CN1977570B - 荧光管灯驱动电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于驱动荧光管灯的驱动电路包括：产生灯驱动频率的可变频率振荡器，以灯驱动频率来驱动灯的谐振驱动电路，以及用于在同步信号的控制下驱动后者的可变频率的控制单元。当通过可变频率振荡器产生预热频率时，对灯进行预热，同时当产生照明驱动频率时，灯点燃并运行在它的照明状态中。控制单元包括转变控制器，用于在灯点燃时将驱动频率限制到最终的点燃频率，以及仅在点燃延迟时间之后使得能够从最终的点燃频率转变到照明驱动频率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于驱动荧光管灯的驱动电路，该驱动电路包括：用于产生灯驱动频率的可变频率振荡器，该可变频率振荡器具有用于设置灯驱动频率的可变频率振荡器输入端；连接到可变频率振荡器的可变频率振荡器输出端的谐振驱动电路，用于以灯驱动频率来驱动灯；以及具有用于接收同步信号的同步输入端的控制单元，该控制单元用于驱动可变频率振荡器，以便在同步信号的控制下产生用于预热灯的预热驱动频率，或者产生用于在照明状态中运行灯的照明驱动频率。
此外，本发明涉及一种包括荧光灯和这种驱动电路的灯单元。更进一步，本发明涉及一种液晶显示单元，该液晶显示单元包括：液晶显示器，用于照亮液晶显示器的荧光灯，以及用于与显示单元的图像刷新率同步地驱动灯的这种驱动电路。
而且，本发明涉及一种用于驱动荧光灯的方法，该方法包括：产生用于驱动灯的灯驱动频率，通过谐振驱动电路以灯驱动频率来驱动灯，接收同步信号，改变灯驱动频率以便在同步信号的控制下向灯提供用于预热灯的预热频率，或者向灯提供用于在照明状态中运行灯的照明频率。
背景技术
US-4952849描述了一种荧光灯控制器。通过调谐电路来驱动荧光灯。在点燃之前，在预热阶段中以高频来驱动谐振电路。然后，降低频率，并且由于调谐电路，灯电压增加到足够的大小以点燃灯。一旦点燃并且作为电流流过灯的结果，谐振频率从较高的空载谐振频率降低到较低的负载状态的谐振频率。
与根据现有技术的电路相关的问题在于，灯尤其在大量生产时将在其特性上显示出一定量的参差(spread)(即公差)。一些灯将提早点燃，即此时降低频率，并因此增加灯上的电压，而在相同或其它生产批次中的其它灯花费更多的时间来点燃或者只在较高的电压时点燃。在花费更多时间的灯的情况中，例如显示出较慢、较晚点燃和/或较高点燃电压的灯，灯的驱动频率将由驱动电路降低，因此在灯上的电压将朝着谐振增加得越来越多。同时，流过谐振电路的电流，以及因此还流过驱动谐振电路的开关(例如激励晶体管)的电流也将强烈增加，尤其是当在进行点燃之前接近谐振频率时。作为这种现象的结果，由于太高的电压、太高的电流、太高的功率耗散或者其它原因而可能对开关、谐振电路或者其它相关的电气或电子部件产生损坏。在实际实施中，尤其是太高的电流将流过开关的事实将形成问题。
本发明打算提供一种考虑到灯参数的参差的改进的驱动电路。
发明内容
为了实现这个目的，根据本发明的驱动电路的特征在于，控制单元包括转变控制器，用于在从预热驱动频率到照明驱动频率进行转变时，将驱动频率限制到最终的点燃频率，以及用于仅在点燃延迟时间之后使得能够从最终的点燃频率转变到照明驱动频率。因此，根据本发明，用于通过谐振驱动电路来驱动灯的驱动频率被限制到最终的点燃频率，其有利地是在谐振驱动电路的空载谐振峰值的外面。其结果是，防止了频率进一步例如朝着谐振变化，由此避免了电压、电流或者其它相关量的进一步增加，从而避免了对驱动电路、可变频率振荡器或者其部件的损坏或者潜在的长期损坏，尤其是当对于特定灯的点燃显示出慢时。将有利地选择最终的点燃频率以便获得驱动灯的驱动电压的值，该驱动电压的值高得足以点燃灯。根据本发明，从最终点燃频率到照明驱动频率的转变将仅仅在点燃延迟时间之后能够进行。可以将点燃延迟时间设置为一个值，该值足够大，以使即使在最坏的情形中以及在相对较慢的灯(在一定公差带内)与驱动电路一起使用时灯也将点燃。可以应用固定值的延迟时间，然而，也有可能由控制单元来设置延迟时间。为了实现这一点，控制单元有利地包括点燃感测装置，用于感测点燃是否已经进行(这例如可以通过监控谐振驱动电路中的电压和/或电流来实现)，并且一旦检测到点燃，使得能够从最终的点燃频率转移到照明驱动频率，这将在下面更详细地描述。
