專利名稱：發(fā)光裝置組中供電效率的優(yōu)化方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明公開的實施例，概括地，涉及有效供電管理和對如冷陰極熒光燈和發(fā)光二極管的發(fā)光裝置組的控制，更特定地，本發(fā)明公開的實施例涉及改善液晶顯示器的背光照明的供電效率。
背景技術：
冷陰極熒光燈(CCFLs)組現在一般用于筆記本式和臺式計算機的屏幕、汽車導航顯示器以及銷售終端和醫(yī)療設備的液晶顯示器(LCDs)的背光照明。CCFLs迅速被采用作筆記本式計算機以及各種便攜式電子設備的背光照明，是因為其提供了較高的照明和費用效率。許多這些應用只允許供應非常有限的電力，因而，必須審慎地對電力的消耗進行管理。目前的在LCDs中管理供電的方法效率較低。由于顯示器面板尺寸的增加，有必要使用供電效率更高的設計方案和方法。
典型地，需要用高壓DC/AC逆變器來驅動CCFL，因為該燈使用較高的交流電工作電壓。隨著LCD面板尺寸的增大，需要用多個燈或多個組來提供必須的照明。因此，需要用有效的逆變器來驅動CCFL組。
照明強度主要是由變流器加在每個CCFL上的工作電流決定的。在傳統(tǒng)的燈板組中，每個燈由其自身的逆變器-其供電效率典型值為70％-驅動。這種效率，或不足，加上為多個燈組供電的冗余的逆變器電路，導致了電力被大量消耗。
人們期待通過使用單個逆變器為整個燈板組供電以便節(jié)約電力。然而，共用一個逆變器將迫使所有燈的工作電流與參照燈的電流相同。由于每個燈因使用年限、替換和固有的制造差異而導致亮度和強度特性各有不同，所以當施加同樣的參照電壓到每個燈上，而不對單個燈的差異進行調整，將導致組中的各燈之間有不同的照明強度。該變化的照明強度導致LCD顯示器上出現不想要的線條?，F有技術試圖通過在燈和LCD顯示器之間加入更厚的散射板以消除漫射發(fā)光差異而解決這個問題。這隨之導致更多的電力消耗被在燈上，以獲得顯示器表面的最佳光強度。因此，要想減少逆變器的數量和冗余電路以節(jié)約電力，需要一種新的設計方案和方法，以便在對總的電力消耗最小化的同時，有效地消除由于各燈之間的差異而導致的不能接受的燈強度的變化。
CCFL元件的差異可分為兩類，即“固定的”和“動態(tài)的”。固定的差異定義為各燈之間以及它們的逆變器電路元件之間固有的制造差異，例如變壓器和主驅動電路。使用單個或少量CCFL的傳統(tǒng)的燈設計方案試圖通過手動調整每個燈電路中的分壓計而將固定的差異最小化。這種方法在今天常見的較傳統(tǒng)更大的多燈組中是不實用的。反而，這些元件的固定差異通過迫使逆變器電路供應比所需要的更多的電力而被最小化，從而對組中需求較多的燈、或者“較弱的”變壓器或主驅動電路進行補償。該解決變異的“過度補償”是另一種對電力的低效率使用，因為額外的供電可能根本不被需要或者達到不需要的補償程度。因此，需要一種面板顯示器設計方案和方法，其可以自動地將組中每個燈的燈供電設置為最佳，而不用考慮使用單個逆變器時元件的各種固定差異。
動態(tài)差異為燈的亮度因使用、時間以及溫度而引起的差異，還有逆變器電路的DC供應電壓(電池)中的差異。上述的現有技術方案由于分壓計的設置點只是在制造時被調整并在此后一直保持固定而不適用。再次地，傳統(tǒng)的設計方案試圖通過將初始電流的值設置為高于達到最佳的燈亮度實際所需值以繞過這個問題。這就導致了電力的低效使用。因此，需要一種逆變器電路設計方案，其可以根據變化的元件的如使用年限、溫度和電池或其他DC供應電壓等差異而自動地設置以及提供最佳電力到每個燈，而不是依靠電力的過度補償以確保每個燈被適當地驅動。
公知的調整燈亮度的方法是將減低亮度的能力合并到電路設計方案中。減低亮度典型地是通過電流限制或PWM而達到的。在電流限制模式中，燈電流被減少，但是燈始終持續(xù)亮著。在PWM模式中，燈以約為100到400Hz的重復率全開和全關，其減暗的范圍由工作循環(huán)(duty cycle時間分數)確定。例如，如果一個燈減少到75％的亮度，是使用了工作循環(huán)為75％的PWM波形。每次燈開啟時，就需要再運用“沖擊電壓(strike voltage)”。該沖擊電壓與兩倍的工作電壓對應，并施加該沖擊電壓直到燈轉變?yōu)闊晒鉅顟B(tài)為止，因此電壓被減少至維持電壓。傳統(tǒng)的模擬控制器通過使用一種具有約幾百(200)Hz響應頻率的電流控制循環(huán)來檢測沖擊何時發(fā)生。這個緩慢的反應時間延遲了燈電壓從沖擊值減少到維持值，導致了對電力的低效使用。因此，需要一種面板顯示器設計方案和方法，其使用具有較快的反應時間(例如20MHz)的電流控制循環(huán)檢測熒光，并將燈電壓減少到維持電壓。
