CN101938222A

CN101938222A - 一种供电装置和为显示装置提供背光的背光系统

Info

Publication number: CN101938222A
Application number: CN2010102405216A
Authority: CN
Inventors: 陈凡; 吴昕; 孙超群; 吴泉清
Original assignee: BCD Semiconductor Manufacturing Ltd
Current assignee: BCD Shanghai Micro Electronics Ltd
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: CN101938222B; US8525428B2; US20120025720A1

Abstract

本发明提供一种供电装置和为显示装置提供背光的背光系统，其中供电装置包括：变压器、第一控制电路和第二控制电路；所述变压器的一次绕组连接电源；所述第一控制电路连接变压器的一次绕组，用于在不接收第二绕组的反馈信号的情况下独立控制一次绕组中的电流；所述第二控制电路连接变压器的二次绕组，用于提供调整后的输出信号。由于该供电装置节省了反馈电路，因此精简了电路结构，简化了控制过程，可以节省电路成本，符合供电装置对节能减排、降低成本的趋势要求。

Description

一种供电装置和为显示装置提供背光的背光系统

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种供电装置和为显示装置提供背光的背光系统。

背景技术

目前，电视机和显示器里所用的电源的主电路如图1所示。功率因数校正电路PFC101对输入的交流电源AC进行功率因数校正；PFC101输出的电压经过闭环控制的开关电源电路102完成一级调整；开关电源电路102输出的电压再经过背光控制及电压转换电路103完成二级调整，最后给背光灯104供电。

之所以会经过上述两次调整，是由于目前电视机和显示器的电源基本都是由专门的电源供应商提供，基于其电源产品的出厂要求，例如：应用面及产品输出精度，所以，需要一级调整，并且需要调整的精度非常高。

上述电路中，开关电源电路102大部分采用LLC谐振变换器。LLC谐振变换器是通过反馈电路和谐振半桥控制器来稳定输出电压。

参见图2，该图为现有技术中LLC谐振变换器的示意图。

其中，Lm是变压器T1的励磁电感，Lr和Cr分别表示谐振电感和谐振电容。Lr可以是独立的电感，也可以由变压器T1的漏感来充当。

LLC谐振变换的直流特性分为零电压工作区和零电流工作区，包括两个谐振频率，两个谐振频率的技术公式如下：

f_{r 1} = \frac{1}{2 π \cdot \sqrt{L_{r} \cdot C_{r}}}

f_{r 2} = \frac{1}{2 π \cdot \sqrt{(L_{r} + L_{m}) \cdot C_{r}}}

LLC谐振变换器的输出电压通过反馈电路201来改变谐振半桥控制器202的工作频率，从而改变第一开关管Q1和第二开关管Q2的开关频率，最终达到稳定输出电压Vo的目的。

液晶电视和等离子电视需要的开关电源需要具有较高的功率密度和平滑的电磁干扰信号，而且需要元器件越来越少。但是，现有技术中的主电源(PFC及LLC)部分是由单独的电源模块构成，后级的背光控制及电压转换电路也是单独构成，这种结构导致对主电源的输出电压性能要求非常严格，需要完整的反馈电路和精确的谐振半桥控制器来控制输出，因此控制比较复杂，造成电路成本较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种供电装置和为显示装置提供背光的背光系统，结构简单，能够降低电路成本。

本发明实施例提供一种供电装置，包括：变压器、第一控制电路和第二控制电路；

所述变压器的一次绕组连接电源；

所述第一控制电路连接变压器的一次绕组，用于在不接收第二绕组的反馈信号的情况下独立控制一次绕组中的电流；

所述第二控制电路连接变压器的二次绕组，用于提供调整后的输出信号。

优选地，所述第二控制电路通过电压反馈电路和电流反馈电路接收输出信号的反馈信号。

优选地，所述第二控制电路提供的输出信号给显示装置供电。

优选地，所述第二控制电路包括升压电路和恒流电路。

优选地，所述升压电路和恒流电路集成在一个芯片上。

优选地，所述第一控制电路包括脉冲信号发生器、驱动电路和非调整LLC变换器。

优选地，所述非调整LLC变换器包括谐振电感、谐振电容和励磁电感；所述励磁电感为独立电感或变压器的漏感。

优选地，所述第一控制电路包括脉冲信号发生器、驱动电路和不对称半桥电路。

优选地，所述驱动电路为变压器驱动电路或硅集成驱动电路。

本发明实施例还提供一种为显示装置提供背光的背光系统，包括所述的供电装置，还包括显示装置，所述供电装置的输出信号为所述显示装置提供背光电源。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例提供的供电装置包括第一控制电路、变压器和第二控制电路，第一控制电路在不接收第二绕组的反馈信号的情况下独立控制变压器一次绕组中的电流，第二控制电路连接变压器的二次绕组，用于提供调整后的输出信号。由于该供电装置节省了反馈电路，因此精简了电路结构，简化了控制过程，可以节省电路成本。