根据本发明的驱动电路的另一优点在于，延迟的参差直到点燃才出现，即从频率开始改变的时刻直到灯点燃的时刻减少了。为了避免超过在谐振电路中或者与谐振电路相关的特定的最大电压和/或电流，根据现有技术的驱动频率可能仅从预热驱动频率朝着照明驱动频率相对较慢地变化。否则，与灯的晚点燃相关的如上所述的问题将很快出现。作为逐渐变化的结果，由于在灯的一个批次内灯的点燃特性(例如点燃电压、点燃速度)的参差，特定灯点燃的时刻将显示出显著的参差。由于驱动频率从预热驱动频率朝着照明驱动频率的缓慢转变，所以点燃特性的参差，尤其是灯的点燃电压的参差将由此转化成从开始转变的时刻到特定灯点燃的时刻的延迟的参差。而且，可变频率振荡器和/或谐振电路的公差可能导致点燃时刻的参差。尤其是在使用多个灯或者以脉宽调制模式运行灯的情形中，由于脉宽的参差，延迟时间的这种参差将因此导致照明强度的参差。根据本发明，在进行点燃之前不需要保持驱动频率从预热驱动频率缓慢地朝着照明驱动频率进行转变，因为驱动频率被限制到最终的驱动频率，其具有避免如上所述的过量的电压、电流、功率耗散等的安全值。因此，根据本发明可以朝着最终的驱动频率更快地引导驱动频率，其结果是，灯的点燃特性的参差(例如点燃电压的参差)将几乎不转化成特定灯点燃时刻的参差，从而使驱动电路更适合用于脉宽调制的应用。
在有利的实施例中，控制单元适于在第一频率变化周期中将可变频率振荡器的频率从预热频率逐渐地改变到最终的点燃频率。如上所述，可以以高于根据现有技术的速度的变化速度来进行该逐渐变化。在有利的实际实施中，从180kHz的预热频率到130kHz的最终点燃频率的变化将在80和500微秒之间内进行，更优选的是对应于大约15个循环时间的大约100微秒。以这种方式，避免了驱动频率从预热驱动频率朝着最终点燃频率的太快变化，因此避免了灯在点燃之后可能熄灭，还避免了在谐振电路中驱动频率的太快变化，该太快变化可能导致不想要的电流异相以及因此例如驱动谐振电路的开关的损坏。
在有利的实施例中，控制单元适于在第二频率变化周期中将可变频率振荡器的频率从最终的点燃频率逐渐地改变到照明驱动频率。再次，优点是流过灯的电流将不是突然地而是逐渐地在几十微秒的时间间隔内朝着它的运行最大值增加。以这种方式，再次避免的是，由于在灯刚点燃之后灯中不适当例如太低的电流而引起灯熄灭，或者由于谐振电路上驱动频率的非常突然的变化而引起在谐振电路中以及由此在驱动谐振电路的开关中太高的电流，这再次可能导致损坏开关。在有利的实际的实施例中，从最终点燃频率到照明频率的转变时间将与从预热频率到上面的最终点燃频率的转变时间在类似的数量级，即在80和500微秒之间，更优选是大约100微秒。
在有利的实施例中，控制单元包括：第一电路，用于响应于同步信号而驱动可变频率振荡器的第一频率确定输入端；以及第二电路，用于响应于同步信号而驱动可变频率振荡器的第二频率确定输入端，该第二电路包括延迟。以这种方式，控制单元以及尤其是其转变控制器可以以非常简单的方式被实现，第一电路用于驱动第一频率确定输入端，因此注意了从预热驱动频率到最终的点燃频率的转变，同时在与第二电路有关的延迟之后，驱动可变频率振荡器的第二频率确定输入端以将可变频率振荡器的频率从最终的点燃频率朝着照明驱动频率改变。在实施可靠而简单并且节省成本的实现中，第一电路包括电压受限的电流源，该电流源被连接到电容器以用于给电容器充电。因此第一和第二电路得到驱动信号以用于分别驱动第一、第二频率确定输入端，该驱动信号来源于在同步输入端所提供的同步信号。
