TW421911B - Power stage bias circuit with improved efficiency and stability - Google Patents

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4 21 91 A7 B7 五、發明説明（1 ) h發明之節圍 (讀先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明乃關於驅動器範圍，特別是有關具有推挽電晶體 之平衡驅動器級及用Μ驅動電視掃描調變（SVM)線圏及相 似之負載之驅動電路。 驅動器電路諸如電視掃描速度調變（SVM)驅動級，亦被 稱為波束掃描速度調變（BSVM)，通常使用推挽電晶體電流 源電路以驅動影像管上之SVM線圈，該影像管有獲自被顯 示之視頻信號之電流信號。SVM線圈可在一输出放大級直 接予以驅動，或者，可將較低功率推挽電晶體電流源驅動 器耦合至較高功率级如驅動SVM線圈之推挽射極隨耦器。 、νβ SVM線圈被驅動以產生磁場以補助主偏轉場供調變波束 掃描速度而改進在視頻亮度中之渡越銳度。例如，在暗與 亮之渡越間|波束在顯示器之較亮區域較慢通過，顯示器 顯示較亮，否則Μ更快速度通過較暗部分。SVM信號部分 得自視頻信號之亮度成分之導數》並可由水平及垂直速率 抛物線所調變|俾在圃像銳度效應上等於顯示器上之不同 .位置。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 一 S V Μ驅動器级特別有足夠之功率Μ驅動S V Μ線圏中之 罨流至少在士 1安培，電壓在± 50伏特。SVM驅動器必須 在視頻頻率工作，例如高於一般NTSC之10 MHz但非間條掃 描及高於40 MHz供高解析度電視。 圖1為以往技藝*係一般推挽式電流驅動输出級之圖形 代表，其可驅動一 SVM線圈。SVM線圈或其他負載20將由 —4 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 91 ^ ^ Α7 Β7 五、發明説明（2 ) . —DC電源根據—AC输入信號Vac而予Μ驅動，該输入信號 Vac為一 AC由電容器C1及C2耦合至互補推挽電晶體Q1及 Q2之基極。電晶體Q1及Q2分別為NPN及PNP電晶體並相反傅 導。當Q1不導電，Q2則導電並自源Vdc提供電流至負載， 因而使電容器C3充電。當Q2不導電，Q1導電並使電容器 C3經負載放電。電阻器R1經由R6提供偏壓。電容器C3與負 載串聯發展出一平均直流，因而負載被M_反極性驅動。 此型之驅動器級具有高尖峰功率需求，但其效率需要小 心控制流經電晶髏Q1及Q 2之D C偏壓電流。使波形之失真亦 為其優點。此等利益造成電路之不同設計需求。 當Q1及Q2為靜態時，即"Off” ，經過電晶體Q1及Q2之直 流集極電流偏壓，包括經由锺晶體Q1或Q2之電流傳導非常 理想。此偏壓雷流能保留電路之小信號頻率響應，並可減 低經由此级之信號失真。此靜態集極電流偏壓之大小在 10 ιπΑ 。除了避免失真效應外，通常不希望有不必要之 DC靜態電流吸取，因為此舉將直接對本級之靜態功率消耗 有所影響。 DC供應電壓”Vdc”大約為+140伏直流。假定10 mA之靜 態集極電流之下，靜態偏壓電流造成約1,4瓦之功率消耗 (每電晶體0.7瓦）。在50 mA時，靜態功率消耗將為7瓦（ 每電晶體3 ,.5瓦）。 儘管所需驅動一SVM線圈之高峰值功率，但實際之工作 週期通常甚低。