CN1980033A - 一种直流/交流转换驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流/交流转换驱动电路，包含：一全桥式开关，电连接该直流电源，并切换输出一脉冲信号，该全桥式开关包含一第一功率开关、一第二功率开关、一第三功率开关以及一第四功率开关，该第一功率开关与该第二功率开关及该第三功率开关与该第四功率开关分别电连接以形成二直臂；一共振槽电路，电连接于该全桥式开关与该负载之间，将该脉冲信号升压与虑波转换成该交流电源，提供电力给予该负载；一驱动电路，是反馈该负载的输出，提供四组脉宽调变信号，分别控制该全桥式开关中的四个功率开关的导通与截止。本电路设计驱动方式简易，有效降低系统电压涟波(ripple)，输出电压信号稳定。

Description

一种直流/交流转换驱动电路

技术领域：

本发明是提供一种直流/交流转换荧光灯管驱动电路，尤指一种应用于驱动液晶显示器背光源的荧光灯管，针对多组荧光灯管驱动而设计的多组功率开关交错操作的直流/交流转换控制电路。

背景技术：

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有薄形化的优点，因此较传统的CRT不占空间，应用于大型化的家用电视或公众场所的看板，已经有逐渐普遍的趋势。但液晶显示器的操作原理是利用其液晶材料的旋光性(Optical Rotary Power)和电光学特性，来显示影像和文字资讯的一种平面显示器，其本身并不具备发光的特性，因此需要一外加的背光源做为辅助，其常用的背光源通常为荧光灯管之类的光源。

在典型的习知技术上的直流/交流转换荧光灯管驱动电路，一般简称为换流器(inverter)，大都采用全桥式的直流/交流转换电路，配合共振槽的虑波和升压装置，可以将输入的直流电压源转换成高压的交流电，用以驱动荧光灯管。为了使荧光灯管的光源稳定，不会随著输入电压的变动而改变亮度，因此其设计上大都搭配著负反馈控制电路，以稳定荧光灯管的操作电流。由于驱动荧光灯管电流波形的对称性会影响荧光灯管寿命，故全桥式换流器驱动荧光灯管成了较普遍的选择。

请参阅图1(A)为习知一种荧光灯管换流器电路。如图1(A)所示，一荧光灯管换流器电路100包括一直流电压源101、一共振槽102、一荧光灯管103、四个N型金氧半导体(NMOS)功率开关104A、104B、104C、104D。该共振槽102包括有一电感器105以及一共振电容器106。该四个N型金氧半导体(NMOS)功率开关104A、104B、104C、104D是由半导体功率开关驱动信号V_G1、V_G2、V_G3和V_G4控制其导通(Turn On)与截止(Turn Off)时间。

其连接关是如下所述：N型金氧半导体(NMOS)功率开关104A、104D连接到直流电压源101的电压输出端VDC。N型金氧半导体(NMOS)功率开关104B、104C接到系统的接地端。该组N型金氧半导体(NMOS)功率开关104A、104B及104C、104D的输出端A、B电连接至该共振槽102的两输入端。该共振槽102的输出端C电连接至该荧光灯管103的一端。

习知的荧光灯管换流器电路100的操作原理乃是利用该组N型金氧半导体(NMOS)功率开关中104A、104C与104B、104D间的高频交互导通，将该直流电压源101所输出的直流电压VDC转换成高频的交流方波输出至后级的该共振槽102。该共振槽102的功用乃是利用该电感器105与电容器106的虑波功能，可以将高频的交流方波转换成高频的交流正弦波，以供应后级的该荧光灯管103。

N型金氧半导体(NMOS)开关104A，104B，104C，104D分别由其闸极(Gate)电压V_G1、V_G2、V_G3、V_G4控制其截止(Turn Off)或导通(Turn On)。典型的控制信号是四个相同固定频率，相同固定工作周期(Duty Cycle)，工作周期略小于50％而不同相位(Phase)的方波。典型的定频操作相移式(Phase Shift)换流器移动控制电压V_G1、V_G2、V_G3、V_G4相位，利用不同大小的相位差来产生不同大小的输出功率。第1图(B)、(C)所表示的是一个典型的定频操作相移式换流器操作的时序图。为避免直接相连接的N型金氧半导体(NMOS)开关104A、104B或是104C、104D同时导通而造成功率损耗。控制信号V_G1和V_G2必须保持180°的相位差。同理，控制信号V_G3和V_G4也必须保持180°的相位差。第1图(B)中的V_G1和V_G3的相位差较图1(C)中的小，结果是产生工作周期(Duty Cycle)较大的V_AB，较多的功率输出。

此一设计所构成的荧光灯管换流器电路，可以稳定的控制荧光灯管电流。但就实际应用上其缺点为在目前液晶显示器的应用中，系统所供应的直流电压源仅有十几伏。图1(A)这样的荧光灯管换流器则需要数百伏的直流电压源才可以动作。

