專利名稱：場致發(fā)光燈驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明一般地涉及場致發(fā)光燈驅(qū)動電路。場致發(fā)光燈可用在場致發(fā)光顯示器中，例如在移動電話、個人數(shù)字助理等手持設備，網(wǎng)絡終端、取款終端等小型mains-fed設備，以及一些自動應用中使用的顯示器。
眾所周知，場致發(fā)光燈是由交流電壓驅(qū)動的。盡管可以利用諧振方法產(chǎn)生的正弦波電壓驅(qū)動場致發(fā)光燈，但是通常優(yōu)選地使用通過一個開關接通和斷開電壓源而產(chǎn)生的方波電壓驅(qū)動場致發(fā)光燈。在現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動電路的實用實施方案中，正電流脈沖在電壓周期的前半周施加到驅(qū)動器的輸出端，負電流脈沖在電壓周期的后半周施加到驅(qū)動器的輸出端。場致發(fā)光燈具有電容特性，使得電流脈沖能夠?qū)舫潆姷教囟妷骸＿@種驅(qū)動器實施方案的一個范例公開在美國專利5,349,269中。在該現(xiàn)有技術(shù)設備中，兩個倒相器的輸出分別連接到場致發(fā)光燈的不同接線端?？刂齐娐房刂苾蓚€倒相器的運轉(zhuǎn)，使得兩個倒相器的脈沖交替地施加給場致發(fā)光燈。
在現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動電路中，電流脈沖通常是在電壓周期的整個持續(xù)過程中施加的。在驅(qū)動電路的輸出端產(chǎn)生的電壓波形，即燈電壓，如

圖1所示。在圖1中，電壓周期表示為T。電壓周期的前半周，在此期間燈電壓為第一極性，表示為A。燈電壓的后半周，在此期間燈電壓為相反的極性，表示為B。下面，第一極性表示為正，第二極性表示為負。為了便于參考，電壓周期的前半周在下文中表示為正電壓周期A，而電壓周期的后半周在下文中表示為負電壓周期B。
正電壓周期A在時刻t0開始。此時，正電流脈沖施加到燈，使燈電壓上升。正電壓周期A在時刻t1終止，同時負電壓周期B開始。類似于上面的討論，在時刻t1，負電流脈沖施加到燈，使燈電壓沿負值方向上升。
負電壓周期B一直持續(xù)到時刻t2，此后上述循環(huán)重復進行。
因此，在電壓循環(huán)的整個過程中的任何時刻，都有電流脈沖產(chǎn)生，表示為電壓曲線上的尖峰。
上述參考類型的驅(qū)動電路的缺點與電流脈沖的產(chǎn)生有關。第一個缺點與電流脈沖是EMI源這一事實有關。第二個缺點與開關損耗和每個電流脈沖有關這一事實有關。另一方面，如圖1所示，燈電壓在每個電壓半周的稍后部分變化不大，而電流脈沖的產(chǎn)生及其相關的缺點還繼續(xù)存在。
本發(fā)明的一個重要目的是減少現(xiàn)有技術(shù)的缺點。本發(fā)明的一個具體目的是提供一種具有更高效率的驅(qū)動電路。本發(fā)明由獨立的權(quán)利要求定義。相關權(quán)利要求定義了優(yōu)選實施方案。
本發(fā)明基于以下認識，因為燈電壓在每個電壓半周的稍后部分變化不大，所以可以略去電流脈沖，進而避免電流脈沖帶來的不利影響，而不會顯著地影響驅(qū)動器輸出端的電壓值。
