CN1124526A - 交流电驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及EL驱动器的改进，所说的EL驱动器包括：第二电源电压产生器，它用电池作为第一电源产生驱动EL灯用的第二电源电压；第三电源电压产生器，它产生高于第一电源电压低于第二电源电压的第三电源电压；和驱动信号供给器，当用第三电源电压驱动时它向EL驱动装置提供AC驱动信号。AC驱动信号的电平分两步增加。此EL驱动器的半导体器件的特征在于能用低压有效地驱动高压和高的阈电压。

Description

交流电驱动器

本发明涉及一种驱动器，它用来驱动规定用高压交流电驱动的驱动装置，本发明特别涉及到驱动器的改进，所说的驱动器必须用低压电源例如蓄电池产生高压，以使作为小尺寸的电子部件的场致发光器件发光。

近年来已引进从中档到低档的各种型式的手表以适应各行各业的需要。随着个人计算机的发展，以场致发光(下文简称为EL)器件的基础的灯已发展成液晶显示用的微型灯。此EL灯是微型的，采用场致发射，并有美丽的辉光色彩。与EL灯结合并有数字式、混合式或类似显示的时钟，已作为多功能时钟投放市场。

下面将结合附图说明系统结构的一个实例。图2示出EL驱动器1的系统结构的实例，包括带公知的EL灯的时钟机构。图2例举了时钟用的系统结构的一常规例子。参考标号41代表时钟装置。42代表与马达相对应的时间显示装置，它带有类似时钟用的指示器或数字式时钟用的液晶显示器。43代表时间显示装置的驱动装置。S44代表由时间显示装置的驱动装置43提供的时间显示装置的驱动信号。这些部分包括在时钟的时间显示器中。1代表EL驱动器，2代表用作第一电源的电池，3代表波形成形装置，4代表第二电源电压产生装置，5代表EL驱动装置，9代表EL灯。电池2用作EL驱动器的第一电源和时钟装置41的电源。V11表示第一电源电压，V12表示第二电源电压。S14是由波形成形装置3产生的输入驱动信号。S15是代表用以使EL灯9发光的输出驱动信号。S27代表由波形成形装置3产生的第二电源电压提升信号。此波形成形装置3使用由电池2提供的第一电源电压V11以产生用以驱动EL灯的输入驱动信号S14和第二电源电压提升信号S27。为使EL灯发光必须加上幅度为几十伏的交流(下文称为AC)电压。此第二电源电压产生装置4用作产生驱动EL灯用的第二电源电压V12的电源。然后将第二电源电压V12馈送到EL驱动装置5。此EL驱动装置5从波形成形装置3接收输入驱动信号S14，产生输出驱动信号S15，该输出驱动信号S15是幅度与第二电源电压V12相同的AC信号，并将此输出驱动信号S15加到EL灯9，从而使EL灯9发光。

下面将参照附图详细说明系统结构。图3是表示按图2所示的系统结构构成的常规实例电路的示意图。当使用半导体器件时，将采用CMOS器件。图5是有关图3的定时图。首先结合图3说明其结构。参考标号41代表用以为小型电子部件产生时间脉冲的时钟装置。53代表晶体振荡器，用以产生时钟装置41用的参考信号。S21代表由晶体振荡器提供的参考信号。

参考标号3代表波形成形装置，它包括频率分配器8、NAND60和反相器61与62。S22代表由频率分配顺提供并馈送到NAND6和反相器61与62的一分信号。S27是由NAND60提供的第二电源电压提升信号。4代表第二电源电压产生装置。S14代表由反相器61和62提供的输入驱动信号。5代表EL驱动装置。30代表构成EL驱动装置的电平移动装置。V12代表由第二电源电压产生装置4提供并馈送到EL驱动装置5的第二电源电压。S15代表由EL驱动装置5提供的输出驱动信号。9代表EL灯。64代表通过其栅极输入第二电源电压提升信号S27的开关晶体管。63代表电感。66表示平流电容器。当EL驱动器1由半导体器件构成时，电感63和平流电容器66由外部连接，因为它们不能安装在或不能有效安装在半导体器件中。