第1(A)图这样的荧光灯管换流器电路利用N型金氧半导体(NMOS)作为对直流电压源的开关元件，其震荡频率是由共振电容器106自行震荡于一稳定态所决定，故无法使震荡频率配合电路状态调整；另外，驱动时必须注意V_G1(V_G4)对A(B)点的电压而必须适当的对V_G1(V_G4)增压。一些额外增加的升压电路必须包括在对电源的N型金氧半导体(NMOS)开关元件104A、104D的驱动电路中所以设计比较困难，成本较高。

是之故，本发明鉴于习知技术的缺失，乃思及改良发明的意念，发明出本案的『直流/交流转换荧光灯管驱动电路』。

发明内容：

本发明的主要目的是提供一种直流/交流转换荧光灯管驱动电路的电路设计，可以同时使用N型金氧半导体(NMOS)功率开关及P型金氧半导体(PMOS)功率开关配合交错式操作以达到多荧光灯管操作时，产生较低的直流电压源的电压涟波(ripple)，降低系统涟波噪声。

本发明的主要目的是提供一种直流/交流转换荧光灯管驱动电路的电路设计，可以同时使用N型金氧半导体(NMOS)功率开关及P型金氧半导体(PMOS)功率开关，该直流/交流转换荧光灯管驱动电路于配合交错式操作并且使用较少的功率开关以达到多荧光灯管操作时，其直流电压源产生较低的电压涟波(ripple)，降低系统涟波噪声。

本发明的另一目的是提供一种直流/交流转换荧光灯管驱动电路的电路设计，可以使用直接驱动半导体功率开关的驱动方式达到设计简易价格低廉的优点。

本发明的另一目的是提供多组直流/交流转换荧光灯管驱动电路的半导体功率开关驱动输出信号，应用在多组(超过两组)荧光灯管，使得多组荧光灯管可以应用同频率、不同相位的频率产生器做为驱动荧光灯管的频率源。

本发明的另一目的是提供两组直流/交流转换控制器的半桥式功率开关驱动输出信号，使得两组半桥式功率开关驱动输出信号的工作周期变化是对称的变化，因为电连接到直流电压源的两组功率开关并不会同时导通，因此可降低电压源上的电压噪声。

因而，为了达到以上目的，本发明提供一种直流/交流转换驱动电路，是转换一直流电源成为一交流电源，该交流电源用以驱动一负载，包含：

一全桥式开关，是电连接该直流电源，将该直流电源切换输出一脉冲信号，该全桥式开关包含一第一功率开关、一第二功率开关、一第三功率开关以及一第四功率开关，该第一功率开关与该第二功率开关及该第三功率开关与该第四功率开关分别电连接以形成二直臂；

一共振槽电路，是电连接于该全桥式开关与该负载之间，将该脉冲信号升压与虑波转换成该交流电源，提供电力给予该负载；以及

一驱动电路，是反馈该负载的输出，提供四组脉宽调变信号，分别控制该第一功率开关、该第二功率开关、该第三功率开关以及该第四功率开关的导通与截止，其中该四组脉宽调变信号是同一频率且该四组脉宽调变信号之中有两组导通工作周期小于50％，另外两组导通工作周期大于50％。

附图说明：

图1是为习知一种全桥式的荧光灯管换流器电路。

图2是为本案较佳实施例的直流/交流转换荧光灯管驱动电路示意图。

图3是为本案较佳实施例的直流/交流转换荧光灯管驱动电路部分波形示意图。

图4是为本案较佳实施例的直流/交流转换荧光灯管驱动电路部分电路示意图。

图5是为本案较佳实施例的直流/交流转换荧光灯管驱动电路的驱动输出信号时序示意图。

图6是本案另一较佳实施例的可用来驱动N组直流/交流转换控制器的多组荧光灯管频率产生器示意图。

图7是本案另一本案较佳实施例的半桥式直流/交流转换控制器电路示意图。

其中：附图中主要元件符号说明：

100荧光灯管换流器电路

101直流电压源

102共振槽

103荧光灯管

104A、104B、104C、104D NMOS半导体功率开关

200直流/交流转换荧光灯管驱动电路

201直流电压源                 202半导体功率开关

202A PMOS半导体功率开关       202B NMOS半导体功率开关

202C PMOS半导体功率开关       202D NMOS半导体功率开关

203共振槽                     204荧光灯管

205荧光灯管电流侦测电路       206荧光灯管端电压侦测电路

207脉波宽度调变器             208荧光灯管频率产生器

209驱动电路                   210保护电路

211计时器                     212调光电路

221升压变压器                 222、223、224共振电容器

261误差放大器                 262电阻

263电容                       264比较器

265受控电流源                 266开关

POUT1、NOUT1，POUT2，NOUT2驱动输出信号

272逻辑控制电路

400驱动电路

601多组荧光灯管频率产生器     602外部时脉

603荧光灯频率改变控制信号     604 AND逻辑闸

605 OR逻辑闸

606、607、60 8第一、第二…第N组荧光灯管是否导通信号

621微处理器                   622数字波形合成器

632调光脉冲信号    700半桥式直流/交流转换控制器

201直流电压源

702半桥式功率开关702A、702B功率开关

709半桥式功率开关驱动电路

本案中电路组成可以从说明书中明显地得出，或者可以从具体实施方式中总结获得，本发明的目的和优点可以通过以下附图和具体实施方式中充分体现。结合以下图示予以详细说明，使得以更深入的了解。

