專利名稱：用于非線性負(fù)載的高效率轉(zhuǎn)換器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流/交流功率轉(zhuǎn)換器電路。更具體的說，本實(shí)用新型提供了一種高效控制器電路，該控制器電路采用一種零電壓切換技術(shù)來調(diào)整輸送至負(fù)載的功率。本實(shí)用新型一般用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)冷陰極熒光燈(CCFL)的電路，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以得知，本實(shí)用新型可以用于任何要求高效率及精確功率控制的負(fù)載。
背景技術(shù)：
圖1所示為一種傳統(tǒng)CCFL電源系統(tǒng)10。該系統(tǒng)大體包括一個(gè)電源12、一個(gè)CCFL驅(qū)動(dòng)電路16、一個(gè)控制器14、一個(gè)反饋環(huán)路18，和一個(gè)或多個(gè)LCD屏20中的CCFL。電源12向電路16提供一個(gè)直流電壓，并通過晶體管Q3被控制器14所控制。電路16為一個(gè)自諧振電路，譬如羅伊電路(Royer circuit)。實(shí)際上，電路16為一個(gè)自振蕩直流/交流轉(zhuǎn)換器，其諧振頻率由L1和C1決定，N1至N4表示變壓器線圈及線圈的匝數(shù)。在工作中，晶體管Q1和Q2交替地導(dǎo)通并分別切換線圈N1和N2上的輸入電壓。若Q1導(dǎo)通，則輸入電壓置于線圈N1上。具有相對(duì)極性的電壓將置于其它的線圈上。N4中的感應(yīng)電壓使得Q2的基極為正，且Q1由集電極和發(fā)射極間的很小的電壓降而導(dǎo)通。N4的感應(yīng)電壓也使Q2保持在截止?fàn)顟B(tài)。Q1導(dǎo)通，直到TX1鐵心中的磁通達(dá)到飽和為止。
飽和時(shí)，Q1的集電極電壓快速上升(達(dá)到一個(gè)由基極電路所決定的值)，且變壓器中的感應(yīng)電壓快速下降。Q1由飽和趨向不飽和，且VCE上升，導(dǎo)致N1上的電壓進(jìn)一步下降?；鶚O驅(qū)動(dòng)中的損失導(dǎo)致Q1截止，其隨后又引起鐵心中的磁通略微下降，并于N4中感應(yīng)產(chǎn)生一電流從而使Q2導(dǎo)通。N4中的感應(yīng)電壓使Q1保持在飽和導(dǎo)通狀態(tài)直到鐵心在相反方向飽和，接著產(chǎn)生一個(gè)類似的逆過程，從而完成切換循環(huán)。
盡管逆變器電路16由比較少的元件構(gòu)成，但要其正常工作必須取決于晶體管及變壓器的復(fù)雜的非線性的相互作用。另外，C1，Q1及Q2的變化(通常為35％公差)將使得電路16不適用于并聯(lián)變壓器配置，因?yàn)殡娐?6的任何復(fù)制都會(huì)產(chǎn)生額外的不希望的工作頻率，該頻率可能在某些諧波處諧振。當(dāng)應(yīng)用于CCFL負(fù)載時(shí)，此電路會(huì)在CCFL中產(chǎn)生明顯的不希望的“拍動(dòng)”效應(yīng)。即便公差幾乎匹配，但因?yàn)殡娐?6工作于自諧振模式，所以拍動(dòng)效應(yīng)并不能消除，因?yàn)殡娐返娜魏螐?fù)制都將會(huì)有其本身特有的工作頻率。
在美國專利5,430,641、5,619,402、5,615,093、5,818,172中可找到一些其它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。這些發(fā)明具有效率低、兩步功率轉(zhuǎn)換、變頻操作和/或與負(fù)載有相關(guān)性的缺點(diǎn)。另外，當(dāng)負(fù)載包括CCFL及組件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生影響CCFL本身的阻抗的寄生電容。為了有效設(shè)計(jì)一種能正常工作的電路，設(shè)計(jì)該電路時(shí)必須考慮到用于驅(qū)動(dòng)CCFL負(fù)載的寄生阻抗。但是這樣的設(shè)計(jì)不僅費(fèi)時(shí)、昂貴，而且也很難得到一個(gè)能處理不同負(fù)載的最佳轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。因此需要克服這些缺點(diǎn)并提供一種電路解決方案，該電路具有效率高、可靠的CCFL點(diǎn)亮、與負(fù)載無關(guān)的功率調(diào)整及單一頻率功率轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)。
因此，本實(shí)用新型提供了一種用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載的最佳系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)了各種LCD屏負(fù)載的最佳工作，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。
