CN2840285Y - 具辅助绕组的平衡变压器及冷阴极灯管驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种具辅助绕组的平衡变压器及采用具辅助绕组的平衡变压器的冷阴极灯管驱动装置，该变压器连接于二个冷阴极灯管，包括有：一可以作为磁通流通路径的磁芯；并于磁芯上卷绕有一第一线圈、一第二线圈及一辅助线圈；该第一线圈与该第二线圈的卷绕方向相反。其中，当通过该二冷阴极灯管的电流平衡时，辅助线圈两端无感应电压，在电流极度不平衡或开路时，该辅助线圈会感应一电压差，电压差可以作为保护反馈信号使用。

Description

具辅助绕组的平衡变压器及冷阴极灯管驱动装置

技术领域

本实用新型是关于一种具辅助绕组的平衡变压器，特别是关于一种冷阴极荧光灯管(CCFL)的驱动电路中所使用的变压器。

本实用新型还关于一种采用具辅助绕组的平衡变压器的冷阴极灯管驱动装置。

背景技未

冷阴极荧光灯管(CCFL，Cold Cathode Fluorescent Lamp)是使用于液晶显示面板(LCD Panel)中做为背光模块(Backlight System)的光源。此等冷阴极荧光灯管是由一称为换流器(Inverter)的驱动电路所驱动。由于技术进步及消费者的需求，LCD面板尺寸不断增大，使得单一灯管已无法满足其照明，因而需要使用二个或更多个灯管。为了确保LCD面板的亮度均匀，必须随时调节各灯管的电流，使流经每一灯管的电流量相等。但由于冷阴极荧光灯管是高度不稳定且具有负阻抗特性等种种原因，使得灯管阻抗很难维持一致，造成各灯管阻抗改变而使电流无法达成相等。各灯管之间电流不相等，除了会使亮度不均匀外，电流太大的灯管还会减短寿命，使得各灯管间的老化速率(Aging Rate)不一致。

现有技术中，使多个冷阴极荧光灯管具有相同亮度的最直接的方式，是对每一个灯管使用个别的驱动电路及反馈控制器。所有灯管的电流可以一共同控制信号来予以控制在固定值。图1显示现有技术采用个别驱动电路来驱动冷阴极荧光灯管的电路架构，其中是以二灯管为例。灯管11、12是分别受电路13、14及变压器15、16所驱动及控制，流经灯管11、12的电流I11、I12分别反馈至电路13、14，以将电流I11、I12控制于一预设的固定值，达到电流相等的效果。然而，由于需要为每一灯管设置一驱动控制电路，此种电路相对地具有较高的组件成本，且占用较大的空间。

一种现有不需要设置多个驱动控制电路的技术，是使用镇流(ballast)组件，来使各灯管之间的电流差异尽可能地缩小。图2显示现有技术采用单一驱动电路来驱动冷阴极荧光灯管的电路架构图，其是以二灯管为例。如图所示，二灯管21、22是成并联连接，并由一电路23及一变压器25所驱动。二灯管21、22的高压端是分别串接一电容27、28做为镇流组件(Ballast)。二电容27、28是具有相同的阻抗，且其阻抗值远大于灯管21、22的阻抗，足以使得流经二灯管21、22的电流I21、I22的大小主要受电容阻抗所支配。亦即，即使二灯管21、22的阻抗产生差异时，对电流I21、I22的差异的影响非常轻微而可忽略。因此二个受共同高压驱动源所驱动的灯管21、22可被调节成具有相近的电流值。然而，为了使电流分配控制可以更精确，亦即，使电流I21、I22的差异尽可能缩小，此电路将必须使用高阻抗的镇流组件，故需要异常高的驱动电压。高驱动电压的产生与处理是非常耗费成本且难以成的，因此此种方式并未被广泛地使用。