具体实施方式：

请参阅图2是为本案较佳实施例的直流/交流转换荧光灯管驱动电路示意图。如图2所示，一直流/交流转换荧光灯管驱动电路200包括一直流电压源201、一组半导体功率开关202、一共振槽203、一荧光灯管204、一荧光灯管电流侦测电路205、一荧光灯管端电压侦测电路206、一脉波宽度调变器207、一荧光灯管频率产生器208、一驱动电路209、一保护电路210、一计时器211以及一调光电路212。

其电连接关系如下所述：该直流电压源201耦接至该半导体功率开关202。该半导体功率开关202的输出端耦接至该共振槽203的输入端。该共振槽203的输出端耦接至该荧光灯管214的一端。本发明中的共振槽可以是任何种类的变压器，如磁性变压器、压电陶瓷变压器等，但亦不以此为限。本实施例中，该共振槽203为包括有一个升压变压器221和共振电容器222、223、224。在本设计例中，为使整个系统更容易设计，可以用一低品质因子(Low Q)的共振槽设计。

在这样低品质因子(Low Q)的共振槽的设计下，被用来驱动变压器221和荧光灯管204的不是方波也不是一个正弦波，而是一介于方波和正弦波之间的波形，我们称之为准正弦波(QuasiSine Wave)或准方波(Quasi Square Wave)。在这样的设计下，功率传送路径上不同位置上的电压波形如图3所示。

在图3中S51是半导体功率开关202A及202B输出端的电压波形，S52是该变压器221输入电压波形，S16则是由该变压器221输出驱动荧光灯管的电压波形。

该荧光灯管204的两端分别耦接至该荧光灯管电流侦测电路205与该荧光灯管端电压侦测电路206。该荧光灯管电流侦测电路205亦电连接至该脉波宽度调变器207，且该脉波宽度调变器207耦接至该荧光灯管频率产生器208和该驱动电路209。该驱动电路209耦接至该半导体功率开关202，形成所谓的控制回路连接。

其中，该半导体功率开关202包含四个功率开关202A、202B、202C及202D。该功率开关202A与202C可为一P型金氧半导体(PMOS)功率开关，及该功率开关202B与202D可为一N型金氧半导体(NMOS)功率开关，但四个功率开关202A、202B、202C及202D并不限于金氧半导体(MOS)功率开关，亦可为各类电晶体开关，如NPN或PNP型的BJT等。

该荧光灯管频率产生器208产生同频率之一三角波信号S1和一脉冲信号S2。然而在本发明中不限于三角波信号的使用，凡任何斜坡(Ranmp signal)或是锯齿波信号皆适用于本发明。

该荧光灯管电流侦测电路205与该荧光灯管204串联，并提供一信号S3用以指示该荧光灯管的导通状况，以及另一信号S4用以指示流过该荧光灯管的电流值。该荧光灯管端电压侦测电路206透过与该荧光灯管204并联的该共振槽203，利用其中的共振电容223、224而检测出一信号S5用以指示该荧光灯管204的端电压。

该脉波宽度调变器207包含一误差放大器261、一电阻262与一电容263所组成的一反相积分器以及一比较器264。另外，该脉波宽度调变器207更包括一受控电流源265，其经由一开关266连接到该误差放大器261的反相端输入端。

该保护电路210包含一逻辑控制电路272，该保护电路210接受用以指示荧光灯管导通状况的该信号S3、用以指示荧光灯管端电压的该信号S5以及该脉波宽度调变器207中的误差放大器261的一输出信号S6。

该计时器211由两组比较器281、282以及一电流源283所组成。

该调光电路212则包括一个调光频率产生器291，其产生的一三角波信号S7被送至一比较器293的非反相输入端以及一调光控制电压S8被送入该比较器293的反相输入端，比较后产生一调光脉冲信号S9，其中更包一OR逻辑闸296，该调光脉冲信号S9透过控制开关235、236控制调光电压S20送出至该脉波宽度调变器207的时机。

该驱动电路209接收脉波宽度调变器207输出S15，并配合荧光灯管频率产生器208输出的脉冲信号S2以及保护电路210的输出信号S18产生四个驱动输出信号POUT1、NOUT1、POUT2与NOUT2，用以分别控制半导体功率开关202A、202B、202C与202D。

在本实施例中，该计时电路211的计时方式是利用该电流源283对一计时电容器284充电，使该计时电容器284的一电压S12随时间的增加而上升。当该电容器284的电压S12超过一参考位准Vref1前送出一重设信号S11，而当该计时电容器284的电压S12上升到超过一参考位准Vref2时送出一时间到(Tinme Out)信号S10。利用重设信号S11可以作为电路中的类比或数字电路(例如：脉波宽度调变器207及逻辑控制电路272)的重设信号，使适当时机时能重设电路。该电流源283并受到一指示系统电压源的信号S13控制，当该系统的直流电压源201电压低于一参考位准Vref3时将该电流源283关闭(off)，并将该计时电容器284的电压透过由控制信号S13控制的电晶体285接地。透过这样的设计可以使系统在每一次系统由零电压开始起动该直流电压源201时，该计时器211上的该计时电容器284都是由零电压开始充电。

