CN1886020B - 用于ccfl的驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于CCFL的驱动装置，其能够容易地提供启动灯所需的高输出。在该装置中，振荡器根据开灯状态或关灯状态提供参考电压。根据本发明，振荡器的调谐电容器电流增加，使得关灯状态下的逆变器的开关速度比开灯状态下的开关速度快，从而，满足了启动灯所需的电压。

Description

用于CCFL的驱动装置

优先权要求

本申请要求于2005年6月20日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-53161号的优先权，其全部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，其能够容易地提供启动该灯所需的高输出。

背景技术

冷阴极荧光灯(CCFL)是将荧光材料涂覆在其玻璃管的内壁上。CCFL灯具有连接到密封有几十托气体混合物和预定量水银的管的两端的电极。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15,000到60,000小时的长使用寿命。因此，它作为LCD背光中的照明设备被很好地使用。

然而，如果不施加电流，CCFL呈现高阻抗，一旦灯被点亮，则阻抗变小。因此，启动该灯需要至少1300V的高电场能，一旦灯被点亮，则需要大约800V。

因此，用于CCFL的驱动装置应该根据开灯/关灯条件提供合适的电场能。

图1是示出用于CCFL的驱动装置的电路图。参考图1，用于CCFL 10的驱动装置包括：振荡器11，用于提供参考信号；脉宽调制(PWM)驱动器12，用于通过预定比率对从振荡器11输出的参考信号进行分频，并将分频后的信号和从外部施加的PWM变暗控制信号进行比较，以输出具有调节后的开/关占空比(on/off dutyrate)的PWM开关控制信号；逆变器13，用于响应于从PWM驱动器输出的开关控制信号执行接通和断开，并将直流电转换为预定频率的交流电；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10。

逆变器13包括在电流输入端和接地之间串联连接的半桥结构的两个开关设备SW1、SW2。开关设备SW1、SW2交替接通/断开以输出预定频率的交流电。从逆变器13输出的交流电通过谐振电路14施加到灯10。

PWM驱动器12将从振荡器11输出的预定频率的参考信号2分频，并响应于PWM控制信号V_PWM，调节分频后的信号的开/关占空比，以控制灯10的亮度。

在用于这种结构的CCFL的驱动装置中，当逆变器13的开关速度固定时，通过使用PWM驱动器12仅控制开关设备SW1、SW2的开/关占空比，获得启动灯所需的高电场能。

图2是用于解释在启动灯的情况下传统CCFL的驱动功能的时序图，其中，(a)和(b)分别为应用到开关设备SW1、SW2的开关控制信号，以及(c)为在应用如(a)和(b)所示的开关控制信号情况下施加至灯10的输出电流。参考图2(a)和图2(b)，通常，如果灯需要被点亮时，最大占空比的开关控制信号施加到逆变器，直到灯10从熄灭状态转变为点亮状态。在灯10被点亮之后，根据指定的亮度调节占空比。

然而，如上所述，在使用半桥结构的逆变器13的情况下，两个开关设备SW1、SW2不会同时开启，因此最大占空比为50％或更小。这样不可能满足启动灯所需的电压。同样，在用于启动灯的电压不能充分提高的情况下，灯的运行将会不稳定，例如闪烁。

发明内容

为了解决前述现有技术的问题提出本发明，因此，本发明的目的在于提供一种用于冷阴极荧光灯(CCFL)的驱动装置，其能够容易地提供启动灯所需的高输出。

根据用于实现该目的的本发明的一个方面，提供一种用于冷阴极荧光灯(CCFL)的驱动装置，包括：振荡器，用于基于调谐电阻器和调谐电容器进行振荡；脉宽调制(PWM)驱动器，用于以预定比率对从振荡器输出的信号进行分频，并响应于控制亮度以产生开关控制信号的PWM控制信号，来调节分频后的信号的开/关占空比；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设备，响应于从PWM驱动器输出的开关控制信号交替接通和断开；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，用于通过应用到灯的电压的反馈来检测灯的熄灭，并根据熄灭检测，输出电流控制信号；以及电流控制器，用于响应于反馈电路的熄灭检测信号，控制流进振荡器的调谐电容器的电流量，使得在点亮状态下通过灯的调谐电容器电流大于在熄灭状态下的调谐电容器电流。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述中，本发明的上述和其它目的、特征和其它优点会更容易理解，其中：

