CN1809240B

CN1809240B - 灯管点亮装置

Info

Publication number: CN1809240B
Application number: CN 200610007117
Authority: CN
Inventors: 叶怡君; 李宗勋; 孙嘉宏; 林晃蒂
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: CN1809240A

Abstract

一种过驱动装置，适用于灯管，该过驱动装置包括负载电路、过驱动电路以及控制单元。负载电路用以提供反馈信号。过驱动电路电性耦接于负载电路，用以根据控制信号调整灯管电流，灯管电流是用以点亮灯管。控制单元是用以提供控制信号。

Description

灯管点亮装置

技术领域

本发明涉及一种灯管点亮装置，特别是涉及一种利用过驱动电路达到快速稳定灯管光强度与电流的装置。

背景技术

由于液晶显示器的技术快速成长，普遍被世界各国接受与使用，然而液晶面板无法自己发光，因此需要藉由背光模块提供光源来显示画面，此液晶显示器的背光模块通常采用冷阴极萤光灯管(Cold Cathode FluorescentLamp；CCFL)做为主要的背光源。冷阴极萤光灯管具体积小、发光效率高与价格便宜的优势，但其由触发点亮至光强度达稳定状态所需的时间约为5-30分钟，故如何有效且快速点亮灯管，使其快速达到稳定状态，实已成为相关人员的研究重点。

现有所见美国第6069448A专利号专利，提及一种灯管亮度补偿的方法，此方法是在灯管反馈端串接一热敏电阻，并藉此热敏电阻检测其环境温度，此热敏电阻处于不同温度状态时，其内部阻抗特性将随的改变，故可随外部环境温度变化，而有效改变送入背光模块反馈控制电路的反馈信号，当灯管在低温时，热敏电阻的阻抗电会变化，使流经灯管的电流变大，并加速稳定。但处于低温环境时，灯管是处于持续过驱动(Over Drive)状态，此时流经灯管的电流过大，将导致灯管寿命减少。再者，热敏电阻其温度阻抗特性易受背光模块的温度影响，导致背光模块的亮度会随温度变化而改变，故此法并不符合实际产品的需求。此外，另在美国第6294883专利号专利中，亦提出一种过驱动灯管的方法，此方法是利用光二极管检测灯管的亮度，而输出一反馈信号，此反馈信号并可在反馈电路中进行一系列的电路运算，且搭配内部一组电流提升电路切换，而达到调整灯管亮度的功能，此法确实具备灯管驱动补偿的能力，但受限于光二极管摆设在灯管端的测量位置以及背光温度的影响，将导致其输出反馈信号造成误差，故此方法对于灯管的过驱动精确度，仍有改善空间。

图1所示即为传统驱动灯管装置的基本结构，其中，I_FB为流入控制集成电路的反馈信号，I_LP为流经冷阴极灯管的电流，I_R1为流入电阻R1的电流。当点亮灯管时，其流入控制集成电路信号的反馈信号电流I_FB恒为一定值，此时若不考虑二极管D1与D2的损耗时(以下皆不考虑D1与D2的损耗)，则流经灯管的电流I_LP可表示为I_LP＝I_FB+I_R1，因此，仅需改变流入电阻R1的电流I_R1，即可改变流经灯管的电流ILP，亦即，仅需改变电阻R1的阻抗值，即可控制流经灯管的电流I_LP。当电阻R1阻抗值越小，则流入电阻R1的电流I_R1越大，相对的，灯管电流I_LP将越大；反之，当电阻R1阻抗值越大，则流入电阻R1的电流I_R1越小，则灯管电流I_LP将越小，由此可知，流经灯管的电流大小是决定于反馈电路中的电阻R1。但液晶显示器的驱动灯管装置在出厂时，其电阻R1的阻抗值已经设定完毕，故其灯管的激活电压与稳态工作电流均已被设定在固定的工作范围。此种驱动灯管装置的传统驱动方法虽可驱使灯管稳定工作，但碍于灯管本身特性的影响，若处于较低温度状态时，灯管需较高的激活电压，将导致灯管激活电压不足，且无法使灯管快速达到稳定工作电流与理想光强度输出，因此，将延长灯管达到稳定亮度所需要的时间(如图2所示的b点到e点之间的时间)，严重时将发生灯管无法点亮等问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决上述问题，则本发明提出一种灯管的过驱动(OverDrive)装置，藉由灯管激活瞬间，加大流经灯管的电流量，快速稳定灯管光强度与电流，进而有效的缩短灯管达到稳定亮度的时间。

