CN1401205A - 具有耦合的磁元件的多灯lcd后光驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明中，一个用于驱动多灯的变换器有用于驱动第一灯的第一电路。第一电路由第一电感器串联第一输出变压器组成，以驱动第一灯。第二电路驱动第二灯。第二电路由第二电感器串联第二输出变压器组成，它驱动第二灯。第一和第二变压器用第一单磁芯耦合在一起，这样来自所述第一和第二变压器的磁通量在磁芯中被抵消，在改进电流匹配同时减少芯损耗。第一实施例中所描述的变换器在第二实施例中进一步包括耦合第一和第二电感器的第二磁芯，具有减至最小的漏电感。用于双灯后光的磁元件数量则减到2个。

Description

具有耦合的磁元件的多灯LCD后光驱动器
本发明涉及一种用于在LCD显示中驱动多灯的变换器。更特别地，本发明涉及用于每个多灯驱动器电路的电感器磁耦合和输出变压器磁耦合。
基于LCD的监视器通常需要有效和低分布后光用于信息显示。在工业上广泛使用狭窄直径冷阴极荧光灯(CCFL)，例如飞利浦的T1型。随着监视器尺寸的增加，需要多灯用于面板照明。为了驱动这些CCFL，需要有高效率及低分布高频电子镇流器。由于它的低损耗和低应力，电压反馈半桥共振转换器常用来驱动CCFL和其它荧光灯。在多CCFL电子变换器发展中，人们常常更喜欢使用一个单独变换器而不用二个或更多变换器以便减少成本和电路复杂性。这种努力，普遍使用图1中所称串联结构和图2中的并联结构用于双灯变换器。比较这两种结构，人们可以有下面观察结果。
图1中串联结构具有a)由于输出变压器初级侧的串联连接，灯电流匹配较好，b)较少的(3)磁元件。然而，它具有较高的输出变压器匝数比，它转化为较高的初级侧绕组电流，和较多的传导损耗。又，当输出变压器次级侧绕组匝数增加时，导线的尺寸需要减小(例如，44AWG)使导线与已给的窗口面积相符合。除了在绕组中提供较高传导损耗以外，小尺寸线可能会在制造过程中引起问题。
另一方面，图2中并联结构可以使用较低匝数比输出变压器。除了清楚的模块化以外，可以减少次级侧漏电感并且改进系统性能。然而，图2中并联结构遭受差的灯电流匹配并且需要更多的(4)磁元件用于双灯。需要用磁元件集成方法克服并联结构中的不足。
本发明中，提出了两种磁元件集成途径来克服并联结构的不足。在第一种途径中，用于驱动多灯的变换器具有用于驱动第一灯的第一电路。第一电路由第一电感器串联第一输出变压器组成，以驱动第一灯。第二电路驱动第二灯。第二电路由第二电感器串联第二输出变压器组成，它驱动第二灯。第一和第二变压器用第一单独磁芯耦合在一起，这样来自第一和第二变压器中的磁通量在磁芯中被抵消，减少了芯损耗。在第二种途径中，第一种途径所描述的变换器进一步包括耦合第一和第二电感器的第二磁芯，这样连接所述电感器的端子以使增强通量或使通量最小，这样分别把漏电感减至最小或平衡绕组电流。
在第一种途径中，变换器有带有三个并行互连分支或支路的芯。分支中的两个是外分支，一个是内分支。第一和第二变压器绕在外分支上，并被内分支耦合，这样抵消了来自第一和第二变压器的磁通量。抵消是由这种方式完成的：具有第一和第二初级的第一和第二变压器，以反并联排列方式分别位于它们各自芯的相反末端。同样地，第一和第二变压器有第一和第二次级，以反并联排列方式分别位于它们各自芯的相反末端。
本发明将进一步使用附图来解释。在附图中
图1表示串联结构的现有技术LCD后光变换器示意附图。
图2表示并联结构的现有技术LCD后光变换器示意附图。
图3表示本发明LCD后光变换器示意附图，它具有带有耦合的磁元件的并联结构。
图4是耦合输出变压器实施例构造框图。