本实施例中的荧光灯管频率产生器208还受到一信号S14控制，该信号S14是指示荧光灯管是否已导通。在该荧光灯管导通的情况下，送出一荧光灯管操作频率，而在该荧光灯管不导通的情况下，送出另一起动荧光灯管频率到驱动电路209。其优点在于该共振槽203的共振频率在荧光灯管是否导通其情况并不相同，这样的设计可以利用不同的荧光灯管频率进行不同导通情况的操作。使系统在不论荧光灯管是否导通的情况下都可以在共振频率附近操作，使系统更有效率运作。该信号S14是由该荧光灯管电流侦测电路205所提供的该信号S3和该保护电路210中的一比较器274所决定，当该指示荧光灯管电流信号S3超过一参考位准Vref4时，该荧光灯管204被视为导通。

在正常状况下，本实施例更详细的操作如下所述：

当系统开始供电起动后，该计时器211开始对该计时电容器284充电，当该计时电容器284电压未充电达到该参考位准Vref1前，由该计时器211送出的该重设信号S11经过一OR逻辑267将一开关266导通(turn on)，使得该电流源265连到该误差放大器261的反相输入端，强迫反相输入端电压高过一参考位准Vref5，迫使该误差放大器261输出为零。以使得脉波宽度调变器207的输出S15的工作周期变成0％。这0％的脉波宽度调变器207的输出S15信号经过如本实施例的驱动电路209后使得原来正常工作时工作周期保持在50％以下的NOUT1及NOUT2都变成0％的工作周期停止导通。而当驱动电路209运作时，可使四个功率开关202A、202B、202C及202D中其中两组导通工作周期小于50％；另外两组导通工作周期大于50％(例如图4中的设计下，功率开关202A、202C工作周期大于50％，功率开关202B、202D工作周期小于50％)，不仅直流电压源的电压涟波(ripple)较低，降低系统涟波杂乱信号，而且驱动输出信号的工作周期都根据负载导通状况改变而改变。

当该计时电容器284上继续充电到大于该参考位准Vref1之后，该电流源开关266截止(turn off)，该脉波宽度调变器207开始运作，该误差放大器261的反相端输入因为该荧光灯管204尚未导通而成为一低于该参考位准Vref5的状况，该误差放大器261输出该信号S6，在负反馈控制原理之下逐渐上升，而在与该三角波S1比较后，由该比较器264送出一脉波宽度调变信号S15。该驱动电路209接收此该信号S15和该脉冲信号S2，产生四组信号POUT1、NOUT1、POUT2与NOUT2分别驱动半导体功率开关202A、202B、212C及202D的截止或导通以调整输出到荧光灯管的电力。

该荧光灯管204未导通前，荧光灯管端电压S16会因该脉波宽度调变信号S15工作周期的逐渐变宽而升高。该保护电路210在侦测到该指示荧光灯管端电压信号S5超过一预设的参考位准Vref6时送出一荧光灯管端电压超过信号S17，透过该OR逻辑闸267，把该电流源265上的该开关266导通(Turn On)到该误差放大器261的反相输入端，把该误差放大器261输出S6变小，然后减少该脉波宽度调变信号S15工作周期，减少输送到该荧光灯管端的电力。这减少电力输送的结果若是造成在侦测到指示荧光灯管端电压信号S5小于该预设的参考电位Vref6，则该电流源开关266截止(OFF)，则该误差放大器261输出S6变大。于是该荧光灯管端电压S16就在这样的负反馈控制之下得到稳定调节。

一旦荧光灯管被足够的电压S16和时间下被点燃导通，根据荧光灯管特性，该荧光灯管端电压S16会骤降至一半不到的导通且近似固定的操作电压，使得该荧光灯管电压侦测电路206因为产生不了一超过Vref6的指示荧光灯管端电压信号S5，而失去作用。同时该荧光灯管电流侦测电路205送出指示荧光灯管导通信号S3至该保护电路210，产生该指示灯管导通信号S14改变该荧光灯管频率产生器208的输出频率，还送出该指示荧光灯管电流信号S4至该脉波宽度调变器207，使流经荧光灯管的电流透过负反馈控制而稳定在一默认值上。

本实施例的保护电路210可以达到的保护功能包含有：灯管未接上、灯管损坏、变压器漏电等，其详细的操作状况如下所述：

当荧光灯管自始就没接上时，指示荧光灯管端电压信号S5会持续送出荧光灯管端电压超过该信号Vref6的讯息到该数字控制逻辑272。该数字控制逻辑272接收该计时器211的信号S10。该数字控制逻辑272在该信号S10未送入时是不动作的。一旦该信号S10送达该数字控制逻辑272，则该数字控制逻辑272会在该荧光灯管端电压超过该信号Vref6指示该荧光灯管端电压过高的情形下，利用一在数字控制逻辑272中的数字计时单元以该荧光灯管频率产生器208产生的该脉冲信号S2计时，一旦该荧光灯管端电压超过在数字控制逻辑272中的数字计时单元预设的时间还是过高，则该数字控制逻辑272送出停止输出的一信号S18到该驱动电路209，停止该全桥式功率开关中的NMOS202D与202B的导通。

