CN101980587A

CN101980587A - 冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流调节方法

Info

Publication number: CN101980587A
Application number: CN2010105530114A
Authority: CN
Inventors: 罗志会
Original assignee: YICHANG JUSTSUN OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd; China Three Gorges University CTGU
Current assignee: YICHANG JUSTSUN OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd; China Three Gorges University CTGU
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-02-23

Abstract

冷阴极荧光灯用电子镇流器，包括EMC电路、桥式整流电路、开关电路和镇流输出电路，桥式整流电路连有平滑滤波电路；开关电路由IC芯片和外围电路组成，其构成为基于直流电压产生高频交流电压并输出；镇流输出电路由第一变压器和第四电容串联，其构成为开关电路输出的高频交流电压升压并漏感镇流，恒流输出给冷阴极荧光灯，从而驱动冷阴极荧光灯。本发明冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流的调节方法，在保持第一变压器初级与次极匝比不变的情况下，通过调节第二电感和第一变压器漏感量中的至少一个来改变等效工作电路中总电感量L_total的大小，实现对电路感抗∣jωL_total∣的调节，从而改变镇流电路输出电流的大小。本发明具有开关无闪烁、抗启动冲击、工作频率可调、预热快、异常保护、恒流输出特性好、电流调节方便、性价比高的特点。

Description

冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流调节方法

技术领域

本发明涉及一种电子镇流器，具体涉及一种冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流调节方法。

背景技术

传统荧光灯采用热阴极电子激发方式工作，灯管工作电压低，光效差，灯丝损耗严重，使用寿命短，节能效果有限。大多数荧光灯的电子镇流器采用分立元件设计，电路功能简单，技术含量低，且分立元件制作的电子镇流器功耗较大，各元件的参数波动大，电路可靠性差，电源效率普遍不高，产生的电磁干扰较大。

冷阴极荧光灯作为（CCFL）是液晶显示、液晶电视等产品背光源，光效高，寿命长，在工业背光领域已经获得广泛的应用。通过对背光CCFL进行技术改造，制成的照明用冷阴极灯管光电性能远高于传统的荧光灯，但其高电压、大电流的电气特性给电子镇流器的设计带来很大困难。

目前，冷阴极荧光灯用电子镇流器很少是采用分立元件的解决方案，市场上出现的部分冷阴极荧光灯驱动电路，多借鉴CCFL背光源的电子镇流器，采用背光逆变器专用的驱动控制芯片，芯片结构复杂，价格昂贵。驱动控制芯片外接两个功率二极管（MOSFET）构成开关电路，集成度低，电路综合成本高；开关时电压冲击易引起IC损坏，电路故障率高，可靠性差；关断电源时灯管闪烁严重，加速对电极的损耗，降低了CCFL灯具的使用寿命；采用在灯管两端并联高压电容来构成谐振电路，点灯后电容分流严重，降低电源的输出效率；电源通用性差，一款逆变器只能配一种规格的灯管使用，不同规格的灯管需进行专门设计，元器件通用性差，量产性不好。居高不下的电子镇流器成本，复杂的电路设计和制造技术，推高了CCFL电光源和灯具的价格，严重阻碍CCFL电光源和灯具产品的市场推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流调节方法。具备开关无闪烁、抗启动冲击、工作频率可调、预热快、异常保护、恒流输出特性好、电流调节方便、结构简单、性价比高的特点。