在某種情況下，工作週期由输出級供應電 流或功率之信號代表之饋送而控制，此信號代表在需要較 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ^—^1. - - - Mi I _~Jϋ _ I ^^^1 In hrh^— I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂_ 經濟部中夬標準局貝工消費合作社印製 「 】 _ M “r:n Ί21 91 1 A7 B7 五、發明説明（5 ) 高功率時，可降低相對較少期間之SVM信號波幅。因此， 有效的設計採取相當低的SVM工作週及输出級之大小之優 點。使推挽電流驅動器中降低靜態功率損耗亦非常適當， .此可避免功率消耗及避免過大熱消耗器之需隶。 圖1中之傳統電路在控制電晶體Q1及Q 2 (特別是電晶體 之溫度變化時）中之靜態DC電流偏壓並非十分有效，因為 供較佳之限制靜態電流之設計選擇有相反的作業效益。例 如，霍阻器R5及R6與電晶體Q1及Q2串聯為了獲得低靜態電 流可能很大。較大電阻器與電晶體之基一射極電壓比較其 電壓降較大，因而降低了靜態電流對Vbe及溫度之依賴性 。此外，用來作電晶體Q1及Q2偏壓之其餘電阻器R1到R4可 加Μ選擇Μ使靜態電流最小。如設計師選擇電阻器R 5及 R6較大 > 過大之阻值可能必需。如設計師選擇經由電晶體 R1至R4改變偏壓（即將電阻器R2，R3阻值加大而將R1， 1U阻值變小），小信號響應將會產生並引人跨级失真。 例如，假定電阻器R5及R6大小予Μ控制Κ發展0 . 5伏， 10 mA之靜態負載Μ達良好之溫度穩定性，其姐值應為 50歐姆。在靜態條件下此舉可Μ接受，但在±1安培峰值 驅動電流時，電阻器R5* R6將發展出一 50伏之峰值電壓降 。高功率電阻器將為必需。此外，亦必須增加供應電壓 Vdc髙至100伏特以#持跨負載上可用之高峰值電阻。此 乃由於跨雷阻器R 5或R6上之電壓降使然。此種限制靜態電 流之方法與峰值電壓及功率消耗需求互不相容。 一種限制圖1之電路之可能為增加二個Vbe補償二極體 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX 公釐） (請先閱讀背面之注$項再填寫本頁)

d 2 1 9 1 J 8 ^ Ά 4 4 s號專利由請案

Φ文說明書倏 五、發明説明（） C請先閱讀背面之注意事項再塡寫本頁) ，如1嵐2所示之射極隨锡器之方式，W往技_義所揭示音： 可能範園內，相同參考號碼在各圖中均代表相同功能之元 伴。二樺髑I: R 1與電阻器R 1串職導霄及另一二極璃叫與電 暗器R4苗瞄遵電=二極镅接點霄顒預期可匹Ε及補濱電晶 輯Q1及Q 2之基極.一射S電壓此乃一if改埋，並不能消除 與偏壓此.._動級有關之問題。為達成最佳性能及電敕率， 必須轉二極體接點電®與電晶餺基一集極電壓進確匹配：. 二棰磾必須W熱方式耦合至電晶體Q丨及0 2之熱吸畋器W便 在熱改箩時保挎四配Κ堉追踪。電壓匹配可猙由二掏賴調 整電滾或指定二極藉冥一接點電壓方式改進，怛陡等方式 增加電路之成太及在结構及製造上需要宪成二極籟之熱耦 如果沒有特殊接點電壓匹配及/或熱追踪，接點電壓失 調可能引起正常生亳之羯化。此一失辋可能在土】00 mV， 此一數值甚為重要，因為跨鼋瞄器R1及iU上必須有至少 2 0 0 m V的靜態D C霄壓T能達到良奸之持鑛件及良奸之熱穩 定。電驵器R5^ R6必須為20劻姆供10 ibA之設計中心靜態 專碭電玲.Z用。靜態電流亦可能田5 W至2 0 m A變i_b m引 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 可«不 Μ诮栗 及：I 效. -Ί, R::Ζ鳄 器式 S· 電有 ， ， 寧值 跨中ia 出！ -< 輪：國厌 培？C50 安此 一 1 .... 0 ± 壓發 TtsRB 、.一 j 目 ί 調蝰 失之器 之特陏 庠：伏電 程20Ή 定忠其 瑕. 屏. * Γ 起發-進佳 0 音 &SI 挽 0. 推晴 有.為· S 型 ί 樣 弄.蟬 代雖 辟 = 0 罟 .ί-ί·# 式剞 潯.Ν 的述 银上 Κ 写 翰亦 器摈 错·雷· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 83.3.10,000

