CN205004012U - 一种vfd供电驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种VFD供电驱动电路，包括：微控制器、供电电源、灯丝驱动集成电路、第一升压电路和第二升压电路；微控制器控制灯丝驱动集成电路的输出电压；灯丝驱动集成电路的电压输出正负端分别用于连接VFD的供电输入正负端；灯丝驱动集成电路的电压输入端、第一升压电路的第一取电端和第二升压电路的第二取电端分别与供电电源的供电输出端连接；第一升压电路的第一供电端用于连接VFD的阳极，第二升压电路的第二供电端用于连接VFD的栅极。本实用新型提供的VFD供电驱动电路可以有效降低VFD供电电路的体积以及为VFD提供灵活可控的供电电压。

Description

一种VFD供电驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种VFD供电驱动电路。

背景技术

VFD(VacuumFluorescentDisplay)又称为真空荧光管或真空荧光显示器，其内部主要器件是一个带有栅极的电子管，其阴极射出的电子在栅极的吸引下加速射向阳极，撞击到阳极上涂覆的荧光粉后发出可见光。通过调节VFD栅极的电压可以改变真空荧光管的亮度，大量的真空荧光管排列起来就可组成真空荧光显示器。

VFD的正常工作需要三种电压，分别为：使灯丝加热的电压，加速电子的栅极电压，以及，控制电子落点的阳极电压。现有的大多数VFD灯丝供电使用交流电以保证灯丝发热均匀。当前的VFD供电方案主要通过变压器实现，并且将三组电源放在一起。当VFD的输出功率增加时，变压器的体积将相应地出现大幅度增加，在一些空间要求较高的应用场合就显得不合适。

例如，在后装HUD(HeadUpDisplay，平视显示器)的应用中，尤其是在户外使用带有VFD显示的HUD时，由于需要VFD的亮度很高，对VFD的驱动电源的变压器功率需要相应增加，这样变压器的体积也就越来越大；而由于HUD的安装位置等原因，对HUD的体积要求很高，因而体积过大的变压器难以应用在HUD上。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种VFD供电驱动电路，对VFD的供电电路进行改造，在降低供电电路体积的同时获得可控的输出特性。

为解决以上技术问题，本实用新型实施例提供一种VFD供电驱动电路，包括：微控制器、供电电源、灯丝驱动集成电路、第一升压电路和第二升压电路；

所述微控制器包括第一脉冲宽度调制端和第二脉冲宽度调制端；所述灯丝驱动集成电路包括第一控制输入端，第二控制输入端、电压输入端以及电压输出正负端；所述第一升压电路包括第一取电端和第一供电端；所述第二升压电路包括第二取电端和第二供电端；

所述第一脉冲宽度调制端与所述第一控制输入端连接，所述第二脉冲宽度调制端与所述第二控制输入端连接；所述灯丝驱动集成电路的电压输出正负端分别用于连接VFD的供电输入正负端；所述灯丝驱动集成电路的电压输入端、所述第一升压电路的第一取电端和所述第二升压电路的第二取电端分别与所述供电电源的供电输出端连接；所述第一升压电路的第一供电端用于连接VFD的阳极，所述第二升压电路的第二供电端用于连接VFD的栅极。

优选地，所述灯丝驱动集成电路为电动机驱动电路。其中，电动机又称为马达。进一步地，所述电动机驱动电路集成有H桥电机控制电路。

进一步地，所述电动机驱动电路还集成有逻辑控制电路；

所述第一控制输入端和第二控制输入端为所述逻辑控制电路的控制信号输入端；所述逻辑控制电路的控制信号输出端与所述H桥电机控制电路连接。

在一种可实现的方式中，所述H桥电机控制电路包括第一门驱动电路、第二门驱动电路、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；所述第一MOS管、所述第二MOS管分别与所述第一门驱动电路连接；所述第三MOS管、所述第四MOS管分别与所述第二门驱动电路连接。