为解决上述技术问题，本发明的目的是这样实现的：冷阴极荧光灯用电子镇流器，包括EMC电路、桥式整流电路、开关电路和镇流输出电路，

桥式整流电路连有平滑滤波电路；

开关电路由IC芯片和外围电路组成，其构成为基于直流电压产生高频交流电压并输出；

镇流输出电路由第一变压器和第四电容串联，其构成为开关电路输出的高频交流电压升压并漏感镇流，恒流输出给冷阴极荧光灯，从而驱动冷阴极荧光灯。

平滑滤波电路由第一二极管和第一电解电容串联构成；

第一二极管的截止端与第一电容的正极连接，第一电容的负极接电气地GND。

IC芯片包括两个功率MOSFET和智能半桥控制电路。

开关电路的外围电路包括启动电路、开关频率控制电路和预热控制电路。

开关电路的外围电路中启动电路由第二电容与第二稳压二极管并联组件与第一电阻、第二电阻串联构成；

第一电阻的一端接整流电路输出的正极，另一端与IC芯片的VCC引脚连接，同时连接第二电阻的一端，第二电阻与第二稳压二极管并联组件的另一端接电气地GND。

开关电路的外围电路中频率控制电路的频率设定引脚与第五电阻连接后接地GND。

开关电路的外围电路中预热控制电路的预热时间设定引脚与第三电容连接后接地GND。

镇流输出电路还包括第二电感，第二电感、第一变压器和第四电容串联。

镇流输出电路中第一变压器的漏感量和第二电感构成的总感量 L_total与第一变压器次级的高频寄生电容Cs构成LC谐振电路。

冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流调节方法，镇流输出电路调节电流输出的方法，在保持第一变压器初级与次极匝比不变的情况下，通过调节第二电感和第一变压器漏感量中的至少一个来改变等效工作电路中总电感量L_total的大小，实现对输出电路感抗∣jωL_total∣的调节，从而改变镇流输出电路输出电流的大小。

本发明冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流调节方法有益效果如下：

1、平滑滤波电路采用特定设计，增加一二极管抑制反向放电干扰；能抑制电源关断时电容放电引起的灯管闪烁，延长灯管的使用寿命。

2、开关电路采用两个功率MOSFET和控制电路集成的智能IC管理，可以通过零电压开关（ZVS）自动优化电路的工作状态，保持电路良好的工作特性和较高的工作效率，减小电磁干扰。能结合CCFL灯管的特点，通过电容设定预热时间、电阻设定工作频率，实现快预热（ms级）、最佳开关频率（50KHz）工作，避免灯闪烁的高起始频率的软启动，具有灯丝开路和触发失败时的故障保护，低线电压输入保护及电压升高后自动重起动功能；启动电路采用特定设计，能抑制上电瞬间的电压冲击对元件的损伤，耐开关冲击；由于开关控制和功率二极管（MOSFET）集成，开关电路成本远低于控制电路和功率二极管（MOSFET）分立的解决方案，电路结构紧凑，性价比高。

3、镇流输出电路恒流输出，采用变压器的大漏感镇流，抑制了CCFL灯管的“负阻特性”，避免在点灯过程因阻值变化而引起的电流波动；利用升压变压器的漏感和次级的高频寄生电容构成LC谐振电路，电路简洁，电源效率高；升压变压器采用隔离式设计，次极最大输出电流在人体承受的安全范围之内，如12mA,可以有效避免触电事故；变压器的次级引脚对地输出反相位工作电压，灯管漏电流小，发光效率高，且将电路实际对地工作电压降低一半，避免过高压的不良影响。

4、根据电源的体积和相关技术要求，采用外置电感和变压器漏感结合构成大电感镇流的设计方法，可灵活调节电感量来匹配不同的CCFL灯管，电源通用性强，电流波峰比优化简单，适合批量生产制造。

5、本发明提供的冷阴极荧光灯用电子镇流器，寿命超过50000小时，耐开关达100万次，电路效率90%以上，性价比高。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明电路图。

图2为本发明输出电路等效谐振电路图。

图3为本发明应用电路图。

具体实施方式

冷阴极荧光灯用电子镇流器，包括EMC电路、桥式整流电路、开关电路（1）和镇流输出电路2，桥式整流电路连有平滑滤波电路3；开关电路1由IC芯片4和外围电路组成，其构成为基于直流电压产生高频交流电压并输出；镇流输出电路2由第一变压器T1和第四电容C4串联，其构成为开关电路1输出的高频交流电压升压并漏感镇流，恒流输出给冷阴极荧光灯，从而驱动冷阴极荧光灯。

所述平滑滤波电路3由第一二极管D1和第一电解电容C1串联构成；第一二极管D1的截止端与第一电容C1的正极连接，第一电容C1的负极接电气地GND。

所述IC芯片4包括两个功率MOSFET和智能半桥控制电路。

所述开关电路1的外围电路包括启动电路、开关频率控制电路和预热控制电路。

所述开关电路1的外围电路中启动电路由第二电容C2与第二稳压二极管D2并联组件与第一电阻R1、第二电阻R2串联构成；第一电阻R1的一端接整流电路输出的正极，另一端与IC芯片4的VCC引脚连接，同时连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2与第二稳压二极管D2并联组件的另一端接电气地GND。

