CN1882211B - 用于冷阴极荧光灯的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于CCFL的驱动装置，能够提供开灯所必要的高输出电压，从而满足驱动该灯所要求的电压标准。在该驱动装置中，由半桥结构的开关电路制成的逆变器用于生成驱动灯的电流。如果灯打开，则振荡器(提供用于驱动逆变器的开关的参考时钟)的调谐电容器电流增大，从而提高作为逆变器的开关速度的基准的时钟频率。因此，这样提高了逆变器的开关速度以及输出电压。

Description

用于冷阴极荧光灯的驱动装置
优先权要求
本申请要求于2005年6月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-50503号的优先权，其内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于冷阴极荧光灯(Cold Cathode FluorescentLamp，CCFL)的驱动装置。更具体地，本发明涉及一种用于CCFL的驱动装置，能够提供开灯(open lamp)所必需的高输出电压，从而满足驱动该灯所需的输出标准。
背景技术
冷阴极荧光灯(CCFL)具有涂覆在其玻璃管的内壁上的荧光材料。CCFL具有连接到管两端的电极，其密封有十托(Torr)气体混合物和预定量水银。CCFL具有很多优点，例如，高亮度、高显色性、2.0W到5.0W的低功耗、额定灯电流下15000到60000小时的长使用寿命。因此，作为诸如LCD背光的照明装置，它很适合使用。然而，如果不施加电流，CCFL会呈现高阻抗，以及一旦施加电流，阻抗变小，灯就开始发光。开启CCFL所需的驱动电压至少为1300V，发光之后的电压至少为800V。
因此，在开启CCFL的情况下，输出电压标准应该为至少1300V。即使在开灯的条件下，在预定时期内，也应该输出至少1300V的高电压标准。
图1是示出根据相关技术的用于CCFL的驱动装置的电路图。参考图1，用于接通/切断CCFL 10的装置包括：振荡器11，用于提供参考时钟；PWM驱动器12，用于根据基于振荡器11提供的参考时钟，产生具有根据预定周期改变的接通/切断占空比的PWM开关控制信号；逆变器13，用于将输入的电压转换为交流电压，逆变器包括两个半桥结构的开关装置SW1、SW2，其响应于从PWM驱动器12输出的开关控制信号轮流接通和切断；以及谐振电路14，用于将从逆变器13输出的预定频率的交流电输出至灯。
逆变器13的开关周期、或输出的交流电的频率通过PWM驱动器12固定在振荡器11中生成的参考时钟的1/2。然而，PWM驱动器12响应于PWM控制信号VPWM调整接通/切断占空比来控制灯的输出驱动电压和亮度。在这种情况下，当开关信号具有比较长的“接通”持续时间时，输出到灯10的电压电平变得更高。
此时，如图1所示，用于半桥结构的灯的驱动装置具有的开关控制信号的最大占空比为50％或更少。因此，上述仅脉冲宽度的控制不能满足用于启动灯的电压标准和用于开灯的输出电压标准。
发明内容
本发明用于解决上述相关技术的问题，从而，本发明目的在于提供一种用于冷阴极荧光灯(CCFL)的驱动装置，该CCFL能够提供开灯所需的高输出电压，从而满足驱动该灯所需的电压标准。
根据用于实现该目的的本发明的一个方面，提供了一种用于CCFL的驱动装置，包括：振荡器，用于在基于调谐电阻器和调谐电容器的频率进行振荡，振荡频率与在调谐电容器中流动的电流成比例增加；脉宽调制(PWM)驱动器，用于基于从振荡器输出的参考时钟，输出具有根据预定周期调整的接通/切断占空比的PWM开关控制信号；逆变器，用于将直流电转换为预定频率的交流电，逆变器包括多个半桥结构的开关装置，其响应于从PWM驱动器输出的开关控制信号轮流接通和切断；谐振电路，用于将从逆变器输出的交流电作为灯驱动电压输出；反馈电路，用于通过施加至灯的电压反馈检测灯的开启状态(openness)，以及根据开启状态输出电流控制信号；以及电流控制器，用于响应于从反馈电路输出的电流控制信号，如果灯打开，则增加振荡器的调谐电容器电流，以及如果灯未打开，则将振荡器的调谐电容器电流减小至参考电平。
