CN1717144A - 冷阴极荧光灯数字驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种冷阴极荧光灯数字驱动系统，其包括一交流电压供应电路、一脉冲产生电路、一感测阻抗、一反馈控制器及一冷阴极荧光灯。所述交流电压供应电路提供一正弦交流电压至所述冷阴极荧光灯。所述脉冲产生电路产生一脉冲信号以控制所述正弦交流电压的提供。所述感测阻抗回应所述正弦交流电压，以感测流经所述冷阴极荧光灯的电流。而所述反馈控制器，可集成在一芯片上，是将所述模拟量的感测电流转换成数字信号，并至少根据所述数字信号以调制所述脉冲信号的脉宽，从而调整输入至所述冷阴极荧光灯的正弦交流电压。

Description

冷阴极萤光灯数字驱动系统
【技术领域】
本发明涉及一种驱动系统，特别是一种适用于冷阴极萤光灯的驱动系统。
【背景技术】
萤光灯可广泛应用于很多场合，特别多用于需照明之情形，且对电源供应要求不高的场合。其中一种萤光灯为冷阴极萤光灯(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)，可用于液晶显示面板中，以作为背光源或周边光源之用，而液晶显示面板常用于笔记本电脑、网络浏览器、某些工业用自动控制装置及娱乐等系统中。
冷阴极萤光灯的灯管内填充有如氩(Argon)、氙(Xenon)等惰性气体，借由冷阴极萤光灯启动时激发惰性气体以形成电弧(plasma)来产生电流，而使所述冷阴极萤光灯发光。所述惰性气体的激发需借由高压交流电来驱动形成，故需设计专用的驱动电路，以将外部提供的低压直流电转换成高压交流电，而提供至所述冷阴极萤光灯，以驱动所述萤光灯发光。
如图1，为传统的冷阴极萤光灯驱动系统示意图。所述驱动系统10包含一电源供应器12、一CCFL驱动电路16、一控制器14、一反馈回路18及一冷阴极萤光灯CCFL。所述电源供应器12是由所述控制器14控制，而提供一直流电压Vcc至所述CCFL驱动电路16。所述CCFL驱动电路16为一自我共振电路，如已知的Royer电路，特别是一自我震荡式直流变交流转换器。例如，所述CCFL驱动电路16可包含一变压器161、一第一及第二开关组S1、S2及一开关控制电路163。所述变压器161具有初级线圈及次级线圈。所述电源供应器12耦合在所述变压器161的初级线圈。所述第一及第二开关组S1、S2是耦合在所述变压器161的初级线圈及接地间，以分别定义第一导通路径及第二导通路径。所述开关控制电路163，是耦合至所述第一开关组S1及第二开关组S2，用以控制所述第一及第二开关组S1、S2的交互导通，而以分别形成所述第一导通路径及第二导通路径。而所述冷阴极萤光灯CCFL经由电容Co耦合至所述变压器161的次级线圈。所述反馈回路18耦合至负载冷阴极萤光灯CCFL，以产生一反馈信号FB至所述控制器14。所述控制器14包含一比较器15及一脉宽调变电路17(PWM，Pulse Width Modulation)。所述比较器15用以接收所述反馈信号FB，并输出一控制信号CN至所述脉宽调变电路17。所述脉宽调变电路17用以接收所述控制信号CN，而调节输入至开关控制电路163的脉冲信号宽度，以经由所述开关控制电路163控制所述第一开关组S1及第二开关组S2的交互导通，而调整所述变压器161输出至冷阴极萤光灯CCFL的交流电压。