實(shí)用新型內(nèi)容廣義地說，本實(shí)用新型提供了一種直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，用來可控制地將功率傳送至負(fù)載，其包括一個(gè)輸入電壓；與該電壓選擇性相連的第一多個(gè)重疊開關(guān)和第二多個(gè)重疊開關(guān)，該第一多個(gè)重疊開關(guān)定義第一導(dǎo)通路徑，該第二多個(gè)重疊開關(guān)定義第二導(dǎo)通路徑。一個(gè)用來產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)的脈沖發(fā)生器。一個(gè)接收該脈沖信號(hào)并控制該第一和第二多個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)電路。一個(gè)具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器，該初級(jí)線圈以交替方式選擇性地通過第一導(dǎo)通路徑或者第二導(dǎo)通路徑連接至該電壓。一個(gè)與變壓器的次級(jí)線圈相連的負(fù)載。一個(gè)在負(fù)載和驅(qū)動(dòng)電路之間的反饋環(huán)路，該反饋電路提供表示供給負(fù)載的功率的反饋信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)電路使第一及第二多個(gè)開關(guān)處于交替導(dǎo)通狀態(tài)，且輪換第一多個(gè)開關(guān)中的開關(guān)的重疊時(shí)間和第二多個(gè)開關(guān)中的開關(guān)重疊時(shí)間，從而至少部分的基于反饋信號(hào)和脈沖信號(hào)將電壓連接至初級(jí)線圈。
該驅(qū)動(dòng)電路能由脈沖信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)第一互補(bǔ)脈沖信號(hào)和一個(gè)斜波信號(hào)。該脈沖信號(hào)提供給該第一多個(gè)開關(guān)的第一個(gè)開關(guān)，從而控制其導(dǎo)通狀態(tài)，該斜波信號(hào)至少與該反饋信號(hào)相比較從而產(chǎn)生一個(gè)第二脈沖信號(hào)，其中一個(gè)可控制導(dǎo)通重疊狀態(tài)存在于第一多個(gè)開關(guān)的第一開關(guān)和第二開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)之間。該第二脈沖信號(hào)提供給第一多個(gè)開關(guān)的第二個(gè)開關(guān)并控制其導(dǎo)通狀態(tài)。該驅(qū)動(dòng)電路還根據(jù)該第二脈沖信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)第二互補(bǔ)脈沖信號(hào)，其中第一和第二互補(bǔ)脈沖信號(hào)分別控制第二多個(gè)開關(guān)的第一和第二開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。同樣地，一個(gè)可控制導(dǎo)通重疊狀態(tài)也存在于第二多個(gè)開關(guān)的第一與第二開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)之間。
在第一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型提供了一個(gè)用來傳送功率給一個(gè)CCFL負(fù)載的轉(zhuǎn)換器電路，其包括一個(gè)電壓，一個(gè)具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器，分別定義電壓和初級(jí)線圈之間第一和第二導(dǎo)通路徑的第一對(duì)開關(guān)和第二對(duì)開關(guān)，一個(gè)與次級(jí)線圈相連的CCFL負(fù)載電路，一個(gè)產(chǎn)生脈沖信號(hào)的脈沖發(fā)生器，一個(gè)與該負(fù)載相連且產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)的反饋電路，一個(gè)接收該脈沖信號(hào)和反饋信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路，且該驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)該脈沖信號(hào)和反饋信號(hào)連接第一對(duì)開關(guān)至電壓和初級(jí)線圈，從而傳送功率給該CCFL負(fù)載。
另外，第一實(shí)施例還提供了一個(gè)產(chǎn)生具有預(yù)先設(shè)定頻率的脈沖信號(hào)的脈沖發(fā)生器。該驅(qū)動(dòng)電路包括第一、第二、第三及第四驅(qū)動(dòng)電路；該第一對(duì)開關(guān)包括第一和第二晶體管；第二對(duì)開關(guān)包括第三和第四晶體管。該第一、第二、第三及第四驅(qū)動(dòng)電路分別連接至第一、第二、第三及第四晶體管的控制線。該脈沖信號(hào)提供給該第一驅(qū)動(dòng)電路，使得第一晶體管根據(jù)該脈沖信號(hào)導(dǎo)通或截止。第三驅(qū)動(dòng)電路基于該脈沖信號(hào)產(chǎn)生第一互補(bǔ)脈沖信號(hào)和一個(gè)斜波信號(hào)，并將該第一互補(bǔ)脈沖信號(hào)提供給該第三晶體管，使得第三晶體管根據(jù)該第一互補(bǔ)脈沖信號(hào)而導(dǎo)通或截止。將該斜波信號(hào)與反饋信號(hào)相比較，來產(chǎn)生第二脈沖信號(hào)。該第二脈沖信號(hào)提供給第二驅(qū)動(dòng)電路，使得該第二晶體管根據(jù)該第二脈沖信號(hào)導(dǎo)通或截止。第四驅(qū)動(dòng)電路基于第二脈沖信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)第二互補(bǔ)脈沖信號(hào)，并將該第二互補(bǔ)脈沖信號(hào)提供給第四晶體管，使得第四晶體管依據(jù)該第二互補(bǔ)脈沖信號(hào)導(dǎo)通或截止。在本實(shí)用新型中，第一、第二晶體管同時(shí)導(dǎo)通以及第三、第四晶體管同時(shí)導(dǎo)通控制了傳送至負(fù)載的功率總量。該脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)由一個(gè)可控制量控制而相重疊，從而沿著第一導(dǎo)通路徑輸送功率給負(fù)載。因?yàn)榈谝缓偷诙パa(bǔ)脈沖信號(hào)分別由脈沖信號(hào)和第二脈沖信號(hào)產(chǎn)生，所以產(chǎn)生的第一及第二互補(bǔ)脈沖信號(hào)也由一個(gè)可控制量控制而相重疊，功率沿第二導(dǎo)通路徑，并按照第一和第二導(dǎo)通路徑之間交替的方式傳送給負(fù)載。
