CN1128432A - 驱动压电变压器的电路装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制压电变压器的装置包括变压器驱动器给变压器提供驱动电压，驱动电压的频率由频率振荡器控制。负载电流监测器，监视流过像由变压器供电的荧光管等负载的负载电流。当变压器初始驱动时，频率扫描控制器控制频率振荡器作频率下降扫描，此时，驱动电压的频率从预定较高频率向预定较低频率扫描；在变压器稳定运行后，频率扫描控制器继续控制频率振荡器，当负载电流降到低于第一预定值的第二预定值时进行频率下降扫描。

Description

驱动压电变压器的电路装置和方法
本发明涉及使用压电变压器的电源的改进，特别涉及有效驱动带高压交流(交流电)负载的压电变压器的电路装置和方法。本发明很适用于笔记本式计算机的后窗式(backlit)显示器中的冷阴极荧光管-但并不仅限于此。
为了减小提供交流高压的电源的尺寸，已经主张使用压电变压器来代替通常的电磁式变压器。当使用电源中的压电变压器产生交流高压时，众所周知是使用一个反馈回路来实现压电变压器的稳定工作的。例如日本特许公开说明书Nos.61-152165，4-49846，4-133657和5-219730所披露的现有技术。
这些现有技术披露了各种响应于变压器的输出电压和/或电流控制驱动频率的反馈技术。但是，当开始工作的时候，有必要确保压电变压器的稳定激发。而且，非常重要的是准备防止变压器正常工作时出现的意外情况。例如，当系统的主直流电源的电压下降引起负载电流减少的时候，有必要维持变压器的稳定工作。进一步的，当变压器在稳定运行期间，意外失去负载时，预防压电变压器的损坏是十分重要的。
本发明的一个目的是提供一种有效激发压电变压器的电路。
本发明的另一个目的是提供一种有效激发压电变压器的方法。
所述的控制压电变压器的装置，包括：
向所述压电变压器提供驱动电压的驱动器设备(12)；
控制所述驱动电压的频率的频率振荡器设备(18)；
监测流过由所述变压器供电的负载的负载电流的设备(20，22，24，26)；以及
频率控制设备(16)，当所述变压器被初始驱动时，它控制所述频率振荡器设备进行频率下降扫描，此时，所述驱动电压的频率从预定的较高频率向预定的较低频率扫描；在所述变压器进入稳定运行后，所述频率控制设备继续控制所述频率振荡器设备，当负载电流降到低于所述第一预定值的第二预定值时进行所述频率下降扫描。
为了更清楚地理解本发明的特点和优点，下面将结合附图说明，附图中相同的部件用相同的数码标记。
图1是本发明的第一个实施例的方框图；
图2是显示谐振频率附近压电变压器输出输入电功率之间关系的曲线图；
图3显示的是图1中的电路被初始驱动时，在第一个频率扫描期间，负载电流被会聚于理想值的方式；
图4显示的是图1中的电路被初始驱动时，在第二个频率扫描期间，负载电流被会聚于理想值的方式；
图5是本发明的第二个实施例的方框图；
图6是本发明的第三个实施例的方框图；
图7是本发明的第四个实施例的方框图。
下面参照附图1-4讨论本发明的第一个优选的实施例。
图1所示为一个被有效地耦合到一个负载上的压电变压器驱动电路的方框图。如图所示，压电变压器10被变压器驱动器12直接驱动并且给一个冷阴极荧光管14(即负载)提供交流高电压。众所周知，在现有技术中提供驱动器12是为了放大交流驱动电压达到一个合适的电压值，这个电压值的大小取决于被驱动的变压器的物理尺寸。
在讨论附图1之前，先看附图2。附图2所示的是压电变压器10被从低于112KHz到高于118KHz之间频率驱动时，压电变压器10的功率效率(用Pe表示)的曲线图。在这里假设变压器10被耦合到荧光管12上。在这个特殊的情况下，变压器10的谐振频率(用Fr表示)假设为115KHz，输入输出的电功率(用Pin和Pout表示)在3.4w左右。该曲线表明功率效率Pe(即，Pout/Pin)在频率高于且接近谐振频率Fr的频率范围内比较高。所以，在这段频率范围内，(即，高于且接近谐振频率Fr)来驱动压电变压器是十分合理的。