4 21： 91 ^ A7 ___—___B7_____ 五、發明説明（5 ) .^^1 » . -I ....... - —II —^^1 ^4 . * . - i (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) ，包括保持低靜態偏壓，偏壓穩定性，接點電壓匹配及相 對之無效率或不能達到最佳輸出驅動電壓能力等問題。 本發明购沭 如能解決在保持低又穩定之靜態鴒壓的需求與高峰值输 出間之問題將極為有利。最好解決方案不依賴圖1及圖2 中傳统電路之姐件特性，熱耦合安排，高功率電®器或其 他缺點。根據本發明，本解決方案之達成係利用一非線性 元件如一二極體與驅動電晶體之射極串聯。此電路予Μ偏 壓Μ在二極體之靜態下僅有一小的前向電壓跨過二極體， 即較全面等電二極髏電壓降稍小，在此狀態下，二極體之 電阻相當高。在峰值負載時，二極體之電阻較低，因而達 到低靜態電流及高峰值驅動電壓。 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 根據本發明之裝置，每一互補推挽式驅動级之一側之靜 態電流吸取在使二極體與本級中電晶體之射極一集極接點 串聯之非線性元件后得Μ降低。此等二極體在偏壓后，其 在靜態電流狀態下之前向偏壓僅較其前向導電電壓稍小。 此等二極體在靜態條件下有一高電阻，因而使靜態電流消 耗降低。在峰值此二極體圼現一相當低電阻，及低電壓降 ，因此在峰值電流時負載上被加上一個高比例的電壓。驅 動級可發展出一良好之峰值電流與靜態電流比值。 根據本發明之驅動器電路其包括：一裝置能提供在靜態 信號位準及峰值信號位準間變化之輸入信號；一個絹合至 電源供應及耦合至提供输入信號之電晶體，電晶體之導電 根據输入信號；及一偏壓裝置包括一非線性元件销合至電 -8 - 本紙蒗尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚）

W tr _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 ⑵9Ή A7 B7_ 五、發明説明（6 ) 晶體，非線性元件在電晶體以靜態信號位準傳導時有一較 高電阻，當電晶體κ峰值信號位準傳導時則有一較低電阻 〇 根據本發明之另一驅動電路包括：第一及第二電晶體成 推挽式構型，其各別基極耦合至輸人信號，其各別及相對 電極彼此耦合並至一負載，而其各別之傳導路徑與各別之 射一集極接點串聯；一非線性傳導裝置耦合至彼此之傳導 路徑，每一非線性裝置各有傳導及非傳導之狀態視跨每一 非線性裝置上之門限電壓而定；並有各別之偏壓電路，每 一偏壓電流建立其個別約等於門限電壓之偏壓門限，此時 第一及第二電晶體均在靜態狀況。 圖說簡連說明 圖1及圖2標為以往技藝，均為傳統式推挽式驅動電路 之透視圖，圖2為推挽射極随耦器構型。 圖3為根據本發明第一個具髏實例之驅動器级偏壓電路 之略圖。 圖4為另一具體實例之略圖。 圖5及6為說明與圖3及4對應之另一具體實例其構型 為推挽驅動器\ 圔7為說明根據圖4之一實際具體實例之略圖，包括姐 件值及结果電流位準之電壓降。 較佳具邕實例之詳_细說 圖3及4顯示本發明之驅動器級之二個不同型式，包括 二極體C R 3與輸出電晶體Q 1之射極串聯，相同之參考號碼 -9- 本5聂尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格.