CN1747307A - 对于双端dc－ac变换器的ac电压输出幅度的控制 - Google Patents

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Abstract

一个双端DC－AC变换器提供AC电源给一个负载，例如一个用于对液晶显示器进行背光照明的冷阴极荧光灯。第一和第二变换器级产生各自的第一和第二正弦电压，它们具有相同的频率和幅度，但在它们之间有一个受控的相位差。通过使用电压控制延迟电路控制该第一和第二正弦电压之间的相位差，变换器就能够改变在负载相对两端上产生的合成电压差的幅度。变换器可以是电压馈电的或电流馈电的任一种。

Description

对于双端DC-AC变换器的AC电压输出幅度的控制
相关申请的参考
本申请要求以前递交的，即由R·Lyle等人在2004年7月19日递交的，转让给本申请的授让人的，题为“双端推挽式变换器的移相调制”的共同待审美国专利申请No.60/589,172的权益，并且在这里引用它的公开文本。
本发明的领域
本发明一般涉及电源系统和它的子系统，特别是指控制提供给高压设备的AC电压的幅度的方法和设备，高压设备例如是用于对液晶显示器进行背光照明的冷阴极荧光灯。
背景技术
有各种各样的电系统应用，它们需要一个或多个高压AC电源。作为一个非限制性的例子，一个液晶显示器(LCD)，例如被应用在台式和膝上型计算机中，或用在大的显示器，例如大尺寸电视机屏幕中的液晶显示器，要求相关的冷阴极荧光灯(CCFL)装置直接安装在它的后面，用于背后照明。在这种运用和在其它运用中，CCFL的点火操作和持续操作需要应用大的AC电压，电压的范围可在几百到几千伏数量级。提供这样的高电压给这些设备通常是利用几种操作方法之一来实现的。
第一种方法涉及使用一个单端驱动系统，其中高压AC电压产生和控制系统通过变压器耦合到灯的一端/近端，灯的另一端/远端被连接到地。这种技术是不合需要的，因为它在提供给灯驱动端的高压变压器电路中产生一个很高的峰值AC电压。
另一种方法是使用一个双端驱动系统，其中高压AC电压产生和控制系统被变压器耦合到灯的一端/近端，从电压产生和控制系统到灯的另一端/远端的连接是通过高压电线实现的。这些电线可能比较长(例如，四英尺或更长)，并且比低压电线要昂贵。此外，它们通过电容耦合到地要损失相当大的能量。
还有一种方法是把高压变压器和有关的电压开关元件，例如MOSFET或双极性晶体管，安排在靠近灯的远端；这些器件被连到灯的近端并且受到灯的近端的本地控制器的控制。这种方法的缺点类似于第一种方法，栅极(或基极)驱动电线需要承受高的峰值电流，并且为了高效操作必须以高的开关速度改变状态。所要求的长电线不太适合于这种开关速度，因为它们的固有电感大；此外由于它们的电阻相当大，要损失许多电能。
发明内容
按照本发明，传统的高压AC电源系统体系结构，包括提供AC电源给用于对LCD板进行背光照明的CCFL的那些系统的上述的缺点，通过一个双端的，DC-AC变换器体系结构而有效地消除了，它是利用具有相同频率和幅度，但具有一个在它们之间受控制的相位差的第一和第二正弦电压驱动负载的相对的两端(例如一个CCFL)来工作的。通过控制第一和第二正弦电压之间的相位差，本发明能够改变跨接在负载的相对两端上产生的合成电压差的幅度。
第一电压馈电实施例包括第一和第二推挽DC-AC变换器级，这些级的各个输出端口连到负载(例如但不限于冷阴极荧光灯(CCFL))的相对端。每个变换器级包括一对脉冲发生器，它们产生相位互补的方波脉冲信号，这些信号幅度相同，频率相同，并具有50％的占空比比。这些相位互补的脉冲信号被用来控制一对受控开关元件(例如各个MOSFET的ON/OFF状态)，它们的源——漏通路连接在参考电压端(例如接地端)和升压变压器的中心抽头的初级线圈的相对端之间。升压变压器的初级线圈的中心抽头连接到一个DC电压源，它是那个DC-AC变换器级的DC电压馈给装置。升压变压器的次级线圈具有一个第一端和一个第二端，第一端连到一个基准电压(例如地)，第二端通过一个RLC输出滤波器连到两个输出端口之一。RLC电路把升压变压器的次级线圈上产生的大体方波输出转换成大体上的正弦波。
各个推挽DC-AC变换器级的操作如下。由两个脉冲发生器产生的互补相位，方波波形，50％占空比的输出脉冲串，以相互互补的方式交替地使两个MOSFET导通和截止，这样，当一个MOSFET导通的时候，另一个MOSFET就截止，反之亦然。无论哪个MOSFET被导通，都将通过中心抽头的初级线圈的一半提供一个从电压源馈给装置到地的电流流动通路，并提供那个MOSFET的漏——源通路。各个转换器级的两个MOSFET的导通周期的交替结果，是在那一级的升压变压器的次级线圈两端产生一个具有50％占空比的大体方波输出脉冲波形。这个电压波形的幅度与变压器的次级与初级的匝数比和电压供给源的DC电压值的两倍的乘积对应。如上面指出的，这个大体方波波形的形状通过RLC滤波器转换成比较好的正弦波，然后加在两个输出端口之一上。
