CN101662875A - 冷阴极荧光灯的故障保护方法及保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冷阴极荧光灯的故障保护方法，包括：获取故障信号；将所述故障信号与其相应阈值比较后输出一比较信号；处理所述比较信号，得到触发信号，触发信号满足故障状态时，触发故障控制模块。本发明还公开了实现本发明冷阴极荧光灯的故障保护方法的保护电路。本发明的冷阴极荧光灯的故障保护方法及保护电路，适应于多种不同的故障信号，简化了电路设计，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件的保护方法和保护电路，尤其涉及冷阴极荧光灯(CCFL)逆变器的保护方法和保护电路。
背景技术
在冷阴极萤光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，简称CCFL)逆变器工作过程中，需要调节灯电流以控制灯的亮度，在开路状态下或者灯的启辉过程中，需要调节灯电压，以防止过高的电压损坏变压器等元器件。同时，短路保护和开路电压保护电路在实际电路应用中也必不可少。
现有技术中，通常通过采样变压器绕组电流(或灯电流)和灯电压用于调节和保护。在多灯应用中，由于各种功率级电路拓扑的不同和各种反馈方法的差异使得保护电路也各有不同。通常采用最大灯电压、最小灯电压、最小绕组电流(或灯电流)、最大灯电压差和最大绕组电流差等信号作为开路或者短路的指示信号。不同的故障信号需要不同的保护电路，这使得电路设计复杂，成本增加。此外，在很多应用场合，脉冲调光也是必须的。上述这些故障信号必须不受脉冲调光的影响。通常采用一个较大的RC组合来消除脉冲调光影响，但这将使保护电路响应延迟，还会减小故障信号在正常工作状态和故障状态下的差异，不利于电路设计。
现有技术中往往需要复杂的外部电路来实现保护，通常需要成本较高的比较器。在一些应用中，由控制器集成比较器，但该种方式是不能适用于各种故障信号的，同时也需要复杂的外部电路，并且这些现有技术不能消除脉冲调光产生的影响，一般还需要大的RC组合。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供冷阴极荧光灯的故障保护方法。
本发明的目的还在于提供实现本发明故障保护方法的保护电路。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种冷阴极荧光灯的故障保护方法，包括：
步骤S1：获取负逻辑故障信号；
步骤S2：将所述负逻辑故障信号与阈值电压比较后输出一比较信号；
步骤S3：将所述比较信号与脉冲调光信号通过与门合成一控制信号；
步骤S4：将所述控制信号输入至延时计时器，当所述延时计时器输出的触发信号满足故障状态时，触发故障控制模块。
本发明的故障保护方法，优选的，
在步骤S2中，通过比较器将所述负逻辑故障信号与阈值电压进行比较，当所述负逻辑故障信号高于阈值电压时所述比较器输出的所述比较信号为低；当负逻辑故障信号低于阈值电压时所述比较器输出的所述比较信号为高；
在步骤S4中，输入的控制信号达到延时计时器阈值时，输出触发故障控制模块的高电平触发信号。输入的控制信号低于延时计时器阈值时，输出低电平触发信号，不触发所述故障控制模块。
本发明的故障保护方法，优选的，当所述故障控制模块被触发时，触发所述故障控制模块的故障计时器计时，同时扫高频率和无效脉冲调光；当所述故障计时器达到其阈值时，关断整个系统。当触发信号为低时，不触发所述故障计时器。
本发明的故障保护方法，所述负逻辑故障信号为平均值灯电流、最小灯电流或最小灯电压；更优选的，所述负逻辑故障信号为能够使该负逻辑故障信号同时用于灯电流调节的平均灯电流信号。
