CN1956615B - 放电灯驱动装置及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种放电灯驱动装置，用于驱动包括多个灯管的灯管组，所述放电灯驱动装置包括一驱动电路、一变压滤波电路、一反馈电路以及一可编程控制器。其中，变压滤波电路用于将从驱动电路接收到的信号转换为可驱动灯管组的交流信号，反馈电路用于反馈流经灯管组的电流，并将反馈电流输出至可编程控制器。可编程控制器根据所述反馈电流输出一控制信号至所述驱动电路，控制驱动电路的输出。本发明中可编程控制器可以设定电路相关参数与规格，使得电路结构简单，设计更为灵活。

Description

放电灯驱动装置及驱动方法
【技术领域】
本发明涉及一种放电灯驱动装置，尤其涉及一种适用于液晶显示器(liquid crystal display，LCD)背光源模块的驱动装置。
【背景技术】
放电灯(discharge lamp)常用于液晶显示器(liquid crystal display，LCD)面板的背光源，其具有依照当时状态及施加于灯管的交流信号的频率而变化的端点电压特性。放电灯也具有负阻抗特性，其等效阻抗会随着输入功率的增加而减少。供应电源/功率至灯管的电路必须要有一个可控制的交流供应源，以及一个可准确检测灯管内电流的反馈电路，以便维持电路的稳定性，并具有负载调整的功能。
传统的放电灯驱动装置，通常使用脉宽调变(Pulse WidthModulation，PWM)控制器，用于调节流经放电灯电流的大小。PWM控制器又配合周边保护电路来确保驱动装置工作在正常状态。
图1为习知放电灯驱动装置的模块图，放电灯驱动装置包括一PWM控制器10、一驱动电路11、一变压滤波电路12、一灯管组13、一反馈电路14、一电压分压电路15、一保护电路16以及一输入电压保护电路17。其中，PWM控制器10根据反馈电路14的反馈信号控制驱动电路11的输出，继而通过变压滤波电路12调节流经灯管组13的电流大小。电压分压电路15与保护电路16依次连接于变压滤波电路12与PWM控制器10之间，避免加载在灯管组13上的电压过高。输入电压保护电路17与PWM控制器10相连，用于检测电源输入电压是否正常，以使放电灯驱动装置可以正常工作。
传统放电灯驱动装置采用PWM控制器10来调节流经灯管组13电流的大小，通常，PWM控制器10为一芯片，其部分参数，如：频率范围、最大周期等，均已固定无法修改，故在电路设计上会有较多限制。且，相同电路无法符合多家厂商规格，若要修改部分规格，则须修改硬件电路。另，保护电路复杂，不同保护功能需要不同电路来实现，造成元件数量的增多而影响整体电路的性能。
【发明内容】
有鉴于此，有必要提供一种放电灯驱动装置，其采用可编程控制器，使电路相关参数与规格可通过软件设定，并实现不同的保护功能。
另外，还需提供一种放电灯驱动方法，其通过可编程控制器实现对电路相关参数与规格的设定，并实现不同的保护功能。
一种放电灯驱动装置，用于驱动包括多个灯管的灯管组，所述放电灯驱动装置包括一驱动电路、一变压滤波电路、一反馈电路以及一可编程控制器。其中，变压滤波电路用于将从驱动电路接收到的信号转换为可驱动灯管组的交流信号，反馈电路用于反馈流经灯管组的电流，并将反馈电流输出至可编程控制器。可编程控制器根据所述反馈信号输出一控制信号至所述驱动电路，控制驱动电路的输出。
作为上述技术方案的进一步改进，可编程控制器包括一模拟/数字转换器、一保护模块、一脉宽调变控制模块、一调光模块以及一信号合成模块。其中，模拟/数字转换器用于将接收到的模拟信号转换为数字信号。保护模块用于接收所述数字信号，并将所述数字信号与预设值做比较，并输出一保护信号。脉宽调变模块用于接收所述数字信号之一，并提供脉宽调变信号对灯管组的电流进行调节。调光模块用于接收所述数字信号之一，并提供一调光信号对所述灯管组进行调光。信号合成模块同时接收所述保护模块、脉宽调变模块以及调光模块的输出信号，用于输出一脉宽调变控制信号至所述驱动电路。
一种放电灯驱动方法，用于驱动包括多个灯管的灯管组，所述放电灯驱动方法包括：设定放电灯的正常工作频率；检测电源输入电压是否正常；若电源输入电压异常，检测系统当前状态；若电源输入电压正常，以渐进方式扫描频率；检测反馈信号是否正常；若反馈信号异常，检测系统当前状态；以及若反馈信号正常，进入正常工作模式。
本发明采用可编程控制器，使放电灯驱动装置电路结构简单，性能较好，设计较为灵活。
【附图说明】