如上所述，点燃延迟时间可以是固定的或者预定的，然而，如上面简单概述的那样，还可能的是，控制单元包括用于测量灯电流的灯电流测量电路，该控制单元适于在检测到灯电流增加时实现从最终的点燃频率到照明驱动频率的转变。以这种方式，延迟适于满足灯特性，到照明驱动频率的转变被延迟一直到灯点燃的时刻，该时刻通过由电流测量电路所测量的灯电流的增加来检测。
在有利的实施例中，控制单元包括用于测量灯电流的灯电流测量电路，该灯电流测量电路形成到可变频率振荡器的反馈回路的一部分，所述反馈回路用于基于测量的灯电流来调节照明驱动频率。以这种方式，可以控制提供给灯的灯电流或者例如电能，因为通过反馈回路的灯电流的变化可能导致对照明驱动频率的调节，因此改变了灯驱动电压。
根据本发明的液晶显示单元包括：液晶显示器，用于照明液晶显示器的荧光灯，以及根据本发明用于与显示单元的图像刷新率同步地驱动灯的驱动电路。图像刷新率可以例如在其同步输入端被提供给驱动电路。
在有利的实施例中，根据本发明的液晶显示器包括：多个荧光灯和驱动电路，每个驱动电路被可操作地连接到用于其照明的其中一个灯上；以及具有连接到图像刷新率信号的同步输入端的定时电路，该定时电路用于响应于图像刷新率信号而与图像刷新率同步地周期性地照明灯。尤其对于这种液晶显示器，其中驱动多个荧光灯，根据本发明的驱动电路的优点很大，因为灯的参差根据本发明将导致灯点燃的最小参差(或者更准确地说：将导致灯点燃时刻的最小参差)，同时保证了灯的可靠运行。
根据本发明的方法的特征在于以下步骤：在预热频率到照明频率再到最终的点燃频率的转变时限制灯驱动频率，以及仅在点燃延迟时间之后使得能够从最终的点燃频率转变到照明频率。利用根据本发明的方法，实现了与利用根据本发明的驱动电路类似或相同的优点，并且利用其可以实现类似或相同的优选实施例。
附图说明
现在将参考附图来描述本发明的更多特征和优点，该附图示出了本发明的非限定性实施例，其中：
图1示出根据本发明的灯和驱动电路；以及
图2示出由根据图1的驱动电路产生的驱动频率与时间的关系的曲线图。
具体实施方式
如图1所示的驱动电路包括：连接到灯的谐振电路Res，产生通过谐振电路Res驱动灯的驱动频率的可变频率振荡器Vco，以及控制可变频率振荡器Vco的控制单元Con。谐振电路包括如图1所示的电感器L和电容器C、以及与灯串联连接的串联电容器Cs。谐振电路Res由可变频率振荡器Vco驱动，以及尤其是由开关驱动，例如在该实施例中是输出晶体管J1和J2，它们由集成电路IC1驱动。集成电路IC1包括由第一电路Cir1驱动的频率确定输入端Freq和由第二电路Cir2驱动的第二频率确定输入端Range。第一电路Cir1和第二电路Cir2形成控制单元Con的一部分，尤其是其转变控制器的一部分。控制单元Con还包括用于接收同步信号的同步输入端Pulse in。在图1中没有示出的是由线圈L上的次级绕组构成的用于加热相应电极的电极加热电路，该绕组通过相应耦合电容器被连接到灯的电极上。现在将参考图2来描述根据图1的电路的运行。
图2示出由可变频率振荡器Vco产生的灯驱动频率F与时间t的关系的曲线图、以及提供给同步输入端Pulse in的同步信号S的幅度与时间t的关系的曲线图。在由t0表示的时间，同步信号具有低电压(例如0伏)，这导致了由可变频率振荡器Vco产生的最大的高频率Fmax(H)。在Pulse in输入端的同步信号的低值导致了第一电路Cir1的晶体管Q1的导通，这导致了在可变频率振荡器Vco的集成电路IC1的输入端Freq的低值。而且，在第二频率确定输入端Range的值为高。利用该高频率Fmax(H)，谐振电路Res将向灯施加电压，该电压高得足以预热灯，但是低于其点燃电压。其结果是，灯将被预热，但是不将进行照明。实际上，在预热过程中，在灯两端的电压足够低以至于不能点燃灯，然而，在线圈L的次级绕组(图1中没有示出)中产生了足够高的电极电流，每个次级绕组通过耦合电容器(未示出)被连接到电极。
