专利名称：荧光灯的驱动系统及使用其的荧光灯系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放电灯的驱动系统，特别涉及一种用来驱动液晶显示器背光系统的冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)的换流器电路，其具有可自动调节灯管电流的控制电路。
荧光灯，特别是冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)，由于具有高发光效率且灯管寿命较长，因此已被广泛地使用于各种电力有限且需要宽广照明的应用中，例如可携式计算机的显示器及液晶监视器(LCDmonitor)的背光系统。此种荧光灯是由换流器(inverter)所驱动。
公知冷阴极荧光灯的驱动系统是提供连续的驱动信号。当需要改变显示器的亮度时，可改变灯电流波形的振幅，藉以改变灯电流大小，而达到亮度调整的目的。此种调光模式称为连续模式。另一种调光的方式，称为脉冲模式(burst mode)。脉冲调变(burst mode)技术，其是以某一特定的频率，一般为100Hz以上，在开启与关闭之间周期性地切换驱动信号，亦即，将灯电流切换在操作电流值与零电流之间。在此种模式中，为达到亮度调整的目的，可改变驱动信号的脉冲占空度(burst duty cycle)。当脉冲占空度为100％时，灯管亮度达到最亮，而当责任周期越小时，亮度越暗。
此外，为了维持LCD显示器的亮度及冷阴极荧光灯的寿命，流经冷阴极荧光灯的电流值，较佳应维持在一固定值。因此，冷阴极荧光灯管的驱动系统中，通常均设有可准确监控灯电流的反馈电路，以确保灯管电流稳定性。
图1A显示公知全桥(full-bridge)结构的换流器电路10。前述的反馈电路及两种不同的调光模式均可适用于此种结构的驱动系统中。然而，全桥结构的换流器电路较为复杂，因而制造成本较高。
图1B显示公知半桥(half-bridge)结构的换流器电路12。半桥结构的换流器电路一般是采用固定频率及PWM占空度调变的方式，以达到反馈控制的目的。虽然此种电路结构较为简单，但其不适用于输入电压变动太大的应用。因为当占空度非为接近50％时，其会有输出波形的正、负半周不对称的问题。
图1C显示公知推挽结构的换流器电路14。由于推挽架构的换流器为固定频率及固定PWM占空度，因此其仅适用于定电压输入及脉冲模式的调光控制的应用。在非采用固定PWM占空度的应用中，会导致效率下降、温度升高及波形不对称的现象。
有鉴于上述的缺点，本发明的目的在于提供一种荧光灯的驱动系统，其具有可调节灯电流的频率控制电路，可达到良好的输入电压(line)和输出电流(load)的调节性，因此可应用于全电压输入。
本发明的另一目的在于提供一种荧光灯的驱动系统，其在任何输入及输出的变动下，均具有固定的PWM占空度，不会产生输出波形正、负半周不对称的问题。
本发明的又一目的在于提供一种荧光灯的驱动系统，其可同时适用于连续模式及脉冲模式的调光控制方式。
本发明的再一目的在于提供一种荧光灯的驱动系统，可同时应用于半桥结构、推挽结构及全桥结构的换流器电路。
为达到上述目的，根据本发明荧光灯的驱动系统包含一换流器电路，包括一变压器，具有主线圈及副线圈，该副线圈电性耦接至该荧光灯，该换流器电路又包括一开关晶体管电路，其电性耦接至该主线圈，该换流器电路可将一直流输入信号转换为一交流输出信号；一反馈电路，电性耦接至该荧光灯，依据该荧光灯的电流值产生一反馈信号；及一频率控制电路，电性耦接于该换流器电路与该反馈电路之间；由此，当灯管电流超过一参考值时，反馈电路产生一反馈信号，使频率控制电路升高PWM频率，因而使输出电流降低，而达到调节荧光灯电流的目的。
根据本发明的另一种荧光灯的驱动系统中，其主要结构大致上与前述的结构相同，然而，其频率控制电路是设计成，当灯电流超过一参考值时，反馈电路产生一反馈信号，使频率控制电路降低PWM频率，因而使输出电流降低，而达到调节荧光灯电流的目的。根据本发明的荧光灯的驱动系统，在半桥结构及推挽结构的换流器的应用下，将可达到良好的输入电压和输出电流的调节性，而且不会产生输出波形不对称的问题，并可同时适用于连续模式及脉冲模式的调光控制方式。
