CN101835325A - 灯管驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种灯管驱动系统，包括第一驱动模块，该第一驱动模块包括第一变压器、第一电容以及第一电流检测电路。第一变压器包括第一一次侧及第一二次侧，第一二次侧具有第一端及第二端，第一端连接到灯管的一侧。第一电容其一端连接于该第一端与该灯管的连接处。电流检测电路由多个无源元件所组成，设置于该第二端及第一电容的另一端之间，并于其间产生一第一检测点。其中该第一检测点检测到的第一电压只正比于该灯管的管末电流，没有电容电流成分。本发明的灯管驱动系统可准确地稳定控制灯管的亮度。其中电流检测电路只由多个无源元件所组成，电路简单，也可节省成本。

Description

灯管驱动系统

技术领域

本发明涉及一种灯管驱动系统，更涉及一种驱动冷阴极灯管的灯管驱动系统。

背景技术

图1为一种公知冷阴极灯管驱动系统的电路示意图，其中驱动电路12与变压器14的一次侧连接，冷阴极灯管19与变压器14的二次侧连接。驱动电路12将直流电源转为交流电源，再经变压器13供应给冷阴极灯管19。冷阴极灯管19以高压高频驱动，使灯管高压侧产生杂散电容C_P的漏电流I_C，此漏电流I_C为与驱动灯管的电压及频率成正比的进相电流。灯管低压侧的电流与灯管电压同相，为产生有功功率的电流成分。由于冷阴极灯管19本身因环境或点亮时间产生温度变化时，相同的管末电流I_L会随着温度变化而有不同的灯管电压，温度愈高则其电压愈低。

如图1所示，因灯管低压侧直接接地时，电流反馈取自低压侧，其反馈成分包含管末电流I_L与漏电流I_C，因漏电流I_C随温度变动，反馈控制是控制总电流I_H＝I_L+I_C不变，因I_C会被温度影响而变动，使管末电流I_L也随之反向变动，因此灯管的亮度也会不同而无法维持定值。图2为图1的冷阴极灯管19高低压侧的电流波形的示意图，漏电流I_C为电容性进相电流，相位超前电阻性管末电流I_L90度，而管末电流I_L的相位与灯管电压同相。

图3为另一种公知灯管驱动系统的电路示意图。该灯管驱动系统中，换流器(inverter)20包含驱动电路22及变压器24，换流器20输出的电压为V_out，输出电流为I_out。脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation，PWM)控制器26依据来自变压器24二次侧的电流I_out产生反馈控制信号至驱动电路22以调节换流器20的输出。由于冷阴极灯管29具有杂散电容C₁及C₂₁、C₂₂…C_2n，故电流I_out包括灯管电流I_L与杂散电容电流I₁及I₂。反馈控制取样电路包括电流有效值取样控制器28及开关27，针对电流I_out中的一电流有效值进行取样，此电流有效值的杂散电容电流成分I₁+I₂为最小，因此灯管电流成分I_L相当接近于电流I_out。为求得此电流有效值，此灯管驱动系统包含开关27耦接于变压器24的二次侧与PWM控制器26之间，电流有效值取样控制器28的输入端连接至冷阴极灯管29的高压端，输出端耦接至开关27。电流有效值取样控制器28依据冷阴极灯管29的高压端的电压V_out产生取样控制信号至开关27以控制其切换。

图4为图3的电流有效值取样控制器的方块图，电流有效值取样控制器28包括分压器282及电压峰值检测电路284，灯管高压端的电压V_out经由分压器282进行分压后，将分压后的信号输入电压峰值检测电路284，由电压峰值检测电路284输出取样控制信号，控制开关27的开启与关闭，以进行取样。

图5为冷阴极灯管高低压电流波形示意图。变压器24的二次侧用电流取样电路来检测二次侧的电流，利用漏电流I₁的电容性进相电流的相位超前I_L的相位90度，并灯管电压V_out于峰值时的漏电流I_H为零时做取样并反馈，使反馈的电流仅含管末电流I_L，因此，漏电流I₁+I₂即使因温度变化，也不会影响管末电流I_L的控制，故于不同温度下可维持相同的亮度。