在图2中由t1表示的时刻，同步信号S移动到它的高值。其结果是，第一电路Cir1中的晶体管Q1将进入到它的非导通状态，其结果是电流源I1将逐渐对电容器C1充电。因此，在集成电路IC1的输入端Freq上的电压将逐渐增加，增加的斜率由电容器C1的值和电流源I1所提供的电流来确定。作为在输入端Freq上电压变化的结果，由Vco产生的驱动频率F将从它的最大值Fmax(H)即预热驱动频率朝着最终点燃频率Fmin(H)变化。在图2中用sweep表示的变化的斜率由在可变频率振荡器Vco的输入端Freq上的输入电压的变化斜率来确定。在输入端Freq上的电压受到电压源Vaux的值的限制，其结果是，灯驱动频率F的变化将停在最终的点燃频率Fmin(H)，其值由电压源Vaux的值以及输入端Freq上的输入电压与响应于其而由可变频率振荡器Vco产生的灯驱动频率F之间的关系来确定。在某个延迟时间之后，在可变频率Vco的Range输入端上的输入电压的值将超过某个值，因为电阻器R3用由相应电阻器和电容器的值所确定的时间常数对电容器进行充电。可变频率振荡器VCO的Range输入端确定驱动频率的范围，在输入端Freq上的电压值确定在该范围内的值。当Range输入端上的电压超过某个值时，灯驱动频率将从最终的点燃频率Fmin(H)进一步减小到照明驱动频率Fmin(L)。在图2所示的时间t2启动的频率的这种变化发生在延迟之后，在图2中用DELAY表示，选择由电阻器R3和电容器C2的值确定的延迟时间，以使延迟时间长得足以肯定灯Lamp已经点燃，而不管它的典型特性的参差。在图2中，从最终的照明频率到照明驱动频率的变化实际上是瞬间发生的，然而还可能的是，该变化以类似于从预热驱动频率到最终点燃频率的转变的方式或者以类似于该转变的斜率逐渐地进行。
在由t3表示的时刻，同步信号S从它的高值回到它的低值，其结果是，在第一电路中，晶体管Q1将进入到它的导通状态，其结果是快速地对电容器C1放电，然而同时第二电路Cir2中的二极管D1将快速地对电容器C2放电。其结果是，两个频率确定输入端，即输入端Freq和输入端Range，实际上将是瞬间地，或者至少是以大于电压相对于时间在时间t1、t2左右的变化的数量级的速度。因此，灯驱动频率将从照明驱动频率Fmin(L)快速地到预热频率Fmax(H)。如图2所示，可以重复该脉冲，从而产生灯的周期性点燃和熄灭，在由t4表示的时间，在根据图1的电路中开始类似的情况，这从t1开始。因此，灯的连续点燃之间的时间周期由t4和t1之间的时间差来确定。同步信号S的脉冲越宽，即时间t3越朝着时间t4移动得越多，灯照明的时间周期就越长。因此，灯的照明强度由灯点燃和照明的时间相对于灯没有照明和在它的预热状态的时间之间的比来确定。
在一些应用中，当灯的运行开始时施加初始的预热。一旦开始运行，然后快速地对灯进行初始预热以达到操作温度。以低于初始预热的能量进行如上所述的操作过程中的周期性预热(有时还称为附加加热)，并且打算将灯的电极保持在它们的操作温度。在有利的实施例中，以低于Fmax(H)的频率进行初始预热，以获得较大的加热功率。
驱动电路还可以包括用于测量灯电流的灯电流测量电路。在该情况中，控制单元适于在检测到灯电流增加时实现从最终的点燃频率到照明驱动频率的转变，因此一通过灯电流测量电路检测到灯的点燃，就变化到照明驱动频率。而且，灯电流测量电路可以形成到可变频率振荡器的反馈回路的一部分，该反馈回路用于基于测量的灯电流来调节照明驱动频率，由此例如稳定灯的运行，以例如在运行中实现恒定的灯电流或者恒定的灯功率。
根据图1的驱动电路和灯可以被包括在液晶显示单元中，该液晶显示单元还包括液晶显示器，该灯被设置成用于照明液晶显示器。在其有利的实施例中，控制单元Con的输入Pulse in设置有在运行中表示液晶显示单元的图像刷新率的信号。以这种方式，与图像刷新率同步地驱动灯。而且，可以在液晶显示单元中包括多个灯和相关的驱动电路，有利地还包括定时电路，该定时电路具有连接到图像刷新率信号的同步输入端，该定时电路用于响应于图像刷新率信号而与液晶显示单元的图像刷新率同步地周期性地照明灯。
