CN2872791Y - 电流抑制平衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种电流抑制平衡电路，应用于具有至少一个以上负载(如：灯管、发光组件、单相或多相分流高功率模块...等)的控制回路中，包括：一换流器电路，用以提供电流至该等负载；一检测电路，用以接收及检测其控制回路中总负载(或参考负载)的电流量，并将其电流量经稳流后，回授至该换流器电路之输入端，以供该换流器电路输出一稳定(校准)电流；至少一个以上平衡变压器，其一次侧线圈接收该稳定(校准)电流、及其二次侧线圈则个别串接该等负载；如此在应用楞次定理下，当该等平衡变压器其二次侧的电流产生变异时(即负载之电流产生变异)，即可分别与其一次侧之稳定(校准)电流相比较(匹配)，以达到控制该等负载的工作稳定性及平衡电流之功效。

Description

电流抑制平衡电路

技术领域

本实用新型涉及一种电流抑制平衡电路，特别是一种利用平衡变压器将每一负载端的电流与一稳定(校准)电流相比较，由此控制该等负载的工作稳定性及平衡电流。

背景技术

一般液晶显示器面板中，往往需要使用多个灯管来提供足够的亮度，因此针对上述灯管的电力提供，若以单一的变压器或其它的电力转换系统来驱动两个以上并联连接的灯管，由于各灯管间的阻抗差异，将会严重影响流经各并联灯管的管电流(分流)的均匀分配，使其电流过小(或过大)而相对导致亮度不足(或过亮)，进而影响液晶显示器面板的光源均匀性，其次，电流过大则会缩短灯管本身及整个系统的使用寿命，况且又对于换流器的零件误差及灯管特性随时间的变化等状况，皆无法作精确的控制；甚而，更可能因灯管的负电阻特性，当任一灯管先激活后，管电流增加，管电压却相对降低，而让其它并接输出灯管因输入电压已被钳位至较低电位而无法顺利激活，甚至让面板产生闪烁现象；

此外，如中国台湾专利公报公告号第478292“多灯管驱动系统”发明专利，其主要揭示一种由单一换流器的输出负载端，利用阻抗匹配的原理，达到灯管电流平衡之目的，惟上述系统于运用过程中，往往需预设以一主灯管为基准，再由其它副灯依序与该主灯管作匹配平衡电流的阻抗，且因其受到每一灯管间仍存在有制程上无法计算出的些微误差，如：灯管的管长管径、水银密度、压力、电极涂层...等状况的不同，所造成管电压对管电流的内阻特性曲线的偏移，致使无法达到驱使每一灯管皆维持在最佳的工作状态、及其平衡电流之功效；

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种电流抑制平衡电路，应用于具有至少一个以上负载(如：灯管(如CCFT冷阴极管)、发光组件(如LED或OLED发光二极管)、单相或多相分流高功率模块(如Multi-phase DC-DC Converter)...等)的控制回路中。

本实用新型的上述目的是这样实现的，一种电流抑制平衡电路，应用于具有至少一个以上负载的控制回路中，其特征在于包括：

一换流器电路，包括一驱动单元及搭配一个或一个以上的输出变压器，用以提供电流至该负载端；

一检测电路，连接于该换流器电路的输入端及控制回路中的电流回授检测点间，用以接收及检测其控制回路中总负载的电流量，并将其电流量经稳流后，回授至该换流器电路的输入端，以供该换流器电路输出一稳定校准电流；

