專利名稱：冷陰極熒光燈管的調(diào)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光燈管的調(diào)光裝置，特別涉及一種通過(guò)改變壓電變壓器的驅(qū)動(dòng)方式，進(jìn)而改變其輸出電壓與電流達(dá)到調(diào)整冷陰極熒光燈管的亮度的裝置。
背景技術(shù)：
陶瓷壓電變壓器是在1956年由C.A.Rosen最先提出的。其工作原理與通過(guò)電磁能量轉(zhuǎn)換的磁性變壓器不同，壓電變壓器是先將電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(該轉(zhuǎn)換過(guò)程稱為逆壓電效應(yīng))，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能(該轉(zhuǎn)換過(guò)程稱為正壓電效應(yīng))。
因?yàn)榇判宰儔浩骱蛪弘娮儔浩鞯陌l(fā)展使我們可以制造出高效率、小體積的轉(zhuǎn)換器。同壓電變壓器相比，在一個(gè)給定的功率水平下磁性變壓器可能更厚、更重、且效率更低，但它具有成本低，而且可以在更寬的負(fù)載條件下工作的優(yōu)點(diǎn)。一直以來(lái)，冷陰極熒光燈管所需要的高驅(qū)動(dòng)電壓和高激發(fā)電壓是由高匝數(shù)比的繞線式磁性變壓器來(lái)提供的。但由于壓電變壓器的發(fā)展，為其應(yīng)用提供了更佳的優(yōu)勢(shì)，包括效率更高、體積更小、電磁噪聲更低、可得到的激發(fā)電壓更高、不可燃、和正弦運(yùn)行等優(yōu)勢(shì)。
傳統(tǒng)的交換式電壓調(diào)節(jié)器(switching mode regulator)是借助調(diào)整電源電路的開關(guān)時(shí)間，來(lái)得到不同的輸出電壓與電流。其基本的工作原理是由一個(gè)控制器來(lái)開/關(guān)一功率開關(guān)，常用的元件為金氧半導(dǎo)場(chǎng)效晶體管(MOSFET)。借助控制開關(guān)的動(dòng)作，我們可以得到所需的電壓與電流。
最常用的控制方法，是直接或間接比對(duì)輸出電壓與一個(gè)三角波的位準(zhǔn)，以決定開/關(guān)時(shí)間的長(zhǎng)短，也即所謂的脈波寬度調(diào)變法(PWM，pulse width modulation)。也即在三角波的位準(zhǔn)高于(或低于)某個(gè)位準(zhǔn)時(shí)，便將連接到電源的上方的金氧半導(dǎo)場(chǎng)效晶體管打開；反之，則因?yàn)檎麟姼杏惺闺娏鞒掷m(xù)的作用，電流會(huì)經(jīng)由下方的電流信道流通。上方的金氧半導(dǎo)場(chǎng)效晶體管的打開時(shí)間比例，稱之為工作周期。交換式電壓調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)方式，基本上就在于通過(guò)改變工作周期來(lái)改變電壓。
在已核準(zhǔn)的中國(guó)臺(tái)灣專利第504101號(hào)的專利中披露了一種“高亮度熒光燈管驅(qū)動(dòng)裝置”，其主要是由一高頻振蕩器、脈寬調(diào)變器、第一和第二功率開關(guān)、及壓電變壓器所構(gòu)成，其由高頻振蕩器產(chǎn)生高頻交流信號(hào)，再通過(guò)一脈寬調(diào)變器將之轉(zhuǎn)換為脈波寬度調(diào)變諧振頻率信號(hào)，利用該脈波寬度調(diào)變諧振頻率信號(hào)的正半周期與負(fù)半周期分別地驅(qū)動(dòng)兩個(gè)功率開關(guān)，再分別驅(qū)動(dòng)壓電變壓器的初級(jí)線圈的兩輸入端，以使壓電變壓器產(chǎn)生足以推動(dòng)冷陰極熒光燈管的電壓；以此提供一種具有高轉(zhuǎn)換效率及高電壓升壓比的冷陰極熒光燈管驅(qū)動(dòng)裝置。簡(jiǎn)言之，該已知的專利技術(shù)是利用脈寬調(diào)變的方式，以高頻的定頻率信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電變壓器，通過(guò)定頻率的不連續(xù)導(dǎo)通模式來(lái)控制功率開關(guān)；而這種方法通常又以高于肉眼能察覺(jué)的頻率(＞100Hz)通過(guò)調(diào)制占空比的通斷來(lái)控制熒光燈管的平均電流，而且其頻率是固定不變的。