按照本发明的控制相移原理，通过变换器各级之一的输出RLC滤波器产生的正弦波的相位，可以控制地相对于另一个变换器级的输出RLC滤波器产生的正弦波的相位移动规定的数量。这种控制两个输出端口上出现的正弦波之间的差分相移的做法的结果是修改了波形，并因此修改了在两个输出端口之间产生的合成AC信号的幅度。
在第一种极端情况下，两个正弦波在相位上相互精确地相差180°，在负载上提供的差分波形是在两个输出端口上产生的每个单个正弦波的两倍幅度的一个正弦波。在另一种极端情况下，两个推挽DC-AC变换器级产生的两个波形精确地同相，跨接在输出端口上的差是一个零伏幅度的纯DC电压。对于在两个极端值0°和180°之间的逐渐增加的相位偏移，通过推挽DC-AC变换器各级产生的两个波形在相位上逐渐增加地偏移，这种逐渐增加的偏移用来改变或调制输出端上产生的合成波的幅度。
按照本发明的一个非限制性的但是优选的实施例，在两个变换器级产生的两个波形之间产生逐渐增加的相位移是容易实现的，办法是，对变换器级之一的脉冲发生器产生的脉冲串提供一个相对于另一个变换器级的脉冲发生器产生的脉冲串的控制延迟量。在两个脉冲串之间的延迟量将控制输出端口上产生的合成AC波形的形状和幅度。
本发明的第二电流供给实施例包括第一和第二电流供给的推挽式DC-AC变换器级，其各自的输出端口与负载(例如CCFL)的相对端相连，和在第一实施例中一样。和在第一个实施例中一样，电流馈给的双端推挽式DC-AC变换器各级进行操作以产生具有相同频率和振幅但在其间具有所控制的相位差的第一和第二正弦电压，该控制相位差用于对负载的相对端上产生的合成AC电压的幅度进行调制。
为了这个目的，和在第一个实施例中一样，每个电流馈给的变换器级具有一对互补的脉冲发生器，它们产生50％的占空比的相位互补的方形输出脉冲信号。每个方波信号施加到一个受控制的开关元件(例如一个受控的继电器)的控制端，它是可以操作的，以可控制地中断在一个规定的参考电压(例如，地)和一个电容器与一个升压变压器的中心馈电的初级绕组并联连接的一端之间连接的电流流动通路，其中电容器和升压变压器的中心馈电初级绕组并联形成一个谐振的振荡回路，它把固定频率和振幅的谐振正弦波发送到变压器的次级绕组。升压变压器的初级绕组具有一个中心抽头，它通过一个电阻和一个电感器连到一个DC电压源，DC电压源用作为那一变换器级的电流供给装置。
每个电流供给的变换器级的操作如下所述。通过一对脉冲发生器产生的互补相位的，方波50％占空比的输出脉冲串将以互补的方式交替地关闭和打开控制开关。一旦开关关闭，从电池一端通过电阻器和电感器到变压器初级绕组的中心抽头的电流流动通路就被建立，从此，通过初级绕组的一半，电阻和该闭合电流流动通路通过该开关接地。在一个开关关闭和另一个开关打开以后的一个预定时间，输入到各开关的控制输入端的两个脉冲信号的状态改变方向。由于变压器初级绕组存在电感，通过它的电流不会立即停止流动。而是，从初级绕组来的电流流进和初级绕组并联的电容器的一侧。
由电容器和升压变压器的初级绕组形成的谐振电路在该电容器和变压器初级绕组之间产生一个环流，从而在次级绕组两端感应出一个正弦波。在谐振回路电容器的一侧上的波形是一个二分之一的正极性的正弦波，而在电容器的另一侧上的波形是一个二分之一的负极性正弦波。施加到输出端口之一的两个二分之一的正弦波的合成结果，是一个固定振幅，频率和相位的正弦波。
为了可控制地移动加到一个输出端口相对于另一个输出端口的合成正弦波的相位，通过一个变换器级的脉冲发生器产生的互补的50％占空比的脉冲串的过渡时间之间相对于另一级脉冲发生器产生的脉冲串有逐渐增加延迟，从而相对于另一个输出端口可控制地移动了加到一个输出端口的正弦波的相位。和在电压馈给实施中的情况一样，逐步增加电流馈给实施例的推挽DC-AC变换器各级产生的两个正弦波的相位移可以改变或调制两个输出端上产生的合成波的幅度。
一个电压控制的延迟电路用于在互补的脉冲串之间确定相对延迟，这些脉冲串被加到本发明的实施例的各个推挽DC-AC变换器级中的脉冲发生器上，由此控制驱动负载上产生的合成AC波形的幅度。按照一个非限制性的例子，电压控制延迟电路包括一个边缘检测器，它用于接收与DC-AC变换器的期望操作有关的指定频率的数字时钟信号。边缘检测器的输出端与第一双稳态触发器的双态元件的输入端连接，并连到一个电压控制的单稳态振荡器的边缘输入端。第一双稳态触发器具有Q和QBAR输出端，它们分别连接到变换器各级之一的开关对的控制输入端。
电压控制单稳态振荡器具有一个电压控制输入端，它接收通过单稳态振荡器设置延迟的DC电压，DC电压是施加到边缘输入端的信号边缘的基准。单稳态振荡器的输出是边缘检测器产生的边缘信号的重现，但在时间上与加在它的电压控制输入端的DC电压的大小成比例地延迟。单稳态振荡器的输出端连接到第二双稳态触发器的双态输入端，第二双稳态触发器有其Q和QBAR输出端，分别连接到另一个变换器级的开关对的控制输入端。