进一步地，所述H桥电机控制电路还包括第一过流保护器和第二过流保护器。

在一种可实现的方式中，所述第一升压电路和所述第二升压电路的电路结构相同。

在另一种可实现的方式中，所述灯丝驱动集成电路包括多个配置成H桥的高低开关。

优选地，所述供电电源为车载电池。

本实用新型实施例提供的VFD供电驱动电路，将采用变压器实现的传统供电电路拆分为独立的三路电源，全部元件都可以采用标准元件实现而不需要根据不同VFD的输出电压定制变压器，并且，灯丝驱动集成电路在微处理器的控制下可以通过输出极性变化电压来实现VFD中灯丝的交流驱动，通过调整第一脉冲宽度调制端和第二脉冲宽度调制端的输出信号占空比，灯丝驱动集成电路的输出电压有效值即可改变，从而满足不同VFD灯丝的不同电压要求，有效降低VFD供电驱动电路的体积和提供可控的输出电压和输出功率。而独立设计第一升压电路和第二升压电路，则可以使得两路升压电路的输出电压不受VFD灯丝所需供电电压的影响，带有VFD的设备可以根据空间进行元器件的灵活布局，从而做出体积更小的产品。

附图说明

图1是本实用新型提供的VFD供电驱动电路的一个实施例的结构示意图。

图2是本实用新型提供的电动机驱动电路的一个实施例的电路结构图。

图3是本实用新型提供的电动机驱动电路的输入输出端的一种时序状态图。

图4是本实用新型提供的第二升压电路的一个实施例的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1，是本实用新型提供的VFD供电驱动电路的一个实施例的结构示意图。

在本实施例中，VFD(VacuumFluorescentDisplay，真空荧光管)供电驱动电路主要包括：微控制器100、供电电源200、灯丝驱动集成电路300、第一升压电路400和第二升压电路500。

其中，所述微控制器100包括第一脉冲宽度调制端PWM1和第二脉冲宽度调制端PWM2；所述灯丝驱动集成电路300包括第一控制输入端IN1，第二控制输入端IN2、电压输入端B1以及电压输出正负端OUT1和OUT2；所述第一升压电路400包括第一取电端B2和第一供电端OUT3；所述第二升压电路包括第二取电端B3和第二供电端OUT4。

具体实施时，所述第一脉冲宽度调制端PWM1与所述第一控制输入端IN1连接，所述第二脉冲宽度调制端PWM2与所述第二控制输入端IN2连接；所述灯丝驱动集成电路300的电压输出正负端(OUT1和OUT2)分别用于连接VFD的供电输入正负端(Ef+和Ef-)；所述灯丝驱动集成电路300的电压输入端B1、所述第一升压电路400的第一取电端B2和所述第二升压电路500的第二取电端B3分别与所述供电电源200的供电输出端B+连接；所述第一升压电路400的第一供电端OUT3用于连接VFD的阳极VH，所述第二升压电路500的第二供电端OUT4用于连接VFD的栅极ECC。

本实施例将传统的变压器产生的三个电源分拆出来，形成三个独立输出电压电路分别为灯丝驱动集成电路300、第一升压电路400和第二升压电路500，从而独立地向VFD的灯丝、栅极ECC和阳极VH提供电压。

在本实施例中，当VFD应用至车载系统时，所述供电电源200优选为车载电池。灯丝驱动集成电路300、第一升压电路400和第二升压电路500均从汽车的车载电池中进行取电，通过各自内部电路器件对电压的处理后分别获得符合VFD灯丝、栅极ECC和阳极VH的供电电压。优选地，本实施例提供的VFD供电驱动电路为车载HUD设备上的VFD供电驱动电路。

具体实施时，所述灯丝驱动集成电路300优选为电动机驱动电路。电动机俗称马达，本实施例使用马达驱动集成电路(IntegratedCircuit，简称IC)，即马达驱动IC芯片，来代替分立元件实现VFD灯丝的交流驱动。马达驱动IC芯片将VFD灯丝供电电路所需使用的分立元件进行集成，构建为单独的H桥，全部元件都可以采用标准元件实现，不需要根据不同VFD灯丝的输出电压定制变压器，在较小体积下可以轻松驱动10W(瓦)以上的VFD灯丝。

参看图2，是本实用新型提供的电动机驱动电路的一个实施例的电路结构图。

具体地，所述电动机驱动电路集成有H桥电机控制电路301。此外，所述电动机驱动电路还集成有逻辑控制电路302。

所述第一控制输入端IN1和第二控制输入端IN2为所述逻辑控制电路302的控制信号输入端；所述逻辑控制电路302的控制信号输出端与所述H桥电机控制电路301连接。其中，第一控制输入端IN1和第二控制输入端IN2为PWM型控制接口。