為了達到上述目的，基于上述認識，本發(fā)明提出的驅(qū)動電路的一個重要方面是電流脈沖只在每個正或負電壓周期A，B的初始階段產(chǎn)生，在每個正或負電壓周期的最后階段禁止。這樣，本發(fā)明可以采用與現(xiàn)有技術(shù)相同的硬件，不同之處僅在于控制方案?，F(xiàn)有技術(shù)解決方案具有脈寬調(diào)制(PWM)充電階段和PWM放電階段。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，一共存在四種階段PWM充電階段，非PWM充電階段，PWM放電階段，非PWM放電階段。因為具有更低的PWM切換損耗，所以其優(yōu)點是低功耗。這在移動應用中是特別有用的。
本發(fā)明的這些和其它方面的特點和優(yōu)點將參照附圖，通過詳細描述本發(fā)明驅(qū)動電路的優(yōu)選實施方案得到進一步的說明，附圖中相同的參考數(shù)字表示相同或類似的部分，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電壓波形的簡視圖；圖2是驅(qū)動器的示意性框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明驅(qū)動器中的電流和電壓的簡視圖；圖4A和4B是說明本發(fā)明驅(qū)動器的示例性實施方案的示意性框圖；和圖5是示出圖4A-B的驅(qū)動器中的信號的時序圖。
圖2示意性地示出驅(qū)動電路1，圖3是示意性地示出其根據(jù)本發(fā)明的工作方式的圖表。驅(qū)動電路1具有輸出端2。場致發(fā)光燈3連接在輸出端2和參考電位VR，通常是地電位，之間。第一倒相器11連接到輸出端2，第一倒相器11用于產(chǎn)生正電流脈沖，為此，第一倒相器11連接到產(chǎn)生電位高于所述參考電位VR的電壓的第一電壓源VP。類似地，第二倒相器21也連接到輸出端2，并用于產(chǎn)生負電流脈沖，為此，第二倒相器21連接到產(chǎn)生電位低于所述參考電壓VR的電壓的第二電壓源VN。控制裝置30控制倒相器11和21的操作。
注意，并不總是需要兩個電壓源產(chǎn)生分別高于和低于參考電位的電壓。根據(jù)倒相器的實現(xiàn)方式，如果第二電壓源VN能夠產(chǎn)生低于第一電壓源VP的電壓就足夠了；在這種情況下，第二倒相器21可以連接在輸出端2和參考電位VR(地電位)之間。
圖3是示出第一倒相器11的電流脈沖I11，示出第二倒相器21的負電流脈沖I21和輸出端2的輸出電壓，即施加到燈3的燈電壓，VL，的圖表。類似于圖1，整個燈電壓周期表示為T，正電壓周期表示為A，而負電壓周期表示為B。
正電壓周期在時刻t0開始。此時，第一倒相器11在控制單元30的控制下開始產(chǎn)生正電流脈沖I11，該脈沖施加到燈3，從而使燈電壓VL上升。
正電壓周期A在時刻t1終止。根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，在正電壓周期A的最后部分，即時刻t3和t1之間，沒有正電流脈沖施加到燈3，其中時刻t3處于時刻t0和t1之間。優(yōu)選的是t3處于t0和t1的大致中間。
在可能的實施方案中，第一倒相器11在t3和t1之間的時段不產(chǎn)生任何電流脈沖，如圖3所示。在另一個可能的實施方案中，第一倒相器11連續(xù)地產(chǎn)生正脈沖，但是提供了一種阻止電流脈沖到達輸出端2的裝置；這種實施方案并沒有示出。
如圖3所示，燈電壓值VL在處于時刻t3和t1之間的、正電壓周期A的最后部分稍稍下降。然而，在時刻t3到t1的時間段內(nèi)剩余電壓仍足以維持燈3的發(fā)光。另一方面，因為在時刻t3到t1的時間段內(nèi)沒有電流脈沖產(chǎn)生，所以避免了與電流脈沖相關的上述缺點。因而，沒有EMI產(chǎn)生，在時刻t3到t1的時間段內(nèi)沒有開關損耗產(chǎn)生。
