CN200956682Y - 灯管驱动装置 - Google Patents

Abstract

灯管驱动装置配置于背光模块以驱动灯管。灯管驱动装置包括变压器、开关单元、脉冲宽度调制器及均匀度改善单元。变压器的二次侧耦接至灯管，而开关单元耦接变压器的一次侧。脉冲宽度调制器包括开关信号输出端、脉冲宽度调制信号输出端及反馈端。开关信号输出端耦接至开关单元，而脉冲宽度调制信号输出端用以输出脉冲宽度调制信号。均匀度改善单元耦接于脉冲宽度调制信号输出端与反馈端之间，均匀度改善单元根据脉冲宽度调制信号的工作周期控制灯管驱动装置改变灯管的电流幅值，以使背光模块的均匀度达一目标值。

Description

灯管驱动装置

技术领域

本实用新型有关于一种灯管驱动装置，且特别是有关于一种改善背光模块的均匀度的灯管驱动装置。

背景技术

为了能调整背光模块的显示亮度，一般通过控制脉冲宽度调制信号(Pulse Width Modulation，PWM)的工作周期(Duty Cycle)，以调整冷阴极萤光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)的明暗变化。

然而，经由测量发现当脉冲宽度调制信号的工作周期为100％时，背光模块的均匀度约为90％。而当脉冲宽度调制信号的工作周期改变为70％时，背光模块的均匀度降低至80％。当脉冲宽度调制信号的工作周期改变为50％时，背光模块的均匀度降低至70％。当脉冲宽度调制信号的工作周期改变为30％时，背光模块的均匀度降低至50％。

由此可知，背光模块的均匀度(Uniformity)会随脉冲宽度调制信号的工作周期(Duty Cycle)的减少而降低，进而影响到显示器的画面质量。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的就是在提供一种改善背光模块的均匀度的灯管驱动装置。灯管驱动装置依据脉冲宽度调制信号(Pulse WidthModulation，PWM)的工作周期(Duty Cycle)，对应地调整流经灯管的电流幅值，以改善背光模块的均匀度(Uniformity)，进而提高显示器的画面质量。

根据本实用新型的目的，提出一种灯管驱动装置。灯管驱动装置配置于背光模块中以驱动灯管。灯管驱动装置包括变压器、开关单元、脉冲宽度调制器及均匀度改善单元。变压器具有一次侧及二次侧，且变压器的一次侧耦接至开关单元，而变压器的二次侧耦接至灯管。

脉冲宽度调制器包括开关信号输出端、脉冲宽度调制信号输出端及反馈端。开关信号输出端耦接至开关单元。脉冲宽度调制信号输出端用以输出脉冲宽度调制信号。

均匀度改善单元耦接于脉冲宽度调制信号输出端与反馈端之间，均匀度改善单元根据脉冲宽度调制信号的工作周期控制灯管驱动装置对应地改变灯管的电流幅值，以使背光模块的均匀度达到理想的目标值。

根据本实用新型的另一目的，提出一种背光模块。

背光模块包括灯管及灯管驱动装置。灯管驱动装置包括变压器、开关单元、脉冲宽度调制器及均匀度改善单元。变压器具有一次侧及二次侧，且变压器的一次侧耦接至开关单元，而变压器的二次侧耦接至灯管。

脉冲宽度调制器包括开关信号输出端、脉冲宽度调制信号输出端及反馈端。开关信号输出端耦接至开关单元。脉冲宽度调制信号输出端用以输出脉冲宽度调制信号。

均匀度改善单元耦接于脉冲宽度调制信号输出端与反馈端之间，均匀度改善单元根据脉冲宽度调制信号的工作周期控制灯管驱动装置对应地改变灯管的电流幅值，以使背光模块的均匀度达到理想的目标值。

为让本实用新型的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，详细说明如下：

附图说明

图1表示依照本实用新型一较佳实施例的一种背光模块示意图。

图2表示为部分背光模块的细部电路图。

图3表示为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，脉冲宽度调制信号LPWM与电压V_PWM-V的波形图。

图4表示为忽略电容C215且脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期不为100％时，脉冲宽度调制信号LPWM与电压V_PWM-V的波形图。

图5表示为考虑电容C215且脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为30％时，电压V_PWM-V的波形图。