另外還有一種由Philips提出的稱為突沖模式(burst mode)或稱打嗝模式(hiccup mode)或省略周期模式的技術(shù)。當(dāng)負(fù)載突然間下降時(shí)，控制回路要求縮短導(dǎo)通時(shí)間Ton，在某一個(gè)負(fù)載的情況下，脈沖模式的控制電路開始防止導(dǎo)通時(shí)間Ton減少，然后同時(shí)也開始周期性的遮蔽波寬調(diào)變的脈沖。電源可以通過(guò)降低脈沖群寬度或增加遮蔽周期長(zhǎng)度，而在不同的負(fù)載下達(dá)到節(jié)省能量的目的。該技術(shù)有兩個(gè)明顯的缺陷，就是低頻干擾會(huì)和遮蔽周期一起諧振出現(xiàn)，而且負(fù)載的突然改變，也會(huì)造成輸出電壓突降；特別是利用該種電源控制模式驅(qū)動(dòng)壓電變壓器，會(huì)使壓電變壓器頻繁地在被充電或是完全切斷電源的情形下反復(fù)動(dòng)作，對(duì)于壓電變壓器而言將會(huì)影響其使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種冷陰極熒光燈管的調(diào)光裝置，特別是一種結(jié)合變頻以及脈波寬度調(diào)變的裝置，改變壓電變壓器的輸出電壓與電流，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整冷陰極熒光燈管的亮度的調(diào)光裝置。
本發(fā)明利用一諧振頻率控制單元?jiǎng)討B(tài)地改變其用以驅(qū)動(dòng)壓電變壓器的共振頻率，簡(jiǎn)言之就是通過(guò)動(dòng)態(tài)變頻的方式改變壓電變壓器的電壓增益(gain)，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整壓電變壓器的輸出電壓與電流，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整冷陰極熒光燈管的亮度的目的。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可以調(diào)整壓電變壓器的輸出電壓與電流，且不會(huì)對(duì)其使用壽命造成不良影響的電源控制裝置。
本發(fā)明還利用一PWM控制單元，將脈波寬度調(diào)變的控制方式結(jié)合前述的動(dòng)態(tài)變頻控制方式，利用變頻但是振幅不變的諧振頻率調(diào)整壓電變壓器的電壓增益，及其占空比的方式，達(dá)到改變壓電變壓器的輸出電壓與電流的目的。而根據(jù)本發(fā)明所披露的裝置，將不會(huì)對(duì)壓電變壓器頻繁地進(jìn)行充電或是完全停止充電的操作，因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的突沖模式，或是純粹的脈波寬度調(diào)變控制方式而言，本發(fā)明的裝置還有助于延長(zhǎng)壓電變壓器的使用壽命。


圖1是本發(fā)明的第一種較佳實(shí)施例的電路架構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的另一種較佳實(shí)施例的電路架構(gòu)圖；圖3是壓電變壓器的電壓增益與諧振頻率的關(guān)系圖；圖4是脈寬調(diào)變控制信號(hào)的波形圖；圖5是相應(yīng)于圖4中脈寬調(diào)變控制信號(hào)的高頻交流信號(hào)S2的波形圖；圖6是相應(yīng)于圖5中高頻交流信號(hào)S2在壓電變壓器的次級(jí)電極輸出的電壓波形圖；圖7是調(