如图2所示，所述脉宽调变电路17调节脉宽的运作大致如下：所述脉宽调变电路17是由一脉冲设定器24及一震荡器22产生一具有脉冲宽度为L的脉冲信号，且借由改变脉冲宽度L的大小，以改变输送至所述冷阴极萤光灯的交流电压，以达到调节所述冷阴极萤光灯11的明暗度。所述脉冲设定器24接收由所述比较器15输出的控制信号CN，而以向上平移或向下平移直流信号线30来改变直流信号DC的值。同时，所述震荡器22产生一具有固定频率的三角波34(triangular wave)，所述直流信号线30施加所述三角波34上，以使所述DC信号线30分别与每一三角波34的上升沿25a、25c及下降沿25b形成交点，由此而定义出所述脉冲信号的上升沿及下降沿，以输出所述具有脉宽为L的脉冲信号36。假定将所述DC信号线30向上升高，即由相互之交点形成脉宽更窄的脉冲信号，则使所述冷阴极萤光灯变暗，而若将所述直流信号线30向下降低，即由相互之交点形成脉宽更宽的脉冲信号，而使所述冷阴极萤光灯变亮。因此，上述的反馈回路以产生反馈信号FB，例如表征流经所述冷阴极萤光灯的电流信号，并以输入至所述比较器15，由比较器15将所述反馈信号FB与一参考值REF进行比较处理，所述参考值REF可为冷阴极萤光灯的预设明暗度，并以根据比较差值而输出控制信号CN，借由所述控制信号CN的控制而使所述直流信号线30作上下的移动，如此的反馈控制使所述冷阴极萤光灯11调整至预设的亮度。
类似的冷阴极萤光灯驱动系统可参见美国专利第6,501,234、6,396,722号，台湾专利公告第423204、502928及485701号等。这些冷阴极萤光灯驱动系统中的反馈信号FB及控制信号CN皆以模拟信号作为驱动控制信号。然，因模拟信号较易受到外界的影响，如各个冷阴极萤光灯间的特性差异、LCD机械结构上的不同、操作温度上的变化及供应电源有波动等影响，而使其控制效果达不到预期的效果。而且，以模拟信号作为控制信号的驱动系统，通常不能适用于现代高端的数字电子装置，如计算机等进行进一步处理，其仅能有限地控制冷阴极萤光灯的使用状态，如仅控制单一冷阴极萤光灯在一定期间的亮和暗两种状态等。如若控制一个以上冷阴极萤光灯，与之匹配的电路设计将更趋复杂，亦更耗费生产成本，且不易适应性地根据需要来设定不同的控制操作，如需要控制一个以上冷阴极萤光灯的亮、暗或亮暗时间长短及亮暗程度等各种不同情形。
而另一方面，这些传统的冷阴极萤光灯驱动系统一般是在一电路板上搭建达成各个功能的分离元件所构成，而未将各个功能加以集成或模组化，如此将占用电路板的较大面积，与现今讲求微型化的时代，以节省更多布设空间来容纳更多功能元件之情形相背道而驰。而且，这些驱动系统的生产，因需在电路板上组装大量的分离元件，而将耗费大量的时间、人力及物力，遂大大提高这些驱动系统的生产成本。
因此，实有必要提供一种冷阴极萤光灯数字驱动系统，以数字化驱动冷阴极萤光灯，而以有效减少电路板的占设空间并降低电路板的生产成本下，使冷阴极萤光灯达到所需的使用状况。
【发明内容】
本发明之目的之一在于提供一种冷阴极萤光灯数字驱动系统，以数字化驱动冷阴极萤光灯，而使冷阴极萤光灯达到预设的使用状况。
本发明之目的之二在于提供一种冷阴极萤光灯数字驱动系统，以集成化所述驱动系统，而大大降低所述驱动系统的生产成本。
本发明之目的之三在于提供一种冷阴极萤光灯数字驱动系统，以集成化所述驱动系统，而大大减少所述驱动系统占设电路板的空间。