本发明提供一种过驱动装置，适用于一灯管，包括：

一负载电路，用以提供一反馈信号；一过驱动电路，电性耦接于上述负载电路，用以根据一控制信号调整一灯管电流，其中，该灯管电流是用以点亮该灯管；以及一控制单元，是用以提供上述控制信号。

另外，本发明提供一种灯源系统，包括：一电源供应单元，用以根据一电源控制信号产生一电源；一变压器，用以转换上述电源为一灯管电流，其中该灯管电流是用以点亮该灯管；一灯管，用以根据上述灯管电流产生一光源；以及一过驱动装置，电性耦接于该灯管，该过驱动装置包含：一过驱动电路，用以根据一控制信号调整上述灯管电流；一负载电路，耦接于上述灯管以及上述过驱动电路，用以提供一反馈信号；以及一控制单元，是用以提供上述控制信号。

附图说明

图1是显示传统驱动灯管装置的电路图。

图2是显示传统点亮使能信号(Enable)信号以及灯管亮度与时间关系的示意图

图3是显示根据本发明一实施例所述的灯源系统的示意图。

图4是显示根据本发明一实施例所述的驱动电路的电路图。

图5是显示根据本发明另一实施例所述的驱动电路的电路图。

图6是显示根据本发明另一实施例所述的驱动电路的电路图。

图7是显示根据本发明另一实施例所述的驱动电路的电路图。

图8是显示根据本发明另一实施例所述的灯源系统的示意图。

图9是显示本发明实施例所述的控制信号DS以及灯管亮度与时间关系的示意图。

图10是显示匝数比为N1∶N2的变压器的示意图。

图11是显示匝数比为(N1+N3)∶N2的变压器的示意图。

图12是显示根据本发明另一实施例所述的灯源系统的示意图。

附图符号说明：

101～电源供应单元

102～变压器

103～灯管

104～控制集成电路

105～驱动电路

301～电源供应单元

302～变压器

303～灯管

304～负载电路

305～过驱动电路

306～控制单元

307～时序电路

308～控制集成电路

309～驱动电路

801～电源供应单元

802～变压器

803～灯管

805～过驱动电路

806～控制单元

807～时序电路

808～控制集成电路

809～驱动电路

1101～电源供应单元

1102～第一变压器

1103～第二变压器

1104～灯管

1105～负载电路

1106～过驱动电路

1107～控制单元

1108～控制集成电路

1109～一时序电路

1110～驱动电路

D1、D2～二极管

DS、SST～控制信号

Enable～点亮使能信号

F/B～反馈信号

I_LP～灯管电流

I_FB～电路反馈电流

I_oD～流经过驱动电路的电流

I_R1～流经R1的电阻电流

R1、R2、R3、R4、R5、R6～阻抗装置

T1、T2～开关组件

V_ref～参考电位

V_FB～反馈电位

具体实施方式

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，作详细说明如下。

参阅图3，图3是显示根据本发明一实施例所述的灯源系统，此系统包含电源供应单元301，根据电源控制信号产生第一电源，变压器302耦接于上述电源供应单元301，并且转换上述第一电源为一第二电源。灯管303耦接于变压器302，并根据上述第二电源产生一光源，灯管303是可为CCFL、外部电极萤光灯管(External Electrode Fluorescent Lamp；EEFL)或发光二极管，任何可藉由电流而发光的光源均可适用于本发明，并不局限。在此在产生光源时，灯管303内部具有灯管电流I_LP。过驱动电路305，耦接于灯管303，根据一控制信号DS调整灯管电流I_LP，负载电路304，耦接于灯管303以及过驱动电路305之间，并反馈一信号至一控制单元306，此控制单元306具有三个端点，其分别耦接于负载电路304、过驱动电路305与电源供应单元301。负载电路304包括第一二极管D1，耦接于一接地电位以及灯管303之间，以及第二二极管D2，耦接于灯管303以及过驱动电路305与控制单元306的连接点之间，一第一阻抗装置R1耦接于接地电位与第二二极管D2与过驱动电路305连结点之间。控制单元306包含一控制集成电路308与一时序电路307，控制集成电路308分别耦接于负载电路304与电源供应单元301与时序电路307，用来接收反馈信号F/B，并送出一控制信号SST给时序电路307以控制过驱动时间的长短。时序电路307耦接于过驱动电路305，并根据上述控制信号SST提供一DS信号控制过驱动时间的电流。控制单元306亦可单独为一控制集成电路308，藉由输出信号DS以控制过驱动电路305的过驱动电流与驱动时间。