附图说明
结合附图，从以下详细的描述中更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征以及其它优点，其中：
图1示出根据相关技术的用于CCFL的驱动装置的电路图；
图2示出根据本发明的用于CCFL的驱动装置的框图；
图3示出根据本发明的用于CCFL的驱动装置的反馈电路的详细配置图；
图4示出根据本发明的用于CCFL的驱动装置的电流控制器的配置图；
图5示出根据本发明的用于CCFL的驱动装置的电流控制器的详细电路图；以及
图6示出根据本发明的用于CCFL的驱动装置的仿真结果的图示。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图2是根据本发明的用于冷阴极荧光灯(CCFL)的驱动装置的框图。参考图2，用于CCFL的驱动装置包括：振荡器31，用于在基于调谐电阻器和调谐电容器的频率振荡，振荡频率与在调谐电容器中流动的电流成比例增加；脉宽调制(PWM)驱动器32，用于根据基于从振荡器31输出的参考时钟输出PWM开关控制信号，该控制信号具有基于预定周期调整的接通/切断占空比；逆变器33，用于将直流电转换为预定频率的交流电，逆变器包括多个半桥结构的开关装置SW1、SW2，其响应于从PWM驱动器32输出的开关控制信号轮流接通和切断；谐振电路34，用于将从逆变器33输出的交流电输出至灯30；反馈电路35，用于通过施加到灯30的电压反馈检测灯30的开启状态，以及根据开启状态输出电流控制信号FC；以及电流控制器36，用于响应于从反馈电路35施加的电流控制信号FC，如果灯打开，则增加振荡器31的调谐电容器电流，以及如果灯未打开，则减小振荡器31的调谐电容器电流。
振荡器31是普通RC振荡器，其在基于振荡器31中的谐振电路的调谐电阻器和调谐电容器的频率振荡。因为其具体电路是众所周知的，所以将不进行详细解释。在这种类型的振荡器31中，振荡频率与谐振电路的调谐电容器电流成比例。也就是，振荡器31的调谐电容器电流的变化导致了振荡器31的振荡频率的调整。
因此，用于本发明的CCFL的驱动装置的特征在于：调整振荡器31的调谐电容器电流，来增加在开灯条件下参考时钟的频率，从而获得所需输出电压.也就是，增加参考时钟的频率来加快开关速度，从而提高输出电压.
在这种情况下，可以检测灯的开启状态，从而可以通过反馈电路35和电流控制器36控制调谐电容器电流。随后将更详细地说明反馈电路35和电流控制器36的配置和操作。
接下来，PWM驱动器32基于从振荡器31输出的参考时钟生成PWM开关控制信号，该控制信号具有根据预定周期调整的接通/切断占空比。PWM驱动器32通过除法器-Td发生器321对从振荡器31输出的时钟频率进行2分频，然后通过逻辑装置322至324将结果和PWM控制信号VPWM在逻辑上进行结合。此后，PWM驱动器32调整PWM开关控制信号的接通/切断占空比，以输出至逆变器33。此时，响应于与门(AND gate)325和326，PWM开关控制信号仅在正常情况下传输至逆变器33，但是在灯30故障的情况下，如果施加表示故障的控制信号Vc，则信号中断。PWM驱动器32是普通结构，如果需要也可以为其它结构。
逆变器33将直流输入电压Vin转换为预定频率的交流电压。在用于本发明的CCFL的驱动装置中，逆变器33的开关电路为半桥结构。也可以使用其它类型的逆变器。然而，在两级型或多级型的情况下，仅通过PWM控制满足需要的电压标准。因此，不需要配置本发明的驱动装置。
