驅動壓電變壓器的電路裝置和方法
2023-10-08 14:18:34 3
專利名稱：驅動壓電變壓器的電路裝置和方法
技術領域：
本發明涉及使用壓電變壓器的電源的改進，特別涉及有效驅動帶高壓交流(交流電)負載的壓電變壓器的電路裝置和方法。本發明很適用於筆記本式計算機的後窗式(backlit)顯示器中的冷陰極螢光管-但並不僅限於此。
為了減小提供交流高壓的電源的尺寸，已經主張使用壓電變壓器來代替通常的電磁式變壓器。當使用電源中的壓電變壓器產生交流高壓時，眾所周知是使用一個反饋迴路來實現壓電變壓器的穩定工作的。例如日本特許公開說明書Nos.61-152165，4-49846，4-133657和5-219730所披露的現有技術。
這些現有技術披露了各種響應於變壓器的輸出電壓和/或電流控制驅動頻率的反饋技術。但是，當開始工作的時候，有必要確保壓電變壓器的穩定激發。而且，非常重要的是準備防止變壓器正常工作時出現的意外情況。例如，當系統的主直流電源的電壓下降引起負載電流減少的時候，有必要維持變壓器的穩定工作。進一步的，當變壓器在穩定運行期間，意外失去負載時，預防壓電變壓器的損壞是十分重要的。
本發明的一個目的是提供一種有效激發壓電變壓器的電路。
本發明的另一個目的是提供一種有效激發壓電變壓器的方法。
所述的控制壓電變壓器的裝置，包括
向所述壓電變壓器提供驅動電壓的驅動器設備(12)；控制所述驅動電壓的頻率的頻率振蕩器設備(18)；監測流過由所述變壓器供電的負載的負載電流的設備(20，22，24，26)；以及頻率控制設備(16)，當所述變壓器被初始驅動時，它控制所述頻率振蕩器設備進行頻率下降掃描，此時，所述驅動電壓的頻率從預定的較高頻率向預定的較低頻率掃描；在所述變壓器進入穩定運行後，所述頻率控制設備繼續控制所述頻率振蕩器設備，當負載電流降到低於所述第一預定值的第二預定值時進行所述頻率下降掃描。
為了更清楚地理解本發明的特點和優點，下面將結合
，附圖中相同的部件用相同的數碼標記。
圖1是本發明的第一個實施例的方框圖；圖2是顯示諧振頻率附近壓電變壓器輸出輸入電功率之間關係的曲線圖；圖3顯示的是圖1中的電路被初始驅動時，在第一個頻率掃描期間，負載電流被會聚於理想值的方式；圖4顯示的是圖1中的電路被初始驅動時，在第二個頻率掃描期間，負載電流被會聚於理想值的方式；圖5是本發明的第二個實施例的方框圖；圖6是本發明的第三個實施例的方框圖；圖7是本發明的第四個實施例的方框圖。
下面參照附圖1-4討論本發明的第一個優選的實施例。
圖1所示為一個被有效地耦合到一個負載上的壓電變壓器驅動電路的方框圖。如圖所示，壓電變壓器10被變壓器驅動器12直接驅動並且給一個冷陰極螢光管14(即負載)提供交流高電壓。眾所周知，在現有技術中提供驅動器12是為了放大交流驅動電壓達到一個合適的電壓值，這個電壓值的大小取決於被驅動的變壓器的物理尺寸。
在討論附圖1之前，先看附圖2。附圖2所示的是壓電變壓器10被從低於112KHz到高於118KHz之間頻率驅動時，壓電變壓器10的功率效率(用Pe表示)的曲線圖。在這裡假設變壓器10被耦合到螢光管12上。在這個特殊的情況下，變壓器10的諧振頻率(用Fr表示)假設為115KHz，輸入輸出的電功率(用Pin和Pout表示)在3.4w左右。該曲線表明功率效率Pe(即，Pout/Pin)在頻率高於且接近諧振頻率Fr的頻率範圍內比較高。所以，在這段頻率範圍內，(即，高於且接近諧振頻率Fr)來驅動壓電變壓器是十分合理的。
參照本發明，變壓器10工作在穩定狀況的時候流過管12的負載電流被確定，以便獲得高於且接近諧振頻率Fr的頻率驅動變壓器。為此目的，當壓電變電壓器10被初始驅動的時候，加到變壓器10上的驅動頻率從預先設定的最高頻率向預先設定的最低頻率掃描。換言之，上述下降頻率掃描以高於且接近諧振頻率(Fr)的驅動頻率建立一理想的負載電流(參見圖3和圖4)。如圖4所示，在該實施例中假設最高頻率和最低頻率分別是130KHz和100KHz。而且，驅動頻率約為116KHz時，理想負載電流為5mA。
