CN1905774A - 放电灯照明设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种放电灯照明设备，包括：高压变压器；驱动该变压器初级侧的开关电路；根据放电灯的照明条件改变开关电路工作频率的频率改变装置；分别形成在变压器的初级侧和次级侧并各自具有互不相同的特定谐振频率的第一和第二谐振电路，在放电灯接通之前，开关电路在范围接近第二谐振电路的串联谐振频率的频率工作，并且在放电灯接通之后，开关电路在范围接近使变压器初级侧的电压－电流相位差最小化的频率的频率工作。第二谐振电路的电容部分仅由寄生电容构成。

Description

放电灯照明设备

技术领域

本发明涉及放电灯照明设备，尤其涉及点亮用于液晶显示装置中作为背光源装置的光源的放电灯的放电灯照明设备。

背景技术

用作LCD电视设备等显示装置的液晶显示器(LCD)自身并不发光，因此它需要诸如背光装置之类的照明装置。诸如冷阴极灯之类的放电灯被广泛用作背光装置的光源，而需要点亮这种放电灯的高AC电压一般通过用高压变压器增强反相电路的输出来获得。

当前揭示了一种具有形成在高压变压器次级侧的串联谐振电路并设有H桥电路以采用低于该串联谐振电路谐振频率的频率驱动高压变压器的初级侧的放电灯照明设备，在该放电灯照明设备，高压变压器初级侧的电压-电流相位差停留在根据最小值预定的范围内(例如，参考日本专利申请公开号2005-038683)。

图6是示出如上所述这种放电灯照明设备的电路框图。参照图6，在放电灯照明装置100中，依靠高压变压器101的漏电感、电容器131和132以及在放电灯109外围产生的寄生电容103，串联谐振电路形成在高压变压器101的次级侧，其中，将驱动高压变压器101初级侧的H桥电路的工作频率设置成低于串联谐振电路的谐振频率，并且也设置成，使高压变压器101初级侧的电压-电流相位差θ停留在根据最小值预定的范围内，由此高压变压器101获得增强的功率效率。

与高压变压器101次级侧相连接的电容器131和132起到寄生电容103的辅助电容的作用，通过调节电容器131和132的电容值，可根据预期来设置形成在高压变压器101次级侧的串联谐振电路的谐振频率。在次级侧开路时，电容器131和132也起到电压检测装置的作用。由电容器131和132所分配的信号133被送到用于电压反馈的误差放大器151，而来自误差放大器151的输出电压152被输入到保护电路150和脉宽调制(PWM)电路108。当误差放大器151的输出电压152超过预定的阈值时，保护电路150可停止逻辑电路129的工作，从而防止过电流流入放电灯109。将灯电流转换成电压的电流-电压电路110与放电灯109相连接，放电灯109的输出电压109a被输入到误差放大器111，而误差放大器111将根据放电灯109的电流把输出电压112输出给PWM电路108，由此执行基于脉宽调制的恒电流控制。

在上述的放电灯照明设备100中，高压变压器101次级侧的输出电压通过电容器131和132被分压而产生信号，而开路电压使用该信号来检测，以在次级侧开路时防止过量输出电压。因此，要求电容器131和132能够耐高压，从而引起成本上升。特别是，在大型电视设备中用作显示装置的LCD具有大的显示区域尺寸并需要包括多个放电灯的背光装置，以便在整个显示区域获得高亮度，从而增加了电容器131和132的使用量，这加剧了成本上升问题。

发明内容

根据上面的问题已经做出了本发明，本发明的目的是提供一种在高压变压器的次级侧采用数量降低的高耐压组件的放电灯照明设备，从而降低成本，同时实现具有高效率的稳定电路工作。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种放电灯照明设备，包括：限定初级侧和次级侧的高压变压器；驱动高压变压器初级侧的开关电路；与高压变压器次级侧相连接的放电灯；在放电灯接通之前和之后，根据放电灯的照明条件改变开关电路工作频率的频率改变装置；形成在高压变压器的初级侧并具有特定谐振频率的第一谐振电路；形成在高压变压器的次级侧并具有不同于所述第一谐振电路的谐振频率的特定谐振频率的第二谐振电路。在上述放电灯照明设备中，当放电灯在接通之前没有点亮时，开关电路在范围接近第二谐振电路的串联谐振频率的频率工作，并且当放电灯在接通之后点亮时，开关电路在范围接近使高压变压器初级侧的电压-电流相位差最小化的频率的频率工作。采用如上所述的结构，可及时获得开始点亮放电灯的足够高的电压，从而使放电灯确实被点亮，于是可以在高压变压器以最大功率效率工作的频率使放电灯保持点亮。