图3示出本发明的用于CCFL的驱动装置的反馈电路35的具体电路图。参考图3，反馈电路35包括：第一比较器351，用于比较开灯检测电压OLP和参考电压(1.5V)；以及与门352，用于将第一比较器351的结果在逻辑上乘以第三比较器358的结果；SR触发器353，用于接收作为复位信号的与门352的反相输出信号，并将电流控制信号FC输出至输出端Q；第二比较器354，用于比较灯30的熄灭(extinction)检测电压OVP和参考电压(例如，2.5V)；或门(OR gate)355，用于将第一比较器351的输出和第二比较器354的输出在逻辑上相加；开关356，用于响应于或门355的输出来接通/切断；电流源357，如果开关356切断，则用于将电流提供至电容器C，如果开关356接通，则用于通过开关356接地；齐纳二极管ZD，用于将电容器C的电压限制到预定电平(例如，4.0V)或更小，齐纳二极管与电容器C并联连接；以及第三比较器358，用于比较电容器C的电压和参考电压(例如，3.0V)，并将结果提供给与门352。
如上所述的开灯检测电压OLP和熄灭检测电压OVP通过谐振电路34的连接端被感应。如果灯打开，开灯检测电压OLP变成低电平，以及如果灯未打开，开灯检测电压OLP变成高电平。如果灯30熄灭，熄灭检测电压OVP变成低电平，如果灯30发光，熄灭检测电压OVP变成高电平。
从而，第一比较器351将开路灯检测电压OLP和参考电压(1.5V)进行比较，以输出表示灯30是否打开的逻辑值。如果灯30打开，则输出高电平信号，反之，如果灯30未打开，则输出低电平信号。
而且，第二比较器354将熄灭检测电压OVP和参考电压(2.5V)进行比较，以输出表示灯30是否熄灭的信号。在这样的情况下，在灯打开的条件下，输出低电平信号，反之，在灯熄灭的条件下，输出高电平信号。
其后，或门355将第一比较器351的输出和第二比较器354的输出在逻辑上相加。在开灯条件下，或门355输出高电平信号以使开关356接通。然后，电流源357的电流接地。随后，电容器C的电压变成低电平，使得第三比较器358的输出变成低电平。
与门352将第一比较器351的输出值在逻辑上乘以第三比较器358的反相输出值。如果灯30打开，则输出高电平信号，并且反相输入到SR触发器353的复位端。因此，将反相的高电平信号输出到SR触发器353的输出端Q。最后，如果灯30打开，输出低电平的电流控制信号FC。
根据第二比较器354的输出电平，也就是，灯30是发光还是熄灭，或门355的输出电平变低或变高。这样允许开关356接通/切断。
相反地，如果灯30未打开，第一比较器351输出低电平信号，因此不管第三比较器358的输出电平怎样，与门352均输出低电平。结果，将高电平输入到RS触发器353的复位端R，以输出高电平的电流控制信号FC。
响应于由反馈电路35产生的电流控制信号FC，电流控制器36控制振荡器31的调谐电容器电流ICT。图4是电流控制器36的示意性配置图。
参考图4，电流控制器36包括：两个电流源I1、I2，用于分别提供预定电流；开关41，用于响应于来自反馈电路35的电流控制信号FC接通/切断；以及电流反射镜42，用于根据开关的接通/切断将输入的电流总和作为振荡器31的调谐电容器电流，电流反射镜42通过开关41连接到第一电流源，并且固定地连接到第二电流源。
也就是，如果灯30打开，以及通过上述反馈电路35的功能施加低电平的电流控制信号FC，则开关41接通以将第一电流源I1输入到电流反射镜42。然后，电流反射镜42将稳定输入的第二电流源I2的电流值与第一电流源I1的电流值相加，并输出总电流值作为调谐电容器电流ICT。如果灯正常连接并施加高电平的电流控制信号FC，开关41切断以阻断第一电流源的电流供给。然后，电流反射镜42仅输出由第二电流源I2提供的电流作为调谐电容器电流。
因此，灯30打开时比灯关闭时，施加更大的电流I1+I2作为振荡器31的调谐电容器电流。随后，增大了从振荡器31输出的参考时钟的频率，使得最终增加了逆变器33的开关速度，以增加输出电压。
此时，为了满足用于CCFL的驱动装置所需电压标准，开灯30的振荡器31的输出频率可以增加正常条件下频率的1.5倍。因此，优选地，对于电流控制器36，应该调整调谐电容器电流，使得振荡器31的频率增加大约1.5倍。在这种情况下，通过调整第一电流源I1的电流值可获得期望的调谐电容器电流量。