逐渐增加地改变施加于一个单稳态振荡器的电压控制输入端的DC电压的大小，就可控制地调节了在一对脉冲发生器产生的互补的50％占空比的脉冲串的过渡时间之间相对于另一对脉冲发生器产生的脉冲串的延迟，从而就可控制地移动了施加于一个输出端口的合成正弦波相对于施加于另一个输出端口的正弦波的相位。如上所述，这样就调制了在负载的相对两端上产生的合成AC电压的幅度。
附图说明
图1是按照本发明为负载如冷阴极荧光灯供电的双端变换器装置的DC-AC控制器和驱动器体系结构的第一电压馈给实施例的图解说明图；
图2-4是与图1中描述的本发明的实施例的操作有关的一组电压波形；
图5是按照本发明给负载如冷阴极荧光灯供电的双端变换器装置的DC-AC控制器和驱动器的第二电流馈给实施例的图解说明图；
图6-8是与图5中所描述的本发明的操作有关的一组电压波形；和
图9是电压控制延迟电路的一个例子，该电路被用于在施加于本发明的双端推挽变换器的实施例的脉冲发生器的互补脉冲串之间确定相对延迟。
具体实施方式
在详细描述本发明的双端的以相位调制为基础的DC-AC变换器结构以前，应该注意到，本发明基本属于传统控制电源电路和元件的规定的新型装置。因此，这些电路和元件的结构和它们可能与驱动负载如冷阴极荧光灯的连接方式，大部分地以容易理解的原理方块图示于附图中，有关的波形图只示出了与本发明有关的那些特殊方面，从而不会使细节的公开不清楚，这些细节对于那些受益于本说明书的本领域的普通技术人员是显而易见的。因此，原理方块图主要打算以常规的功能分类来表示本发明的各个实施例的主要部件，从而可以更容易理解本发明。
现在来看图1，其中，本发明的第一实施例，具体来说是电压供给的双端推挽DC-AC变换器，被原理性地图示为包含第一和第二推挽DC-AC变换器级100和200，它们各自的输出端口101和201连到了负载300例如但不限于冷阴极荧光灯(CCFL)的相对端。如上面简要描述的和下面详细描述的，双端推挽DC-AC变换器级100和200的操作产生了具有相同频率和振幅的第一和第二AC电压，但在其间具有一个控制相位差，它的作用是对负载的相对两端产生的合成电压的幅度进行调制。
更加具体地说，第一推挽DC-AC变换器级100包括一个第一脉冲发生器110，它产生一个50％占空比的输出脉冲信号。这个方波信号被加到一个控制开关元件如MOSFET120的控制端，MOSFET的源-漏通路连接在一个规定参考电压(例如，地)和一个升压变压器140的中心抽头的初级线圈130的上半部133的第一端131之间。一个高通噪声抑制RC滤波器125连接在初级线圈130的第一端131和地之间。推挽DC-AC变换器级100还包括一个第二脉冲发生器150，它也产生一个具有50％占空比的输出脉冲信号。按照本发明，50％占空比的脉冲发生器150的方波输出与脉冲发生器110的方波信号输出有相同的频率和幅度，但相位相反。
脉冲发生器150的方波信号输出加到受控开关元件例如MOSFET160的控制端，MOSFET160具有连接在一个规定的参考电压(例如，地)和升压变压器140的中心抽头初级线圈130的下半部134的第二端132之间的源—漏通路。高通噪声抑制RC滤波器126连接在初级线圈130的第二端132和地之间。脉冲发生器110和150产生的信号具有相同的幅度和频率，但是相位相反，当MOSFET开关120导通，MOSFET开关160就截止，并且当MOSFET开关120截止，MOSFET开关160就导通。如下所述，这样就在变压器140的次级绕组180两端产生一个50％占空比的输出脉冲信号。
升压变压器140的初级线圈130具有一个中心抽头135，它与一个DC电压源170(例如，幅度是24伏DC)连接，该电压源是DC-AC变换器的DC电压供给装置。升压变压器140的次级线圈180具有一个第一端181和一个第二端182，第一端181与一个参考电压(例如，地)连接，第二端通过一个RLC输出滤波器190与第一输出端口101连接。RLC电路190包括电感器191，电阻器192，电容器193和194，它用于把变压器140的次级绕组180两端产生的大体方波输出转换成大体上的正弦波。输出端口101与高压负载300如CCFL的一端连接，如上所述。
第一推挽DC-AC变换器级100的操作如下所述。脉冲发生器110和150产生的相位互补的方波的50％占空比的输出脉冲串交替地导通和截止MOSFETS120和160，从而，如上所述，MOSFET开关120导通，MOSFET开关160就截止，并且MOSFET开关120截止，MOSFET开关160就导通。当MOSFET开关120导通(同时，MOSFET160开关截止，如上所述)，来自电压源供给装置170的电流流动通路通过初级绕组130的上半部134提供，并从初级绕组130的上半部133的第一端131出来，通过MOSFET开关120的漏—源通路到地。这时，因为MOSFET160是截止的，没有通过初级绕组130的下半部134提供电流流动通路。