参照本发明，变压器10工作在稳定状况的时候流过管12的负载电流被确定，以便获得高于且接近谐振频率Fr的频率驱动变压器。为此目的，当压电变电压器10被初始驱动的时候，加到变压器10上的驱动频率从预先设定的最高频率向预先设定的最低频率扫描。换言之，上述下降频率扫描以高于且接近谐振频率(Fr)的驱动频率建立一理想的负载电流(参见图3和图4)。如图4所示，在该实施例中假设最高频率和最低频率分别是130KHz和100KHz。而且，驱动频率约为116KHz时，理想负载电流为5mA。
再回到附图1，当压电变压器10被初始驱动的时候，频率扫描控制器16接收来自外电路(图中没有)的接通电源信号，该外电路要求激发荧光管14。响应于电源接通信号，控制器16发出一控制信号给电压控制振荡器18(VCO)，由VCO18发出变压器驱动频率，该频率从130KHz到100KHz线性递减(即，使用频率下降扫描)。变压器驱动频率的电压被适当地放大并且加到变压器10上，反过来变压器10将交流高压输出加到荧光管14上。
流过荧光管14的电流在整流/滤波电路中被整流并滤波，并且在电压驱动器22的一端呈现出电压VL。然后电压VL在比较器24上与参考电压VR1比较。参考电压VR1对应于上面提及的理想负载电流(例如3mA)。电压VL也在比较器26上与另一个参考电压VR2比较，比较器26的输出(即比较结果)在下面讨论的这一步中的频率扫描控制器16中被忽略了。
如图3所示，从T0时刻变压器10被初始驱动以后，如果电压VL在初始的扫描循环中的T1时刻超过了参考电压VR1，比较器24就发出一个逻辑1(举例说)，逻辑1就被加到了频率扫描控制器16和VCO控制器28上。在这种情况下，频率扫描控制器16中止VCO18继续维持第一个频率扫描过程。另一方面，VCO控制器28控制VCO18以便稍微增加驱动频率。换句话说，T1时刻以后，VCO控制器28是以使电压VL趋于参考电压VR1的方式控制VCO18的。这个反馈过程在现有技术中是众所周知的。
另一方面，如图4所示，如果在从T0到T2的第一个频率扫描期间电压VL上升失败，以至于没有超过参考电压VR1，在第一个频率扫描期间比较器24就不发出逻辑1。频率扫描控制器16检测到这种情况并且在从T2到T3期间迅速将驱动频率从最小值100KHz变到最大值130KHz。在此之后，从T3时刻开始第二个扫描过程。如图4所示，在第二个频率扫描期间的T4时刻电压VL超过参考电压VR1。T4时刻以后两个控制器16和28的工作过程与附图3中描述的相同。
一旦荧光管14被驱动并进入稳定状态，流过荧光管14的电流(负载电流)就基本上维持一个常数(例如在这个实施例中是3mA)。可是，由于外电路(图中没有)供能电压的下降，负载电流可能会不理想地降低。依照本发明，当荧光管进入稳定状态以后，比较器26就一直在检测并判断电压VL是否低于参考电压VR2，VR2是低于参考电压VR1的参考电压。当VL＜VR2时，比较器26就发出逻辑1。频率扫描控制器16响应于这个逻辑1并且指示VCO18再次执行已经参照附图3、4讨论的频率扫描。在第一个或随后的某一个频率扫描过程中如果供能电压恢复到正常值，负载电流就增加到预定值(即，理想负载电流)，而荧光管14就再次进入正常工作状态。
如果前述的频率扫描没有被执行(即，如果没有比较器26)，附图1中的电路就会碰到下列困难。这就是如上所述的，当荧光管14正常工作的时候驱动频率(Fr)维持在谐振频率以上。所以，当负载电流降到预定值以下(3mA以下)，(即，电压VL降到参考电压VR2以下)，VCO控制器28响应于这个过程，试图降低驱动频率来增加负载电流。但是，在供能电压已经降低的情况下提高负载电流是不可能成功的。所以，驱动频率最终降到最低频率(100KHz)并维持在这个频率。这就意味着即使供能电压恢复到正常值，变压器也不能被预先确定的高于谐振频率(Fr)的驱动频率所驱动。
参照附图5，本发明的第二个实施例用方框图的形式表示。
本发明的第二个实施例与第一个实施例(图1所示)的不同在于第二个实施例还包括一个输出电压检测器30和一个比较器32。为了简化说明，附图5中的在附图1-4中已经描述的方框就不再描述。检测器32被设置来检测压电变压器10的输出电压，而比较器32被设置来将检测的输出电压与参考电压VR3比较。比较器32的比较结果被提供给频率扫描控制器16。