图1是示出现有技术的用于冷阴极荧光灯(CCFL)的驱动装置的电路图；

图2是示出现有技术的用于CCFL的驱动装置的操作的时序图；

图3是示出本发明的用于CCFL的驱动装置的方框图；

图4是示出本发明的用于CCFL的驱动装置的操作的时序图；

图5是示出本发明的用于CCFL的驱动装置的电流控制器的详细电路图；

图6是示出本发明的用于CCFL的驱动装置的反馈电路的详细电路图；以及

图7是示出本发明的用于CCFL的驱动装置的仿真结果的曲线图。

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3是示出本发明的用于冷阴极荧光灯(CCFL)的驱动装置的整个结构的方框图。

参考图3，本发明的用于CCFL的驱动装置包括：振荡器31，用于基于调谐电阻器和调谐电容器进行RC振荡；脉宽调制(PWM)驱动器32，用于以预定比率对从振荡器31输出的信号进行分频，并响应于用于控制亮度以产生开关控制信号的PWM控制信号，来调节分频后的信号的开/关占空比；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设备SW1、SW2，响应于从PWM驱动器32输出的开关控制信号交替接通和断开；谐振电路34，用于将从逆变器33输出的预定频率的交流电输出到灯30；反馈电路35，用于通过施加到灯30的电压反馈来检测灯的熄灭；以及电流控制器36，用于在应用表示关灯状态的信号的情况下，增加振荡器31的电容器电流，在应用表示开灯状态的信号的情况下，将振荡器31的电容器电流减小到参考等级。

振荡器31是普通RC振荡器，振荡频率由振荡器31中的调谐电阻器(未示出)和调谐电容器(未示出)确定。此外，振荡器31的振荡频率与调谐电容器的电流成比例地增加。也就是，应用到振荡器31的调谐电容器电流的增加同样引起振荡频率的增加。RC振荡器31的这种特性在现有技术中是众所周知的。

本发明的用于CCFL的驱动装置还包括反馈电路35和电流控制器36。应用于振荡器31的偏压电流根据开灯/关灯状态改变，以更改振荡器31输出的频率。因此，为了提供启动灯30所需的电场能，逆变器33的开关速度被进一步加速，直到灯从熄灭状态变成点亮。

关于PWM驱动器32，标号321(未说明)表示除法器-Td发生器，其将从振荡器31输出的频率进行2分频，并产生PWM开关信号。同样，逻辑设备322-324是用于将从除法器-Td发生器321输出的参考时钟和PWM控制信号V_PWM进行逻辑结合的装置，其中，PWM控制信号V_PWM是调节PWM开关信号的开/关占空比的亮度控制信号。与门(AND gate)325和326将表示灯30的任何错误的控制信号V_C和PWM开关信号进行逻辑结合。如果施加表示任何错误的控制信号(例如，逻辑0)，则输出逻辑0以停止逆变器33的操作。这个PWM驱动器32可以设置为与传统PWM驱动器相同，也可可设置为不同。

图4是示出启动本发明的用于CCFL的驱动装置的操作的时序图。在图4中，(a)示出从振荡器31输出的参考信号，(b)和(c)示出从PWM驱动器32施加到逆变器的两个开关设备SW1、SW2的开关控制信号，以及(d)示出通过谐振电路34施加到灯30的驱动电压。

如图4所示，在本发明的用于CCFL的驱动装置中，如果灯30需要被点亮，振荡器31输出比在开灯状态下的频率更高的信号。PWM驱动器32基于该较高频率的信号控制逆变器33的开关操作。因此，随着逆变器33的开关速度的增加，施加到灯30的输出电压也同样增加。此外，如果灯30被点亮，振荡器31输出比之前低的频率。PWM驱动器32和逆变器33基于较低的频率操作，因此，接通/切断更缓慢。从而，在灯点亮的情况下输出到灯30的电压低于在灯熄灭的情况下输出到灯30的电压。

在上述灯点亮情况下，振荡器31的输出频率是为CCFL的普通驱动装置设置的参考频率。在灯熄灭情况下，振荡器31的输出频率高于该参考频率。实际上，通过将在灯熄灭情况下的频率设置成高于在灯点亮情况下频率的1.5倍，能够获得启动灯30所需的电压电平。