另外，該脈沖信號(hào)和第一互補(bǔ)脈沖信號(hào)間的相位差約為180度，且該第二脈沖信號(hào)和第二互補(bǔ)信號(hào)相差也大約為180度，從而避免了第一及第二導(dǎo)通路徑間的短路狀態(tài)。
除了第一實(shí)施例中提供的轉(zhuǎn)換器電路外，第二實(shí)施例包括一個(gè)與該第二脈沖信號(hào)相連接的觸發(fā)器電路，只有當(dāng)?shù)谌w管切換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，該觸發(fā)器電路才能觸發(fā)該第二脈沖信號(hào)為第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)。另外，第二實(shí)施例包括一鎖相環(huán)(PLL)電路，該電路有一個(gè)來自初級(jí)線圈的第一輸入信號(hào)和采用所述反饋信號(hào)的第二輸入信號(hào)。PLL電路比較這兩個(gè)信號(hào)間的相差，并向脈沖發(fā)生器提供一個(gè)控制信號(hào)，從而基于第一及第二輸入端間的相差控制該脈沖信號(hào)的脈寬。
在這兩個(gè)實(shí)施例中，較佳電路都包括帶一個(gè)第一比較器的反饋控制環(huán)路，該第一比較器用來比較參考信號(hào)與反饋信號(hào)從而產(chǎn)生一個(gè)第一輸出信號(hào)。該反饋控制環(huán)路還提供了一個(gè)第二比較器，該第二比較器用來比較該第一輸出信號(hào)與斜波信號(hào)，并基于第一輸出信號(hào)及斜波信號(hào)的交點(diǎn)產(chǎn)生該第二脈沖信號(hào)。該反饋電路最好再包括一個(gè)電流檢測(cè)電路和一個(gè)位于第一和第二比較器之間的開關(guān)電路，其中該電流檢測(cè)電路接收反饋信號(hào)并產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，該開關(guān)電路接收該觸發(fā)器信號(hào)，并基于該觸發(fā)器信號(hào)的值，產(chǎn)生一個(gè)第一輸出信號(hào)或預(yù)先設(shè)定的最小信號(hào)。該參考信號(hào)可以包括例如，一個(gè)表示傳送至所述負(fù)載的期望功率的人工產(chǎn)生的信號(hào)。該預(yù)先設(shè)定的最小電壓信號(hào)可以包括一個(gè)供給開關(guān)的已編程的最小電壓，使得負(fù)載上不會(huì)出現(xiàn)過電壓狀態(tài)。
同樣地，這里所述的兩個(gè)實(shí)施例中，均可提供一個(gè)過電流保護(hù)電路，該電路接收反饋信號(hào)并基于該反饋信號(hào)的值控制脈沖發(fā)生器；還可以提供一個(gè)過電壓保護(hù)電路，該過壓保護(hù)電路用來接收負(fù)載上的電壓信號(hào)和第一輸出信號(hào)，并比較該負(fù)載的電壓信號(hào)與第一輸出信號(hào)，從而基于負(fù)載上的電壓信號(hào)值來控制脈沖發(fā)生器。


圖1所示為一種傳統(tǒng)直流/交流轉(zhuǎn)換器電路；圖2所示為本實(shí)用新型的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路的一個(gè)較佳實(shí)施例；圖2a-2f所示為圖2中電路的典型時(shí)序圖；圖3所示為本實(shí)用新型的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路的另一個(gè)較佳實(shí)施例；
圖3a-3f所示為圖3中電路的典型時(shí)序圖；和圖4a-4f所示為圖2和圖3所示電路的仿真圖。
具體實(shí)施方式
盡管不希望被實(shí)例所限定，但以下的詳細(xì)說明將參考CCFL屏作為本實(shí)用新型電路的負(fù)載加以描述。但是顯然，本實(shí)用新型并不限于僅驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)CCFL，相反，本實(shí)用新型應(yīng)廣泛地理解為一種不受用于特定應(yīng)用的特定負(fù)載限制的功率轉(zhuǎn)換器電路。
總而言之，本實(shí)用新型提供了一種利用反饋信號(hào)和脈沖信號(hào)來調(diào)整兩對(duì)開關(guān)的閉合時(shí)間(ON time)，從而可控制地將功率傳送至負(fù)載的電路。當(dāng)一對(duì)開關(guān)被可控制的閉合，使得其閉合時(shí)間重疊，功率就沿著由該對(duì)開關(guān)所定義的導(dǎo)通路徑(通過一變壓器)被傳送至負(fù)載。同樣，當(dāng)另一對(duì)開關(guān)被可控制地閉合而使得其閉合時(shí)間重疊時(shí)，功率沿著該另一對(duì)開關(guān)所定義的導(dǎo)通路徑(通過一變壓器)被傳送至負(fù)載。因此，通過選擇性的閉合開關(guān)和控制開關(guān)間的重疊閉合時(shí)間，本實(shí)用新型可以精確地控制傳送給一個(gè)給定負(fù)載的功率。另外，本實(shí)用新型還包括過電流及過電壓保護(hù)電路，當(dāng)電路處在短路或開路狀態(tài)下，能中止對(duì)負(fù)載的功率傳送。而且，此處所述的控制開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得電路的工作不受負(fù)載限制，并工作于一個(gè)不受變壓器配置的諧振效應(yīng)影響的單一工作頻率，這些特性參考附圖在以下加以討論。
