CN1744790A - Ccfl集成电路的故障保护装置和方法 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，提供一种装置。该装置包括功率桥，用于连接到CCFL(冷阴极荧光灯)负载并且为该负载提供工作电流。该装置还包括复制元件，该复制元件连接到功率桥以提供与工作电流成比例的复制电流。该装置还包括参考元件插座，以与外部参考元件一起产生参考电流。该装置还包括比较元件，该比较元件连接到复制元件和参考元件，以将复制元件和参考元件进行比较。

Description

CCFL集成电路的故障保护装置和方法

相关申请的交叉参考

本申请要求2004年8月23日提交的美国临时专利申请No.60/xxx,xxx的优先权，其在此结合作为参考。

背景技术

便携式笔记本计算机系统已经成为普遍的消费项目。在飞机上，咖啡厅，公园以及其他场合已经看见便携式电脑用户在使用他们的计算机。这在使人们不受如总公司或者营业处的受控使用场合限制方面具有很大的便利，其中在总公司或者营业部的受控使用场合，一台计算机可安全安装并且通常不移动。

由于便携式电脑的广泛使用，希望有多余的防护装置来保护用户免受物理伤害。一个潜在的危害就是由提供给冷阴极荧光灯(CCFL)的高电压所产生的触电死亡，其中冷阴极荧光灯用于给许多计算机的显示系统提供背光。尽管便携式电脑中大多数电压幅值相对较小，但用于给荧光灯供电的电压通常大出几个数量级。

如今，在笔记本计算机中所用的大多数CCFL由全桥功率级驱动，该全桥功率级驱动磁性升压变压器以施加CCEL所需的高电压。以这种方式，通常电压为7到22V的笔记本电源可以有效方式精密(tightly)调节600VRMS电压给CCFL。然而，施加到CCFL上的高电压容易导致触电死亡。因为这个原因，笔记本制造商提供多余的物理和电气安全系统，以防止消费者由于CCFL而触电死亡。

另外，大多数笔记本计算机如果它们由例如保险商实验所(UL)的第三方实验室评价合格仅仅才可以买到(commercially viable)。UL具有各种标准以及测试，应用这些标准或者测试以确定产品是否合格。任何电气产品的一个公共测试是产品是否驱动太大的电流通过人体模型负载(在本文中，为从电路中的任一物理点到地为大约2k欧姆的阻性负载)。另一个公共测试是当任意两个物理进入的元件短路(这可为两个元件之间的短路或者接地短路)时产品是否安全工作(或者切断)。因此，希望提供一种坚固的系统，用于在驱动CCFL的系统中监测电流以避免UL测试失败并且因此出现触电死亡危险的过电流情形。

发明内容

提供一种系统，方法和装置用于CCFL集成电路的故障保护方案。在一个实施例中，提供一种装置。该装置包括功率桥，该功率桥用于连接到CCFL(冷阴极荧光灯)负载并且为该负载提供工作电流。该装置还包括复制(replica)元件，该复制元件连接到功率桥以提供与工作电流成比例的复制电流。该装置还包括参考元件插座，以与外部参考元件一起产生参考电流。该装置还包括比较元件，该比较元件连接到复制元件和参考元件以将复制元件与参考元件进行比较。

在另一个实施例中，提供一种运行冷阴极荧光灯电源的方法。该方法包括运行该电源以及产生工作电流。另外，该方法包括用参考元件产生参考电流。另外，该方法包括产生与工作电流成比例的复制电流。此外，该方法包括将复制电流与参考电流进行比较。同样，该方法还包括如果复制电流和参考电流不等则发出故障信号。

在又一实施例中，提供一种冷阴极荧光灯的电源。该电源包括第一功率晶体管，该第一功率晶体管具有第一节点，第二节点以及栅节点，第一节点连接到电源。该电源还包括第二功率晶体管，该第二功率晶体管具有第一节点，第二节点以及栅节点。第二功率晶体管与第一功率晶体管成对，并且第一节点连接到电源。另外，该电源还包括第三功率晶体管，该第三功率晶体管具有第一节点，第二节点以及栅节点。第一节点连接到第一功率晶体管的第二节点，并且第二节点接地。另外，该电源包括第四功率晶体管，该第四功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点。第四功率晶体管与第三功率晶体管成对。第一节点连接到第二功率晶体管的第二节点，并且第二节点接地。