在互补方式中，一旦MOSFET开关160导通，来自电压源供给装置170的电流流动通路就通过初级绕组130的下半部135提供，并从初级绕组130的第二端132出来，通过MOSFET开关160的漏—源通路到地。这时，因为MOSFET120是截止的，没有通过初级绕组130的上半部分133提供电流流动通路。
如在图2的波形图中所示，MOSFETS120和160的导电周期的这种交替在变压器140的次级绕组180两端产生了具有50％占空比的大致方波输出脉冲波形。这个电压波形的幅度对应于变压器140次级与初级匝数比和两倍电压源170DC电压值的乘积。如上面指出的，这个大体方波波形通过RLC滤波器190转变成完全确定的正弦波波形，从而就在输出端口101上产生第一正弦波。
第二推挽DC-AC变换器级200的结构和变换器级100相同。所以，如图1所示，DC-AC变换器级200包括第一脉冲发生器210，它产生一个具有50％占空比的大体方形输出波形。这个信号加到了受控开关元件如MOSFET220的控制端，MOSFET220具有一个连接在规定参考电压(例如，地)和升压变压器240的有中心抽头的初级线圈230的上半部233的第一端231之间的源—漏通路。推挽DC-AC变换器级200还包括一个第二脉冲发生器250，它也产生具有50％占空比的输出脉冲信号。和在变换器级100的情况相同，脉冲发生器250的50％占空比的脉冲波输出和脉冲发生器210的脉冲信号输出具有相同的频率和幅度，但相位相反。脉冲发生器250的脉冲信号输出被加到受控开关元件如MOSFET260的控制端，MOSFET260具有一个连接在规定参考电压(例如，地)和升压变压器240的中心抽头的初级线圈230的下半路分234的第二端232之间的源-漏通路。
升压变压器240的初级线圈230具有一个连接到DC电压源270(它具有和第一变换器级的DC电压源供给装置170相同的电压，(例如24伏DC)的中心抽头235。升压变压器240具有一个第二输出线圈280，其第一端281连接到参考电压(例如，地)，其第二端282通过一个RLC输出滤波器290(由电感器291，电阻器292，和电容器293，294组成)连到第二输出端口201，它适合于连接到高压负载(CCFL)300的另一端。
如上所述，第二推挽DC-AC变换器级200的操作与以上所述的第一推挽DC-AC变换器级的操作相同。即，当脉冲发生器210和250产生的相位相反的50％占空比的输出脉冲串交替地使MOSFETS220和260导通和截止的时候，电流从电压电源供给装置270流出，交替地通过变压器初级绕组的上、下半部分234和235，和MOSFETS220和260的漏-源通路。再者，如图2的波形图中所示，这就在变压器240的次级绕组280两端产生一个大体方波输出脉冲信号，它具有50％的占空比。由于RLC电路290的存在，这个大体方形波的形状被转变成完全确定的正弦波，从而就在输出端口201上产生第二正弦波。
按照本发明的控制相移原理，在升压变压器240的次级绕组280上由输出RLC滤波器190产生的正弦波的相位相对于升压变压器140的次级绕组180的输出端上由RLC滤波器290产生的正弦波的相位可控地移动了一个规定的数量。这样有控制地给出在输出端口101和201上出现的正弦波之间的差相移的作用是，改变在输出端口101和201之间产生的合成AC信号的形状和幅度，如图3和4所示。
更加具体地说，图3示出的结果是，相对于变压器140的次级绕组180的输出端上产生的波形的相位，把连续增加数量的相移提供给变压器240的次级绕组280的输出端上产生的大致方波。图4示出了作为图3相移的结果而在输出端上产生的合成正弦波。从图4可以看出，在第一极端情况下，即两个正弦波精确地在相位上相互相差180°的情况下，通过输出端口101和201在负载300两端提供的差分波形，是一个在输出端口101和201上产生的每个单个正弦波的两倍幅度的正弦波。在另一个极端情况下，即通过推挽DC-AC变换器级100和200产生的两个波形是精确地同相的情况下，输出端口101和201上的差分产生一个零伏幅度的纯DC电压。
图3和4的波形图还描绘出，对于两个极端值0°和180°之间的逐渐增加的相移，通过推挽DC-AC变换器级100和200产生的两个波形在相位上逐渐增加地偏移，这样就对输出端101和201上产生的合成波的幅度做了改变或调制。按照本发明的一个非限制性的但是优选的实施例，在级100和200产生的两个波形之间产生逐渐增加的相位移是容易实现的，即相对于脉冲发生器110和150产生的脉冲串提供一个控制延迟量给由脉冲发生器210和250产生的脉冲串。即，通过脉冲发生器210产生的脉冲串输出相对于脉冲发发器110产生的脉冲串被可控制地延迟了，同时通过脉冲发生器250产生的脉冲串输出相对于脉冲发生器210产生的脉冲串也被可控制地延迟了相同数量。这两个脉冲串之间的延迟量将控制输出端口101和201上产生的合成AC波形的形状和幅度。