圖2所示的電路框圖為本實(shí)用新型的相移、全橋、零電壓切換功率轉(zhuǎn)換器的較佳實(shí)施例。通常，圖2所示的電路包括一個(gè)電源12；多個(gè)開關(guān)80，所述開關(guān)定義交替導(dǎo)通路徑且排列為對(duì)角線形式的開關(guān)對(duì)；用來驅(qū)動(dòng)每個(gè)開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路50；一個(gè)產(chǎn)生方波脈沖給驅(qū)動(dòng)電路50的掃頻器22；一個(gè)變壓器TX1(具有由TX1的初級(jí)線圈和C1所定義的相關(guān)諧振電路)；和一個(gè)負(fù)載。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于它還包括了一個(gè)重疊反饋控制環(huán)路40，其控制至少每一對(duì)開關(guān)的閉合時(shí)間，由此允許可控制的功率傳送至負(fù)載。
電源12被供給該系統(tǒng)。開始時(shí)，該電源產(chǎn)生一個(gè)偏壓/參考信號(hào)30給控制電路(在控制環(huán)路40中)。較佳的情況是由一個(gè)掃頻器22產(chǎn)生一個(gè)50％占空比的脈沖信號(hào)，以一較高頻率開始并以一預(yù)先設(shè)定的速率和預(yù)先設(shè)定的順序向下掃頻(例如一個(gè)具有可變脈沖寬度的方波信號(hào))。掃頻器22最好為一種本領(lǐng)域已知的可編程頻率產(chǎn)生器。脈沖信號(hào)90(來自掃頻器22)提供給驅(qū)動(dòng)電路B(B_Drive)(該驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)開關(guān)B(Switch_B)，即控制開關(guān)B(Switch_B)的柵極)，并送至驅(qū)動(dòng)電路A(A_Drive)，該驅(qū)動(dòng)電路A產(chǎn)生互補(bǔ)脈沖信號(hào)92和斜波信號(hào)26。如下所述，該互補(bǔ)脈沖信號(hào)92與脈沖信號(hào)90相差約為180度，斜波信號(hào)26與脈沖信號(hào)相差約90度。斜波信號(hào)最好為如圖所示的鋸齒信號(hào)。該斜波信號(hào)26通過比較器28與誤差放大器32的輸出信號(hào)24(這里稱作CMP)相比較，從而產(chǎn)生信號(hào)94。比較器28的輸出信號(hào)94同樣為一個(gè)占空比為50％的傳送至驅(qū)動(dòng)電路C(C_Drive)的脈沖信號(hào)，該信號(hào)初始化開關(guān)C(Switch_C)的導(dǎo)通，隨后又判定開關(guān)B(Switch_B)和開關(guān)C(Switch_C)以及開關(guān)A(Switch_A)和開關(guān)D(Switch_D)之間的重疊量。其互補(bǔ)信號(hào)(相差約180度)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路D(D_Drive)提供給開關(guān)D(Switch_D)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知道驅(qū)動(dòng)電路A(A_Drive)到驅(qū)動(dòng)電路D(D_Drive)分別連接至開關(guān)A(Switcn_A)到開關(guān)D(Switch_D)的控制線(例如柵極)，正如這里所述的允許每個(gè)開關(guān)能夠可控制地導(dǎo)通。通過調(diào)整在開關(guān)B、C和A、D間的重疊量，就完成了燈電流調(diào)節(jié)。換句話說，是所述每對(duì)開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的重疊量決定了在轉(zhuǎn)換器中使用的功率總量。因此，開關(guān)B、C和開關(guān)A、D在此被稱為重疊開關(guān)。
盡管不希望被此實(shí)施例中的例子所局限，但驅(qū)動(dòng)電路B(B_Drive)最好由圖騰柱電路、一般低阻抗運(yùn)算放大器電路、或射極追隨器電路構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電路C(C_Drive)也采用同樣的結(jié)構(gòu)。因?yàn)轵?qū)動(dòng)電路A(A_Drive)及驅(qū)動(dòng)電路D(D_Drive)并未直接接地(即為浮動(dòng))，所以這兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電路最好由開機(jī)電路(boot_strap circuit)或本領(lǐng)域中已知的其它高側(cè)(high-side)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。另外，如上所述，驅(qū)動(dòng)電路A(A_Drive)和驅(qū)動(dòng)電路D(D_Drive)包括一個(gè)逆變器，以分別反向來自驅(qū)動(dòng)電路B(B_Drive)和驅(qū)動(dòng)電路C(C_Drive)的信號(hào)(例如相位)。
高效工作是由零電壓切換技術(shù)完成的。四個(gè)MOSFET(Switch_A至Switch_D)80在其本征二極管(D1-D4)導(dǎo)通后導(dǎo)通，其提供了變壓器/電容器(TX1/C1)配置中的功率的電流流動(dòng)路徑，因此保證這些開關(guān)導(dǎo)通時(shí)在它們兩端的電壓為零。通過該受控制的工作，使切換損失為最小而且維持高效率。