此灯管驱动系统的缺点有二：

(一)为反馈取样控制电路需使用操作放大器(OP)及以开关进行切换，电路较复杂且价格较高。

(二)因取样触发的参考电压需低于灯管最低电压，取样时间ΔT的宽度较宽，致使ΔT的区间内仍含有漏电流成分(如图5所示)，影响其峰值电流取样的准确度。

发明内容

有鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在提供一种灯管驱动系统，其包括第一驱动模块具有第一电流检测电路，该第一电流检测电路由多个无源元件所组成，并形成一检测点，该检测点的电压只与灯管的管末电流成正比，以稳定控制灯管的亮度。

为达上述目的，本发明提出一种灯管驱动系统，用以驱动一灯管，该灯管驱动系统包括第一驱动模块，该第一驱动模块包括第一变压器、第一电容以及第一电流检测电路。第一变压器包括第一一次侧及第一二次侧，第一二次侧具有第一端及第二端，第一端连接到灯管的一侧。第一电容的一端连接于第一端与灯管的连接处。第一电流检测电路由多个无源元件所组成，设置于该第二端及第一电容的另一端之间，并于其间产生一第一检测点。其中该第一检测点检测到一第一电压，该第一电压只正比于该灯管的管末电流，没有电容电流成分。

在本发明的第一实施例中，该灯管的另一端接地。

在本发明的第二实施例中，该灯管驱动系统包括第二驱动模块，与灯管的另一端连接。

承上所述，本发明的灯管驱动系统，其包括至少一驱动模块具有电流检测电路，该电流检测电路由多个无源元件所组成，并形成一检测点，因检测点的电压只与灯管的管末电流成正比，使本发明的灯管驱动系统可准确地稳定控制灯管的亮度。其中电流检测电路只由多个无源元件所组成，电路简单，也可节省成本。

附图说明

图1为一种公知冷阴极灯管驱动系统的电路示意图；

图2为图1的冷阴极灯管高低压侧的电流波形的示意图；

图3为另一种公知灯管驱动系统的电路示意图；

图4为图3的电流有效值取样控制器的方块图；

图5为冷阴极灯管高低压电流波形示意图；

图6A为本发明第一实施例的灯管驱动系统的电路图；

图6B为图6A的整流分压单元的电路图；

图7A为本发明第二实施例的灯管驱动系统的电路图；以及

图7B为图7A的整流分压单元的电路图。

上述附图中的附图标记说明如下：

12、22：驱动电路              14、24：变压器

19、29：冷阴极灯管            20：换流器

26：PWM控制器                 27：开关

28：电流有效值取样控制器      282：分压器

284：电压峰值检测电路       3：灯管驱动系统

32：驱动电路                35、45：整流分压单元

36：脉冲宽度调制控制器      37：灯管

38：第一电流检测电路        381：第一电压差分压单元

4：第一变压器               44：第二变压器

48：第二电流检测电路        481：第二电压差分压单元

C1：第一电容                C2：等效杂散电容

C3：第二电容                C_f：滤波电容

C₁、C₂₁～C₂₂：杂散电容      C_P：杂散电容

I_C：漏电流                  I_H：高压测电流

I_L、i_L：管末电流            I_out：电流

I₁、I₂：杂散电容电流        i_C1、i_C2：电流

R1：第一电阻                R2：第二电阻

R3：第三电阻                R4：第四电阻

R7：第七电阻                R8：第八电阻

R9：第九电阻                R10：第十电阻

Ra：第五电阻                Rb：第六电阻

R_L：等效电阻                Vsen1：第一电压

Vsen2：第二电压信号         V_d1：第一电压信号

V_d2：第二电压信号           V_R1：第一连接点的电压值

V_R2：第二连接点的电压值     V_out：电压

ΔT：取样时间

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依据本发明实施例的灯管驱动系统。

第一实施例

图6A为本发明第一实施例的灯管驱动系统的电路图。该灯管驱动系统3，用以驱动灯管37，灯管37为冷阴极灯管(CCFL)，为线形灯管或U形灯管。该灯管驱动系统3包括第一驱动模块，该第一驱动模块主要包括：第一变压器34、第一电容C1及第一电流检测电路38。