当荧光灯管在操作中损坏开路时，该荧光灯管电流侦测电路205会传送信号S3指示该荧光灯管不导通，经该保护电路210的该比较器274后送出指示荧光灯管导通信号S14(指示荧光灯管不导通的讯息)到该数字控制逻辑272。该数字控制逻辑接收该计时器211的信号S10。该数字控制逻辑272在该信号S10未送入时是不动作的。一旦时间到，则该数字控制逻辑272会在指示荧光灯管导通信号S14指示荧光灯管不导通的情形下，利用一数字计时单元以低频的调光频率产生器212产生的一脉冲信号S21计时，一旦荧光灯管超过预设的时间还是不导通，则该数字控制逻辑272送出停止输出的信号S18到该驱动电路209，停止该半导体功率开关202B、202D导通。

此外，在一般操作的情形下若遇到该变压器221有漏电严重损坏时，因为漏电造成的额外的负载效应，将使得系统产生过负载现象。在这状况下，该误差放大器261将持续增加其输出S6以提供足够的电力至负载稳定荧光灯管电流。一旦漏电已经超过系统所能提供得最大电力时，该误差放大器261输出S6势必超过该三角波S1的峰值。该保护电路210将该误差放大器261输出S6与一比三角波S1峰值略高的一参考电位Vref7相比可以得到一指示系统是否过载信号S19。同样，在该计时器211以S10起动该保护电路210的情形下，如果指示系统是否过载信号S19指示系统过载，又经过该数字控制逻辑272以荧光灯管频率产生器208产生的该脉冲信号S2计时也超过预设时间时，则该数字控制逻辑272送出停止输出的信号S18到该驱动电路209，停止该半导体功率开关202B与202D的导通。

本实施例更包括一调光电路212，调光的原理是用一比荧光灯管操作频率低的频率S7，控制停止或恢复对荧光灯管输送电力。利用明暗比例的调整达到调整荧光灯管亮度的目地，而为了避免频率过低造成人眼闪烁的感受，一般都将调光频率控制在大于200Hz以上。本实施例的调光电路是被两个信号所控制一是该指示荧光灯管是否导通信号S14，一是该计时器211的该时间到信号S10。当该指示荧光灯管是否导通信号S14指示荧光灯管导通或是该计时器211得该时间到信号S10指示时间到。控制调光信号输出的一开关236才会导通(Turn on)。调光电路中的调光电压S20是一比参考位准Vref5更高的电位。当调光电路中的调光电压S20经控制开关236、235与一电阻234与该脉波宽度调变器207连接上时，该脉波宽度调变器207的误差放大器261输出S6变小，造成系统停止电力输送至负载。而当调光脉冲信号S9截止(Turn Off)该开关235时，调光电压S20与该脉波宽度调变器207开路(open circuit)，系统恢复电力供应。利用一低频率控制每一周期中停止或恢复电力供应的比例可以达到调整亮度的效果。而利用荧光灯管导通与否决定调光开始的时机，可以保障荧光灯管有足够而且连续的电力在足够的时间内被点燃。

为了提供一对称性佳的交流电流驱动荧光灯管204，本实施例中的驱动电路209可以是如图4所示的设计。在第4图中，输入端PWM对应的是第2图中的脉波宽度调变信号S15，输入端时脉信号(Clock Pulse)对应的是第2图中的脉冲信号S2，输入端PS(Protection Signal)对应的则是第2图中的保护电路210输出控制停止传送电力到荧光灯管204的信号S18。其控制操作方式可以由第5图中的时序做一了解。输入的脉波宽度调变信号S15，改变其脉波宽度时(以虚线表示改变)，NOUT1、NOUT2、POUT1及POUT2的脉波宽度也会随的改变，进而调整了NOUT1与POUT2所控制的半导体功率开关202B与202C同时导通的工作周期以及由NOUT2与POUUT1所控制的半导体功率开关202D与202A同时导通的工作周期。在正常操作中，两个N型金氧半导体(NMOS)功率开关202B，202D都是截止的状态下，另外两个P型金氧半导体(PMOS)功率开关202A与202C都很快地同时导通。图5中，PMW的实、虚线是表示两种的不同脉波宽度调变信号，NOUT1、NOUT2、POUT1及POUT2中的实、虚线是对应这不同的脉波宽度调变信号的脉波宽度。

在同时使用N型金氧半导体(NMOS)功率开关及P型金氧半导体(PMOS)功率开关的场合，当位于对角线上的两对开关都不导通的情形下，本设计中的电路都是两个PMOS彼此导通，使电路可在保护状态下(即停止输出的信号S18)而不出现开路浮接(Floating)的不确定状况。