图6为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为31.86％时，节点PWM-V的实际测量波形图。

图7为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为50.19％时，节点PWM-V的实际测量波形图。

图8为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为80.39％时，节点PWM-V的实际测量波形图。

图9为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，节点PWM-V的实际测量波形图。

图10为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为31.84％时，灯管电流的实际测量波形图。

图11为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为50.78％时，灯管电流的实际测量波形图。

图12为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为79.93％时，灯管电流的实际测量波形图。

图13为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，灯管电流的实际测量波形图。

图14表示为改善前后的灯管电流最大值。

图15为图14的曲线图。

图16表示为改善前后的灯管电流有效值。

图17为图16的曲线图。

主要元件符号说明

10：背光模块

20：灯管驱动装置

30：灯管

210：变压器

220：开关单元

230：脉冲宽度调制器

240：均匀度改善单元

R212、R213、R213A、R214、R216、R216A、R217：电阻

Q204：晶体管

C215、C215、C220：电容

D202、D203：二极管

具体实施方式

为了改善传统背光模块的均匀度(Uniformity)会随脉冲宽度调制信号的工作周期(Duty Cycle)减少而降低，下述灯管驱动装置中的均匀度改善单元随脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号的工作周期大小而对应地改变灯管的电流幅值，以使得背光模块的均匀度达到符合使用者要求的目标值。

请参照图1，其表示依照本实用新型一较佳实施例的一种背光模块示意图。背光模块10包括灯管驱动装置20及灯管30，灯管驱动装置20用以驱动灯管30，而灯管30例如为冷阴极萤光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)。

灯管驱动装置20包括变压器210、开关单元220、脉冲宽度调制器230及均匀度改善单元240。变压器210具有一次侧N1及二次侧N2，二次侧N2耦接至灯管30，而一次侧N1耦接至开关单元220。开关单元220例如为全桥式开关，开关单元220中的各开关依据脉冲宽度调制器230输出的开关信号SW1～SW4以导通或关断。

背光模块10的亮度明暗依据脉冲宽度调制器230输出的脉冲宽度调制信号LPWM而改变。举例来说，当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期越大时，背光模块10的亮度即相对提高。相反地，当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期越小时，背光模块10的亮度即相对下降。

为了避免背光模块10的均匀度随工作周期的大小而恶化，均匀度改善单元240将依据脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期，控制灯管驱动装置20对应地改变流经灯管30的电流幅值，以使背光模块10的均匀度达到预期的目标值。

请参照图2，其表示为部分背光模块的细部电路图。脉冲宽度调制器230例如为一脉冲宽度调制IC，脉冲宽度调制器230中的开关信号输出端Pin11、Pin12、Pin19及Pin20耦接至开关单元220，以输出开关信号SW1～SW4至开关单元220。脉冲宽度调制器230并经由脉冲宽度调制信号输出端Pin13输出脉冲宽度调制信号LPWM。

均匀度改善单元240耦接于脉冲宽度调制器230的脉冲宽度调制信号输出端Pin13与反馈端Pin9之间。均匀度改善单元240依据脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期大小，控制灯管驱动装置20对应地改变流经灯管30的电流幅值，以使背光模块10的均匀度达到预期的目标。

进一步来说，均匀度改善单元240包括二极管D202、二极管D203、电容C215、电容C219、电容C220、电阻R212、电阻R213、电阻R213A、电阻R214、电阻R216、电阻R216A、电阻R217及晶体管Q204。

二极管D202的负端、电容C219及电容C220的一端耦接至脉冲宽度调制器230的补偿端Pin10，而电容C220的另一端耦接至接地端，且二极管D202的正端与电容C219的另一端耦接至脉冲宽度调制器230的反馈端Pin9。

电阻R214、电阻R217、电阻R216、电阻R216A、电容C215的一端耦接至节点PWM-V。电阻R213及电阻R213A的一端耦接至晶体管Q204的控制端。电阻R217、电阻R213A、电容C215的另一端与晶体管Q204的第二端耦接至接地端。