第一变压器34，包括第一一次侧及第一二次侧，第一二次侧具有第一端及第二端，第一端连接到灯管37的一侧，灯管37的另一侧接地，其中该第一端用以提供具有第一相位的交流电。第一电容C1为谐振电容，其一端连接于第一端与灯管37的连接处。第一电流检测电路38，由多个无源元件所组成，其一端与第二端连接，其另一端与第一电容C1的另一端连接，并于其间产生第一检测点，其中第一检测点检测到第一电压，第一电压Vsen1只正比于灯管37的管末电流i_L，没有电容电流成分。

该第一电流检测电路38包括第一电阻R1、第二电阻R2以及第一电压差分压单元381，该第一变压器34的第二端通过第一电阻R1接地，第一电容C1的另一端通过第二电阻R2接地，第一电压差分压单元381的一端连接至第一变压器34的第二端与第一电阻R1连接的第一连接点，第一电压差分压单元381的另一端与连接至第一电容C1的另一端与第二电阻R2连接的第二连接点。

该第一电压差分压单元381包括第三电阻R3及第四电阻R4，第三电阻R3的一端与第一连接点连接，第四电阻R4的一端与第二连接点连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的另一端连接于第一检测点。

其中第一电压Vsen1只正比于灯管37的管末电流i_L，也即，只剩通过等效电阻R_L的电流，没有电容电流成分，其理论推导如下。

本发明的第三电阻R3与第四电阻R4的电阻值r3及r4大约相等，第三电阻R3及第四电阻R4的电阻值r3及r4远大于第一及第二电阻R1及R2的电阻值r1及r2。如图6A所示，流经第一电容C1的电流i_C1也流经第二电阻R2，i_C2为通过灯管37的等效杂散电容C2的杂散电流，此两个电流均会受灯管温度影响而变化，反向流经第一电阻R1的电流为i_C1+i_C2+i_L。由于i_C1和i_C2同相位，因此可通过调整r1及r2的大小，使第一电压Vsen1正比于灯管37的管末电流i_L，不受灯管温度影响。因此，第一连接点的电压V_R1可以方程式(1)表示。

$V_{R1}\≅-(i_L+i_{C1}+i_{C2}).r1...\left(1\right)$

第二连接点的电压VR2可以方程式(2)表示。

$V_{R2}\≅i_{C2}.r2...\left(2\right)$

因此，第一检测点的电压值Vsen1可由方程式(3)表示。

$\mathrm{Vsen}1\≅V_{R1}+0.5(V_{R2}-V_{R1})\≅0.5[-(i_L+i_{C1}+i_{C2}).r1+i_{C2}.r2]...\left(3\right)$

欲消去Vsen1的电容电流成分，则须使

(i_C1+i_C2).r1＝i_C2.r2………………………………………(4)

令r2＜＜1/ωc1，其中，ω为本交流电的角频率(angular frequency)，c1为第一电容C1的电容值，c2为灯管37的等效杂散电容C2的电容值。

$i_{C1}.1/\mathrm{\ωc}1\≅\mathrm{iC}2.1/\mathrm{\ωc}2...\left(5\right)$

令r1＝[i_C2/(i_C1+i_C2)].r2，即r1[c2/(c1+c2)].r2......(6)

则 $\mathrm{Vsen}1\≅-0.5i_L.r1...\left(7\right)$

所以第一电阻R1的电阻值r1由方程式(6)所定义。第一电压Vsen1由方程式(7)所定义。因此，将第一及第二电阻R1与R2的电阻值r1与r2适度调整，可使第一电压Vsen1只与第一电阻R1的电阻值r1与管末电流i_L成正比。