图5示出根据本发明的用于CCFL的驱动装置的电流控制器36的更具体实施例的具体电路图。
参考图5，电流控制器36包括：缓冲器361，用于接收参考电压Vref；第一晶体管Q1，具有通过电阻器RT接地的发射极端子，以及连接到缓冲器361输出的基极；电流中继器362，包括具有共同连接到第一晶体管Q1的集电极的基极和集电极的第二晶体管Q2，以及，其基极和发射极分别共同连接到第二晶体管Q2的基极和发射极的第三和第四晶体管Q3、Q4；第五晶体管Q5，用于响应于电流控制信号FC执行导通/截止，晶体管Q5的集电极和发射极连接在第三晶体管Q3的集电极和地之间；第一电流反射镜363，包括发射极接地的第六晶体管Q6，其集电极和基极连接到第三晶体管Q3的集电极，以及发射极接地的第七晶体管Q7，其基极连接到第三晶体管Q3的集电极；第二电流反射镜364，包括发射极接地的第八晶体管Q8，其集电极和基极连接到第四晶体管Q4的集电极，以及发射极接地的第九晶体管Q9，其基极连接到第四晶体管Q4的集电极；以及第三电流反射镜365，包括第十晶体管Q10，其集电极和基极共同连接到第七和第九晶体管Q7、Q9的集电极，以及第十一晶体管Q11，其基极和发射极连接到第十晶体管Q10，以及其集电极连接到振荡器31的调谐电容器(未示出).
根据电流控制器36的操作，首先，通过参考电压Vref和电阻器RT确定电流中继器362的参考电流IREF。参考电流IREF由方程式
Figure G2006100837577D00091
来表示。
同样，通过电流中继器362的功能，与参考电流IREF基本相同的电流流入第三晶体管Q3和第四晶体管Q4的集电极。以下，第三晶体管Q3的集电极电流称作启动(start)电流Istart，以及第四晶体管Q4的集电极电流称作正常(normal)电流Inormal。
而且，响应于来自反馈电路35的电流控制信号FC来确定第一电流反射镜363的操作。也就是，在开灯的情况下，如果从反馈电路35提供低电平的电流控制信号FC，则第五晶体管Q5截止，并且启动电流Istart作为第一电流反射镜363的参考电流输入。然后，启动电流Istart通过第一电流反射镜363反映到第三电流反射镜365。相反地，在灯30未打开的正常条件下，从反馈电路35输入高电平的电流控制信号FC。然后，第五晶体管Q5导通，以将流入第三晶体管Q3的集电极的启动电流Istart接地。随后，不操作第三电流反射镜365，使得启动电流Istart不反映到第三电流反射镜365。
此时，第二电流反射镜364将流入第四晶体管Q4的集电极的电流Inormal提供给第三电流反射镜365的第十晶体管Q10。
然后，第三电流反射镜365反映输入到第三电流反射镜365的第十晶体管Q10的电流，并且将其作为调谐电容器电流ICT施加到振荡器31。
结果，如果灯30未打开，第三电流反射镜365的输出电流通过方程式Ict＝Inormal来表示，如果灯30打开，通过Ict＝Inormal+Istart表示。因此，如果灯30打开，如图5所示的电流控制器36能够将振荡器31的调谐电容电流Ict调整到比如果灯30未打开时更高的电平。如先前所述，随后，在开灯的情况下，逆变器33的开关速度能够加快，以将输出增加至正常电压(至少1300V)。
图6示出本发明的用于CCFL的驱动装置的仿真结果，其中，(a)示出在开灯30情况下从谐振电路34输出的电流，(b)示出在开灯30情况下从谐振电路34输出的电压。此时，灯打开时振荡器31的振荡频率设置为灯未打开时的1.5倍。
参考图6中的图表，如果灯打开，则用于CCFL的驱动装置的输出电压增加到大约1.86KV，使得满足电压标准(大约1.3KV)。
如上所述，本发明能够通过调整参考时钟的频率满足开灯所需的CCFL的输出电压标准。结果，本发明有利于灯稳定发光。