进一步地，所述H桥电机控制电路301包括第一门驱动电路3011、第二门驱动电路3012、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4。其中，MOS(MetalOxideSemiconductor，金属氧化物半导体)管又称为MOS场效应管(Field-EffectTransistor)，简称MOSFET。

具体地，所述第一MOS管Q1、所述第二MOS管Q2分别与所述第一门驱动电路3011连接；所述第三MOS管Q3、所述第四MOS管Q4分别与所述第二门驱动电路3012连接。进一步地，所述H桥电机控制电路301还包括第一过流保护器OCP1和第二过流保护器OCP2。第一过流保护器OCP1。OCP(OverCurrentProtection，过电流保护)器件可以透过减小功率管的门限电压，其元漏极电阻会增加，从而限制通过的电流。在本实施例中，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2通过第一过流保护器OCP1进行单独的过流保护，第三MOS管Q3、所述第四MOS管Q4通过第二过流保护器OCP2进行单独的过流保护。第一过流保护器OCP1和第二过流保护器OCP2的输出分别作为灯丝驱动集成电路300的电压输出正负端(OUT1和OUT2)。需要说明的是，在实际应用场合中，灯丝驱动集成电路300还可以进一步集成有其他辅助功能的电路或元器件，如内置充电泵(ChargePump)，过热保护电路和欠压闭锁保护电路等。而输入端VM是灯丝驱动集成电路300的电源输入端。在具体实施过程中，灯丝驱动集成电路300还可以通过双电源供电，以防止电压下降造成的欠压闭锁误判；此外，灯丝驱动集成电路300还可以集成有休眠功能模块和休眠控制管脚，以降低功耗。

参看图3，是本实用新型提供的电动机驱动电路的输入输出端的一种时序状态图。

结合图2所示的电动机驱动电路的内部结构，本实施例提供的电动机驱动电路的基本工作原理为：四个MOS管(Q1、Q2、Q3、Q4)构成了H桥，在微控制器100的两个脉冲调制端(PWM1和PWM2)的控制下，第一控制输入端IN1和第二控制输入端IN2接受微控制器100的逻辑控制，改变H桥上的四个MOS管的电流的流向，从而改变了H桥的输出电压值。如图3所示，在时序状态①中，第一脉冲宽度调制端PWM1的输出电压V_PWM1为低电平，第二脉冲宽度调制端PWM2的输出电压V_PWM2为高电平，芯片内部H桥电流依次经过第一MOS管Q1、电压输出正端OUT1、灯丝、电压输出负端OUT2、第四MOS管Q4；如时序图状态③所示，第一脉冲宽度调制端PWM1的输出电压V_PWM1为高电平，第二脉冲宽度调制端PWM2的输出电压V_PWM2为低电平时，流向与上一种情况相反，芯片内部H桥电流依次经过第三MOS管Q3、电压输出负端OUT2、灯丝、电压输出正端OUT1、第二MOS管Q2；如时序图状态②和④，第一脉冲宽度调制端PWM1的输出电压V_PWM1和第二脉冲宽度调制端PWM2的输出电压V_PWM2都为高电平，灯丝与内部第二MOS管Q2，第三MOS管Q3组成一个回路，灯丝电流在稳态时为0，停止加热。

需要说明的是，本实施例的灯丝驱动集成电路300可以采用具有换流特性元件组成的电路来替换所述电动机驱动电路。具体地，所述灯丝驱动集成电路300包括多个配置成H桥的高低开关，如集成H桥驱动器，其包含的单芯片由两个高端开关和两个低端开关的驱动器所组成。

具体实施时，第一脉冲宽度调制端PWM1的输出电压V_PWM1和第二脉冲宽度调制端PWM2的输出电压V_PWM2为相同占空比，但相差为180°的控制信号，由微控制器(MCU)100产生。在电动机驱动电路的控制下，VFD灯丝正负极性电流改变频率很快(为避开灯丝共振频率被人耳听到，频率一般大于20K)，因而可以通过调整PWM1和PWM2的输出电压的占空比，即可改变马达驱动输出电压的有效值，满足不同VFD灯丝的不同电压要求。

在本实施例中，优选地，所述第一升压电路400和所述第二升压电路500的电路结构相同，可以根据VFD的栅极ECC和阳极VH的不同电压值调整升压电路中的部分元器件的参数，从而输出不同的电压值至栅极ECC和阳极VH，降低了VFD供电驱动电路的复杂度。具体地，栅极ECC和阳极VH两者的电压值大小由VFD屏的特性决定。