灯管驱动系统3还包括驱动电路32，与第一变压器34的第一一次侧连接，驱动电路32用以转换直流电源为交流电源，提供交流电源给该第一变压器34的第一一次侧。

灯管驱动系统3还包括整流分压单元35，用以对第一电压Vsen1进行整流分压，并产生第一电压信号V_d1。图6B为图6A的整流分压单元的电路图，该整流分压单元35包括二极管D及分压器351，分压器351包括第五电阻Ra、第六电阻Rb及滤波电容C_f，该第一电压Vsen1经由二极管D整流与滤波电容C_f滤波后及分压器351，产生第一电压信号V_d1。其中二极管D的阳极与第一检测点连接，二极管的阴极与第五电阻Ra的一端连接，第五电阻Ra的另一端与第六电阻Rb的一端连接，第六电阻Rb的另一端接地，于第五电阻Ra及第六电阻Rb之间产生第一电压信号V_d1。

灯管驱动系统3还包括脉冲宽度调制(PWM)控制器36，其一端与整流分压单元35连接，用以接收第一电压信号V_d1，与脉冲宽度调制控制器36的一参考电压比较，脉冲宽度调制控制器36的另一端与驱动电路32连接，用以输出一控制信号给驱动电路32，通过控制驱动电路32的占空比(dutycycle)，以稳定控制灯管37的亮度。

第二实施例

图7A为本发明第二实施例的灯管驱动系统的电路图，本发明第二实施例的该灯管驱动系统4主要包括第一驱动模块以及第二驱动模块，第一驱动模块与第一实施例的第一驱动模块相同，不再另为赘述。

第二驱动模块，与灯管37的另一端连接。第二驱动模块包括第二变压器44、第二电容C3及第二电流检测电路48。

第二变压器44包括第二一次侧及第二二次侧，二次侧具有第三端及第四端，该第三端连接到灯管37的另一侧，第一变压器34的第一端用以提供具有第一相位的交流电，第二变压器44的第三端用以提供具有第二相位的交流电，第一相位与第二相位相差一百八十度。当第一端为正高压端，第三端为负高压端。当第一端为负高压端，第三端为正高压端。第二电容C3为谐振电容，其一端连接于第三端与灯管37的连接处。

第二电流检测电路48由多个无源元件所组成，其一端与第四端连接，其另一端与第二电容C3的另一端连接，并于其间产生一第二检测点，其中第二检测点检测到第二电压Vsen2，第二电压Vsen2只正比于灯管37的管末电流i_L，没有电容电流成分。

第二电流检测电路包括第七电阻R7、第八电阻R8以及第二电压差分压单元481，第二变压器44的第四端通过第七电阻R7接地，第二电容C3的另一端通过第八电阻R8接地，第二电压差分压单元481的一端连接至第二变压器44的第四端与第七电阻R7连接的第三连接点，第二电压差分单元481的另一端与连接至第二电容C3的另一端与第八电阻R8连接的第四连接点。

第二电压差分压单元481包括第九电阻R9及第十电阻R10，第九电阻R9的一端与第三连接点连接，第十电阻R10的一端与第四连接点连接，第九电阻R9的另一端与第十电阻R10的另一端连接于第二检测点。其中第九电阻R9与第十电阻R10的电阻值大约相等，第九电阻R9及第十电阻R10的电阻值远大于第七及第八电阻R7及R8的电阻值。

灯管驱动系统4还包括整流分压单元45，用以对第一及第二电压Vsen1、Vsen2进行整流、滤波和分压，并产生第二电压信号V_d2。图7B为图7A的整流分压单元的电路图，该整流分压单元435′包括两个二极管D1与D2及分压器451，分压器451包括第五电阻Ra、第六电阻Rb以及滤波电容C_f，第一及第二电压Vsen1、Vsen2分别经由一二极管(D1或D2)整流及滤波电容C_f滤波后与分压器451的第五电阻Ra的一端连接，于第五电阻Ra与第六电阻Rb之间产生第二电压信号V_d2，第六电阻Rb的另一端接地。