在時刻t1，第二倒相器21在控制單元30的控制下開始產(chǎn)生負電流脈沖I21，該脈沖施加到輸出端2，使燈電壓VL沿著負極性上升。在介于t1和t2之間，優(yōu)選地介于t1和t2中間的時刻t4，第二到相器21在控制單元30的控制下停止產(chǎn)生電流脈沖。類似于上面的描述，燈電壓VL(具有負極性)在t4到t2的時段內(nèi)稍稍下降，但是(負)電壓仍足以維持燈3的“發(fā)光”。
上面解釋了與電流脈沖相關的開關損耗，由于在t3到t1、t4到t2的時間段沒有發(fā)生開關損耗，所以提高了本發(fā)明提供的驅(qū)動電路的效率。當電壓的極性反轉(zhuǎn)時，即在時刻t1、t2，開關損耗還是會發(fā)生。本發(fā)明驅(qū)動電路的另一個優(yōu)點是電壓值VL在t3到t1和t4到t2的時段稍稍下降，因為現(xiàn)在時刻t1、t2的開關損耗下降了。
在圖2所示的實施例中，第一倒相器11和第二倒相器21被連接到一個公共燈電極，而另一個燈電極被連接到一個參考電壓。然而，對于本領域的一般技術(shù)人員顯而易見的是，也可以將第一倒相器連接到第一燈電極而將第二倒相器連接到第二燈電極。
圖4A和4B示意性地示出了本發(fā)明驅(qū)動電路的實際實施方案。在圖4A和4B的實施方案中，兩個倒相器并不是象參考圖2所討論的那樣是完全獨立的兩個倒相器11和21，而是具有一些公用部件，下面將進行解釋。
在圖4A中，電感61具有連接到第一二極管51的陰極的第一端61，二極管的陽極通過第一可控開關41連接到第一輸出端2a，而第一可控開關41受第一控制信號SC1的控制，下面將進行解釋。電感60具有連接到第二二極管52的陽極的第二端62，二極管的陰極通過第二可控開關42連接到第一輸出端2a，而第二可控開關42受第二控制信號SC2的控制，下面將進行解釋。第一電感端61通過第三可控開關43連接到正電壓源V+，第三可控開關受第三控制信號SC3的控制，下面將進行解釋。第二電感端62通過第四可控開關44連接到參考電壓源，在這種情況下是地電位，第四可控開關受第四控制信號SC4的控制，下面將進行解釋。第二輸出端2b，如圖所示，也連接到參考電壓，在這種情況下是地電位。
本領域的技術(shù)人員可以理解的是可控開關可以例如用晶體管實現(xiàn)。
圖4B示出了為可控開關41-44產(chǎn)生控制信號的控制電路70的可能實施方案。在這里，假定如果收到高于第一預定值(邏輯高)的控制信號，開關閉合(即形成導電通路)；如果收到低于第二預定值(邏輯低)的控制信號，可控開關斷開(即，沒有形成導電通路)。其中兩個預定值可以是相同或不同的。然而，本領域技術(shù)人員應當清楚的是其它實施方案也是可行的。
圖4B所示的控制電路70包括五個與門71-75，兩個或門76-77，倒相器81，和三個信號源91-93。第一信號源91用于產(chǎn)生第一低頻信號S1。第二信號源92用于產(chǎn)生頻率高于第一信號S1的第二頻率信號S2。優(yōu)選的是第二低頻信號S2的頻率是第一低頻信號S1的兩倍。在示例性實施方案中，第一低頻信號S1的頻率為270Hz，第二低頻信號S2的頻率為540Hz。
第一和第二信號源可以由獨立信號發(fā)生器實現(xiàn)。然而，在優(yōu)選實施方案中，第一信號S1是通過分配器從第二信號S2得到的，這是眾知的。
第三信號源93用于產(chǎn)生頻率相對較高頻率的信號S3。通常，高頻信號S3的頻率選擇在10和100kHz之間。在示例性實施方案中，第三頻率信號S3的頻率為20kHz。
第二頻率信號S2施加到第一與門71，第二與門72，第三與門73，第四與門74和第五與門75。第一頻率信號S1施加到第二與門72和第五與門75。第一頻率信號S1還施加到提供第一倒相頻率信號SI1的倒相器81，第一倒相頻率信號施加到第一與門71和第三與門73。