该电源还包括复制晶体管，该复制晶体管形成为与第三和第四功率晶体管成比例，具有第一节点，第二节点以及栅节点。第二节点接地，并且调节第一节点以交替匹配第三和第四功率晶体管的第一节点。此外，该电源包括电流反射镜。该电流反射镜连接到复制晶体管的第一节点。另外，该电源包括参考端，参考端连接到电流反射镜。

附图说明

由附图以示范的方式示出本发明。应该知道，附图作为示范而不是限制，正如本发明的范围由权利要求所限定一样。

图1示出电流过载检测方案的一个实施例；

图2示出电流过载检测方案的另一实施例；

图3示出采用内部复制电路的电流过载检测方案的一个实施例；

图4示出需要电流过载保护的电源电路负载的一个实施例；

图5示出电流反射以及检测电路的一个实施例；

图6示出相关电路管脚的监测电路的一个实施例；

图7示出工作以及电流过载检测过程的实施例。

具体实施方式

提供一种系统，方法和装置用于CCFL集成电路的故障保护方案。在本文献中所述的特定实施例代表本发明的示例性实施例，并且本质上仅为演示而不是限制。

在下面的描述中，为进行解释，将给出大量的特定细节，以便提供本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员清楚本发明没有这些特定细节也是可以实施的。在其他实例中，结构和器件以框图形式给出以便避免模糊本发明。

说明书中“一个实施例”或者“实施例”的引用意味着结合该实施例所描述的特定特征，结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中各个位置的出现并不全部涉及相同的实施例，也不是相互排除其他实施例的单独或者可变实施例。

在一个实施例中，复制电路用于将电流与流过元件的参考电流进行比较，其中该元件被选为与必要输出电流成比例。复制电流与工作电流成比例，该工作电流提供给CCFL(冷阴极荧光灯)。当工作电流与对应的复制电流运行在特定限制之外时，参考电流不再比较为与复制电流相等，并且发出变化信号。在那点上，系统可断电或者功率减小。

在一个实施例中，提供一种装置。该装置包括功率桥，该功率桥用于连接到CCFL(冷阴极荧光灯)负载并且提供工作电流给该负载。该装置还包括复制元件，该复制元件连接到功率桥以提供与工作电流成比例的复制电流。该装置还包括参考元件插座，该参考元件插座与外部参考元件一起产生参考电流。该装置还包括比较元件，该比较元件连接到复制元件和参考元件以将复制元件与参考元件进行比较。

在另一实施例中，提供一种运行冷阴极荧光灯电源的方法。该方法包括运行该电源并且产生工作电流。另外，该方法包括用参考元件产生参考电流。另外，该方法包括产生与工作电流成比例的复制电流。此外，该方法包括将复制电流与参考电流进行比较。同样，该方法包括如果复制电流和参考电流不等则发出故障信号。

在又一实施例中，提供一种冷阴极荧光灯的电源。该电源包括第一功率晶体管，该第一功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点，第一节点连接到电源。该电源还包括第二功率晶体管，该第二功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点。第二功率晶体管与第一功率晶体管成对，并且第一节点连接到电源。另外，该电源包括第三功率晶体管，该第三功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点。第一节点连接到第一功率晶体管的第二节点，并且第二节点接地。另外，该电源包括第四功率晶体管，该第四功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点。第四功率晶体管与第三功率晶体管成对。第一节点连接到第二功率晶体管的第二节点，并且第二节点接地。

该电源还包括复制晶体管，该复制晶体管形成为与第三和第四功率晶体管成比例，具有第一节点，第二节点和栅节点。第二节点接地，并且调节第一节点以交替匹配第三和第四功率晶体管的第一节点。此外，该电源包括电流反射镜。该电流反射镜连接到复制晶体管的第一节点。另外，该电源包括参考端，该参考端连接到电流反射镜。

功率通过变压器而传送给CCFL以提供驱动CCFL所需的约600Vrms，其中该变压器升压可从笔记本电源得到的7到22V。变压器的初级侧由驱动器电路驱动，该驱动器电路的电源为笔记本电源，同时次级侧驱动CCFL。驱动器电路原理上在一个实施例中采用桥，在本文献中示出和描述该实施例。