图1为传统放电灯驱动装置的模块图。
图2为本发明实施方式中放电灯驱动装置的模块图。
图3为本发明另一实施方式中放电灯驱动装置的模块图。
图4为本发明图2与图3中可编程控制器的模块图。
图5为本发明图2与图3中反馈电路的电路图。    
图6为本发明实施方式中放电灯驱动方法的流程图。
图7为本发明图6中步骤S603的细化流程图。
图8为本发明图6中步骤S607的细化流程图。
图9为本发明图6中步骤S609的细化流程图。
图11为本发明检测系统状态的细化流程图。
【具体实施方式】
图2所示为本发明实施方式中放电灯驱动装置的模块图，所述放电灯驱动装置包括一可编程控制器20、一驱动电路21、一变压滤波电路22、一灯管组23、一反馈电路24以及一电压分压电路25。其中，灯管组23包括多个灯管。本实施方式中，驱动电路21为一全桥式(Full-Bridge)驱动电路。本发明其它实施方式中，驱动电路21可为半桥式(Half-Bridge)驱动电路、自激式(Royer)驱动电路、推挽式(Push-Pull)驱动电路。
驱动电路21用于将接收到的信号转换为一变化的直流信号，所述直流信号通过变压滤波电路22转换为一交流信号，并输出至灯管组23。反馈电路24将流经灯管组23的电流反馈至可编程控制器20，可编程控制器20根据从反馈电路24中得到的电流信号控制驱动电路21输出信号的大小，用以调节流经灯管组23的电流。且，可编程控制器20输出信号之一也会控制反馈电路24的工作。电压分压电路25连接于变压滤波电路22与可编程控制器20之间，用于将加载在灯管组23的电压分压后输出至可编程控制器20。
可编程控制器20将调光控制、灯管电流调节以及保护功能整合于一体，使得周边电路结构简单；且，本实施方式中，可编程控制器20相关参数均可自行设定，故其功能扩充性较佳；又，对于不同厂商的不同规格，仅需修改可编程控制器20的相关程序即可实现，无须变更硬件电路结构，使用较为方便。
图3所示为本发明另一实施方式中放电灯驱动装置的模块图。该放电灯驱动装置与本发明图2所示的放电灯驱动装置的区别仅在于：图3所示反馈电路24连接至变压滤波电路22，同样用于将流经灯管组23的电流反馈至可编程控制器20。
图4所示为本发明图2及图3中可编程控制器20的模块图，其中，可编程控制器20包括一模拟/数字转换器200、一保护模块201、一调光模块202、一脉宽调变(Pulse Width Modulation，PWM)控制模块203以及一信号合成模块204。本实施方式中，可编程控制器20具有四个输入端Vin1、Vin2、Vin3以及Vin4，在正常工作状态时，可编程控制器20分别接收调光信号、电流反馈信号、电压信号以及温度信号。其中，调光信号为一外部调光控制信号，电流反馈信号为反馈电路24的输出信号，电压信号为电压分压电路25的输出信号，即加载在灯管组23上的电压，温度信号为一感测灯管组23温度的信号。
调光信号、电流反馈信号、电压信号以及温度信号均为模拟信号，上述信号通过模拟/数字转换器200转换为数字信号。调光模块202根据转换后的调光信号产生一低频PWM调光信号Vout1，用于调整灯管组23的亮度。PWM控制模块203根据转换后的电流反馈信号产生一高频电流调节信号，用于调整流经灯管组23的电流，本实施方式中，电流调节信号为一PWM信号。保护模块201同时接收转换后的电流反馈信号、电压信号以及温度信号，并将上述转换后的信号与预先设定值做比较，输出一保护控制信号，用于保护整个电路工作在正常状态下。当流经灯管组23的电流、加载在灯管组23上的电压以及灯管组23的温度均正常时，保护模块201会输出一正常工作信号，例如：一高电平；当流经灯管组23的电流、加载在灯管组23上的电压以及灯管组23的温度均异常时，保护模块201会输出一异常工作信号，例如：一低电平。
又，信号合成模块204将保护模块201、调光模块202以及PWM控制模块203的输出信号整合为一PWM控制信号Vout2，即将低频PWM调光信号Vout1、高频电流调节信号以及保护控制信号整合为PWM控制信号Vout2，所述PWM控制信号Vout2实质上为上述输出信号的逻辑与，且PWM控制信号Vout2为一复频信号。即当保护控制信号正常时，PWM控制信号Vout2整合调光模块202输出的低频调光信号Vout1以及PWM控制模块203输出的高频电流调节信号，并输出至驱动电路21；当保护控制信号异常时，则无PWM控制信号Vout2输出。
