CN1158907C - 带有压电变压器保护电路的冷阴极管发光电路 - Google Patents

Abstract

一种使冷阴极管发光的冷阴极管发光电路，包括：压电变压器，用于产生使冷阴极管发光的交流输出；压控振荡器，用于利用谐振频率附近的受控振荡频率，产生一个振荡信号；对振荡信号作出响应的驱动电路，用于驱动压电变压器；冷阴极管电流检测电路，用于检测流经与压电变压器相连的冷阴极管的电流，以便根据检测的电流产生检测信号，压控振荡器的振荡频率受检测信号控制；以及保护电路，用于根据压电变压器的负载阻抗保护压电变压器。

Description

带有压电变压器保护电路的冷阴极管发光电路

本发明涉及发光冷阴极管的交流电源，更具体地说涉及具有采用压电变压器作为逆变变压器的逆变器的冷阴极管发光电路。

已知在现有技术中，逆变器包括一个变压器和一个开关电路，开关电路用来在一定的开关频率下切换直流输入，以便驱动变压器。于是，从变压器得到直流/交流逆变电源。这种变压器称为逆变变压器。

冷阴极管用作个人计算机、字处理器或其它电子设备特别是笔记本式的电子设备中的液晶显示器(LCD)的背光。

为了满足体积小、重量轻的要求，压电变压器已经被用作冷阴极管发光电路中的逆变变压器。

然而，当逆变器接通电源时，冷阴极管在开始阶段发光有一定困难，因此由于冷阴极管的这一特性，就出现了问题。在环境温度较低的情况下，电流几乎不流经冷阴极管，所以这一问题便显得更突出。当冷阴极管不发光时，压电变压器在其输出端保持开路，因此压电变压器在最坏的情况下会被损坏。

另一方面，已知的冷阴极管发光电路常常具有光亮度控制电路或减光器电路。减光器电路控制逆变器中的开关操作，使开关操作以减光频率间歇地停止。具体地说，减光器电路产生作为减光信号的脉冲信号，该信号所具有的减光频率比较高，但比开关频率低许多。减光脉冲信号的占空比由手动选择器控制在一个所需的值。这样，开关操作分别在减光脉冲信号的每个接通(ON)期间和每个关断(OFF)期间进行和停止。压电变压器向冷阴极管间歇地提供交流输出电压。冷阴极管在以减光频率的每个接通期间反复地操作。因此，冷阴极管就能通过由手动选择器选择的所需占空比调节其亮度。

在液晶显示器中，显示是利用驱动信号进行扫描实现的。如果液晶显示器中的扫描频率和减光频率没有稳定的关系，那么由于这两个频率之间的差，由光干涉引起的干涉条纹就会出现在屏幕上。

例如，在液晶显示器的监视器中，扫描频率一般是1千赫至100千赫，而减光频率一般是100赫兹至1千赫。然而，减光信号的高阶的频率分量与扫描频率基本相等或略有不同，将造成在液晶显示器上的干涉条纹。

这一问题可以通过根据液晶显示器的扫描频率，改变减光频率来避免。

然而，由于各种液晶显示器具有不同的扫描频率，所以对任何一种液晶显示器调整冷阴极管发光电路中的减光器电路的减光频率是很困难的，这将导致成本提高。

避免出现干涉条纹的另一已知办法是在液晶板和冷阴极管之间插入透明导电层，如ITO(In₂O₃：Sn)膜。

然而，透明导电层需要根据液晶板的大尺寸来增大自身的尺寸，这也导致了成本的提高。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有采用压电变压器作为逆变变压器的逆变器的冷阴极管发光电路，即使在环境温度很低的情况下，它在逆变器电源开始接通时，也具有良好的发光特性。

本发明的另一个目的是一种冷阴极管发光电路，即使在其输出端保持开路时，也不会对压电逆变变压器造成损坏。

本发明的再一个目的是提供一种具有采用压电变压器作为逆变变压器的逆变器和具有发光控制电路的冷阴极管发光电路，发光控制电路能够控制作为液晶显示器的背光的冷阴极管的亮度，而不会造成显示器上的干涉条纹。

根据本发明，提供了一种使冷阴极管发光的冷阴极管发光电路，包括：具有给定的谐振频率的压电变压器，用于产生使冷阴极管发光的交流输出；压控振荡器，用于利用谐振频率附近的受控振荡频率，产生一个振荡信号；对振荡信号作出响应的驱动电路，用于驱动压电变压器；冷阴极管电流检测电路，用于检测流经与压电变压器相连的冷阴极管的电流，以便根据检测的电流产生检测信号，压控振荡器的振荡频率受检测信号控制；以及保护电路，用于根据压电变压器的负载阻抗保护压电变压器。