所述开关电路1的外围电路中频率控制电路的频率设定引脚与第五电阻R5连接后接地GND。

所述开关电路1的外围电路中预热控制电路的预热时间设定引脚与第三电容C3连接后接地GND。

所述镇流输出电路2还包括第二电感L2，第二电感L2、第一变压器T1和第四电容C4串联。

所述镇流输出电路2中第一变压器T1的漏感量和第二电感L2构成的总感量 Ltotal与第一变压器T1次级的高频寄生电容Cs构成LC谐振电路。

冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流调节方法，镇流输出电路2调节电流输出的方法，在保持第一变压器T1初级与次极匝比不变的情况下，通过调节第二电感L2和第一变压器T1漏感量中的至少一个来改变等效工作电路中总电感量Ltotal的大小，实现对输出电路感抗∣jωLtotal∣的调节，从而改变镇流输出电路2输出电流的大小。

工作原理：

如图1所示，在整流电路的正负极输出端之间并联有由第一电阻R1、第二电阻R2、第二稳压二极管D2、第二电容C2构成的抗冲击启动电路。当市电输入开关闭合的瞬间，第一电阻R1、第二电阻R2小于标称阻值，第二电容C2大电流充电，电压迅速升高，形成瞬时电压冲击，导致IC芯片4内部稳压管过流损坏，IC芯片4停止工作。采用第一电阻R1、第二电阻R2串联，且第二二极管D2稳压值低于内置稳压管电压，将第二电容C2电压钳位，旁通瞬时的冲击电流，当电路稳定后，电阻达到标称值，第二电阻R2提升电压，使IC芯片4的V_dd引脚电压达到IC芯片4内部工作电压的要求，电路正常工作。

在启动电路与第一电容C1之间串联第一二极管D1，构成放电抑制电路。第一电容C1是整流后通用的平滑滤波电路3，一般选用容值较大的电解电容。当市电断开时，第一电容C1的大量电荷在释放过程容易形成振荡，导致启动电路反复开启，造成灯管闪烁。增加第一二极管D1反向截止时第一电容C1的振荡放电的影响，避免了灯管连续闪烁，延长CCFL灯管的使用寿命。

如图3所示，采用仙童公司的FAN7710VN智能芯片构成半桥开关电路1，集成ZVS开关控制功能和两个功率二极管MOSFET。

FAN7710VN的VDC引脚与整流电路的正经过第一二极管D1后连接，接入311V的直流母线电压；VDD引脚接入抗冲击启动电路，为IC芯片4提供开启电压和开始工作所需的电流；RT引脚与第五电容R5连接后接地GND，选择第五电阻R5阻值为56KΩ，开关电路将保持在50KHz的工作频率；CPH引脚和第三电容C3连接后接地GND，选择第三电容C3容值为47pF，电路预热时间约为10ms，启动时间100ms；第五电容C5提供芯片正常工作所需电流；第六电容C6、第三二极管D3、第四二极管D4构成开关死区反泵电路。

选择第三电容C3的容值，当第三电容C3容值为47 pF时，扫频过程最快，点火高压持续的时间最短，对CCFL灯管的启动最有利。

第一变压器T1为漏磁升压变压器，输出CCFL灯管所需的高工作电压。第一变压器T1的漏感量与第二电感L2的感量、CCFL灯管的等效电阻R_lamp、高压高频寄生电容Cs构成串、并联谐振电路，如图2所示。当上电后IC芯片4开关电路开始从高频率（如98KHz）向下扫频，在设计的频率点（如60KHz）发生谐振时，第一变压器T1的两端产生-300V~+3000V的瞬时高压脉冲对CCFL灯管进行启动，灯管点亮由第一变压器T1的漏感与第二电感L2镇流，在50KHz频率点实现ZVS状态，保持灯管两端的电压和电流稳定。如图2所示，在设定的交流开关频率下，如50KHz，第一变压器T1的漏感与第二电感L2共同构成的感抗∣jωL_total∣大于CCFL灯管的等效阻抗R_lamp，决定了串联谐振电路的工作电流，使输出电路具备恒流特性，能抑制CCFL灯管的“负阻特性”，降低在点灯过程因灯管阻值变化而引起电流波动。第四电容C4起隔断直流通高频交流的作用，避免直流分量过大导致电感和变压器发热。