至少一个以上平衡变压器，其一次侧线圈接收该换流器电路所输出的校准电流、及其二次侧线圈个别串接该负载。

本实用新型的技术效果是，其利用平衡变压器将各负载端的电流分别与该换流器电路所输出的校准电流相比较，从而实现控制该负载的工作稳定性及平衡电流之功效。

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是本实用新型的电流抑制平衡电路基本架构及其应用示意图；

图2是本实用新型应用于控制回路中的第一实施状态示意图；

图2-1是本实用新型应用于控制回路中的第一实施状态又一实施示意图；

图2-2是本实用新型应用于控制回路中的第一实施状态另一实施示意图；

图2-3是本实用新型应用于控制回路中的第一实施状态再一实施示意图；

图3是本实用新型应用于控制回路中的第二实施状态示意图；

图4是本实用新型应用于控制回路中的第三实施状态示意图；

图5是本实用新型应用于控制回路中的第四实施状态示意图；

图6是本实用新型应用于控制回路中的第五实施状态示意图；

图7是本实用新型应用于控制回路中的第六实施状态示意图；

图8是本实用新型应用于控制回路中的第七实施状态示意图；

图9是本实用新型应用于控制回路中的第八实施状态示意图；

图10是本实用新型应用于控制回路中的第九实施状态示意图；

图11是本实用新型应用于控制回路中的第十实施状态示意图；

图12是本实用新型应用于控制回路中的第十一实施状态示意图；

图12-1是本实用新型将平衡变压器与分流电感组合成一体的实施状态示意图。

附图标记说明：1换流器电路；11驱动单元；12切换单元；2检测电路；3平衡变压器；4负载；5分流电感；C-镇流电容；T-输出变压器。

具体实施方式

请参阅图1所示的本实用新型的电流抑制平衡电路，其应用于具有至少一个以上负载4(如：灯管(如：CCFT冷阴极管)、发光组件(如：LED或OLED发光二极管)、单相或多相分流高功率模块(如：Multi-phase DC-DC Converter)...等)的控制回路，包含：

一换流器电路1，其由一驱动单元11及一个或一个以上的输出变压器T组成，用以提供电流至该负载4端；

一检测电路2，连接于该换流器电路1的输入端及控制回路中的电流回授检测点(如负载4端之低压侧)间，用以接收及检测其控制回路中总负载(或指定的参考负载)4的电流量，并将其电流量经稳流后，回授至该换流器电路1的输入端，以供该换流器电路1输出一稳定(校准)电流；

至少一个以上平衡变压器3，其一次侧(primary side)线圈用以接收该换流器电路1所输出的稳定(校准)电流、及其二次侧(secondary side)线圈则用以分别串接该负载4(端)；

此外，就上所述结构(于应用楞次定理(Lenz’s Law)下)，本实用新型可进一步推导出该平衡变压器3其一次侧(primary side)线圈与二次侧(secondaryside)线圈间之反电动势(Back emf)运作原理关系式如下：其中，

E：为电场强度 D：为电通强度 J：为电流强度

H：为磁场强度 B：为磁通强度 ：为铁心内磁通量

μ：为导磁系数 L：为电感量

由麦克斯韦-法拉第定理(Maxwell-Faraday's Law)与麦克斯韦-安培定理(Maxwell-Ampere’s Law)

在一静态向量空间回路c里，因 $\stackrel{\·}{\stackrel{\‾}{D}}=0=>\▿\×\stackrel{\‾}{H}=\stackrel{\‾}{J}$

经由矢量积分，再引用史托克定理(Stokes’ Theorem)，将面积分转为线积分，亦即

本实用新型即可得到如下关系式：

此外，又该本实用新型于平衡变压器设计中，使用等方性的软磁作为铁心，因而可进一步求得到线圈上的电动势(electro-motive force,emf)与铁心内的磁动势(magneto-motive force.mmf)分别如下：

因此，

H＝∑ni/l

B＝μH＝μ∑ni/l

由上式经带入简化后即可得知二次侧线圈两端呈现的感应电压将呈反电动势，其大小应为：

V_s＝-n_sAdB/dt＝-n_sAd(μ∑nl/l)/dt＝-(μn_sA/l)d(n_si_s-n_pi_p)/dt

同時又因本实用新型中一次側電流(i_p)已被校准成稳定电流，亦即d(n_pi_p)/dt＝0，因而可进一步求得

V_s＝-(μn_sA/l)d(n_si_s)/dt＝μn_s ²A/l·di_s/dt＝-L_sdi_s/dt

如此，由上述关系式中，即可清楚得知，当该平衡变压器3其一次侧(primary side)与二次侧(secondary side)之间，产生有一不平衡的电流时，其反电动势(即V_S)与二次侧(secondary side)的电流变异(即di_s/dt)成正比，同时亦随着二次侧(secondary side)的电感(即L_S)提升而增加，即表示该反电动势(即V_S)会随着二次侧(secondary side)的电感(即L_S)提升而增加放大，藉以有效应用(抑制)于该平衡变压器3其二次侧(secondary side)线圈所串接的负载4端的电流，俾使该平衡变压器3其二次侧(secondary side)的电流，经由反电动势的校准下，进可与其一次侧(primary side)的电流达到完全平衡(匹配)的机制(即一次侧与二次侧呈反相使个别电流产生的激磁相互抵消，而让此平衡变压器铁心保持工作在非饱和区而提升电感量，同时让二次侧电流变异时所产生的反电动势能反相回授而有效稳定负载工作)；