重疊開關(guān)80的較佳切換工作請(qǐng)參照?qǐng)D2a-2f的時(shí)序圖。開關(guān)C在開關(guān)B及C均導(dǎo)通的某時(shí)段斷開(圖2f)。斷開開關(guān)C后，諧振電路中流動(dòng)的電流(參考圖2)流經(jīng)開關(guān)D中的二極管D4(圖2e圖)、變壓器的初級(jí)線圈、C1及開關(guān)B，從而使電容C1和變壓器的電壓和電流產(chǎn)生諧振，結(jié)果使開關(guān)B和C導(dǎo)通時(shí)傳送功率(圖2f)。值得注意的是必須出現(xiàn)上述狀態(tài)，因?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)線圈的電流方向的突變將違反法拉第定律。因此，開關(guān)C斷開時(shí)，必須有電流流經(jīng)D4。D4導(dǎo)通后，開關(guān)D被閉合。同樣，開關(guān)B斷開(圖2a)，開關(guān)A閉合前(圖2e)電流流向開關(guān)A的二極管D1。同樣，開關(guān)D斷開(圖2d)，電流由開關(guān)A流經(jīng)C1、變壓器初級(jí)線圈及二極管D3。D3導(dǎo)通后(圖2e)開關(guān)C被閉合。開關(guān)B于開關(guān)A斷開后閉合，這使得二極管D2于開關(guān)B閉合前首先被導(dǎo)通。值得注意的是呈對(duì)角線形的開關(guān)B、C和A、D的閉合時(shí)間的重疊決定傳送至變壓器的功率，如圖2f所示。
在此實(shí)施例中，圖2b所示為僅當(dāng)開關(guān)A閉合時(shí)產(chǎn)生斜波信號(hào)26。因此，產(chǎn)生該斜波信號(hào)26的驅(qū)動(dòng)電路A最好包括一個(gè)恒電流產(chǎn)生器電路(未示出)，其包括一個(gè)具有適當(dāng)時(shí)間常數(shù)的電容來產(chǎn)生斜波信號(hào)。為此目的，利用一參考電流(未示出)給該電容充電，且該電容被接地(例如通過一個(gè)晶體管開關(guān))，使其放電速率超出充電速率，從而產(chǎn)生一個(gè)鋸齒斜波信號(hào)26。當(dāng)然，如上所述，這也可以通過對(duì)脈沖信號(hào)90的積分來實(shí)現(xiàn)，因此，斜波信號(hào)26還可以用一個(gè)積分電路(例如運(yùn)算放大器和電容)來產(chǎn)生。
在點(diǎn)火期間，在兩個(gè)呈對(duì)角線形的開關(guān)之間(例如開關(guān)A、D和B、C間)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)先設(shè)定的最小重疊。從而由輸入提供一個(gè)最小功率給一個(gè)包括C1、電壓器、C2、C3的諧振電路和CCFL負(fù)載。值得注意的是，負(fù)載可以是電阻性的和/或電容性的。驅(qū)動(dòng)頻率開始于一個(gè)預(yù)先設(shè)定的較高頻率，直到其接近諧振電路和由變壓器的次級(jí)線圈表現(xiàn)的等效電路的諧振頻率。相當(dāng)多的功率傳送至CCFL負(fù)載。由于點(diǎn)火前的高阻抗特征，CCFL受到來自供給初級(jí)線圈的功率的高電壓的影響。此電壓足以點(diǎn)亮CCFL。CCFL阻抗降低至其正常的工作值(例如約100K歐姆至130K歐姆)，且基于最小重疊工作的供給初級(jí)線圈的功率不再足以維持CCFL的穩(wěn)態(tài)工作。誤差放大器32的輸出開始其調(diào)節(jié)功能，從而增加重疊量，即誤差放大器輸出的電平?jīng)Q定重疊量。例如參考圖2b、2c及圖2的反饋環(huán)路40，值得注意的是，當(dāng)斜波信號(hào)26(由驅(qū)動(dòng)電路A產(chǎn)生)等于比較器28確定的信號(hào)CMP24(由誤差放大器32所產(chǎn)生)的值時(shí)，開關(guān)C閉合，如圖2b中的交點(diǎn)36所示。為防止短路，開關(guān)A、B和C、D千萬不能同時(shí)閉合。通過控制CMP電平，開關(guān)A、D、及B、C間的重疊時(shí)間就可調(diào)節(jié)傳送至變壓器的功率。為了調(diào)節(jié)輸送至變壓器的功率(從而調(diào)節(jié)輸送至CCFL負(fù)載的功率)，通過控制誤差放大器的輸出CMP24，使得開關(guān)C、D相對(duì)于開關(guān)A、B作時(shí)移。由時(shí)序圖可以得到，若通過增加CMP的電平而使得來自比較器28的輸出且通過開關(guān)C和D的驅(qū)動(dòng)脈沖右移，則能實(shí)現(xiàn)開關(guān)A、D和B、C之間重疊量的增加，從而增加輸送至變壓器的功率。實(shí)際上，這就屬于燈管高電流工作狀態(tài)。相反，使開關(guān)C及D的驅(qū)動(dòng)脈沖左移(通過減小CMP信號(hào))就能降低所輸送的功率。
為此目的，誤差放大器32比較反饋信號(hào)FB與一個(gè)參考電壓REF。FB為流經(jīng)檢測(cè)電阻Rs的電流值估量，其表示經(jīng)由負(fù)載20的總電流。REF表示期望負(fù)載狀態(tài)，例如期望流經(jīng)該負(fù)載的電流信號(hào)。在正常工作期間，REF＝FB。然而，若負(fù)載狀態(tài)被有意地由一個(gè)LCD顯示屏的減光開關(guān)所補(bǔ)償，REF值會(huì)相應(yīng)地增加/降低。該被比較的值相應(yīng)地產(chǎn)生CMP。CMP值反應(yīng)負(fù)載狀態(tài)和/或一有意偏壓，并由REF及FB間的差值(即REF-FB)來實(shí)現(xiàn)。
