CN1371237A - 多灯管驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种多灯管驱动系统,利用阻抗匹配原理,实现灯管电流平衡的目的。本发明的多灯管驱动系统具有一平衡控制器,使得每一个灯管路径能够阻抗匹配,因此使得流经每一灯管路径的电流相同。

Description

多灯管驱动系统

本发明涉及一种灯管驱动系统(lamp driving system)，特别涉及一种用于液晶显示器(liquid crystal display，LCD)背光源模块的多灯管驱动系统(multi-lamp driving system)。

放电灯管(discharge lamp)，例如冷阴极萤光灯(cold cathodefluorescent lamp，CCFL)，常被用来作为LCD面板的背光源(backlight)，其具有根据当时状态及施加于灯管的激励(AC信号)的频率而变化的端点电压特性。直到CCFL被触发(struck)或点亮(ignited)灯管才会导通电流，电流导通时跨端点的电压小于触发电压(strikevoltage)，例如点亮时的触发电压必须大于或等于1500伏特。一旦一电弧(electrical arc)在CCFL内被触发，则端点电压会降到约为触发电压1/3大小的一运行电压(run voltage)，而有相对宽的输入电流范围。例如，CCFL的运行电压可以是500伏特，而电流范围为500微安培至6毫安培，然而其触发电压为1500伏特。通常CCFL系由频率范围50KHz至100Hz的AC信号所驱动。

放电灯管具有负阻抗特性，所以其等效阻抗会随着输入功率的增加而减少。供电电源/功率至灯管的电路(例如换流器(inverter)必须要有一个可控制的交流电源(controllable alternating current powersupply)、及一个可准确监测灯管内电流的反馈回路(feedback loop)，以便维持电路的稳定性，并具有负载调整(load regulation)的功能。

请参照图1，图1示出了已知的一种灯管驱动系统。该系统只有一个反馈，因此只能控制灯管的总电流，而无法控制或平衡每一个灯管的电流。若有一个灯管的电流过大时，其灯管的寿命会缩短，并且两灯管的亮度会不同而使面板产生亮度不均匀的现象。

请参照图2，图2示出了已知的另一种灯管驱动系统。该系统实际为二组控制线路，因而并无新意，造成了成本及体积的增加。

请参照图3，图3示出了已知的另一种灯管驱动系统。该系统需要二个变压器，因此会浪费成本及空间。另外，变压器的次级串联，会产生高压不易处理的问题。

因此，本发明的一目的是提供一种灯管驱动系统，该系统可直接由负载端控制电流来平衡，并且可扩展至单反馈多负载。

本发明的另一目的是提供一种节省成本、空间及制造过程的灯管驱动系统。

本发明的又一目的是提供一种电流平衡准确度高的灯管驱动系统。

根据上述目的，本发明披露了一种多灯管驱动系统，包括输出交流电源的一换流器、具有第一灯管及第二灯管的一灯管组、以及电耦合于换流器与灯管组之间的一平衡控制器。平衡控制器包括电耦合于第一灯管与换流器之间的第一负载、电耦合于第二灯管与换流器之间的第二负载、以及电耦合于第一负载与第二负载之间的第三负载。第二负载的阻抗值与第一负载的阻抗值实质相同。第三负载的等效阻抗值与第一负载的等效阻抗值之比值为负值，较佳比值约为(-2)。

根据本发明的换流器包括将直流电源转换成交流电源的一电源驱动器、电耦合于平衡控制器与电源驱动器之间的一变压器、以及电耦合于灯管组与电源驱动器之间的一脉冲宽度调制控制器。脉冲宽度调制控制器根据来自于灯管组的反馈信号控制电源驱动器。