请再参阅图1所示的本实用新型的应用实施示意图，其中，当控制回路激活时，通过该检测电路2接收及检测其控制回路中总负载4的电流量(i_o)，并将其电流量经稳流后，回授至该换流器电路1的输入端，使该换流器电路1输出一稳定(校准)电流，以经由该平衡变压器3至该负载4端，如此(于应用楞次定理下)，若当该平衡变压器3其二次侧的电流产生变异时(即该负载4端的电流产生变异时)，于该平衡变压器3其二次侧端(即该负载4端)系可产生一反电动势，用以与其一次侧的稳定(校准)电流相比较(匹配)，以有效抑制其二次侧端(即该负载4端)电流变异的产生，以达到控制该负载4的工作稳定性及平衡电流之功效；

同时，亦可进一步通过该平衡变压器3的反电动势之特性，使其未驱动(点灯)的负载4，可迫使提升其电压以进入驱动(点灯)状态，藉以有效控制每一负载4其驱动(点灯)的状态；

综上所述，请参阅图2至图12所示的本实用新型应用于控制回路中的各种实施状态示意图，其中该平衡变压器3以(CB)表示，其一次侧(primary side)线圈以(n1)表示、二次侧(secondary side)线圈以(n2)表示，其它传统式分流负载相互间使用的平衡变压器则以(BT)表示，以及于图2至图10中所应用的镇流电容则以(C)表示，因此；

在图2、图3、图4中，该平衡变压器3皆置设于该换流器电路1的输出变压器T的次级侧(二次侧)，且以相互并联方式个别串接至该负载4的高压侧(如图2、图3)、低压侧(如图4)，以将该换流器电路1所输出的稳定(校准)电流，用以分别分流至该等负载4端作比较，藉以达到控制每一负载4的稳定性及平衡电流的功效；此外又于图2、图3中，其C为采用间接驱动方式时与灯管串接的分压及镇流电容(ballast capacitor)，如改为直接驱动方式时，此镇流电容C可相对取消不用，如此，则图2、图3即为完全相同的回路架构；

此外，又由图2-1所示，当使用在特长灯管(高压负载)的应用场合时，需使用到两个输出变压器T串接以提升其工作电压，为防止线路板发生高压放电击穿(arcing)现象，此时可将灯管浮接(floting)，而在两输出变压器T串接处接地，让浮接的灯管形同中间虚拟接地，使灯管的端电压相对减半，藉以达到控制每一负载4的工作稳定性及平衡电流之功效；

另，如图2-2或图2-3所示，当使用双灯管或多灯管包装组作为负载4的应用场合时，可将平衡变压器3共享同一磁路，相互组合成一体包装，而为双胞胎或多胞胎结构，让同一灯管组内个别灯管的负载电流更趋一致，藉以达到控制每一负载4稳定性及平衡电流的功效；

在图5中，该平衡变压器3可置设于该换流器电路1其输出变压器T的初级侧，且以相互并联方式分别串接该等输出变压器T及驱动单元11，以将该驱动单元11所输出的稳定(校准)电流，经由该输出变压器T用以分别分流至该等负载4端作比较，藉以达到控制每一负载4的作稳定性及平衡电流之功效；

由图6中，该平衡变压器3可置设于该换流器电路1其输出变压器T的初级侧，且以树状规律递增排列方式，相对串接该等输出变压器T及驱动单元11，以将该驱动单元11所输出的稳定(校准)电流，经由该输出变压器T用以分别分流至该等负载4端作比较，藉以达到控制每一负载4的工作稳定性及平衡电流之功效；

在图7、图8中，该平衡变压器3可置设于该换流器电路1其输出变压器T的初级侧，且以相互并联方式，分别串接至该等输出变压器T及驱动单元11，同时进一步在其输出变压器T的次级侧改以传统式之平衡变压器(BT)串接到每组负载4的高压侧(如图7)、低压侧(如图8)，以将该驱动单元11所输出之稳定(校准)电流，经由该输出变压器T用以个别分流至该等负载4端作比较，藉以达到控制每一负载4的作稳定性及平衡电流之功效；

在图9、图10中，该平衡变压器3置设于该换流器电路1其输出变压器T的初级侧，且以相互并联方式，个别串接至具有双输出端的输出变压器T，同时改以传统式的平衡变压器(BT)串接到每组负载4的高压侧(如图9)、低压侧(如图10)，以将该驱动单元11所输出的稳定(校准)电流，经由该双输出型的输出变压器T用以个别分流至该等负载4端作比较，藉以达到控制每一负载4的工作稳定性及平衡电流之功效；