本发明提供的另一种冷阴极荧光灯的故障保护方法，包括：
步骤S1’：获得正逻辑故障信号；
步骤S2’：将所述正逻辑故障信号与阈值电压比较后输出一比较信号；
步骤S3’：延长所述比较信号脉冲周期得到一触发信号，当该触发信号满足故障状态时，触发所述故障控制模块。
本发明提供的再一种冷阴极荧光灯的故障保护方法，包括：
步骤S1：获取负逻辑故障信号；
步骤S2：将所述负逻辑故障信号与阈值电压比较后输出一比较信号；
步骤S3：将所述比较信号与脉冲调光信号通过与门合成一控制信号；
步骤S4：将所述控制信号输入至延时计时器，当所述延时计时器输出的触发信号满足故障状态时，触发故障控制模块；
还包括与步骤S1-步骤S4并行进行的步骤：
步骤S1’：获得正逻辑故障信号；
步骤S2’：将所述正逻辑故障信号与阈值电压比较后输出一比较信号；
步骤S3’：延长所述比较信号脉冲周期得到一触发信号，当该触发信号满足故障状态时，触发所述故障控制模块。
本发明的冷阴极荧光灯的保护电路，包括：
故障控制模块；
比较器，用于负逻辑故障信号与阈值电压比较后输出比较信号；
与门逻辑，将比较器输入的所述比较信号与脉冲调光信号合成后输出控制信号；
延时计时器，接收所述控制信号，输出的触发信号满足故障状态时触发所述故障控制模块。
本发明提供的另一种冷阴极荧光灯的保护电路，包括：
比较器，将正逻辑故障信号与阈值电压比较后输出比较信号；
脉冲延长模块，延长比较信号脉冲周期，输出触发信号；
故障控制模块，接收触发信号，当触发信号满足故障状态时被触发。
本发明提供的再一种冷阴极荧光灯的保护电路，包括故障控制模块、第一电路单元及与第一电路单元并联于所述故障控制模块的第二电路单元；
所述第一电路单元包括：
第一比较器，用于负逻辑故障信号与阈值电压比较后输出比较信号；
与门逻辑，将所述第一比较器输入的所述比较信号与脉冲调光信号合成后输出控制信号；
延时计时器，接收所述控制信号，输出的触发信号满足故障状态时触发所述故障控制模块；
所述第二电路单元包括：
第二比较器，将正逻辑故障信号与阈值电压比较后输出比较信号；
脉冲延长模块，延长比较信号脉冲周期，输出触发信号，当触发信号满足故障状态时触发所述故障控制模块。
本发明的冷阴极荧光灯的故障保护方法及保护电路的有益效果是：本发明的冷阴极荧光灯的故障保护方法及保护电路，适应于多种不同的故障信号，简化了电路设计，降低了成本；并且上述这些故障信号可以不受脉冲调光的影响，省去了通常所采用一个较大的RC组合，有利于电路设计。同时，本发明的冷阴极荧光灯的故障保护方法及保护电路，可以在集成电路级别上以低成本和低复杂性的方式实现。
附图说明
下面的图表明了本发明的实施方式。这些图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例。
图1为本发明第一实施例的负逻辑故障信号采样与检测电路；
图2为本发明第一实施例正常工作状态和故障状态下的故障信号比较图；
图3为本发明第二实施例的负逻辑故障信号采样与检测电路；
图4为根据本发明第二实施例正常工作状态和故障状态下故障信号比较图；
图5为本发明第三实施例的采用负逻辑故障信号的保护电路示意图；
图6为本发明第三实施例的正常工作状态下采用负逻辑故障信号作为故障信号示意图；
图7为本发明第三实施例的故障状态下采用负逻辑故障信号作为故障信号示意图；
图8为本发明的第四实施例的负逻辑信号同时用于电流调节信号的电路示意图；
图9为本发明第五实施例的正逻辑故障信号采样与检测电路；
图10为本发明第五实施例的正常工作状态和故障状态下正逻辑故障信号比较图；
图11为本发明第五实施例的采用正逻辑故障信号的保护电路示意图；
图12为本发明第五实施例的采用正逻辑故障信号的保护电路中节点A和节点B处输出信号波形在正常工作状态和故障状态下的对比图；