（210X297公釐— (锖先閱讀背面之注項再填寫本頁) " -訂 „ 荦多4 1 0 3 4 4 8號專利珀請案4 2 1 91 Ί w 中文說明軎修卍W (iU年9 # B7 經濟部中央標準局3工消費合作杜印製 五、發明説'明（） m來代表對磨之電路元伴。圖？，及4所示之電路代表電路· 之湘部供侷壓一輸出電晶體，並可罔互補方式予K Μ複供 _ 5及6所示之互補推挽霄晶體之用： 如圖3所示，非線性電路或元件C R 3與輸出電晶體Q1之 射樺串聯，其特性為在低電湎位準時有一高電咀值，如發 *在靜態·偏壓情況一.樣，在峰堉信號條件下W在較高電流 時*電姐值則相當低。輸岀電晶髒Q ]之偏壓條伴Η選擇電 值而定，因此，可維捋10 m Α之最小靜態電流=坦在靜 態霉堉位進*跨非線性元件，g卩二極賴C R3上之霄嗶被保 持存使二癍體前向傾壓〇 . 7伏K泝，該霄壓在K蜂俜導電 時跨二樺髁CR3之上。二稱體C R3之電闼器在靜態電流泣 樓時甚高，而+在蜷值霉菝位捜時則較低。 例如霉陏器R7之值可為47歐姆而霄阻器R52：堉則可為 4.7歐姆。為了保持10 κιΑ之最小靜栲電滾泣m，抗泣il 玎獲得良好之低信號位樓響應*霄晶網Q1之射棰之.霄f為 0.517伏特。即使在電晶0].之基極一射稞霄壓之昜埭公 差± 100+ 8>V之差下，.靜態霉溁之變ih僂為± 2 ιβΑΓίί} B CR 3在此電路甲之目的為載負蛏镅信'號霄棟而不致引入 實霄之雩位降，該霉位降將會使跨負載上Z ·磁值霄鹰_出 胳低.，例如*該負載可能_霣視或相W. _示器之掃描痙度 調笋婢圖。霉BH器R 5，R 7之I5S堉宜加K選擇风使在此級Z 耪铐吠況·Κ二棰餚C R 3不太導電，但跨（:R 3上之霄騾可接 迓二·極磾之前向儡壓接點電®之值： 電容器C4輿霉晶猙0]之射極3職，與二梅[锖CR3並聯， -10- 本紙張尺度適用中囡國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 83,3.10,000 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 421 91 β 經濟部中央標準局員工消費合作社印袈 Α7 Β7 五、發明説明（8 ) 目的在載負高頻（AC)射極電流。如與二極體CR3存在，大 信號電流將使電容器C 4充電至新直流.狀況，其將降低電晶 體Q1射極電流之工作週期，而在如圖5及6中之推挽裝置中 ，會引進顯著之跨越失真。此種失真在平均AC信號波幅變 大時而增加。二極體CR3作為在高平均信號電流時將C4上 之電壓箝位。 所示之電路並不能絕對消除交叉失真，由於跨二極體 CR3上之等電接點電壓並不等於跨二極體CR3上之靜態電 壓。此乃由於跨二極體CR3上接點電壓之公差，附近之溫 度轉移及二極體之電壓/電流傳導特性等。但根據本發明 ’失真已減少並且，如果CR3·省略畤則大舉減少。交叉失 冥可以再被減低，如果利用全面回输技術及利甩一输入誤 差放大器（未示出）以控制输出電流失真將更為降低。 K典型之矽整流器二極體CR3而言，跨二極體上之靜態 電壓大約為0.4至0.5伏為最佳。此將足夠低，並可使在 正常四周溫度下電晶體Q1之偏壓可有一良好之穩定性，並 可防止二極體CR3 Μ靜態電流導電，因其將造成電晶體 Q1靜態集極電流增加。在二·極體CR3上0.4-0,5 V靜態偏 壓亦接近傳導電壓，因而夠高而造成經由CR3之高信號電 流導電。 圖3及4代表二個不同構型，每個均可用於如圖5 > 6 中所示之推挽装置中。在每例中，二極體（：1?3 (圖5，6中 之CR4 )與電晶體Q1 (及Q2)之各別輸出串聯。