TW200907624A - Circuits, methods and systems for balancing current among multiple loads - Google Patents

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200907624 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於背光電路，更特別言之，係關於供液晶 顯示器（LCD)的背光電路。 5 【先前技術】 液晶顯示器面板（panel)可用於從可攜式電子裝置到 位置固定的裝置單元的各種應用，例如攝影機、汽車導航 系統、筆記型電腦和工業機器。液晶顯示器面板本身不發 10 光’需由—個光源提供背光。冷陰極螢光燈（CCFL)是 一種常見背光光源。冷陰極螢光燈通常需要一個大的交流 (AC)信號來點亮和驅動。為了從直流（DC)電源（例 如，可充電電池）產生此種大的交流信號，需要設計一種 包括了電源槽（powertank)和變壓器的直流/交流反流器。 15 近來對液晶電視和電腦顯示器中所使用的大尺寸液 晶顯不器之需求日益殷切。大尺寸液晶顯示器面板需要複 數冷陰極螢光燈提供足夠的照明。然而，由於反流器的變 壓器以及冷陰極勞光燈的容許誤差（t〇lerance)，習知用於 驅動複數冷陰極螢光燈的電路可能存在冷陰極螢光燈電 20 流不能平衡的問題。冷陰極螢光燈電流不平衡可能減低冷 陰極螢光燈的壽命以及造成液晶顯示器面板亮度不均勻。 【發明内容】 根據本發明的實施例，提供一種在複數負載間平衡電 25 流的電路及方法。在一實施例中，一電路包括一電源槽、 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 5 200907624 一對變壓器和複數負載。該電源槽將一直流輸入電壓轉換 成為一中間（intermediate)交流電壓。該對變壓器包括一 對初級繞組和一對次級繞組，將該中間交流電壓轉換成為 一輸出交流電壓。該對初級繞組與該電源槽耦接，以 5 該中間交流電壓，且該對次級繞組提供該輸出交流電壓。 該複數負載與該對次級繞組麵接，以接收該輸出交流電 壓。該對次級繞組經由串連耦接的負载彼此串連耦接，以 達到負載間平衡電流。 { 1〇 【實施方式】 、以下將詳細說明本發明的實施例。雖然本發明係結合 此，較佳實施例而描述’然應理解為本發明並不意欲揭限 於乂些實施例。反之’本發明意欲包含各種替換、修改以 及等效物’其均可包括在由所附申請專利範圍所定義的本 15 發明精神和範圍内。 圖1所不為根據本發明一個實施例的用於驅動複數冷 、 陰極f光燈的電路1GG的示意圖。電路⑽可包括電源線 110、電源槽U0、變壓器101和103、冷陰極勞光燈⑴、 Π3、115和117，以及一個電流感應器13〇。冷陰極螢光 燈111 113、115和117可為液晶顯示器面板14〇提供背 光:電源槽120與變麗器谢和103的初級繞組並聯耦接。 電源槽120可將來自直流電源線110的-個直流輸入電壓 VCC轉換為一個中間交流電壓。變Μ器101和103可進-步將此中間錢步階韻（卿ped_up)，以得到一個 25 驗驅動冷陰極螢光燈in、ii3、m和117的輸出交流 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc , 200907624 電壓。在一個實施例中，為了提升電路穩定性，電路100 :包括分別與變壓器101和103的次級繞組並聯柄接 容 105 和 107。 冷陰極營光燈111和113分別與變壓器101的次級终 5組端點輕接。冷陰極螢光燈115和117分別與變壓器1〇= 的次級繞組端點（teraiinal)祕。冷陰極螢級⑴進一 步串聯減至冷陰極螢光燈117。冷陰極營光燈ιΐ3進一 步串聯_至冷陰極螢光燈115。如此，在—個實施例中， 冷陰極螢光燈11卜113、115和117以及變壓器皿和⑽ Π)的次，繞組構成了 一個串聯輕接電路。