在本发明的一个方面，第一谐振电路的电容部分可以由串联或并联连接到高压变压器初级绕组的电容器构成，而第二谐振电路的电容部分可以只由寄生电容构成。因此，从高压变压器次级侧除去了耐高压的电容器，这导致设备成本的显著降低，同时减少了在高压变压器次级侧产生高压的部分的数量，从而降低了诸如电弧放电之类的危险的产生，这有助于改善设备的质量。

在本发明的一个方面，最好将第一谐振电路的谐振频率设置为低于第二谐振电路的并联谐振频率。从而可稳定地操作放电灯照明设备。

在本发明的一个方面，放电灯照明设备还可包括设定开路电压的误差放大器，其中当高压变压器的次级侧断开时，根据都被输入到误差放大器的电源电压和预定的参考电压控制输出电压。这使得在没有来自高压变压器次级侧的反馈的情况下，获得所需的开路电压。

在本发明的一个方面，开关电路最好可以是全桥电路或半桥电路，形成在高压变压器次级侧的第二谐振电路的串联谐振频率可以由高压变压器次级绕组的漏电感和次级侧的寄生电容来确定。

因此，本发明有助于提供在高压变压器次级侧减少耐高压组件数量从而实现成本降低的放电灯照明设备，并且该放电灯照明设备可以用高效率稳定地操作。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的放电灯照明设备的方框图；

图2是与图1中示出的高压变压器有关的部分的电路图；

图3是在图2高压变压器初级侧的谐振电路的等效电路示意图；

图4是在图2高压变压器次级侧的谐振电路的等效电路示意图；

图5是根据本发明第二实施例的放电灯照明设备的相关部分的方框图；以及

图6是传统放电灯照明设备的方框图。

具体实施方式

参照附图将描述本发明的示例实施例。

参照图1，根据本发明第一实施例的放电灯照明设备1包括高压变压器2、驱动高压变压器2初级侧的开关电路4以及与高压变压器2次级侧相连接的放电灯3，例如冷阴极灯。在本实施例中，高压变压器2是次级绕组具有至少40mH漏电感、最好是大约300mH漏电感的漏通量型变压器。放电灯3的一端连接到高压变压器2的次级绕组Ns，另一端经由灯电流检测电阻器19接地。电容C_CFL是在放电灯3的外围产生的寄生电容。开关电路4经由与高压变压器2的初级绕组Np串联连接的电容器Cp被连接到高压变压器2的初级侧。作为选择，电容器Cp也可与初级绕组Np并联连接。

参考图2，高压变压器2的次级绕组Ns与初级绕组Np的绕组比定义为“n”。在本实施例中，谐振电路形成在高压变压器2初级侧和次级侧中的每一端，其中各谐振电路具有彼此不同的特定谐振频率。初级侧的谐振电路由初级绕组Np的自感Lp和上述电容器Cp组成，而次级侧的谐振电路由次级绕组Ns的自感Ls和出现在放电灯3外围的上述寄生电容C_CFL组成。

参考图3，在初级侧的谐振电路中，电容n²C_CFL是在初级侧看到的寄生电容。在本实施例中，将电容器Cp设置成具有远大于电容n²C_CFL的电容(Cp＞＞n²C_CFL)，而在初级侧的谐振电路的谐振频率fp由以下方程式来表示：

$\mathrm{fp}=1/\left(2\mathrm{\π}\sqrt{(\mathrm{Lp}\·\mathrm{Cp})}\right).$

参照图4，在次级侧的谐振电路中，M指高压变压器2的互感，Le1指在初级侧产生的漏电感，而Le2指在次级侧产生的漏电感。在这样构成的谐振电路中，串联谐振频率fss由漏电感Le2和寄生电容C_CFL给出如下： $\mathrm{fss}=1/\left(2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\mathrm{Le}2{\·C}_{\mathrm{CFL}}\right)}\right),$ 而并联谐振频率fsp由次级绕组Ns的自感Ls(Ls＝M+Le2)和寄生电容C_CFL给出如下： $\mathrm{fsp}=1\left(2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\mathrm{Ls}{\·C}_{\mathrm{CFL}}\right)}\right).$ 因此，建立了“fsp＜fss”不等式，因此在初级侧的谐振电路的谐振频率fp设置为小于在次级侧的谐振电路的并联谐振频率fsp(fp＜fsp)。