在具有多個由單個逆變器驅動的燈的大型顯示器中，另一個電力的低效使用是用于設置所有燈電流的供電切換控制電路。在傳統(tǒng)的用單個逆變器驅動一個燈組的應用中，供給燈的電力由脈寬調制器PWM(Pulse Width Modulator)進行切換。逆變器的主電路包含控制供給變壓器的電力的Mosfets(metallic oxide semiconductor fieldeffect transistor金屬氧化物半導體場效應晶體管)。將Mosfets在開和關的狀態(tài)之間切換所占用的時間導致很高的電路阻力，隨之將消耗數量可觀的電力。在傳統(tǒng)的模擬控制器電路中，主電路的定時只能通過改變該模擬控制器周圍相關的無源元件得到改善。因此，人們期望主電路的定時能通過用于驅動Mosfets的脈沖定時的自動標準而更容易地調節(jié)以適合制造的差異以及條件的改變，從而將電力消耗最小化。
由于市場壓低了CCFLs的費用，導致了多燈組面板的廣泛使用，而對于供電效率的要求也提高了。LCD裝置背光照明的傳統(tǒng)類型由于它們所消耗的電量而不能完全令人滿意。因此，本技術領域中需要一種顯示器面板設計方案和方法，其能夠在減少耗電量的同時，單獨地感應和調整施加在多燈LCD中某一CCFL組上的電流。

發(fā)明內容
這里公開的實施例，通過提供一種用于優(yōu)化發(fā)光裝置組的供電效率的方法和裝置，處理上述需求。這是通過具有能在多燈組中保留個別電流設置的單個CCFL變流器的控制模塊實現的。
該控制模塊使用包含整流橋、晶體管開關和與CCFL電路串連耦合的微控制接口的轉換電路?？蛇x地，開關電容器電路可與CCFL電路串連耦合。微處理器執(zhí)行伺服控制系統(tǒng)軟件以檢測用于驅動電流控制電路的電流和照明強度反饋信息。系統(tǒng)軟件監(jiān)視通過燈的電流和電壓并確定獲得每個燈指定量的電流所需要的電容?？刂颇K包含單個逆變器，其驅動多個燈組，同時對電流保持精確控制，因而能控制每個燈的照明強度和最佳供電效率。


通過仔細考慮下列的結合附圖的詳細說明后，本領域的技術人員可以更加明白本發(fā)明的本性、目的和優(yōu)勢，其中同樣的附圖標記代表相同的部分，并且其中圖1所示為用于驅動單個CCFL的傳統(tǒng)逆變器電路；圖2表示了多個由傳統(tǒng)單個逆變器驅動的CCFL的電流與電壓對應關系的特征變化曲線；圖3表示了多個由傳統(tǒng)共用逆變器驅動的CCFL的電流與電壓對應關系的特征變化曲線；圖4表示了本發(fā)明一個實施例的多個CCFL的閉環(huán)控制系統(tǒng)；圖5表示了本發(fā)明另一個實施例的多個CCFL的控制系統(tǒng)；圖6所示為本發(fā)明一個實施例的控制模塊；圖7所示為本發(fā)明另一個實施例的控制模塊；圖8所示為數字控制器和燈電壓的定時圖；以及圖9所示為本發(fā)明的數字控制器電路的結構圖。
具體實施例方式
詞“典范的”在這里專門用于表示“作為例子、例證或者圖示”。這里所描述的任何“典范的”實施例不必要理解為優(yōu)選于或更具優(yōu)勢于其他的實施例。
所公開的實施例提供了一種用于優(yōu)化液晶顯示器的供電效率的方法和裝置。與視覺強化電路模塊相結合的微處理器或者嵌入的微控制器使得單個逆變器可以使一組多個CCFL的照明強度相等。該微控制器連續(xù)地感應每個燈的工作電流，并通過用于確保在每個燈上施加相同電流的電容的并聯切換而調整單獨的燈的照明差異。所述微控制器生成適當的控制信號并執(zhí)行數字伺服控制算法以修改用作進行照明調整的電流。
圖1所示為傳統(tǒng)CCFL控制電路100，其中在LCD背光照明組中的每個燈104都需要一個逆變器120。CCFL燈104展示了重要的制造上的差異。CCFL元件差異可以分為兩類，“固定的”和“動態(tài)的”。固定的差異定義為燈104和它們的逆變器電路元件100之間的固有的制造上的差異，例如變壓器112和主驅動電路。動態(tài)的差異為因使用、時間和溫度引起的燈亮度的差異，以及供給逆變器控制電路100的DC供應電壓(電池)的差異。
燈104被包含了原邊電路106和副邊電路108的逆變器控制電路100驅動。原邊電路106管理高電流和低電壓并連接到變壓器110的原邊。副邊電路108包含變壓器112的副邊、鎮(zhèn)流電容器104、熒光燈104、電流傳感器116和電位計118用以調整燈電流。
如果用同樣的逆變器120驅動一個以上的燈，由于燈的差異，通過各個燈的電流將會不同。結果，橫貫LCD面板的亮度就會不均勻。逆變器120的直接與燈(變壓器112的副邊電壓)連接的部分為高壓電路。由于電壓量的參與，電路100不能被簡單地控制用于改變施加在燈104上的供電。
