CN1975834A - 能量回收回路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量回收回路，上述回路包含：外部电容；由面板的静电容量等价形成的面板电容；连接在外部电容与面板电容间的电感；及位于电感及面板电容间的接点与发生数字电压的电压源间，开启时向电感提供电流，原充电于面板电容之中的一个中的数字电压，经过电感，向外部电容充电，然后在充电于外部电容中的数字电压，向面板电容中的另外一个充电时关闭的开关。如上所述，本发明的有益效果是在本发明中的能量回收回路，与具备第1，第2，第3及第4开关(SW1，SW2，SW3及SW4)的，现有技术中的能量回收回路不同，仅具备一个开关(S1)。因此价格低廉，体积较小，可以改善数字驱动部60的消耗电量，减少发热，降低整个模块的消耗电量。

Description

能量回收回路

技术领域

本发明是关于等离子体显示面板(Plasma Display Panel，下面称为′PDP′)的，尤其是关于回收，利用PDP的定位(address)期间，面板中放电的电量的能量回收回路的。

背景技术

PDP的最大的缺点是，消耗电量过大。因此，为了减少消耗电量，应提高发光效率，将与放电没有直接关系的驱动过程中发生的，不必要的能量消耗降至最低。交流型PDP用电介质喷涂电极，利用电介质表面发生的表面放电。对于上述交流型PDP，为了使数万至数百万个信元(cell)进行维持放电，驱动脉冲具有数十至数百伏的高压，其频率为数百kHz以上。若上述驱动脉冲负加在信元(cell)内，将发生高静电容量的充/放电。如上所述，PDP中发生充/放电时，仅由面板的容量性负荷将不会产生能量消耗，但驱动脉冲利用直流电源而产生，因此PDP中将产生较多的能量损失。尤其，放电时，若信元(cell)内流过过多的电流，则能量损失将增多。上述能量损失将导致开关元件的温度上升，最严重时，上述温度上升可能导致开关元件的损坏。如上所述，为了回收面板内产生的不必要的能量，PDP的驱动回路包含能量回收回路。能量回收回路，在3电极结构的等离子体显示回路中，回收并再生对等价于各电极间的容量性负荷的电容进行充电/放电时产生的无效电量。一般能量回收回路回收维持(sustain)区间，扫描电极(Y)与共用维持电极(Z)间产生的能量，从而改善回路效率，并且减少发热量。但，3电极结构中，定位电极(X)也在开关时产生较多的无效电量，引起数字驱动集成回路(IC：IntegratedCircuit)的发热问题，在重型模式(heavy pattern)(dot on/off，lineon/off)下，可能损坏数字驱动IC。因此，在定位区间采用回收及再生数字开关时产生的无效电量的回路。此时，定位区间回收能量的工作，与维持区间回收能量的工作不同，是高速的。并且实际安装在电路板(board)上时，其回路大(volumn)小，也要有价格竞争力。

图1是现有技术中，能量回收回路的回路示意图，由第1，第2，第3及第4开关(SW1，SW2，SW3及SW4)，电感(L)，二极管(D1及D2)，外部电容(Cx)及数字驱动部10组成。其中数字驱动部10由N(其中，N是包含在面板中的，定位电极的数量)个数字驱动信元(cell)(20，...及22)组成，各驱动信元(cell)(20，...或22)由两个开关[(30及32)或(40及42)]组成。

图1中图示的能量回收回路，包含：并联在外部电容(Cx)与电感(L)间的第1及第3开关(SW1及SW3)，向面板电容(panel capacitor)(CP_n)(1≤n≤N)提供数字电压(Va)的第2开关(SW2)，向面板电容(panel capacitor)(CP_n)提供接地电压(GND)的第4开关(SW4)。第1及第3开关(SW1及SW3)间串联限制逆电流的第1及第2二极管(D1及D2)。面板电容(panel capacitor)(CP_n)等价地显示面板的静电容量。面板电容(panel capacitor)(CP_n)等价地显示第n个信元(cell)中，扫描电极(Y)与定位电极(X)间，维持电极(Z)与定位电极(X)间及/或定位电极间形成的静电容量。此时，开关使用半导体开关元件，例如，可以使用金属氧化膜半导体场效应晶体管(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)元件。假设，外部电容(Cx)中被充入相当于数字电压(Va)一半大小的电压，配合附图，对图1中图示的，现有技术中的能量回收回路的工作过程进行说明如下。