diào)低冷陰極熒光燈管的亮度時(shí)，前述圖4的脈寬調(diào)變控制信號(hào)改變后的波形圖；以及圖8是相應(yīng)于圖7中的脈寬調(diào)變控制信號(hào)在壓電變壓器的次級(jí)電極輸出的電壓波形圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的較佳實(shí)施例及詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容，現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下。
首先，請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明的第一種較佳實(shí)施例，由圖中的電路架構(gòu)可以了解，應(yīng)用于冷陰極熒光燈管10的調(diào)光裝置包括一電源供給單元20，用以提供驅(qū)動(dòng)冷陰極熒光燈管10所需的直流電源(視冷陰極熒光燈管10的規(guī)格而定，一般為0伏特至數(shù)伏特電壓的直流電源)；
一PWM控制單元30，以脈寬調(diào)變的技術(shù)輸出一脈波信號(hào)S1，并以脈波信號(hào)S1控制電源供給單元20輸出一含有工作周期Ton和Toff的脈寬調(diào)變控制信號(hào)，簡(jiǎn)言之就是利用該脈波信號(hào)S1改變電源供給單元20輸出的直流電源(DC)在0伏特(V)與滿幅輸出(如3.3V)的占空比，其輸出波形可參考圖4；一諧振頻率控制單元40，是一種頻率控制IC，將電源供給單元20輸出的脈寬調(diào)變控制信號(hào)調(diào)變?yōu)橐桓哳l交流信號(hào)S2，而且該諧振頻率控制單元40會(huì)在脈寬調(diào)變控制信號(hào)的不同工作周期Ton和Toff分別產(chǎn)生具有不同頻率f1、f2的高頻交流信號(hào)S2(其輸出波形可參考圖5)，用以改變后續(xù)的壓電變壓器50的電壓增益，簡(jiǎn)言之，就是在脈寬調(diào)變控制信號(hào)的不同工作周期Ton和Toff中自動(dòng)改變高頻交流信號(hào)S2的頻率f1，f2；一壓電變壓器50，其初級(jí)電極51連接于諧振頻率控制單元40輸出的高頻交流信號(hào)S2，將高頻交流信號(hào)S2增益為驅(qū)動(dòng)熒光燈管所需要的高輸出電壓Vout和輸出電流Iout，進(jìn)而從次級(jí)電極52輸出，該高輸出電壓Vout和輸出電流Iout連接于冷陰極熒光燈管10的高壓側(cè)電極11，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)冷陰極熒光燈管10發(fā)亮；而取自于冷陰極熒光燈管10的低壓側(cè)電極12的電壓信號(hào)，可回饋至PWM控制單元30，通過(guò)調(diào)整脈波信號(hào)S1的脈寬的方式以便對(duì)冷陰極熒光燈管10的光強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
而另一可行的較佳實(shí)施例，則是將取自于冷陰極熒光燈管10的低壓側(cè)電極12的電壓信號(hào)，回饋至諧振頻率控制單元40(見圖2)，通過(guò)改變高頻交流信號(hào)S2在不同工作周期Ton和Toff中的頻率f1、f2的方式，以便對(duì)冷陰極熒光燈管10的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