本实施方式中，可编程控制器20根据反馈电路24的反馈信号调整PWM控制模块203输出信号的周期，即PWM控制信号Vout2中高频电流调节信号的周期，以调整流经灯管组23的电流大小与亮度。如果反馈信号变化剧烈，则会使PWM控制信号Vout2中高频电流调节信号不稳定，导致整个电路性能的不稳定。
由于调光模块202输出一高低电平交错的低频PWM调光信号Vout1，故在保护控制信号正常情况下，当低频PWM调光信号Vout1为低电平时，信号合成模块204无输出，则反馈电路24无反馈信号输出；当低频PWM调光信号Vout1为高电平时，信号合成模块204有输出，则反馈电路24有反馈信号输出。故，反馈电路24的反馈信号随着低频PWM调光信号Vout1电平高低的变化而瞬间变化，会影响整个电路的稳定性。针对该点本发明对传统反馈电路做了进一步改进。
图5所示为图2与图3中反馈电路24的具体电路图。反馈电路24包括一电容C1、一第一电阻、一第二电阻、以及一开关元件M1。其中，开关元件M1具有一输入端、一第一输出端以及一第二输出端。本实施方式中，第一电阻为电阻R1，第二电阻为电阻R2，开关元件M1为一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)，且开关元件M1的输入端为栅极，其第一输出端为漏极，其第二输出端为源极。电容C1与电阻R1并行连接，且一端接收反馈信号并传送至可编程控制器20，另一端接地。电阻R2的一端与电容C1的一端相连。MOSFET M1的栅极与可编程控制器20电连接，用于接收低频PWM调光信号Vout1，其漏极与电阻R2的另一端相连，其源极与电容C1的另一端相连。
本实施方式中，当低频PWM调光信号Vout1为高电平时，即反馈电路24有反馈信号输出至可编程控制器20，MOSFET M1导通，电阻R1与R2并行连接，共同作用加速电容C1存储电能；当低频PWM调光信号Vout1为低电平时，即反馈电路24无反馈信号输出至可编程控制器20，MOSFET M1截止，电阻R1单独作用减缓电容C1释放电能。故，低频PWM调光信号Vout1在高低电平交替时，反馈电路24输出的反馈信号在电容充放电的作用下变化缓慢。即当低频PWM调光信号Vout1在高低电平之间转换时，通过可编程控制器20输出至驱动电路21的PWM控制信号Vout2中高频电流调节信号周期缓慢变化，则增强整个电路输出的稳定性。
做为本发明的进一步改进，反馈电路24更包括一电容C2，其与电容C1并行连接，用于滤除噪声；以及一电阻R3，其一端连接可编程控制器20，其另一端连接MOSFET M1的栅极，起限流的作用。本实施方式中，电容C1的电容值大于电容C2的电容值。
在本实施方式中，调光方式采用突发调光模式(burst mode)，即不连续调光模式，且所述突发调光模式是以数字方式来达成线性调光。为了确保整体电路输出的稳定度，低频调光信号Vout1在高低电平转换的瞬间，高频电流调节信号的周期以渐进方式递增或递减。
在本实施方式中，灯管组23在进入正常工作状态之前，会进入一点灯状态，即可编程控制器20开始扫描频率，找到适合于点灯的频率，在完成点灯后，可编程控制器20从点灯频率复位至工作频率，开始正常工作。本实施方式中，频率扫描方式分为三种：一种为连续扫描，即在预设频率范围内以连续方式来回扫描，并找到适于点灯的频率点；另一种为分点扫描，即预先设定多个频率点，以非连续方式扫描所述频率点，并找到适于点灯的频率点；又一种为单点扫描，即预先设定一频率点，在所述频率点增加周期，即增加输入的能量，使灯管组23被点亮。
图6所示为本发明放电灯驱动装置的工作流程图。在步骤S601，设定正常工作时的工作频率。在步骤S603，可编程控制器20检测电源输入电压是否正常。如果电源输入电压异常时，可编程控制器20检测系统当前状态(参阅图10)。在步骤S605，当电源输入电压正常，可编程控制器20以渐进方式扫描频率，最终找到适于点灯的频率。在步骤S607，可编程控制器20检测反馈信号是否正常。当反馈信号异常时，可编程控制器20检测系统当前状态(参阅图10)。在步骤S609，当反馈信号正常时，即有电流流经灯管组23，换言之，灯管组23已被点亮，则可编程控制器20进入正常工作模式。