图1表示串联结构的现有技术液晶显示(LCD)后光变换器。在这种结构中，使用一个变换器激励二个(CCFL)灯。电压源Vin(10)跨接在电容C2(12)两端以提供Vdc(14)来激励变换器电路。控制集成电路(IC)(16)控制跨接在电容C2(12)两端的开关Q1(20)和Q2(22)。当开关Q1(20)闭合时，开关Q2(22)断开，并且当开关Q1(20)断开时，反过来是真。电感器Lp(24)有一端连接到开关Q1(20)和Q2(22)的公共端，另一端连接到变压器T1(28)初级(26)，它与变压器T2(32)初级(30)串联。初级(30)另一端连接到电容C4(36)一端，电容C4(36)另一端连接到Vdc(14)。变压器T1(28)次级(38)有一端连接到灯(40)，另一端接地。变压器T2(32)次级(42)有一端连接到灯(44)，另一端接地。电容C3(46)有一端连接到电容C4(36)，另一端接地。传感电阻Rsense(50)有一端连接到灯(40)并且另一端接地。同样，第二传感电阻Rsense(52)有一端连接到灯(44)并且另一端接地。传感电阻Rsense(50)、(52)用于分别检测灯(40)，(44)中的电流。所检测的电流经过线路(56)和(58)提供给控制IC(16)。控制IC(16)也分别提供控制线路(62)和(64)到开关Q1(20)和Q2(22)来断开或闭合开关，因此一个开关是开启的而同时另一个开关是关闭的，反之亦然。
运行中，外部电压源Vin(10)提供电压在电容C1(12)两端，它建立电压Vdc(14)。对后光LCD屏幕，控制IC(16)在控制线路(62)上提供控制信号来开启开关Q1(20)。这与电容C4(36)和C3(46)组成的电压分压器电路一起在点N和M之间产生二分之一Vdc(14)。在点M和N之间，电感器Lp(24)和变压器初级(28)、(32)有二分之一Vdc作用在它们上。变压器初级(28)，(22)提供作用于变压器次级(38)，(42)信号来分别驱动灯(50)和(52)。在高频开关周期第二半中，来自控制IC(16)的控制信号作用于开关Q2(22)使它开启。同时开关Q1(20)关断。传感电阻Rsense(50)、(52)用于分别检测灯R1p(40)和(44)中电流，并分别经过线路(56)和(58)提供信息到控制IC(16)。串联结构的优缺点已在前面背景中陈述。
图2表示具有并联结构的现有技术液晶显示(LCD)后光变换器。和图1中相同的元件在图2中将保持同样数字。在这种结构中，使用一个变换器激励二个(CCFL)灯。外部电压源Vin(10)跨接在电容C2(12)两端以提供Vdc(14)来激励变换器电路。控制IC(16)控制跨接在电容C2(12)两端的开关Q1(20)和Q2(22)。当开关Q1(20)闭合时，开关Q2(22)断开，并且当开关Q1(20)断开时，反之亦真。电感器Lp1(70)有一端连接到开关Q1(20)和Q2(22)的公共端，另一端连接到变压器T1(74)初级(72)一端。初级(72)的另一端连接到电容C4(76)一端，C4(76)另一端连接到Vdc(14)。电感器Lp2(78)有一端连接到开关Q1(20)和Q2(22)的公共端，另一端连接到变压器T1(84)初级(82)一端。和初级(72)一样，初级(84)的另一端连接到电容C4(36)一端，电容C4(36)另一端连接到Vdc(14)。
变压器T1(74)次级(86)有一端连接到灯(40)，另一端接地。变压器T2(84)次级(88)有一端连接到灯(44)，另一端接地。电容C3(46)有一端连接到电容C4(36)，另一端接地。传感电阻Rsense(50)有一端连接到灯(40)，另一端接地。用相同的方式，第二传感电阻Rsense(52)有一端连接到灯(44)，另一端接地。传感电阻Rsense(50)、(52)用于分别检测灯(40)，(44)中的电流。所检测的电流经过线路(56)和(58)提供给控制IC(16)。控制IC(16)也分别提供控制线路(62)和(64)到开关Q1(20)和Q2(22)来断开或闭合开关，从而一个开关是开启的，而同时另一个开关是关闭的，反之亦然。