為了防止在負(fù)載側(cè)的負(fù)載及電路處于開路狀態(tài)(例如在正常工作時(shí)的開路CCFL燈狀態(tài))，最好也將FB信號(hào)與一參考值(未示出，且與上述REF信號(hào)不同)在電流檢測(cè)比較器42中相比，其輸出如下所述定義開關(guān)28的狀態(tài)。該參考值可以是可編程的，和/或?yàn)橛脩糇远x的，并最好反應(yīng)出系統(tǒng)所允許的最小或最大電流(例如，可以額定用于個(gè)別元件，特別是用于CCFL負(fù)載)。若反饋FB信號(hào)和參考信號(hào)的值在允許范圍內(nèi)(正常工作)，則電流檢測(cè)比較器的輸出為1(或高電平)。這允許CMP流經(jīng)開關(guān)38，電路如此所述地工作，來傳送功率至負(fù)載。然而，若FB信號(hào)及參考信號(hào)的值在預(yù)先設(shè)定的范圍之外(開路或短路狀態(tài))，則電流檢測(cè)比較器之輸出為0(或低電平)，從而禁止CMP信號(hào)流經(jīng)開關(guān)38。(當(dāng)然，可以實(shí)現(xiàn)逆過程，其中開關(guān)在0狀態(tài)觸發(fā))。直到電流檢測(cè)比較器表示可允許流經(jīng)Rs的電流，才由開關(guān)38(未示出)提供最小電壓Vmin并將其提供給比較器28。相應(yīng)地，開關(guān)38包括用于當(dāng)檢測(cè)電流為0時(shí)，對(duì)Vmin的適當(dāng)?shù)目删幊屉妷哼x擇。再次參考圖2b，此工作的效果是使CMP直流值降低至額定值，或者最小值(即CMP＝Vmin)，使得在變壓器TX1上不會(huì)出現(xiàn)高電壓狀態(tài)。因此，交點(diǎn)36被向左移，從而降低了互補(bǔ)開關(guān)(記住在交點(diǎn)36處開關(guān)C為閉合)間的重疊量。同樣，當(dāng)檢測(cè)值為0時(shí)(或者其它表示開路狀態(tài)的預(yù)設(shè)值)，電流檢測(cè)比較器42被連接至頻率產(chǎn)生器22，來關(guān)閉產(chǎn)生器22。CMP被饋送至保護(hù)電路62。這是說當(dāng)CCFL在工作中被移去時(shí)(開路狀態(tài))，掃頻器22關(guān)閉。
為了防止電路出現(xiàn)過電壓狀態(tài)，本實(shí)施例最好包括一個(gè)保護(hù)電路60，以下給出其工作工作(電流檢測(cè)比較器42的過電流保護(hù)已在上述闡述過)。電路60包括一個(gè)保護(hù)比較器62，該保護(hù)比較器將信號(hào)CMP與一由負(fù)載20得到的電壓信號(hào)66相比較。最好是電壓信號(hào)66由如圖2所示的分壓電容C2及C3(與負(fù)載20并聯(lián))得到。在CCFL開路狀態(tài)下，掃頻器持續(xù)掃頻，直到OVP信號(hào)66到達(dá)到一個(gè)門限值。OVP信號(hào)66取自輸出的分壓電容C2及C3，從而檢測(cè)變壓器TX1輸出的電壓。為了簡(jiǎn)化分析，這些電容也代表等效負(fù)載電容的總電容。該門限值為一參考值，該保護(hù)電路60被設(shè)計(jì)成能確保變壓器次級(jí)線圈的電壓大于最小點(diǎn)火電壓(例如由LCD屏所需要的電壓)且小于變壓器的額定電壓。當(dāng)OVP66超出該門限值時(shí)，掃頻器停止掃頻。同時(shí)，電流檢測(cè)比較器42在檢測(cè)電阻Rs上檢測(cè)不到信號(hào)。因此，在開關(guān)模塊38的輸出，即24信號(hào)被設(shè)定為最小值，使得開關(guān)A、C和B、D間的重疊量為最小。一旦OVP超出臨限值時(shí)，最好立即啟動(dòng)計(jì)時(shí)器64，從而啟動(dòng)一串超時(shí)(time-out)序列。該超時(shí)序列的持續(xù)時(shí)間最好根據(jù)負(fù)載要求(例如LCD屏的CCFL)設(shè)計(jì)，但也可以設(shè)定為可編程的值。一旦計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束，驅(qū)動(dòng)脈沖為無效，從而提供轉(zhuǎn)換器電路的安全工作輸出。這就是說，電路60提供一個(gè)充足電壓來點(diǎn)亮燈管，但若該燈未與轉(zhuǎn)換器相連，則將于一段時(shí)間后被關(guān)閉，從而避免在輸出錯(cuò)誤高壓。該超時(shí)序列的持續(xù)時(shí)間是必需的，因?yàn)槲袋c(diǎn)亮的燈類似于CCFL開路狀態(tài)。
圖3和3a-3f所示為本實(shí)用新型的直流/交流電路的另一較佳實(shí)施例。在此實(shí)施例中，該電路以類似于圖2和2a-2f所示的方式工作，然而，此實(shí)施例還包括一個(gè)用來控制掃頻器22的鎖相環(huán)電路(PLL)70，和一個(gè)計(jì)時(shí)輸入信號(hào)給C驅(qū)動(dòng)電路的觸發(fā)器電路72。如時(shí)序圖所示，若通過增加CMP的電平，使開關(guān)C和D的50％占空比的驅(qū)動(dòng)脈沖右移，就能實(shí)現(xiàn)開關(guān)A、D和B、C間重疊量的增加，從而增加了輸送至變壓器的功率。實(shí)際上，這就屬于燈管高電流工作狀態(tài)(如上所述，可以通過人為增加REF電壓來實(shí)現(xiàn))。相反，將開關(guān)C和D的驅(qū)動(dòng)脈沖左移(通過減小CMP信號(hào))，則減少了所傳送的功率。鎖相環(huán)電路70在正常工作期間保持反饋電流(經(jīng)Rs)和諧振電路電流(經(jīng)TX1/C1)間的相位關(guān)系，如圖3所示。PLL電路70最好包括來自諧振電路(C1和TX1初級(jí)線圈)的輸入信號(hào)98和Rs上的反饋信號(hào)(上述的FB信號(hào))。一旦CCFL被點(diǎn)亮且Rs檢測(cè)到CCFL中的電流，PLL 70電路就被激活，該電路鎖定CCFL燈管電流和一次諧振電路(C1和變壓器初級(jí)線圈)中的電流間的相位。這就是說，PLL用來調(diào)整掃頻器22的頻率，因?yàn)槿鐪囟茸饔谩C(jī)械配置的寄生變化會(huì)影響掃頻器的頻率，該機(jī)械配置例如轉(zhuǎn)換器及LCD屏間的接線和影響電容值及電感值的燈與LCD屏金屬架間的距離。該系統(tǒng)最好保持諧振電路與流經(jīng)Rs(負(fù)載電流)的電流間的相差為180度。因此，不管特定的負(fù)載狀況和/或諧振電路的工作頻率，該系統(tǒng)能找到一最佳工作點(diǎn)。