在一個實施例中， 文C器101或103的次級繞組的每個端點/終端（e⑷搞 接相同數量的冷陰極螢紐。在—個實施财，變壓器ι〇ι 的人、’及繞、、且之^點經由該複數冷陰極螢光燈與變麼器1〇3 的次級繞組的相反極性之端點相耦接。亦即，變壓器ι〇ι 15和103以串聯互助（senes aiding)的配置相耦接，而允許 電流流經該串聯耗接電路。有利的是，在一個實施例中， 在該串聯祕電路中每個元件的電流實質相同，因此冷陰 極榮光燈11卜113、115和117之間的電流平衡。更進一 步，圖1所示的電流平衡方案使用的元件數量較少，因此 2〇 降低成本。 在一個實施例中，串聯耦接電路中可 個用於感 應負載電流的電流感應器130。有利的是1在一個實施例 中，、為單-的一個電流感應器13〇便可以感應流經複數 冷陰極螢光燈m、m、115和117的電流，而不需要為 25複數冷陰極螢光燈配備複數電流感應器，因此降低了負載 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc η 200907624 電流感應所需的元件數量以及電路複雜度。 5 此外，根據所感應之負載電流，可設計一個保護電路 (圖1未不出）用於在異常情況下保護每個冷陰極螢光 燈，例如在燈管開路（open lamp)情況下、燈管損壞 (broken )隋況下以及短路（sh〇rt circuit)情況下。根據 圖1=不電路，上述保護電路只需處理單一的一個感應負 載電流，而不需要處理複數電路感應器提供的複數感應負 載電流。因此，保護電路的元件數量和電路複雜度被進一 步降低。 10 雖然圖1描述特定的電路100，其中所引述的元件是 示例性的。亦即，這些元件可被其他具有相似功能的元件 替代。例如，本發明也可用於驅動其他負載，例如：複數 發光二極體（light emitting diodes，LEDs)。而且，本發明 可用於驅動其他數量的負载，而不限於四個冷陰極螢光 15 燈。 圖2所示為根據本發明一個實施例的電路200的示意 圖。其中，與圖1中具有相同標號的元件功能相似，為簡 明清楚故，於此不再贅述。電路200可包括一個串聯耦接 於冷陰極螢光燈111和117之間的用於感應負載電流的電 20 流感應器230。在一個實施例中，電流感應器230可包括 二極體201、203和感應電阻205。 用於感應負載電流的感應電阻205與二極體203串聯 耦接。串聯耦接的感應電阻205和二極體203進一步串聯 耦接於冷陰極螢光燈111和117之間。二極體201與串聯 25 耦接的感應電阻205和二極體203並聯耦接。在一個實施

97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc S 200907624 例中，一極體201的陰極與二極體2〇3的陽極一起耦接至 冷陰極螢光燈1H ’二極體201的陽極與地相連。因此， 當負載電流的方向為如圖2箭頭所示的正方向時，二極體 203順向偏壓（forward_biased)以提供一個負載電流導通 路徑。因此，負載電流流經感應電阻2〇5，且跨過感應電 阻205的電壓心示流經冷陰極螢光燈Μ〗、〖η、和Η? 的負載電流。當負載電流的方向為與圖2箭頭所示方向相 反的負方向時’二極體綱順向偏壓以提供負載電流導通 路徑。 10 15 20 圖3所示為根據本發明一個實施例的電路300的示意 圖^中’與圖1中具有相同標號的元件功能相似，為簡 於此不再贅述。電路3〇〇可包括一個串聯耗接 極螢光燈1U和1Π之間的用於感應負載電流的電 ^感應盗330。在-個實施例中，電流感應器33〇可包括 一極體 301、303、305 和 3〇7，，、》n β & & υ/ ’以及感應電阻309。 2極體3〇1的陰極和二極體3〇3的陽極 陰極螢光燈m 〇二極體305畆队上 < 、柄极王々 ^ 5的陰極和二極體307的陽極 一起耦接至冷陰極螢光燈117。 Λ ， i E ^ _ 一極體303和307的陰極 耦接至感應電阻309的一個 & 鳊點。