第三與門73的輸出信號施加到第一或門76的第一端。因為第三與門73接收和第一與門71相同的輸入信號，所以其輸出信號與第一與門71的輸出信號相同。因此，在簡化的實施方案中，可以略去第三與門73，將第一與門71的輸出信號施加到第一或門76。
第五與門75的輸出信號施加到第二或門77的輸入端。因為第五與門75的輸入信號與第二與門72的輸入信號相同，所以其輸出信號與第二與門72的輸出信號相同。因此，在簡化的實施方案中，可以略去第五與門75，將第二與門72的輸出信號施加到第二或門77。
高頻信號S3施加到第四與門74，其輸出信號施加到第一或門76和第二或門77。
圖5示出各種信號的波形。在圖5中，假定第一和第二低頻信號S1和S2是同相的。
當?shù)诙盘朣2為高而第一信號S1為低時，第一與門71和第三與門73的輸出為高。第一與門71的輸出信號作為第一控制信號SC1施加到第一可控開關41。
當?shù)诙盘朣2為高而第一信號S1為高時，第二與門72和第五與門75的輸出為高。第二與門72的輸出信號作為第二控制信號SC2施加到第二可控開關42。
第四與門74實際上是對高頻信號S3和第二低頻信號S2進行運算。因而，第四與門74的輸出信號在第二低頻信號S2為高的那些時段為高頻信號。第一或門76將第四與門74輸出的高頻輸出信號疊加在第三與門73的輸出信號上，這樣，第一或門76的輸出信號(*)在第二控制信號SC2為高的時段為高頻信號，(*)在第一控制信號SC1為高的時段為高信號。
類似地，第二或門77的輸出信號(*)在第一控制信號SC1為高的時段為高頻信號，(*)在第二控制信號SC2為高的時段為高信號。
第一或門76的輸出信號作為第四控制信號SC4施加到第四可控開關44，而第二或門77的輸出信號作為第三控制信號SC3施加到第三可控開關43。
圖4A和4B所示驅(qū)動電路的工作過程如下。在t0和t3之間的第一階段P1，第二可控開關42和第三可控開關43閉合(導通)，第一開關41打開(非導通)，第四可控開關44切換到高頻源93的高頻率。因此，驅(qū)動電路工作為上變頻器。正電流脈沖施加到與輸出端2a和2b相連的場致發(fā)光燈3，使輸出端2a的電壓值VL上升。
在t3和t1之間的第二階段P2，所有的開關41-44都斷開(非導通)，輸出端2a的電壓值VL緩慢下降。
在時刻t1，第一可控開關41和第四可控開關44閉合(導通)，第三可控開關43切換到高頻源93的高頻率。一旦第一和第四可控開關41和44都導通，場致發(fā)光燈3將通過開關41、二極管51、電感60和開關44放電?？紤]到在第二階段P2逐漸下降的電壓值，需要釋放的能量已經(jīng)降低了。
在t1和t4之間的第三階段P3，第一可控開關41和第四可控開關44閉合(導通)，第二可控開關42斷開(非導通)，第三可控開關43切換到高頻源93的高頻率。因而，驅(qū)動電路工作為下變頻器或回掃變頻器。一旦第三可控開關43導通，流過開關43、電感60和開關44的電流將增大。當?shù)谌煽亻_關43斷開時，二極管51開始導通，輸出端2a被拉向負電位。
在t4和t2之間的第四階段P4，所有的開關41-44再次全部斷開(非導通)，輸出端2a的輸出電壓VL緩慢下降。在時刻t2，上述過程又重復進行。
