CN1774154B - 灯管驱动方法及电路及其使用的基本电路区块 - Google Patents

Abstract

本发明利用一个或多个耦接至一换流器(inverter driver)的变压器(transformers)来驱动多根灯管(lamps)。每一变压器具有磁性耦合的一第一线圈(coil)与一第二线圈。每一第一线圈与第二线圈具有一输入端与一输出端，并且第一线圈的输入端功能性连接至第二线圈的输入端，以接收一输入电流。每一第一线圈与第二线圈具有一连接于其输入端与输出端的电容器，并且第一与第二线圈的输出端用来提供两个分别的电流路径的输出电流。因此，一变压器的输出端可分别地连接至两灯管或两此类变压器的输入端。

Description

灯管驱动方法及电路及其使用的基本电路区块

技术领域

本发明涉及一种用以控制灯管电流的电子电路，特别是涉及提供至一组(group)灯管的电流，且应用于背光源(back-lighting source)上。

背景技术

一个显示面板(panel)，如一穿透式或半穿透半反射式液晶显示面板，需要一个用来照明的背光源。对一大型显示面板而言，通常使用多根灯管以达到照明的目的。目前已知的背光源技术是使用一根或多根灯管，而一个具有换流器的背光驱动电路可用来驱动单独一根灯管。如图1所示，其换流器被用来转换一直流电源V_DC至一交流电源V_S，以驱动单独一根灯管。在此背光驱动电路中的一个主要变压器及一电容器连同多个开关，被作为一直流转交流的换流器。当背光源具有两根或更多根灯管时，为了降低成本，减少换流器的使用，通常用一电流平衡电路来取代。图2是一已知的多重灯管背光驱动电路技术范例。如图所示，一个设置于其换流器与一双灯管光源之间的电流平衡电路被用来控制到每根灯管的电流。如图2所示，该电流平衡电路是由一电感器(inductor)与多个电容器所组成，用来平衡至双灯管光源的两条路径的电流。

图3与图4是其它常见的电流平衡电路示意图。如图所示，被动组件如电容、电感与变压器的电子特性被用来平衡至一多重光源多条电流路径上的电流。在这类的电流平衡电路中，如果一电流路径的电流高于其它电流路径的电流时，可以藉由通过其电容器传送不同的电流来取得平衡。这类的电流平衡电路的最大缺点在于，只能用来提供至两根灯管的两条电流路径。因此，在一个具有N对灯管的光源中，就需要N个电流平衡电路与大量的换流器。

所以，需要提供一种用较少的电流平衡电路与换流器来驱动N对灯管的方法与装置。

发明内容

有鉴于此，本发明利用一个或多个耦接至一换流器的变压器来驱动多根灯管。每一变压器具有彼此磁性耦合的一第一线圈与一第二线圈。每个第一与第二线圈具有一输入端与一输出端，并且第一线圈的输入端连接至第二线圈的输入端，以接收一输入电流，而其第一与第二线圈的输出端用来提供两个不同电流路径的输出电流。此外，每个第一与第二线圈的输入及输出端间，还具有一电容器，如此构成该变压器的驱动电路的基本电路区块。每个基本电路区块具有一输入区块以接收一输入电流，以及两个输出区块以提供两个不同电流路径的输出电流。上述两个输出区块可被连接至两根灯管或两个其它基本电流区块。

所以，在一用以驱动两根灯管的一层(one-level)驱动电路中需要一个基本电路区块，并且其输入区块连接至其换流器，以接收一输入电流；而其两个输出区块则分别地连接至一根灯管.若在一具有四根灯管的光源中，就需要一具有三个基本电路区块的二层驱动电路.在其第一层，一基本电路区块用来接收一个来自其换流器的输入电流，以提供流过两个输出区块的两个输出电流.而在其第二层，两个基本电路区块被用来驱动其灯管.每个上述两层基本电路区块皆接收一来自其第一层基本电路区块的两个输出区块的相异一个的输入电流.