二極體3〇1和305的陽 1均至地’且感應電阻3〇9的另一個端點也減至 因此，备負載電流的方向為如圖3箭頭所示的正方向 貝向偏壓以提供負载電流導通路 仅汰因此在個貝^例中，負栽電流流經威應電阻309， 且跨過感應姐3G9的職^流經冷陰極縣燈iu、 113、115和117的負載雷於 , 、聚1¥,L。當負載電流的方向為與圖3 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 25 200907624 所示箭頭方向相反的負方向，二極體301和307順向偏壓 以供負載電流導通路徑。因此，在一個實施例中，負載 電流流經感應電阻309，且跨過感應電阻3〇9的電壓指示 流經冷陰極螢光燈111、113、115和117的負載電流。 5 圖4所示為根據本發明一個實施例的電路4〇〇的示意 圖。其中’與圖1中具有相同標號的元件功能相似，為簡 明清楚故，於此不再贅述。電路400可包括一個串聯耦接 於冷陰極螢光燈111和117之間的用於感應電流的電流感 應器430。在一個實施例中’電流感應器43〇可包括感應 1〇 變壓器401、二極體403和407以及感應電阻405和409。 在一個實施例中，感應變壓器401的初級繞組和次級 繞組相位相同（phase)。感應變壓器401的初級繞組串聯 耦接於冷陰極螢光燈111和117之間。感應變壓器401的 次級繞組的一個端點耦接至二極體403的陰極和二極體 15 407的陽極。二極體403的陽極經由感應電阻405耦接至 地。二極體407的陰極經由感應電阻409耦接至地。進一 步，感應變壓器401的次級繞組的另一個端點也搞接至 地。因此，當負載電流的方向為圖4箭頭所示的正方向時， 二極體407順向偏壓以提供一個電流導通路徑。因此，在 2〇 一個實施例中，電流流經感應電阻409，且跨過感應電阻 409的電壓指示流經冷陰極螢光燈in、113、115和117 的負載電流。當負載電流的方向為與圖4所示箭頭方向相 反的負方向，二極體403順向偏壓以提供電流導通路徑。 因此，在一個實施例中，電流流經感應電阻405，且跨過 25 感應電阻405的電壓指示流經冷陰極螢光燈111、113、115 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 10 200907624 和117的負載電流。 圖5所示為根據本發明一個實施例的驅動複數負載的 方法的流程圖500。雖然圖5中揭露特定步驟，但這些步 驟僅為示例性的。亦即，本發明適合於執行其他各種步驟 5 或圖5中所列舉步驟的各種變化。圖5將結合圖1闡述。 在步驟510中，一個直流輸入電壓被轉換成為一個中 間交流電壓。在一個實施例中，來自直流電源線11〇的直 流輸入電壓VCC被電源槽120轉換成為中間交流電麗。 在步驟520中，中間交流電壓被提供給一對變壓器的 ίο 一對初級繞組。在一個實施例中，電源槽120與變壓器1〇1 和103的初級繞組並聯耦接，藉此提供中間交流電壓。 在步驟530中，中間交流電壓被轉換成為一個輪出交 流電壓。在一個實施例中’中間交流電壓被一對變壓器1〇1 和103步階升壓為輪出交流電壓。 15 在步驟54〇中，輸出交流電壓從一對變壓器的一對次 級繞組輸出。在一個實施例中，輸出交流電壓從變壓器101 和103的次級繞組輸出。 在步驟550中，一對次級繞組經由串聯耦接的負載而 彼此串聯耗接’以實現負载間電流平衡。在一個實施例 20中、’變壓器1〇1和1〇3的次級繞組經由串聯耦接的冷陰極 榮光燈m、113、il5和117彼此串聯輕接。因此，在一 個實施例中，一個包括變壓器101和103的次級繞組以及 冷陰極榮光S 11卜U3、115寿口 117㈤串聯輕接電路得以 形成，並因此實現冷陰極螢光燈1U、113、115和117的 25 電流平衡。 97124S12-0426-SP(tw)-200S0916F.doc 11 200907624 在步驟560巾，串聯輕接的負载被輸出交流電 動。在一個實施例中，冷陰極螢光燈111、113、115和一 由變壓器101和H)3的次級繞組提供的輸出交流電\^= 動。 