冷阴极管发光电路还包括减光器电路，用于产生一个减光信号，其减光频率和受控占空比对应于冷阴极管的所需亮度，压控振荡器受减光信号的控制，在减光信号的每个接通期间间歇地操作。

冷阴极管是在扫描频率的控制下，通过驱动信号扫描的液晶显示器的背光，冷阴极管发光电路还包括与液晶显示器相连的分频器，用于对扫描频率分频，产生带有分频频率的分频信号，减光器电路根据分频信号，产生具有分频频率作为减光频率的减光信号。

冷阴极管发光电路还包括与分频器相连的频率电压变换器，根据分频信号产生对应于分频频率的电压信号，减光器电路根据电压信号，改变受控占空比，以便在扫描频率改变的情况下，保持冷阴极管的所需亮度。

图1是表示现有技术的冷阴极管发光电路的电路图，包括采用压电变压器的逆变器；

图2是表示现有技术的冷阴极管发光电路的框图，包括采用压电变压器的逆变器；

图3是表示本发明的一个实施例的具有保护电路的冷阴极管发光电路的框图；

图4是表示本发明的另一个实施例的具有另一个保护电路的冷阴极管发光电路的框图；以及

图5是表示本发明的另一个实施例的具有发光控制电路的冷阴极管发光电路的框图。

在描述本发明的最佳实施例之前，先参照附图描述两种常规的冷阴极管发光电路。

参照图1，用于常规的冷阴极管发光电路的逆变器1采用了压电变压器11。当直流电压+Vc施加到逆变器1的输入口时，开关晶体管或驱动晶体管5导通，因此驱动晶体管5的输出电压通过输入端2和3施加到压电变压器11的原边侧。结果，原边电流流经用于检测输出的分压电阻6。

由原边电流引起的分压电阻6上的电压被放大晶体管7放大，然后控制驱动晶体管5的开关。以这种方式，驱动晶体管5的开关频率跟随压电变压器11的谐振频率，保持自振荡，因此与压电变压器11的输出端4相连的冷阴极管50能够发光。

如上所述，在开始或电源接通的状态下上述冷阴极管发光电路具有一个问题。

参照图2，图2表示用于使冷阴极管(C.C.T.)50发光的另一种发光电路，冷阴极管50作为液晶显示器40的背光。该发光电路具有逆变器10，逆变器10包括压电变压器11、压控振荡器(V.C.O.)12、控制电压供给电路13、驱动电路14和冷阴极管(C.C.T.)电流检测电路15。发光电路还具有配备手动选择器或调节器21的减光器电路20，用于产生控制冷阴极管50亮度的减光信号，以便控制其亮度。

接通电源VCC以后，压控振荡器12产生振荡信号，其振荡频率由控制电压供给电路13提供的控制电压确定。振荡信号被送至驱动电路14，使其中的开关晶体管做开关操作，以便将经开关的电源作为原边电源送至压电变压器11的原边侧。因此，振荡频率是一个开关频率。压电变压器11的副边输出送至冷阴极管50，用于使冷阴极管50发光。然后，小的电流流经冷阴极管50。在冷阴极管电流检测电路15检测到作为检测电压信号的电流。具体地说，冷阴极管电流检测电路15包括与冷阴极管50相连的电阻，和与该电阻相连的整流和滤波电路。由于冷阴极管电流从中流过，所以在电阻两端产生交流电压，该交流电压被整流和滤波电路整流和滤波。这样，从整流和滤波电路得到检测的电压信号。检测电压信号被送至控制电压供给电路13。控制电压供给电路13根据检测电压信号调节控制电压信号的电平。这样，流经冷阴极管50的电流被反馈至压控振荡器12，控制其振荡频率，使其跟随压电变压器11的谐振频率。结果，压电变压器11的副边输出电压升高，使冷阴极管50开始放电。因此，流经冷阴极管50的电流突然升高，压控振荡器12的振荡频率受到控制，并稳定在压电变压器11的谐振频率上。于是，冷阴极管50的发光也保持稳定。