由于壓電變壓器50的電壓增益除了和其構(gòu)造(如單層或是積層結(jié)構(gòu)的壓電變壓器)有關(guān)，其輸出的電壓增益更可通過(guò)改變其高頻交流信號(hào)S2的頻率加以調(diào)整(如圖3所示)，例如當(dāng)其高頻交流信號(hào)S2的頻率為54kHz時(shí)其增益值若為100，則表示自其次級(jí)電極52輸出的輸出電壓值將會(huì)是初級(jí)電極51的輸入電壓值的100倍，簡(jiǎn)言之若是輸入電壓為3.3V，則其輸出電壓將達(dá)到330V；反之，如果改變其高頻交流信號(hào)S2的頻率為58kHz后，其增益值降為10，則表示自其次級(jí)電極52輸出的輸出電壓值將會(huì)是初級(jí)電極51的輸入電壓值的10倍，簡(jiǎn)言之，若是輸入電壓為3.3V，則其輸出電壓將達(dá)33V；因此利用該特性，本發(fā)明利用一諧振頻率控制單元40在脈寬調(diào)變控制信號(hào)的不同工作周期Ton和Toff分別產(chǎn)生具有不同頻率f1、f2的高頻交流信號(hào)S2，再利用該高頻交流信號(hào)S2驅(qū)動(dòng)壓電變壓器50工作，通過(guò)調(diào)整壓電變壓器50的輸出電壓增益，進(jìn)而提供一種在不改變脈寬調(diào)變控制信號(hào)的振幅的條件下，改變壓電變壓器50的輸出電壓與電流，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整冷陰極熒光燈管10的亮度的目的。
傳統(tǒng)的脈波寬度調(diào)變控制方法，主要是在固定的諧振頻率下，通過(guò)調(diào)整脈波寬度調(diào)變信號(hào)的占空比，以及諧振頻率的振幅的手段控制冷陰極熒光燈管中的管電流，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整冷陰極熒光燈管的亮度的目的，該方法以高于肉眼能察覺(jué)的頻率(＞100Hz)通過(guò)調(diào)制占空比來(lái)控制冷陰極熒光燈管的平均電流，從而使冷陰極熒光燈管一直在全電流下工作。該方式雖然可以達(dá)到調(diào)光的目的，但是卻會(huì)使得壓電變壓器在充電或是完全不充電的情形下頻繁地進(jìn)行切換，這對(duì)于壓電變壓器的使用壽命會(huì)有不良的影響。
如圖4～6所示，是根據(jù)本發(fā)明的裝置對(duì)冷陰極熒光燈管10進(jìn)行調(diào)光過(guò)程的工作波形圖，以直流電源的電壓介于0V～3.3V為例。
首先，假設(shè)冷陰極熒光燈管10在某一亮度下，其中由諧振頻率控制單元40輸出的脈寬調(diào)變控制信號(hào)的占空比為60％，如圖4所示(即，60％的時(shí)間為開Ton和40％的時(shí)間為關(guān)Toff)；在工作周期Ton(直流電源的電壓值為3.3V)時(shí)，諧振頻率控制單元40自動(dòng)將頻率f1設(shè)為具有較高的電壓增益的頻率值(假設(shè)為54kHz)(見圖5)，在此頻率f1下，壓電變壓器50的增益值若為100，則表示自其次級(jí)電極52輸出的輸出電壓值將會(huì)是初級(jí)電極51的輸入電壓值的100倍，簡(jiǎn)言之，在工作周期Ton的輸入電壓為3.3V，則其輸出電壓將達(dá)330V(冷陰極熒光燈管的工作電壓比其它光源的電壓要高很多，通常需要300到800伏交流電，而且取決于燈的長(zhǎng)度)，但在工作周期Toff時(shí)(直流電源的電壓值為0V)，諧振頻率控制單元40自動(dòng)改變高頻交流信號(hào)S2中在工作周期Toff的頻率f2的具有較低的電壓增益的頻率值(假設(shè)為58kHz)(見圖5)，在壓電變壓器50的次級(jí)電極52輸出的相應(yīng)電壓也將降低，其波形如圖6所示。
當(dāng)要調(diào)低冷陰極熒光燈管10的亮度時(shí)，可通過(guò)改變脈寬調(diào)變控制信號(hào)的占空比，達(dá)到調(diào)低亮度的目的，例如改變脈寬調(diào)變控制信號(hào)的占空比40％(即，40％的時(shí)間為開Ton和60％的時(shí)間為關(guān)Toff)或是其它的占空比均可達(dá)到相同的效果；其波形圖請(qǐng)參見圖7，此時(shí)在壓電變壓器50的次級(jí)電極52輸出的相應(yīng)電壓的波形如圖8所示。