傳統(tǒng)的方案通過對各個燈104使用獨立的逆變器120解決該問題。對各個燈104使用獨立的逆變器120使得電位計118可以調整個別燈的電流，這是因為電流感應信號被用于改變以低電壓(變壓器110的原邊)操作的逆變器120中的開關電路122。傳統(tǒng)的方案費用高，因為對給定的LCD顯示器要用許多的逆變器120。
在圖2中，表示了多個由圖1所示的傳統(tǒng)控制電路驅動的CCFL的電流與電壓200對應關系的特征變化曲線。每個燈需要沖擊電壓(201，202)以電離燈內包含的氣體，并獲得發(fā)光輸出。燈經過電壓沖擊以后，每個燈會展示不同的電壓-電流關系，如圖中的工作電壓斜線(203，204)所示。
圖3所示為當兩個CCFL由同一個逆變器驅動時的電流與電壓對應關系的特征變化曲線。每條斜線(305，306)在達到沖擊電壓以后斜率就不同了。如果目標燈電流等于IOP301的額定工作電流(NominalOperating Current)，并且額定維持電壓(Nominal SustainingVoltage)等于VSUS302，則施加于燈1的電壓必須減去ΔV1以獲得通過燈1的電壓303，即VSUS-ΔV1。同樣地，施加于燈2的電壓必須減掉ΔV2以獲得通過燈2的電壓304，即VSUS-ΔV2。減少通過燈的電壓致使兩個燈具有相等的IOP額定工作電流，從而產生統(tǒng)一的照明強度。
圖4表示了本發(fā)明一個實施例的用于對N個CCFL401進行背光照明的閉環(huán)控制系統(tǒng)400的結構圖。
微控制器402從非易失性內存中執(zhí)行一個或多個軟件模塊，所述模塊包含的程序指令可生成電流控制信號以輸出到場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)406。軟件模塊可以貯存在微控制器、RAM內存、閃存、ROM內存、EPROM內存、EEPROM內存、寄存器、硬盤、移動硬盤、CD-ROM或者本領域公知的任何其它形式的存儲介質中。
FPGA406將電流控制信號402分配到與由微控制器402指定的單個CFFL401相關聯的視覺強化控制模塊VECM(visual enhancementcontrol modules)408中。VECM408(圖6和圖7中有詳述)以由微控制器402指定量的電流驅動各個CCFL。電流傳感器410連續(xù)地檢測目前的單個燈電流以便反饋到微控制器402中。電流傳感器410的單個燈電流輸出由模擬多路器412進行多路輸出至微控制器402。
由微控制器402執(zhí)行的伺服控制算法軟件模塊連續(xù)地使用由電流傳感器410提供的多路反饋信息以調整均等模塊設置。這些設置調整通過連續(xù)地補償由使用年限、替換、固有的制造差異以及溫度的變化引起的電流差異，而維持個體燈的期望電流。由微控制器402執(zhí)行的各個軟件模塊協作控制和調整逆變器414的操作，該操作控制逆變器414(見圖1，元件112)的副邊電壓輸出。該逆變器的副邊電壓輸出施加于CCFL401。
在不同的實施例中，微控制器402、逆變器414、內存(未顯示)、FPGA406、多路器412、電流傳感器410以及控制模塊408之中的任意組合都可以集成在印刷電路(PCPrinted Circuit)板上或者特殊應用集成電路(ASICApplication Specific Integrated Circuit)中?？蛇x地，微控制器402、FPGA406和多路器412可以和逆變器部件414集成在一起。微控制器402，FPGA406，以及多路器412在功能上也可以集成在同一個或者另一個單個IC中。另外，一個或多個控制模塊408可以集成在還包含了電流傳感器410或者光傳感器(見圖5，元件510)的單個集成電路(IC)中。
由微控制器402執(zhí)行的一個或多個軟件模塊所支持的圖形用戶界面可用來進行初始電流設置，或者可選地用于隨后控制伺服控制算法維持設置。
圖5說明了本發(fā)明另一個實施例的多個CCFL的視覺強化控制系統(tǒng)。圖5中體現的可選的視覺強化控制系統(tǒng)500不是使用電流傳感器(見圖4，元件410)而是使用一個或多個光傳感器510向微控制器502提供反饋信息。由微控制器502執(zhí)行的伺服控制算法軟件模塊連續(xù)地使用由光傳感器510提供的多路反饋信息以調整控制模塊設置。這些設置調整通過連續(xù)地補償由使用年限、替換、內在的制造差異和溫度的變化引起的差異，而維持了期望的單個照明等級。
