TW394870B - A hardware arrangement and method of driving a piezo-electric transformer - Google Patents

Description

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（1 ) 發明背晷 1 ·發明頜城 本發明一般有關於採用壓電式變壓器之電源的改良， 尤其是有關於一種硬體裝置及方法，有效地驅動壓電式 變壓器两、提供髙ac(交流電壓於負載。本發明極適合於 一種筆記電腦之背照顯示器中所裝的冷陰極螢光燈之用 .但並非僅限於此種用途。 ?.相關技術說明 為了減少用Μ提供高ac電壓之電源的尺寸，已設計採 用壓電式變壓器取代傳統電磁式變壓器。當在電源中使 用壓電式變壓器產生髙ac電壓時，已知利用一種回授控 制迴路使裝置穩定運作。舉例而言，這種已往技術已發 表於日本公開專利申請第61-152165、4-49846、 4-133657 ' 及 5-219730號中 〇 這些已知技術揭示各種不同的回授技術回應變壓器的 輸出電壓及/或電流而控制驅動頻率。不過，當其開始 運作時必須保證壓電式變壓器穩定通電。而且，當變壓 器正常運作時，應付.可能碰到的意外事件非常重要。比 方說，當負載電流因糸統主要dc電壓的意外下降而減少 時，必須恢復變壓器的穩定運作。而且，當_變壓器在穩 定模式運作中意外與負載斷接睜，避免壓電式變壓器受 損非常重要。 發明總論 本發明之一目的在提供一種有效驅動壓電式變壓器之 -3- I. ----^------Ϊ -裝------訂------'線 ^請先閱^?背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（2 ) 裝置。 本發明另一目的在提供一種有效驅動壓電式變壓器之 方法。 更明確地說本發明之第一式樣屬於一種裝置用K驅動 壓電式變壓器而供應一髙ac (交流）電壓至負載，包含： 一驅動器連至該壓電式變壓器用Μ驅動該壓電式變壓器 ，·一頻率振憑器用Κ產生一驅動頻率加到該驅動器上； 一頻率掃描控制器用Μ控制該頻率振盪器，至少當該壓 電式變壓器開始通電時使該驅動頻率從高頻掃至低頻； 一頻率振盪控制器裝設在該負載與該頻率振盪器間之回 授迴路中，該頻率振播控制器控制該頻率振盪器；及一 裝置用Κ檢測流經該負載之負載電流，並當該頻率振盪 器掃描該驅動頻率時，檢査決定該負載電流是否超過一 第一預設位準，其中當該裝置檢測出該負載電流超過該 第一預設位準時，該頻率振盪控制器開始控制該頻率振 盪器。 圃式：簡沭 本發明之特色與優點由下面說明结合附圖將更為清楚 ，附圖中相同元件Κ相同參考數字指示，其中： 圖1為示出本發明第一實例之方塊圖； 圖2為示出壓電式變壓器在其共振頻率附近之輸入與 輸出電力間關係之圖； 圖3為示出當圖1裝置.開始通電時，在第一頻率掃描 作業中，其中負載電流收斂於一期望值之圖； -4- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---11¾丨裝------訂 I ,線-------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 圖4為示出當圖1裝置開始通電時，在第二頻率掃描 作業中，其中負載電流收斂於一期望值之圖； 圖5為示出本發明第二實例之方塊圖； 圖6為示出本發明第三實例之方塊圖；Μ及 圖7為示出本發明第四實例之方塊圖。 傅撰實例註沭 參照圖1-4討論本發明第一優選實例。 圖1為一方塊圖，概略示出一壓電式變壓器騮動裝置 連至一負載而運作。如所示，一壓電式變壓器10直接由 變壓器驅動器12驅動，並供應一冷陰極螢光燈（即負載） 14 一高ac電壓。如本技術中習知者，裝設一驅動器12 Μ 放大ac (交流）驅動電壓至一適當電壓，而此適當電壓取 決於待驅動的壓電式變壓器之實際尺寸。 在討論圖1裝置之前，先參考圖2 。圖2為當K 一低 於112KHz至118ΚΗζΚ上之頻率範圍驅動壓電式變壓器10 時，示出其電力效率（軌跡Pe所繪）之圖。此例中，假設 變壓器10連至螢光燈12。變壓器10的共振頻率（Fr)假定 為115KHz,而輸人與輸出電力（Pin與Pout)在此特別中 其值在3.4瓦（watt)左右。圖2以圖形示出電力效率Pe (即Pout/ Pin)在高於且靠近共振頻率Fr的頻.率範圍內假 定為高。因此強烈建議在此一頻率範圍内（即高於且靠 近共振頻率Fr)驅動壓電式變壓器10。 根據本發明，當變壓器10在一穩定狀態下運作時，決 定流經燈12之負載電流為在變壓器驅動頻率高於且靠近 -5- 本紙張;Ο复適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----Μ----I I裝------訂-----線 if ' (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（4 ) 共振頻率Fr所得之電流。