图7所示为图6中步骤S603的细化流程图。在步骤S701，可编程控制器20实时侦测电源输入电压。在步骤S703，可编程控制器20检测所述电源输入电压是否低于一第一预设值。若所述电源输入电压低于第一预设值时，继续侦测电源输入电压。在步骤S705，若所述电源输入电压高于第一预设值时，可编程控制器20检测电源输入电压是否高于一第二预设值。若电源输入电压高于第二预设值时，可编程控制器20检测系统当前状态(参阅图10)；若电源输入电压低于第二预设值时，执行步骤S605，可编程控制器20以渐进方式扫描频率。本实施方式中，第一预设值为放电灯驱动装置正常工作电源输入电压的最小临界值，第二预设值为放电灯驱动装置正常工作电源输入电压的最大临界值，且第一预设值小于第二预设值，并均预先设定在可编程控制器20中。
图8所示为图6中步骤S607的细化流程图。在步骤S801，可编程控制器20侦测反馈信号。在步骤S803，可编程控制器20检测反馈信号是否大于一第三预设值，所述第三预设值为灯管组23正常工作的最小电流值。若反馈信号大于第三预设值时，执行步骤S609，可编程控制器20进入正常工作模式。在步骤S804，若反馈信号小于第三预设值时，可编程控制器20检测反馈信号侦测时间是否超过开机时序。若侦测时间未超过开机时序时，则重复步骤S801，继续侦测反馈信号；若侦测时间超过开机时序时，则可编程控制器20检测系统当前状态(参阅图10)。
图9所示为图6中步骤S609的细化流程图。在步骤S901，可编程控制器20将频率从点灯频率复位至正常工作频率。在步骤S903，调光模块202设定低频调光频率和周期。在步骤S905，信号合成模块204整合低频调光信号与高频电流调节信号。在步骤S907，保护模块201检测保护信号，即电流反馈信号、电压信号以及温度信号是否正常。若保护信号异常，则可编程控制器20检测当前系统状态(参阅图10)。在步骤S909，若保护信号正常，可编程控制器20根据反馈信号调整输入至驱动电路21的高频电流调节信号周期。在步骤S911，可编程控制器20根据外部调光信号调整低频调光信号周期。本实施方式中，保护模块201实时检测保护信号是否正常，则执行步骤S911后，继续执行步骤S907。
图10所示为本发明检测系统当前状态的细化流程图。在步骤S1001，可编程控制器20断开所有输出信号。在步骤S1003，可编程控制器20检测系统开/关信号。在步骤S1005，可编程控制器20判断是否需要重新启动该系统。若不需要重新启动该系统，重新执行步骤S1003，可编程控制器20检测系统开/关信号；若需要重新启动该系统，重新执行步骤S601，可编程控制器20设定正常工作时的工作频率。

Claims (21)

1.一种放电灯驱动装置，用于驱动包括多个灯管的灯管组，所述放电灯驱动装置包括一驱动电路、一变压滤波电路以及一反馈电路，其中，变压滤波电路用于将驱动电路的输出信号转换为可驱动灯管组的交流信号，反馈电路用于反馈流经灯管组的电流，其特征在于所述放电灯驱动装置还包括一可编程控制器，用于从反馈电路中接收反馈电流，并输出一控制信号至所述驱动电路，控制驱动电路的输出，其中，所述反馈电路包括：
一第一电阻；
一第二电阻，其一端连接所述第一电阻的一端；
一电容，其与所述第一电阻并行连接，用于存储和释放电能；以及
一开关元件，其具有一输入端、一第一输出端及一第二输出端，其中所述输入端电性连接至可编程控制器，所述第一输出端与第二电阻的另一端相连，所述第二输出端与电容的另一端相连。
2.如权利要求1所述的放电灯驱动装置，其特征在于包括一电压分压电路，其连接于所述变压滤波电路与可编程控制器之间，用于分压加载在所述灯管组上的电压。
3.如权利要求1所述的放电灯驱动装置，其特征在于所述可编程控制器包括：
一模拟/数字转换器，用于将接收到的模拟信号转换为数字信号；
一保护模块，用于接收所述数字信号，并将所述数字信号与预先设定值做比较，并输出一保护信号；
一脉宽调变控制模块，用于接收所述数字信号之一，并提供脉宽调变信号对所述灯管组的电流进行调节；
一调光模块，用于接收所述数字信号之一，并提供一调光信号对所述灯管组进行调光；以及
一信号合成模块，其同时接收所述保护模块、脉宽调变控制模块以及调光模块的输出信号，用于输出一脉宽调变控制信号至所述驱动电路。
4.如权利要求3所述的放电灯驱动装置，其特征在于所述调光模块输出信号也输出至所述反馈电路。
5.如权利要求1所述的放电灯驱动装置，其特征在于所述开关元件为一金属氧化物半导体场效应晶体管。
6.一种放电灯驱动方法，用于驱动包括多个灯管的灯管组，所述驱动方法包括：
设定放电灯的正常工作频率；
检测电源输入电压是否正常；
若电源输入电压正常，以渐进方式扫描频率；
检测反馈信号是否正常；以及