5 總之，根據本發明的實施例提供了能以更低的元件 里和電路複雜度在複數負載間實現電流平衡的電路/ 且’根據本發明實施例的電流平衡解決方案可以簡化斟於 降低成本至關重要的電流感應器電路和保護電路。 ' 此處使用的術語和表述係為描述性而非限制性，且使 10 用此專術語和表述並不思欲排除任何所示的和所述的（咬 其部分）特徵的等效物’且應理解在申請專利範圍内的各 種修改均為可能。其他的修改、變化以及替換亦為可能。 據此，本申請專利範圍意欲涵蓋所有等效物。 15 【圖式簡單說明】 圖1是根據本發明一實施例的用於驅動複數冷陰極榮 光燈的電路100的示意圖。 圖2是根據本發明另一實施例的用於驅動複數冷陰極 螢光燈的電路200的示意圖。 20 圖3是根據本發明又一實施例的用於驅動複數冷陰極 螢光燈的電路300的示意圖。 圖4是根據本發明再一實施例的用於驅動複數冷陰極 螢光燈的電路400的示意圖。 圖5是根據本發明一個實施例的驅動複數負載的方法 的流程圖500。 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 12 25 200907624 【主要元件符號說明】 100、 200、300、400 :電路 101、 103 :變壓器 5 105、107 :電容 110 :電源線 111、113、115、117 :冷陰極螢光燈 120 :電源槽 130 :電流感應器 ίο 140 .液晶顯不β面板 201、203 :二極體 205 :感應電阻 230 :電流感應器 301、303、305、307 :二極體 15 309:感應電阻 330 :電流感應器 401 :感應變壓器 403、407 :二極體 405、409 :感應電阻 20 4 3 0 :電流感應器 500 :流程圖 510、520、530、540、550、560 ··步驟 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 13

Claims (1)

1. 200907624 十、申請專利範圍： 1. 一種於複數負載中平衡電流之電路，其包括： 一電源槽，用以將一直流（DC)輸入電壓轉換為— 中間（intermediate)交流（AC)電壓；以及 一對變壓器，可操作為將該中間交流電壓轉換為一輸 出交流電壓，該對變壓器包括： 別 一對初級繞組與該電源槽耦接，且可操作為接收 該中間交流電壓；及 10 15 一對次級繞組’可操作為向複數串聯耦接負載 供該輸出交流電壓，其巾該對纽繞&經由 數串連耦接負載彼此串聯耦接，以建 ^ 連麵接負載間平衡電流。 旧複數串 2. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該複 陰極螢光燈（CCFL)或發光二極體（乙如^、'疋7 3. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該對a :r個的每一終端雛相同數量人= 4. 如曱請导利範圍第 20 以垂庐石祕，· ·,· 町次級繞翻 以串馬卩互助（series aiding)配置之方式耦 ' 電流流經該對次級繞組。 ’以太 5.如申請專利範圍第1項之電路，還包括： 和該複數負 一電流感應器，耦接至包括該對次級繞鈑 載的一串聯電路， 複數負載的 其中該電流感應器可操作為感應流經讀 一負載電流。 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 14 25 200907624 6. 如申°月專利範圍第5項之電路，其中該電流感應器包 括： 第感應電阻，經由一第一二極體與該複數負載串 聯麵接’可操作為感應該負載電流；及 5 第 極體，與該第一二極體和該第一感應電阻並 聯耦接。 7. 如申請專利範圍第6項之電路，還包括： =第^二極體，與該第一感應電阻耦接，且若該負载 電流以一正方向流動時，其順向偏壓 1〇 ( f〇rWard-biased )以在該串聯電路中提供一電流導 通路徑；及 一第四—極體，與該第一感應電阻耦接，且若該負載 電以負方向流動時’其順向偏壓以在該串聯電路 中提供該電流導通路徑。 