再次参考图1，下面将描述根据本实施例的放电灯照明设备1的工作。开关电路4是由彼此并联连接的两个串联电路组成的全桥电路，这两个串联电路中的每一个具有彼此串联连接的两个开关元件(例如，功率MOSFET)，或者开关电路4是由具有两个彼此串联连接的开关元件的串联电路所组成的半桥电路，其中开关元件的开关控制由从逻辑电路5输出的信号(门信号)5a来执行。开关电路4的工作频率基于从三角波发生电路15输出的三角波15a的频率来确定，除三角波发生电路15之外，放电灯照明设备1还包括由电阻器13和14、晶体管12以及反相器元件11组成的频率改变装置25。构成开关电路4的开关元件的工作由来自PWM电路6的脉冲信号6a控制，除设定灯电流的误差放大器8之外，放电灯照明设备1还包括设定开路电压的误差放大器7，其中基于来自误差放大器7和8的输出电压7a和8a与三角波15a的比较，由PWM电路6进行脉宽调制控制。

下面将对放电灯照明设备1的工作做进一步的描述。首先将对供给输入电压V_IN但是还没有接通放电灯3的时刻的工作做出描述。灯电流IL通过上述的灯电流检测电阻器19被转换成反馈电压信号19a，并经由二极管D1被输入频率改变装置25。由于就在供给输入电压V_IN之后，灯电流IL还在要开始流动，频率改变装置25的反相器元件11产生高电平的输出，从而接通晶体管12。于是，假设由彼此并联连接的电阻器13和14组成的合成电阻被连接到三角波发生电路15，所以三角波15a的频率根据合成电阻值和电容器26的值来确定。在本实施例中，当没有接通放电灯3时，将三角波15a的频率设置在范围在次级侧谐振电路的串联谐振频率fss附近的频率(以下标注为“fo”)。

反馈电压信号19a经由二极管D1也被施加给晶体管20的基极端，但是由于就在供给输入电压V_IN之后灯电流IL没有流动，晶体管20保持截止。所以，由输入电压V_IN、来自参考电压电路21的参考电压Vref和电阻器16、17和18确定的电压被输入到误差放大器7的反相输入端，而根据来自输入到误差放大器7非反相输入端的参考电压Vref的误差偏差所确定的误差放大器7的输出电压7a被送到PWM电路6。然后，PWM电路6将来自三角波发生电路15的三角波15a与如上所述确定的输出电压7a进行比较，输出具有基于比较结果的预定脉宽的脉冲信号6a并传送给逻辑电路5，开关电路4的开关元件被来自逻辑电路5的门信号5a导通和截止，从而驱动高压变压器2的初级侧。

设定来自误差放大器7的输出电压7a，该输出电压由来自参考电压电路21的参考电压Vref和电阻器16、17和18来确定，以在高压变压器2的次级侧开路时提供所需的开路电压。当开关电路4工作在上述频率fo时，通过在次级侧的谐振电路的串联谐振，开路电压能够高到足以可靠地开始点亮放电灯3。就此而论，当没有点亮放电灯3时，在次级侧的寄生电容基本上由导线之间产生的寄生电容构成并假定具有小于电容CCFL的值，所以最好将要被设定为范围在串联谐振频率fss附近的频率fo设定成高于串联谐振频率fss。同样，在放电灯照明设备1中，将谐振电路设置在高压变压器2的初级侧，所以即使在没有接通放电灯3时，也可以减轻高压变压器2输出波形的畸变和不对称，从而提供基本上为正弦波形的输出。

现在将对放电灯3被点亮时的工作做出描述。在接通和点亮放电灯3后，频率改变装置25的反相器元件11的输出被反馈电压信号19a降到低电平，且晶体管12截止，反馈电压信号19a通过灯电流检测电阻器19从灯电流IL转换而来。因此，只有电阻器14与三角波发生电路15连接，而由电阻器14的值和电容器26的值确定的三角波15a的频率转变成低于没有点亮放电灯时测量的上述频率fo。这里，将三角波15a的频率设定在范围在使高压变压器2初级侧的电压-电流相位差被最小化的频率附近的频率(下文标注为“fo’”)。就此而论，高压变压器2适合在初级侧的电压-电流相位差为较小的频率以良好的功率效率工作，而且已知频率范围低于串联谐振频率fss。在本实施例中，将频率fo’设置成使相位差范围在0到30度之间。

同样，在放电灯3被点亮时，经由二极管D1施加反馈电压信号19a的晶体管20导通，从而使设定开路电压的误差放大器7停止工作。在这种情况下，PWM电路6将来自三角波发生电路6的三角波15a与来自设定灯电流的误差放大器8的输出电压8a进行比较，并基于比较结果将脉冲信号6a输出到逻辑电路5。于是，开关电路4的开关元件被来自逻辑电路5的门信号5a导通和截止，从而驱动高压变压器2的初级侧。