灯管驱动系统4还包括脉冲宽度调制(PWM)控制器46，其一端与整流分压单元45连接，用以接收第二电压信号V_d2，与脉冲宽度调制控制器46的参考电压Vref比较，脉冲宽度调制控制器46的另一端与驱动电路32连接，用以输出一控制信号给与第一及第二变压器34、44连接的驱动电路32，通过控制驱动电路32的占空比(duty cycle)，以控制灯管37的亮度。

综上所述，本发明的灯管驱动系统，其包括至少一驱动模块具有电流检测电路，该电流检测电路由多个无源元件所组成，并形成一检测点，因检测点的电压只与灯管的管末电流成正比，使本发明的灯管驱动系统可准确地稳定控制灯管的亮度。

本发明的电流检测电路只由多个无源元件所组成，电路简单，可节省成本。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范围，而对其进行的等效修改或变更，均应包括于所附的权利要求中。

Claims (29)

1.一种灯管驱动系统，用以驱动一灯管，其包括一第一驱动模块，该第一驱动模块包括：

一第一变压器，包括一第一一次侧及一第一二次侧，该第一二次侧具有一第一端及一第二端，该第一端连接到该灯管的一侧；

一第一电容，其一端连接于该第一端与该灯管的连接处；以及

一第一电流检测电路，由多个无源元件所组成，其一端与该第二端连接，其另一端与该第一电容的另一端连接，并于其间产生一第一检测点；

其中该第一检测点检测到的一第一电压只正比于该灯管的管末电流，没有电容电流成分。

2.如权利要求1所述的灯管驱动系统，其中该灯管为冷阴极灯管。

3.如权利要求1所述的灯管驱动系统，其中该灯管为线形灯管或U形灯管。

4.如权利要求1所述的灯管驱动系统，其中该灯管的另一侧接地。

5.如权利要求1所述的灯管驱动系统，其中该第一电容为谐振电容。

6.如权利要求1所述的灯管驱动系统，其中该第一变压器的该第一端用以提供具有第一相位的交流电。

7.如权利要求1至6任一所述的灯管驱动系统，其中该第一电流检测电路包括一第一电阻、一第二电阻以及一第一电压差分压单元，该第一变压器的该第二端通过该第一电阻接地，该第一电容的另一端通过该第二电阻接地，该第一电压差分压单元的一端连接至该第二端与该第一电阻连接的第一连接点，该第一电压差分压单元的另一端与连接至该第一电容的另一端与该第二电阻连接的第二连接点。

8.如权利要求7所述的灯管驱动系统，其中该第一电压差分压单元包括一第三电阻及一第四电阻，该第三电阻的一端与该第一连接点连接，该第四电阻的一端与该第二连接点连接，该第三电阻的另一端与该第四电阻的另一端连接于该第一检测点。

9.如权利要求8所述的灯管驱动系统，其中该第三电阻与该第四电阻的电阻值大约相等。

10.如权利要求9所述的灯管驱动系统，其中该第三电阻及该第四电阻的电阻值远大于该第一及该第二电阻的电阻值。

11.如权利要求10所述的灯管驱动系统，其中该第一电阻的电阻值由方程式(1)所定义：

$r1\≅[c2/(c1+c2)]\·r2---\left(1\right)$

其中r1为该第一电阻的电阻值，r2为该第二电阻的电阻值，c1为该第一电容的电容值，c2为该第二电容的电容值。

12.如权利要求11所述的灯管驱动系统，其中该第一电压由方程式(2)所定义：

$\mathrm{Vsen}1\≅-0.5i_L\·R1---\left(\text{2}\right)$

其中Vsen1为该第一电压，r1为该第一电阻的电阻值，i_L为该管末电流的电流值。

13.如权利要求1所述的灯管驱动系统，其还包括一驱动电路，与该第一变压器的该第一一次侧连接，该驱动电路用以转换直流电源为交流电源，提供交流电源给该第一变压器的该第一一次侧。

14.如权利要求13所述的灯管驱动系统，其还包括一整流分压单元，用以对该第一检测点输出的一第一电压进行整流分压，并产生一第一电压信号。

15.如权利要求14所述的灯管驱动系统，其中该整流分压单元包括一二极管及一分压器，该分压器包括一第五电阻、一第六电阻及一滤波电容，该第一电压经由该二极管整流与该滤波电容滤波及该分压器后，产生该第一电压信号。