图13为本发明第五实施例的正常工作状态下采用正逻辑故障信号作为故障信号示意图；
图14为本发明第五实施例的故障状态下采用正逻辑故障信号作为故障信号示意图。
图15为本发明第六实施例的正逻辑故障信号同时用于电压调节信号的电路示意图；
图16为本发明第七实施例的同时采用正负逻辑故障信号用于故障保护的电路示意图。
图17为本发明的第八实施例的同时采用正负逻辑故障信号用于故障保护和电流电压调节的电路示意图。
具体实施方式
下面详细说明本发明实施例的采用正负逻辑故障信号的冷阴极荧光灯的故障保护方法和保护电路。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数，都用于对本发明的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少很多细节或者其他方法、元件、材料等结合的情况下，本发明也可以被实现。
本说明书中，将故障信号划分为两类：正逻辑故障信号和负逻辑故障信号。正逻辑故障信号是指那些在故障状态下比正常工作状态下大的信号，例如最大灯电压差、最大灯电流差或最大灯电压等；而负逻辑故障信号是指那些在故障状态下比正常工作状态下小的信号，例如最小灯电压、最小灯电流或平均值灯电流等。各故障信号相应的阈值信号，通常为阈值电压信号，以电流信号为故障信号时，可将其先转换为电压信号，再与阈值电压信号进行比较。
下面先介绍以负逻辑信号为故障信号的各实施例。
图1和图3分别为本发明第一和第二实施例的负逻辑故障信号采样与检测电路，以最小灯电压作为负逻辑故障信号为例，图1给出了在多灯应用中灯电压同相时通过“与”逻辑检测最小灯电压的采样与检测电路，图3给出了多灯应用中灯电压反相时通过“与”逻辑检测最小灯电压的采样与检测电路。如图2和图4所示，在故障状态下，该负逻辑故障信号要小于正常状态下的该信号。
图5为本发明第三实施例的采用负逻辑故障信号的保护电路结构示意图。该电路主要由比较器、与门逻辑电路、延时计时器和故障控制模块构成。比较器的负极输入端耦接检测到的负逻辑故障信号，比较器正极输入端耦接阈值电压，比较器的输出端耦接与门逻辑的一个输入端，与门逻辑的另一个输入端耦接脉冲调光信号，与门逻辑的输出端与延时计时器的输入端耦合，延时计时器的输出端耦接故障控制模块。故障控制模块主要包括频率扫高模块、故障计时器和脉冲调光无效模块。
该电路工作原理如下：如图6所示，在正常工作状态下，检测电路检测到的负逻辑故障信号高于阈值电压(在脉冲调光过程中，调光信号不使能和占空比控制信号软启动阶段除外)。在脉冲调光模式下，调光信号不使能时，没有灯电压和灯电流；调光信号使能时，由于占空比控制信号还有一段时间的软启动过程以消除电压和电流过冲，在此软启动过程中，灯电流或灯电压尚未达到预期的值。因此，在调光信号不使能和占空比软启动过程中，检测到的负逻辑故障信号将低于阈值电压，此时比较器在节点C处为高，当软启动结束后，检测电路检测到的负逻辑故障信号高于阈值电压时，比较器输出的比较信号在节点C处为低，因而正常工作状态下的比较信号为一串脉冲信号。将该比较信号和系统脉冲调光信号分别输入与门逻辑的两个输入端，在与门逻辑输出节点D处得到一控制信号，该控制信号为一狭窄的脉冲信号，其脉宽与占空比控制信号的软启动或软关断信号宽度差不多。该控制信号输入至延时计时器，该延时计时器具有设定的阈值，当该控制信号脉宽不足以达到延时计时器的阈值，则延时计时器的输出的触发信号一直为低，因此在正常工作状态下，尽管脉冲调光信号不使能阶段和软启动阶段负逻辑信号低于阈值电压，也不会触发故障控制模块。
