CN1243414A

CN1243414A - 用于激励冷阴极荧光灯的电路

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Publication number: CN1243414A
Application number: CN 99107565
Authority: CN
Inventors: 林永霖; 周维凡; 刘光华
Original assignee: O2Micro International Ltd
Current assignee: O2Micro International Ltd
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-02-02
Anticipated expiration: 2019-05-26
Also published as: CN1236654C

Abstract

一种用于同时激励至少一对串联连接的CCFL的电路。电路还包括具有适于接收交变电流的初级绕组的变压器。次级绕组串联连接于CCFL以激励它们工作。并联于一个CCFL的旁路电容器显著地减小必须施加到CCFL两端的峰值电压。通常,电路还包括串联连接在CCFL和变压器的次级绕组之间的隔离电容器。该隔离电容器提供了次级绕组与CCFL之间的DC阻隔和电隔离。

Description

用于激励冷阴极荧光灯的电路

本申请要求1998年5月26日申请的序列号为60/086,821的美国临时专利申请的权益。

本发明一般涉及用于提供激励冷阴极荧光灯(“CCFL”)的电能的电路，更具体地讲，是利用来自单个变压器的电能同时激励至少一对CCFL的电路。

广泛使用CCFL为无源显示器提供背景照明，特别是为数字计算机使用的液晶显示器(“LCD”)提供背景照明。但是，传统的背景照明应用仅需要一个单独的、使用图1中所示电路提供电能的CCFL。如图1中所示，对于典型的背景照明应用，交流(“AC”)电源22在升压变压器26初级绕组24的两端提供大约20至100千赫(“KHz”)的较低的电压的电能，例如，3.0至25.0伏。变压器26还包括次级绕组28，次级绕组28具有比初级绕组24更多的匝数，例如100倍的匝数。因此，变压器26把施加在初级绕组24两端的比较低的AC电压提高到次级绕组28两端的大约300至2,500伏的AC电压。

为了激励单CCFL32工作，CCFL32与变压器26的次级绕组28和隔离电容器34串联连接。隔离电容器34提供次级绕组28与CCFL32之间的直流(“DC”)阻隔和电隔离。对于背景照明计算机LCD所用的常规CCFL32，隔离电容器34通常具有大约10至68微微法(“pf”)的电容量。

当CCFL32关闭时，即，不发射任何光时，初始施加于CCFL32两端的AC电压升高到大约1000至1600伏的击穿电压。在CCFL32两端电压达到击穿电压之前，CCFL32是非导电状态，即，基本上没有电流流过CCFL32，只有泄漏电流流过次级绕组28和隔离电容器34。当CCFL32击穿时，进入了适当电流流过CCFL32的导电状态，并且CCFL32开始发光；CCFL32两端的电压降落到大约350至600伏的保持电压。在CCFL32成为导电状态时CCFL32两端电压降落到保持电压的现象通常称为负阻抗。在CCFL32成为导电状态和开始发光之后，在直到次级绕组28两端的AC电压降低到低于保持电压一段时间为止的时间间隔中，隔离电容器34两端的电压基本上保持恒定。由于较高频率的AC电能提供到变压器26的初级绕组24，使CCFL32返回到非导电状态需要把灯两端的电压降低到保持电压以下一段时间，这段时间比CCFL32两端的AC电压的一个周期长得多。当次级绕组28两端的AC电压降低到保持电压以下足够长的一段时间后，CCFL32又成为非导电状态，并且停止发光。最初发生击穿后的每个AC电压周期中，CCFL32导电两次，电流首先在第一保持电压时间间隔中以一个方向流过CCFL32，然后在第二保持电压时间间隔中以相反的方向流过CCFL32。

最近，计算机显示器已经开始使用较大面积的LCD，为了适当的背景照明需要使用至少两个(2)CCFL32a和32b。图2示出了可以用于激励两个(2)CCFL32a和32b工作的电路，其中两个(2)CCFL32a和32b分别通过相同的、独立的隔离电容器34并联连接于变压器26的次级绕组28的两端。但是，CCFL32a和32b的负阻抗特性将导致在每个其中有有效电流流过CCFL32a和32b的AC周期中的时间间隔中在CCFL32a和32b的两端产生较低的保持电压。因此，在图2所示的电路中，为使CCFL32a和32b正常地工作，隔离电容器34a和34b的选择是十分关键的。

