TWI286046B - Full wave sense amplifier and lamp tube driving device incorporating the same - Google Patents

Description

1286046 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於電壓或電流感測放大器領域；更特定言 之，本發明係關於一種得感測一放電燈管中交流電之全波 的感測放大器。 【先前技術】 冷陰極燈管（C C F L)等放電燈管具有終端電壓特 性，該等特性隨該燈管之激勵源（交流訊號）的瞬間歷程 及頻率而改變。當C C F L·受到「撞擊（s t r i k e )」 或稱點亮時，燈管在所加終端電壓小於撞擊電壓時將不導 通一電流；一旦C C F L·内部出現電弧現象，終端電壓可 !^^一執行電壓之下，其中執行電壓值在相對較大輸入電 ^範，内約為撞擊電壓的1/3。當CCFL為一相對高 =之又流矾號驅動時，其不會在每一週期内熄滅，並將呈 現正電阻終端特性。 燈总f以一相對高頻之方波交流訊號驅動一 C C FL·時， c $可達到最大使用壽命，但交流訊號之方波將干擾及該 於最之驅動電路旁的其它電路，因此燈管—般係以次 動之二波形之交流訊號驅動之，如以正弦波形交流訊號驅

就轉ΪΓ般而言’燈管係由—轉相器驅動，藉之將直流訊 ^ π為父流訊號、過濾交流訊號、並將電壓變壓至c c F 利^而之較高電壓值。S h a η η ο η等人擁有之美國專 利與太t 1 1 4，8 1 4即為此種轉相器之一例，該專 、發明之受讓人相同，在此將其全部内容併入，以供 1286046 參閱。此外，單石電力系統公司（ P0wer systemsollthlc

If! 1 1 , Λ/rn , 1 n C ·)所產之 MP 匕二=5及◦一種驅動 ㉒視為Hi::有$供予燈官’電流對燈管之輸送需加以 皿視，此牯仔以一感測放大器達成該目的。 【發明内容】 本發明之-目的，係為提出—種燈 測放大器，以感測放電燈“之交流電; 的王波’進而极電源得以有效的供予燈管電能。 „另—目的，係為提出〜種驅』管之方法。 其，错域·電燈f中之交流電流^波，而使電源能 以有效的供予燈管電能。 /本發明之再—目的’係為提出―種全波感測放大器。 其係用於❹j流之週齡電流，以使電源得能以有 效的供予燈管電能。 本發明所提出之驅動燈管之設備係包含：一直流轉交 ，，，器，用以將一直流訊號轉換成一交流訊號；一自我 晨盪包路’位於該直流管交流轉換器及該燈管之間，用以 過濾达至該燈管之該交流訊號；一控制器，用以調整該直 流轉父流轉換器，以使該交流訊號頻率依該自我震盪電路 之一，振頻率產生；及一全波感測放大器，用以感測流經 該燈管之電流。其中，該全波感測放大器進一步包含··用 以感測該週期性電流之正向部份之裝置；用以感測該週期 1286046 性電流之負^份之裝置；及心結合該負向部份與該正 向部份;:=號，。是以，藉由該全波感測放大 器，可感測放電燈管中之交流電流的全波 以有效的供予燈管電能。 ^ ^ 為使貴審查委員更進一步瞭解本發明之特徵 内容’謹請參閱以下有關本發H細制與所附圖式Γ 【實施方式】 如上所述，驅動冷陰極燈管（cc 般包含一直流轉交賴㈣、1波電路及-變 hannon等人之美國專利㈣ 心： 器’該專利與本發明之受讓人相= =:^中，以供參閱。此外，其它習用於驅動C e r )震用之’如電流饋送式推挽(R。Υ Γ(1μΪ ；：：：^ ^包峪寺。以上轉相電路之任一者皆可 本發明中，其它種轉相電路亦然。白Τ用於 2所揭示料—種監視—燈㈣電流之方法及^ 中-感測放大器提供以監視該電流之全波，而非^ 电k之正向或負向部份。在感測放大器之說明前，轅 與燈管之總畴制理將先行說日狀。不過，上述= !ί«Ι#Ιί!,] j 在只知例中，本發明為一種含具四個功率金_ 效包日日體之Η橋電路的積體電路，該電路與另 : 網路聯合將直流電訊_變成交終，其巾㈣電路^ 1286046 出濾波網路之共振頻率下工作，輸出濾波網路則包含有電 感及電容式元件。 濾波網路有其損耗，此損耗得因低負載Q值（用以將 通過儲容零件及切換器之電流減至最小）與高無負载q 值（即電感與電容具低損耗）設計而最小化。不過，輸出 波形之邊波成份應保持較低’以免干擾及附近電路之動作。 以一種典型電路而言，Η橋電路利用週期性對直流訊 號轉相而形成交流訊號，此控制電路得調節送至負載之電 量，利用調變該交流訊號之每一半週期的脈波寬度（ρ^ 方式達成之。由於PWM得於正常動作下提^對稱交 流訊號，因此交流訊號中偶數次諧波頻率亦可除去丨又 於偶數次魏得加除去、且Α致工作於濾波器（_ ΪΞ:下二遽波器之設計負繼可為相當低者，濾波 口口之知耗則得最小化。此外，由於C「ρ τ古 ， 值變壓哭π L直接跨接於升 工作於CCFL之執行電壓下，X、計^ 線圈大致 之數分之-秒_^=不過在燈Μ部形成弧光 制電路將在㈣中者’由以下說明將可了解，該控 正常動作擊時選擇性使負載處脈波之寬度較 電源。4之 U包含-儲容電路10 8及一燈管i 〇 6 2載，该 為CCFl笨。左4… e±Ub，其中燈管可 在11亥貫施例中，一直流電源供;! n 9 體電路，該直流電源供應 二應=1 ◦ 2 棱升電容1?〇3遠枝&门 ^2為—電池；一