為達此目的，當壓電式變壓器 10開始驅動時，加到變壓器10的驅動頻率從一預定的最 大頻率掃至一預定的最小頻率。而且，所需的負載電流 設定為5mA ,其對應於約116KHz之驅動頻率。如圖4所 示，舉個例子，假設最大與最小頻率分別為130KHz與 100 KHz。換句話說，上述之向下頻率掃描是產生高於且 靠近共振頻率（Fr)之驅動頻率所需的負載電流（見圖3 與4卜 回到圖1 ，當壓電式變壓器10開始通電時，頻率掃描 控制器16自外部電路（未示出）收到一 「打開電源」信號 要求將螢光燈14通電。控制器16回應「打開電源」信號 將一控制信號加到電壓控制振盪器（V C 0 ) 1 8 ,使V C 0 1 δ 產生變壓器驅動頻率，從130KHz線性降至ΙΟΟΚΗζ(即執 行向下頻率掃描）。變壓器驅動頻率之電壓加K適當放 大，並加到變壓器1 0，再依次將高a c輸出電壓加到螢光 燈14。電壓的振動機制為本技術中眾所週知的，為了簡 短起見，因此省略詳逑。 流經螢光燈14的電流接著在整流器/褲波電路20中加 以整流及漶波，而在電壓分壓器22的一端呈現一電壓 Vb。電壓V&然後在比較器24與一參考電壓V η 1比較。此 參考VR 1對應於上述的所需負載電流（比方說3mA)。電 壓\^亦在比較器26與另一參考電壓乂1^ 2比較，不過此階 段其輸出（即比較结果）在頻率掃描控制器16是忽略的， 後面將討論。 -6 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（5 ) 如圖3所示，在變壓器10於時刻TO開始通電後，若在 開始頻率掃描週期之時刻T1電壓超過參考電壓VR 1, 則比較器2 4發出邏輯1 (比方說）加到頻率掃描控制器1 6 與VC0控制器28。在這種情況下，頻率掃描控制器16禁 止VC0 18繼缡第一頻率掃描作業的其餘部分。另一方面 ,VC0控制器28控制VC0 18使驅動頻率稍微増高。換句 .話說，在時刻T1之後，VC0控制器28控制VC0 18使電壓 Vu收斂到參考電壓¥ & 1。此種回授作業為本技術中眾所 週知的。 另一方面，如圖4所示，在第一次頻率掃描自T0至T2 時，若電壓\無法超過參考電壓VR1,則比較器24在一 第一次頻率掃描不會發出邏輯1,。頻率掃描控制器16感 知此種情況，且迅速在時刻T2與T3間改變驅動頻率從最 小值（ΙΟΟΚΗζ)至最大值（130KHz)。隨後，在時刻T3開始 第二次頻率掃描作業。如圖4所示，在第二次頻率掃描 作業時，電壓Vt在時刻T4超過參考電壓VR 1。在時刻T4 之後兩控制器16與28的作業已在圖3中說明了。 一旦螢光燈14通了電，且穩定發光後，流經燈14的電 流（負載電流）就大致維持一恆定電流（此實例中比方說 為3mA)。不過，由於供自外部電路（未示出）dc電壓之降 低，負載電流可能意外降低。根據本發明，在燈14已達 穩定作業後，比較器26不斷檢査決定電壓Vh是否降至低 於參考電壓VR2, VR2低於參考電壓VR1。當Vb<VR2 時，比較器26發出邏輯1 。頻率掃描控制器16回應此邏 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---^------11裝------訂-----... 線 ' Γ' . J ·' · (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)' 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（6 ) 輯1而指示VCO 18再次執行上述的向下頻率掃描作業， 此作業已參照圖3與4討論過了。若電壓在連鑕之頻率 掃描作業第一次或其中一次之前恢復為正常值，則負載 電流就増至預定值（即所需的負載電流），而使燈14再次 進人正常作業。 若不實施前述之頻率掃描（即未設置比較器26)，則圜 1之裝置將遭逢下述困難，此即如前所述，當燈14正常 運作時，驅動頻率維持在共振頻率（Fr)K上。於是當負 載電流降.至於預定位準（3mA)時（即電壓降至低於參 考位準V R 2) , VCO控制器28 Μ降低驅動頻率企圖增加 負載電流的方式回應。但是，不可能成功地提升負載電 流，因為電壓現已降低了。因此，驅動頻率最後降至最 低頻率（100 0 ζ)而停在該頻率。此意味著即使電壓伖復 至正常值，變壓器10仍無法Κ高於共振頻率（Fr)之預定 驅動頻率驅動。 參見圖5 ,本發明第二實例Μ方塊圖式示出。 第二實例與第一實例不同之處為前者並含一輸出電壓 檢測器30及一比較器32。