请参考图3，为现有技术采用差动扼流器来平衡冷阴极荧光灯管电流的电路架构图。当电流I31、I32相同时，则流过第一线圈302和第二线圈304的电流也相等，并，电流I31在第一线圈302产生的磁动势与电流I32在第二线圈304产生的磁动势也相等，并且相互抵销，因此在差动扼流器30中并无磁通互通。同时，差动扼流器30中产生的漏磁通Φ1、Φ2可以各自经外侧的空气间隙完成回路，但是由于空气间隙的磁阻很高，所以此回路所引致的电感效应一般可以忽略。

当第一灯管L1的电流I31与第二灯管L2的电流I32不相同时，则电流I31在第一线圈302上所产生的磁动势与电流I32在第二线圈304上所产生的磁动势也不相同，即差动扼流器30中的磁动势不相等，二者的差值会于差动扼流器30中产生大量的磁通Φ，该磁通Φ切割第一线圈302与第二线圈304，并会在其端点间感应产生一个修正电压ΔV，该修正电压ΔV会迫使第一灯管L1的电流I31与第二灯管L2的电流I32回复平衡均等。

于现有使用差动扼流器30作为平衡冷阴极荧光灯管电流时，仍需同时使用额外的灯管保护电路31作为电流不平均时的保护与电压检知器32作为检知线圈上的电流量。同时，差动扼流器30将线圈上流过的电流量信号反馈到控制器33以稳定流经二灯管L1、L2的电流I31、I32。该灯管保护电路31连接于差动扼流器30的二个线圈上，是由多个电子组件(Q1、Q2、Q3…等)组成，可作为侦测差动扼流器30上的电流是否达到规格内，若是极度不平衡，则传送一截止信号给控制器33，作为灯管电流异常时的保护动作。现有使用额外的灯管保护电路31，是需使用Q1、Q2、Q3等三个晶体管，来作为灯管保护时的开关动作。然，灯管保护电路31组成所需要的电子组件(Q1、Q2、Q3、D1、D3、D5…)其组件数量多且昂贵，并于组装生产时非常的浪费时间及人力。

发明内容

有鉴于此，本实用新型是提供一具辅助绕组的多灯管平衡变压器来作为灯管电流不平衡或异常时的信号侦测，并同时将信号传送到控制器，以达成灯管异常时的保护动作。

本实用新型还提供了一种采用具辅助绕组的平衡变压器的冷阴极灯管驱动装置。

本实用新型为一种具辅助绕组的平衡变压器，其连接于二个冷阴极灯管，是包括有：一可以作为磁通流通路径的磁芯；于磁芯上卷绕有一第一线圈、一第二线圈及一辅助线圈；该第一线圈与该第二线圈的卷绕方向相反。其中，当通过该二冷阴极灯管的电流平衡时，辅助线圈两端无感应电压，在电流不平衡或异常时，该辅助线圈会感应一电压差，电压差可以作为保护反馈信号使用。

本实用新型的采用具辅助绕组的平衡变压器的冷阴极灯管驱动装置，包括有：一控制器，透过一升压变压器提供电流到该二个冷阴极灯管；一平衡变压器，具有一磁芯、一辅助线圈、一第一线圈及一第二线圈，该磁芯作为磁通流通路径，该第一线圈卷绕于该磁芯，其一端连接于一冷阴极灯管，该第二线圈反方向卷绕于该磁芯，其一端连接于另一冷阴极灯管，该辅助线圈，卷绕于该磁芯；一电压检知器，连接于该第二线圈的另一端与该控制器，用来检知流过该第二线圈的电流；及一灯管保护电路，连接到该辅助线圈与该控制器；其中，当通过该二冷阴极灯管的电流平衡时，辅助线圈两端无感应电压，在电流不平衡时，该辅助线圈会感应一电压差，该电压差透过该灯管保护电路传送到该控制器，是可作为保护反馈信号使用。