對于本領域的技術(shù)人員應當清楚的是本發(fā)明并不局限于上面討論的示例性實施方案，在附屬權(quán)利要求定義的本發(fā)明保護范圍之內(nèi)各種變化和修正都是可能的。在權(quán)利要求中，任何置于括號之內(nèi)的參考符號都不可以理解為對權(quán)力要求的限制。動詞“包含”并不排除在權(quán)利要求中列出的元件或步驟之外還存在其它元件或步驟的可能性。元件前面的冠詞“a”或“an”并不排除存在多個這種元件的可能。本發(fā)明可以通過包括幾個獨立元件的硬件實現(xiàn)，也可以通過適當編程的計算機實現(xiàn)。在列舉了數(shù)個方法的裝置權(quán)利要求中，這些方法可以通過一個和相同的硬件實現(xiàn)。在相互不同的相關權(quán)利要求中陳述特定的方法這一事實并不意味著將這些方法組合使用不會帶來優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.用于場致發(fā)光燈(3)的驅(qū)動器(1)，包括連接場致發(fā)光燈(3)的輸出端(2；2a，2b)；在輸出端(2)產(chǎn)生具有第一極性的電流脈沖的第一電流脈沖產(chǎn)生裝置(11)；在輸出端(2)產(chǎn)生具有與第一極性相反的第二極性的電流脈沖的第二電流脈沖產(chǎn)生裝置(21)；連接到第一和第二電流脈沖產(chǎn)生裝置(11，21)的控制裝置(30)，控制第一和第二電流脈沖產(chǎn)生裝置(11，21)的開啟和關閉；其中控制裝置(30)在輸出電壓周期的至少一個時段關閉第一和第二電流脈沖產(chǎn)生裝置(11，21)。
2.權(quán)利要求1的驅(qū)動器，其中控制裝置(30)在第一階段(P1)，保持第一電流脈沖產(chǎn)生裝置(11)處于導通狀態(tài)，保持第二電流脈沖產(chǎn)生裝置(21)處于截至狀態(tài)；在緊隨第一階段(P1)的第二階段(P2)，保持第一電流脈沖產(chǎn)生裝置(11)處于截至狀態(tài)，保持第二電流脈沖產(chǎn)生裝置(21)處于截至狀態(tài)；在緊隨第二階段(P2)的第三階段(P3)，保持第一電流脈沖產(chǎn)生裝置(11)處于截至狀態(tài)，保持第二電流脈沖產(chǎn)生裝置(21)處于導通狀態(tài)；在緊隨第三階段(P3)的第四階段(P4)，保持第一電流脈沖產(chǎn)生裝置(11)處于截至狀態(tài)，保持第二電流脈沖產(chǎn)生裝置(21)處于截至狀態(tài)。
3.權(quán)利要求2的驅(qū)動器，其中第二階段(P2)的持續(xù)時間大約等于第一階段(P1)的持續(xù)時間，第四階段(P4)的持續(xù)時間大約等于第三階段(P3)的持續(xù)時間。
4.權(quán)利要求2的驅(qū)動器，其中第三階段(P3)的持續(xù)時間大約等于第一階段(P1)的持續(xù)時間。
5.權(quán)利要求1的驅(qū)動器，包括電感(60)；連接在所述電感(60)的第一端(61)和第一輸出端(2a)之間的、串聯(lián)在一起的第一二極管(51)和第一可控開關(41)，其中第一二極管(51)的陽極指向所述第一輸出端(2a)；連接在所述電感(60)的第二端(62)和所述第一輸出端(2a)之間的、串聯(lián)在一起的第二二極管(52)和第二可控開關(42)，其中第二二極管(52)的陰極指向所述第一輸出端(2a)；連接在所述電感(60)的第一端(61)和第一電壓源(VP)之間的第三可控開關(43)；連接在所述電感(60)的第二端(62)和第二電壓源(地電位)之間的第四可控開關(44)；為控制所述開關(41，42，43，44)而產(chǎn)生控制信號(SC1，SC2，SC3，SC4)的控制裝置(70)。
6.權(quán)利要求5的驅(qū)動器，其中所述控制裝置(70)產(chǎn)生控制信號(SC1，SC2，SC3，SC4)，使得所有的開關(41，42，43，44)都至少在輸出電壓周期的一個階段保持在非導通狀態(tài)。