電流經由串 聯電阻器I? 5耦合至二極體。電阻器r 7 (圖3，5 )形成一分壓 -11- 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ^ ^^丨(:麥— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 說明書修不頁（S4年9柯 Β7 <ΓΤ^: Λ 五、發明説碉 經濟部中央榀準局員工消費合作社印製 器*其m ； η 如圖 _出垅 合孕互 CR4 W 態電琉 * CR4 02之荖 C 3逛負 時羥由 之平均 負載之 圖？ 疠位m 吾人 合罕負 [.發 度没窩 調#缉^ m 許多瞜 m ί'ά'ί ft 決定在靜頰霄埯位樓時不導霉之二硐餚I: R 3上之電 4及6中，此電壓由電阻器R.«之值決定： 5 ，（5所示*曙3及4中之驅動级可直接加在推挽 上。因此，輸入信號V a c卽ffl電容器（：1，C 2作Ai〕耦 Μ N P N·及Ρ Μ P電晶II Q 1，Q 2之棊極：二極賴C R 3及 其.S聯及並臌電5&器R 5 , R 7或R R，R 9所潺壓庳在靜 位镌不導電。高電坂時，經由呂雖耦合二極體CR3 及.其電阴器R 5，R 6而導電。圖5屮·電晶S|_ ίΠ， 掙羥電阻器Rl，R2或RL Μ耦合牵電容器C3，該 載里臑，並在02導電笼經由負*充電，#在U〗導電 負載枚電，因而通常保持一涸為供應電壓V d c —半 電顒。圖6中，電開.器R 2及R 3 f|合至電晶藉基極及 間，冥效果租 為2：發W Z — 。阬一 了解精 歃耶在 明SJ存 遽信號 圈鲳動 S h ft] 及P差 装置亦 於此技 器中， 典音賴 一挎挽 器及其 霄痕許 玎接受 W X罟 W。 .....稱動级具有如禰示之特別.價及對應霄 可安排成推挽搆眾Y翠人士可知方：發明中鼸：彳-7所示在町 其Φ掩挽霄晶髑之財極砖K 5鱗並锅 斿大P搆型（(圖2厂一樣： 级阀電荷泣搜時_到良奸之偏壓璿定 良圩之功莖敦莖：π發明對掃插埂屄 他顆動器有良奸苔窺，對具芎蝰m電 多侑之驅動器亦有益處_:交叉失臭在 .諸如SVM褪動罟，朊積失真可m全 而使镅動紱更澳腌地追踌翰入信號而+ 12- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 83.3.10,000 (請先閱讀背面之注意事項再塡寫衣頁) 4 2 1 91 A7 B7 五、發明説明（10 ) 予以降低。偏壓電路亦可耦合至其他驅動器之射極電路， 例如，一音頻放大器之驅動級*或其他電壓輸出級，其相 同之穩定低靜態集極電流偏壓及高電效率或高功率驅動能 力亦非常需要。 (請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 13" 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 第84〗〇3448號專利申請案 中文申請專利範圍修正本(85年8月） A8 B8 C8 m

   經濟部中央梯準局J工消費合作社印製 f實明示’本—是否變更原實質内餐 六、申請專利範園 1. 一種束掃描速度調變驅動器電路，包括： 成推挽式组悲之第一及第二電.晶體’具有各別的信號輸 入電極，用以耦合接收一具有視頻頻寬之束掃描速灰調 變信號，具有各別及對應電極，彼此耦合並耦合至一束 掃描速度調變線圈及具有各別的主傳導路徑；及 耦合至該電晶體之該主傳導路徑之各別偏塵電路，包含 根據一門限電壓而定之有傳導狀態及實質上非傳導狀態 .之非線性元件，該偏壓電.路分別建立偏壓門限，在該第 一及第二電晶體在靜態狀態時嘰乎等於該門限電壓。 2. 