现在来看图5，其中本发明的第二实施例，具体来说，电流馈给的双端的推挽DC-AC变换器被理解为包含第一和第二电流馈给的推挽DC-AC变换器级400和500，其各个输出端口401和501连接到负载600(例如但不限于CCFL)的相对端，如在第一实施中所述。和在第一实施例中的情况一样 ，该电流馈给的双端推挽的DC-AC变换器级400和500可以操作以产生第一和第二正弦电压，它们具有相同的频率和幅度，但是在它们之间有一个受控的相位差，这个受控的相位差的作用是，对负载的相对两端上产生的合成AC电压的幅度进行调制。
为此目的，该第一电流馈给的推挽DC-AC变换器级400包括第一脉冲发生器410，它产生具有50％占空比的输出脉冲信号。这个方波信号被加到受控开关元件如一个受控继电器420的控制端，该受控开关元件具有一个可控中断电流流动通路421连接在一个规定的参考电压(例如，地)和电容器430的第一端431之间。电容器430和升压变压器450的初级绕组440的电感形成一个谐振振荡电路，它把固定频率和幅度的谐振正弦波传送到变压器的输出绕组480，这将被描述。
电容器422和二极管423跨接在继电器420的两个端部。电容器430的第一端431通过电阻435连到升压变压器450的中心抽头的初级线圈440的上半部分443的第一端441。推挽DC-AC变换器级400还包括一个第二脉冲发生器460，它也产生具有50％占空比的输出脉冲信号。按照本发明，脉冲发生器460的50％占空比的方波输出与脉冲发生器410的方波信号输出具有相同的频率和幅度，但相位相反。
脉冲发生器460的方波信号输出被加在一个第二控制开关元件470如一个控制继电器的控制端，它具有一个控制电流流动通路471，连接在一个指定的参考电压(例如，地)和电容器430的第二端432之间。电容器472和二极管473跨接在继电器470的端部上。电容器430的第二端432通过一个电阻436连接到变压器450的中心抽头的初级绕组440的下半部444的第二端442上。由于脉冲发生器410和460产生的信号具有相同的幅度和频率，但相位相反，所以，只要开关420关闭，开关470就打开，并且一旦开关420打开，开关470就关闭。
升压变压器450的初级绕组440具有一个中心抽头445，中心抽头445通过电阻446和电感447连到一个DC电压源448(例如，一个24V电池)，这个DC电压源就是DC-AC变换器的电流供给装置。变压器450具有一个次级绕组480的第一端481通过电阻483连到参考电压(例如，地)；次级绕480的第二端482通过一个RC输出滤波电路490连到第一输出端口401，该RC输出滤波器电路490包括电阻491，电容器492和电阻493。如上所述，输出端口401适合于与高压负载600如CCFL的一端连接。
下面描述第一推挽DC-AC变换器级400的操作。脉冲发生器410和460产生的相位互补的方波的50％占空比的输出脉冲串交替地关闭和打开开关420和470，从而当开关420关闭，开关470就打开，并且当开关420打开，开关470就关闭。一旦开关420关闭，就立即建立一个电流流动通路，这个通路从电池端448通过电感447和电阻446到变压器初级绕组440的中心抽头445，并由此，通过上半部分线圈443，电阻435和闭合电流通路421再经开关420到地。一个预定的时间(例如，10微秒，作为非限制性的例子)以后，输入到开关420和470的控制输入端的两个脉冲信号的状态颠倒。这使得开关420打开，而开关470关闭。由于变压器初级绕组的上部443有电感，流过的电流不会立即停止流动。而是，随着开关420的电流流动通路421被中断，来自上部初级绕组443的电流就流进电容器430的上侧。
随着开关470关闭，建立一个电流流动通路，所说的通路从电池端448开始通过电感器447和电阻器446到达变压器初级绕组440的中心抽头445，并从这里，通过下部初级线圈443，电阻436和闭合电流通路471再经开关470到地。一个预定时间以后，加到开关420和470上的两个脉冲信号的状态颠倒，使得开关420关闭，开关470打开。由于变压器初级绕组440的下部444的电感，电流从第二端432流进电容器430。电容器430和变压器450的初级绕组440形成一个谐振电路，它在电容器430和变压器450的初级绕组440之间产生一个环流，从而在次级绕组480的两端感应出一个正弦波。当开关420打开，且开关470关闭的时候，半个正弦波出现在打开的开关(420)上，并且是在初级绕组的‘有点的’一端(节点441)，正半周正弦波出现在次级线圈的‘有点的’一端(节点482)。当开关状态颠倒(即，420关闭，470打开)，半个正弦波就出现在开关470上，并且是在初级绕组的‘无点的’一端(节点442)，而负半周正弦波出现在变压器次级的‘有点的’一端(节点442)。施加到第一输出端口401上的两个一半正弦波的合成，是一个固定幅度、频率和相位的正弦波，如图6的波形图所示。