7.權(quán)利要求6的驅(qū)動器，其中所述控制裝置(70)適于產(chǎn)生控制信號(SC1，SC2，SC3，SC4)，使得在第一階段(P1)，第一可控開關(41)處于非導通狀態(tài)，第二和第三可控開關(42，43)處于導通狀態(tài)，而第四可控開關(44)以相對較高的頻率在導通/截止狀態(tài)之間切換；在緊隨第一階段(P1)的第二階段(P2)，所有的可控開關(41，42，43，44)都處于非導通狀態(tài)；在緊隨第二階段(P2)的第三階段(P3)，第二可控開關(42)處于非導通狀態(tài)，第一和第四可控開關(41，44)處于導通狀態(tài)，而第三可控開關(43)以相對較高的頻率在導通/截止狀態(tài)之間切換；在緊隨第三階段(P3)的第四階段(P4)，所有的所述可控開關(41，42，43，44)都處于非導通狀態(tài)。
8.權(quán)利要求7的驅(qū)動器，其中控制裝置(70)包括用于產(chǎn)生第一低頻信號(S1)的第一信號源(91)；用于產(chǎn)生頻率高于第一信號(S1)的第二低頻信號(S2)的第二信號源(92)；用于接收第二低頻信號(S2)和第一反相低頻信號(S1)，并為第一可控開關(41)提供第一控制信號(SC1)的第一與門(71)；用于接收第二低頻信號(S2)和第一低頻信號(S1)，并為第二可控開關(42)提供第二控制信號(SC2)的第二與門(72)。
9.權(quán)利要求7的驅(qū)動器，包括用于產(chǎn)生相對高頻信號(S3)的第三信號源(93)；用于接收第二低頻信號(S2)和相對高頻信號(S3)的第四與門(74)；用于接收第二低頻信號(S2)和第一反相低頻信號(S1)的第三與門(73)；用于接收第二低頻信號(S2)和第一低頻信號(S1)的第五與門(75)；用于接收第三和第四與門(73，74)的輸出信號，并為第四可控開關(44)提供第四控制信號(SC4)的第一或門(76)；用于接收第五和第四與門(75，74)的輸出信號，并為第三可控開關(43)提供第三控制信號(SC3)的第二或門(77)。
10.權(quán)利要求8的驅(qū)動器，其中第二低頻信號(S2)的頻率是第一低頻信號(S1)的頻率的兩倍。
11.場致發(fā)光燈配置，包括場致發(fā)光燈(3)；和權(quán)利要求1所述的場致發(fā)光燈(3)的驅(qū)動器(1)。
12.驅(qū)動場致發(fā)光燈(3)的方法，包括在第一階段(P1)，向燈施加第一極性的電流脈沖；在第三階段(P3)，向燈施加與第一極性相反的第二極性的電流脈沖；其中基本沒有脈沖的第二階段(P2)處于第一階段(P1)的終止時刻(t3)和第三階段(P3)的起始時刻(t1)之間。
全文摘要
一種場致發(fā)光燈驅(qū)動器(1)包括，用于在輸出端(2)產(chǎn)生具有第一極性的電流脈沖的第一電流脈沖發(fā)生器，以及用于在輸出端(2)產(chǎn)生具有和第一極性相反的第二極性的電流脈沖的第二電流脈沖發(fā)生器(21)。一個控制單元(30)耦合到第一和第二電流脈沖發(fā)生器(11，21)，以在ON和OFF之間切換第一和第二電流脈沖發(fā)生器?？刂茊卧?30)在輸出電壓期間的至少一部分將第一和第二電流脈沖發(fā)生器(11，21)都截至。
文檔編號H05B41/24GK1643990SQ03806565
公開日2005年7月20日 申請日期2003年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月19日
發(fā)明者H·C·J·比斯克爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司