将结合图3和5说明其工作。由时钟装置41中的晶体振荡器53提供的参考信号S21馈送到频率分配装置8，从而产生具有不同频率的更多的分信号。NAND60接收一个或多个频率为几千赫到几十千赫的信号并提供第二电源电压提升信号S27。第二电源电压提升信号S27的频率和占空系数设置成使第二电源电压产生装置4具有最佳提升效率的数值。开关晶体管64随第二电源电压提升信号527而导通或断开从而能使电感63产生反电动势。用二极管65防止电感63产生的反电动势的逆流。而且此反电动势被平流电容器66整平，从而使它能用作驱动EL灯的电源电压，并被馈送到EL驱动装置5。

反相器61接收几十到几百赫的定时信号并产生一输入驱动信号S14。因为驱动EL灯9采用推挽结构，所以安装这两个反相器61和62。此EL灯9在电路中等效为一大电容。当AC电压加到EL灯9的两电极上时，EL灯发光。为了更有效地发光，最好每隔几十到和百Hz将电压加到两电极上。为了驱动两电极需要两个EL驱动装置5。两电极上的电压其相位必须反相。输入驱动信号S14的幅度与第一电源电压V11(电压电平VE1)的幅度相同。为了驱动EL灯，需要有像第二电源电压V12(电压电平VE2)幅度那样的AC电压。因此，EL驱动装置5必须有能力提高输入驱动信号S14的电平。如图5所示，馈送到电平移动装置30的输入驱动信号S14有幅度VE1。幅度VE1被电平移动装置提高因此输出驱动信号S15有幅度VE2。幅度为VE2的输出驱动信号S15能根据电压值来驱动EL灯9。然而电平移动装置30不能提高供驱动EL灯所需要的电流。这时大电流流过能提供所需电流的反相器。此反相器用电平移动装置30的输出驱动，从而产生输出驱动信号S15。

有图2或3所示结构的EL驱动器理论上能驱动EL灯。但是，为使EL灯9发出足够亮度的光，EL驱动器必须用高压半导体器件构成。以由高压半导体器件构成的晶体管为例，当阈电压(Vth)设置为标准值时，漏电流会增加(或者电流损耗会增加)或者晶体管实际工作会失误和失效。为了应用高压晶体管并防止产生漏电流，由半导体器件构成的晶体管的阈电压必须高于普通半导体器件的阈电压，或者必须至少在1V左右。当1.5V银电池或3V锂电池用作电源时，阈电压和工作电压之间的余量小至0.5—2V。结果，使只要阈电压和工作电压之间的余量足够就能正常工作的装置不能正常运行。这对EL驱动装置5中的电平移动装置30是很关键的。这个问题将结合图3详细说明。

假定电平移动装置30的输出由低到高变化，则PMOS34和NMOS35同时导通。为使电平移动装置30能实现精确的电平移动，在用作电阻分配器的PMOS34和NMOS35之间的接点36上的电位必须等于VSS值。此外，PMOS32不导通，不从终端Q提供高电平信号。因此NMOS35的导通状态的电阻必须小于PMOS34在导通状态的电阻。然而，除非输入驱动信号S14的电压(电压电平VE1)很低以致与EL驱动器的阈电压之间建立了大电位差，否则NMOS35都不会完全导通。因此NMOS35在导通状态的电阻不能够充分减小。所以此导通状态电阻与PMOS34的导通状态电阻相比不是足够小。结果，接点36处的电位未达到VSS值，电平移动装置不能正常工作。

本发明的目的是解决上述问题并提供一种能使用低压电源例如电池来驱动高压AC驱动装置的AC驱动器，特别是提供一种驱动器半导体器件，其中用作高压AC驱动器的驱动信号成形装置的电平移动装置能可靠而正常地工作。

为了达到上述目的，本发明基本上采用下述的技术构成。

AC驱动器包括：输出第一电压电平的第一电源；用给定的高压AC驱动的AC驱动部件；输出高于第一电压电平并高至足以驱动AC驱动部件的第二电压电平的第二电源；输出电压电平在第一电压电平和第二电压电平中间的第三电源；和用以向AC驱动部件供给一给定的AC驱动信号的驱动信号供给装置。