和图1所示的电压馈给的推挽变换器的情况一样，图5中所示的电流馈给的推挽变换器的第二推挽DC-AC变换器级500的结构和变换器级400一样。具体来说，电流馈给变换器级500包括第一脉冲发生器510，它产生一个具有50％占空比的输出脉冲信号。这个方波加到了开关元件520的控制端，开关元件520具有一个可控制中断的电流流动通路521，它连接在指定参考电压(例如，地)和电容器530的第一端531之间。和在变换器级400的情况一样，电容器530和升压变器550的初级绕组540的电感形成一个谐振电路，把固定频率和振幅的谐振正弦波传送给变压器的输出绕组580。
一个电容器522和一个二极管523跨接在开关520的两端。电容器530的第一端531通过一个电阻535连到升压变压器550的中心抽头初级线圈540的上半部543的第一端541。推挽DC-AC变换器级500还包括一个第二脉冲发生器560，它也产生一个具有50％占空比的输出脉冲信号。按照本发明，脉冲发生器560的50％占空比的方波输出和脉冲发生器510的方波信号输出具有相同的频率和幅度，但相位相反。
脉冲发生器560的方波信号输出施加到第二控制开关元件570的控制端，开关元件570具有一个受控制的电流流动通路571，它连接在一个指定的参考电压(例如，地)和电容器530的第二端532之间。电容器572和二极管573跨接在继电器570的两端。电容器530的第二端532通过电阻536连到变压器550的中心抽头的初级绕组540的下半部分544的第二端542。由于脉冲发生器510和560产生的信号具有相同的幅度和频率，但相位相反，所以当开关520关闭，开关570就打开，并且当开关520打开，开关570就关闭。
升压变压器550的初级540具有一个中心抽头545，它通过电阻546和电感器547连接到一个DC电压源548(例如，一个24V电池)，DC电压源是DC-AC变换器的电流馈给装置。变压器550具有一个次级线圈580的第一端581，它通过电阻583连接到参考电压(例如，地)；次级线圈580的第二端582通过RC输出滤波器电路590连接到第二输出端口501，该滤波器电路590包括电阻591，电容592和电阻593。如上所述，输出端口501适合于连接到高压负载600的另一端。
推挽DC-AC变换器级500的操作和推挽DC-AC变换器级400的操作相同，只是在脉冲发生器510和560产生的互补的50％占空比的脉冲串中的过渡时间相对于脉冲发生器410和460产生生的脉冲串有可控制的逐渐增加的延迟，从而可控制地移动施加于第二输出端口502上的合成正弦波的相位。图7中示意地表示出一组这样的相互偏移的时间延迟的结果，正如一组具有和图6的正弦波相关的相位的正弦波形一样，在0°和180°之间相互偏移。和在图1的电压馈给实施例中的情况一样，在相位上逐渐增加地偏移图5的电流馈给实施例的推挽DC-AC变换级400和500所产生的两个正弦波，可以改变或调制在输出端401和501上产生的合成波形的幅度，如图8的波形图所示。
图9示意地表示一个非限制性的电压控制延迟电路的例子，它可以用于在互补的脉冲串之间确定相对延迟，如上所述，这些互补脉冲串被加到本发明的各实施例的各个推挽DC-AC变换器级中的脉冲发生器上，并由此控制驱动负载上产生的合成AC波的幅度。如这里所示，电压控制延迟电路包括一个边缘检测器910，它用于接收与DC-AC变换器的期望操作有关的规定频率的数字时钟信号。边缘检测器910的输出端连接到第一双稳态触发器920的双态输入端921，并连接至电压控制单稳态多谐振荡器或单稳线路930的边缘输入端931。在图1所示的本发明的实施例中，双稳态触发器920具有它的Q和QBAR输出端922和923，它们分别连接到MOSFET120和160的栅极输入端。在图5所示的本发明的实施例中，双稳态触发器920具有它的Q和QBAR输出端922和923，它们分别连接到开关420和460的开关控制输入端。
单稳线路930具有一个电压控制输入端932，它用于接收一个DC电压，这个DC电压通过单稳线路设置一个延迟，作为施加到边缘输入端931的信号边缘的基准。因此单稳线路930的输出端933重复出现边缘检测器910产生的边缘信号，但是这些边缘信号在时间上与加到电压控制输入端932的DC电压的大小成比例地延迟。单稳线路的输出端933连接到双稳态触发器940的双态元件的输入端941。在图1中所示的本发明的实施例中，双稳态触发器940具有它的Q和QBAR输出端942和943，它们分别连接到MOSFET220和260的栅极输入端。在图5所示的本发明的实施例中，双稳态触发器940具有它的Q和QBAR输出端942和943，它们分别与开关520和560的开关控制输入端连接。