如圖4中所詳述的，控制模塊508設置CCFL501中的電流。通過其相關聯的控制模塊508施加在各個CCFL501上的電流量由來自邏輯塊506的控制信號確定。邏輯塊506執(zhí)行與FPGA(見圖4，元件404)相同的功能。邏輯塊506、微控制器502和模擬多路器512可以是單個集成數字控制器電路的元件。
對閉環(huán)控制系統(tǒng)500的反饋由一個或多個光傳感器510提供。光傳感器510檢測CCFL510的光輸出量。光傳感器510產生光輸出反饋信號作為模擬多路器512的輸入。模擬多路器512將光傳感器的反饋信號發(fā)送到可嵌入微控制器502的模數(A/D)轉換器。由微控制器502執(zhí)行的閉環(huán)伺服控制算法軟件模塊連續(xù)地維持為每個CCFL設定的預定亮度。與CCFL501的使用年限一樣，輸出精度通過由光傳感器確定亮度輸出等級而得到了有利的提高。
除了為亮度一致而保留多燈組中的單個電流設置之外，上述公開的控制系統(tǒng)的實施例，還可以操作來在背光設備中產生視覺效果。該控制系統(tǒng)可用于增加或減少顯示器選定部分的亮度。例如，可以通過將顯示器上爆炸發(fā)生的部分提高光輸出等級，為包含爆炸在內的視頻素材創(chuàng)建三維效果。類似地，可以通過加強陰影，如黑暗的小巷，而創(chuàng)建視覺效果。視覺效果的創(chuàng)建可通過公開的控制系統(tǒng)，使用軟件模塊改變顯示器背光照明裝置的特定區(qū)域的光輸出量而達到。
圖6詳述了本發(fā)明一個實施例的在圖4和圖5的系統(tǒng)結構圖中圖示的控制模塊?？刂颇K600根據由微控制器(未圖示)產生的外部控制信號調整施加于單個CCFL的電流。輸入端602和604通過系統(tǒng)控制器FPGA或者邏輯塊(未圖示)接收從微控制器發(fā)送的電流控制信號?？刂菩盘柨梢园绷?DCDirect Current)電壓，或者脈寬調制(PWMPulse Width Modulated)信號?？刂菩盘柕闹荡_定了通過多個燈組的各個CCFL中的電流量。
控制信號施加于光學或光電裝置U1 606，其用于將控制信號轉換為單獨的控制電壓。寄存器R2 612和R3 614在U1 606中設置與所施加的控制信號成比例的特定電流。光學隔離器將控制信號轉移到U1 610的副邊。
其中U1是光電轉換器，U1中的輸出端LED626產生的光由U1 610的副邊轉換為電壓。電容器C1 618對U1的輸出進行過濾以產生與晶體管Q1 622兼容的單獨的控制信號。寄存器R1 620將Q1 622的基極阻抗設置為可令Q1 622穩(wěn)定工作的值。晶體管Q1 622可按CCFL電流響應的需求而運行在開關模式或者線性模式。包含二極管D1-D4 624的電流控制橋通過Q1 622發(fā)送交流電(ACAlternating Current)兩端的電流以驅動CCFL。
這樣，接收到的電流控制信號轉換為成比例的光輸出信號，并轉換為電壓，產生由控制信號指定的電流?？刂破髦付ǖ碾娏鬏敵龅紺CFL。
圖7詳述了本發(fā)明另一個實施例的在圖4和圖5的系統(tǒng)結構圖中圖示的控制模塊。在圖7體現的可選控制模塊700中，兩個或更多的CCFL(701，702)再次由單個逆變器703驅動。為簡單起見，圖示兩個典型的CCFL?？刂颇K700包含用于CCFL1 701的均衡器704和用于CCFL2 702的均衡器705。均衡器(704，705)包含多個與開關710耦合的并聯的電容器708。微處理器706控制逆變器703。
CCFL需求的非常小的電容值產生了設計上的困難。本發(fā)明的均衡器(704，705)通過提供用于執(zhí)行存儲在非易失型內存中的標準算法的微控制器706，克服了這些電容設計的困難。微控制器執(zhí)行校準程序，用傳感器和微控制器706內部的A/D轉換器測量通過各個CCFL(401，402)的電流。微控制器706隨后關閉適當的開關710，以獲得正確的電容器組合，從而將燈電壓提高或者減少適當的數量。
另外的設計困難在于CCFL需求的高壓。這些困難同樣地由本發(fā)明的均衡器(704，705)克服，因為均衡器(704，705)只需要足以更改CCFL(401，402)的工作點的微小電壓。
由于沖擊后的燈特性斜線非常陡，通過均衡器的電壓必須僅為幾百伏特(見圖2和圖3)。電壓由易得的電容和開關技術(示例，見Supertex有限公司的高壓開關，部件號HV20220)進行簡單的處理。微控制器也可使用PWM控制開關710的開啟和關閉。PWM的工作循環(huán)確定了準確的電容值。該方法可對電容值進行另外的細微調整。