本发明的用高压驱动的AC驱动器包括：用以产生高于第一电源电压低于第二电源电压的第三电源电压的第三电源电压产生装置；和用以对用第三电源电压(电压电平VE3)驱动的AC驱动装置提供AC驱动信号的驱动信号供给装置。因此能分两步，即从电平VE1到VE3和从电平VE3到VE2来提高驱动信号。只要电平VE3的值设置成可靠地逐步增加，即使在电压电平VE1和阈值Vth之间不存在余量，AC驱动信号的电平也能可靠地增加。经高压处理的半导体器能应用于使用低压电源，例如电池的AC驱动器中。

图1是作为本发明的一实施例的AC驱动器的结构的方框图；

图2是公知的AC驱动器的结构的方框图；

图3是有图2所示结构的AC驱动器的实际电路的方框图；

图4是按照图1中的本发明的AC驱动器的结构的AC驱动器的电路的示意图；

图5是有关图3的定时图；

图6是有关图4的定时图；

图7示出本发明所用的第三电源电压产生装置6的一个实施例的结构；

图8示出本发明所用的第三电源电压产生装置6的另一实施例的结构；

图9是本发明的另一实施例的AC驱动器的结构的方框图；

图10是本发明的AC驱动器中所用的第二电源的第二电源电压产生装置的一个实例的方框图；

图11是用于本发明的AC驱动器的第三电源的第三电源电压产生装置的一个实例的方框图；

图12是本发明的AC驱动器的另一实施例的结构的方框图；

图13是用于本发明的AC驱动器的第二电源电压产生装置的又一实例的方框图；

图14是其中装有本发明的AC驱动器的时钟的结构实例的剖视图。

下面将参照附图详细说明本发明的AC驱动器的实施例。

图1是本发明的AC驱动器的基本结构的方框图。在图1中，AC驱动器1包括：用高压AC驱动的AC驱动部分9；输出第一电压电平V11的第一电源2；输出高于第一电源2的输出电压电平V11的第二电压电平V12的第二电源4而且其输出高至足以驱动AC驱动部分9；输出的电压电平V13在第一电压电平V11和第二电压电平V12的中间的第三电源6；和用以当用由第三电源6供给的第三电压电平V13的电压驱劝时向该AC驱动部分9提供给定的AC驱动信号的驱动信号供给装置7。AC驱动系统10包括AC驱动器1和含有振荡装置53的时钟装置41。

在包括本发明的AC驱动器1的AC驱动系统10中，AC驱动部分9如上所述可以是任何用给定的高压AC驱动的驱动装置，但不限于任何特殊的装置。例如AC驱动部分9是一因EL器件而发光的EL灯装置。

在下述实施例中，EL器件用作AC驱动部分9。但本发明不限于EL器件。

在图1所示的本发明的AC驱动器1中，第一电源是一电池，例如其输出电压范围约为1.5到3V。

在本发明的AC驱动器1中，如图2所示，用以驱动时间显示装置42并包括时间显示装置的驱动装置43的时钟装置41被作为与AC驱动器1的主体分开的外部电路来装配。当由AC驱动部分9、AC驱动器1和时钟装置41组成的AC驱动系统10用作作为定时器件的时钟时，时钟装置41向时间显示装置42提供一种作为一种信号的时钟脉冲。此时钟装置41也提供驱动整个AC驱动器系统所需的系统时钟脉冲。

在本发明的AC驱动器1中，驱动信号供给装置7从构成第三电源的第三电源电压产生装置6接收处于第三电压电平V13的电压，并提供一驱动信号S14。此输出S14经驱动装置5作为驱动信号S15馈送到EL灯9，所说的驱动装置5包括在AC驱动器中并由第二电源的第二电源电压产生装置4提供的第二电压电平V12的电压驱动。

本发明使用的驱动信号供给装置7最好包括例如公知的电平移动装置或类似装置。

参看图1，以一个EL驱动器为例说明包括本发明的AC驱动器1的AC驱动系统10的这种更实用的结构和工作。

图1是EL驱动器1的一实施例的结构框图。与图2中相同的电路部件用相同的参考标号不另赘述。在此实施例中，第三电源电压产生装置6和驱动信号供给装置7加到已知的AC驱动器的电路部件中。第三电源电压产生装置6将第三电源电压V13(电压电平VE3)提供给驱动信号供给装置7。此驱动信号供给装置7将由波形成形装置3提供的初始驱动信号S23从电平VE1转变到VE3，并向EL驱动装置5提供输入驱动信号S14。