同理，一个具有七个基本电路区块的三层驱动电路可用来驱动八根灯管：一个区块在第一层、两个区块在第二层以及四个区块在第三层。

附图说明

图1为一示意图显示一已知驱动器，用以驱动一具有单独一根灯管的光源。

图2为一示意图显示一已知驱动器，用以驱动一具有两根灯管的光源。

图3为一电路图显示一已知电流平衡电路，其具有两个电感器与一电容器。

图4为一电路图显示一已知电流平衡电路，其具有一变压器以及跨接于其变压器两输出端的一电容器。

图5显示依据本发明实施例的一电流平衡电路基本电路区块。

图6a显示依据本发明实施例的基本电路区块的等效电路图。

图6b显示依据本发明实施例的基本电路区块，而其中变压器为一理想变压器的等效电路图。

图7为一示意图显示一电流平衡电路的电流分割原理。

图8为一示意图显示依据本发明的一两层电流平衡电路，用以驱动四根灯管。

图9为一示意图显示依据本发明的一三层电流平衡电路，用以驱动八根灯管。

图10为一示意图显示依据本发明的另一种驱动电路，用以驱动八根灯管。

图11为一示意图显示依据本发明的一四层电流平衡电路，用以驱动十六根灯管。

图12为一示意图显示依据本发明的一驱动电路，用以驱动十二根灯管。

附图符号说明

V_DC～直流电源；V_S～交流电源；I_L1～第一电流路径电流；I_L2～第二电流路径电流；I～输入电流；C～电容器；Z_C～并接电容阻抗；Z_Lm～电感阻抗；Z_th～整体并联阻抗；I_L11、I_L12、I_L21、I_L22～电流路径电流；Z_L1、Z_L2、Z_L11、Z_L12、Z_L21、Z_L22～等效阻抗。

具体实施方式

图5显示依据本发明实施例的电流平衡电路的一个基本电路区块。此基本电路区块可视为一个基本型电流平衡电路或一个单层电流平衡电路。此电路利用变压器中两线圈间的磁性耦合特性以等化(equalize)第一电流路径的电流I_L1与第二电流路径的电流I_L2。而两电容器C并联接于变压器上，使得每个电容器连接在每个线圈的两端点间。其电流平衡原理，可藉由图6a与图6b所示的等效电路来加以解释。

若令并联电容阻抗与电感阻抗为：

$Z_C=\frac{1}{\mathrm{j\ωC}},$ Z_L＝jωL_m

则其整体并联阻抗为

Z_th＝Z_L1＝Z_L2

$Z_{\mathrm{th}}=Z_C//Z_{\mathrm{Lm}}=\frac{Z_C\·Z_{\mathrm{Lm}}}{Z_C+Z_{\mathrm{Lm}}}=\frac{(L_m/C)}{(1/\mathrm{j\ωC})+\left(\mathrm{j\ω}{L}_m\right)}$

假设|Z_th|趋近无限大，则可以得到

$(1/\mathrm{j\ωC})+\left(\mathrm{j\ω}{L}_m\right)=0$

$\⇒{\mathrm{\ω}}^2{L}_{m}C=1$

$\⇒\mathrm{\ω}=\frac{1}{\sqrt{L_{m}C}}$

故当时，可得|Z_th|→∞

根据图6b，可以得到

I_L1＝I×Z_L2/(Z_L1+Z_L2)

I_L2＝I×Z_L1/(Z_L1+Z_L2)

又因为

Z_L1＝Z_L2

可以得到

I_L1＝I_L2

在一理想变压器中，其阻抗损失为0，变压器可视为理想变压器，故无能量损失，所以流经变压器输入与输出两端的电流没有能量损失，可视为相同。

如图5所示，变压器的两个感应线圈的输入端电连接在一起，以接收来自其换流器上的输入电流。而其输出端连接至个别的电流路径。其中第一电流路径的电流I_L1等于其第二电流路径的电流I_L2。假设其输入电流为I，则I_L1＝I_L2＝I/2。

一个可以提供两个不同路径的电流的基本型电流平衡电路可扩展成一个多层(multi-level)的电流平衡电路。如图7所示，电流I_L1可藉由另一变压器分割成两个相等的电流I_L11以及I_L12。同样地，电流I_L2可藉由一第三变压器分割成两个相等的电流I_L21以及I_L22。因此，可以得到以下等式：