15 8.如申請專利範圍第5項之電路，其中該電流感應器包 括： 一感應變壓器，其具有一初級繞組，與該複數負载串 聯耦接； 一第一感應電阻，經由一第一二極體與該感應變壓器 20 的一次級繞組串聯耦接，且可操作為感應以一正方向 流動的該負載電流；及 ° 一第二感應電阻’經由一第二二極體與該感應變壓器 的該次級繞組串聯耦接，且可操作為感應以一負方向 流動的該負載電流。 ° 25 9. —種於複數負載中平衡電流之方法，其包括： 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 15 200907624 將一直流（DC )輸入電壓轉換為一中間（intermediate ) 交流（AC)電壓； 將該中間交流電壓提供給—對變壓器的—對初級繞 組； 5 將該中間父流電壓轉換為一輸出交流電壓； 將該輸出交流電壓從該對變壓器的—對次級繞 出； 產生流經-串聯電路回路的一平衡電流，該串聯電路 回路包括該對次級繞組經由該複數負載彼此串聯轉 10 接；以及 以該輸出交流電壓驅動彼此串聯耦接的該複數負載。 10. 如申請專利範圍帛9項之方法，其中該複數負載是冷 陰極螢光燈（CCFL)或發光二極體（Led)。 11. 如申請專利範圍第9項之方法，還包括： 15 將相同數量的該複數負載耦接至該對次級繞組中的 每一個的每一終端（end)。 12. 如申請專利範圍第9項之方法，還包括： 產生一電流流經該對次級繞組，該對次級繞組係以串 聯互助配置之方式耦接。 2〇 13.如申請專利範圍第9項之方法，還包括： 一電流感應器’耦接至該串聯電路回路以感應流經讀 複數負載的一負載電流。 14. 一種於複數負載中平衡電流之系統，其包括： 一電源槽’用以將一直流（DC)輪入電壓轉換為一 25 中間（intermediate )交流（AC )電壓； 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 16 200907624 壓器，可操作為將該中間交流電㈣換為一輸 乂 ^電壓’該複數變壓器包括與該電源槽耦接之複 勺#、繞組，且其可操作為接收該中間交流電壓，並 5 數次級繞組，可操作為提供該輸出交流電壓； 诗认，輕接光源，其輕接至該複數次級繞組以接收 ^ 出又流電壓’其中該複數次級繞組經由該複數光 =而彼此串聯_ ’以達到在該複數光源間平衡電 流；以及 二，晶顯示ϋ面板，其係由該複數統提供背光。 明專利範圍第14項之系統，其中該複數光源包 冷陰極螢紐（CCFL)或發光二極體⑽D)。 如申請專·圍第η項之系統，其中該複數次級繞 組中的每—個的每-終端（end)祕相同數量的該 複數光源。 15 17.如中請專利範圍第14項之系統 ，其中該複數次級繞 組係以串聯互助配置之方式耦接，以允許電流流經該 複數次級繞組。 18. 如申請專利範圍第14項之系統，還包括： 一電流感應器’轉接包括該複數次級繞組和該複數光 2〇 源的一串聯電路， 其中該電'錢應器可操作减應流經該減光源的 一負載電流。 19. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該電流感應器 包括： 25 一第一感應電阻’經由—第一二極體與該複數光源串 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 17 200907624 聯耦接，可操作為感應該負載電流；及 一第二二極體，與該第一二極體和該第一感應電阻並 聯耦接。 20.如申請專利範圍第18項之系統，其中該電流感應器 5 包括： 一感應變壓器，其具有一初級繞組，與該複數光源串 聯耦接； 一第一感應電阻，經由一第一二極體與該感應變壓器 的一次級繞組串聯耦接，且可操作為感應以一正方向 10 流動的該負載電流；及 一第二感應電阻，經由一第二二極體與該感應變壓器 的該次級繞組串聯耦接，且可操作為感應以一負方向 流動的該負載電流。 97124812-0426-SP(tw)-20080916F.doc 18