一种冷阴极萤光灯数字驱动系统，所述数字驱动系统包括一交流电压供应电路、一脉冲产生电路、一感测阻抗、一反馈控制器及一冷阴极萤光灯。所述交流电压供应电路提供正弦交流电压至冷阴极萤光灯。所述脉冲产生电路产生一脉冲信号以控制所述交流电压的提供。所述感测阻抗，回应所述正弦交流电压以感测流经所述冷阴极萤光灯的电流。而所述反馈控制器，为一数字控制器，可集成在一芯片上，且至少包含一数字处理电路及一数字控制电路，所述数字处理电路用以接收所述感测电流，开将所述模拟量的感测电流转换成数字信号；而所述数字控制电路，至少部分依据所述数字信号，以调制所述脉冲产生电路产生的脉冲信号宽度，而调整输入至所述冷阴极萤光灯的交流电压。其中，所述数字处理电路可为一模数转换器，以将所述模拟量的感测电流转换成数字信号。而所述数字控制电路包括一比较器，用以接收由所述模数转换器输出的数字信号及一参考信号，并进行比较，以根据所得到的比较信号而产生一数字调制信号。所述脉冲产生电路可包含一乘法器及一调制器，所述乘法器用以接收所述数字调制信号及一正弦波信号，而以调节所述正弦波的幅值；而所述调制器器接收所述幅值已调节的正弦波信号及一三角波信号，以输出脉宽已调制的脉冲信号，如此以数字化调整输入至冷阴极萤光灯的交流电压，使冷阴极萤光灯达到预期的使用状态，如设定单一冷阴极萤光灯在不同期间内达成不同的发光程度，或多个冷阴极萤光灯的不同运作状况等。
本发明与现有技术相比具有以下优点：所述冷阴极萤光灯数字驱动系统以数字化驱动控制冷阴极萤光灯的运作状况，且所述用以数字控制的控制器是集成在一芯片中，以减少冷阴极萤光灯数字驱动系统占用电路板的布设空间外，更降低其生产成本。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明。
图1为传统冷阴极萤光灯驱动系统的电路图。
图2为图1中脉宽调变电路PWM的波形信号产生示意图。
图3为本发明冷阴极萤光灯数字驱动系统的电路图。
图4(a)-(c)为图3中脉冲产生电路的波形信号产生示意图。
【具体实施方式】
如图3所示，为本发明之一实施例冷阴极萤光灯数字驱动系统的电路图。需注意的是，图中仅绘示单个冷阴极萤光灯，但是，本发明亦不受限于多个冷阴极萤光灯以适当方式设置，如在使用冷阴极萤光灯的大型面板(CCFLPanel)中。且，本发明的数字驱动系统也可应用于类似冷阴极萤光灯的负载中，及其他合适的用途中，在此并非有所限制。
所述冷阴极萤光灯数字驱动系统40包括一电压供应电路42、一感测电路44、一反馈控制器46及一冷阴极萤光灯41。
所述电压供应电路42用以输入一直流电压Vcc，并经由所述反馈控制器46的控制，而输出一交流电压Vout至所述冷阴极萤光灯41，所述电压供应电路42可以采用自我共振电路，如已知的Royer电路，或其他合适的驱动电路，以将所述直流输入电压Vcc转换成交流电压Vout。例如，本发明的电压供应电路42可包括变压器单元421、若干开关组423及开关控制电路425。所述开关控制电路425可为反相器单元D1、D2，耦合至所述若干开关组423，借由所述反相器单元D1、D2控制，使其中一些开关组导通时而另一些开关组处于关断状态。所述变压器单元421具有初级线圈及次级线圈，若干开关组423及直流输入电压Vcc耦合至所述初级线圈，所述冷阴极萤光灯41耦合至所述次级线圈。需注意的是，所述电压供应电路40的变压器单元421、若干开关组423及开关控制电路425之间可根据需要而以适当方式设置，且其中的变压器421及开关组423数目并非有所限制，且所述开关423可为MOSFETs晶体管、BJT晶体管、或两者的混合类型及其他合适的开关。
所述感测电路44包含一感测阻抗，如图电阻Rs或电容等，其电跨接于冷阴极萤光灯41，以感测与冷阴极萤光灯41的使用状态相关的值，如感测流经所述冷阴极萤光灯CCFL的实际电流，且经由所述感测阻抗Rs而成为一感测电压Vsense，并以所述感测电压Vsense作为反馈信号而输入至所述反馈控制器46。