一旦有灯开路等故障状态下，检测到的负逻辑故障信号将持续低于阈值电压，如图7所示，此时比较器输出的比较信号在节点C处一直为高，将该比较信号与脉冲调光信号分别输入至与门逻辑的两个输入端，在与门逻辑输出节点D处亦得到持续高电平的控制信号，该控制信号输入至延时计时器，计时器将超过其阈值，在延时计时器输出节点E处同样输出高电平的控制信号，此时将触发故障控制模块。当故障控制模块被触发后，故障计时器开始计时，系统同时扫高开关频率，无效脉冲调光信号(调光信号一直使能)。当故障计时器达到设定的时间，延时计时器在节点E处输出的控制信号仍没有复位时，则关闭整个系统。
在系统被关断前，如果通过扫高频率提高逆变器输出电压，重新点亮故障或老化的灯，则检测到的负逻辑故障信号恢复到大于阈值电压信号(脉冲调光信号不使能和占空比控制信号软启动时除外)，则比较器输出比较信号恢复为一串脉冲，与门逻辑恢复输出一与软启动时间差不多脉宽的控制信号，该控制信号达不到延时计时器的阈值，从而延时计时器输出为低的触发信号，使得故障计时器复位，故障控制模块复位，系统重新恢复正常工作。
在本发明的冷阴极荧光灯的故障保护方法与保护电路的各实施例中，负逻辑故障信号还可以是最小灯电流，其基本工作原理同最小灯电压。
如图8所示，在本发明的第四实施例中，负逻辑故障信号还可以是平均值灯电流，此时，该负逻辑故障信号同时也可以作为灯电流调节信号，即该灯电流调节信号同时输入灯电流调节模块，用于调节流经灯的电流大小。此时，该负逻辑故障信号只能用于检测全部灯开路的一种故障状态。
下面再介绍以正逻辑信号为故障信号和将正逻辑故障信号和负逻辑故障信号结合起来用于故障保护和保护电路的各实施例。
本发明还可以将正逻辑故障信号和负逻辑故障信号结合起来一起用于电路故障保护。
图9为本发明第五实施例的正逻辑故障信号采样与检测电路。以最大灯电压差作为正逻辑故障信号为例，在多灯的反相应用中，通过“或”逻辑检测最大灯电压差。
在正常工作状态下，各个灯电压的差别很小，一旦某一个灯开路或者短路，灯电压将有明显变化，与其它灯电压的差将增大，如图10所示。
图11为本发明第五实施例的采用正逻辑故障信号的保护电路示意图。该电路主要包括比较器、脉冲延长模块和故障控制模块，比较器的正极输入端耦接检测到的正逻辑故障信号，比较器负极输入端耦接阈值电压，比较器的输出端耦接一脉冲延长模块，该脉冲延长模块的输出端耦接故障控制模块。故障控制模块主要包括频率扫高模块、故障计时器和脉冲调光无效模块。
该电路工作原理如下：将检测到的正逻辑故障信号输入比较器的正极输入端，比较器的负极耦接阈值电压信号。如图12和图13所示，在灯正常工作状态下(包括脉冲调光信号不使能阶段和在占空比控制信号的软启动阶段)，检测到的正逻辑故障信号一直低于阈值电压，因此比较器输出的比较信号在节点A处一直为低，该比较信号经过脉冲延长模块延长几个周期，在脉冲延长模块输出节点B处得到一直为低的触发信号。因此在正常工作状态下，该触发信号不会触发故障控制模块。
一旦有灯开路等故障状态发生，检测到的正逻辑故障信号增大到高于阈值电压，如图14所示，经过比较器后在节点A处输出比较信号为一串脉冲，该比较信号经过脉冲延长模块将一个脉冲延长若干个周期，使之在节点B处输出一直为高电平的触发信号。该高电平表示故障状态发生，触发信号触发故障控制模块。此时系统将同时扫高频率，触发故障计时器和无效脉冲调光，当故障计时器达到其阈值，节点B的输出的触发信号仍为高时，关闭整个系统。
由于脉冲调光信号用于调节流经灯的电流的时有时无，在脉冲调光信号不使能的间歇，没有灯电流和灯电压，导致检测到的正逻辑故障信号低于检测阈值。当系统已经发生故障，如果脉冲调光仍然有效，在脉冲调光信号不使能间歇检测到正逻辑故障信号低于阈值电压，保护电路无法判断是系统已经恢复正常还是仍然处于故障状态。因此，为了消除脉冲调光信号的干扰，一旦检测到故障状态发生后，系统必须使脉冲调光信号无效(即让脉冲调光信号一直使能，将脉冲调光信号PWM占空比一直控制为100％)，避免将故障状态与系统正常工作状态混淆。
