CN1501756A - 驱动放电灯管及其调光控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种驱动放电灯管及调光控制装置，包括一切换式调压器、一直流转交流变换器和一电平变换电路。切换式调压器具有一开关装置，用以调整一低电压直流信号的平均量，直流转交流变换器则可提升低电压直流信号至一高电压交流信号来施加在放电灯管。根据本发明的装置还包括一亮度控制器，具有调光控制信号的工作周期和灯管电流之间关系所定义的亮度表，能够根据亮度表中对应的灯管电流来改变调光控制信号的工作周期。电平变换电路连接到亮度控制器的输出端和切换式调压器所具有的开关装置的控制端之间，用以将调光控制信号转变至接通开关装置所需的电压电平。
Description
技术领域
本发明有关于驱动放电灯管的电路，特别指液晶显示(Liquid CrystalDisplay，LCD)装置的背光(backlight)逆变器(inverter)。
背景技术
近年来愈来愈多的信息、通信和消费性电子产品采用LCD屏幕来显示信息，一般而言，LCD面板利用一个包含放电灯管(discharge lamp)的背光模块以提供光源给面板上显示的图像，目前各类型的放电灯管里以冷阴极萤光灯管(Cold-Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)最能满足LCD背光模块效率的需求。由于CCFL需使用高交流电压才能正常操作，因此对背光模块而言，高效率的直流/交流转换电路是不可或缺的。
图1为LCD背光模块的传统逆变器(inverter)100其简化线路示意图，如图所示，一种公知的Royer电路110被用来将低直流输入电压转换成驱动冷阴极萤光灯管(CCFL)102的高交流输出电压。Royer电路110包括一对晶体管Q11和Q12，一个升压(step-up)变压器T1以及一个谐振(resonant)电容C11，电容C11跨接于变压器T1的一次侧线圈WP上，而变压器T1的二次侧线圈WS则连接一个镇流(ballast)电容C12并串联灯管102。晶体管Q11和Q12的基极均由变压器T1的反馈线圈WF所驱动，因而轮流地接通与关断。变压器T1一次侧线圈WP上的中央抽头(center tap)连接着一个降压(buck)电感L1，并且直流电压源VDC施加于晶体管型开关装置Q13，中央抽头和开关装置Q13之间的降压电感L1可将输入的直流电压转为直流电流，此外，连接在地(ground)和开关装置Q13的输出之间的二极管D11则限制了电感L1上的电压变动。
继续参考图1，背光模块逆变器100还包括一个灯管102调光控制之用的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)电路120，由于灯管发光亮度与灯管电流大小成正比，因此调节流过灯管102的电流能够控制LCD背光模块的明暗度。一般而言，可从串接于灯管102的电阻R1来检测灯管电流的大小，而藉由改变电感L1上的电压来调节灯管电流。PWM电路120侦测来自反馈电路的检测信号，该反馈电路由电阻R1与二极管D12所组成的，并且PWM电路120还接收一可变直流电平的亮度控制信号BR，以便提供一PWM信号给开关装置Q13，这个亮度控制信号BR一般由一种LCD面板控制器(图中未示)所供应，其中直流电平代表希望流经灯管的电流量。结果，PWM电路120根据亮度控制信号BR以及反馈的检测信号来改变其输出给开关装置Q13的PWM信号的工作周期(duty cycle)，这使得晶体管型开关装置Q13能够改变电感L1上的平均电压，藉以调整灯管电流并控制灯管102的发光亮度。
所以，传统的逆变器100必须使用PWM电路120和额外的反馈电路的代价下，才能达到调光控制的功能，如此却也造成居高不下的零件数目及成本，尤其是大部份的LCD背光模块制造成本是花费在PWM电路120。有鉴于此，亟需一种可以不需PWM电路，还能够供LCD背光模块使用的调光控制装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置，与传统的设计相比较，能以更低的成本以及更少的零件来驱动放电灯管。
本发明针对一种驱动放电灯管的装置，包括一切换式调压器、一电平变换电路以及一直流转交流变换器。切换式调压器接收直流电压源并产生低电压直流信号，并且具有一开关装置，可根据一调光控制信号的工作周期定期地接通和关断来对输入的直流电压源进行斩波而形成脉冲，因而能够调整低电压直流信号的平均量。电平变换电路则用以将调光控制信号转变至接通开关装置所需的电压电平。直流转交流变换器提升低电压直流信号至一高电压交流信号来施加在放电灯管，而这个高电压交流信号可提供流经放电灯管的灯管电流，其中，调光控制信号的工作周期可根据工作周期和灯管电流的间关系所定义的亮度表来做变化。而且，本发明的驱动放电灯管装置还包括一亮度控制器，具有这个由调光控制信号工作周期和灯管电流之间关系所定义的亮度表。亮度控制器根据亮度表中对应的灯管电流来产生调光控制信号并且改变调光控制信号的工作周期。