参看图4，是本实用新型提供的第二升压电路的一个实施例的电路结构图。

以第二升压电路500为例，升压电路中的主要器件为电压调制芯片U1、输入端电感器L1和开关管Q5以及其他相关的外围器件，通过开关管Q5的通断状态以及输出端反馈的电压值，改变电压调制芯片U1的输出电压和改变电感器L1的感应电流。

具体实施时，第一升压电流400和第二升压电路500均可采用如图4所示的电路结构进行实现，并且，优选采用BOOST拓扑结构的升压电路将车载电池的12V电压升压至VFD所需要的高压。

本实用新型实施例提供的VFD供电驱动电路，将采用变压器实现的传统供电电路拆分为独立的三路电源，全部元件都可以采用标准元件实现而不需要根据不同VFD的输出电压定制变压器，并且，灯丝驱动集成电路在微处理器的控制下可以通过输出极性变化电压来实现VFD中灯丝的交流驱动，通过调整第一脉冲宽度调制端和第二脉冲宽度调制端的输出信号占空比，灯丝驱动集成电路的输出电压有效值即可改变，从而满足不同VFD灯丝的不同电压要求，有效降低VFD供电驱动电路的体积和提供可控的输出电压和输出功率。而独立设计第一升压电路和第二升压电路，则可以使得两路升压电路的输出电压不受VFD灯丝所需供电电压的影响，带有VFD的设备可以根据空间进行元器件的灵活布局，从而做出体积更小的产品。

此外，通过马达驱动电路能输出极性变化电压的特性，实现VFD灯丝的交流驱动，相当于使用分立元件实现的H桥驱动，能最大程度的节省外部元件，在削减成本的同时增加了可靠性。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种VFD供电驱动电路，其特征在于，包括：微控制器、供电电源、灯丝驱动集成电路、第一升压电路和第二升压电路；

所述微控制器包括第一脉冲宽度调制端和第二脉冲宽度调制端；所述灯丝驱动集成电路包括第一控制输入端，第二控制输入端、电压输入端以及电压输出正负端；所述第一升压电路包括第一取电端和第一供电端；所述第二升压电路包括第二取电端和第二供电端；

所述第一脉冲宽度调制端与所述第一控制输入端连接，所述第二脉冲宽度调制端与所述第二控制输入端连接；所述灯丝驱动集成电路的电压输出正负端分别用于连接VFD的供电输入正负端；所述灯丝驱动集成电路的电压输入端、所述第一升压电路的第一取电端和所述第二升压电路的第二取电端分别与所述供电电源的供电输出端连接；所述第一升压电路的第一供电端用于连接VFD的阳极，所述第二升压电路的第二供电端用于连接VFD的栅极。

2.如权利要求1所述的VFD供电驱动电路，其特征在于，所述灯丝驱动集成电路为电动机驱动电路。

3.如权利要求2所述的VFD供电驱动电路，其特征在于，所述电动机驱动电路集成有H桥电机控制电路。

4.如权利要求3所述的VFD供电驱动电路，其特征在于，所述电动机驱动电路还集成有逻辑控制电路；

所述第一控制输入端和第二控制输入端为所述逻辑控制电路的控制信号输入端；所述逻辑控制电路的控制信号输出端与所述H桥电机控制电路连接。

5.如权利要求4所述的VFD供电驱动电路，其特征在于，所述H桥电机控制电路包括第一门驱动电路、第二门驱动电路、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；

所述第一MOS管、所述第二MOS管分别与所述第一门驱动电路连接；所述第三MOS管、所述第四MOS管分别与所述第二门驱动电路连接。

6.如权利要求5所述的VFD供电驱动电路，其特征在于，所述H桥电机控制电路还包括第一过流保护器和第二过流保护器。

7.如权利要求1所述的VFD供电驱动电路，其特征在于，所述第一升压电路和所述第二升压电路的电路结构相同。

8.如权利要求1所述的VFD供电驱动电路，其特征在于，所述灯丝驱动集成电路包括多个配置成H桥的高低开关。

9.如权利要求1～8任一项所述的VFD供电驱动电路，其特征在于，所述供电电源为车载电池。