减光器电路20用于调节冷阴极管50的亮度。减光器电路20输出作为减光信号的脉冲信号，其占空比受到控制。占空比由调节手动选择器或开关21选择。根据减光信号，控制电压供给电路13在减光信号的每个关断期间停止向压控振荡器12提供控制电压信号，以便控制压控振荡器12的振荡周期(即开始/停止)。具体地说，控制电压供给电路13具有一个与门，其两个输入端分别施加减光信号和控制电压信号，其输出端与压控振荡器12相连。因此，在减光信号的控制下，控制电压信号间歇地提供给压控振荡器12。于是，在减光信号的接通期间运行压控振荡器12，而在减光信号关断期间停止运行压控振荡器12。据此，冷阴极管50发光和不发光。结果，由于在远远长于减光信号期间的时间段冷阴极管50的平均时间发光强度是根据占空比改变的，所以其亮度便得到了调节。

为了调节占空比，可以采用已知的脉宽调制技术。具体地说，采用基准信号，通过将给定的减光频率的三角波变为方波，产生减光信号。通过操作手动选择器21调节基准电平，改变方波信号或减光信号的占空比。

上述冷阴极管具有如前所述的问题。

现在参照图3描述冷阴极管发光电路。图3中的冷阴极管发光电路与图2的电路类似，只是增加了保护电路30，用于保护压电变压器11免受负载阻抗变化的损害。为了使描述简化，相同的部分用相同的参考号表示，并省略对它们的描述。

如上所述，当由于其变暗的效应或处于低温下，冷阴极管50不能发光时，压电变压器11的副边侧保持开路，因此压电变压器11承受了过量的电能，从而被损坏。

因此，为了保护压电变压器11，保护电路30检测流经压电变压器11的原边侧的电流。当检测到过大的电流时，保护电路30输出一个检测信号或停止信号。根据该检测信号，压控振荡器12暂时停止其输出。具体地说，保护电路30包括连接在驱动电路14的输出端和地之间的电阻，电压比较器具有与驱动电路14的输出端相连的一个输入端和与基准电压源相连的另一输入端。当电阻两端的电压超过基准电压时，电压比较器产生检测信号。检测电压被作为停止信号送至压控振荡器12。例如，压控振荡器12在其输出电路具有一个开关，它由停止信号关断。结果，驱动电压不施加到压电变压器11的原边侧。然后，电流在压电变压器11的原边侧不流动，因此，保护电路30不产生检测信号。这样，压控振荡器12再次工作，输出振荡信号，驱动电源再次施加到压电变压器11的原边侧。

在开始阶段，在保护电路30的控制下，压控振荡器12反复进行停止和再开始操作，直到冷阴极管50发光，因此在冷阴极管电流检测电路15检测到冷阴极管电流。在重复期间，猝发交流电压立即加到压电变压器11上。考虑到确保发光性能和保护压电变压器11，施加猝发电压的时间不要超过20毫秒。

另一方面，如果由于冷阴极管50损坏，压电变压器11的副边侧保持开路，那么冷阴极管电流不流动，即使重复上述操作。因此，需要在经过几秒之后停止上述重复操作。为此，例如可以提供定时器电路，定时器电路31具有预定的定时器操作时间，例如几秒。在定时器操作时间终止之前，在冷阴极管电流检测电路15检测到冷阴极管电流时，释放定时器电路31。另一方面，除非在定时器操作期间检测到冷阴极管电流，当定时器操作时间终止时定时器电路31产生定时器信号。定时信号作为另一停止信号送至压控振荡器12。因此，压控振荡器12停止向驱动电路14输送其输出。

参照图4，图4所示的发光电路是图3电路的一种变形。具体地说，保护电路30’不是检测压电变压器11的原边电流，而是检测压电变压器11的副边电流。当保护电路30’检测到在压电变压器11的副边侧电压超过一个预定的电压时，保护电路30’产生检测信号。保护电路30’包括电压比较器，该电压比较器具有两个输入端和一个输出端，两个输入端分别与压电变压器11的副边输出和基准电压源相连。当压电变压器11的副边输出电压超过基准电压时，在其输出端产生检测信号。检测信号作为停止信号送至压控振荡器12。压控振荡器12停止振荡。

参照图5，图5所示的冷阴极管发光电路与图2所示的电路类似，只是提供了对减光器电路20的控制。为了使描述简化，相同的部分用相同的参考号表示，并省略对它们的描述。

冷阴极管发光电路提供了连接端22，与液晶显示器40的液晶板模块41相连，并接收来自与之相连的液晶板模块41的液晶显示器驱动信号。冷阴极管发光电路具有分频器电路23，被施加来自模块41的液晶显示器40的驱动信号，并将扫描频率分频，产生分频信号。分频率可根据需要适当确定。分频信号被送至减光器电路20。