根据不同CCFL灯管的工作特性要求，通过调节第二电感L2的电感量或第二变压器T2的漏感量来改变 L_total感量的大小，实现∣jωL_total∣感抗调节，获得CCFL灯管所需的工作电流。在电路设计和制造过程中，可对第二电感L2电感量进行粗调，第二变压器T2的漏感量进行微调，使灯管电流的波峰比小于1.5，灯管发光的波动深度最小，光效最佳。

第一变压器T1采用隔离式设计方法，次极最大输出电流18mA,可以有效避免触电事故；变压器的次级引脚对地输出反相位工作电压，灯管漏电流小，发光效率高，且将电路实际对地工作电压降低一半，避免过高压的不良影响。

本发明的电气特点：

工作电压：180~264Vac，210~230Vac光效最佳。

额定输入电流：6W/40mA、7W/50mA、11W/70mA、15W/110mA、20W/150mA。

额定输出功率/电流：6W/6mA、7W/7mA、11W/8mA、15W/12mA、20W/18mA。

起始频率：98KHz ，点火频率65KHz，平均运行频率：50KHz 。

预热点火时间100ms。

Claims

1.冷阴极荧光灯用电子镇流器，包括EMC电路、桥式整流电路、开关电路（1）和镇流输出电路（2），其特征在于：

桥式整流电路连有平滑滤波电路（3）；

开关电路（1）由IC芯片（4）和外围电路组成，其构成为基于直流电压产生高频交流电压并输出；

镇流输出电路（2）由第一变压器（T1）和第四电容（C4）串联，其构成为开关电路（1）输出的高频交流电压升压并漏感镇流，恒流输出给冷阴极荧光灯，从而驱动冷阴极荧光灯。

2.根据权利要求书1所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器，其特征在于：平滑滤波电路（3）由第一二极管（D1）和第一电解电容（C1）串联构成；

第一二极管（D1）的截止端与第一电容（C1）的正极连接，第一电容（C1）的负极接电气地GND。

3.根据权利要求书1所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器，其特征在于：IC芯片（4）包括两个功率MOSFET和智能半桥控制电路。

4.根据权利要求1所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器，其特征在于：开关电路（1）的外围电路包括启动电路、开关频率控制电路和预热控制电路。

5.根据权利要求1或4所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器，其特征在于：开关电路（1）的外围电路中启动电路由第二电容（C2）与第二稳压二极管（D2）并联组件与第一电阻（R1）、第二电阻（R2）串联构成；

第一电阻（R1）的一端接整流电路输出的正极，另一端与IC芯片（4）的VCC引脚连接，同时连接第二电阻（R2）的一端，第二电阻（R2）与第二稳压二极管（D2）并联组件的另一端接电气地GND。

6.根据权利要求1或4所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器，其特征在于：开关电路（1）的外围电路中频率控制电路的频率设定引脚与第五电阻（R5）连接后接地GND。

7.根据权利要求1或4所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器，其特征在于：开关电路（1）的外围电路中预热控制电路的预热时间设定引脚与第三电容（C3）连接后接地GND。

8.根据权利要求1所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器，其特征在于：镇流输出电路（2）还包括第二电感（L2），第二电感（L2）、第一变压器（T1）和第四电容（C4）串联。

9.根据权利要求书1或8所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器，其特征在于：镇流输出电路（2）中第一变压器（T1）的漏感量和第二电感（L2）构成的总感量 L_total与第一变压器（T1）次级的高频寄生电容Cs构成LC谐振电路。

10.由权利要求1-9任意一项所述的冷阴极荧光灯用电子镇流器及其输出电流调节方法，其特征在于：

镇流输出电路（2）调节电流输出的方法，在保持第一变压器（T1）初级与次极匝比不变的情况下，通过调节第二电感（L2）和第一变压器（T1）漏感量中的至少一个来改变等效工作电路中总电感量L_total的大小，实现对输出电路感抗∣jωL_total∣的调节，从而改变镇流输出电路（2）输出电流的大小。