电阻R216A的另一端及二极管203的负端耦接至脉冲宽度调制器230的反馈端Pin9。电阻R212的一端耦接至脉冲宽度调制器230的脉冲宽度调制信号输出端Pin13，而电阻R212及电阻R213的另一端耦接至二极管D203的正端。电阻R216A的另一端耦接至晶体管Q2的第一端，而电阻214的另一端耦接直流电源Vcc。

节点PWM-V上的电压V_PWM-V随晶体管Q204的导通或关断而改变。举例来说，若暂时不考虑电容C215，则当晶体管Q204截止时，电压 $V_{\mathrm{PWM}-V}=\mathrm{Vcc}\×\frac{R217}{R214+R217}=5\×\frac{33.2K}{100K+33.2K}=1.24V.$ 而当晶体管Q204导通时，电压 $V_{\mathrm{PWM}-V}=\mathrm{Vcc}\×\frac{\mathrm{Rth}}{R214+\mathrm{Rth}},$ 其中 $\mathrm{Rth}=\frac{R214\×R217}{R214+R217}=\frac{100\×33.2}{100+33.2}=25\mathrm{K\Ω},$ 所以，

$V_{\mathrm{PWM}-V}=\mathrm{Vcc}\×\frac{\mathrm{Rth}}{R214+\mathrm{Rth}}=5\×\frac{25}{100+25}=1V.$

由此可知，在不考虑电容C215的情况下，当晶体管Q204截止时，电压V_PWM-V＝1.24V，而当晶体管Q204导通时，V_PWM-V＝1V。

请同时参照图3及4图，图3表示为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，脉冲宽度调制信号LPWM与电压V_PWM-V的波形图。图4表示为忽略电容C215且脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期不为100％时，脉冲宽度调制信号LPWM与电压V_PWM-V的波形图。

电压V_PWM-V随晶体管Q204的导通或关断而改变，而晶体管Q204的导通或关断受控于脉冲宽度调制信号LPWM。

举例来说，当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，其电压电平维持于0V。由于0V为非启用电平，因此晶体管Q204将处于关断状态，使得电压V_PWM-V维持在1.24V(如图3所示)。

而当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为不为100％时，其电压电平于0至2V间反复地变化，0V为非启用电平使得晶体管Q204关断，而2V为启用电平使得晶体管Q204导通。由于晶体管Q204随脉冲宽度调制信号LPWM反复地导通或关断，因此，电压V_PWM-V随晶体管Q204的导通或关断而改变。若暂时忽略电容C215，则电压V_PWM-V将于1至1.24V间变化。

请参照图5，其表示为考虑电容C215且脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为30％时，电压V_PWM-V的波形图。为方便说明起见，图5的脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期以30％为例说明。当考虑电容C215时，由于电容215与电路产生积分的效果，因此，原先于1至1.24V间变化的电压V_PWM-V将可视为近似为1.17V的直流电平。

由此可知，当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为30％～99％时，晶体管Q204将依据脉冲宽度调制信号LPWM反复地导通及关断，使得电压V_PWM-V由第一直流电平改变为第二直流电平。当电压V_PWM-V由第一直流电平下降为第二直流电平时，灯管驱动装置20将对应地产生一补偿电流I流入脉冲宽度调制器230的反馈端Pin9以改变开关信号SW1～SW4的工作周期，进而提高流经灯管30的电流幅值，使得背光模块10的均匀度达到预期的目标值。

请同时参照图6至9，图6为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为31.86％时，节点PWM-V的实际测量波形图。图7为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为50.19％时，节点PWM-V的实际测量波形图。图8为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为80.39％时，节点PWM-V的实际测量波形图。图9为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，节点PWM-V的实际测量波形图。

基于上述相同的工作原理可知，当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为30％～99％时，节点PWM-V的电压V_PWM-V将由一第一直流电平改变为一第二直流电平。

通过示波器实际地量测电压V_PWM-V，可得知当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，电压V_PWM-V为1.23V；当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为80.39％时，电压V_PWM-V改变为1.21V；当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为50.19％时，电压V_PWM-V改变为1.19V；当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为31.86％时，电压V_PWM-V改变为1.17V。

因此，随着脉冲宽度调制信号LPWM的不同工作周期，电压V_PWM-V将对应地被改变，使得灯管驱动装置20对应地产生一补偿电流I流入脉冲宽度调制器230的反馈端Pin9，以调整流经灯管30的电流幅值。