、之間，其中輸出端：：31^端及-輪出端110 广中知出kllOa並連接至另—標為〇uTR 1286046 之端。同樣地，另一提升電路1 2 0 b連接於一B S T L 端及一輸出端1 1 0 b之間，其中輸出端1 1 0 b並連接 至另一標為OUTL之端。提升電容120a及120b 能量儲存裝置，用以提供積體電路10 4中電路操作所需 電源，其中該電路操作所需電源可高於電路中其它部份之 操作電壓。 電感1 1 6之一端連接至輸出端1 1 0 a，另一端則 耦接至電容1 1 8之另一端及一升值變壓器1 14第一線 圈之一端；電容118之另一端耦接至該升值變壓器11 4第一線圈之另一端及輸出端1 1 0 b ;升值變壓器1 1 4之第二線圈一端連接至一燈管端1 1 2 a，第二線圈之 另一端則連接至一燈管端1 1 2 b。 一輸出調整網路或稱「儲容」電路1 0 8提供其中， 其係由輸出端1 1 0 a及1 1 0 b與升值變壓器1 1 4第 一線圈間零件構成，並為一二階諧振濾波器，用以儲存某 特定頻率之電能，並在必要時對該電能進行放電，藉以使 提供至燈管1 0 6之交流訊號的正弦波形更平順。此外， 該儲容電路亦稱為自我震盪電路。 再者，一電流感測電路亦提供其中，第二線圈之第二 端直接連接至地，其它燈管端1_1 2 b則耦接至一二極體 10 7之一^陽極端及另一二極體1 0 5之陰極端。二極體 1 0 7之陰極端耦接至一感測電阻1 0 9之一端及積體電 路104之Vs ense端；二極體1 0 5之陽極耦接至 感測電阻1 0 9之另一端及地。此時，積體電路1 0 4監 視感測電阻1 0 9上電壓，燈管1 0 6中流動電流可藉此 而得到估計，並可用以控制驅動燈管之電量。 1286046 V s e n s e端上訊號被送至一半波感測放大器2 q 1。在一習用技術實施例中，其感測放大器2 0 1如第二 A圖所示，其包含一運算放大器2 0 3、一輸出電晶體2 〇 5、一電流源2 0 7及一電阻2 0 9。由於二極體1〇 5及1 〇 7之設置樣式之故，電流I L及感測電阻1 〇 9 上電壓V將只有捕取流過燈管電流之正向部份。當提出說 明的是，電流感測與電壓感測係等義者；亦即，感測電p且 10 9上電壓之感測相當於燈管流過電流之感測。 請參閱第二圖C，在實際操作時，二極體1 〇 7流出 之電流將通過感測電阻1 0 9，運算放大器2 〇 3之非反 相輪入端上因此有一電壓。運算放大器之輸出被送至輸出 電晶體2 0 5之閘極，其中輸出電晶體2 0 5之源極連接 至運算放大器2 0 3之反相輸入端及電阻2 〇 9之一端， 電p且2 0 9之另一端則連接至地。 明參閱弟二圖D ’輸出電晶體2 0 5之没極連接至電 流=2 0 7，因此電流源2 0 7流出之電流量可代表燈營 2流過之電流；當特別說明的是，電流源2 〇 7流出之電 f為流過燈管電流之反相訊號，因運算放大器2 0 3已對 耵者加以反相作用。 例第二圖B所示為一習用感測放大器2 0 1之另一實施 :。，該實施例中，匯集點位於運算放大器2 〇 3之反相 端處^在運算放大器2 0 3之輸出端及反相輸入端間 計，f電容C ί及回授電阻R ί。