图2中所示的CCFL32a和32b中的每个所产生的光量在很大程度上取决于分别流过CCFL32a和32b的电流。流过CCFL32a和32b的电流越多，发出的光越亮。如下面等式指出的，根据基尔霍夫电压定律，流过每个并联连接的隔离电容器34a和34b以及CCFL32a和CCFL32b的电流为：

\overset{&OverBar;}{V_{P}} = \overset{&OverBar;}{V_{C 1}} + \overset{&OverBar;}{I_{1} Z_{1}} = \overset{&OverBar;}{V_{C 2}} + \overset{&OverBar;}{I_{2} Z_{2}}

其中，

V_P是次级绕组28两端的电压。

V_Ci是电容器“i”两端的电压。

I_i是流过CCFL32_i的电流。

Z_i是CCFL32_i的阻抗。

每个参数上方的“^-”代表流过该参数说明的电成分的AC相位。

从图1中所示的电路和上面的等式可以清楚地知道，两个(2)CCFL32a和32b中的任何一个实际上可以“霸占”变压器26次级绕组28供给的全部电流。如果CCFL32a和32b中的一个(1)霸占了全部电流，该特定CCFL32的寿命将缩短，这相当于缩短了CCFL32a和32b对的寿命。相应地，如果CCFL32a和32b中的一个霸占了次级绕组28供给的全部电流，该特定CCFL32将比另一个CCFL32更亮，并且LCD的背景照明将不均匀。

上述电路的另一个缺点是，图2所示的变压器26的次级绕组28所用的导线必须比图1中所示次级绕组28所用的更大。CCFL32a和32b每个的满负荷额定电流一般大约为5毫安(“mA”)均方根(“rms”)。因此，流过图2所示的变压器26次级绕组28的rms电流近似为10mA rms。为保持变压器26的电效率，使流过次级绕组28的电流加倍需要把次级绕组28所用的导线的尺寸加倍。把次级绕组28使用的导线的尺寸加倍将使变压器26的尺寸增大大约一倍。

总之，作为图1所示电路的常规扩展的用于激励两个CCFL32a和32b工作的图2中所示的电路显示了如下缺点：

1.变压器26的尺寸增大到大约1.8至2.0倍；

2.很难设计使隔离电容器34a和34b在所有操作条件下都与CCFL32a和32b匹配；

3.由于电流霸占，CCFL32a和32b显示出不均匀的亮度，这也降低了CCFL32a和32b的寿命，和包括CCFL32a和32b的电子系统的可靠性和操作特性。

图3示出了可以用于激励两个(2)CCFL32a和32b工作的另一个电路，其中两个(2)CCFL32a和32b与单个隔离电容器34串联连接在变压器26的次级绕组28的两端。与图2中所示的电路相比，图3中的电路保证了基本上相同的电路流过CCFL32a和32b。因此，当与图3中所示电路结合时，CCFL32a和32b发出近似相同的光量，并且在图3中所示的电路中工作不会显著地降低CCFL32a和32b任何一个的寿命。

但是，为了保证施加于串联连接的CCFL32a和CCFL32b的电压超过各CCFL32a和32b击穿电压的两倍，次级绕组28能够施加于串联连接的隔离电容器34和CCFL32a和32b的两端的输出电压必须两倍于图1或2中所示变压器26的次级绕组28施加的输出电压。结果，图3中所示变压器26的次级绕组28一般必须有两倍于图1或图2中所示变压器26的次级绕组28的匝数，尽管次级绕组28所用的导线的尺寸一样。但是，加倍变压器26产生的电压不仅增加了次级绕组28所需的匝数，而且必须提高电绝缘以防止在更高的峰值电压击穿和起弧。