图2是图1中图示的，现有技术中的能量回收回路中，控制开关(SW1，SW2，SW3及SW4)的开关控制信号(S1，S2，S3及S4)，数字驱动部10的电压[Va(t)]及流经电感(L)的电流[IL(t)]的示意图。

图2中图示的，T1区间，第1开关(SW1)开启(turn-on)，第2及第3开关(SW2及SW3)保持关闭(turn-off)状态，当第4开关(SW4)关闭(turn-off)时，存储于外部电容(Cx)中的电压(Va)经过第1开关(SW1)与第1二极管(D1)提供给电感(L)。此时，电感(L)与面板电容(panel capacitor)(CP_n)一同组成LC串联共振回路，因此，面板电容(panel capacitor)(CP_n)由共振波形被充电，充入面板电容(panel capacitor)(CP_n)的电压上升至数字电压(Va)。此时，流经电感(L)的正(+)的共振电流随着电压的增加，从′0′开始增加，达到一定值后重新衰减至′0′。

T2区间，第1开关(SW1)关闭(turn-off)，第2开关(SW2)开启(turn-on)，则数字电压(Va)经过第2开关(SW2)提供给面板电容(panelcapacitor)(CP_n)。此时，面板电容(panel capacitor)(CP_n)一侧的电压保持数字电压(Va)。

T3区间，第2开关(SW2)关闭(turn-off)，第3开关(SW3)开启(turn-on)，则面板电容(panel capacitor)(CP_n)两端的电压经过电感(L)，第2二极管(D2)及第3开关(SW3)，面板电容(panel capacitor)(CP_n)的能量被回收至外部电容(Cx)。此时，面板电容(panel capacitor)(CP_n)一侧的电压从数字电压(Va)开始衰减至′0′。又流经电感(L)的负的共振电流随着面板电容(panel capacitor)(CP_n)一侧的电压的降低，从′0′开始增加，达到一定值后重新重新衰减至′0′。

T4区间，第3开关(SW3)关闭(turn-off)，第4开关(SW4)开启(turn-on)，则面板电容(panel capacitor)(CP_n)的电压衰减至接地电压(GND)。

如上所述的，现有技术中的能量回收回路如同维持用能量回收回路，其部件数量多且复杂。因此，有实现费用与大小增加的问题点。又定位区间的波形比维持区间的波形更高速地交换，因此如上所述的，现有技术中的能量回收回路较难进行高速工作，因此，不适合HD(High Definition)级单扫描驱动。

发明内容：

有鉴于此，为了解决上述问题，本发明的目的在于提供，仅用比现有技术中的能量回收回路少的部件，即可以高速回收并再生定位区间的能量的能量回收回路。

为了实现上述发明目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

能量回收回路，包含：(1)外部电容；(2)由面板的静电容量等价形成的面板电容(panel capacitor)；(3)连接在外部电容与面板电容(panelcapacitor)间的电感；(4)及位于电感及面板电容(panel capacitor)间的接点与发生数字电压的电压源间，开启(turn-on)时向电感提供(boosting)电流，原充电于面板电容(panel capacitor)之中的一个中的数字电压，经过电感，向外部电容充电，然后在充电于外部电容中的数字电压，向面板电容(panel capacitor)中的另外一个充电时关闭(turn-off)的开关。

前述的能量回收回路，其特征在于上述能量回收回路还包含：位于上述电感及上述面板电容(panel capacitor)间的接点与基准电位间的二极管。

前述的能量回收回路，其特征在于上述面板电容(panel capacitor)等价地显示上述面板的定位电极间，扫描电极与上述定位电极间或上述定位电极与维持电极间形成的静电容量。

如上所述，本发明的有益效果是在本发明中的能量回收回路，与具备第1，第2，第3及第4开关(SW1，SW2，SW3及SW4)的，现有技术中的能量回收回路不同，仅具备一个开关(S1)。因此价格低廉，体积较小，可以改善数字驱动部60的消耗电量，减少发热，降低整个模块的消耗电量，在数字电压[Va(t)]上升(rising)及下降(falling)前，向电感(L)提供(boosting)电流，因此数字电压[Va(t)]的上升(rising)与下降(falling)倾斜度比原来有所改善，即比原来陡峭，因此适合高速数字交换，可以适用于以后的HD级单扫描中，没有数字交换时，外部电容的电位上升，共振电流减小，减少回路的循环损失(circulation loss)。