根據申請專利範園第1項之驅動器電路，其中之非線性 元件包含一與該複數條主傳導路徑其中一條串聯耦合的 二極體。 3. 根據申請專利範圍第2項之驅動器電路，更包括與每一 二極體並聯之第一電阻器，及與每一二極體.串聯之第二 電阻器。 4. 根據申請專利範圍第3項之驅動器電路，尚包括一與第 一電阻器並聯之電容器。 5. 根據申請專利範圍第2項之驅動器電路，含有二個耦合 至電源供應器及至一供應一輸入信號之裝置的互補電晶 體，該互補電晶體被安排成_推挽式裝置，每個均镇合至 含有非線性元件之偏壓裝置。 6. 根據申請專利範圍第4項之驅動器電路，其中該等電晶 體含有相互耦合之集極，而且尚包抵一耦合至集極之負 載電路，負載電路包括一負載元件及與電容器串聯，該 39505CL.DOC\MFY " 1 - 本紙張尺度適用中國國家操準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） (請先閲请背面之注意事項再填寫本頁) 42 1 91 1 ^ A8 B8 CS DS 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本筲) 電容器由該等電晶體之一電晶體經由負載予以充電，而 由另一電晶體經負載予以放電。 7. 根據申請專利範圍第6項之驅動器電路，其中之負叙元 件含一掃描速度調變線圈。 8. —種驅動器電路，包含： 二個互補電晶體，每一均有一耦合至一提供輸入信號之 裝置的基極，及另一耦合至一負載元件及至另一電晶體 .-之一對應電極的電極’因-此電晶體可交互工作傳導電流 往來於負載元件之間； 供偏壓該電晶體之裝置，包括分別串聯搞合至每一電晶 體之射極的二極體，及以維持二極體上之靜態電壓的電 阻器，該電壓較二極體之前向偏壓導電電壓降爲小；及 每一二極體在以靜態電壓·偏壓時呈現相當大電阻，而當 個別電晶體經二極體導通時其電阻値則較小。 9. 根據申請專利範圍第8項之驅動器電路，其中該對應電 極爲集極。 經濟部中央揉準局炅工消費合作社印装 10. 根據申請專利範圍第8項之驅動器電路，其中之負载元 件爲一掃描速度調變線圈。 11根據申請專利範圍第8項之驅動器電路，其中之電阻器 - ^ .. 包括與二極體並聯之第一電器，及與二極體及個別電 晶體之射極串聯之第二電阻器。 12. —種驅動器電路，包括： 成推挽式组態之第一及第二電晶體V其各別基極耦合至 一輸入信號，其各別及對應電極彼此耦合並耦合至一負 3950SCL.D0C\MFY ~ 2. ~ 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） A8 BS cs DS A21 ^ 六、申請專利範圍 載’而其各別傳導路徑與各別射-集極接點成_聯； 輕合於每一各別傳導路控的非線性傳導裝置，每一非 線性裝置均有傳導及實質上非傳導狀態，端視跨於該非 線性裝置上之門限電愿·而定；及 供各別偏壓電路用之非線性裝置，各個偏壓電路分別建 立偏壓門限，在該第一及第二電晶體在靜態狀態時幾乎 等於該門限電壓。 13. - 4艮據申請專利範圍第12項之電路，其中該等非線性傳導 裝置爲二極體。 14. 根據申請專利範園第12項之電路，其中該負載含一波束 掃描速度調變線圈。 15. 根據申請專利範圍第12項之電路，尚含一波束掃描速度 調變信號源以產生該輸入信號。 16. 根據申請專利範圍第12項之電路，其中該對應電極爲集 極0 请』， k, 閎 背 之 注 意 事 項 再 填厂· !C裏 1 訂 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 3- 39505CL.D〇C\MFY 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）