以下，对于本发明的用于CCFL的驱动装置，将更详细地说明用于调节振荡器31的频率的反馈电路35和电流控制器36。

图5是示出本发明的用于CCFL的驱动装置的电流控制器36的详细电路图。

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，以及连接到缓冲器361的输出端的基极；电流中继器362，包括具有第二晶体管Q2，该第二晶体管Q2的基极和集电极共同连接到第一晶体管Q1的集电极，以及第三和第四晶体管Q3、Q4，每个均具有分别连接到第二晶体管Q2的基极和发射极的基极和发射极；第五晶体管Q5，用于响应于电流控制信号Fc导通/截至，晶体管Q5的集电极和发射极连接在第三晶体管Q3的集电极和接地之间；第一电流反射镜(current mirror，也称镜像电流源)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，其基极和发射极分别连接到第十晶体管Q10的基极和发射极，并且第十晶体管Q10的集电极连接到振荡器31的调谐电容器(未示出)。

对于如上设置的电流控制器36的操作，首先，电流中继器362的参考电流I_REF由参考电压Vref和电阻器RT确定。参考电流I_REF由下面的等式1来表示：

$I_{\mathrm{REF}}=\frac{V_{\mathrm{ref}}}{\mathrm{RT}}$ …等式1

与参考电流I_REF基本相同的电流流进第三晶体管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I_start，以及第四晶体管Q4的集电极电流称作标准电流I_normal。

此外，响应于来自反馈电路35的电流控制信号FC，确定第一电流反射镜363的操作。也就是，在关灯的情况下，如果应用来自反馈电路35的低电平电流控制信号FC，第五晶体管Q5截止，并且启动电流I_start作为第一电流反射镜363的参考电流输入。然后启动电流I_start被第一电流反射镜363传递到第三电流反射镜365。相反地，在开灯的条件下，如果应用来自反馈电路35的高电平电流控制信号FC，第五晶体管Q5导通，以使流进第三晶体管Q3的集电极的启动电流I_start旁路接地。因此，第一电流反射镜363不操作，使得启动电流I_start不反映到第三电流反射镜365。

此时，第二电流反射镜364将流进第四晶体管Q4的集电极的电流I_normal应用到第三电流反射镜365的第十晶体管Q10。

然后，第三电流反射镜365反射输入到第三电流反射镜365的第十晶体管Q10的电流，并且将其作为振荡器31的调谐电容器电流I_CT。

结果，在开灯的情况下，第三电流反射镜365的输出电流由等式I_ct＝I_normal来表示，以及在关灯的情况下，由I_ct＝I_normal+I_start表示。在此，振荡器31的输出频率或振荡频率与施加到调谐电容器的电流I_CT成比例。因此，在关灯的情况下的振荡频率大于在开灯情况下的振荡频率。

如上所述，从振荡器31输出的更高的振荡频率使逆变器33的开关速度增加，从而增加了谐振电路34的输出电压。

反馈电路35检查灯30的电压，以确保如上所述的电流控制器36的操作，判断灯30是开还是关的状态，然后由此将电流控制信号Fc施加到电流控制器36。

因此，在启动灯30时，振荡器31输出高振荡频率，直到灯30点亮。这增加了逆变器33的开关速度，使得将应用到灯30的输出电压增大到适合启动灯30的电平(大约1300V)。同样，如果通过高输出电压启动了灯30，从而阻抗降低，则反馈电路35检测到这种情况并输出高电平的电流控制信号FC。这减小了振荡器31的振荡频率，并减小逆变器33的开关速度，将施加到灯30的输出电压调节到开灯情况下所需的电压(大约800V)。

图6是示出如上所述的反馈电路35的实例的电路图。用于检测开灯/关灯状态的反馈电路包括：第一比较器351，用于将施加到灯30的电压OVP(例如，2.5V)与参考电压(例如，2.5V)进行比较；开关352，用于响应于第一比较器351的结果，在电压OVP大于2.5V时接通，以及在电压OVP等于或小于2.5V时断开；电流源353，通过开关352和电容器C接地；第二比较器354，用于将电流源353、电容器C和开关352的接触电压与参考电压0.7V进行比较，并且如果接触电压大于参考电压则输出逻辑1，如果接触电压小于参考电压则输出逻辑0；以及RS锁存器355，其输入端S连接到第二比较器354的输出端，输出端Q连接到电流控制器36的第五晶体管Q5。