利用根据本发明的驱动电路、显示器和方法，通过将灯驱动频率从预热频率朝着最终的点燃频率改变，并且仅仅在点燃延迟时间之后使得能够从最终点燃频率转变到照明驱动频率，从而保证频率在从最终的点燃频率变化到照明驱动频率之前已经点燃灯，可以快速和可靠地点燃灯。以这种方式，可以可靠和快速地点燃灯，而不用冒由于万一灯点燃晚的过电压或者过电流而引起损坏的危险，而且同时最小化灯点燃时由灯的点燃电压的参差引起的延迟时间的参差。
Claims (11)
1.一种用于驱动荧光管灯的驱动电路，该驱动电路包括：
-用于产生灯驱动频率的可变频率振荡器，该可变频率振荡器具有用于设置灯驱动频率的可变频率振荡器输入端，
-谐振驱动电路，其被连接到可变频率振荡器的可变频率振荡器输出端，用于以灯驱动频率来驱动灯，以及
-控制单元，其具有用于接收同步信号的同步输入端，该控制单元用于驱动可变频率振荡器，以便在同步信号的控制下产生用于预热灯的预热驱动频率或者用于在照明状态中运行灯的照明驱动频率，其特征在于：
该控制单元包括转变控制器，用于在从预热驱动频率到照明驱动频率的转变时，将驱动频率限制到最终的点燃频率，以及用于仅在点燃延迟时间之后使得能够从最终的点燃频率转变到照明驱动频率。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中控制单元适于在第一频率变化周期中将可变频率振荡器的频率从预热频率逐渐地改变到最终的点燃频率。
3.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中控制单元适于在第二频率变化周期中将可变频率振荡器的频率从最终的点燃频率逐渐地改变到照明驱动频率。
4.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中控制单元包括：第一电路，用于响应于同步信号而驱动可变频率振荡器的第一频率确定输入端；以及第二电路，用于响应于同步信号而驱动可变频率振荡器的第二频率确定输入端，该第二电路包括延迟。
5.根据权利要求4所述的驱动电路，其中第一电路包括电压受限的电流源，该电流源被连接到电容器以用于对该电容器充电。
6.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中控制单元包括用于测量灯电流的灯电流测量电路，该控制单元适于在检测到灯电流增加时使得能够从最终的点燃频率转变到照明驱动频率。
7.根据权利要求1或2所述的驱动电路，其中控制单元包括用于测量灯电流的灯电流测量电路，该灯电流测量电路形成到可变频率振荡器的反馈回路的一部分，所述反馈回路用于基于测量的灯电流来调节照明驱动频率。
8.一种包括荧光灯和根据前述权利要求中任何一项所述的驱动电路的灯单元。
9.一种液晶显示单元，包括：液晶显示器，用于照明液晶显示器的荧光灯，以及根据权利要求1-7中任何一项所述的用于与显示单元的图像刷新率同步地驱动灯的驱动电路。
10.根据权利要求9所述的液晶显示器，包括：多个荧光灯和驱动电路，每个驱动电路被可操作地连接到用于其照明的其中一个灯上；以及具有连接到图像刷新率信号的同步输入端的定时电路，该定时电路用于响应于图像刷新率信号而与图像刷新率同步地周期性地照明灯。
11.一种用于驱动荧光灯的方法，该方法包括：
-产生用于驱动灯的灯驱动频率，
-通过谐振驱动电路以灯驱动频率来驱动灯，
-接收同步信号，
-改变灯驱动频率，以便在同步信号的控制下向灯提供用于预热灯的预热频率或者用于在照明状态中运行灯的照明频率，其特征在于以下步骤：
-在预热频率到照明频率再到最终的点燃频率的转变时限制灯驱动频率，以及仅在点燃延迟时间之后使得能够从最终的点燃频率转变到照明频率。
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