那么，总体上讲，也是作为图1所示电路的常规扩展的图3所示的用于激励两个CCFL32a和32b工作的电路显示了以下缺陷：

1.变压器26近似增大到1.8至2.0倍；

2.图3中所示隔离电容器34的额定电压必须两(2)倍于图1和2中所示隔离电容器34的额定电压；和

3.像CCFL32a和32b之间的杂散电容和导线电感之类的寄生现象使得均衡流过CCFL32a和32b中每个的电流变得困难。

本发明提供了一种利用单一变压器供给的电能同时激励至少一对CCFL的改进的电路。

本发明的一个目的是要提供一种利用更简单的变压器供给的电能同时激励至少一对CCFL的改进的电路。

本发明的另一个目的是要提供一种利用单一变压器供给的电能均匀地激励至少一对CCFL的改进的电路。

本发明的再一个目的是要提供来自用单一变压器供给的电能激励的至少一对CCFL的均匀的照明度。

本发明的再一个目的是要提高用单一变压器供给的电能激励的一对CCFL的可靠性。

本发明的再一个目的是要提供一种用于激励至少一对CCFL工作的高通量电源。

本发明的再一个目的是要提供一种用于激励至少一对CCFL工作的较小的电源。

本发明的再一个目的是要提供一种用于激励至少一对CCFL工作的低价的电源。

本发明的再一个目的是要增加使用多个CCFL的不同产品的数量。

简单地讲，根据本发明的用于同时激励至少一对CCFL的电路包括串联连接的第一CCFL和第二CCFL。如上所述，第一和第二CCFL分别具有击穿电压。根据本发明的电路还包括具有适于接收AC的初级绕组的变压器。变压器的次级绕组串联耦合于串联连接的第一和第二CCFL，以供给激励两个串联连接的CCFL工作的电流。根据本发明的电路还包括并联连接于第一CCFL的旁路电容器。并联连接于第一CCFL的旁路电容器显著地降低次级绕组必须提供给串联连接的第一和第二CCFL两端的电压，即，电压显著地小于第一和第二CCFL的击穿电压的和。

根据本发明的电路的一个特定优选实施例还包括串联连接在串联连接的第一和第二CCFL与变压器的次级绕组之间的隔离电容器。电路中包括的该隔离电容器提供了变压器次级绕组与两个CCFL之间的DC阻隔和电隔离。

以下通过对各附图中所示的优选实施例的详细说明，熟悉本领域的普通技术人员将理解或了解这些和其它特征、目的和优点。

图1是说明用于激励单一CCFL工作的现有技术电路的示意图，其中CCFL与单一电容器串联连接在变压器的次级绕组的两端；

图2是说明可以用于激励两个CCFL工作的现有技术的电路的示意图，其中两个CCFL分别通过单个电容器并联连接在变压器的次级绕组的两端；

图3是说明可以用于激励两个CCFL工作的现有技术的电路的示意图，其中两个CCFL与单个电容器串联连接在变压器次级绕组的两端；

图4是说明根据本发明的用于激励两个CCFL工作的电路的示意图，其中两个CCFL与电容器串联连接在变压器次级绕组的两端，并且其中一个旁路电容器并联连接于一个CCFL两端；

图5是说明图4电路的示意图，示出了与相邻于CCFL的结构有关的寄生电容；和

图6是说明图4的电路的示意图，其中两个CCFL与旁路电容器之间的接点连接于电路的接地点。

图4示出了根据本发明的用于激励两个CCFL32a和32b工作的电路。与图3的电路图相同，在图4所示的电路中，两个(2)CCFL 32a和32b与单一隔离电容器34串联连接在变压器26的次级绕组28的两端。但是，与图3的电路图不同的是，图4所示电路还包括并联连接于CCFL32a或32b中的一个的旁路电容器36。在图4所示的本发明的这个特定实施例中，旁路电容器36并联于CCFL32a两端。注意在原理上旁路电容器36也可以并联连接于CCFL32b。

图4中所示的电路技术在CCFL32a未导电时有效地降低了它的阻抗。结果，在CCFL32a和32b都处于它们的非导电状态时，出现在次级绕组28两端的大部分电压通过隔离电容器34和旁路电容器36直接施加到CCFL32b的两端，很小一部分电压出现在并联连接的CCFL32a和旁路电容器36的两端。因此，在图4所示的电路中，CCFL32b首先开启并成为导电的，此时CCFL32b两端的电压几乎立即降落到保持电压，并且如上所述维持在保持电压。当CCFL32b两端的电压降落到保持电压时，并联连接的CCFL32a和旁路电容器36两端施加的电压显著地提高，此后CCFL32a开启并成为导电的。

图4所示的电路技术提供了一个如上所述的CCFL32a和32b的开启序列，两个CCFL32a和32b工作所需的次级绕组28两端的最大电压仅需等于CCFL32a或32b中的一个的击穿电压加上CCFL32a或32b中另一个的保持电压的和。结果，图4中所示次级绕组28产生的电压显著小于CCFL32a和32b的击穿电压的和。由于图4所示的电路技术显著地降低了次级绕组28两端的最大电压，为了给激励CCFL32a和32b提供电能，包括在图4所示电路中的变压器26仅需比图1中所示电路所用变压器26大约大33％。