為了簡化說明，圖5之方塊中 已在圖1-4中說明者不再引述。接上檢測器30 Κ檢測壓 電式變壓器10的輸出電壓，同時配置比較器_3 2Κ比較檢 測的輸出電壓Vout與參考電壓VR 3。比較器32的比較结 果加到頻率掃描控制器1 6。 第二實例設置一種裝置，用K有效避免變壓器10嚴重 地或甚至無法復原地受到過量振動之損害，該振動是當 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210乂29<7公釐） —---r----1. —裝------訂-----.線 j I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（7 ) 輸出電壓突然增加時容易感生的。變壓器輸出電壓的這 種不正常增加是當變壓器之輸出因變壓器10與螢光燈14 之間不小心斷接（比方說）而意外開路所產生的。更明確 地說，比較器32不斷比較參考電壓VR3與電壓Vovt, Vont 正比於變壓器10輸出端所產生的輸出電壓。參考電壓 VR3乃實驗決定於所用變壓器是無庸赘言的。 圖6為一方塊圖，示出本發明第三實例。第一與第三 實例之間的差異為第三踅例並含一驅動頻率間敗控制器 40。第三實例的其餘部分與第一實例之配置相同，為了 簡化，因此不再說明。 控制器40設置一脈衝產生器（未示出），產生一串200Hz 的脈衝（比方說）。脈衝的各作用因數可由外部電路（未 示出）加至控制器40的作用因數控制信號加Μ控制。控 制器40控制驅動器12,當各脈衝呈現髙電位時（0Η)，使 驅動頻率加至變壓器10。另一方面，控制器40控制驅動 器12,當各脈衝呈現低電位時（OFF)，防止驅動頻率加 至變壓器10。於是，變壓器10的平均輸出電力可咩調整 各脈衝的作用因數而調整。此意即為燈14的亮度可加Μ 控制。 當第三實例應用於一筆記式電腦之背照顯.示器時，使 用者能夠調整顯示器的對比，用一適當的電元件（如含 在上述外部電路的音量控制）而控制液晶顯示器（LCD)後 面的背照光（即控制作用因數）。 當第三實例應用於一背照顯示器，而此背照顯示器由 . -9- 太紙fit尺疳镝用中國國家檍傘（CNS ) A4規格（210X297公釐} ----^----ηV 裝--1----訂------ 線 , ^---- . ' ^ / - (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) A 7 B7 五、發明説明（8 ) 一垂直同步頻率59.94Hz(HTSC電視與視頻標準）驅動時， 脈衝頻率不可接近垂直同步頻率之整數倍數。這是非常 重要的，Μ避免非期望的可見現象，如细紋圖型、閃爍 等因脈衝頻率.與垂直同步頻率間干擾而感生者。此種討 論同樣適用於PAL或SECAM標準，其中垂直同步頻率為 5 Ο Η z 者。 根據發明人所作之實.驗，最好是限制脈衝頻率於垂直 同步頻率整數倍數土 ΙΟΗζΜ内。 上述中，間歐控制器40控制送至變壓器之驅動頻率的 週期性阻斷。另外一種，控制器40可K連至V C 0 Μ間歇 禁制驅動頻率本身的產生。 圖7為一方塊圖，示出本發明第四實例。第四實例是 合併第二與第三實例而構成，因此，第四實例的作業由 前述討論十分容易瞭解。 請瞭解上述揭示僅為本發明四個可能實例之代表，本 發明所植基之概念並不受其特別之限制。 1 -. -- I - - ! m I— I - - II 1· -II--1 - I I - I I · _(讀先閱_讀背.面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 第84110464號「驅動壓電式變壓器之硬髏裝置及方法j 專利案 (89年3月24日修正） 巧申請專利範圍： 1. 一種控制壓電式變壓器之裝置，包含： 驅動裝置（12)，將驅動電壓施至該壓電式變壓器； 頻率振盪裝置（1 8 )，用以控制該驅動電壓之頻率； 以及 裝置（20，22,24,26 ),用以監視流經負載的負載電 流，負載由該變壓器通電；其特徵在於 頻率控制裝置（1 6 )，當該變壓器開始通電時，用以 控制該頻率振盪裝置，而執行一向下之頻率掃描，其 中該驅動電壓之頻率從一預定的高頻掃至一預定的低 頻。 2 .如申請專利範圍第1項之控制壓電式變壓器之裝置， 其中該頻率控制裝置在該變壓器已達穩定運作後進一 步控制該頻率振盪裝置，俥負載電流降至一低於穩定 操作期間所呈現的該第一預設位準之第二預設位準時 ，執行進一步向下之頻率掃描。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中並含裝置（28)， 當該負載電流超過該第一預設位準時，用以控制該驅 動電壓之頻率而接近一預設頻率。 4. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中並含裝置（2δ)， 當該負載電流超過該第一預設位準時，用以控制該驅 動電壓之頻率而接近一預設頻率。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂

