第四预设电压进行比较，用以调整该控制信号；

该第二峰值是该弦波信号的波谷。

5.一种交流电源反馈控制装置，包括：

一控制器，产生一控制信号；

一第一驱动器，接收该控制信号以产生一第一高频驱动信号；

一第一滤波器，对该第一高频驱动信号进行滤波，以产生一第一弦波信号；

一灯丝，由该第一弦波信号所驱动；

一第二驱动器，接收该控制信号以产生一第二高频驱动信号；

一第二滤波器，对该第二高频驱动信号进行滤波，以产生一第二弦波信号；

一第一峰值检测器，检测所述第一弦波信号和第二弦波信号的一波峰；

一第一此较器及一第二此较器，所述第一比较器对该波峰与一第一预设电压进行比较及所述第二此较器对该波峰与一第二预设电压进行此较，借以调整该控制信号。

6.如权利要求5所述的交流电源反馈控制装置，其特征在于，该装置还包括：

一第二峰值检测器，检测所述第一弦波信号和第二弦波信号的一波谷；及

一第三此较器及一第四此较器，所述第三比较器对该波谷与一第三预设电压进行此较及所述第四此较器对该波谷与一第四预设电压进行比较，借以调整该控制信号。