如此，本发明中所述反馈控制器46接收由所述感测电路44传来的信号，而调整所述电压供应电路42输出至冷阴极萤光灯41的交流电压。本发明的反馈控制器46为一数字控制器，其可集成在一芯片中，也可将其中部分功能元件加以模组化，以下将具体描述反馈控制器46。
所述反馈控制器46可包含一数字处理电路45、一数字控制电路47及一脉冲产生电路49。
所述数字处理电路45可包括一模数转换器，所述模数转换器45用以接收如所述感测电路44所传来的感测电压Vsense，并将所述模拟量的感测电压Vsense予以转换，而以产生一数字信号FB，并以输入至所述数字控制电路47。
所述数字控制电路47可包括一比较器472及一控制单元474。所述比较器472接收所述数字信号FB及一参考信号REF，并由所述比较器472将比较结果输入至所述控制单元474。其中，所述参考信号REF表示与冷阴极萤光灯的使用状态相关的预期值，如需流经所述冷阴极萤光灯的预设电流等。其中，所述参考信号REF可由人工根据经验及需要而设定为合适值，或由内部可程式化控制器提供，抑或经由外部装置提供，且所述参考信号REF的值可根据不同的负载特性及其他情形而加以变化，如各冷阴极萤光灯的特性差异等。此外，若所述冷阴极萤光灯数字驱动系统40设置有保护电路(未图示)，则所述比较器472可接收另一参考信号REF’所述参考信号REF’定义为所述驱动系统40所允许流过的最大电流或最小电流值，在此不加详述。
在理想状态下，所述数字信号FB等于所述参考信号REF。然而，若所述数字信号FB与所述参考信号REF不相等，则由所述比较器474产生一比较信号CMP(compared value)，即其间的差异值输入至所述控制单元474。所述控制单元474可主要根据所述比较器472所输出的比较信号值CMP，而输出合适的数字调制信号A(Amplitude)至所述脉冲产生电路49。因此，借由所述比较器472产生的比较信号CMP，以确定所需调制的幅度A，而使所述脉冲产生电路49产生一合适脉宽的脉冲信号，而以调整输入至所述电压供应电路49的电压，以下将进一步详细描述。
所述脉冲产生电路49包括一正弦波产生器492(Sign waveformgenerator)、一三角波产生器494(Sawtooth generator)、一乘法器496及一调制器498。所述正弦波产生器492产生一正弦波Vin(Vin＝Sinθ)。所述乘法器496的输入端同时接收所述数字调值信号A及所述正弦波Vin，而在输出端输出幅值已调变的正弦波。若所述比较信号CMP指示所述控制单元输出为A，则经由所述乘法器的运算，所述正弦波的幅值调高至A倍，为Vin’(Vin’＝ASinθ)；反之，若所述数字调制信号CMP指示所述控制单元输出为1/A，则经由所述乘法器的运算，所述正弦波的幅值减少至1/A倍，为Vin”(Vin”＝1/A Sinθ)。所述三角波产生器494可由具有一适当时间常数的电容，产生一固定频率的三角波Vm(未图示)。或者，如图3所示，所述三角波产生器494包括一时钟产生器495，由所述时钟产生器495产生方波且经积分器(未图示)而形成所述三角波Vm。所述时钟产生器495可以控制所述正弦波产生器492，使所产生的正弦波Vin与所述时钟产生器495的三角波Vm具有相同的固定频率。此外，所述时钟产生器495将产生的脉冲信号经由一脉冲时序控制电路(未图示)，而与所述调制器498的输出端共同输入至开关控制电路425，如图3所示的反相器单元D1、D2，以控制输入至所述反相器单元D1、D2的脉冲时序，而使若干开关组423以预设方式交互导通。且所述时钟产生器495抑可为其他外部的时钟产生器，在所不限。