同樣地，此實施例設 乃只能看到燈管流過電流之一半。 三圖^本發明中，一全波感測放大器提供其中，請參閱第 °斤示。起初，全波感測放大器3 0 1之目的在於使用 10 1286046 於無第一圖及第二圖之二極體1 ο 5及10 7的情況下， 因此第一圖之節點1 1 2 b處之該些零件便移除，訊號ν s e n s e亦改由直接由節點1 1 2 b處取得。 全波感測放大器3 0 1包含習用半波放大器2 0 1所 具之運算放大器2 0 3、輸出電晶體2 0 5、電阻2 0 9 及電流源2 0 7，全波感測放大器3 0 1另還包含一第二 運算放大器307、一第二輸出電晶體30 5及一輸入電 阻 3 0 3。 經由輸入電阻3 〇 3，訊號V s e n s e被送至第二 運算放大器3 0 7之反相輸入端，其中第二運算放大器之 3 0 7之非反相輸入端接地，輸出則接至第二輸出電晶體 3 0 5之閘極。至於第二輸出電晶體3 〇 5之源極與汲 極，前者係接至第二運算放大器3 〇 7之反相輸入端，後 者則接至電流源。 請參閱第三圖A及B，如上所述，二極體1 〇 5及1 0 7被移除，因此訊號v s e n s e便為流經燈管之電流 所形^之電壓，此流過燈管之電流在流過電阻1 0 9時形 成電壓訊號V s e n s e之概念為一般所知。訊號v s e n s e之正向半波得進入運算放大器2 Ο 3及第一輪出電 晶，2 〇 5，其負向半波則可進入第二運算放大器3 〇 7 及第=輪出電晶體3 0 5 ;因此訊號Vs ens e之全波 便决疋電流源2 Ο 7送出之電流，如第三圖所示。 對燈管電流之全正弦波提供感測有其優點··當正弦波 之=半週期波得到感測，迴路之取樣頻率得有效倍増，迴 路日寸間常數得增快，迴路亦得受到更精密之控制。 雖本發明之較佳實施例已說明如上，但利用該等實施 11 1286046 J所為之修改或更動皆屬於本發明之精神範圍。 【圖式簡單說明】 得了^洋閱過上述詳細說明及所附圖式說明後，吾人將更 卞角午本發明之前述態樣及所具優點，其中： 續示，〃圖為一電流控制積體電路之範例示意圖，其中並 容1。亥電路與驅動放電燈管之升值變壓器一主端上另一儲 奋％路之输接狀態； 第一圖Α及第二圖β為習用半波感測放大器之示意 圖 第 第 第 第 第 圖c為節點2 C之電壓時序圖； 圖D為電流2 D的電流時序圖； 圖為本發明提出之全波感測放大器的示意圖 圖八為節點3A之電壓時序圖；及 圖B為電流3 b的電流時序圖。 七要轉符號說明】 0 2 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 電源控制實施例 直流電源供應器 積體電路 〜^亟體 燈管 〜^亟體 儲容電路 感測電阻 12 1286046 110a 輸出端 110b 輸出端 112a 燈管端 112b 燈管端 114 升值變壓器 116 電感 118 電容 12 0a 提升電容 12 0b 提升電容 2 0 1 半波感測放大器 2 0 3 運算放大器 2 0 5 輸出電晶體 2 0 7 電流源 2 0 9 電阻 3 0 1 全波感測放大器 3 0 3 輸入電阻 3 0 5 第二輸出電晶體 3 0 7 第二運算放大器