为了能更进一步了解本实用新型特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。

附图说明

图1为现有技术采用个别驱动电路来驱动冷阴极荧光灯管的电路架构图；

图2为现有技术采用单一驱动电路来驱动冷阴极荧光灯管的电路架构图；

图3为现有技术采用差动扼流器来平衡冷阴极荧光灯管电流的电路架构图；

图4为本实用新型具辅助绕组的平衡变压器动作原理示意图；及

图5为采用本实用新型平衡变压器来平衡冷阴极荧光灯管电流的电路架构图。

具体实施方式

请参考图4，为本实用新型具辅助绕组的平衡变压器动作原理示意图。本实用新型具辅助绕组的平衡变压器40连接于二个冷阴极灯管(未标示)，是具有一磁芯401，该磁芯401可作为磁通流通的路径；在磁芯401上则卷绕有一第一线圈402、一第二线圈404及一辅助线圈406。第一线圈402与第二线圈404是匝数相同，相互呈反方向卷绕于该磁芯401上，使得平衡变压器40呈加极性变压器。灯管其中，当通过该二线圈(402、404)的电流(I41、I42)平衡时，辅助线圈406两端无感应电压，在电流不平衡时，该辅助线圈406会感应一电压差ΔV，作为保护反馈信号使用。磁芯401是由两个ㄇ字状磁芯组成或由两个L字状磁芯组成或由一个ㄇ字状与一I字状磁芯组成。

请复参考图4，当电流I41、I42相同时，则流过第一线圈402和第二线圈404的电流也相等，并，电流I41在第一线圈402产生的磁动势与电流I42在第二线圈404产生的磁动势也相等，并且相互抵销，因此在平衡变压器40的磁芯401中并无磁通互通。同时，平衡变压器40的磁芯401中产生的漏磁通Φ1、Φ2可以各自经外侧的空气间隙完成回路，但是由于空气间隙的磁阻很高，所以此回路所引致的电感效应一般可以忽略。

但是，当电流I41与电流I42不相同时，则电流I41在第一线圈402上所产生的磁动势与电流I42在第二线圈404上所产生的磁动势也不相同，即平衡变压器40的磁芯401中的磁动势不相等，二者的差值会于平衡变压器40的磁芯401中产生大量的磁通Φ，该磁通Φ切割辅助线圈406后，即会感应一电压差ΔV，作为保护反馈信号使用。

请参考图5，为采用本实用新型平衡变压器来平衡冷阴极荧光灯管电流的电路架构图。其中，平衡变压器40的第一线圈402，其一端连接于一冷阴极灯管L1，另一端则连接到一参考端G。平衡变压器40的第二线圈404，其一端连接于一冷阴极灯管L2，另一端透过一电压检知器41连接到一控制器43。平衡变压器40的该辅助线圈406，透过一保护电路42连接到该控制器43。同时，该第一线圈402与该第二线圈404的线圈匝数相同。

复参考图5，当流过灯管L1与L2的电流(I41、I42)不相同时，则电流I41在第一线圈402上所产生的磁动势与电流I42在第二线圈404上所产生的磁动势也不相同，即于图4中，平衡变压器40的磁芯401中的磁动势不相等，二者的差值会于平衡变压器40的磁芯401中产生大量的磁通Φ。该磁通Φ切割辅助线圈406后，即会于辅助线圈406的两端感应一电压差ΔV，作为保护反馈信号使用。电压差ΔV则会透过该保护电路42被传送到该控制器43。控制器43接收到保护反馈信号后即停止工作，作为灯管电流不平衡或异常时的保护。

复参考图5，控制器43为一高频周期方波，经升压变压器45升压后产生高电压，高电压与电容C1、电容C2、灯管L1、灯管L2及平衡变压器40产生谐振。因灯管中的电感L1、电感L2为并联谐振，其容抗、阻抗不同而造成分流结果不均(灯管不平衡)，故需加上匝数相同的平衡变压器40。假设平衡变压器40的绕组数为N1与N2，流经灯管的电流为I41与I42。则根据安培定理(Ampere’s Law)， $N_1{I}_{41}=o\∫\stackrel{\→}{H}\mathrm{dl},$