附图说明：

图1是现有技术中，能量回收回路的回路示意图。

图2是图1中图示的，现有技术中的能量回收回路的各部分的波形示意图。

图3是本发明中，能量回收回路的一个实施例的回路示意图。

图4是图3中图示的，能量回收回路的各部分的波形示意图。

图5至图9是帮助理解图3中图示的，能量回收回路的示意图。

图10是图3中图示的本发明中的能量回收回路的实际实例的回路示意图。

图11是图10中图示的面板电容(panel capacitor)(CP₁)的输出电压及共振电流示意图。

图12是图10中图示的面板电容(panel capacitor)(CP₂)的输出电压及共振电流示意图。

图13是图10中图示的电压[Va(t)]及电感电流示意图。

具体实施方式：

下面，配合附图，对本发明中的能量回收回路的结构及工作过程进行说明如下。

图3是本发明中，能量回收回路的一个实施例的回路示意图。其中，数字驱动部60由N个数字驱动信元(cell)70，...及72组成，各驱动信元(cell)70，...或72由两个开关[(D1H及D1L)或(DNH及DNL)]组成。N是包含在面板中的定位电极的数量。

图3中图示的，本发明中的能量回收回路由外部电容(Cx)，电感(L)，开关(S1)及面板电容(panel capacitor)(CP₁，...及CP_N)组成。其中，面板电容(panel capacitor)(CP_n)是等价地显示面板的静电容量的电容。本发明中的面板电容(panel capacitor)，等价地显示面板的定位电板间，扫描电极与定位电极间或定位电极与维持电极间形成的静电容量。电感(L)连接在外部电容(Cx)与面板电容(panel capacitor)(CP₁，...及CP_N)间。此时，开关(S1)位于电感(L)及面板电容(panel capacitor)(CP₁，...及CP_N)间的接点与产生数字电压(Va)的电压源间。开关(S1)开启(turn-on)时向电感(L)提供(boosting)电流，充电于面板电容(panel capacitor)(CP₁，...及CP_N)至中的一个中的数字电压(Va)，经过电感(L)，向外部电容(Cx)充电，然后在充电于外部电容(Cx)中的数字电压(Va)，向面板电容(panel capacitor)(CP₁，...及CP_N)中的另外一个充电时，关闭(turn-off)。为此，开关(S1)可以由半导体开关元件，例如，MOSFET实现。

根据本发明的实施例，能量回收回路如图3所示，可以在电感(L)及面板电容(panel capacitor)(CP₁，...及CP_N)间的接点与基准电位间设置二极管(D)。例如，二极管(D)防止Va(t)下降至负的电位。

下面，假设，图3中图示的外部电容(Cx)中被充入相当于数字电压(Va)一半大小的电压，配合附图，对图3中图示的，本发明中的能量回收回路的工作过程进行说明如下。

图4是图3中图示的，能量回收回路中，控制开关(S1)的开关控制信号(S1)，控制包含在数字驱动部60中的各开关的控制信号(D1H，D1L，DNH及DNL)，数字驱动部60与电感(L)的接点上的电压[Va(t)]及流经电感(L)的电流[IL(t)]的示意图。

图5至图9是帮助理解图3中图示的，能量回收回路的示意图。其中，为了帮助理解本发明，假设N＝2，但本发明并非受限于此。

参考图4及5，在t₀前的T0区间，开关(S1)开启(turn-on)，驱动信元(cell)70的开关(D1H及D1L)分别开启(turn-on)及关闭(turn-off)，驱动信元(cell)72的开关(D2H及D2L)分别关闭(turn-off)及开启(turn-on)。面板电容(panel capacitor)(CP₁)保持数字电压(Va)，并以箭头方向80向电感(L)提供(boosting)电流。此时，电压[Va(t)]如下面的数学公式1，充电于外部电容(Cx)中的电压(Vc)如数学公式2，流经电感(L)的电流如数学公式3。

数学公式1

V_t(O)＝V_a

其中，V_t(0)是t₀前的电压[V_a(t)]。

数学公式2

$V_C=\frac{T_{\mathrm{on}}}{T_{\mathrm{on}}+T_{\mathrm{off}}}{V}_a$

其中，T_on是t₃-t₂，T_off是t₂-t₀。

数学公式3

$\mathrm{IL}\left(0\right)=I_0=\frac{V_a-V_c}{2L}(t_3-t_0)$

其中，IL(0)是t₀前，流经电感(L)的电流[IL(t)]。

参考图4及6，t₀-t₁的T1区间，开关(S1)关闭(turn-off)，驱动信元(cell)70的开关(D1H及D1L)分别保持开启(turn-on)及关闭(turn-off)，驱动信元(cell)72的开关(D2H及D2L)分别保持关闭(turn-off)及开启(turn-on)。此时，面板电容(panel capacitor)(CP₁)的电压以箭头方向82向电感(L)与外部电容(Cx)放电，外部电容(Cx)中充入数字电压(Va)，则电压[Va(t)]如图4所示地下降，流经电感(L)的负的电流[-IL(t)]渐渐地降低。