在系统被关断前，如果通过扫高频率提高逆变器输出电压，重新点亮故障或老化的灯，则检测到的正逻辑故障信号恢复到小于阈值电压信号，则比较器输出的比较信号恢复为低，延长周期后的触发信号也恢复为低，则故障计时器复位，故障控制模块复位，系统重新恢复正常工作。
在本发明的其他实施例中，正逻辑故障信号还可以是最大灯电流差，其基本工作原理同最大灯电压差。
如图15所示，在本发明的第六实施例中，正逻辑故障信号还可以是最大灯电压，此时，该正逻辑故障信号同时也可以作为开路灯电压的反馈信号，即将该反馈信号同时输入灯电压调节模块，用于调节开路灯电压，此开路灯电压也就是灯管启辉电压。在灯开路时，提高开关频率有利于产生较高的启辉电压，重新点亮产生故障或者老化的灯。
如图16所示，在本发明的第七实施例中，将正负逻辑故障信号结合用于故障保护电路。即利用负逻辑信号作为故障信号的第一保护电路和利用正逻辑信号作为故障信号的第二保护电路并联耦接故障控制模块。
如图17所示，在本发明的第八实施例中，将正负逻辑故障信号用于故障保护和电流电压调节的电路合成的电路示意图。
本发明的各个实施例的保护电路可以在集成电路级别上以低成本和低复杂性的方式实现。
上述本发明的说明书和实施方式仅仅是示例性的灯故障保护，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。
Claims (21)
1、一种冷阴极荧光灯的故障保护方法，包括：
步骤S1：获取故障信号；
步骤S2：将所述故障信号与其相应阈值比较后输出一比较信号；
步骤S3：处理所述比较信号，得到触发信号；所述触发信号满足故障状态时，触发故障控制模块。
2、如权利要求1所述的故障保护方法，其特征在于，步骤S1中所获取的故障信号为负逻辑故障信号；步骤S3中，处理所述比较信号得到触发信号的步骤为：
步骤S31：将所述比较信号与脉冲调光信号通过与门合成一控制信号；
步骤S32：将所述控制信号输入至延时计时器，所述延时计时器输出触发信号。
3、如权利要求2所述的故障保护方法，其特征在于，所述负逻辑故障信号为最小灯电压信号；
在步骤S2中，通过比较器将所述负逻辑故障信号与阈值电压进行比较，当所述负逻辑故障信号高于阈值电压时所述比较器输出的所述比较信号为低；当负逻辑故障信号低于阈值电压时所述比较器输出的所述比较信号为高；
在步骤S32中，输入的控制信号达到延时计时器阈值时，输出触发故障控制模块的高电平触发信号。
4、如权利要求2所述的故障保护方法，其特征在于，当所述故障控制模块被触发时，触发所述故障控制模块的故障计时器计时，同时扫高频率和无效脉冲调光；当所述故障计时器达到其阈值时，关断整个系统。
5、如权利要求2所述的故障保护方法，其特征在于，所述负逻辑故障信号为最小灯电流信号。
6、如权利要求5所述的故障保护方法，其特征在于，所述负逻辑故障信号为能够使该负逻辑故障信号同时用于灯电流调节的平均值灯电流信号。
7、如权利要求1所述的故障保护方法，其特征在于，步骤S1中所获取的故障信号为正逻辑故障信号；步骤S3中，处理所述比较信号得到触发信号的步骤为：延长所述比较信号脉冲周期得到一触发信号，当该触发信号满足故障状态时，触发所述故障控制模块。
8、如权利要求7所述的故障保护方法，其特征在于，所述故障信号为最大灯电压差信号，在步骤S2中：通过一比较器将正逻辑故障信号与阈值电压比较，当正逻辑故障信号低于阈值电压时比较器输出比较信号为低；当正逻辑故障信号高于阈值信号时比较器输出比较信号为高。
9、如权利要求7所述的故障保护方法，其特征在于，所述正逻辑故障信号为最大灯电流差信号或能够使该正逻辑故障信号同时用于开路灯电压调节的最大灯电压信号。