图1A为公知全桥结构的换流器电路图1B为公知半桥结构的换流器电路图；图1C为公知推挽结构的换流器电路图；图2为本发明荧光灯的驱动系统的方块图；图3为L-C串联谐振的频率-相位及频率-阻抗关系图；及图4为本发明荧光灯管的驱动系统的一较佳具体例的电路图。
图2显示本发明荧光灯的驱动系统的方块图。如图所示，本发明的荧光灯管的驱动系统20是可用于驱动一灯管22，其包含一换流器电路201、一反馈电路202、及一频率控制电路203。一直流电源24供应直流电源信号至换流器电路201，并经由换流器电路201转换成交流电源，供应至灯管22。反馈电路202电性耦接至灯管22的一端，以取得并监视灯管22的电流，而依据电流值的大小输出一反馈信号至频率控制电路203。根据此一控制信号，频率控制电路203可产生新的频率，进而得到校正的灯电流值，达到反馈的目的。选择性地，本发明的系统中也可增设一换流器驱动电路204，用于增加换流器电路201的驱动能力。当需要改变显示器的亮度时，可经由调光控制器26输入调光控制信号至频率控制电路，经由频率调变的方式，达到灯亮度(电流)调整的目的。
图3所显示的曲线A及曲线B分别为由换流器的变压器的主线圈侧朝灯管方向看入的等效阻抗值及其相位对共振频率的关系。由图中可知，当相位趋近于0时，曲线B的点P′，阻抗值为最低，曲线A的点P。在此例中，阻抗最低点P所对应的频率值约等于55.650KHz。点P亦为阻抗对频率关系的分界点。亦即，在共振频率高于此点P的频率的情况下，点P的右侧，频率上升会使阻抗上升；相反地，在共振频率低于此点P的频率的情况下，点P的左侧，频率上升会使阻抗下降。
因此，根据上述原理，为了得到负反馈的特性，本发明的频率控制电路203的设计，是选择共振频率点P的右侧作为频率的操作范围。当灯电流增加时，反馈电路202发出反馈信号至频率控制电路203，控制PWM频率增加，因此使阻抗变大，进而降低输出电流。
图4显示本发明的一较佳具体例的电路图。在此具体例中，换流器电路201是由一变压器T1、一对晶体管Q1与Q2及电容C1组成一半桥结构的换流器。变压器T1为一升压变压器，其主线圈耦接至晶体管Q1与Q2及电容C1所形成的半桥结构电路，而副线圈则耦接至灯管22。图4中，晶体管Q1与Q2为NMOS场效晶体管，但也可使用其他的晶体管取代之。并且，换流器电路201并不限定于半桥结构的换流器，亦可使用推挽(push-pull)结构、全桥结构或其他结构的换流器。选择性地，可增设一电容C2并联连接于变压器T1的副线圈，用以调整谐振曲线。此外，由于本发明的荧光灯的驱动系统20可能应用于各种不同厂牌、不同设计的LCD背光面板中，电容C2的设置，也可降低因不同面板特性的变化对谐振曲线所造成的影响。反馈电路202主要包含一取样电阻Rs及一比较器210。取样电阻Rs是用以将流经灯管22的电流值转换为与电流成正比的电压值Vs。此电压值Vs被馈入比较器210的非反相输入端，以与一馈入比较器210的反相输入端的参考电压Vref进行比较。因此，当灯管电流变大时，会导致电压值Vs增加，使电压值Vs高于参考电压Vref，因此比较器210输出一高电压信号至频率控制电路203。频率控制电路203主要包含一频率控制器220、并联配置的电阻R1及R2、及一晶体管Q3耦接至电阻R1。在此具体例中，频率控制器220是采用TL494。也可使用其他具有频率控制功能的IC来取代TL494。电阻R1及R2连接至TL494的RT接脚。晶体管Q3的基极耦接至回授电路202的比较器210的输出端。当反馈电路202输出一高电压至频率控制电路203时，晶体管Q2被导通，使电流流过电阻R1，因此连接至接脚RT的等效电阻变小。当连接至接脚RT的等效电阻变小时，TL494的电路可控制频率增加，并分别经输出至换流器驱动电路204。换流器驱动电路204又包含二驱动电路204a及204b，分别连接至晶体管Q1及Q2，以增强换流器电路201的驱动能力。
或者，本发明的频率控制电路203也可采用另一种设计方式，将频率的操作范围控制在图3中点P的左侧。当灯电流增加时，反馈电路202发出反馈信号至频率控制电路203，控制PWM频率降低，因此使阻抗变大，进而降低输出电流。本领域的技术人员可依据前述图4的较佳具体例的电路结构进行部分变化修改，即可达成此种反馈控制的目的。