現在來關注數字控制器514的操作特性。如上所述，傳統(tǒng)的如圖1中所示的逆變器電路106需要定時脈沖用以工作。圖8所示來自典型的逆變器控制器102的PWM1信號801包含相位A信號907和相位B信號908，該PWM1信號可觸發(fā)Mosfet開關122的切換，該開關依次將電流切換到變壓器112和調整電容器110。一旦電流切換到變壓器112并調整電容110，則變壓器112的原邊就獲得了正弦電壓。變壓器112將原邊的正弦電壓轉換為具有足夠大的值的副邊電壓。熒光燈的典型的供電變換電壓原邊為24伏RMS，副邊為2200伏RMS。
現有技術的逆變器電路106依靠模擬電路產生逆變器電路106工作所需要的定時脈沖。例如，逆變器電路106中的燈電壓是使用模擬控制器102(未圖示)外部的電容產生的。圖1的控制器102還包含模擬比較器、參考電壓、電流源和其他模擬元件(未圖示)。電容及其值是設計中固定的部分，電容放置于緊鄰模擬控制器的電路板上。其它定時脈沖使用類似的依靠電容器和電阻器等有源模擬元件的技術產生。
如上所述，這些現有技術的用模擬方法產生逆變器電路定時脈沖的顯著缺點在于該定時脈沖不得不特別設計以解決變壓器、Mosfet、電容器、電阻器、和其他電路元件的制造差異。這樣的設計使用的定時脈沖要比驅動熒光燈的特殊裝置所需的脈沖大得多(在某些例子中小得多)。這樣導致了不必要的大量電力用在對燈的驅動上。
此外，逆變器電路中的供電Mosfet開關的精確時間點對其電力消耗有著重要的影響。如果Mosfet切換得太早或太晚，則Mosfet將工作在線性區(qū)，極大地增加電力消耗。另外，根據Mosfet的電流和電壓波形產生而定的切換動作的精確定時對于實現較低的電力消耗非常重要。在如上所述的模擬設計中，定時脈沖是固定的，并基于元件工作特性的最壞情況而確定。因此，定時脈沖一般與系統(tǒng)對精確的需求不匹配。該不匹配導致電流和電壓不能在正確的時間產生，從而導致消耗更多的電力。
本發(fā)明的數字控制方法通過產生高精度的逆變器電路定時脈沖而克服了上述問題。由于定時脈沖與高速計時器同步，所以是精確的，并不會遭受由元件差異引起的錯誤。此外，由于定時脈沖由可調的同步定時電路產生，該脈沖可被校準以匹配逆變器元件的特殊特性。
逆變器電路的定時脈沖圖示于圖8。具有不同工作循環(huán)的PWM1信號801由圖9的逆變器電力PWM-1發(fā)生器產生。PWM1信號801的各個脈沖產生正弦變壓器副邊燈電壓VLAMP802的一部分。根據PWM1 801的工作循環(huán)特性，將為VLAMP802產生不同大小的電壓。PWM1 801的工作循環(huán)越大，VLAMP802電壓也就越大。在VLAMP802的點803處，燈電壓特別大以便沖擊熒光燈，定義為“沖擊電壓”。一旦燈受到沖擊，電壓可減少到VLAMP802上較小的電壓804，定義為“維持電壓”。用在大型屏幕液晶顯示器(LCDLiquid Crystal Display)熒光燈上的沖擊電壓典型值在2200伏RMS左右。維持電壓的典型值在1000伏RMS。VLAMP802的正弦電壓頻率約為50Hz。
熒光燈的模擬減暗過程由PWM1信號801的細微變化構成。這種變化將改變倒相變壓器112副邊的電壓和供電，其將導致燈104變暗。如果使用的模擬減暗較多，燈將閃爍并最終關閉。由于這個原因，模擬減暗用在燈亮度控制電路的相對窄的范圍里。對于燈實際的減暗，數字減暗更優(yōu)。
本發(fā)明中，參照圖9，使用燈數字減暗PWM-2發(fā)生器902。該電路產生波形PWM-2信號805(圖8)。在PWM-2信號805的階段T1，燈是打開的。在適當的時刻806，燈完全關閉。燈在時間段T2中保持關閉。在807時刻處，PWM-2信號805切換到邏輯高信號從而燈必須開啟。在這個特殊的時刻，PWM-1信號801將改變它的工作循環(huán)以產生沖擊電壓808。一旦數字控制器通過使用電流傳感器反饋信息檢測到燈已經開啟，PWM-1801將切換回導致維持電壓809產生的工作循環(huán)。PWM-2信號805將典型地具有400Hz或更高的重復率。PWM-2信號805的重復率的數量級達到人眼不能覺察燈的關閉的級別。PWM-2信號805的工作循環(huán)將確定亮度值。數字減暗通常用在背光照明系統(tǒng)并允許減暗百分比從0％到100％。
在圖9中，系統(tǒng)時鐘與優(yōu)選以10Mhz工作的主時鐘發(fā)生器(MasterClock Generator)901同步。該時鐘由兩個不同的脈寬調制邏輯電路(PWM)使用。第一PWM電路為逆變器供電PWM-1發(fā)生器905，其產生用于在逆變器電路中生成高頻脈沖以轉換Mosfet911和912的PWM信號。PWM寄存器-1906包含代表著PWM-1信號801的工作循環(huán)的數字消息。該數字消息由微控制器921寫入寄存器。