再回到附圖1，當壓電變壓器10被初始驅動的時候，頻率掃描控制器16接收來自外電路(圖中沒有)的接通電源信號，該外電路要求激發螢光管14。響應於電源接通信號，控制器16發出一控制信號給電壓控制振蕩器18(VCO)，由VCO18發出變壓器驅動頻率，該頻率從130KHz到100KHz線性遞減(即，使用頻率下降掃描)。變壓器驅動頻率的電壓被適當地放大並且加到變壓器10上，反過來變壓器10將交流高壓輸出加到螢光管14上。
流過螢光管14的電流在整流/濾波電路中被整流並濾波，並且在電壓驅動器22的一端呈現出電壓VL。然後電壓VL在比較器24上與參考電壓VR1比較。參考電壓VR1對應於上面提及的理想負載電流(例如3mA)。電壓VL也在比較器26上與另一個參考電壓VR2比較，比較器26的輸出(即比較結果)在下面討論的這一步中的頻率掃描控制器16中被忽略了。
如圖3所示，從T0時刻變壓器10被初始驅動以後，如果電壓VL在初始的掃描循環中的T1時刻超過了參考電壓VR1，比較器24就發出一個邏輯1(舉例說)，邏輯1就被加到了頻率掃描控制器16和VCO控制器28上。在這種情況下，頻率掃描控制器16中止VCO18繼續維持第一個頻率掃描過程。另一方面，VCO控制器28控制VCO18以便稍微增加驅動頻率。換句話說，T1時刻以後，VCO控制器28是以使電壓VL趨於參考電壓VR1的方式控制VCO18的。這個反饋過程在現有技術中是眾所周知的。
另一方面，如圖4所示，如果在從T0到T2的第一個頻率掃描期間電壓VL上升失敗，以至於沒有超過參考電壓VR1，在第一個頻率掃描期間比較器24就不發出邏輯1。頻率掃描控制器16檢測到這種情況並且在從T2到T3期間迅速將驅動頻率從最小值100KHz變到最大值130KHz。在此之後，從T3時刻開始第二個掃描過程。如圖4所示，在第二個頻率掃描期間的T4時刻電壓VL超過參考電壓VR1。T4時刻以後兩個控制器16和28的工作過程與附圖3中描述的相同。
一旦螢光管14被驅動並進入穩定狀態，流過螢光管14的電流(負載電流)就基本上維持一個常數(例如在這個實施例中是3mA)。可是，由於外電路(圖中沒有)供能電壓的下降，負載電流可能會不理想地降低。依照本發明，當螢光管進入穩定狀態以後，比較器26就一直在檢測並判斷電壓VL是否低於參考電壓VR2，VR2是低於參考電壓VR1的參考電壓。當VL＜VR2時，比較器26就發出邏輯1。頻率掃描控制器16響應於這個邏輯1並且指示VCO18再次執行已經參照附圖3、4討論的頻率掃描。在第一個或隨後的某一個頻率掃描過程中如果供能電壓恢復到正常值，負載電流就增加到預定值(即，理想負載電流)，而螢光管14就再次進入正常工作狀態。
如果前述的頻率掃描沒有被執行(即，如果沒有比較器26)，附圖1中的電路就會碰到下列困難。這就是如上所述的，當螢光管14正常工作的時候驅動頻率(Fr)維持在諧振頻率以上。所以，當負載電流降到預定值以下(3mA以下)，(即，電壓VL降到參考電壓VR2以下)，VCO控制器28響應於這個過程，試圖降低驅動頻率來增加負載電流。但是，在供能電壓已經降低的情況下提高負載電流是不可能成功的。所以，驅動頻率最終降到最低頻率(100KHz)並維持在這個頻率。這就意味著即使供能電壓恢復到正常值，變壓器也不能被預先確定的高於諧振頻率(Fr)的驅動頻率所驅動。
參照附圖5，本發明的第二個實施例用方框圖的形式表示。
本發明的第二個實施例與第一個實施例(圖1所示)的不同在於第二個實施例還包括一個輸出電壓檢測器30和一個比較器32。為了簡化說明，附圖5中的在附圖1-4中已經描述的方框就不再描述。檢測器32被設置來檢測壓電變壓器10的輸出電壓，而比較器32被設置來將檢測的輸出電壓與參考電壓VR3比較。比較器32的比較結果被提供給頻率掃描控制器16。
本發明的第二個實施例提供了一種裝置，該裝置可以有效地防止輸出電壓突然上升引起過份的振動而使得變壓器10被嚴重地或永久性地損壞。當變壓器10和螢光管14之間的連接意外斷開造成變壓器輸出端開路時，變壓器的輸出電壓會發生異常升高(舉例來說)。特別地，比較器32一直將參考電壓VR3與一個與變壓器10輸出端上的電壓成正比的電壓Vout進行比較。當然，參考電壓VR3依據所使用的變壓器根據經驗來確定。