另外，根據(jù)本發(fā)明所披露的裝置，還可以通過(guò)改變不同工作周期中的諧振頻率f1、f2，再結(jié)合脈波寬度調(diào)變的裝置，在工作周期Ton和Toff中通過(guò)調(diào)整諧振頻率f1、f2的方式，改變壓電變壓器50的增益以調(diào)整其輸出電壓Vout和輸出電流Iout進(jìn)而達(dá)到調(diào)整冷陰極熒光燈管10的亮度(簡(jiǎn)言之就是調(diào)光)的效果，尤其是根據(jù)本發(fā)明的裝置，其中在工作周期Toff時(shí)仍會(huì)有較低的高頻交流信號(hào)S2驅(qū)動(dòng)壓電變壓器50，致使壓電變壓器50仍在充電的情形下運(yùn)作，而不會(huì)對(duì)壓電變壓器50的使用壽命造成不良影響，除此之外，還具有架構(gòu)簡(jiǎn)單，以及調(diào)光范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種冷陰極熒光燈管(10)的調(diào)光裝置，其特征在于所述冷陰極熒光燈管的調(diào)光裝置包括一電源供給單元(20)，用以提供驅(qū)動(dòng)所述冷陰極熒光燈管(10)所需的直流電源；一PWM控制單元(30)，以脈寬調(diào)變的技術(shù)輸出一脈波信號(hào)(S1)，并以所述脈波信號(hào)(S1)控制所述電源供給單元(20)輸出一含有工作周期(Ton)和(Toff)的脈寬調(diào)變控制信號(hào)；一諧振頻率控制單元(40)，將所述脈寬調(diào)變控制信號(hào)調(diào)變?yōu)橐桓哳l交流信號(hào)，且所述諧振頻率控制單元(40)在所述不同工作周期(Ton)和(Toff)分別產(chǎn)生具有不同頻率(f1、f2)的一高頻交流信號(hào)(S2)；一壓電變壓器(50)，將所述高頻交流信號(hào)(S2)增益為驅(qū)動(dòng)所述冷陰極熒光燈管(10)所需要的高輸出電壓(Vout)和輸出電流(Iout)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)所述冷陰極熒光燈管(10)發(fā)亮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷陰極熒光燈管(10)的調(diào)光裝置，其特征在于所述脈寬調(diào)變控制信號(hào)的占空比為可變式，用以調(diào)整所述冷陰極熒光燈管(10)的亮度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷陰極熒光燈管(10)的調(diào)光裝置，其特征在于所述高頻交流信號(hào)(S2)在不同的工作周期(Ton)和(Toff)的頻率(f1、f2)可使所述壓電變壓器(50)具有不同的電壓增益。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷陰極熒光燈管(10)的調(diào)光裝置，其特征在于所述壓電變壓器(50)在所述工作周期(Ton)的頻率(f1)下的電壓增益，大于在所述工作周期(Toff)的頻率(f2)下的電壓增益。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種冷陰極熒光燈管的調(diào)光裝置，披露了一種結(jié)合變頻以及脈波寬度調(diào)變的裝置，通過(guò)改變壓電變壓器的輸出電壓與電流，而達(dá)到調(diào)整冷陰極熒光燈管的亮度的目的；本發(fā)明利用一PWM控制器調(diào)整工作周期，并且以一頻率控制IC在不同的工作周期改變，以驅(qū)動(dòng)壓電變壓器的諧振頻率，以此調(diào)整壓電變壓器的輸出電壓與電流，進(jìn)而提供一種能夠調(diào)整冷陰極熒光燈管的亮度，又能改善壓電變壓器的壽命的調(diào)光裝置。
文檔編號(hào)H05B41/38GK1691870SQ20041003757
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2004年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者周進(jìn)文, 鄭英男, 吳光明, 鐘金標(biāo) 申請(qǐng)人:新巨企業(yè)股份有限公司