逐渐增加地改变施加于单稳线路930的电压控制输入端932上的DC电压的大小，就能可控制地调节在脉冲发生器510和560产生的互补的50％占空比的脉冲串的过渡时间之间相对于脉冲发生器410和460产生的脉冲串的延迟，从而可控制地移动了施加到图5的第二输出端口502上的合成正弦波的相位。如上所述，在图7中示出了一组这样的相互偏移的时间延迟的作用，正如一组相关的正弦波，它们的相位相对于图6的正弦波发生了相互偏移。
从上面的描述将可以理解，通过本发明的双端推挽DC-AC变换器有效地克服了包括对于用于LCD背光照明LCD板的CCFL提供AC电源的系统在内的传统的高压AC电源系统体系结构的缺点，本发明的变换器利用具有相同频率和幅度但在其间具有受控相位差的第一和第二正弦波进行操作，以驱动负载如CCFL的相对端。通过控制第一和第二正弦电压之间的相位差，本发明就能够改变负载相对两端上产生的合成电压差的幅度。
虽然我们已经表示和描述了几个本发明的实施例，可以理解，本发明不限于这些实施例，但是正如本领域的普通技术人员所知道的，对这些实施例可以进行许多变化和修改。因此，我们不希望受限于这里所表示和描述的细节，而是打算覆盖所有这些变化和修改，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (24)

1、一种把AC电源提供给高压负载的设备，它包括第一和第二推挽DC-AC变换器级，它们利用第一和第二正弦电压驱动负载的相对端，第一和第二正弦电压具有相同的频率和幅度，但在它们之间有一个受控相位差，它的作用是改变负载的相对两端上产生的合成AC电压差的幅度。
2、权利要求1的设备，其中各个变换器级包括一对脉冲发生器，它们产生相同幅度和频率并具有50％占空比的相位互补的脉冲信号，所述相位互补的脉冲信号被用于控制一对受控开关元件的ON/OFF导通，通过该开关元件的电流流动通路被连接在一个参考电压终端和升压变压器的电压馈给中心抽头初级线圈的相对端之间，所述升压变压器具有一个次级线圈，它与一个谐振滤波器电路相连，从而把升压变压器次级绕组上产生的大体方波输出转换成大体正弦波波形。
3、权利要求2的设备，其中所述变换器级之一的谐振滤波电路产生的正弦波的相位相对于另一个变换器级的谐振滤波电路产生的正弦波的相位可控地移动预定的数量，从面可以修改负载两端之间产生的合成AC电压差的幅度。
4、权利要求3的设备，还包括一个电压控制延迟电路，它提供上述变换器级之一的脉冲发生器产生的脉冲串相对于上述变换器级的另一个的脉冲发生器产生的脉冲串的一个延迟控制量，所述两个脉冲串之间的延迟控制量用于控制负载相对两端上产生的合成AC电压差的幅度。
5、权利要求1的设备，其中各个变换器级包括一对脉冲发生器，脉冲发生器产生具有50％占空比的，相同幅度和频率的相位互补的脉冲信号，所述相位互补的脉冲信号用于控制一对控制开关元件的ON/OFF导通，通过开关元件的电流流通通路被连接在一个参考电压端和升压变压器的电流馈给中心抽头的初级线圈的相以对两端之间，初级线圈与一个电容器相连，从而和它一起形成一个谐振电路，所述升压变压器具有一个次级线圈，它产生一个大体正弦波形。
6、权利要求5的设备，其中上述变换器级之一的升压变压器的次级线圈产生的正弦波的相位相对于上述变换器级的另一个的升压变压器的次级线圈产生的正弦波的相位可控地移动一个预定的数量，从而改变所述负载相对两端之间产生的合成AC电压差的幅度。
7、权利要求6的设备，还包括一个电压控制延迟电路，它提供所述变换器级之一的脉冲发生器产生的脉冲串相对于另一个变换器级的脉冲发生器产生的脉冲串的一个延迟控制量，这两个脉冲串之间的延迟控制量用于控制负载相对两端上产生的合成AC电压关的幅度。
8、权利要求1的设备，其中所述负载包括冷阴极荧光灯。
9、一种为高压负载提供AC电源的方法，它包括如下步骤：
(a)提供第一和第二推挽DC-AC变换器级，它们提供具有相同频率和幅度，但在其间具有一个可控制的相位差的第一和第二正弦电压；
(b)利用上述第一和第二正弦电压驱动负载相对两端；和
(c)控制所述第一和第二正弦电压之间的相位差，从而改变施加于所述负载相对两端的第一和第二正弦电压之间的电压差。
10、权利要求9的方法，其中所述第一和第二推挽DC-AC变换器级之一包括一对脉冲发生器，脉冲发生器产生具有50％占空比的，相位互补的，相同幅度和相同频率的脉冲信号，所述相位互补脉冲信号用于控制一对受控开关元件的ON/OFF导通，通过该开关元件的电流流动通路连接在个参考电压端和一个升压变压器的电压馈给中心抽头的初级线圈相对端之间，升压变压器的次级线圈连接到一个谐振滤波器电路，它把升压变压器次级绕组产生的大体方波输出转换成用于各个负载两端的大体正弦波。