I_L11＝I_L12＝I_L1/2＝I/4

I_L21＝I_L22＝I_L2/2＝I/4

所以可得到一个具有四路平衡电流路径的电流平衡电路以驱动四根灯管，如图8所示。图8显示依据本发明实施例的一个两层型电流平衡电路。

同样的原理可应用于n层型电流平衡电路，其中n可以是三或者更大，只要换流器可以提供其电流平衡电路所需的总电流即可。图9表示一个用以驱动八根灯管的三层型电流平衡电路。而图10表示一个用以驱动八根灯管的两层型电流平衡电路。图11则表示一个用以驱动16根灯管的四层型电流平衡电路。

图5、8、9、11与12中显示，当一个换流器用来驱动2^m对灯管时，则需要2^m+1-1个变压器来平衡所有电流路径的电流。也可藉由使用更多的换流器以减少变压器的使用量。例如，可以利用两个可推动2^m-1对灯管的换流器来驱动2m对灯管。上例中，所需使用的变压器数为2×(2^m-1)个.当m＝2时，可以用两个换流器与六个变压器来驱动四对灯管，如图10所示.当有十二根灯管时，可以把这些灯管分成八根一组(m＝2)以及四根一组(m＝1).如图12所示，可以用两个换流器与十个变压器来驱动十二根灯管.

综合上述，本发明提供一种方法，用以在一平衡电流的方法中驱动一具有多根灯管的光源，以改善其光源亮度的均匀性(uniformity)。已知的是，当用电容器来减少电流路径上的不平衡状态时，一个变压器只能接到两根灯管。因此，要驱动N对灯管，就需要使用N个换流器与N个变压器。而本发明可以藉由使用多个变压器，以减少换流器的使用数。依据本发明，可以利用K个换流器来驱动一具有N对灯管的光源，其中K＜N且N＞1。特别当N＝2^m且m为一整数时，可以只用一个换流器即可。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前途下可做若干的更动与润饰，因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (12)

1.一种灯管驱动方法，用以驱动N对灯管，其连接至一驱动电路以接收其中的电流，每对灯管具有一第一灯管与一第二灯管，上述驱动电路包括M个变压器，每一变压器具有彼此磁性耦合的一第一线圈与一第二线圈，每一线圈具有一输入端与一输出端，上述M个变压器中的N个变压器，分别功能性地连接至对应的上述N对灯管，该方法包括以下步骤：

对每一上述M个变压器，功能性地连接上述第一线圈的输入端至上述第二线圈的输入端，来接收一输入电流，并且提供流过上述第一线圈输出端的一第一输出电流与提供流过上述第二线圈输出端的一第二输出电流，其中上述第一线圈输出端与上述第二线圈输出端有效地彼此独立，以避免其间的电流交换，以及

对每一上述N个变压器，功能性地连接上述第一线圈输出端至上述对应灯管对的上述第一灯管，以提供上述第一输出电流至上述第一灯管；并且功能性地连接上述第二线圈输出端至上述对应灯管对的上述第二灯管，以提供上述第二输出电流至上述第二灯管，其中N与M是正整数。

2.如权利要求1所述的灯管驱动方法，其中N＝M＝1。

3.如权利要求1所述的灯管驱动方法，其中N＝2，并且上述N个变压器包括一第一变压器与一第二变压器，上述M个变压器还包括一第三变压器，还包括以下步骤：

功能性连接上述第三变压器的第一线圈输出端至上述第一变压器输入端，以及

功能性连接上述第三变压器的第二线圈输出端至上述第二变压器输入端。

4.如权利要求1所述的灯管驱动方法，其中N＝4，并且上述N个变压器包括一第一对与一第二对，上述M个变压器包括一第一变压器、一第二变压器与一第三变压器，还包括以下步骤：