由于提供给CCFL32a和32b的高压、高频电能，CCFL32a和32b与相邻的LCD显示器的导电结构之间的寄生电容使变压器26提供的电能承受了很大的负担。图5示意性地示出了这种相邻结构42a和42b，以及由结构42a和42b产生的“集总”寄生电容44a和44b。在CCFL32b是非导电的同时，除了把次级绕组28提供的大部分电压施加到CCFL32b之外，旁路电容器36还将补偿通过寄生电容44a流出CCFL32a的损失电流的电流提供给CCFL32b。通过旁路电容器36供给补偿电流更好地保证了流过CCFL32b的电流等于流过CCFL32a的电流，并因此使两个CCFL32a和32b的亮度相同。

旁路电容器36的不同电容值产生了在CCFL32b成为导电的之后CCFL32a成为导电的之间的不同的时间间隔。当把日本东京Stanley出售的CBY3-250N0型CCFL32a和32b结合到图4和5所示的电路中时，其操作如下。当电源22向初级绕组24提供60KHz频率的电能，并且电压最好在6.0至25.0伏之间，旁路电容器36具有5pf的值，和隔离电容器34具有22pf的值时，在CCFL32b之后大约55.2毫秒(“ms”)CCFL32a成为导电的。如果旁路电容器36具有15pf的值时，那么在CCFL32b之后大约60.4msCCFL32a成为导电的。如果旁路电容器36具有33pf的值，那么在CCFL32b之后大约66.8msCCFL32a成为导电的。施加于初级绕组24两端的电压的低限，例如，6.0伏，最好两倍于施加于图1所示的变压器26的初级绕组24两端的电压，因为在导电和发光时由图4和5中所示的次级绕组28施加于串联连接的CCFL32a和32b两端的电压大约两倍于图1中所示变压器26的次级绕组28必须施加到该图中所示的CCFL32两端的电压。

除了图4和5中示出的用于本发明的电路技术之外，本发明也可以使用其中两个CCFL32a和32b的终端与旁路电容器36之间的接点48连接到电路接地点的电路技术。在一般情况下，接点48连接到电路的接地点将进一步延迟CCFL32a中导电的开始。因此，对于图6中所示的电路技术，如果旁路电容器36具有15pf的值，那么CCFL32a在CCFL32b之后大约83.4ms成为导电的。并且如果旁路电容器36具有20pf的值，那么在CCFL32b之后大约93.0msCCFL32a成为导电的。

尽管本发明是通过本发明的优选实施例说明的，但应当懂得这种说明纯粹是说明性的，不能解释为对本发明的限制。例如，电源22可以是任何为初级绕组24提供交变电流的不同类型的电路，诸如向一振荡器供给电能、向可以是同步或非同步的推挽驱动逆变器供给电能、或是向一逆变器供给电能的补偿调节器；电流同步，零电压开关前端电路；谐振或任何派生谐振电路。此外，如果电源22是一个纯电流源，那么根据本发明的电路可以删除隔离电容器34。因此，熟悉本领域的技术人员在阅读了上述说明之后，无疑可以提出对本发明的各种替代，改变，和/或替代应用，而不脱离本发明的精神和范围。因而，以下的权利要求应当理解为包括落入本发明真实精神和范围内的所有替代、改变或替代应用。

Claims

1.一种用于同时激励至少一对冷阴极荧光灯(“CCFL”)的电路，该电路包括：

串联连接的第一CCFL和第二CCFL，每个CCFL具有各自的击穿电压；

具有适于接收交变电流(“AC”)的初级绕组和串联连接于所述串联连接的第一和第二CCFL的次级绕组的变压器，次级绕组适用于供给激励两个所述串联连接的CCFL工作的电流；和

并联于所述第一CCFL的旁路电容器，因而使次级绕组产生的并且施加到所述串联连接的第一和第二CCFL的两端的电压显著低于所述第一和第二CCFL的击穿电压之和。

2.根据权利要求1所述的电路，还包括串联连接在所述串联连接的第一和第二CCFL与所述变压器的次级绕组之间的隔离电容器。

3.根据权利要求1所述的电路，其中在所述串联连接的第一和第二CCFL的终端与旁路电容器之间的接点连接于电路的接地点。

4.根据权利要求1所述的电路，还包括用于向所述变压器的初级绕组提供电能的电源装置。

5.根据权利要求4所述的电路，其中所述电源装置提供20和150千赫(“KHz”)之间频率的电能。

6.根据权利要求4所述的电路，其中所述电源装置提供6和25伏之间的电能。