通过结合优选实施例示出和描述本发明，本领域技术人员可以想到，在不背离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出修改和变化。

Claims (4)

1.一种用于冷阴极荧光灯的驱动装置，包括：
振荡器，用于在基于调谐电阻器和调谐电容器的频率进行振荡，所述振荡频率与流入所述调谐电容器的电流成比例增加；
脉宽调制驱动器，用于基于从所述振荡器输出的参考时钟，输出具有调整后的接通/切断占空比和预定周期的脉宽调制开关控制信号；
逆变器，用于将直流电转换为预定频率的交流电，所述逆变器包括多个半桥结构的开关装置，所述开关装置响应于从所述脉宽调制驱动器输出的所述开关控制信号轮流接通和切断；
谐振电路，用于将从所述逆变器输出的所述交流电作为灯驱动电压输出；
反馈电路，用于通过施加至所述灯的电压反馈，检测所述灯的开启状态，以及根据所述开启状态检测，输出电流控制信号；以及
电流控制器，用于响应于所述反馈电路施加的所述电流控制信号，如果所述灯打开，则增加所述振荡器的调谐电容器电流，以及如果所述灯未打开，则将所述振荡器的所述调谐电容器电流减小至参考电平。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述反馈电路包括：
第一比较器，用于在所述谐振电路中感应开灯检测电压，以及将所述开灯检测电压和第一参考电压进行比较；
与门，用于将所述第一比较器的结果在逻辑上乘以第三比较器的结果；
SR触发器，用于接收作为复位信号的所述与门的反相输出信号，并将所述反相输出信号输出至输出端；
第二比较器，用于将所述灯的熄灭检测电压和第二参考电压进行比较，
或门，用于将所述第一比较器的输出和所述第二比较器的输出在逻辑上相加；
开关，用于响应于所述或门的输出接通/切断；
电流源，用于如果所述开关切断，则将电流提供给电容器，以及如果所述开关接通，则通过所述开关接地；
齐纳二极管，用于将所述电容器的电压限制到预定电平或更小，所述齐纳二极管与所述电容器并联连接；以及
所述第三比较器，用于将所述电容器的电压和第三参考电压进行比较，并将结果提供给所述与门。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述电流控制器包括：两个电流源，用于分别提供预定电流；
开关，用于响应于来自所述反馈电路的所述电流控制信号接通/切断；以及
电流反射镜，用于将根据所述开关的接通/切断输入的电流总和提供为所述振荡器的调谐电容器电流，所述反射镜通过所述开关连接至第一电流源，并且固定地连接至第二电流源。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其中，所述电流控制器包括：缓冲器，用于接收参考电压；
第一晶体管，具有通过电阻器接地的发射极端和连接到所述缓冲器的输出的基极；
电流中继器，包括：第二晶体管，具有共同连接到所述第一晶体管的集电极的基极和集电极；以及第三和第四晶体管，每个均分别具有共同连接到所述第二晶体管的所述基极和发射极的基极和发射极；
第五晶体管，用于响应于所述电流控制信号执行导通/截止，所述晶体管的集电极和发射极连接在所述第三晶体管的集电极和地之间；
第一电流反射镜，包括：发射极接地的第六晶体管，具有连接到所述第三晶体管的所述集电极的集电极和基极；以及发射极接地的第七晶体管，具有连接到所述第三晶体管的所述集电极的基极；
第二电流反射镜，包括：发射极接地的第八晶体管，具有连接到所述第四晶体管的集电极的集电极和基极；以及发射极接地的第九晶体管，具有连接到所述第四晶体管的所述集电极的基极；以及
第三电流反射镜，包括：第十晶体管，具有共同连接到所述第七和所述第九晶体管的集电极的集电极和基极；以及第十一晶体管，具有连接到所述第十晶体管的基极和发射极，并且具有连接到所述振荡器的所述调谐电容器的集电极。
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