本发明的第二个实施例提供了一种装置，该装置可以有效地防止输出电压突然上升引起过份的振动而使得变压器10被严重地或永久性地损坏。当变压器10和荧光管14之间的连接意外断开造成变压器输出端开路时，变压器的输出电压会发生异常升高(举例来说)。特别地，比较器32一直将参考电压VR3与一个与变压器10输出端上的电压成正比的电压Vout进行比较。当然，参考电压VR3依据所使用的变压器根据经验来确定。
图6是本发明的第三个实施例的方框图。第一个实施例与第三个实施例之间的不同就在于第三个实施例还包括一个驱动频率中断控制器40。第三个实施例的其它部分与第一个实施例的电路是相同的，因此为了简短起见，相同部分的描述就不再给出。
控制器40有一个发生一序列200Hz(举例来说)脉冲的脉冲发生器(图中没有)。脉冲的每一个功率因数可由外电路(图中没有)加到控制器40的功率因数控制脉冲控制。当每一个脉冲为高电平(导通)时，控制器40控制驱动器12以便驱动频率加到变压器10上。另一方面，每一个脉冲为低电平(不导通)时，控制器40控制驱动器12以便阻止驱动频率加到变压器10上。所以，变压器10的平均电功率输出可以通过调节每一个脉冲的功率因数而得到调节。这就说明荧光管14的亮度能够被控制。
当本发明的第三个实施例被加到笔记本式计算机的后窗式显示器上时，使用者使用一个合适的电子元件，如被包括在上述外部电路中的容量调节器，通过控制液晶显示器(LCD)后面的背景光(即：通过控制功率因数)来调节显示器的对比度。
当第三个实施例被提供给由59.94Hz的帧同步频率(国际电视系统委员会的电视NTSC制式标准)驱动的后窗式显示器的时候，该脉冲频率应与帧同步频率明确地分开。这一点对于避免该脉冲频率与帧同步频率之间的干扰引起的不理想的视觉观察，如波纹帧面，闪烁等，非常重要。
另一方面，相同的论述也适用于帧同步频率为50.00Hz的PAL或SECAM制式的情况。
依据本发明人所做的实验，将该脉冲频率限制在帧同步频率整倍数的±10Hz之间是十分可取的。
在上述的情况中，中断控制器40周期性地闭锁送往变压器的驱动频率。做为一种选择方案，控制器40可以被耦合到VCO上来间断地阻止驱动频率的发出。
附图7是本发明的第四个实施例的方框图。第四个实施例是由第二个和第三个实施例结合而构成，从以前的论述已经能够理解第四个实施例的工作过程。
上述论述只是本发明的可能的四种实施例，本发明并不仅限于上述实施例。

Claims (7)

1.一种控制压电变压器的装置，包括：
向所述压电变压器提供驱动电压的驱动器设备(12)；
控制所述驱动电压的频率的频率振荡器设备(18)；
监测流过由所述变压器供电的负载的负载电流的设备(20，22，24，26)；以及
频率控制设备(16)，当所述变压器被初始驱动时，它控制所述频率振荡器设备进行频率下降扫描，此时，所述驱动电压的频率从预定的较高频率向预定的较低频率扫描；在所述变压器进入稳定运行后，所述频率控制设备继续控制所述频率振荡器设备，当负载电流降到低于所述第一预定值的第二预定值时进行所述频率下降扫描。
2.如权利要求1所述的装置，还包括当所述负载电流超过第一预定值时控制所述驱动电压的频率汇聚于预定频率的设备(28)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述的负载是一荧光管(14)。
4.如权利要求1，2或3所述的装置，其中所述第一预定值高于且接近所述变压器的谐振频率。
5.如权利要求1，2，3或4所述的装置，还包括：检测所述变压器输出电压的设备(30)；以及监视所述输出电压的设备(32)，而且
当所述输出电压超过一预定电压时，所述频率控制设备将所述驱动电压的频率降至所述预定的较低频率。
6.如权利要求5所述的装置，还包括控制所述驱动器设备或所述频率振荡器设备间断驱动所述变压器的设备(40)。
7.如权利要求6所述的装置，其中间断驱动所述变压器的频率不许接近电视和视频帧同步频率的整数倍。
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