根据本发明的脉冲宽度调制控制器与第一灯管电耦合。或者，根据本发明的脉冲宽度调制控制器与第一灯管和第二灯管电耦合。

根据本发明的另一种换流器包括用以将直流电源转换成交流电源的一电源驱动器、电耦合于灯管组与电源驱动器之间的一变压器、以及电耦合于平衡控制器与电源驱动器之间并且根据来自于平衡控制器的反馈信号控制电源驱动器的一脉冲宽度调制控制器。

根据上述目的，本发明还披露了一种多灯管驱动系统，包括输出交流电源的一换流器、包括多个灯管的一灯管组、以及电耦合于灯管组与换流器之间且用以平衡各个灯管的电流值的一平衡控制器。平衡控制器包括多个负载、以及一负载调节装置(load choke)。每一个负载分别电耦合于灯管组的一灯管与换流器之间。负载调节装置电耦合于各个负载，提供电流路径，藉以平衡各个灯管的电流值。负载调节装置与各个负载的等效阻抗比值为负值。

为使本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图作详细说明如下：

图1示出了已知的一种灯管驱动系统；

图2示出了已知另一种灯管驱动系统；

图3示出了另一种灯管驱动系统；

图4示出了已知根据本发明第一较佳实施例的一种灯管驱动系统；

图5用来说明本发明第一较佳实施例的平衡控制器的控制原理；

图6示出了根据本发明第二较佳实施例的一种灯管驱动系统；

图7示出了根据本发明第三较佳实施例的一种灯管驱动系统；

图8示出了根据本发明第四较佳实施例的一种灯管驱动系统；

图9示出了根据本发明第五较佳实施例的一种灯管驱动系统；

图10A示出了根据本发明的平衡控制器的一种实施电路配置(configuration)；

图10B示出了根据本发明的平衡控制器的另一种实施电路配置；以及

图10C示出了根据本发明的平衡控制器的又一种实施电路配置。

请参照图4，图4示出了根据本发明第一较佳实施例的一种灯管驱动系统。根据本发明第一较佳实施例的灯管驱动系统包括一换流器(inverter)70、一灯管组80与一平衡控制器(balancingcontroller)50。换流器70包括一电源驱动器(power drivingdevice)10、一变压器(transformer)T1与一脉冲宽度调制控制器(PWMcontroller)30。灯管组80由灯管(lamp)Lp1与Lp2所组成。平衡控制器50包括一负载(load)Zb、一负载Zc与一负载Zd。

电源驱动器10用来将直流电源Vin转换成交流电源，并经由变压器T1提高高交流电源而供应给灯管组80。PWM控制器30根据来自于灯管组30的反馈信号，控制电源驱动器10。本发明第一较佳实施例的特征为利用平衡控制器50来平衡灯管Lp1与Lp2的电源，使两者的电流趋于相同。负载Za，Zb，Zc，Zd可以是电阻、电容、电感、晶体管或集成电路(IC)等的组合。平衡控制器50主要的工作原理为调整负载Zb，Zc，Zd的阻抗，而达到负载电流平衡的目的，其中调整方式可为线性调整，亦可为数字式的调整。

以下请参照图5，说明平衡控制器50的各负载的阻抗计算。

假设Za＝0，Zb＝Zc，Lp1＝Z1，Lp2＝Z2

则V12＝I1Z1-I2Z2

(1)Iz＝(1/Zd)(I1Z1-I2Z2)

(2)V0＝I1(Z1+Zc)+IzZc

(3)V0＝I2(Z2+Zc)-IzZc

由(2)(3)

I1(Z1+Zc)+IzZc＝I2(Z2+Zc)-IzZc

  I1(Z1+Zc)+2IzZc＝I2(Z2+Zc)

  I1(Z1+Zc)+(2Zc/Zd)(I1Z1-I2Z2)＝I2(Z2+Zc)

  I1(Z1+Zc+2Z1Zc/Zd)＝I2(Z2+Zc+2Z2Zc/Zd)