运行中，电压源Vin(10)提供电压在电容C1(12)上，其建立电压Vdc(14)。对后光LCD屏幕，控制IC(16)在控制线路(62)上提供控制信号来开启开关Q1(20)。它与电容C4(36)和C3(46)组成的电压分压器电路一起在点N和M之间产生二分之一Vdc(14)。在点M和N之间，电感器Lp1(70)和变压器初级(72)有二分之一Vdc作用其上。同样地，在点M和N之间，电感器Lp2(78)和变压器初级(84)有二分之一Vdc作用它们上。变压器初级(72)、(82)提供信号作用于变压器次级(86)和(88)来分别驱动灯(40)和(44)。传感电阻Rsense(50)，(52)用于分别检测灯R1p(40)，(44)中的电流，并分别经过线路(56)和(58)提供信息到控制IC(16)。为了完成第二部分高频开关周期，来自控制IC(16)的控制信号提供给开关Q2(22)使它开启。同时开关Q1(20)关闭。并联结构的优缺点已在前面背景中陈述。
图3表示本发明经过改进的液晶显示(LCD)后光变换器。本发明是如图2所示具有二个改进的并联结构。第一个改进是采用公共磁芯电感器耦合。第二个改进是采用带有公共磁芯的变压器耦合。和图2中相同的元件在图3中将保持同样数字。在这种结构中，使用一个变换器激励二个(CCFL)灯。外部电压源Vin(10)跨接在电容C2(12)两端以提供Vdc(14)来激励变换器电路。控制IC(16)控制跨接在电容C2(12)两端的开关Q1(20)和Q2(22)。当开关Q1(20)闭合时，开关Q2(22)断开，并且当开关Q1(20)断开时，反之是正确的。电感器Lr1(94)有一端连接到开关Q1(20)和Q2(22)公共端，另一端连接到变压器T1-2(99)绕组(98)的初级(96)一端，后面的变压器由耦合在一起的变压器(28)和(32)组成(图3所示)并有两组绕组(98)和(100)，每组绕组有一个初级和一个次级。初级(96)的另一端连接到电容C4(36)一端，C4(36)另一端连接到Vdc(14)。电感器Lr2(104)有一端连接到开关Q1(20)和Q2(22)公共端，另一端连接到变压器T1-2(99)绕组(100)的初级(106)一端。同初级(96)一样，初级(106)的另一端连接到电容C4(101)的一端，C4(101)另一端连接到Vdc(14)。初级(96)和(106)是变压器T1-2(99)的两个部分。
电感器Lr1(94)和Lr2(104)绕在公共磁芯上构成耦合谐振电感器(105)。两个谐振电感器紧密地耦合入单独磁芯。用双股磁线构造的两个绕组，在耦合谐振电感中漏电感减至最小值。此外，沿着磁场增强方向连接端子，有效电感加倍。结果，匝数可以减少到原来的2的平方根分之一(reduced by the square root of two)。传导损耗随之减少。
在耦合谐振电感器另一个实施例中，谐振电感器(94)和(104)的端子沿着磁场减少方向连接，这样谐振电感器的通量相反。结果，在两个绕组中的电流被适当地平衡。灯电流随后也被适当地平衡。
变压器T1-2(99)绕组(98)的次级(112)有一端连接到灯(40)，另一端接地。变压器T1-2(99)绕组(100)的另一个次级(114)有一端连接到灯(44)，另一端接地。电容C3(116)有一端连接到电容C4(100)，另一端接地。传感电阻Rsense(50)有一端连接到灯(40)，另一端接地。用同样方式，第二传感电阻Rsense(52)有一端连接到灯(44)，另一端接地。传感电阻Rsense(50)，(52)常用于分别检测灯R1p(40)和(44)中的电流，并分别通过线路(56)和(58)提供信息到控制IC(16)。辅助绕组(118)和(119)常用于检测初级电压并提供反馈到控制IC(16)。控制IC(16)也提供控制线路(62)和(64)分别到开关Q1(20)和Q2(22)来断开或闭合开关，因此一个开关开启，一个开关关闭，反之亦然。