减光器电路20对分频信号进行波形变换(或波形整形)，将分频信号变成频率相同的三角波信号，再将三角波信号变成方波信号。在变成方波之前，采用由手动选择器21设定的占空比调节三角波的基准电平。因此，经变换的方波具有对应于所需亮度的占空比。以这种方式，减光信号被送至控制电压供给电路13，控制冷阴极管50的亮度。

由于减光信号的频率与液晶显示器的驱动扫描频率同步，所以在显示屏上不会出现干涉条纹。此外，仅通过将液晶板模块41与冷阴极管发光电路相连，使减光信号的频率与液晶显示器的驱动扫描频率同步。因此，即使对于具有不同扫描频率的液晶显示器，也不需要改变设置或调节减光信号的频率，这是个优点。

应注意的是，当减光频率在恒定的占空比下改变时，单位时间的接通次数之和变成不是恒定的。因此，冷阴极管50的平均时间发光强度即亮度变得不恒定。因此，假如液晶显示器具有不同的扫描频率，即使根据相同的亮度手动选择器21被调节到相同的占空比，冷阴极管50的亮度也不能被控制到相同的亮度，这是很不方便的。

为了解决这一不方便的问题，冷阴极管发光电路还包括频率电压变换器(f-v变换器)24。频率电压变换器24被施加来自分频器电路23的分频信号，并将其变成对应于其频率的电压信号。该电压信号被送至减光器电路20。

根据该电压信号，减光器电路20改变手动选择器21选择的基准电平，于是根据手动选择器21选择的相同的所需亮度的减光频率，改变减光信号的占空比。因此，与液晶显示器40的扫描频率无关，对手动选择器21相同的操作，冷阴极管的实际的亮度变得恒定。图5所示的冷阴极管发光电路也能提供结合图3所示的保护电路30和定时器电路31，如在图5中以相同的参考号用点划线画出的那样。也能用图4所示的保护电路30’代替保护电路30。

Claims (6)

1.一种使冷阴极管发光的冷阴极管发光电路，包括：

具有给定的谐振频率的压电变压器，用于产生使冷阴极管发光的交流输出；

压控振荡器，用于利用所述谐振频率附近的受控振荡频率，产生一个振荡信号；

对所述振荡信号作出响应的驱动电路，用于驱动所述压电变压器；

冷阴极管电流检测电路，用于检测流经与所述压电变压器相连的所述冷阴极管的电流，以便根据检测的电流产生检测信号，所述压控振荡器的振荡频率受检测信号控制；以及

保护电路，用于根据所述压电变压器的负载阻抗保护所述压电变压器；

所述冷阴极管发光电路还包括定时器电路，当所述冷阴极管发光电路开始工作时所述定时器电路开始运行，然后运行一段给定的时间，当经过所述给定时间后，停止所述压控振荡器，在开始以后所述定时器电路的给定时间内，当所述冷阴极管电流检测电路产生所述检测信号时，所述定时器电路释放。

2.根据权利要求1的冷阴极管发光电路，其特征在于所述保护电路检测所述压电变压器的输入电流，仅当所述输入电流超过一个预定值时，才产生一个停止信号，停止所述压控振荡器，因此当冷阴极管开始发光时，所述发光电源间歇地施加到冷阴极管上。

3.根据权利要求1的冷阴极管发光电路，其特征在于所述保护电路检测所述压电变压器的副边电压，仅当所述副边输出超过一个预定值时，才产生一个停止信号，停止所述压控振荡器，因此当冷阴极管开始发光时，所述发光电源间歇地施加到冷阴极管上。

4.根据权利要求1的冷阴极管发光电路，其特征在于还包括减光器电路，用于产生一个减光信号，其减光频率和受控占空比对应于冷阴极管的所需亮度，所述压控振荡器受所述减光信号的控制，在所述减光信号的每个接通期间间歇地操作。

5.根据权利要求4的冷阴极管发光电路，其特征在于所述冷阴极管是在扫描频率的控制下，通过驱动信号扫描的液晶显示器的背光，冷阴极管发光电路还包括与所述液晶显示器相连的分频器，用于对所述扫描频率分频，产生带有分频频率的分频信号，所述减光器电路根据所述分频信号，产生具有分频频率作为所述减光频率的所述减光信号。

6.根据权利要求5的冷阴极管发光电路，其特征在于还包括与所述分频器相连的频率电压变换器，根据所述分频信号产生对应于所述分频频率的电压信号，所述减光器电路根据所述电压信号，改变所述受控占空比，以便在所述扫描频率改变的情况下，保持所述冷阴极管的所需亮度。

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