如果(Z1+Zc+2Z1Zc/Zd)＝(Z2+Zc+2Z2Zc/Zd)，则I1＝I2

  (2Zc/Zd)(Z1-Z2)＝Z2-Z1

  2Zc/Zd＝(-1)

因此若选择Zc/Zd＝(-1/2)时，则I1＝I2，如此即可实现电流平衡的要求。

若应用线路上Zc为电容(C)，Zd可使用电感(L)，在工作频率ω

则Zc/Zd＝(1/jωC)/(jωL)＝-1/(ω²LC)＝-1/2

  1/LC＝ω²/2

因此，只要设定1/LC＝ω²/2即可实现电流平衡的要求。

本发明利用阻抗匹配的原理来实现电流平衡的目的。根据本发明第一较佳实施例，平衡控制器50最好是如图10A所示的电容与电感组合，其中电容可以采用原线路的电容。所以只要再加一电感，即可达到平衡的要求。另外，平衡控制器50亦可以是如图10B所示的电容、电感与电阻的组合。或者，亦可将图10A所示电路中的电容与电感互换，而形成如图10C所示的平衡控制器50电路。因此，只要负载Zc与负载Zd的阻抗比值为(-1/2)，就可以使得流经灯管Lp1与Lp2的电流相同。

另外，根据本发明较佳实施例，负载Zc与负载Zd的等效阻抗比值只要适当地设计为为负比值，就可以有效缩小灯管电流误差。以下将以一实例说明。

由I1(Z1+Zc+2Z1Zc/Zd)＝I2(Z2+Zc+2Z2Zc/Zd)

 I1/I2＝(Z2+Zc+2Z2Zc/Zd)/(Z1+Zc+2Z1Zc/Zd)

若Z1＝10，Z2＝11，则原误差应有10％

设Zc＝-10j，Zd＝15j(Zc/Zd＝-1/1.5)，则

I1/I2＝(11-10j+2*11*(-10j)/15j)/(10-10j+2*10*(-10j)/15j)

＝(11-10j-14.67)/(10-10j-13.33)

＝(3.67+10j)/(3.33+10j)

＝(10.65∠θ1)/(10.54∠θ2)

所以灯管电流误差(I1-I2)/I2就可以缩减至1％(相位不计入误差)。因此，只要利用等效阻抗比值关系为负比值的负载Zc与负载Zd，即可有效缩小灯管电流误差。

请参照图6，其示出了根据本发明第二较佳实施例的一种灯管驱动系统。图6的大部分电路配置与图5相同，不同之处是PWM控制器30的灯管电流反馈信号的来源。图5的PWM控制器30是依据灯管Lp1的电流作为反馈信号；而图6的PWM控制器30是依据灯管Lp1与灯管Lp2的总电流作为反馈信号。

请参照图7，其示出了根据本发明第三较佳实施例的一种灯管驱动系统。根据本发明第三较佳实施例，平衡控制器50亦可以配置于灯管组80与换流器70的PWM控制器30之间。

请参照图8，其示出了根据本发明第四较佳实施例的一种灯管驱动系统。本发明第三较佳实施例利用一负载调节装置(load choke)60调整整个电路的负载平衡。根据本发明第三较佳实施例的平衡控制器50a包括负载Zp1，Zp2，...Zpm与负载调节装置60。负载调节装置60与各负载Zp1，Zp2，...Zpm之间的阻抗关系，是依据图5所示的基本原理推演而来的。

请参照图9，其示出了根据本发明第五较佳实施例的一种灯管驱动系统。图9内的负载调节装置60的功能与图8的负载调节装置60相同。不过，根据本发明第五较佳实施例可以应用至换流器为多变压器的灯管驱动系统。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围视后附的权利要求范围而界定。

Claims (17)