请同时参照图10至13，图10为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为31.84％时，灯管电流的实际测量波形图。图11为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为50.78％时，灯管电流的实际测量波形图。图12为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为79.93％时，灯管电流的实际测量波形图。图13为脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，灯管电流的实际测量波形图。

如前所述，当电压V_PWM-V被改变时，流经灯管30的电流幅值将对应地改变，以改善背光模块10的均匀度。通过示波器实际地量测流经灯管30的电流，可得知当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为100％时，流经灯管30的电流峰对峰值为15.7mA；当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为79.93％时，流经灯管30的电流峰对峰值为17.1mA；当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为50.78％时，流经灯管的电流峰对峰值为19mA；当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期为31.84％时，流经灯管30的电流峰对峰值为19.9mA。

故由灯管电流的实际测量波形可看出，流经灯管30的电流幅值随脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期而调整。当脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期减少时，灯管30的电流幅值即对应地增加，使得背光模块10的均匀度达到预期的目标值。

请同时参照图14及图15，图14表示为改善前后的灯管电流最大值。图15为图14的曲线图。由图14及图15可知，于改善前，不论脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期大小，灯管电流Io的最大值皆为7.3mA。而于改善后，灯管电流Io的最大值随脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期而调整，当宽度调制信号LPWM的工作周期减少时，则灯管电流Io的最大值将对应地被提高。

请同时参照图16及图17，图16表示为改善前后的灯管电流有效值。图17为图16的曲线图。改善前的灯管电流Io的有效值，随工作周期的不同而有着极大的差异，因此，当工作周期越小时，均匀度的恶化将更加严重。

相反地，改善后的灯管电流Io的有效值，由于灯管电流Io的最大值已被提高，因此，当工作周期越小时，灯管电流Io的有效值被相对地提高，使得背光模块10的整体亮度更为均匀，进而改善显示器的画面质量。

本实用新型上述实施例所公开的灯管驱动装置及其背光模块，依据脉冲宽度调制信号LPWM的工作周期对应地改变流经灯管的电流幅值，以改善背光模块的均匀度，进而改善显示器的画面质量。

本实用新型虽以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可进行更动与修改，因此本实用新型的保护范围以所提出的权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种灯管驱动装置，配置于一背光模块，该灯管驱动装置用以驱动至少一灯管，该灯管驱动装置包括：

一变压器，该变压器的二次侧耦接至该灯管；

一开关单元，耦接该变压器的一次侧；

一脉冲宽度调制器，包括：

多个开关信号输出端，耦接至该开关单元；

一脉冲宽度调制信号输出端，用以输出一脉冲宽度调制信号；及

一反馈端；以及

一均匀度改善单元，耦接于该脉冲宽度调制信号输出端与该反馈端之间，该均匀度改善单元根据该脉冲宽度调制信号的一工作周期控制该灯管驱动装置对应地改变该灯管的电流幅值，以使该背光模块的均匀度达一目标值。

2.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其中该均匀度改善单元包括：

一第一二极管，该第一二极管的负端耦接至该反馈端；

一晶体管，具有一第一端、一第二端及一控制端，该第二端耦接至一接地端；

一第一电容，该第一电容的一端耦接至该接地端；

一节点；以及

一第一至一第七电阻，该第一电阻、该第二电阻、该第三电阻、该第四电阻、该第一电容的另一端耦接至该节点，该第三电阻的另一端耦接至该反馈端，该第五电阻、该第六电阻的一端耦接至该控制端，该第七电阻的一端耦接至该脉冲宽度调制信号输出端，该第五电阻、该第七电阻的另一端耦接至该第一二极管的正端，该第四电阻的另一端耦接至该第一端，该第二电阻、该第六电阻的另一端耦接至该接地端，该第一电阻的另一端耦接至一直流电源。

3.如权利要求2所述的灯管驱动装置，其中该均匀度改善单元还包括：

一第二二极管；以及

一第二电容及一第三电容，该第二电容及该第三电容的一端耦接至该第二二极管的负端，该第二二极管的正端及该第二电容的另一端耦接至该反馈端，该第二电容的另一端耦接至该接地端。