若反馈信号正常，进入正常工作模式；
其中，所述扫描频率方式可分为连续扫描或分点扫描，连续扫描是在预设频率范围内以连续方式来回扫描并找到适于点灯的频率点，分点扫描是预先设定多个频率点，以非连续方式扫描所述频率点并找到适于点灯的频率。
7.如权利要求6所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测电源输入电压是否正常的步骤包括当电源输入电压异常时，检测系统当前状态的步骤。
8.如权利要求6所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测反馈信号是否正常的步骤包括当反馈信号异常时，检测系统当前状态的步骤。
9.如权利要求6所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测电源输入电压是否正常的步骤包括以下步骤：
侦测电源输入电压；
检测所述电源输入电压是否低于一第一预设值；以及
检测所述电源输入电压是否高于一第二预设值，如果所述电源输入电压高于第一预设值。
10.如权利要求9所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测电源输入电压是否低于第一预设值的步骤包括当该电源输入电压低于该第一预设值时，继续侦测电源输入电压的步骤。
11.如权利要求9所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测电源输入电压是否高于第二预设值的步骤包括当电源输入电压高于第二预设值时，检测系统当前状态的步骤。
12.如权利要求9所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述第一预设值小于第二预设值。
13.如权利要求6所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测反馈信号是否正常的步骤包括以下步骤：
侦测反馈信号；
检测所述反馈信号是否大于一第三预设值；以及
当所述反馈信号小于第三预设值时，检测侦测时间是否超过开机时序。
14.如权利要求13所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测反馈信号是否大于第三预设值的步骤包括当反馈信号大于第三预设值时，进入正常工作模式的步骤。
15.如权利要求13所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测侦测时间是否超过开机时序的步骤包括当侦测时间未超过开机时序时，继续侦测反馈信号的步骤。
16.如权利要求13所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测侦测时间是否超过开机时序的步骤包括当侦测时间超过开机时序时，检测系统当前状态的步骤。
17.如权利要求6所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述进入正常工作模式的步骤包括以下步骤：
复位工作频率；
设定调光频率和周期；
整合低频调光信号及高频电流调节信号；
检测保护信号是否正常；
当保护信号正常时，根据反馈信号调整高频电流调节信号周期；以及
根据外部调光信号调整低频调光信号周期。
18.如权利要求17所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测保护信号是否正常的步骤包括当保护信号异常时，检测系统当前状态的步骤。
19.如权利要求7、8、11、16或18所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述检测系统当前状态的步骤包括以下步骤：
断开所有输出信号；
检测系统开/关信号；以及
判断是否重新启动该系统。
20.如权利要求19所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述判断是否重新启动该系统的步骤包括当不重新启动该系统时，继续检测系统开/关信号。
21.如权利要求19所述的放电灯驱动方法，其特征在于所述判断是否重新启动该系统的步骤包括当重新启动该系统时，设定放电灯正常工作频率的步骤。
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