将结合附图详细说明的EL驱动器1的结构。图4是有图1所示的系统结构的电路的示意图。与图3中相同的电路元件用同样的参考标号不另赘述。图6是与图4所示的本发明的EL驱动器1有关的定时图。参考标号6代表其电路将在下面说明的第三电源电压产生装置。7代表驱动信号供给装置，它包括例如电平移动装置30。S23代表与图3中的输入驱动信号S14相应的最初驱动信号。S14代表其幅度与图3中的输入驱动信号S14不同的输入驱动信号。S28代表由频率分配装置8提供的第三电源电压提升信号。

第三电源电压产生装置6一收到第一电源电压V11和第三电源电压提升信号S28就立即产生第三电源电压V13，并将此第三电源电压V13加到驱动信号供给装置7。如图6所示，驱动信号供给装置7将由波形成形装置3提供的最初驱动信号S23的幅度从电平VE1增加到VE3。幅度已增加的输入驱动信号S14加到EL驱动装置5从而使该电压增加到电平VE2。电平VE3的值必须这样设置，即借助驱动信号供给装置7能从电平VE1稳定地增加到VE3，也能借助EL驱动装置5从电平VE3稳定地增加到VE2。借助驱动信号供给装置7从电平VE1增加到VE3是在驱动信号供给装置7的输出电压的最大值为几伏的条件下完成的。借助EL驱动装置5从电平VE3增加到VE2是在EL驱动装置5的输入电压仅为几伏的条件下完成的。因此，电平VE3设置到几伏。

如上所述，在本发明的AC驱动器1中，第一电源最好是小型电池。第二电源包括第二电源电压产生装置4，并有能力将构成下述第三电源的第三电源电压产生装置6输出的处于中间电压电平的电压电平升压成足以能驱动AC驱动部分9例如EL灯装置的电平。

此第二电源4最好像图示那样包括线圈升压电路。图10示出该电路的实例。特别是，假定第一电源的输出电压电平是1.5V，当第二电源的输出电压电平必须是60V时，第三电源就将电池的输出从1.5V升压到3V，第二电源再将第三电源6的输出从3V升压到60V。

图7中所示的用以按分时原理驱动多个电容器的倍增升压电路或者图8中所示的电阻分压器作为用以完成构成本发明所用的第三电源的第三电源电压产生装置6的电路是可能的。在图7所示的电路中，第三电源电压提升信号S28用以接通或断开MOss71—73。因而产生像第一电源电压V11两倍那样高的第三电源电压V13。首先MOSs72和74导通，MOSs71和73截止。然后与第一电源电压V11相应电位差存储在升压电容器70中。接着MOSs71和73导通，MOSs72和74截止。这是因为升压电容器70一端VCL的电位变成等于第一电源电压V11。结果，端点VCH上的电位变成第一电源电压V11两倍那样高。通过重复这种程度，高达第一电源电压V11两倍的电压存储在电源电容器75中并能用作第三电源电压V13。

图8示出像上述那样使用电阻分配器产生第三电源电压V13的第三电源电压产生装置6的一个实例。适当地确定两个电阻器75和76的电阻，使用第一电源电压V11和第二电源电压V12产生第三电源电压V13。与图7所示的电路不同的这种电路有能产生任何值的第三电源电压V13的优点。但也存在电流直通这样的缺点。

用以实现构成本发明的第三电源的第三电源电压产生装置6的另一种电路可以是有图11所示元件的倍增升压电路。

特别是第三电源电压产生装置6包括电平移动装置111、晶体管TP1与TP2电容器C1与C2、和反相器INV，它们像图示那样相互连接。1.5V的电压VDD加到晶体管TP1的一端。频率为2KHz、占空系数为75％的信号加到电平移动装置111的输入端C和C作为升压信号。