参考图4及7，t₁-t₂的T2区间，开关(S1)保持关闭(turn-off)，驱动信元(cell)70的开关(D1H及D1L)分别关闭(turn-off)及开启(turn-on)，驱动信元(cell)72的开关(D2H及D2L)分别开启(turn-on)及关闭(turn-off)。此时，电感(L)的电流[IL(t)]极性以箭头方向84反转，由于开关(D2H)已开启(turn-on)，充入外部电容(Cx)的电压(Va)经过处于共振状态的电感(L)，充入面板电容(panel capacitor)(CP₂)。其中，电压[Va(t)]如下面的数学公式4，流经电感(L)的电流如数学公式6。

数学公式4

$V_a\left(t\right)=V_a+V_c(1-\cos \mathrm{wt})-I_0\sqrt{\frac{L}{\mathrm{Cp}}}\sin \mathrm{wt}$

其中，Vc与上述数学公式2相同，I₀与上述数学公式3相同，Cp是面板电容(panel capacitor)(CP₂)的电容值，w如下面的数学公式5。

数学公式5

$W=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{LCp}}}$

数学公式6

$\mathrm{IL}\left(t\right)=I_0\cos \mathrm{wt}-V_c\sqrt{\frac{\mathrm{Cp}}{L}}\sin \mathrm{wt}$

参考图4及8，t₂-t₃的T3区间中的T31区间，开关(S1)在Va(t)变为Va后开启(turn-on)，驱动信元(cell)70的开关(D1H及D1L)分别保持关闭(turn-off)及开启(turn-on)，驱动信元(cell)72的开关(D2H及D2L)分别保持开启(turn-on)及关闭(turn-off)。此时，面板电容(panel capacitor)(CP₂)若充电至数字电压(Va)，则流经电感(L)的电流将以箭头方向86向Va进行快速恢复式整流(freewheeling)。

参考图4及9，t₂-t₃的T3区间中的T32区间，开关(S1)保持开启(turn-on)，驱动信元(cell)70的开关(D1H及D1L)分别保持关闭(turn-off)及开启(turn-on)，驱动信元(cell)72的开关(D2H及D2L)分别保持开启(turn-on)及关闭(turn-off)。此时，流经电感(L)的电流重新如箭头方向88变换方向，回到t₀之前的状态，即T1区间。面板电容(panel capacitor)(CP₂)保持数字电压(Va)。

综上所述，上述本发明中的能量回收回路，通过数字驱动部60的开/关工作，使电感(L)以始终保持共振状态的全共振模式(full resonant mode)工作，因此无需另外的开关的开/关工作，也可以使定位电极(X)下降(falling)及上升(rising)。

图10是图3中图示的，本发明中的能量回收回路的实际实例的回路示意图，其中，假设数字电压(Va)为60伏。

图11是图10中图示的，面板电容(panel capacitor)(CP₁)的输出电压100及共振电流102示意图；图12是图10中图示的，面板电容(panel capacitor)(CP₂)的输出电压200及共振电流202示意图；图13是图10中图示的，电压[Va(t)]300及电感电流302示意图。

上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1、能量回收回路，包含：(1)外部电容；(2)由面板的静电容量等价形成的面板电容；(3)连接在外部电容与面板电容间的电感；(4)及位于电感及面板电容间的接点与发生数字电压的电压源间，开启时向电感提供电流，原充电于面板电容之中的一个中的数字电压，经过电感，向外部电容充电，然后在充电于外部电容中的数字电压，向面板电容中的另外一个充电时关闭的开关。

2、根据权利要求1所述的能量回收回路，其特征在于上述能量回收回路还包含：位于上述电感及上述面板电容间的接点与基准电位间的二极管。

3、根据权利要求1所述的能量回收回路，其特征在于上述面板电容等价地显示上述面板的定位电极间，扫描电极与上述定位电极间或上述定位电极与维持电极间形成的静电容量。

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