将反馈电压信号19a反馈回误差放大器8的反相输入端，根据来自输入到误差放大器8的非反相输入端的参考电压Vref的误差偏差确定误差放大器8的输出电压8a。于是，PWM电路6根据灯电流IL调制脉冲信号6a的脉宽，从而进行放电灯3的恒电流控制。

此外，保护电路10包括比较电路(未示出)，当从设置在高压变压器2较低电压侧的变压器电流检测电阻器9输出的变压器电流检测信号9a超过比较电路的参考电压时，使逻辑电路5停止其工作，从而防止过电流和过电压分别流入放电灯3和高压变压器2。而且，误差放大器7和8的输出电压7a和8a也被施加给保护电路10并与比较电路的参考电压进行比较，如果发现输出电压7a和8a超过参考电压，使逻辑电路5停止其工作。

下面将参照图5描述本发明的第二实施例。根据本发明第二实施例的放电灯照明设备30适合于点亮两盏(或更多)放电灯，并且除了高压变压器的结构之外，其余结构和根据第一实施例的放电灯照明设备1相同，描述将主要集中于不同之处。

参照图5，放电灯照明设备30包括高压变压器40，高压变压器40具有彼此串联连接的两个初级绕组Np1和Np2，并具有彼此分开的两个次级绕组Ns1和Ns2，其中每个次级绕组Ns1和Ns2的一端与每个放电灯3的一端连接，同时次级绕组Ns1和Ns2的另一端经由各个电阻器31接地。电容器32与各电阻器31并联，放电灯3的各其它端(较低电压侧)彼此相互连接。在图5中，CCFL是在放电灯3产生的寄生电容。在放电灯3中流动的灯电流通过电阻器31被转换成反馈电压信号31a，并被输入到晶体管20、设定灯电流的误差放大器8和频率改变装置25，如图1所示。

在图5示出的第二实施例中，两盏放电灯3形成直线的形状并彼此串联连接，但是本发明不限于该结构和排列，它可以构成和排列成使得例如以U形或方形的U字母外形的一盏放电灯与高压变压器连接，其中放电灯的两端分别与次级绕组Ns1和Ns2连接。同样，如图5所示的两盏放电灯3之间的连接部分可以接地。高压变压器40的初级绕组可以由一个绕组组成，或构成为使两个绕组Np1和Np2彼此并联连接。

虽然已经相对于特定的实施例示出和说明了本发明，要理解的是，本本发明并不局限于此，而是包括可能将在所附的权利要求书范围之内的所有变化和修改。

Claims (6)

1.一种放电灯照明设备，包括：

定义初级侧和次级侧的高压变压器；

驱动所述高压变压器初级侧的开关电路；

与所述高压变压器次级侧相连接的放电灯；

在所述放电灯接通之前和之后，根据所述放电灯的照明条件改变所述开关电路工作频率的频率改变装置；

形成在所述高压变压器的初级侧并具有特定谐振频率的第一谐振电路；以及

形成在所述高压变压器的次级侧并具有不同于所述第一谐振电路的谐振频率的特定谐振频率的第二谐振电路，其中在所述放电灯被接通点亮之前，所述开关电路在范围接近所述第二谐振电路的串联谐振频率的频率工作，并且在所述放电灯被接通和点亮之后，所述开关电路在范围接近使所述高压变压器初级侧的电压-电流相位差最小化的频率的频率工作。

2.如权利要求1所述的放电灯照明设备，其特征在于，所述第一谐振电路的电容部分由串联或并联连接到所述高压变压器初级绕组的电容器构成，而所述第二谐振电路的电容部分只由产生在所述高压变压器次级侧的寄生电容构成。

3.如权利要求1所述的放电灯照明设备，其特征在于，所述第一谐振电路的谐振频率被设置为低于所述第二谐振电路的并联谐振频率。

4.如权利要求1所述的放电灯照明设备，其特征在于，还包括设定开路电压的误差放大器，其中当所述高压变压器的次级侧断开时，根据都被输入到所述误差放大器的电源电压和预定的参考电压控制输出电压。

5.如权利要求1所述的放电灯照明设备，其特征在于，所述开关电路是全桥电路和半桥电路中的一种。

6.如权利要求1所述的放电灯照明设备，其特征在于，形成在所述高压变压器次级侧的所述第二谐振电路的串联谐振频率由所述高压变压器次级绕组的漏电感和所述次级侧的寄生电容确定。

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