所述调制器498可包含一比较器(未图示)，用以接收所述三角波信号Vm及由所述乘法器496输入的幅值已调变的正弦波，而以输出脉宽已调制的脉冲信号，借由脉宽的宽窄变化，而以调整输入至所述冷阴极萤光灯41的交流电压。
所述脉冲产生电路49调节脉宽的运作大致如图4(a)-(c)所示：
如图4(a)中，由所述三角波产生器494产生三角波Vm，而正弦波产生器492以产生正弦波Vin并施加所述三角波Vm上。假定正弦波Vin的值大于三角波Vm时，定义脉冲信号Vd值为1，而在所述正弦波Vin值小于或等于三角波Vm时，定义所述脉冲信号Vd值为0(也可相反定义上述的假定)，则所述正弦波Vin依次与所述三角波Vm形成交点a、b、c、d等，以形成如图4(a)图以二进制0、1进行编码的第一脉冲信号。
如图4(b)中，当所述正弦波改变为Vin’(Vin’＝ASinθ)，即所述正弦波曲线向上平移后，由所述正弦波Vin’与所述三角波Vm得到一系列新交点a’、b’、c’、d’等而形成以二进制0、1进行编码的第二脉冲信号，且相对的脉宽已变宽，如b’与c’两点间的相对距离已变大。同样，如图4(c)中，所述正弦波减至Vin”(Vin”＝1/A Sinθ)时，形成另一脉宽变窄且以数字化表示的脉冲信号。此外，可借由所述正弦波信号与所述三角波信号的适当变化以调制脉冲信号的宽度外，也可调制所述脉冲信号的数量及分布规则等。
如此，可由所述脉冲产生电路49调变所述脉冲信号，并输入至开关控制电路425，如反相器单元D1、D2，并由内部或外部的时钟产生器495进行时序的控制，而使与反相器单元D1、D2耦合的若干开关组423交互导通，以调整输入至所述冷阴极萤光灯41的交流电压。
由上所述，借由所述反馈控制器46的控制，使所述脉冲产生电路49产生已数字化的脉冲信号。且经由上述的脉冲信号数字化处理后，可介入各种计算机程式中的数字逻辑运算，以进行更多类型的复杂控制，如对单一冷阴极萤光灯在不同期间的亮暗状态进行控制；或在其他一些实施例中，可感测多个冷阴极萤光灯的各种使用状态，而分别或同时控制各个冷阴极萤光灯达至所需的运作状态，以达预期的多元化控制。

Claims (7)

1.一种冷阴极萤光灯数字驱动系统，包括一交流电压供应电路、一感测电路、一反馈控制器及一冷阴极萤光灯，其特征在于：所述反馈控制器为一数字控制器，且至少包含一模数转换器及一脉宽调变电路，所述模数转换器将所接收的以表征冷阴极萤光灯发光状况的电信号转换成一数字信号，而所述脉宽调变电路至少根据所述数字信号以调整其脉冲信号的脉宽。
2.如权利要求1所述的冷阴极萤光灯数字驱动系统，其特征在于：所述控制器包含一比较器，可接收所述数字信号及一参考信号，并以输出一比较信号。
3.如权利要求2所述的冷阴极萤光灯数字驱动系统，其特征在于：所述控制器进一步包含一控制单元，至少根据所述比较信号，而输出一数字调制信号。
4.如权利要求3所述的冷阴极萤光灯数字驱动系统，其特征在于：所述脉宽调变电路包含一乘法器，可接收所述数字调制信号及一正弦波信号，并输出幅值已调节的正弦波信号。
5.如权利要求4所述的冷阴极萤光灯数字驱动系统，其特征在于：所述脉宽调变电路进一步包含一调制器，可接收由所述乘法器输出的幅值已调节的正弦波信号及一三角波信号，而以产生脉宽已调制的脉冲信号。
6.如权利要求1所述的冷阴极萤光灯数字驱动系统，其特征在于：所述感测电路包括一感测电阻，感测流经所述冷阴极萤光灯之电流，以表征冷阴极萤光灯发光状况的电信号。
7.如权利要求1所述的冷阴极萤光灯数字驱动系统，其特征在于：所述电压供应电路是由变压器单元、若干开关组及开关控制电路所组成。
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