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Claims (1)

1286046 十、申請專利範圍： 1. 一種驅動一燈管之設備，其包含： (a ) —直流轉交流轉換器，用以將一直流訊號轉換成 一交流訊號； (b ) —自我震盪電路，位於該直流管交流轉換器及該 燈管之間，用以過濾送至該燈管之該交流訊號； (c ) 一控制器，用以調整該直流轉交流轉換器，以使 該交流訊號頻率依該自我震盪電路之一共振頻率產生；及 (d)—全波感測放大器，用以感測流經該燈管之電流。 2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該自我震盪電路 包含一升值變壓器，該升值變壓器具有一第一線圈及一第 二線圈，該第一線圈接收該交流訊號，該第二線圈耦接至 該燈管。 3. 如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該自我震盪電路 包含一濾、波器’用以過濾《該交流訊號。 4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中更包含一零交越 偵測器，用以決定該自我震盪電路之共振頻率，並用以提 供該共振頻率指示予該控制器。 5. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該燈管為一放電 燈管，該放電燈管包含冷陰極螢光燈、金屬鹵化物燈及鈉 蒸氣燈。 6. —種驅動一放電燈管之方法，其包含下列步驟： 以6〇46 (a) 轉換一直流訊號成一交流訊號； (b) 過濾提供至該放電燈管之該交流訊號； (c )震盪該直流訊號之轉換輸出，以使該交流訊號 具有一根據一負載之一共振頻率而得之頻率； (d)感測該流該燈管之全波電流。 7 仏 、 •—種全波感測放大器，用以感測一流經一燈管之週期性電 流’該全波感測放大器包含： 用以感測該週期性電流之正向部份之裝置該正向部份之 I置包含： 一運算放大器，具有一第一輸入，該第一輪入連接至 讀燈管之一端；及 輸出電晶體’具有閘極、源極及没極，其中該間極 連接至該運算放大器之輸出，該汲極連接至一電流源，而 咳源極則連接至該運算放大器之一第二輸入； 用以感測該週期性電流之負向部份之裝置該用以感蜊該 負向部份之裝置包含·· -第二運算放大器，具有—第二輸人，該第二輪人連 接至該燈管之一端；及 第一輸出電晶體，具有閘極、源極及汲極，其中哆 閘極連接至該運算放大器之輸出，該汲極連接卜電= 源，該源極則連接至該運算放大器之該第二輸入；及龟抓 15 1286046 用以結合該負向部份與該正向部份成一電流訊號之裝 置。 8. 如申請專利範圍第7項所述之放大器，其中該用以結合之 ： 裝置為一電流源，該電流源提供流經該輸出電晶體及該第 / 二輸出電晶體之電流。 9. 如申請專利範圍第7項所述之放大器，其中該運算放大器 之一第一輸入接至地端。 10. 如申請專利範圍第7項所述之放大器，其中該第二運算放 # 大器之該第二輸入經由一電阻接至該燈管之該端。

16 1286046 七、 指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（三）圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 109 感測電阻 203 運算放大器 205 輸出電晶體 207 電流源 209 電阻 301 全波感測放大器 303 輸入電阻 305 第二輸出電晶體 307 第二運算放大器 八、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：