附图说明

图1是本发明现有技术中电源的主电路示意图；

图2是现有技术中LLC谐振变换器的示意图；

图3是本发明提供的一种供电装置的示意图；

图4是本发明提供的一种供电装置实施例一示意图；

图5是本发明提供的驱动电路示意图；

图6是本发明提供的供电装置的第二实施例示意图；

图7是本发明提供的第二控制电路示意图；

图8是本发明提供的背光系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图3，该图为本发明提供的一种供电装置的示意图。

本实施例提供的供电装置，包括：变压器301、第一控制电路302和第二控制电路303；

所述变压器301的一次绕组连接电源；

需要说明的是，变压器的依次绕组连接的电源是PFC输出的电压。

所述第一控制电路302连接变压器301的一次绕组，用于在不接收第二控制电路303的反馈信号的情况下独立控制一次绕组中的电流；

所述第二控制电路303连接变压器301的二次绕组，用于输出调整后的电压。

参见图4，该图为本发明提供的一种供电装置实施例一示意图。

所述第一控制电路包括脉冲信号发生器401、驱动电路402和非调整LLC变换器403。

所述脉冲信号发生器401，用于产生脉冲信号。

所述驱动电路402，用于将脉冲信号进行驱动后控制第一开关管Q1和第二开关管Q2的开通或关断。

非调整LLC变换器403，包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、谐振电容Cr和谐振电感Lr。

需要说明的是，其中谐振电感Lr可以为一个单独的电感，也可以由变压器T1的漏感来充当。

变压器T1的一次绕组连接半桥LLC谐振变换器403的输出端，二次绕组由抽头分为第一绕组和第二绕组，所述抽头接地；第一绕组的同名端通过第一二极管D1连接第二控制电路的输入端，第二绕组的异名端通过第二二极管D2连接第二控制电路的输入端；第一绕组的两端并联输出电容Co。

第二控制电路包括升压电路和恒流电路，用于将变压器T1输出的电压先进行升压后再进行恒流控制，最后第二控制电路的输出一个恒流信号为显示装置供电，所述显示装置例如可以为显示器或LED。

下面详细介绍本实施例的工作原理。

图4所示的非调整LLC变换器与图2中的LLC谐振变换器的区别是：非调整LLC变换器采用固定频率(接近谐振频率点fr1)和固定占空比(接近50％)的控制模式，并省略了图2中的反馈电路。由于本实施例中非调整LLC变换器工作在固定频率和固定占空比，因此不需要接收反馈信号后反复调整工作频率和工作占空比，因此提高了工作效率。

本非调整LLC变换器充分利用了谐振半桥拓扑自身输出调整率良好的优点，在谐振频率fr1上不管Q(品质因数)值是多少，增益都是相等的，即不管负载怎样变化，增益都不变。由于在大尺寸电视机的电源里一般均有PFC电路，因此，输入非调整LLC变换器的电压能够保持恒定。所以，非调整LLC变换器的输出不随负载而变化。

需要说明的是，脉冲信号发生器401可以是任何具有推挽形式驱动以及外置可调频率的控制芯片。基于可以使用低成本的脉冲信号发生器401的原则，所以驱动Q1和Q2时需要去电路来实现高端和低端两个管子的工作。这里的驱动电路402可以用一个变压器来实现(如图5所示)，也可以用硅集成电路来实现。

本实施例提供的主电路部分是由LLC谐振电路实现的，下面介绍主电路部分由不对称半桥电路实现的原理。

参见图6，该图为本发明提供的供电装置的第二实施例示意图。

本实施例中的第一控制电路包括脉冲信号发生器601、驱动电路602和不对称半桥电路。

不对称半桥电路包括两个互补控制的MOSFET管(Q1和Q2)，其中，Q1的占空比为D，Q2的占空比为(1-D)。隔直电容作为Q2开通时的电源。变压器T1包括漏感Lk，其一次绕组的匝数为Np，二次绕组由抽头分为第一绕组和第二绕组，第一绕组的匝数为Ns1，第二绕组的匝数为Ns2。所述抽头接地；第一绕组的同名端依次通过第一二极管D1和输出滤波电感Lo连接第二控制电路的输入端，第二绕组的异名端依次通过第二二极管D2和输出滤波电感Lo连接第二控制电路的输入端；第一绕组的两端并联输出电容Co。

不对称半桥电路是一种适用于中低功率的DC/DC零电压开关变换器电路。该电路采用固定死区的互补驱动控制方式，不对称半桥电路利用自身的分布特性，通过变压器漏感和开关寄生电容的谐振，实现零电压开关。