而如果是用习知的相移式控制的话，结果将是在同一周期中出现P型金氧半导体(PMOS)功率开关彼此导通及N型金氧半导体(NMOS)功率开关彼此导通的不对称状况。不论在一般操作或保护状况下，两个N型金氧半导体(NMOS)功率开关202B、202D都是截止的状态而另外两个P型金氧半导体(PMOS)功率开关202A与202C则是同时导通。本发明这样的设计可以在电路在保护状态下不出现开路浮接(Floating)的不确定状况。

相对的，图4这样的在对角线上的两对半导体开关都不导通的情形下也可以修改成都是N型金氧半导体(NMOS)功率开关202B、202D彼此导通；而另外两个P型金氧半导体(PMOS)功率开关202A与202C则是同时截止。

而多组(超过两组)荧光灯管应用时，一多组荧光灯管同频率，不同相位的频率产生器可以用来当做驱动荧光灯管的频率源。

图6是本案另一较佳实施例之可用来驱动N组直流/交流转换荧光灯管驱动电路的多组荧光灯管频率产生器示意图。利用该多组荧光灯管频率产生器601来取代图2中的荧光灯管频率产生器208及调光电路212的主要功能，即可用以同时驱动多组荧光灯管。多组荧光灯管频率产生器601的输入可以是一外部时脉602，此外部时脉602在液晶显示器的应用时可以是一和显示器控制相关的任意频率，另一个输入则是荧光灯频率改变控制信号603。如图6所示，荧光灯频率改变控制信号603利用AND逻辑闸604与OR逻辑闸605，会在指示第一、第二…第N组荧光灯管是否导通信号606、607、608指示第一，第二…第N组荧光灯管都导通的信号(相当于图2中的信号S14)或是计时器时间到信号609(相当于图2中的时间到信号S10)送出的时机改变输出荧光灯管操作频率。

多荧光灯管频率产生器601输出到各组脉波宽度调变器的三角波信号610是N组频率相同，相位不同的信号(相当于图2中的三角波信号S1)，而送到各组全桥式、半桥式、推挽式、Royer式或其它开关式(Switching Type)驱动电路的脉冲信号611也是与三角波信号610频率相同，相位相对应的信号(相当于图2中的脉冲信号S2)。

这样的多组荧光灯管频率产生器601可以利用习知的微处理器(Micro Control Unit，MCU)621配合数字波形合成器(Direct Digital Synthesizer，DDS)622来实施。

该微处理器621提供一(或多组同频率、不同相位的)脉动信号636(相当于图2中的脉冲信号S21)，该脉动信号636可作为该微处理器621内部或多组荧光灯管频率产生器601外部调光作用的同步或参考之用。另一组控制系统亮度的输入631(相当于图2中的调光控制电压S8)进入多灯管频率产生器601的微处理器621后，产生与外部时脉602相关时衍生的一(或多组同频率、不同相位的)调光脉冲信号632，该调光脉冲信号632的工作频率与该脉动信号636相同，并经由一受频率改变控制信号613控制导通时机的开关633控制该其开始输出调光脉冲信号632输出到各组直流/交流转换控制器的时机。如此，多组的荧光灯管共用同一(或多组同频率、不同相位的)调光脉冲信号632，可以使每个灯管的调光频率一致。该经开关633控制输出的调光脉冲信号632经各二极体637及电阻638后输入至各脉波宽度调变器(即耦合至如图2中脉波宽度调变器207的电阻262)。其中二极体637用以避免其他的脉波宽度调变器的反馈干扰，可省略。

另外，该微处理器621也提供N组频率相同、相位不同的脉冲信号611至数字波形合成器622及外部电路，数字波形合成器622接收该N组脉冲信号611后产生与脉冲信号611频率相同，相位相对应的N组三角波信号610，以提供给外部电路。上述的脉冲信号611与三角波信号610可根据外部时脉602来衍生产生，例如：外部时脉602是为显示器频率，脉冲信号611与三角波信号610的频率为该外部时脉602的倍频，如此可避免频率干扰(interference from optical beam frequencies)而于显示器上出现流纹，改善荧幕的显示品质。

当然，上述的脉冲信号611、三角波信号610的相位并不需完全不同，而仅要可分成至少两组以上的相位群组，即可达到减少传统上因所有连结到直流电压源的功率开关并同时导通而造成电压源上的涟波杂乱信号的问题。因此，透过多组荧光灯管频率产生器提供频率相同、多组相位不同的信号，电压源上的涟波杂乱信号可以大幅减低。又因为操作频率是与显示器同步化的结果，会使因为差频干扰所造成的视觉杂乱信号减至最低。

本频率产生器的同频，不同相位输出方式，并不局限应于利用四个半导体功率开关操作的全桥式的直流/交流转换器，在大于两组荧光灯管的情况下，运用于习知的半桥式或是其它任意同频操作的电源供应电路都是可以达到降低电源杂乱信号和视觉杂乱信号的效果。另外，本发明中的计时器、保护电路也可以应用于各种电源供应电路，而不限于直流/交流转换器。再者，本发明是以荧光灯管为本案的较佳实施例进行说明，然而并不局限应用于荧光灯管，任何种类的放电灯管或负载皆适用于本发明所揭露的技术。