為了理解PWM信號的概念，參考圖8中的PWM-2信號805。PWM信號801由周期脈沖組成，組成該周期脈沖的是持續(xù)時間量為T1的邏輯高時段809和持續(xù)時間量為T2的邏輯低時段810。PWM信號805的占空因數定義為比率T1/(T1+T2)。占空因數通常以百分比表示。例如，在占空因數為60％的PWM信號中，T1對應60％的時間，T2對應40％的時間。PWM信號805的重復率為總時間的倒數即1/(T1+T2)。
逆變器供電PWM-1發(fā)生器905產生相位A907和相位B908信號。這些信號極性相反，用于驅動變壓器(變壓器)的各相應邊。逆變器供電PWM-1發(fā)生器905也可具有其PWM信號占空因數，并由數字比較器919的輸出改變。
第二PWM電路為燈數字減暗PWM-2發(fā)生器902。該電路產生具有與PWM寄存器2中的數字消息相應的占空因數的PWM信號。該數字消息由微控制器921寫入寄存器。該燈數字減暗PWM-2發(fā)生器902的輸出為使能指令903，其為可以使用門909的邏輯將相位A907和相位B908完全關閉的信號。門909的輸出與輪流驅動Mosfet A 911和Mosfet B 912的Mosfet驅動器910連接。Mosfet A 911典型地連接于倒相變壓器的一個末端，而Mosfet B 912連接于變壓器的另一個末端。
裝置的感應信號由微控制器921用于檢測逆變器電流感應信號923、逆變器電壓感應信號924、燈1913的電流感應信號以及該背光照明系統(tǒng)中任何其它燈的相應信號。逆變器電壓感應信號924和燈1913的電流感應信號優(yōu)選位于逆變器變壓器(未圖示)的副邊。輸入可檢測加在電流感應信號燈N914上的多個電流感應信號，其中N由系統(tǒng)中使用的燈的數量確定。使用采樣與保持數組915，所有燈的感應信號被同時捕獲。模擬多路器916將來自采樣與保持數組915的信號之一發(fā)送到可以根據感應信號的大小將信號放大到適當值的可編程增益放大器917。這樣做可以優(yōu)化感應信號，以便通過將信號振幅與模數轉換器918的輸入相匹配而將檢測分辨率最大化。感應信息從總線925發(fā)送到微控制器921以確定系統(tǒng)不同部分的狀態(tài)，以及動態(tài)地改變對逆變器的控制。數字比較器919包括的硬件將模數轉換器918的輸出與由微控制器921載入的代表了相應于燈剛開啟時的感應電流的預定的二進制值相比較。這些二進制值作為初始化程序的結果被存儲起來。由于數字比較器919由組合邏輯實現，與燈亮度比較過程的時間延遲可以忽略。N個比較器的每個對應一個燈。
本發(fā)明應用數字驅動合成以優(yōu)化用于控制逆變器電路的工作的PWM信號。微控制器921在其內存中包含PWM-1信號801和PWM-2信號805的默認值。隨著供電的升高，微控制器921將默認的PWM值載入PWM寄存器1 906和PWM寄存器2 904。PWM寄存器1 906確定逆變器供電PWM-1發(fā)生器905的占空因數，PWM寄存器2904確定燈數字減暗PWM-2發(fā)生器902的占空因數。
在工作中，微控制器921檢測逆變器電流感應信號923以及逆變器電壓感應信號924。由于采樣與維持數組915可由微控制器921觸發(fā)并且信息在被數字化之前可一直得到維持，所以感應信息可以在精確的時刻得到確定。捕獲感應信號的時刻可以不同。這對逆變器切換特性做出了準確的描述。所述信息用于確定逆變器的切換特性，以便確定PWM-1信號801切換Mosfet的最優(yōu)時間點。當確定了切換特性，微控制器921將改變PWM寄存器1 906的值，這將隨之變更PWM-1信號801的占空因數，以使切換動作與電路的開啟和關閉特性相匹配。更改的定時將通過減少電力消耗，使逆變器工作在較高等級的效率下。該過程為自校準操作。其過程連續(xù)重復，導致在逆變器的給定的元件和溫度變動以及使用年限下有效供電。
本發(fā)明應用可調節(jié)的沖擊過程，以改變變壓器副級電壓從沖擊電壓值803改變到維持電壓值804的時間點。周期性地，系統(tǒng)進入一個例行程序，所有燈的電流都由電流感應信號燈1 913和電流感應信號燈N 914進行感應。感應通過改變感應信號被采樣與保持數組915捕獲的確切時間而在沖擊過程中的不同的時間點進行。傳感器捕獲時間由微控制器921設置。來自模數轉換器918輸出的感應值在數字比較器919中，被與由微控制器921載入的代表了相應于燈剛開啟時的感應電流的預定的二進制值相比較。逆變器供電PWM-1發(fā)生器905輸出的前緣隨之被調整以匹配當確定所有燈都帶有電流時的時間點。這樣，在該精確的時間段，燈將僅僅接收到沖擊電壓。該時間點連續(xù)地被調節(jié)至由主時鐘發(fā)生器901允許的高精度。由于微控制器921設置了連續(xù)校準沖擊的正確時間的過程，該調整不會受如本發(fā)明背景技術中所述的固定的和動態(tài)的差異的影響。結果是，沖擊電壓803可在最佳的時刻減少到維持電壓804因而減少了電力消耗。