4.如权利要求3所述的灯管驱动装置，其中该脉冲宽度调制器包括一补偿端，用以耦接至该第二二极管的负端。

5.如权利要求4所述的灯管驱动装置，其中当该脉冲宽度调制信号的工作周期为30％～99％时，该节点的电压由一第一直流电平改变为一第二直流电平，以提高该灯管的电流幅值。

6.如权利要求5所述的灯管驱动装置，其中当该脉冲宽度调制信号的工作周期为30％～99％时，该晶体管依据该脉冲宽度调制信号反复地导通及关断，以使节点的电压由该第一直流电平改变为该第二直流电平。

7.如权利要求6所述的灯管驱动装置，其中当该节点的电压由该第一直流电平改变为该第二直流电平，该反馈端接收一补偿电流，以提高该灯管的电流幅值。

8.如权利要求5所述的灯管驱动装置，其中该第二直流电平小于该第一直流电平。

9.如权利要求4所述的灯管驱动装置，其中当该脉冲宽度调制信号的工作周期为100％时，该脉冲宽度调制信号为一非启用电平，以使该晶体管关断。

10.如权利要求1所述的灯管驱动装置，其中该灯管为冷阴极萤光灯管。

11.一种背光模块，包括：

至少一灯管；以及

一灯管驱动装置，包括：

一变压器，该变压器的二次侧耦接至该灯管；

一开关单元，耦接该变压器的一次侧；

一脉冲宽度调制器，包括：

多个开关信号输出端，耦接至该开关单元；

一脉冲宽度调制信号输出端，用以输出一脉冲宽度调制信号；及

一反馈端；以及

一均匀度改善单元，耦接于该脉冲宽度调制信号输出端与该反馈端之间，该均匀度改善单元根据该脉冲宽度调制信号的一工作周期控制该灯管驱动装置对应地改变该灯管的电流幅值，以使该背光模块的均匀度达一目标值。

12.如权利要求11所述的背光模块，其中该均匀度改善单元包括：

一第一二极管，该第一二极管的负端耦接至该反馈端；

一晶体管，具有一第一端、一第二端及一控制端，该第二端耦接至一接地端；

一第一电容，该第一电容的一端耦接至该接地端；

一节点；以及

一第一至一第七电阻，该第一电阻、该第二电阻、该第三电阻、该第四电阻、该第一电容的另一端耦接至该节点，该第三电阻的另一端耦接至该反馈端，该第五电阻、该第六电阻的一端耦接至该控制端，该第七电阻的一端耦接至该脉冲宽度调制信号输出端，该第五电阻、该第七电阻的另一端耦接至该第一二极管的正端，该第四电阻的另一端耦接至该第一端，该第二电阻、该第六电阻的另一端耦接至该接地端，该第一电阻的另一端耦接至一直流电源。

13.如权利要求12所述的背光模块，其中该均匀度改善单元还包括：

一第二二极管；以及

一第二电容及一第三电容，该第二电容及该第三电容的一端耦接至该第二二极管的负端，该第二二极管的正端及该第二电容的另一端耦接至该反馈端，该第二电容的另一端耦接至该接地端。

14.如权利要求13所述的背光模块，其中该脉冲宽度调制器包括一补偿端，用以耦接至该第二二极管的负端。

15.如权利要求14所述的背光模块，其中当该脉冲宽度调制信号的工作周期为30％～99％时，该节点的电压由一第一直流电平改变为一第二直流电平，以提高该灯管的电流幅值。

16.如权利要求15所述的背光模块，其中当该脉冲宽度调制信号的工作周期为30％～99％时，该晶体管依据该脉冲宽度调制信号反复地导通及关断，以使节点的电压由该第一直流电平改变为该第二直流电平。

17.如权利要求16所述的背光模块，其中当该节点的电压由该第一直流电平改变为该第二直流电平，该反馈端接收一补偿电流，以提高该灯管的电流幅值。

18.如权利要求15所述的背光模块，其中该第二直流电平小于该第一直流电平。

19.如权利要求14所述的背光模块，其中当该脉冲宽度调制信号的工作周期为100％时，该脉冲宽度调制信号为一非启用电平，以使该晶体管关断。

20.如权利要求11所述的背光模块，其中该灯管为冷阴极萤光灯管。

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