具有初级(96)，(106)和次级(112)，(114)的绕组(98)，(100)与芯(108)一起构成耦合输出变压器T1-2(99)。变压器用图4中所示方式构造，它使用典型的E型芯(120)。芯(120)有两个外分支(122)和(124)及一个内分支(126)。外分支(122)和(124)作为磁芯，分别用于变压器(98)和(100)(图3所示)。输出变压器绕组(98)有装配在一个绕线架(135)上的初级(130)，次级(132)和辅助(118)绕组。同样地，输出变压器绕组(100)有装配在一个绕线架(141)上的初级(136)，次级(138)和辅助(119)绕组。辅助绕组(118)和(119)用于感知初级电压并提供反馈到控制IC(16)(图3所示)。内分支(126)用作磁芯来耦合变压器(98)和(100)。用于变压器(98)的初级绕组(130)同用于变压器(100)的初级绕组(136)反并联排列，这意味着它们位于各自芯的相反端。同样地，用于变压器T1(98)和T2(100)的次级和辅助绕组反并联排列。如图4所示，假设T1(98)中通量是φ1，T2(100)中通量是φ2。用两个绕线架的反并联布局，在中心支路中的通量是φ1-φ2。这意味着在中心支路中的通量被基本上减少。在完美匹配情况下，通量可以接近于零。由于这个原因，在中心支路中的芯损耗可以达到最小。
除了导致较低芯损耗之外，可以使用耦合输出变压器排列来大大地减少来自相对大的芯材料性能差异的失配影响。原因是两个绕组共享同一个芯。装置与装置的差异被大大地减少。
用于LCD监视器的发明的多灯驱动器利用耦合磁元件技术于谐振电感器和输出变压器，虽然它们可以单独使用。结果，磁元件总数减少到两个，并联结构中自然实现灯电流匹配，并且输出变压器匝数比保持低水平。特别是，使用适当的绕组和连接技术，可以减少耦合谐振电感器中的匝数，它导致电感器尺寸较小。通过耦合输出变压器中绕组结构的适当排列，在芯支路中的通量几乎可以抵消并且减小输出变压器芯损耗。更重要的，这种结构自然减少芯材料性能公差的影响，因此改进了灯电流的匹配。用这些方式，可以获得高效率低成本CCEL灯驱动器。这种双灯驱动电路布局可以作为标准部件用于四芯线组或更多的偶数灯后光系统。基于并联结构，可以获得系统模块性。
另外，除了如图4外，芯可以有不同的众所周知的现有技术结构。当本发明更完美实施例被显示和描述时，本领域的技术人员还想到大量变化和互换的实施例。因此，本发明只由附属权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种用于驱动多灯的变换器，包括负载电路，它装备有，
用于驱动第一灯(40)的第一电路，所述第一电路由第一电感器(94)串联第一输出变压器(98)组成，所述变压器驱动所述的第一灯(40)，
用于驱动第二灯(44)的第二电路，所述第二电路由第二电感器(104)串联第二输出变压器(100)组成，所述的变压器驱动所述的第二灯(44)，
所述第一和第二变压器(98)，(100)由第一单磁芯(108)耦合在一起，这样来自所述第一和第二变压器(98)，(100)的磁通量在所述磁芯中抵消，减少了芯损耗同时改进了灯电流匹配。
2.权利要求1的变换器，其中所述第一和第二变压器(98)，(100)有位于所述第一磁芯(108)上的第一和第二初级(96)、(106)，使得磁通量抵消。
3.权利要求1或2的变换器，其中所述第一和第二变压器(98)、(100)有位于所述的第一磁芯(108)上的第一和第二次级(112)、(114)，使得磁通量抵消。
4.权利要求1，2或3的变换器，包括与所述第一和第二电感器(94)，(104)耦合的第二磁芯(102)，所述第一和第二电感器(94)、(104)的端子以磁场增强的方向连接，使得漏电感最小并且减少有效匝数和电感器损耗。
5.权利要求1，2或3的变换器，包括与所述第一和第二电感器(94)，(104)耦合的第二磁芯(102)，所述第一和第二电感器(94)、(104)的端子以磁场降低的方向连接，使得在电感器和灯中的电流平衡。
6.权利要求1，2，3，4或5的变换器，具有带有三个并行互连支路(124)，(126)，(122)的所述的芯(108)，所述分支中有两个是外分支(124)，(122)和一个是内分支(126)，所述第一和第二变压器(98)，(100)绕在所述外分支(124)，(122)上并且被所述内分支(126)耦合，这样来自所述第一和第二变压器(98)，(100)的磁通量在内分支(126)中抵销。