$N_2{I}_{42}=o\∫\stackrel{\→}{H}\mathrm{dl},$ 由于平衡变压器40为共铁心，因此N₁I₄₁＝N₂I₄₂，若N₁＝N₂，I₄₁＝I₄₂，又N1的端电压为V1，N2的端电压为V2， $V_1=L_1\frac{d{i}_{41}}{\mathrm{dt}},$ $i_{41}=\frac{1}{L_1}{\∫V}_1\mathrm{dt},$ $V_2=L_2\frac{d{i}_{42}}{\mathrm{dt}},$

$i_{42}=\frac{1}{L_2}{\∫V}_2\mathrm{dt},$ 流进等于流出的原理，使灯管流经L1、L2电流相同。另D1、D2、R1为一电压检知器41，检知一正半周的弦波电压至脉波宽度调整线路(反馈线路)。

平衡变压器40的辅助绕组406接至D3、R2、C3组成的一峰值检知器，检知一DC电压后再与R3、R4分压至晶体管Q1的闸极端，其间晶体管Q1电压须设定低于电压一定值。

当灯管L1、L2其一异常(灯管烧毁、没接好)时，平衡变压器40的二线圈的制衡关是没了，会感应一高电压至辅助绕组406，此时晶体管Q1的闸-源极端电压VGS大于晶体管Q1的临界电压，所以晶体管Q1的泄-源极端D-S会导通，将使得控制器43停止动作，达成保护功能。

以上所述，仅为本实用新型最佳的具体实施例，但是，本实用新型的特征并不局限于此，任何熟悉该项技艺者在本实用新型的领域内，可轻易思及的变化或修饰，皆可涵盖在本案的专利范围内。

Claims (11)

1、一种具辅助绕组的平衡变压器，其特征在于：包括有：

一磁芯，作为磁通流通路径；

一第一线圈，卷绕于该磁芯；

一第二线圈，反方向卷绕于该磁芯；及

一辅助线圈，卷绕于该磁芯；

其中，平衡变压器是呈双极性变压器。

2、根据权利要求1所述的具辅助绕组的平衡变压器，其特征在于，该第一线圈与该第二线圈的线圈匝数相同。

3、根据权利要求1所述的具辅助绕组的平衡变压器，其特征在于，该磁芯是由两个ㄇ字状磁芯组成。

4、根据权利要求1所述的具辅助绕组的平衡变压器，其特征在于，该磁芯是由两个L字状磁芯组成。

5、根据权利要求1所述的具辅助绕组的平衡变压器，其特征在于，该磁芯是由一个ㄇ字状与一I字状磁芯组成。

6、一种冷阴极灯管驱动装置，连接于二个冷阴极灯管，其特征在于：包括有：

一控制器，透过一升压变压器提供电流到该二个冷阴极灯管；

一平衡变压器，具有一磁芯、一辅助线圈、一第一线圈及一第二线圈，该磁芯作为磁通流通路径，该第一线圈卷绕于该磁芯，其一端连接于一冷阴极灯管，该第二线圈反方向卷绕于该磁芯，其一端连接于另一冷阴极灯管，该辅助线圈，卷绕于该磁芯；

一电压检知器，连接于该第二线圈的另一端与该控制器，用来检知流过该第二线圈的电流；及

一灯管保护电路，连接到该辅助线圈与该控制器；

其中，当通过该二冷阴极灯管的电流平衡时，辅助线圈两端无感应电压，在电流不平衡时，该辅助线圈会感应一电压差，该电压差透过该灯管保护电路传送到该控制器，是可作为保护反馈信号使用。

7、根据权利要求6所述的冷阴极灯管驱动装置，其特征在于，该第一线圈的另一端则连接到一参考端。

8、根据权利要求6所述的冷阴极灯管驱动装置，其特征在于，该第一线圈与该第二线圈的线圈匝数相同。

9、根据权利要求6所述的冷阴极灯管驱动装置，其特征在于，该磁芯是由两个ㄇ字状磁芯组成。

10、根据权利要求6所述的冷阴极灯管驱动装置，其特征在于，该磁芯是由两个L字状磁芯组成。

11、根据权利要求6所述的冷阴极灯管驱动装置，其特征在于，该磁芯是由一个ㄇ字状与一I字状磁芯组成。

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