当升压信号变高时，晶体管TP1导通，晶体管TP2截止。

结果，0V和1.5V分别加到电容器C1的两端点A和B。换言之，1.5V电压存储在电容器C1中。

当升压信号变低时，晶体管TP1截止，晶体管TP2导通。

结果，1.5V加到电容器1的两端A和B的每一端上。因而1.5V电压存储在电容器1中。但是，由于电容器1要保持1.5V的电位差，所以B端电位变成3V。

由于此电位，电容器C2经晶体管TP2接有3V电压。

通过重点上述工作，3V电压能存储在电容器C2中。

本发明的第三电源可以包括电容器升压电路。在这种情况下第三电源输出的电压电平设置成第一电源输出的电压电平的整数(N)倍。

相对于包括电容升压电路的第三电源输出的电压电平所说的“整数倍”中的整数(N)最好设置在例如2或3；在本发明的上述AC驱动器中，电源输出的电压电平能设置为任何值。第一电源2输出的电压电平最好是1.5V，第三电源6输出的第三电压电平最好是第一电压电平的2—3倍，第二电源4输出的第二电压电平最好是第一电压电平的30—40倍。这是因为本发明的目的之一是使用小型电池提供一约60—80V的高压。

已经以图1所示的结构为基础说明了本发明的AC驱动器。除图1所示的结构外，能设计出本发明的AC驱动器的另一实施例。例如，另一实施例有图9所示的结构。在图9所示的实施例中，其基本结构与图1所示的实施例的结构相同。然而也存在这样的差别，即使用驱动信号振荡装置17来代替用以成形由波形成形装置3提供的最初驱动信号S23的驱动信号供给装置7，所说的驱动信号振荡装置17响应第三电源电压V13而振荡并提供输入驱动信号S14。在此实施例中，可以由无稳态多谐振荡器或类似电路来制成驱动信号振荡装置17。

下面将参照图12说明本发明的AC驱动系统的另一实施例。

图12示出由本发明的AC驱动器1和时钟装置41构成的AC驱动系统10的另一实施例。其基本结构与图4所示的AC驱动系统10的基本结构相同。差别在于：在图4所示的实施例中，由晶体振荡器构成的振荡装置53引入时钟装置41，该时钟装置41是作为AC驱动器1的外部电路装配的；而在本实施例中，振荡装置55与时钟装置41分离，并形成AC驱动器1的电路元件。

振荡装置55不限于特定电路，它可以是公知的CR振荡电路或类似电路。

按照本发明的振荡装置与作为定时装置的时钟共用作为一种信号的时钟脉冲，而不管它是AC驱动器1的外部电路还是其电路元件。

按照本发明，在图4和12所示的任一实施例中，振荡装置53或55至少向第二电源4、第三电源6和驱动信号供给装置7的每一个提供一给定的时钟脉冲。

馈送到第二电源4和第三电源6的每一个的时钟脉冲的频率最好设置在1—15KHz的范围内。馈送到驱动信号供给装置7的时钟脉冲的频率最好设置在100—500Hz的范围内。

按照本发明，驱动第二电源4所用的时钟脉冲也可以用来驱动第三电源6。

图13是表示用作本发明第二电源的第二电源电压产生装置4的又一实施例的结构的方框图。第二电源电压产生装置4有像图4所示的第二电源电压产生装置4那样由线圈63、晶体管64、二极管65和电容器66构成的相同电路。图13所示的第二电源电压产生装置4还包括用以接收第二电源电压提升信号S27与第三电源电压V13的第一电平移动装置45，和用以接收第一电平移动装置45的输出并有一与晶体管64的栅极连接的输出端的第二电平移动装置46。将用以向电容器66充电的充电电压VE2的第二电源电压产生装置4的一端连接到用以驱动AC驱动部分9的AC驱动装置5上，也连接到第二电平移动装置46上。借助这种电路，电容器66上的电压作为第二电源电压V12反馈到第二电平移动装置46。因此，第二电源电压产生装置4能有效地提供高压。

图14是一时钟实例的结构的剖示图，包括本发明的AC驱动器1并将EL灯装置9用作AC驱动部分的AC驱动系统10装在其中。

更确切地说，假定普通时钟20包括指针轴23、外壳21和玻璃罩22，用EL灯装置24代替钟面。EL灯装置24借助固定装置25固定到外壳21上。提供普通时钟机构或时钟机件的组件28设置在EL灯装置24的下面。其上装有用以驱动EL灯装置使之发光的AC驱动器1和适当的时钟装置41的印刷电路板26也放置在EL灯装置24的下面。此印刷电路板26借助适当的联结板簧27与EL灯装置24联结。