1.一种多灯管驱动系统，包括：

一换流器，输出一交流电源；

一灯管组，具有第一灯管及第二灯管；以及

一平衡控制器，电耦合于该换流器与该灯管组之间，用以平衡该第一灯管与该第二灯管的电流值；

该平衡控制器包括：

第一负载，电耦合于该第一灯管与该换流器之间；

第二负载，电耦合于该第二灯管与该换流器之间，其中，该第二负载的阻抗值与该第一负载的阻抗值实质相同；以及

第三负载，电耦合于该第一负载与该第二负载之间，其中，该第三负载的阻抗值与该第一负载的阻抗值之比值为负值。

2.如权利要求1所述的多灯管驱动系统，其中，该换流器包括：

一电源驱动器，用以将直流电源转换成交流电源；

一变压器，电耦合于该平衡控制器与该电源驱动器之间；以及

一脉冲宽度调制控制器，电耦合于该灯管组与该电源驱动器之间，根据来自于该灯管组的反馈信号控制该电源驱动器。

3.如权利要求2所述的多灯管驱动系统，其中，该脉冲宽度调制控制器电耦合该第一灯管。

4.如权利要求2所述的多灯管驱动系统，其中，该脉冲宽度调制控制器与该第一灯管及该第二灯管电耦合。

5.如权利要求1所述的多灯管驱动系统，其中，该第一负载与该第二负载为电容性阻抗，该第三负载为电感性阻抗。

6.如权利要求5所述的多灯管驱动系统，其中，该第三负载为电阻、电感及电容的串并联组合。

7.如权利要求1所述的多灯管驱动系统，其中，该第三负载的阻抗值与该第一负载的阻抗值的实质比值的较佳值约为(-2)。

8.如权利要求1所述的多灯管驱动系统，其中，该换流器包括：

一电源驱动器，用以将直流电源转换成交流电源；

一变压器，电耦合于该灯管组与该电源驱动器之间；以及

一脉冲宽度调制控制器，电耦合于该平衡控制器与该电源驱动器之间，根据来自于该平衡控制器的反馈信号控制该电源驱动器。

9.如权利要求8所述的多灯管驱动系统，其中，该脉冲宽度调制控制器与该第一负载电耦合。

10.如权利要求8所述的多灯管驱动系统，其中，该脉冲宽度调制控制器与该第一负载及该第二负载电耦合。

11.如权利要求8所述的多灯管驱动系统，其中，该第一负载与该第二负载为电容性阻抗，该第三负载为电感性阻抗。

12.如权利要求11所述的多灯管驱动系统，其中，该第三负载为电阻、电感及电容的串并联组合。

13.一种多灯管驱动系统，包括：

一换流器，输出一交流电源；

一灯管组，包括多个灯管；以及

一平衡控制器，电耦合于该灯管组与该换流器之间，用以平衡该些灯管的电流值；

该平衡控制器包括：

多个负载，每一负载分别电耦合于该灯管组的一灯管与该换流器之间；以及

一负载调节装置，电耦合于该些负载，提供电流路径，藉以平衡该些灯管的电流值。

14.如权利要求13所述的多灯管驱动系统，其中，该些负载为电容性阻抗，该负载调节装置为电感性阻抗。

15.如权利要求13所述的多灯管驱动系统，其中，该换流器包括：

一电源驱动器，用以将直流电源转换成交流电源；

一变压器，电耦合于该平衡控制器与该电源驱动器之间；以及

一脉冲宽度调制控制器，电耦合于该灯管组与该电源驱动器之间，根据来自于该灯管组的反馈信号控制该电源驱动器。

16.如权利要求15所述的多灯管驱动系统，其中，该脉冲宽度调制控制器电耦合该灯管组的一灯管。

17.如权利要求13所述的多灯管驱动系统，其中，该换流器包括：

一电源驱动器，用以将直流电源转换成交流电源；

至少二个并联连接的变压器，分别电耦合于该平衡控制器与该电源驱动器之间；以及

一脉冲宽度调制控制器，电耦合于该灯管组与该电源驱动器之间，根据来自于该灯管组的反馈信号控制该电源驱动器。

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