通常保护电路通过将与次级绕组串联的电阻器接地而监测传送给CCFL负载的功率。以这种方式，如果人开始与CCFL高压端接触从而提供接地路径，由变压器所提供的电流量可容易地被电阻器上形成的电压所监测。在较旧的设计中，如果电阻器上的电压超过1.2伏特，IC将减小所传送的功率以便维持电阻器上1.2V的峰值电压从而提供可由变压器提供的电流的上限。该设计示于图1。

保险商实验所(UL)具有应用到CCFL保护的各种工业标准。尽管图1所用的电路保护单点故障，即接触变压器的高压端，但如果与变压器的次级绕组串联的电阻器存在接地短路其不保护。这种短路将使保护电路无效。

在图3-5中提供一种不同的控制方法。对于一个实施例，部件具有接地的管脚9。在此，SetI管脚8上的电压设定调节为约1.2V(带隙电压)。电阻器从该管脚接地。通过电阻器的管脚8的电流与传送到变压器初级绕组并且因此传送到变压器次级的最大电流成比例。

该部件电路这样进行构造，即如果存在接地短路，那么部件将不启动。注意，与SetI管脚8相邻的管脚9为地。另一相邻管脚为FT管脚7。此处的短路还将不使SetI管脚的限流功能失效。这将通过UL故障测试并且调节电流合格。

图1示出电流过载检测方案的一个实施例。所示为系统100，其包括具有电流检测器的变压器。变压器10可连接到驱动该变压器的桥上，由此产生期望输出电压。连接在一个绕组(输出绕组)和地之间的是负载120，其通常为电阻器。为便于参考，对于本文献的电路，变压器的升压绕组称作输出绕组并且降压绕组称作输入绕组。负载120在连接到绕组的点上提供参考电压。该参考电压提供给两个比较器130和140。

比较器130接收带隙电压(约1.2V)作为输入并且将参考电压与带隙电压进行比较。比较器140同样接收由10分压的带隙电压作为输入，并且由此提供由10分压的带隙电压和参考电压之间的比较。当电路正确运行时，比较器140的输出通常为某种形式的方波(可能为两个方波的和)。因此，检测正确的运行是很难的。

代替采用变压器输出上电压的测试，可测量变压器输入侧上的电压。图2示出电流过载检测方案的另一实施例。再一次示出变压器110。缓冲器220和230代表驱动从CCFL调节器集成电路内部驱动变压器110的桥。电容器240在缓冲器230和变压器110的一端之间串联设置。另外，连接到变压器110的该端上的是一串元件——齐纳二极管250，二极管260，电阻器270以及共基极晶体管280，所有这些导出端子290。端子290可由比较器测量以确定变压器端子上的状态是否合理。然而，所示的每个元件通常为电路板上的离散元件，这使得在UL测试或者人体接触中短路，由此导致测试电路的失败。因此，该测试方案导致更复杂并且不能提供器件的坚固测试。

那么有用的是坚固的测试方案，这里坚固指的是相对容易测量并且相对不可能因为UL形式短路或者接触而导致失败。图3示出采用内部复制电路的电流过载检测方案的一个实施例。电路300为驱动负载310并且由复制电路和监测元件监测的桥电路。

晶体管320，325，330和335提供为负载310供电的桥。每个晶体管320，325，330和335通常为功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，获得(sourcing)高电流并且消耗(sinking)高电流并且在集成电路上要求大占地面积(real estate)的布线。该桥由交替提供电流通过两个支路(分别为320和325，330和335)而工作。因此，例如，晶体管320和325可对应于缓冲器220并且晶体管330和335可对应于缓冲器230。还设置的是复制MOSFET355，其复制晶体管325和335，而不需要同样大的占地面积(或者处理相同的电流)。晶体管325，335和355可全部偏置在相同的电压电平(具有公共接地节点)。开关340和345交替闭合，有效将节点连接到运算放大器(op-amp)350的输入。如图所示，开关340和350用于连接桥的未导电支路到op-amp 350上。