按照本发明，由于包括用以产生高于第一电源电压和低于第二电源电压的第三电源电压的第三电源电压产生装置，以及用以当用第三电源电压驱动时向EL驱动装置提供AC驱动信号的驱动信号供给装置，所以驱动信号能分两步增加，即从电平VE1到VE3和从电平VE3到VE2。由于电平VE3的值设置成可靠地逐步增加，所以即使在电压电平VE1和阈电压Vth之间不存在余量，驱动信号的电平也能可靠地增加。这就能构成用低压电源例如电池工作并由经高压处理的半导体器件组成的AC驱动器，例如EL驱动器。因此，高压能加到EL灯。这就使EL驱动器最适合于有足够发光强度和有限电流损耗的小型电子装置。

Claims (20)

1.一种AC驱动器包括：

输出第一电压电平的第一电源；

用给定的高压AC驱动的AC驱动部分；

输出比所说的第一电源输出的所说的电压电平高并高到足以驱动所说的驱动部分的第二电压电平的第二电源；

其输出电压电平在所说的第一电压电平和第二电压电平中间的第三电源；和

用从所说的第三电源输出的所说的第三电压电平驱动的驱动信号供给装置，所说的第三电源用以向所说的AC驱动部分提供给定的AC驱动信号。

2.按照权利要求1所说的AC驱动器，其特征在于所说的第一电源是电池。

3.按照权利要求1所说的AC驱动器，其特征在于所说的AC驱动部分是电致发光器件。

4.一种使用按权利要求1—3中任一权利要求的AC驱动器的表。

5.按照权利要求1—3中任一权利要求所说的AC驱动器，其特征在于所说的驱动信号供给装置包括一电平移动装置。

6.按照权利要求1所说的AC驱动器，其特征在于所说的第二电源包括一线圈升压电路。

7.按照权利要求1所说的AC驱动器，其特征在于所说的第三电源包括一电容升压电路。

8.按照权利要求7所说的AC驱动器，其特征在于所说的第三电源输出的所说的电压电平设置成所说的第一电源输出的所说的电压电平的整数(N)倍。

9.按照权利要求8所说的AC驱动器，其特征在于在所说的整数倍中所说的整数N等于2或3。

10.按照权利要求1所说的AC驱动器，其特征在于所说的第三电源包括一由电阻分压器构成的电压设置装置。

11.按照权利要求1所说的AC驱动器，其特征在于所说的第一电源输出的所说的第一电压电平设置为1.5V，所说的第三电源输出的所说的第三电压电平设置为高达所说的第一电压电平的2—3倍，所说的第二电源输出的第二电压电平设置为高达所说的第一电压电平的30—40倍。

12.按照权利权利所说的AC驱动器，其特征在于所说的AC驱动器还包括一振荡装置。

13.按照权利要求12所说的AC驱动器，其特征在于所说的振荡装置被用作所说的AC驱动器的外部部件。

14.按照权利要求12所说的AC驱动器，其特征在于所说的振荡装置被用作所说的AC驱动器的内部部件。

15.按照权利要求13或14所说的AC驱动器，其特征在于所说的振荡装置与作为定时装置的时钟共用作为一种信号的时钟脉冲。

16.按照权利要求13或14所说的AC驱动器，其特征在于所说的振荡装置与用以向定时装置的时钟提供一种时钟脉冲信号的装置分开设置。

17.按照权利要求12，13，14或16所说的AC驱动器，其特征在于所说的振荡装置是CR振荡电路。

18.按照权利要求12—17所说的AC驱动器，其特征在于所说的振荡装置至少向所说的第二电源、第三电源和驱动信号供给装置中的每一个提供给定的时钟脉冲。

19.按照权利要求18所说的AC驱动器，其特征在于提供给所说的第二电源和第三电源的每一个的时钟脉冲的频率设定在1—15KHz范围内，提供给所说的驱动信号供给装置的时钟脉冲的频率设定在100—500Hz范围内。

20.按照权利要求19所说的AC驱动器，其特征在于驱动所说的第二电源所用的时钟脉冲也用来驱动所说的第三电源。

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