使用了所公開的控制模塊的所公開的控制系統(tǒng)提供了具有最優(yōu)性價比的CCFL控制電路。當一組中所有的CCFL被同一個逆變器驅動時，可以展示出同等的(或指定的)亮度和電流。
本領域中的技術人員可理解到，上述的各圖中所圖示的步驟順序和元件是沒有限制的。該方法和元件很容易通過對步驟和元件進行省略或調換順序而進行修改，而不會背離所公開的實施例的范圍。
因此，上文已經描述了一種新穎并改良的方法和裝置，一般地用于控制亮度設備，特別地用于控制冷陰極熒光燈。本領域中的技術人員可理解到，信息和信號可以用任何不同種類的技術和方法來表示。例如，數據、指令、命令、信息、信號、比特、符號以及芯片等可以通過上述描述而涉及的信息，可通過電壓、電流、電磁波、磁場或粒子、光學場或粒子，或者它們的任何組合而表示。
技術人員可進一步意識到，與所公開的實施例相關的不同的圖示邏輯塊、模塊、電路和算法步驟可以以電子硬件、計算機軟件或兩者的結合來實現。為了清楚地舉例說明該硬件和軟件的可交換性，上述的各種圖示元件、塊、模塊、電路以及步驟一般通過功能性術語來說明。這些功能是否作為硬件或軟件實現，取決于加在整個系統(tǒng)上的特殊應用和設計限制。技術人員可以在各種特殊應用中以不同的方式實現上述功能性，但是這種實現決定不應解釋為導致偏離本發(fā)明的范圍。
與這里所公開的實施例相關的不同的圖示邏輯塊、模塊和電路可以通過通用處理器得到實現或執(zhí)行，如數字信號處理器(DSP)，應用特殊集成電路(ASIC)，場可編程門陣列(FPGA)或者其它可編程邏輯設備，離散門或者晶體管邏輯，離散硬件元件，或者它們的設計用于執(zhí)行這里所述功能的組合。通用處理器可以是微處理器，但可選地，處理器可以是任何傳統(tǒng)處理器，控制器，微控制器，或者狀態(tài)機器。處理器也可以通過計算機設備的組合而實現，如，DSP和微處理器的組合，多個微處理器的組合，一個或多個與DSP內核協力的微處理器，或者其它任何這樣的配置。
與這里所公開的實施例相關的所述方法或算法的步驟可直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊或者兩者的結合而體現。軟件模塊可貯存在RAM內存、閃存、ROM內存、EPROM內存、EEPROM內存、寄存器、硬盤、移動硬盤、CD-ROM或者本領域公知的任何其它形式的存儲介質中。典范的存儲介質與處理器連接，因而處理器可以從該存儲介質讀取信息或者寫入信息。可選地，存儲介質可以與處理器集成。處理器和存儲介質可貯存在ASIC中?？蛇x地，處理器和存儲介質可存在于分離的元件中。
以上提供對所公開的實施例的描述以使得本領域的技術人員制造或使用本發(fā)明。對于本領域的技術人員來說，很容易在這些實施例中作各種修改，并且這里定義的總的原則可在不偏離本發(fā)明的精神或范圍的前提下應用于其它實施例。因此，本發(fā)明不限于這里所示的實施例，而是與包括這里所公開的各個原則和新穎特性在內的最寬的范圍相一致。
權利要求
1.一種多個發(fā)光設備的供電控制方法，包括感應多個設備組的各個發(fā)光設備的個體的輸出信息；處理該輸出信息以產生各個發(fā)光設備的個體節(jié)電電流控制信號；以及根據微控制器生成的節(jié)電電流控制信號，通過調整經由單一逆變器施加到各個發(fā)光設備上的工作電流，節(jié)約供電消耗。
2.如權利要求1的方法，其中的發(fā)光設備為冷陰極熒光燈。
3.如權利要求1的方法，其中的逆變器用驅動器代替，且所述發(fā)光設備為發(fā)光二極管。
4.一種多個發(fā)光設備的供電控制裝置，包括用于感應多個設備組的各個發(fā)光設備的個體的輸出信息的傳感器；用于處理該輸出信息以產生各個發(fā)光設備的個體節(jié)電電流控制信號的微控制器；以及根據個體節(jié)電電流控制信號，通過調整經由單一逆變器施加到各個發(fā)光設備上的個體工作電流，節(jié)約供電消耗的電流控制電路和服務器控制系統(tǒng)軟件。
5.如權利要求4的裝置，其中傳感器為電流傳感器。
6.如權利要求4的裝置，其中傳感器為光傳感器。
7.如權利要求4的裝置，其中的發(fā)光設備為冷陰極熒光燈。
8.如權利要求4的裝置，其中的逆變器用驅動器代替，且所述發(fā)光設備為發(fā)光二極管。