   經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 第84110464號「驅動壓電式變壓器之硬髏裝置及方法j 專利案 (89年3月24日修正） 巧申請專利範圍： 1. 一種控制壓電式變壓器之裝置，包含： 驅動裝置（12)，將驅動電壓施至該壓電式變壓器； 頻率振盪裝置（1 8 )，用以控制該驅動電壓之頻率； 以及 裝置（20，22,24,26 ),用以監視流經負載的負載電 流，負載由該變壓器通電；其特徵在於 頻率控制裝置（1 6 )，當該變壓器開始通電時，用以 控制該頻率振盪裝置，而執行一向下之頻率掃描，其 中該驅動電壓之頻率從一預定的高頻掃至一預定的低 頻。 2 .如申請專利範圍第1項之控制壓電式變壓器之裝置， 其中該頻率控制裝置在該變壓器已達穩定運作後進一 步控制該頻率振盪裝置，俥負載電流降至一低於穩定 操作期間所呈現的該第一預設位準之第二預設位準時 ，執行進一步向下之頻率掃描。 3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中並含裝置（28)， 當該負載電流超過該第一預設位準時，用以控制該驅 動電壓之頻率而接近一預設頻率。 4. 如申請專利範圍第2項之裝置，其中並含裝置（2δ)， 當該負載電流超過該第一預設位準時，用以控制該驅 動電壓之頻率而接近一預設頻率。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 六、申請專利範圍 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之裝置，其中該 負載爲一螢光燈（1 4 )。 6. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之裝置》其中該驅動 電壓之該頻率高於並接近於該變壓器之共振頻率時， 該變壓器輸出負載電流之該第一預設位準。 7. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之裝置，其中又含有：裝置 (30)用以檢測該變壓器之輸出電壓；及裝置（32)，用 以監視該輸出電壓，以及 當該輸出電壓超過一預設電壓時，其中該頻率控制 裝置將該驅動電壓之頻率降至該預定的低頻。 8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該負載為一螢光 燈（1 4 ) 0 9. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中該第一預設位準 高於並接近於該變壓器之共振頻率。 10.如申請專利範圍第1至4項中任一項之裝置，其中並含裝置 (4 0),用以控制該驅動裝置或該頻率振鹽裝置而間歇 地驅動該變壓器。 11 .如申請專利範圍第10項之裝置，其中該負載為一螢 光燈（1 4 )。 經濟部中央標準局屬工消費合作社印製 (請先閱讀背面之法意事項再填寫本頁) 12. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中該驅動電壓之 該頻率高於並接近於該變壓器之共振頻率時，該變壓 器輸出該負載電流之該第一預設位準。 13. 如申請專利範圍第10項之裝置，其中間歇地驅動該 變壓器之頻率經抑制不接近電視及視頻之垂直同步頻 -2 - 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 率之整數倍數。 14. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中並含裝置（40), 用以控制該驅動裝置或該頻率振盪裝置而間歇地驅動 該變壓器。 15. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中該負載為一螢 光燈（1 4 )。 16. 如申請專利範圍第'14項之裝置，其中該驅動電壓之 該頻率高於並接近於該變壓器之共振頻率時，該變壓 器輸出該負載電流之該第一預設位準。 17. 如申請專利範圍第14項之裝置，其中間歇地驅動該 變壓器之頻率經抑制不接近電視及視頻之垂直同步頻 率之整數倍數。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局—工消費合作社印製 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）