在图11中，该负载4可进一步搭配应用其它发光组件(如：LED或OLED等的发光二极管)，其所应用的控制回路实施状态示意图，亦相同于上述之图2至图10所示，故本实用新型仅以一实施例叙述，其中，该平衡变压器3可置设于该换流器电路1其输出变压器T的次级侧，且以相互并联方式个别串接至该负载4的低压侧(亦可串接于高压侧)，以将该换流器电路1所输出之稳定(校准)电流，用以个别分流至该等负载4端作比较，藉以达到控制每一负载4的稳定性及平衡电流之功效，同时更可因应背光板白平衡之需要，藉由调整与该不同色系发光组件列串接的平衡变压器3的初、次级间圈数比而相对得到并维持(不因发光组件之老化而让白平衡失控)不同色系发光组件所需之相对亮度比值；

在图12中，本实用新型另可进一步将该平衡变压器3应用在单相或多相式分流稳压高功率模块(VRMs-Voltage Regulator Modules)等的控制回路中，其实施状态如下，其中，该平衡变压器3系可置设(内插)于该换流器电路1内含的切换单元12及其外挂的分流电感5间，藉以达到控制让电流平均疏散到每一分流电感5而让整体模块热源均匀分散效果，而在此实施例中，更可藉由铁心与线圈之结构设计，进一步将该同一分流回路之平衡变压器3与分流电感5组合成一体(如图12-1)，利用其一次侧与二次侧间的斥模耦合效应(diferential modecoupling effect，Lc)部分当作平衡变压器3应用，并让没有耦合部分的漏磁电感(leakage inductance，Lk)作为分流电感5使用，而达到同样均匀分流之效果；

因此，本实用新型的技术特征是以利用该平衡变压器3将各负载4端的电流，用以分别与一稳定(校准)电流相比较，以达到控制该等负载4的工作稳定性及平衡电流之功效，同时，藉以有效控制每一负载4其驱动(点灯)的状态。

下面将本实用新型与现有技术进行比较：

现有技术：

1.需预设以一主灯管为基准，再由其它副灯依序与该主灯管作匹配平衡电流之阻抗。

2.易受到每一灯管状况的不同，产生微误差的影响。

3.造成管电压对管电流的内阻特性曲线的偏移。

4.致使无法达到驱使每一灯管皆维持在最佳的工作状态、及其平衡电流之功效。

5.在多管并联输出应用场合，因先激活灯管所造成管电压钳位而抑制其它灯管之激活问题，不适合使用在直接驱动设计模式。

本实用新型：

1.利用该平衡变压器将各负载端的电流，用以分别与一稳定(校准)电流相比较。

2.排除受到每一灯管状况的不同，所产生微误差的影响。

3.可有效控制该等负载的工作稳定性及平衡电流之功效。

4.可有效控制每一负载其驱动(点灯)之状态。

5.因反电动势效应，可完全克服先激活灯管之钳位问题，可适用到各式直接驱动设计模式以提升整体模块效率。

以上所述是针对本实用新型的一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的范围，因此凡未脱离本实用新型精神所为的等效实施或变更，均应包含于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电流抑制平衡电路，应用于具有至少一个以上负载的控制回路中，其特征在于包括：

一换流器电路，包括一驱动单元及搭配一个或一个以上的输出变压器，用以提供电流至该负载端；

一检测电路，连接于该换流器电路的输入端及控制回路中的电流回授检测点间，用以接收及检测其控制回路中总负载的电流量，并将其电流量经稳流后，回授至该换流器电路的输入端，以供该换流器电路输出一稳定校准电流；

至少一个以上平衡变压器，其一次侧线圈接收该换流器电路所输出的校准电流、及其二次侧线圈个别串接该负载，使其利用该平衡变压器将各负载端的电流，分别与该换流器电路所输出的校准电流相比较，以便控制该负载的工作稳定性及平衡电流。

2.如权利要求1所述的电流抑制平衡电路，其特征在于，该平衡变压器可置设于该换流器电路中的输出变压器的初级侧及驱动单元间。

3.如权利要求1或2所述的电流抑制平衡电路，其特征在于，该平衡变压器是配合负载或输出变压器的分组，而合并组装成为一个或一个以上之双胞胎或多胞胎结构。

4.如权利要求1、2或3所述的电流抑制平衡电路，其特征在于，该负载为一个或一个以上灯管或其它发光组件。

5.如权利要求1、2或3所述的电流抑制平衡电路，其特征在于，该负载为一个单相或多相式分流功率模块。

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