9.一種用于在多個發(fā)光設備中的供電控制的方法，包括從微控制器接收節(jié)電電流控制信號；從節(jié)電電流控制信號中分離出節(jié)電電壓控制信號；對節(jié)電電壓控制信號進行過濾，以產生與晶體管兼容的分離的節(jié)電電壓控制信號；設置晶體管的基極阻抗；根據發(fā)光設備要求的電流響應而操作晶體管；通過將節(jié)電電壓控制信號施加到晶體管以生成節(jié)電電流控制信號標定的有效供電交流電，節(jié)約供電消耗；以及發(fā)送有效供電交流電的兩極信號至發(fā)光設備。
10.如權利要求9的方法，其中晶體管在線性模式工作。
11.如權利要求9的方法，其中晶體管在開關模式工作。
12.如權利要求9的方法，其中的發(fā)光設備為冷陰極熒光燈。
13.一種發(fā)光設備中供電控制的電路，包括用于從微控制器接收節(jié)電電流控制信號，并從節(jié)電電流控制信號中將節(jié)電電壓控制信號分離出來的隔離器；用于對節(jié)電電壓控制信號進行過濾，以產生與晶體管兼容的分離的節(jié)電電壓控制信號的電容器；用于設置晶體管的基極阻抗的電阻器；用于從節(jié)電電壓控制信號中產生節(jié)電電流控制信號標定的有效供電交流電的晶體管；以及用于發(fā)送有效供電交流電的兩極信號至發(fā)光設備的二極管橋。
14.如權利要求13的電路，其中隔離器為光學隔離器。
15.如權利要求13的電路，其中隔離器為將電流控制信號轉換為隨后被轉換為電壓的成比例的光輸出的光電轉換器。
16.一種發(fā)光設備的供電控制方法，包括感應多個設備組中的個體發(fā)光設備的個體輸出信息；處理該輸出信息以產生該發(fā)光設備的個體節(jié)電電流控制信號；將節(jié)電電流控制信號施加到與并聯的電容器耦合的多個開關，以產生由節(jié)電電流控制信號標定的有效供電工作電流；以及通過用有效供電工作電流驅動發(fā)光設備節(jié)約供電消耗。
17.如權利要求16的方法，其中的發(fā)光設備為冷陰極熒光燈。
18.如權利要求16的方法，其中的發(fā)光設備為發(fā)光二極管。
19.一種發(fā)光設備中的供電控制電路，包括用于感應多個設備組中的個體發(fā)光設備的個體輸出信息的傳感器；用于處理該輸出信息以產生該發(fā)光設備的個體節(jié)電電流控制信號的微控制器；用于產生由節(jié)電電流控制信號標定的有效供電工作電流的、與并聯的電容器耦合的多個開關；以及用有效供電工作電流驅動的發(fā)光設備。
20.如權利要求19的電路，其中的發(fā)光設備為冷陰極熒光燈。
21.如權利要求19的電路，其中的發(fā)光設備為發(fā)光二極管。
22.一種多個發(fā)光設備的供電控制方法，包括用高頻時鐘產生高頻脈寬調制供電控制信號；用低頻時鐘產生低頻脈寬調制供電控制信號；感應多個設備組中的個體發(fā)光設備的輸出反饋信息；通過應用由微控制器執(zhí)行的數字節(jié)電算法，使用該反饋信息確定所述高頻和低頻脈寬調制供電控制信號的最優(yōu)脈寬定時更改值；根據確定的更改值，改變高頻和低頻供電控制信號的脈寬，以產生優(yōu)化的高頻和低頻脈寬調制供電控制信號；以及將該優(yōu)化的高頻和低頻脈寬調制供電控制信號發(fā)送到逆變器開關電路以驅動發(fā)光設備。
23.如權利要求22的方法，其中的數字節(jié)電算法是連續(xù)執(zhí)行的。
24.一種多個發(fā)光設備的供電控制裝置，包括用于產生高頻脈寬調制供電控制信號的高頻時鐘；用于產生低頻脈寬調制供電控制信號的低頻時鐘；用于感應多個設備組中的個體發(fā)光設備的輸出反饋信息的傳感器；用于使用該反饋信息執(zhí)行數字節(jié)電算法，以確定所述高頻和低頻脈寬調制供電控制信號的最優(yōu)脈寬定時更改值的微控制器；用于根據確定的更改值，改變高頻和低頻供電控制信號的脈寬，以產生優(yōu)化的高頻和低頻脈寬調制供電控制信號的脈寬調制發(fā)生器；以及，用于將該優(yōu)化的高頻和低頻脈寬調制供電控制信號發(fā)送到逆變器開關電路以驅動發(fā)光設備的邏輯門。
全文摘要
本發(fā)明公開的實施例提供了一種用于優(yōu)化液晶顯示器的供電效率的方法和裝置。與電路控制模塊關聯的微處理器或者嵌入的微控制器通過使單個逆變器均衡多個CCFL組中的照明強度而消除了冗余。該微控制器通過連續(xù)地感應各個燈的操作電流、以及通過使電容并聯切換以確保各個燈上施加了相同的電流而自動調整個體燈的照明變化，從而優(yōu)化了供電管理。微控制器產生適當的控制信號并執(zhí)行數字伺服控制算法以改變用以進行亮度調整的電流。
文檔編號H05B33/08GK1947471SQ200480038588
公開日2007年4月11日 申請日期2004年11月8日 優(yōu)先權日2003年11月6日
發(fā)明者豪爾赫·桑切斯 申請人:Ceyx科技公司