另一方面，本发明还公开一种放电灯管的调光控制装置，包括一切换式调压器、一直流转交流变换器、一亮度控制器以及一电平变换电路。切换式调压器接收直流电压源并产生低电压直流信号，切换式调压器具有一功率开关装置，可根据调光控制信号的工作周期定期地接通和关断来对输入的直流电压源进行斩波而形成脉冲，如此调整低电压直流信号的平均量。直流转交流变换器可提升这个低电压直流信号至一高电压交流信号，此高电压交流信号施加于放电灯管，可提供流经放电灯管的灯管电流。亮度控制器具有一亮度表，定义了调光控制信号的工作周期和灯管电流之间的关系；亮度控制器根据亮度表中对应的灯管电流来产生调光控制信号并且改变调光控制信号的工作周期。此外，电平变换电路连接在亮度控制器的输出端和功率开关装置的控制端之间，用以将调光控制信号转变至接通功率开关装置所需的电压电平。
附图说明
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，详细说明如下：
图1是公知LCD背光模块逆变器的电路示意图；
图2A是本发明LCD背光模块逆变器的方块示意图；以及
图2B是本发明LCD背光模块逆变器的电路示意图。
【标号说明】100-传统逆变器
102-冷阴极萤光灯管
110-Royer电路
120-PWM电路
202-冷阴极萤光灯管
210-直流转交流变换器
220-电平变换电路
230-切换式调压器
240-亮度控制器
C11-谐振电容
C12-镇流电容
C21-电容
C22-电容
D12、D21-二极管
L1-降压电感
L2-电感
Q11、Q12-晶体管
Q21、Q22-晶体管
Q13-晶体管型开关装置
Q23-晶体管型开关装置
R1-电阻
T1-升压变压器
T2-升压变压器
具体实施方式
图2A所示为根据本发明的LCD背光模块逆变器的方块示意图，图中切换式调压器230接收直流电压源VDC并产生低电压直流信号DClow；切换式调压器230包括一种开关装置Q23，能够根据调光控制信号DM的工作周期(dutycycle)定期地接通和关断来对输入的直流电压源VDC进行斩波而形成脉冲，因而能够调整低电压直流信号DClow的平均量。电平变换电路220连接在LCD面板控制器240以及开关装置Q23之间，用以将调光控制信号DM转变至接通开关装置所需的电压电平。直流转交流变换器210则可以提升低电压直流信号DClow转换至高电压的交流信号AChigh，如此，高电压交流信号AChigh被施加在放电灯管202以可提供流经放电灯管202的灯管电流IL。其中，LCD面板控制器240具有一个由调光控制信号DM的工作周期和灯管电流之间关系所定义的亮度表，实际上使得LCD面板控制器240可充当为一种亮度控制器，因此，亮度控制器(LCD面板控制器)240产生调光控制信号DM作为输出，并且根据亮度表中对应的灯管电流来改变调光控制信号DM的工作周期。
图2B为本发明的电路示意图，在实施例中，切换式调压器230为一种降压转换器，直流转交流变换器210为一种谐振推挽式变换器，而开关装置Q23可为一种晶体管的功率开关装置。直流转交流变换器210包含一个升压变压器T2，一对晶体管Q21和Q22以及一个电容C21所构成。电容C21跨接于变压器T2的一次侧线圈WP上，而变压器T2的二次侧线圈WS则连接另一个电容C22且串联至灯管202，灯管202代表了冷阴极萤光灯管(CCFL)，电容C22可稳定灯管电流IL作为输出镇流之用。变压器T2一次侧线圈WP上的中央抽头连接至电感L2，并且直流电压源VDC施加于功率开关装置Q23，电感L2连接到中央抽头和功率开关装置Q23之间作为电流源之用，由于电感L2的存在，直流转交流变换器210基本上为一种电流馈入谐振推挽式变换器。此外，连接在地和功率开关装置Q23输出之间的二极管D21则作为限幅(clipping)二极管之用。
若本发明的逆变器使用在由电池供电的系统里，则直流电压源VDC为供电范围在7-20伏特，而额定电压约在12伏特的一般直流电池。升压变压器T2利用其反馈线圈WF控制晶体管Q21和Q22轮流地接通与关断，而电感L2和电容C21则强迫直流转交流变换器210进行正弦波式的运行，以提供较佳的驱动波形给灯管202，并且，电压的提升可以藉由升压变压器T2的线圈比WS∶(WP+WF)来达成，结果，低电压直流信号DClow能被升压变压器T2提升到一个相当高的交流电压，例如，从12伏特升至CCFL灯管所需的启动电压约1500伏特。