请参阅图7是为本案另一较佳实施例的半桥式直流/交流转换控制器电路示意图。如图所示，一半桥式直流/交流转换控制器700包括一直流电压源201、一半桥式功率开关702、一共振槽203、一荧光灯管204、一荧光灯管电流侦测电路205、一荧光灯管端电压侦测电路206、一脉波宽度调变器207、一荧光灯管频率产生器208、一半桥式功率开关驱动电路709、一保护电路210、一计时器211以及一调光电路212。其电连接关是如下所述：该直流电压源201耦接至该半桥式功率开关702。该半桥式功率开关702的输出端耦接至该共振槽203的输入端。该共振槽203的输出端耦接至该荧光灯管204的一端，该共振槽203包括有一个升压变压器221和谐振电容器222、223、224此一串联耦接方式称为功率传送电路连接。

由于图7所示的实施例与图2所示的实施例操作大致相同，故相同的元件在此使用与图2的元件使用相同的符号。故以下仅就相异处说明，相同处就不再累赘说明。

本实施例中，该半桥式功率开关702包含两个功率开关702A与702B该功率开关702A接到一电压线上，可为一P型MOSFET，该功率开关702B接到地线(Ground)上，可为一N型MOSFET，但两个功率开关702A与702B并不限于MOSFET，亦可为各类电晶体开关，如BJT等。为了提供一对称性佳的交流电流驱动荧光灯管204，本实施例中的半桥式功率开关702在系统稳定操作时是以相同的导通工作周期，以180°相位差输流导通，即该半桥式功率开关驱动电路709输出的两组驱动输出信号具有相同的工作周期，而相位差相差180°。

本案得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不

如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (19)

1、一种直流/交流转换驱动电路，是转换一直流电源成为一交流电源，其特征在于：该交流电源用以驱动一负载，包含：

一全桥式开关，是电连接该直流电源，将该直流电源切换输出一脉冲信号，该全桥式开关包含一第一功率开关、一第二功率开关、一第三功率开关以及一第四功率开关；

一共振槽电路，是电连接于该全桥式开关与该负载之间，将该脉冲信号转换成该交流电源，提供电力给予该负载；

一频率产生器，该频率产生器产生一脉动信号，该脉动信号有至少两个预定不同操作频率，该频率产生器根据该直流/交流转换驱动电路的电性状况而决定该脉动信号在那一个频率上操作；

以及

一驱动电路，是耦合该频率产生器，该驱动电路根据该频率产生器产生的该脉动信号，提供四组驱动输出信号，分别控制该第一功率开关、该第二功率开关、该第三功率开关以及该第四功率开关的导通与截止，其中该四组驱动输出信号是同一频率且该四组驱动输出信号的中有两组导通工作周期小于50％，另外两组导通工作周期大于50％。

2、如权利要求1所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：其中该全桥式开关中与该直流电源连接的两功率开关为P型金氧半导体、另外两功率开关为N型金氧半导体：或者该直流电源连接的两功率开关为N型金氧半导体、另外两功率开关为P型金氧半导体。

3、如权利要求1所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：更包含一保护线路，是电连接该驱动电路，该保护线路包括至少两组计时单元，依据负载导通状况及该计时单元的结果决定，改变该驱动输出信号。

4、如权利要求3所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：更包含一脉波宽度调变器，该脉波宽度调变器电连接该驱动电路，提供一脉波宽度调变信号给该驱动电路以产生该四组驱动输出信号，其中该脉波宽度调变器包含：

一误差放大器；

一电阻，电连接该误差放大器的一反相端；

一电容，一端电连接该电阻以及该误差放大器的该反相端，组成一反相积分器；

一比较器，该比较器的非反相端电连接该误差放大器的一输出端以及该电容的另一端；

一开关；

以及

一受控电流源，经由该开关电连接到该误差放大器的该反相端。

5、如权利要求4所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：更包含一调光电路，其中该调光电路包含：

一调光频率产生器，用以产生一三角波信号；

一比较器，该比较器的一非反相输入端电连接该调光频率产生器接收该三角波信号，该比较器的一反相输入端电连接一调光控制电压，该比较器比较该调光控制电压以及该三角波信号产生该调光脉冲信号，该调光电路电连接该频率产生器，并提供一调光脉冲信号，该调光脉冲信号是用以控制该脉波宽度调变器是否提供该脉波宽度调变信号。

6、如权利要求1所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：更包含一计时器及一脉波宽度调变器，该脉波宽度调变器耦合该计时器及该驱动电路，提供一脉波宽度调变信号给该驱动电路以产生该组驱动输出信号，该计时器包含：

一电流源；

一计时电容器，电连接该电流源，该电流源对该计时电容器充电；

以及

一比较器，电连接该计时电容器及一第一参考电压；

其中当该计时电容器的电压未超过该第一参考电压时，该计时器送出一重设信号，重设该脉波宽度调变器，当该计时电容器的电压超过一第一参考电压时，该脉波宽度调变器开始工作。

7、如权利要求1所述的直流/交流转换驱动电路更包含：其特征在于：一负载侦测电路，该负载侦测电路电连接该负载，提供一侦测信号用以指示该负载的状况；

以及

一保护电路，该保护电路接受该侦测信号，且该保护电路包含一含计时功能的控制电路，当该侦测信号超过或低于一预定值时，该保护电路产生一指示信号给该控制电路，当该指示信号持续一预定时间长度，该控制电路送出一改变输出的信号到该驱动电路。