10、如权利要求7所述的故障保护方法，其特征在于，所述故障信号既包括正逻辑故障信号，也包括负逻辑故障信号；在步骤S3中，对于负逻辑故障信号，将所述比较信号与脉冲调光信号通过与门合成一控制信号；将所述控制信号输入至延时计时器，当所述延时计时器输出的触发信号满足故障状态时，触发故障控制模块；
在步骤S3中，对于正逻辑故障信号，延长所述比较信号脉冲周期得到一触发信号，当该触发信号满足故障状态时，触发所述故障控制模块。
11、一种冷阴极荧光灯的保护电路，包括：
故障控制模块；
比较器，用于负逻辑故障信号与其相应阈值比较后输出比较信号；
与门逻辑，将比较器输入的所述比较信号与脉冲调光信号合成后输出控制信号；
延时计时器，接收所述控制信号，输出的触发信号满足故障状态时触发所述故障控制模块。
12、如权利要求11所述的保护电路，其特征在于，当负逻辑故障信号高于阈值信号时，所述比较器输出的所述比较信号为低；当负逻辑故障信号低于阈值信号时，所述比较器输出的所述比较信号为高；
输入所述延时计时器的所述控制信号达到延时计时器阈值时，输出触发故障控制模块的高电平触发信号。
13、如权利要求11所述的保护电路，其特征在于，所述故障控制模块包括一故障计时器、一脉冲调光无效模块和频率扫高模块，当所述触发信号触发所述故障控制模块时，触发所述故障计时器计时，同时所述频率扫高模块扫高频率且所述脉冲调光无效模块进行无效脉冲调光；所述故障计时器到达其阈值时，关断整个系统。
14、如权利要求11所述的保护电路，其特征在于，所述负逻辑故障信号为平均值灯电流、最小灯电流或最小灯电压。
15、如权利要求11所述的保护电路，其特征在于，还包括用于灯电流调节的灯电流调节模块，所述负逻辑故障信号为平均灯电流，该负逻辑故障信号同时输入所述灯电流调节模块。
16、一种冷阴极荧光灯的保护电路，包括：
比较器，将正逻辑故障信号与其相应阈值比较后输出比较信号；
脉冲延长模块，延长比较信号脉冲周期，输出触发信号；
故障控制模块，接收触发信号，当触发信号满足故障状态时被触发。
17、如权利要求16所述的保护电路，其特征在于，所述比较器将正逻辑故障信号与所述阈值信号比较，当所述正逻辑故障信号低于阈值信号时比较器输出的所述比较信号为低；当正逻辑故障信号高于阈值信号时，所述比较器输出的所述比较信号为高。
18、如权利要求16所述的保护电路，其特征在于，其中故障控制模块包括一故障计时器、一脉冲调光无效模块和频率扫高模块；当所述故障控制模块被触发时，触发故障计时器，同时由所述频率扫高模块扫高频率且由所述脉冲调光无效模块进行无效脉冲调光；当达到故障计时器阈值时，关断整个系统。
19、如权利要求16所述的保护电路，其特征在于，所述正逻辑故障信号为最大灯电压、最大灯电压差或最大灯电流差。
20、如权利要求19所述的保护电路，其特征在于，还包括用于开路灯电压调节的灯电压调节模块，所述正逻辑故障信号为用于开路灯电压调节的最大灯电压，该正逻辑故障信号同时输入所述灯电压调节模块。
21、一种冷阴极荧光灯的保护电路，包括故障控制模块、第一电路单元及与第一电路单元并联于所述故障控制模块的第二电路单元；
所述第一电路单元包括：
第一比较器，用于负逻辑故障信号与阈值电压比较后输出比较信号；
与门逻辑，将所述第一比较器输入的所述比较信号与脉冲调光信号合成后输出控制信号；
延时计时器，接收所述控制信号，输出的触发信号满足故障状态时触发所述故障控制模块；
所述第二电路单元包括：
第二比较器，将正逻辑故障信号与阈值电压比较后输出比较信号；
脉冲延长模块，延长比较信号脉冲周期，输出触发信号，当触发信号满足故障状态时触发所述故障控制模块。
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