11、权利要求10的方法，其中步骤(c)包括：相对于另一个变换器级的谐振滤波电路产生的正弦波的相位，可控制地移动所述变换器级之一的谐振滤波器电路产生的正弦波的相位一个预定数量，从而改变所述负载相对两端之间产生的合成AC电压差的幅度。
12、权利要求11的方法，其中步骤(C)包括：相对于另一个变换器级的脉冲发生器产生的脉冲串，提供所述变换器级之一的脉冲发生器产生的脉冲串的一个延迟控制量，这两个脉冲串之间的延迟控制量可以有效地控制负载相对两端上产生的合成AC电压差的幅度。
13、权利要求9的方法，其中各个变换器级包括一对脉冲发生器，它们产生具有50％占空比的，相同幅度和频率的相位互补的脉冲信号，所述相位互补的脉冲信号用于控制一对受控开关元件的ON/OFF导通，开关元件的电流流动通路连接在一个参考电压端和升压变压器的电流馈给中心抽头的初级线圈的相对端之间，初级线圈与一个电容器相连，从而和它一起形成一个谐振振荡电路，升压变换器具有一个次级线圈，它的作用是产生一个普通的正弦波，以便施加于负载的对应端。
14、权利要求13的方法，其中步骤(c)包括：可控地使所述变换器级之一的升压变压器的次级线圈产生的正弦波的相位相对于另一个变换器级的升压变压器的次级线圈产生的正弦波的相位移动一个预定的数量，由此改变所述负载相对两端之间产生的合成AC电压差的幅度。
15、权利要求14的方法，其中步骤(c)还包括：提供所述变换器级之一的脉冲发生器产生的脉冲串相对于另一个变换器级的脉冲发生器产生的脉冲串的一个延迟控制量，这两个脉冲串之间的延迟控制量用于控制在负载相对两端上产生的合成AC电压差的幅度。
16、权利要求9的方法，其中所述负载包括一个冷阴极荧光灯。
17、一种为高压负载提供AC电源的设备，包括：
第一装置，它利用从DC输入电压获得的第一正弦AC电压驱动负载的第一端；
第二装置，它利用从DC输入电压获得的第二正弦AC电压驱动负载的第二端，所述第二正弦AC电压具有和第一正弦AC电压相同的频率和幅度；和
第三装置，它用于控制第一和第二正弦AC电压之间的相位差，从而改变负载的第一和第二端上产生的合成AC电压差的幅度。
18、权利要求17的设备，其中第一和第二装置的每一个都包括一对脉冲发生器，它们产生具有50％占空比的、相位互补的、相同幅度和频率的脉冲信号，所述相位互补的脉冲信号被用于控制一对受控开关元件的ON/OFF导通，通过该开关元件的电流流动通路被连接在参考电压端和升压变压器的电压馈给中心抽头初级线圈的相对端之间，该升压变压器具有一个次级线圈，它与一个谐振滤波电路相连接，从而把升压变压器次级绕组上产生的大体方波输出转换成大体正弦AC波形。
19、权利要求18的设备，其中所述第三装置可以操作，以便可控制地使第一和第二装置之一的谐振滤波器电路产生的正弦波的相位相对于第一和第二装置的另一个的谐振滤波电器产生的正弦波相位移动一个预定数量，从而改变所述负载的第一和第二端之间产生的合成AC电压差的幅度。
20、权利要求19的设备，还包括一个电压控制延迟电路，该电路的作用是提供所述第一和第二装置之一的脉冲发生器所产生的脉冲串相对于第一和第二装置的另一个的脉冲发生器所产生的脉冲串的一个延迟控制量，在这两个脉冲串之间的延迟控制量用来控制负载的第一和第二端上产生的合成AC电压差的幅度。
21、权利要求17的设备，其中第一和第二装置的每一个都包括一对脉冲发生器，该脉冲发生器产生具有50％占空比的、相同幅度和频率的、相位互补的脉冲信号，所述相位互补的脉冲信号被用于控制一对受控开关元件的控制ON/OFF导通，通过开关元件的电流通路连接在一个参考电压端和升压变压器的电流馈给的中心抽头的初级线圈的两端，初级线圈与一个电容器相连，从而和电容器一起形成一个谐振振荡回路，所述升压变压器具有一个次级线圈，其作用是产生一个大体正弦AC波形。
22、权利要求21的设备，其中所述第三装置包括一个装置，它可控制地使上述第一和第二装置之一的升压变压器的次级线圈产生的正弦波的相位相对于第一和第二装置的另一个的升压变压器的次级线圈所产生的正弦波的相位移动一个预定的数量，由此改变所述负载的第一和第二端之间产生的合成AC电压差的幅度。
23、权利要求22的设备，其中所述第三装置包括一个电压控制延迟电路，它的作用是提供一个所述第一和第二装置之一的脉冲发生器产生的脉冲串相对于所述第一和第二装置的另一个的脉冲发生器产生的脉冲串的延迟控制量，在这两个脉冲串之间的延迟控制量的作用是，控制在负载的第一和第二端上产生的合成AC电压差的幅度。
24、权利要求17的设备，其中所述负载是一个冷阴极荧光灯。
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