在关灯的情况下，输入到第一比较器351的电压OVP变为低电平(大约2.5V或更小)。因此，第一比较器351的输出变成低电平，使得开关352断开，并且电流源353的电流施加到电容器C。从而，电容器C上的充电电压增加，并且第二比较器354的输出变成高电平(逻辑1)。由于输入逻辑1，RS锁存器355输出低电平信号。也就是，施加到电流控制器36的电流控制信号FC变为低电平。

相反，在开灯情况下，输入到第一比较器351的电压OVP变为参考电平(大约2.5V)或更高，因此使得开关接通。如果开关352接通，来自电流源的电流被旁路接地，电容器C上的充电电压几乎减小到0。因此，第二比较器354输出低电平信号(逻辑0)，以及RS锁存器355的输出变成高电平。也就是，施加到电流控制器36的电流控制信号FC变为高电平。

根据上述功能，反馈电路35将表示开灯/关灯状态的电流控制信号FC施加到电流控制器36。

图7是示出本发明的用于CCFL的驱动装置的仿真结果的曲线图。

图7(a)示出在启动本发明的用于CCFL的驱动装置的情况下，从反馈电路35施加到电流控制器36的电流控制信号FC。如果灯30不点亮，则输出低电平信号，以及在灯点亮后，输出高电平信号。

图7(b)示出在启动本发明的用于CCFL的驱动装置的情况下，从振荡器31输出的频率信号。关灯状态下的频率大于开灯状态下的频率。

此外，图7(c)和(d)均示出应用到根据本发明的用于CCFL的驱动装置的逆变器33的开关设备SW1、SW2的开关控制信号。从灯30需要被点亮时的时间点开始输出脉冲类型开关控制信号。开灯状态之前的脉冲周期比开灯之后的脉冲周期快。脉冲周期对应于开关速度。前述的仿真曲线图能够保证对上述用于CCFL的驱动装置的功能的理解。

如上所述，根据本发明，半桥结构的逆变器在关灯的状态下开关速度增加，使得启动灯所需的电压电平能够被轻易地满足，并且灯也可以被稳定点亮。

尽管结合优选实施例示出和描述了本发明，但是显然，在不背离通过权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以做出修改和改变。

Claims (3)

1.一种用于冷阴极荧光灯(CCFL)的驱动装置，包括：

振荡器，用于基于调谐电阻器和调谐电容器进行振荡；

脉宽调制(PWM)驱动器，用于以预定比率对从所述振荡器输出的信号进行分频，并响应于用于控制亮度以产生开关控制信号的PWM控制信号来调节分频后的信号的开/关占空比；

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具有半桥结构的开关装置，所述开关装置响应于从所述PWM驱动器输出的所述开关控制信号交替接通和断开；

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，用于通过施加到所述灯的电压反馈，检测所述灯的关灯状态或开灯状态，并根据检测所述灯的关灯状态或开灯状态的结果来输出电流控制信号；以及

电流控制器，用于响应于所述反馈电路的所述电流控制信号，控制流进所述振荡器的所述调谐电容器的电流量，使得在关灯状态下流过所述灯的调谐电容器电流大于在开灯状态下的调谐电容器电流；

其中，所述振荡器的振荡频率与所述调谐电容器的电流成比例地增加。

2.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，以及连接到所述缓冲器的输出端的基极；

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接地之间；

第一电流反射镜，包括：发射极接地的第六晶体管，所述第六晶体管的集电极和基极连接到所述第三晶体管的所述集电极；以及发射极接地的第七晶体管，所述第七晶体管的基极连接到所述第三晶体管的所述集电极；

第二电流反射镜，包括：发射极接地的第八晶体管，所述第八晶体管的集电极和基极连接到所述第四晶体管的集电极；以及发射极接地的第九晶体管，所述第九晶体管的基极连接到所述第四晶体管的所述集电极；以及

第三电流反射镜，包括：第十晶体管，所述第十晶体管的集电极和基极共同连接到所述第七和第九晶体管的所述集电极；以及第十一晶体管，所述第十一晶体管的基极和发射极连接到所述第十晶体管的基极和发射极，并且所述第十一晶体管的集电极连接到所述振荡器的所述调谐电容器。

3.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，用于通过所述电压反馈，将施加到所述灯的所述电压与第一参考电压进行比较；

开关，用于响应于所述第一比较器的结果来接通/断开；

电流源，通过所述开关和通过一电容器分别接地；

第二比较器，用于将所述电容器的电压与第二参考电压进行比较；以及

SR锁存器，用于通过设置端接收从所述第二比较器输出的信号，并且将所述电流控制信号输出到输出端。

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