不对称半桥电路在直流变压器中的应用和非调整LLC变换器类似。采用固定频率和固定占空比(将近50％)的控制模式。由于本实施例中不对称半桥电路工作在固定频率和固定占空比，因此不需要接收反馈信号后反复调整工作频率和工作占空比，因此提高了工作效率。

但由于其没有LLC谐振电路谐振点增益不变的特点，所以输出调整率相对LLC要差一些。同样以恒定的PFC输出电压作为不对称半桥电路的输入电压，在输出电感Lo工作在连续模式(CCM)时，不对称半桥电路的增益为：

G_{dc} = \frac{2 D \cdot (1 - D)}{a}

其中，a为变压器的绕组比。所以在CCM模式下，增益是固定的。

但是，当输出电感L工作在断续模式(DCM)下，增益会随负载变化：

G_{dc} = \frac{1}{a} \cdot \frac{KD - D^{2} (1 - 2 D) + D \cdot \sqrt{K^{2} - 2 K (1 - 2 D) (3 D - 2) + D^{2} \cdot {(1 - 2 D)}^{2}}}{2 K}

K = \frac{2 L_{o} \cdot f}{R}

所以，当负载下降到一定程度后，输出电压会有所上升。但是，可以利用第二控制电路来弥补第一控制电路的调整率不足的问题。下面介绍第二控制电路，需要说明的是，第二控制电路同样适用于图4的实施例和图6的实施例。

参见图7，该图为本发明实施例提供的第二控制电路示意图。

第二控制电路实质上是一个背光控制电路，包括升压电路和恒流电路。

如图7所示，第二控制电路包括脉宽调制电路、恒流控制电路、反馈电路、电感L1、开关管Q、二极管D、电容C和电阻R。

其中电感L、开关管Q、二极管D、电容C组成基本的BOOST升压电路。

其中，反馈电路包括电压反馈电路和电流反馈电路，用于将第二控制电路输出的电流和电压反馈给脉宽调制电路和恒流控制电路，脉宽调制电路和恒流控制电路用于控制开关管Q的开通或关断。第二控制电路的正输入端依次通过串联的电感L1和二极管D连接显示装置的正输入端；显示装置的正输入端和负输入端之间并联电容C。开关管Q的一端连接电感L1和二极管D的公共端，另一端连接第二控制电路的负输入端。第二控制电路的负输入端通过电阻R连接显示装置的负输入端。

电压反馈电路的输入端连接显示装置的正输入端，电流反馈电路的输入端连接显示装置的负输入端。

第二控制电路通过反馈电路反馈的电压信号和电流信号可以调整输出信号，使输出信号的电压和电流满足要求。

本发明实施例提供的供电装置将第一控制电路、变压器和第二控制电路集成在一个电源板上，省略了反馈电路，由于控制主电路工作在固定频率和固定占空比，可以适当牺牲输出调整率的前提下提供工作效率，同时整个供电装置的调整率可以由后级的第二控制电路来弥补。这样减少了电路器件，通过通用的脉冲信号发生器可以降低电路成本。另外，由于第一控制电路一直工作在谐振点附件，所以可以在适当牺牲输出调整率的前提下提高工作效率。因此，本发明实施例提供的供电装置适应了LCD、LED电视和显示器对节能减排、降低成本、提高效率的趋势要求。

需要说明的是，本发明实施例还提供一种为显示装置提供背光的背光系统，包括所述的供电装置，还包括显示装置，所述供电装置的输出信号为所述显示装置提供背光电源。参见图8，该图为本发明提供的背光系统的示意图。本系统中的第一控制电路中不包括反馈电路。

所述显示装置可以为LED、LCD或液晶电视或显示器等。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种供电装置，其特征在于，包括：变压器、第一控制电路和第二控制电路；

所述变压器的一次绕组连接电源；

2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第二控制电路通过电压反馈电路和电流反馈电路接收输出信号的反馈信号。

3.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第二控制电路提供的输出信号给显示装置供电。

4.根据权利要求3所述的供电装置，其特征在于，所述第二控制电路包括升压电路和恒流电路。

5.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于，所述升压电路和恒流电路集成在一个芯片上。

6.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第一控制电路包括脉冲信号发生器、驱动电路和非调整LLC变换器。

7.根据权利要求6所述的供电装置，其特征在于，所述非调整LLC变换器包括谐振电感、谐振电容和励磁电感；所述励磁电感为独立电感或变压器的漏感。

8.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，所述第一控制电路包括脉冲信号发生器、驱动电路和不对称半桥电路。

9.根据权利要求6或8所述的供电装置，其特征在于，所述驱动电路为变压器驱动电路或硅集成驱动电路。

10.一种为显示装置提供背光的背光系统，其特征在于，包括如权利要求1所述的供电装置，还包括显示装置，所述供电装置的输出信号为所述显示装置提供背光电源。