圖6是本發明的第三個實施例的方框圖。第一個實施例與第三個實施例之間的不同就在於第三個實施例還包括一個驅動頻率中斷控制器40。第三個實施例的其它部分與第一個實施例的電路是相同的，因此為了簡短起見，相同部分的描述就不再給出。
控制器40有一個發生一序列200Hz(舉例來說)脈衝的脈衝發生器(圖中沒有)。脈衝的每一個功率因數可由外電路(圖中沒有)加到控制器40的功率因數控制脈衝控制。當每一個脈衝為高電平(導通)時，控制器40控制驅動器12以便驅動頻率加到變壓器10上。另一方面，每一個脈衝為低電平(不導通)時，控制器40控制驅動器12以便阻止驅動頻率加到變壓器10上。所以，變壓器10的平均電功率輸出可以通過調節每一個脈衝的功率因數而得到調節。這就說明螢光管14的亮度能夠被控制。
當本發明的第三個實施例被加到筆記本式計算機的後窗式顯示器上時，使用者使用一個合適的電子元件，如被包括在上述外部電路中的容量調節器，通過控制液晶顯示器(LCD)後面的背景光(即通過控制功率因數)來調節顯示器的對比度。
當第三個實施例被提供給由59.94Hz的幀同步頻率(國際電視系統委員會的電視NTSC制式標準)驅動的後窗式顯示器的時候，該脈衝頻率應與幀同步頻率明確地分開。這一點對於避免該脈衝頻率與幀同步頻率之間的幹擾引起的不理想的視覺觀察，如波紋幀面，閃爍等，非常重要。
另一方面，相同的論述也適用於幀同步頻率為50.00Hz的PAL或SECAM制式的情況。
依據本發明人所做的實驗，將該脈衝頻率限制在幀同步頻率整倍數的±10Hz之間是十分可取的。
在上述的情況中，中斷控制器40周期性地閉鎖送往變壓器的驅動頻率。做為一種選擇方案，控制器40可以被耦合到VCO上來間斷地阻止驅動頻率的發出。
附圖7是本發明的第四個實施例的方框圖。第四個實施例是由第二個和第三個實施例結合而構成，從以前的論述已經能夠理解第四個實施例的工作過程。
上述論述只是本發明的可能的四種實施例，本發明並不僅限於上述實施例。
權利要求
1.一種控制壓電變壓器的裝置，包括向所述壓電變壓器提供驅動電壓的驅動器設備(12)；控制所述驅動電壓的頻率的頻率振蕩器設備(18)；監測流過由所述變壓器供電的負載的負載電流的設備(20，22，24，26)；以及頻率控制設備(16)，當所述變壓器被初始驅動時，它控制所述頻率振蕩器設備進行頻率下降掃描，此時，所述驅動電壓的頻率從預定的較高頻率向預定的較低頻率掃描；在所述變壓器進入穩定運行後，所述頻率控制設備繼續控制所述頻率振蕩器設備，當負載電流降到低於所述第一預定值的第二預定值時進行所述頻率下降掃描。
2.如權利要求1所述的裝置，還包括當所述負載電流超過第一預定值時控制所述驅動電壓的頻率匯聚於預定頻率的設備(28)。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其中所述的負載是一螢光管(14)。
4.如權利要求1，2或3所述的裝置，其中所述第一預定值高於且接近所述變壓器的諧振頻率。
5.如權利要求1，2，3或4所述的裝置，還包括檢測所述變壓器輸出電壓的設備(30)；以及監視所述輸出電壓的設備(32)，而且當所述輸出電壓超過一預定電壓時，所述頻率控制設備將所述驅動電壓的頻率降至所述預定的較低頻率。
6.如權利要求5所述的裝置，還包括控制所述驅動器設備或所述頻率振蕩器設備間斷驅動所述變壓器的設備(40)。
7.如權利要求6所述的裝置，其中間斷驅動所述變壓器的頻率不許接近電視和視頻幀同步頻率的整數倍。
全文摘要
一種控制壓電變壓器的裝置包括變壓器驅動器給變壓器提供驅動電壓，驅動電壓的頻率由頻率振蕩器控制。負載電流監測器，監視流過像由變壓器供電的螢光管等負載的負載電流。當變壓器初始驅動時，頻率掃描控制器控制頻率振蕩器作頻率下降掃描，此時，驅動電壓的頻率從預定較高頻率向預定較低頻率掃描；在變壓器穩定運行後，頻率掃描控制器繼續控制頻率振蕩器，當負載電流降到低於第一預定值的第二預定值時進行頻率下降掃描。
文檔編號H05B41/282GK1128432SQ9511869
公開日1996年8月7日 申請日期1995年10月5日 優先權日1994年10月5日
發明者川島進吾 申請人:日本電氣株式會社