由于灯管303激活瞬间，换流器必须输出更大的功率以增大其灯管电流I_LP，因此，可能导致功率晶体的开关周期过大，进而使控制集成电路308激活保护机制，导致换流器系统停止运转。针对此种状况，本发明提出一种搭配前述驱动方法的变压器302，变压器302可为中间抽头式，并配合先前叙述的驱动方法即可解决功率晶体的开关周期太大的问题，亦可改善低温时激活电压不足等问题，而驱使灯管电快速达稳定工作状态。

过驱动电路305的实施，可举例利用以下四种电路来达成。第一种电路如图4所示，包括一开关组件T₁，可为双极性晶体管NPN，受控于控制信号DS，具有耦接于控制信号DS的一控制端B₁，耦接于一接地电位的一第一端子E₁，耦接于负载电路304的一第二端子C₁，以及一第二阻抗装置R₂，耦接于负载电路304以及第二端子C₁之间。第二种电路如图5所示，即在图4的第一种电路中更包含一第三电阻装置R₃耦接于第一端子E₁与第二端子C₁间。第三种电路如图6所示，包括一开关组件T₂，可为双极性晶体管PNP，受控于控制信号DS，具有耦接于控制信号DS的一控制端B₂，耦接于负载电路304的第一端子E₂，耦接于参考电位V_ref的一第二端子C₂，以及一第四阻抗装置R₄耦接于第二端子C₂与参考电位V_ref间。第四种电路如图7所示，即在图6的第三种电路中更包含一第五电阻装置R₅耦接于第一端子E₂与第二端子C₂间。为了使上述四种电路的开关组件T₁或T₂操作于合适的范围，在上述四种电路中，更可包含一第六电阻R₆耦接于控制单元306与开关组件T₁或T₂的控制端B₁或B₂间。过驱动电路可耦接于负载电路304与控制单元306之间，根据本发明另一实施例亦可将负载电路304中的第一阻抗装置R1省略，而利用上述第二种或第四种过驱动电路805，如图8所示。

如图8所示，当一流经灯管的灯管电流I_LP经过负载后在节点V_FB分流为二，一为流经过驱动电路805的电流I_OD，另一为流经进控制单元806的电流I_FB，控制单元806包含一控制集成电路808与一时序电路807，控制集成电路808分别耦接于负载电路(未标示)与电源供应单元801与时序电路807，用来接收反馈信号F/B，并送出一控制信号SST给时序电路807以控制过驱动时间的长短，如图9C点到D点所示的时间，时序电路807耦接于过驱动电路805，并根据上述控制信号SST提供一DS信号控制过驱动时间的电流。控制单元806亦可单独为一控制集成电路808，藉由输出信号DS以控制过驱动电路805的过驱动电流与驱动时间。

如图10所示，在灯管激活瞬间，电源供应单元301将采用中间抽头式变压器的a-e线圈为一次侧绕组，此时变压器的匝数比为N1∶N2，故藉由提升变压器的升压比即可有效减小功率晶体开关周期，而不致开关周期太大而进入保护模式，同时间，过驱动电路305亦将建立流入的电流I_OD，此时，灯管电流增大，快速达到稳定的功能，并待一段时间后，电源供应单元301将切换采用中间抽头式变压器302的a-b线圈为一次侧绕组，即如图11所示，此时变压器的匝数比为(N1+N3)∶N2，故变压器302的升压比将降低，同时间，过驱动电路305的电流I_OD停止，灯管激活装置将回复原正常运转状态，此时灯管303已达稳定。