为达到调光控制的效果，降压转换器230所供应的电压必须能被改变。在调光控制信号DM的控制下，使得与直流电压源VDC串联的功率开关装置Q23接通、关断以改变连贯的能量供应，如此对电感L2输入端上的电压进行斩波而形成脉冲，因而调整直流转交流变换器210输入的平均量藉以控制灯管电流IL的大小。亮度控制器240用来产生调光控制信号DM，其实质上为具有可调工作周期的连续脉冲，不过，调光控制信号DM还是需要电平变换电路220将其转变至接通功率开关装置Q23所需的电压电平，其中电平变换电路220连接在亮度控制器240的输出端和功率开关装置Q23的控制端之间。
先前描述的亮度表可以藉由对不同背光模块的实验和测试来得到，根据本发明的实施例，记录调光控制信号DM的工作周期和灯管电流IL之间关系的亮度表，如下面的表一所示：
表一
工作周期 灯管电流
56.8％ 12.4mA(最大值)
51.6％ 11.2mA
49.7％ 9.94mA
48.6％ 8.70mA
46.4％ 7.40mA
45.0％ 6.05mA(最小值)
对此本领域技术人员会明了：为了说明简洁起见，表一仅列举六组亮度设定，并且表一是在调节两支放电灯管亮度的状况下所得的亮度表。由于灯管的亮度直接随着灯管电流IL而改变，因此亮度控制器240基于亮度表来改变调光控制信号DM的工作周期以提供灯管所希望流过的电流量。举例而言，若亮度控制器240输出的调光控制信号DM其工作周期为56.8％，则根据表一，本发明的逆变器会产生最大的灯管电流而使灯管202发出最大的亮度。
综合以上所述，本发明无需PWM电路和反馈电路便能实现可变调光的作用，再者，本发明的LCD背光模块逆变器精简了传统逆变器所需使用的零件数目并降低了产品成本，事实上，采用本发明可减少42.1％的零件、节省成本25.7％。
虽然本发明已以一具体实施例公开如上，然其仅为了易于说明本发明的技术内容，而并非将本发明狭义地限定于该实施例，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行更动与修改，因此本发明的范围以所提出的的权利要求所限定的范围者为准。
Claims (12)
1.一种驱动放电灯管的装置，包括：
一切换式调压器，接收一直流电压源并产生一低电压直流信号，具有一开关装置，根据一调光控制信号的一工作周期接通和关断来对输入的该直流电压源进行斩波而形成脉冲，用以调整该低电压直流信号的平均量；
一电平变换电路，用以将该调光控制信号转变至接通该开关装置所需的一电压电平；以及
一直流转交流变换器，用以提升该低电压直流信号至一高电压交流信号来施加在一放电灯管，该高电压交流信号可提供流经该放电灯管的一灯管电流；
其中，该调光控制信号的该工作周期依据一亮度表来做变化，上述亮度表为该工作周期和该灯管电流之间关系所定义。
2.如权利要求1所述驱动放电灯管的装置，尚包括一亮度控制器，具有上述调光控制信号工作周期和上述灯管电流之间关系所定义的上述亮度表，用以根据上述亮度表中对应的灯管电流来产生上述调光控制信号并且改变上述调光控制信号的上述工作周期。
3.如权利要求2所述驱动放电灯管的装置，其中流经上述放电灯管的上述灯管电流直接随着上述调光控制信号的上述工作周期不同而改变。
4.如权利要求1所述驱动放电灯管的装置，其中上述切换式调压器的上述开关装置为一晶体管型开关装置。
5.如权利要求1所述驱动放电灯管的装置，其中上述切换式调压器为一降压转换器。
6.如权利要求1所述驱动放电灯管的装置，其中上述直流转交流变换器为一谐振推挽式变换器。
7.一种放电灯管的调光控制装置，包括：
一切换式调压器，接收一直流电压源并产生一低电压直流信号，具有一电源开关装置，根据一调光控制信号的一工作周期定期地接通和关断来对输入的该直流电压源进行斩波而形成脉冲，用以调整该低电压直流信号的平均量；
一直流转交流变换器，用以提升该低电压直流信号至一高电压交流信号来施加在一放电灯管，该高电压交流信号可提供流经该放电灯管的一灯管电流；
一亮度控制器，具有该调光控制信号的该工作周期和该灯管电流之间关系所定义的一亮度表，用以根据该亮度表中对应的灯管电流来产生该调光控制信号并且改变该调光控制信号的该工作周期；以及
一电平变换电路，连接在该亮度控制器的输出端和该功率开关装置的控制端之间，用以将该调光控制信号转变至接通该功率开关装置所需的一电压电平。
8.如权利要求7所述放电灯管的调光控制装置，其中流经上述放电灯管的上述灯管电流直接随着上述调光控制信号的上述工作周期不同而改变。
9.如权利要求7所述放电灯管的调光控制装置，其中上述切换式调压器的上述功率开关装置为一晶体管型开关装置。
10.如权利要求7所述放电灯管的调光控制装置，其中上述切换式调压器为一降压转换器。
11.如权利要求7所述放电灯管的调光控制装置，其中上述直流转交流变换器为一谐振推挽式变换器。
12.如权利要求7所述放电灯管的调光控制装置，其中上述亮度表中在调节两支放电灯管亮度的状况下，上述调光控制信号的上述工作周期在45.0％至56.8％之间。
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