当需要调整荧光灯22的亮度时，可输入调光控制信号至频率控制器220的亮度调整接脚BRI，经由频率调变的方式，达到灯亮度(电流)调整的目的。不同于公知的半桥结构及推挽结构的换流器电路，本发明的荧光灯驱动系统20可同时适用于连续模式及脉冲模式的调光控制方式。再者，由于本发明中PWM占空度为固定，不会产生输出波形不对称的问题。并且，依据本发明技术的灯驱动系统，可适用于高输入电压，127V至400V，并允许范围大的输入电压，例如笔记型计算机换流器或LCD监视器换流器的输入电压范围的应用。
综上所述，虽然本发明已配合较佳具体例及附图揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变化与修改，因此本发明的保护范围当以权利要求范围界定。
权利要求
1.一种荧光灯的驱动系统，包含一换流器电路，包括一变压器，具有主线圈及副线圈，该副线圈电性耦接至该荧光灯管，该换流器电路又包括一开关晶体管电路，其电性耦接至该主线圈，该换流器电路可将一直流输入信号转换为一交流输出信号；一反馈电路，电性耦接至该荧光灯，依据该荧光灯的电流值产生一反馈信号；及一频率控制电路，电性耦接于该换流器电路与该反馈电路之间，其可依据该反馈信号而控制该换流器电路的振荡频率，由此调节该荧光灯的电流值。
2.如权利要求1的荧光灯的驱动系统，其还包含一换流器驱动电路，电性耦接于该换流器电路与频率控制电路之间，用以增强该换流器电路的驱动能力。
3.如权利要求1的荧光灯的驱动系统，其中，该换流器电路的该开关晶体管电路包含二个开关晶体管，连接成半桥式结构。
4.如权利要求1的荧光灯的驱动系统，其中，该换流器电路的该开关晶体管电路包含二个开关晶体管，连接成推挽式结构。
5.如权利要求1的荧光灯的驱动系统，其中，该换流器电路的该开关晶体管电路包含四个开关晶体管，连接成全桥式结构。
6.如权利要求1的荧光灯的驱动系统，其还包含一调光控制器，电性耦接至该频率控制电路。
7.如权利要求6的荧光灯的驱动系统，其中，该调光控制器为一连续模式的调光控制器。
8.如权利要求6的荧光灯的驱动系统，其中，该调光控制器为一脉冲模式的调光控制器。
9.如权利要求1的荧光灯的驱动系统，其中，该反馈电路包含一取样电阻，用以取得该荧光灯的电流波形，并转换为成等比的电压值，及一比较器，用于比较该电压值及一参考电压值，并依据比较结果选择性地输出一高电压信号。
10.如权利要求1的荧光灯的驱动系统，其还包含一电容并联连接至该变压器的副线圈。
11.一种荧光灯系统，包含一荧光灯；一换流器电路，可将一直流输入信号转换为一交流输出信号，以供应电源至该荧光灯；一反馈电路，电性耦接至该荧光灯，依据该荧光灯的电流值产生一反馈信号；及一频率控制电路，电性耦接于该换流器电路与该反馈电路之间，其可依据该反馈信号而控制该换流器电路的震荡频率，由此调节该荧光灯的电流值。
12.如权利要求11的荧光灯系统，其还包含一换流器驱动电路，电性耦接于该换流器电路与频率控制电路之间，用以增强该换流器电路的驱动能力。
13.如权利要求11的荧光灯系统，其中，该换流器电路包含二个开关晶体管，连接成半桥式结构。
14.如权利要求11的荧光灯系统，其中，该换流器电路包含二个开关晶体管，连接成推挽式结构。
15.如权利要求11的荧光灯系统，其中，该换流器电路包含四个开关晶体管，连接成全桥式结构。
16.如权利要求11的荧光灯系统，其还包含一调光控制器，电性耦接至该频率控制电路。
17.如权利要求16的荧光灯系统，其中，该调光控制器为一连续模式的调光控制器。
18.如权利要求16的荧光灯系统，其中，该调光控制器为一脉冲模式的调光控制器。
19.如权利要求11的荧光灯系统，其还包含一电容并联连接至该变压器电路的输出端。
全文摘要
荧光灯的驱动系统,包含:一换流器电路,可将一直流输入信号转换为一交流输出信号;一反馈电路,可依据该荧光灯的电流值产生一反馈信号;及一频率控制电路,可控制换流器的频率,达到调节荧光灯电流的目的。由此,在半桥结构及推挽结构的换流器的应用下,可获得良好的输入电压和输出电流的调节性、避免产生输出波形不对称的问题、并且可同时适用于连续模式及脉冲模式的调光控制方式。
文档编号H05B41/392GK1387394SQ01119199
公开日2002年12月25日 申请日期2001年5月22日 优先权日2001年5月22日
发明者范姜哲辰, 江怡诏 申请人:国碁电子股份有限公司