16.如权利要求15所述的灯管驱动系统，其中该二极管的阳极与该第一检测点连接，该二极管的阴极与该第五电阻的一端及该滤波电容的一端连接，该滤波电容的另一端接地，该第五电阻的另一端与该第六电阻的一端连接，该第六电阻的另一端接地，于该第五电阻及该第六电阻之间产生该第一电压信号。

17.如权利要求14所述的灯管驱动系统，其还包括一脉冲宽度调制控制器，一端与该整流分压单元连接，用以接收该第一电压信号，与该脉冲宽度调制控制器的一参考电压比较，该脉冲宽度调制控制器的该另一端与该驱动电路连接，用以输出一控制信号给驱动电路，通过控制该驱动电路的占空比，以控制该灯管的亮度。

18.如权利要求13所述的灯管驱动系统，其中该灯管驱动系统包括一第二驱动模块，与该灯管的另一端连接。

19.如权利要求18所述的灯管驱动系统，其中该第二驱动模块包括：

一第二变压器，包括一第二一次侧及一第二二次侧，该二次侧具有一第三端及一第四端，该第三端连接到该灯管的另一侧；

一第二电容，其一端连接于该第三端与该灯管的连接处；以及

一第二电流检测电路，由多个无源元件所组成，其一端与该第四端连接，其另一端与该第二电容的另一端连接，并于其间产生一第二检测点；

其中该第二检测点检测到一第二电压，该第二电压只正比于该灯管的管末电流，没有电容电流成分。

20.如权利要求18所述的灯管驱动系统，其中该第一变压器的该第一端用以提供具有第一相位的交流电，该第二变压器的该第三端用以提供具有第二相位的交流电，该第一相位与该第二相位相差一百八十度。

21.如权利要求19或20所述的灯管驱动系统，其中该第一端为正高压端，该第三端为负高压端。

22.如权利要求19或20所述的灯管驱动系统，其中该第一端为负高压端，该第三端为正高压端。

23.如权利要求19所述的灯管驱动系统，其中该第二电流检测电路包括一第七电阻、一第八电阻以及一第二电压差分压单元，该第二变压器的该第四端通过该第七电阻接地，该第二电容的另一端通过该第八电阻接地，该第二电压差分压单元的一端连接至该第四端与该第七电阻连接的第三连接点，该第二电压差分单元的另一端与连接至该第二电容的另一端与该第八电阻连接的第四连接点。

24.如权利要求23所述的灯管驱动系统，其中该第二电压差分压单元包括一第九电阻及一第十电阻，该第九电阻的一端与该第三连接点连接，该第十电阻的一端与该第四连接点连接，该第九电阻的另一端与该第十电阻的另一端连接于该第二检测点。

25.如权利要求24所述的灯管驱动系统，其中该第九电阻与该第十电阻的电阻值大约相等。

26.如权利要求25所述的灯管驱动系统，其中该第九电阻及该第十电阻的电阻值远大于该第六及该第八电阻的电阻值。

27.如权利要求19所述的灯管驱动系统，其还包括一整流分压单元，用以对该第一及该第二电压进行整流、滤波与分压，并产生一第二电压信号。

28.如权利要求27所述的灯管驱动系统，其中该整流分压单元包括两个二极管及一分压器，该分压器包括一第五电阻、一第六电阻及一滤波电容，该第一及该第二电压分别经由一该二极管整流与该滤波电容滤波后与该分压器的一端连接，产生该第二电压信号。

29.如权利要求28所述的灯管驱动系统，其还包括一脉冲宽度调制控制器，一端与该整流分压单元连接，用以接收该第二电压信号，与该脉冲宽度调制控制器的一参考电压比较，该脉冲宽度调制控制器的该另一端与该驱动电路连接，用以输出一控制信号给驱动电路，通过控制该驱动电路的占空比，以控制该灯管的亮度。

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