圖3所示的反饋環(huán)的工作類似于上述圖2中的說明。然而，如圖3b所示，此實(shí)施例通過觸發(fā)器72對(duì)經(jīng)由C驅(qū)動(dòng)電路的初始信號(hào)的輸出計(jì)時(shí)。例如，在正常工作時(shí)，誤差放大器32的輸出經(jīng)控制開關(guān)模塊38(如上所述)被反饋，得到信號(hào)24。通過比較器28和觸發(fā)器72得到開關(guān)A、D和B、C間的一定的重疊量，該觸發(fā)器72驅(qū)動(dòng)開關(guān)C和D(記住D驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生C驅(qū)動(dòng)電路的互補(bǔ)信號(hào))。這為CCFL(屏)負(fù)載提供了穩(wěn)態(tài)工作?？紤]在正常工作時(shí)移去CCFL(屏)，CMP被升高至誤差放大器輸出的邊界值(rail of output)并立即觸發(fā)保護(hù)電路。此功能在點(diǎn)亮燈管時(shí)被禁止。
參照?qǐng)D3a-3f，在本實(shí)施例中，經(jīng)由C驅(qū)動(dòng)電路及D驅(qū)動(dòng)電路觸發(fā)開關(guān)C和D是由觸發(fā)器電路72的工作結(jié)果。如圖3b所示，觸發(fā)器每隔一次觸發(fā)，從而初始化C驅(qū)動(dòng)電路(且相應(yīng)地，初始化D驅(qū)動(dòng)電路)。時(shí)序則以如前述的相同方式工作，請(qǐng)參考圖2a-2f。
圖4a-4f所示為圖2或圖3的輸出電路的仿真圖。例如，圖4a所示在21伏輸入時(shí)，當(dāng)掃頻器接近75.7K赫茲(0.5微秒重疊)時(shí)，輸出達(dá)到1.67KVp-p輸出，若CCFL需要3300Vp-p點(diǎn)火，則此電壓不足以點(diǎn)亮CCFL。當(dāng)頻率降至比如68K赫茲時(shí)，最小重疊在輸出產(chǎn)生約3.9KVp-p，這足以點(diǎn)亮CCFL，如圖4b中所示。如圖4C所示，在該頻率，重疊量增加至1.5微秒，使得輸出約1.9KVp-p，來使130K歐姆的燈阻抗工作。在另一實(shí)例中，圖4d所示為在輸入電壓為7伏時(shí)的工作。在71.4K赫茲時(shí)，在CCFL被點(diǎn)亮前，輸出為750Vp-p。當(dāng)頻率降低時(shí)，輸出電壓就增加，直到CCFL點(diǎn)亮為止。圖4e所示為在65.8K赫茲時(shí)，輸出達(dá)到3500Vp-p。CCFL電流的調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)重疊量而完成，從而在點(diǎn)火后來維持130K歐姆的阻抗的工作。此時(shí)對(duì)于660Vrms的燈來說，CCFL兩端的電壓為1.9KVp-p。如圖4f所示。雖然在此未敘述，圖3電路的仿真結(jié)果為類似方式。
值得注意的是第一和第二實(shí)施例的差別(即在圖3中增加觸發(fā)器和PLL)將不會(huì)影響在圖4a-4f中所示的總體工作參數(shù)。然而，決定增加PLL是考慮到電路中的非理想阻抗，且可以作為圖2中所示電路的替代電路而加入。同時(shí)，增加觸發(fā)器允許移去上述的恒電流電路。
因此，很顯然本實(shí)用新型已經(jīng)提供了一種高效自適應(yīng)直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其滿足于這里所提出的目標(biāo)。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，一些可能的修改是顯而易見的。例如，雖然本實(shí)用新型已經(jīng)描述使用MOSFET作為開關(guān)，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道整個(gè)電路可以使用BJT晶體管，或任意類型晶體管的組合，包括MOSFET及BJT來構(gòu)造。其它修改也是可能的。例如與驅(qū)動(dòng)電路B和驅(qū)動(dòng)電路D關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路可以由共集極電路組成，因?yàn)橄嚓P(guān)聯(lián)的晶體管接地，因此并不會(huì)出現(xiàn)浮置狀態(tài)。這里所述的PLL電路最好為本領(lǐng)域已知的一般PLL電路70，經(jīng)適當(dāng)?shù)匦薷?，能如上所述接受輸入信?hào)并產(chǎn)生控制信號(hào)。脈沖發(fā)生器22最好為本領(lǐng)域熟知的脈寬調(diào)制電路(PWM)或頻寬調(diào)制電路(FWM)。同樣，保護(hù)電路62和定時(shí)器均由已知電路構(gòu)成并適當(dāng)加以修改來工作。