7.权利要求7的变换器，其中所述第一和第二变压器(98)，(100)分别有第一和第二初级(96)、(106)，它们以反并联排列位于各自芯的相反端。
8.权利要求6或7的变换器，其中所述第一和第二变压器(98)，(100)分别有第一和第二次级(112)，(114)，它们用反并联排列方式位于它们各自芯相反端。
9.前述权利要求中的一个或多个的变换器，其中变换器包括电压反馈桥电路，装备有
-输入端，用于到提供DC-电压的电压源的连接，
-耦合到所述输入端的两个开关单元的串联装置，第一电路的第一端和第二电路的第一端耦合到所述开关单元之间的端子上，和
-控制电路，耦合到所述的开关单元各自的控制端来交替使它们导通和非导通。
10.权利要求9的变换器，还包括电容装置，所述电容装置的第一侧耦合到输入端之一，所述电容装置的第二侧耦合到第一电路的第二端及第二电路的第二端。
11.权利要求1的变换器，连接到电压源(10)，所述第一和第二变压器(98)，(100)有第一和第二初级(96)、(106)，所述电压源(10)在所述第一电感器(94)和所述第一初级(96)上并还在所述第二电感器(104)和所述第二初级(106)上提供电压。
12.权利要求12的变换器，包括跨接在所述电压源(10)两端的电压分压器网络，用于在所述第一电感器(94)和所述第一初级(98)上及在所述第二电感器(104)和所述第二初级(106)上提供分压电压。
13.权利要求10的变换器，包括电压源(10)，用于在所述第一电感器(94)和所述第一初级(96)上并进一步在所述第二电感器(104)和所述第二初级(106)上提供电压。
14.权利要求14的变换器，包括跨接在所述电压源(10)两端的电压分压器网络，用于在所述第一电感器(94)和所述第一初级(94)上及在所述第二电感器(104)和第二初级(106)上提供分压电压。
15.权利要求11的变换器，包括电压源(10)，用于在所述第一电感器(94)和所述第一初级(96)上并进一步在所述第二电感器(104)和所述第二初级(106)上提供电压。
16.权利要求16的变换器，包括跨接在所述电压源(10)两端的电压分压器网络，用于在所述第一电感器(94)和所述第一初级(96)上及所述第二电感器(104)和第二初级(106)上提供分压电压。
17.权利要求1的变换器，包括耦合所述第一和第二电感器(94)，(104)的第二磁芯(102)，所述第一和第二电感器(94)，(104)的端子以磁场减少的方向连接，以便平衡电感器和灯二者中的电流。
18.权利要求4的变换器，包括耦合所述第一和第二电感器(94)，(104)的第二磁芯(102)，所述第一和第二电感器(94)、(104)的端子以磁场减少方向连接，以便平衡两电感器和两灯中的电流。
19.一种驱动多灯的变换器，包括，
用于驱动第一灯(40)的第一电路，所述第一电路由第一电感器(94)串联第一输出变压器(98)组成，所述变压器驱动所述第一灯(40)，
用于驱动第二灯(44)的第二电路，所述第二电路由第二电感器(104)串联第二输出变压器(100)组成，所述变压器驱动所述第二灯(44)，
第二磁芯(102)，耦合所述第一和第二电感器(94)、(104)，所述第一和第二电感器(94)、(104)的端子以磁场减小方向连接，以便于平衡两电感器和两灯中的电流。
20.一种驱动多灯的变换器，包括，
用于驱动第一灯(40)的第一电路，所述第一电路由第一电感器(94)串联第一输出变压器(98)组成，所述变压器驱动所述第一灯(40)，
用于驱动第二灯(44)的第二电路，所述第二电路由第二电感器(104)串联第二输出变压器(100)组成，所述变压器驱动所述第二灯(44)，
第二磁芯(102)，耦合所述第一和第二电感器(94)、(104)，所述第一和第二电感器(94)，(104)的端子以磁场增强的方向连接，以使漏电感最小并且减少有效匝数和电感器损耗。
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