对上述第一变压器，功能性地连接上述第一线圈输出端至上述第一对的变压器的一个的输入端与上述第二线圈输出端至上述第一对的另一变压器的输入端；

对上述第二变压器，功能性地连接上述第一线圈输出端至上述第二对的变压器的一个的输入端与上述第二线圈输出端至上述第二对的另一变压器的输入端；以及

对上述第三变压器，功能性地连接上述第一线圈输出端至上述第一变压器输入端与上述第二线圈的上述输出端至上述第二变压器的输入端。

5.如权利要求1所述的灯管驱动方法，其中N＝2^m且M＝2^m+1-1，其中m为正整数。

6.一种灯管驱动电路，用以提供电流至一具有至少N对灯管的光源，每对灯管具有一第一灯管与一第二灯管，上述灯管驱动电路包括：

至少一驱动器；以及

至少M个变压器，每一变压器具有彼此磁性耦合的一第一线圈与一第二线圈，每一线圈具有一输入端与一输出端，上述第一线圈的输入端功能性地连接至上述第二线圈的输入端，以接收一输入电流，并且提供流过上述第一线圈输出端的一第一输出电流与提供流过上述第二线圈输出端的一第二输出电流，且上述第一线圈的输出端有效地独立于上述第二线圈的输出端，以避免其间的电流交换；

其中上述M个变压器中的N个变压器，分别功能性地连接至对应的上述N对灯管，上述第一线圈的输出端功能性地连接至上述第一灯管，以提供上述第一输出电流至上述第一灯管；并且

上述第二线圈的输出端功能性地连接至上述第二灯管，以提供上述第二输出电流至上述第二灯管，其中N与M是正整数且上述变压器的至少一个的输入端电连接至上述的至少一驱动器.

7.如权利要求6所述的灯管驱动电路，其中M＝N＝1。

8.如权利要求6所述的灯管驱动电路，其中N＝2且上述N个变压器包括一第一变压器与一第二变压器，上述M个变压器还包括一第三变压器，且其中上述第三变压器的第一线圈的输出端功能性地连接至上述第一变压器的输入端，且上述第三变压器的第二线圈的输出端功能性地连接至上述第二变压器的输入端。

9.如权利要求6所述的灯管驱动电路，其中N＝4且上述N个变压器包括一第一对与一第二对，上述M个变压器包括一第一变压器、一第二变压器与一第三变压器，且其中上述第一变压器的第一线圈的输出端，功能性地连接至上述第一对的变压器的一个的输入端；

上述第一变压器的第二线圈的输出端，功能性地连接至上述第一对的变压器的另一个的输入端；

上述第二变压器的第一线圈的输出端，功能性地连接至上述第二对的变压器的一个的输入端；

上述第二变压器的第二线圈的输出端，功能性地连接至上述第二对的变压器的另一个的输入端；

上述第三变压器的第一线圈的输出端，功能性地连接至上述第一变压器的输入端；以及

上述第三变压器的第二线圈的输出端，功能性地连接至上述第二变压器的输入端。

10.一种基本电路区块，具有一输入区块、一第一输出区块以及一分开的第二输出区块，用于一灯管驱动电路，该驱动电路提供电流至一光源，且该光源具有多根灯管，而该基本电路区块包括：

一变压器，其具有彼此磁性耦合的一第一线圈与一第二线圈，每一上述第一与第二线圈具有一输入端与一输出端；

一第一电容器，其被连接在上述第一线圈的输入端与输出端间，上述第一线圈的输出端形成上述第一输出区块；以及

一第二电容器，其被连接在上述第二线圈的输入端与输出端间，上述第二线圈的输出端形成上述第二输出区块，其中上述第一线圈的输入端与上述第二线圈的输入端彼此相连接以形成上述输入区块，用以接收一输入电流，以便提供流过上述第一输出区块的一第一输出电流与提供流过上述第二输出区块的一第二输出电流，其中上述第一线圈输出端与上述第二线圈输出端有效地彼此独立，以避免其间的电流交换。

11.如权利要求10所述的基本电路区块，其中上述第一输出区块连接至上述多根灯管的一个，且上述第二输出区块连接至上述多根灯管的另一个，用以提供上述第一与第二输出电流至上述连接的灯管中。

12.如权利要求10所述的基本电路区块，其中上述第一输出区块连接至其它基本电路区块的第一个的输入区块，并且上述第二输出区块连接至其它基本电路区块的第二个的输入区块，用以提供上述第一与第二输出电流至上述连接的基本电路区块。

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