權(quán)利要求1.一種用來可控制的傳送功率給負(fù)載的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于，該直流/交流轉(zhuǎn)換器電路包括與一個(gè)電壓選擇性相連的多個(gè)開關(guān)；用來控制所述多個(gè)開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)電路；一個(gè)有一個(gè)初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的變壓器，所述初級(jí)線圈以交替方式與所述電壓相連；和一個(gè)在所述負(fù)載和所述驅(qū)動(dòng)電路之間的反饋環(huán)電路，所述反饋環(huán)電路提供一個(gè)表示供給所述負(fù)載的功率的反饋信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于當(dāng)所述反饋信號(hào)超過一個(gè)預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)，從而減小所述負(fù)載的功率至第一電平。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述多個(gè)開關(guān)為重疊開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于該電路還包括第二多個(gè)重疊開關(guān)，其中所述第一多個(gè)開關(guān)和所述第二多個(gè)開關(guān)選擇性的與所述電壓相連，且所述第一多個(gè)重疊開關(guān)定義第一導(dǎo)通路徑，所述第二多個(gè)重疊開關(guān)定義第二導(dǎo)通路徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述第一電平為零。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述第一電平是一個(gè)大于零的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述反饋信號(hào)是一個(gè)表示流經(jīng)所述負(fù)載的電流的信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述反饋信號(hào)是一個(gè)表示跨在所述負(fù)載上的電壓的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于當(dāng)所述反饋信號(hào)表示開路狀態(tài)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)，從而減小所述負(fù)載的功率至第一電平。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述第一電平為零。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述第一電平是一個(gè)大于零的電值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于當(dāng)所述反饋信號(hào)表示負(fù)載的阻值大于一個(gè)特定值時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)，從而減小所述負(fù)載的功率至第一電平。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述第一電平為零。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述第一電平是一個(gè)大于零的值。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于所述特定值為一個(gè)大于130千歐姆的阻值。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于當(dāng)所述反饋信號(hào)表示短路狀態(tài)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)，從而減小所述負(fù)載的功率至第一電平。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于該電路還包括一個(gè)與所述次級(jí)線圈相連的一個(gè)冷陰極熒光燈(CCFL)負(fù)載。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于該電路還包括一個(gè)提供所述電壓的輸入電壓源。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于該電路還包括一個(gè)與所述次級(jí)線圈相連的一個(gè)冷陰極熒光燈(CCFL)控制板負(fù)載。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的直流/交流轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于該電路還包括一塊與所述冷陰極熒光燈(CCFL)控制板負(fù)載相連的母板。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種冷陰極熒光燈(CCFL)電源轉(zhuǎn)換器電路，其使用一種高效零電壓切換技術(shù)，該技術(shù)消除了有關(guān)功率MOSFET的切換損耗?？紤]到諧振電路中的寄生電容，本實(shí)用新型將一種最佳掃頻技術(shù)應(yīng)用于點(diǎn)亮CCFL。另外，該電路為自適應(yīng)型并能決定用于具有給定負(fù)載的電路的最佳工作頻率。本實(shí)用新型還提供了一種過電壓保護(hù)電路來確保電路元件在CCFL開路狀態(tài)下得到保護(hù)。
文檔編號(hào)H02M7/48GK2710247SQ20042000150
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2004年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月2日
發(fā)明者林永霖 申請(qǐng)人:英屬開曼群島凹凸微系國際有限公司