参阅图12，图12是显示根据本发明另一实施例所述的灯源系统，此装置包含电源供应单元1101，根据电源控制信号产生第一电源，第一变压器1102耦接于上述电源供应器1101，并且转换上述第一电源为一第二电源。第二变压器1103耦接于第一变压器1102，灯管1104耦接于第二变压器1103与接地电位之间，并根据上述第二电源产生一光源，在此在产生光源时，灯管1104内部具有灯管电流I_LP。过驱动电路1106耦接于第二变压器1103，根据控制信号DS感应变压器的电流，进而调整灯管电流I_LP，负载电路1105耦接于第二变压器1103以及过驱动电路1106之间，并且反馈一信号至控制单元1107，此控制单元1107具有三个端点，其分别耦接于负载电路1105、过驱动电路1106与电源供应单元1101。负载电路1105包括第一二极管D1，耦接于接地电位以及第二变压器1103之间，以及第二二极管D2，耦接于第二变压器1103以及过驱动电路1106与控制单元1107的连接点之间，第一阻抗装置R1耦接于第二二极管D2与过驱动电路1106的连结点和接地电位之间。本实施例的过驱动电路1106及其连接关系可与图3所示的过驱动电路305相同，而其详细电路也可为图4-图7所示的电路结构。而根据本发明实施例所述控制单元1107的结构与控制单元306相同，可为一控制集成电路1108和一时序电路1109组成，或单独为一控制集成电路1108。另外，根据本实施例中配合灯管1104点灯较佳状态的第一变压器1102与变压器302相同。

当灯源系统接收到高逻辑电平的点亮使能信号Enable时，此时灯管的电压开始上升，随即灯管会有电流流入并点亮灯管，在本发明中，在点亮使能信号Enable转为高逻辑电平时，控制单元同时会送出高逻辑电平的控制信号DS给过驱动电路，导致此时流经灯管的电流增加，进而大幅缩短使灯管达到预设亮度的时间(如图9b点到d点之间的时间所示)，并根据灯源系统设计的需要，可藉由调整控制信号DS在高逻辑电平的周期以控制增加电流的时间，其中控制信号DS亦可独立设定，不须随着点亮使能信号Enable同时动作。

根据本发明所述的灯源系统，只需进行设计图4、图5、图6与图7中，电阻R2、R3、R4与R5的阻抗值，以及设计时序电路的DS信号的延迟时间，并选用适当匝比的变压器，即可适用于任何尺寸的灯管，且其电路设计上相当简易，制作成本低廉，即可获得所需的功能，对于灯管驱动技术的进步，实为一大帮助。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种过驱动装置，适用于一灯管，包括：

一负载电路，用以提供一反馈信号；

一过驱动电路，电性耦接于上述负载电路，用以根据一控制信号来控制过驱动电流和驱动时间，从而调整一灯管电流，其中，该灯管电流是用以点亮该灯管；以及

一控制单元，是用以提供上述控制信号。

2.如权利要求1所述的过驱动装置，其中，上述控制单元包括：

一时序电路，用以提供上述控制信号；以及

一控制集成电路，用以根据上述反馈信号产生上述控制信号并控制上述时序电路。

3.如权利要求1所述的过驱动装置，其中，该过驱动电路包括：

一开关组件，受控于上述控制信号，具有耦接于上述控制信号的一控制端、一第一端子以及一第二端子，其中，该第一端子是耦接于一接地电位；以及

一第一阻抗组件，耦接于上述负载电路以及上述第二端子之间。

4.如权利要求3所述的过驱动装置，其中，该开关组件为一NPN型双极性晶体管。

5.如权利要求1所述的过驱动装置，其中，该过驱动电路包括：

一开关组件，受控于上述控制信号，具有一控制端耦接于上述控制信号、一第一端子以及一第二端子，其中该第一端子是耦接于上述负载装置；以及

一第二阻抗组件，耦接于一参考电位以及该第二端子之间。

6.如权利要求5所述的过驱动装置，其中，该开关组件为一PNP型双极性晶体管。

7.如权利要求3所述的过驱动装置，其中，该过驱动电路更包括一第三阻抗组件，耦接于上述控制单元以及上述控制端之间。

8.如权利要求3所述的过驱动装置，其中，该过驱动电路更包括一第四阻抗组件，耦接于上述第一端子以及上述第二端子之间。

9.如权利要求1所述的过驱动装置，其中，该负载电路包括：

一第一二极管耦接于一接地电位；以及

一第二二极管耦接于上述第一二极管及上述过驱动电路之间。

10.如权利要求9所述的过驱动装置，其中，该负载电路更包括一第五阻抗组件，耦接于上述控制单元、上述第二二极管以及上述接地电位。