由此，运算放大器将晶体管355的节点保持在与晶体管325和335的对应节点相同的状态。该节点也连接到电流反射镜380的端子386上。电流反射镜380的端子383连接到晶体管360，其连接到外部电阻器370和op-amp365上。op-amp365工作以保持其输入在相同的电压，由此保持电阻器370上的电压降为带隙电压。电阻器370由系统的设计者进行选择以具有适合于响应带隙电压的与桥电流成比例的电流的值。该比例由集成电路特定，使设计者根据电流/功率需求选择电阻器。因此，对于在前描述的器件，电阻器370为从管脚8(Set I)到地的外部电阻器，并且电阻器370的端子为管脚Set I。

需要进行监测的负载通常为荧光灯。图4示出需要电流过载保护的一种电源电路的负载的一个实施例。变压器110具有连接到其输入绕组上的串联电容器420。与输出绕组并联的是电容器430和440，以及灯450与电阻器460的串联连接。在灯450和电阻器460之间是节点465。如果节点465短路接地，或者由人体接触(如人体模型所模拟的)，通过负载的电流将仍被调节。

调节电路的最后一块是电流反射和检测电路。图5示出电流反射和检测电路的一个实施例。电流反射镜380采用晶体管510，520和530以反射通过每个晶体管的相同电流。因此，节点383和386上的电流相同，并且通过电流源550的电流也是相同的电流。如果节点380(复制晶体管355的节点)上的电流改变，电压改变将出现在施密特触发缓冲器540的输入上，并且其可在节点560上检测到。因此，节点560可提供有效低信号，表示基于其他系统要求，桥应该断电或者松脱回去(ratchet back)。可使用该有效低信号，例如以改变图3的偏压(切断)晶体管320或者330，由此减小或者切断电源。

在某些器件上，其中电阻器370连接管脚的下一个管脚是FT管脚。图6示出相关电路管脚的监测电路的实施例。如图所示，FT管脚(节点650)具有连接其上的电容器，并且该电容器还接地。在集成电路内，电流源620和晶体管630均连接到op-amp610的输入。op-amp610还具有连接到其其他输入的带隙电压。op-amp610的输出作为FT_OUT信号660设置。

如果FT节点650短路接地，那么该节点将不在带隙电压上增长。当op-amp610比较带隙电压和节点650时，输出660将保持低(无效)。在正常工作时，节点650将延时增长，使得输出660(FT_OUT)也转换为逻辑高。

参考流程图理解调节电流的过程。图7示出工作和电流过载感应过程的一个实施例。过程700包括使器件工作，产生参考和复制电流，比较这些电流，并且或者发出故障信号或者继续工作。本文献的过程700以及其他方法由模块组成，这些模块可重排成并行或者串行结构，并且可分割或者组合。该方法可包括其他或者不同的模块，并且这些模块也可进行改组以得到同样的结果。

器件工作在模块710。这产生给CCFL负载供电的工作电流。复制电流(例如图3中晶体管335的电流)在模块720上产生。同样，参考电流(例如电阻器370的电流)在模块730上产生。这些电流在模块740上进行比较。在模块750上，如果电流相等，过程返回到模块710。如果电流不等，在模块760产生故障信号。

各个实施例的特征和方面可集成在其他实施例中，并且没有所示或者所述的所有特征或者方面，本文献中所示的实施例可实施。本领域技术人员应该清楚尽管为演示目的已经描述系统和方法的特定实施例和实例，但不脱离本发明的精神和范围可进行各种变形。例如，本发明的实施例可应用到许多不同类型的数据库，系统以及应用程序中。另外，一个实施例的特征可结合到其他实施例中，即使其中那些特性并未在本文献的单个实施例中一起描述。因此，本发明由所附的权利要求来描述。

Claims (20)

1、一种装置，包括：

功率桥，用于连接到CCFL(冷阴极荧光灯)负载并且提供工作电流给该负载；

复制元件，连接到功率桥以提供与工作电流成比例的复制电流；

参考元件插座，以与外部参考元件一起产生参考电流；

以及

比较元件，连接到复制元件和参考元件以将复制元件与参考元件进行比较。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