8、如权利要求7所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：其中该保护电路更包含一比较器，该比较器比较该侦测信号及一参考电压，并提供一控制信号指示至该频率产生器，该频率产生器依据该控制信号指示而决定该脉动信号在那一个频率上操作。

9、一种控制器，其特征在于：包含：

一频率产生器，该频率产生器产生一脉动信号，该脉动信号有两个不同操作频率，该频率产生器根据该控制器的一控制信号决定该脉动信号在那一个频率上操作；

一脉波宽度调变电路，是耦合该频率产生器，根据该脉动信号提供一脉宽调变信号；

一驱动电路，是耦合该脉波宽度调变电路，根据该脉宽调变信号，提供至少一驱动输出信号；

以及

一保护电路，是电连接该驱动电路，该保护电路包括至少两组计时单元，依据该控制器接收的至少一外部信号及该计时单元的结果改变该驱动输出信号。

10、如权利要求9所述的控制器，其特征在于：其中该至少两组计时单元提供一重设信号及一时间到信号，该重设信号使接收该重设信号的电路重设电路状态，该时间到信号使接收该时间到信号的电路开始动作。

11如权利要求9所述的控制器，其特征在于：其中该驱动电路是提供四组驱动输出信号，该四组驱动输出信号是同一频率且其中两组工作周期小于50％，另外两组工作周期大于50％。

12、一种用于电源供应电路的多组频率产生器，其特征在于：包含：

一微处理器，根据所接收之一频率控制信号产生至少一组频率相同、相位不同的多数个第一脉动信号，及根据所接收之一脉宽控制信号而产生至少一组调整脉冲信号；

一数字波形合成器，接收该多数个第一脉动信号，并产生对应的多数个信号；

以及

一开关，耦合该微处理器，并根据该控制信号控制该至少一组调整脉冲信号的输出。

13、一种直流/交流转换驱动电路，是转换一直流电源成为一交流电源，其特征在于：该交流电源用以驱动一负载，包含：

一半桥式开关，是电连接该直流电源，将该直流电源切换输出一脉冲信号；

一共振槽电路，是电连接于该半桥式开关与该负载之间，将该脉冲信号转换成该交流电源，提供电力给予该负载；

一控制器，包含具有至少两组计时单元之一保护线路，该控制器产生一脉动信号，该脉动信号有至少两个预定不同操作频率，该控制器根据该直流/交流转换驱动电路的电性状况而决定该脉动信号在那一个频率上操作并根据该两组计时单元的信号改变该脉动信号的脉宽；

以及

一驱动电路，是耦合该频率产生器，该驱动电路根据该频率产生器产生的该脉动信号，提供两组驱动输出信号以控制该半桥式开关的导通与截止。

14、如权利要求13所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：其中该两组驱动输出信号具有相同的工作周期，而相位差相差180°。

15、如权利要求13所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：其中该保护线路，是依据负载导通状况及该计时单元的结果决定，改变该组驱动输出信号。

16、如权利要求15项所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：更包含一脉波宽度调变器，该脉波宽度调变器包含：

一误差放大器；

一电阻，电连接该误差放大器之一反相端；

一电容，一端电连接该电阻以及该误差放大器的该反相端，组成一反相积分器；

一比较器，该比较器的非反相端电连接该误差放大器之一输出端以及该电容的另一端；

一开关；

以及

一受控电流源，经由该开关电连接到该误差放大器的该反相端；

其中该脉波宽度调变器电连接该驱动电路，提供一脉波宽度调变信号给该驱动电路以产生该组驱动输出信号。

17、如权利要求13所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：更包含一定时器及一脉波宽度调变器，该脉波宽度调变器耦合该定时器及该驱动电路，提供一脉波宽度调变信号给该驱动电路以产生该组驱动输出信号，该定时器包含：

一电流源；

一计时电容器，电连接该电流源，该电流源对该计时电容器充电；

以及

一比较器，电连接该计时电容器及一第一参考电压；

其中当该计时电容器的电压未超过该第一参考电压时，该计时器送出一重设信号，重设该脉波宽度调变器，当该计时电容器的电压超过一第一参考电压时，该脉波宽度调变器开始工作。

18、如权利要求13所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：更包含一保护电路，该保护电路包含一含计时功能的控制电路，且该保护电路接受一负载侦测电路的一侦测信号，当该侦测信号超过或低于一预定值时，产生一指示信号给该控制电路，当该指示信号持续一预定时间长度，该控制电路送出一改变输出的信号到该驱动电路，该驱动电路接收该改变输出的信号后，控制该全桥式开关停止导通该直流电源的功率至该共振槽电路。

19、如权利要求18所述的直流/交流转换驱动电路，其特征在于：其中该保护电路更包含一比较器，该比较器接收该指示信号时，提供一控制信号指示至该频率产生器，该频率产生器依据该控制信号指示而决定该脉动信号操作在那一个频率上。

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