复制元件通过运算放大器连接到功率桥。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

比较元件为电流反射镜以及连接到电流反射镜的缓冲器。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

参考元件插座连接到外部参考元件，该外部参考元件被选为与功率桥的期望输出值成比例。

5、根据权利要求1所述的装置，还包括：

连接到参考元件插座上的带隙电压调节器。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于：

带隙电压调节器包括连接在比较元件和参考元件插座之间的晶体管以及输出连接到该晶体管、第一输入连接到参考元件插座并且第二输入连接到带隙电压参考的运算放大器。

7、根据权利要求1所述的装置，其特征在于：

功率桥为一组成对的功率MOSFET。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于：

复制元件为大小与功率桥的功率MOSFET成比例的MOSFET。

9、根据权利要求1所述的装置，还包括：

连接到参考元件插座的带隙电压调节器，

该带隙电压调节器包括连接在比较元件和参考元件插座之间的第一MOSFET以及输出连接到该晶体管、第一输入连接到参考元件插座并且第二输入连接到带隙电压参考的第一运算放大器。

10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于：

比较元件为电流反射镜以及连接到该电流反射镜的缓冲器。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于：

功率桥为一组成对的功率MOSFET；

并且

复制元件为大小与功率桥的功率MOSFET成比例的第二MOSFET。

12、一种运行冷阴极荧光灯电源的方法，该方法包括：

运行该电源并产生工作电流；

用参考元件产生参考电流；

产生与工作电流成比例的复制电流；

比较该复制电流与参考电流；

以及

如果复制电流与参考电流不等则发出故障信号。

13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于：

参考元件为连接到电源的电阻器。

14、根据权利要求12所述的方法，还包括：

通过比较电源的故障管脚与带隙电压而缓冲电源的故障管脚。

15、一种冷阴极荧光灯的电源，包括：

第一功率晶体管，该第一功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点，第一节点连接到电源；

第二功率晶体管，该第二功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点，第二功率晶体管与第一功率晶体管成对，第一节点连接到电源；

第三功率晶体管，该第三功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点，第一节点连接到第一功率晶体管的第二节点，第二节点接地；

第四功率晶体管，该第四功率晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点，第四功率晶体管与第三功率晶体管成对，第一节点连接到第二功率晶体管的第二节点，第二节点接地；

复制晶体管，该复制晶体管形成为与第三和第四功率晶体管成比例，具有第一节点，第二节点和栅节点，第二节点接地，调节第一节点以交替匹配第三和第四功率晶体管的第一节点；

电流反射镜，该电流反射镜连接到复制晶体管的第一节点；

以及

参考端，该参考端连接到电流反射镜。

16、根据权利要求15所述的电源，还包括：

运算放大器，该运算放大器具有第一输入和第二输入，第一输入连接到复制晶体管的第一节点，第二输入交替连接到第三功率晶体管的第一节点和第四功率晶体管的第一节点。

17、根据权利要求15所述的电源，还包括：

连接到电流反射镜的施密特触发缓冲器。

18、根据权利要求15所述的电源，还包括：

晶体管，该晶体管具有第一节点，第二节点和栅节点，第一节点连接到电流反射镜，第二节点连接到参考端；

以及

运算放大器，该运算放大器具有第一输入，第二输入和输出，第一输入连接到带隙电压参考，第二输入连接到参考端，输出连接到晶体管的栅节点。

19、根据权利要求15所述的电源，还包括：

运算放大器，该运算放大器具有第一输入，第二输入和输出，第二输入连接到复制晶体管的第一节点，输出连接到第一输入；

第一开关，该第一开关连接在运算放大器的第一输入和第三功率晶体管的第一节点之间；

以及

第二开关，该第二开关连接在运算放大器的第一输入和第四功率晶体管的第一节点之间。

20、根据权利要求15所述的电源，还包括：

施密特触发缓冲器，该施密特触发缓冲器连接到电流反射镜；

参考晶体管，该参考晶体管具有第一节点、第二节点和栅节点，第一节点连接到电流反射镜，第二节点连接到参考端；

第一运算放大器，该第一运算放大器具有第一输入，第二输入以及输出，第一输入连接到带隙电压参考，第二输入连接到参考端，输出连接到参考晶体管的栅节点；

第二运算放大器，该第二运算放大器具有第一输入，第二输入和输出，第二输入连接到复制晶体管的第一节点，输出连接到第一输入；

第一开关，该第一开关连接在第二运算放大器的第一输入和第三功率晶体管的第一节点之间；以及

第二开关，该第二开关连接在第二运算放大器的第一输入和第四功率晶体管的第一节点之间。

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