利用掃頻的冷陰極螢光燈啟動方法
2023-08-05 09:19:31 4
專利名稱：利用掃頻的冷陰極螢光燈啟動方法
技術領域：
本發明總地涉及冷陰極螢光燈(CCFL)，更具體地涉及冷陰極螢光燈的啟動方法。
背景技術：
CCFL是一種內充惰性氣體的密封燈管。當給燈管施加交流電壓時，惰性氣體被電離，產生紫外線。紫外線照射燈管內壁塗敷的螢光材料，使其激發，從而發出可見光。CCFL 具有高亮度、低功耗、低成本等優點，因此在例如顯示設備、廣告燈箱、辦公自動化設備和汽車照明等各種領域得到越來越廣泛的應用。CCFL工作所需的交流電壓由逆變器和變壓器提供。如圖1所示，逆變器11接收DC 電壓輸入VDC，生成交流電壓νΑα提供給變壓器12。變壓器12將交流電壓νΑα轉換成CCFL 所需的交流電壓Vac2，並輸出該Vac2以驅動CCFL。點亮CCFL需要逆變器提供高電壓，通常，通過使逆變器在高工作頻率處工作來生成這樣的高電壓。然而，由於CCFL在點亮狀態下的阻抗與未點亮狀態下有很大不同，逆變器的諧振迴路的增益_頻率曲線在這兩種狀態下也有很大不同，如圖2所示。當CCFL未點亮時，逆變器在高工作頻率(例如，fs,。pJ處具有較大增益(例如，G3)，有助於生成高電壓。 但是，當CCFL點亮之後，fs, open處的增益迅速下降，導致CCFL上的燈電壓降低，亮度迅速下降，甚至熄滅。為了防止CCFL在點亮之後熄滅，需要逆變器在CCFL點亮之前以高工作頻率工作，而在CCFL點亮之後以較低的正常工作頻率工作。現有的解決方案通常通過將逆變器的工作頻率跳增以點亮CCFL，並且在CCFL點亮之後跳回正常工作頻率。如圖2所示，逆變器開始工作於頻率fs處，諧振迴路的增益是 G2。將工作頻率跳增到fs,。pm，諧振迴路的增益增大到G3，提供高電壓V。,。pm，CCFL點亮。在 CCFL點亮之後，諧振迴路的增益快速下降。此時，使逆變器的工作頻率跳至較低的正常工作頻率f；，獲得CCFL點亮狀態下的較大增益G1，以便為CCFL提供足夠高的電壓。這種方案的缺點在於跳頻容易導致CCFL的燈電壓和燈電流的過衝。另一種解決方案是先用高頻操作CCFL —段時間，然後返回正常工作頻率。這種方案有時會導致CCFL熄滅，因為諧振迴路的增益在CCFL點亮時變得很小，因此CCFL不能在高頻下獲得足夠高的電壓。
發明內容
考慮到現有的CCFL啟動方法的缺點，希望提供一種能夠穩定地點亮CCFL的方法。本發明提供了一種啟動燈的方法，所述燈由逆變器驅動，所述方法包括針對逆變器的工作頻率從一初始頻率執行連續的掃頻，直到達到燈的啟動頻率，以點亮燈；以及在燈點亮之後，針對逆變器的工作頻率執行連續的掃頻，直到達到燈的正常工作頻率。本發明還提供了一種用於驅動燈的逆變器的工作頻率設置裝置，包括第一電流發生裝置，用於提供第一電流；第二電流發生裝置，用於提供第二電流；工作頻率設定器， 用於根據第一電流與第二電流之和設定逆變器的工作頻率，其中當開燈信號有效時，第二電流發生器提供連續改變的第二電流，使得工作頻率設定器針對逆變器的工作頻率從初始頻率執行連續掃頻，直到達到燈的啟動頻率，以點亮燈；以及在燈點亮之後，第二電流發生器提供遞減的第二電流，使得工作頻率設定器針對逆變器的工作頻率執行連續掃頻，直到達到與第一電流相對應的燈的正常工作頻率。根據本發明的CCFL啟動方法，CCFL未被點亮時對工作頻率進行連續掃頻，以產生高啟動電壓，並且在CCFL點亮之後進行向下掃頻，返回正常工作頻率，從而為CCFL提供正常操作所需的足夠高電 壓。向上和向下掃頻的結合可靠地點亮了 CCFL，並且有助於消除 CCFL的燈電壓和燈電流的過衝。本發明提供了 CCFL的簡單可靠的啟動方法，並且易於在集成電路(IC)中實現。根據本發明的工作頻率設置裝置可以集成到IC中。本發明為用戶提供了低廉和可靠的解決方案，使其可以從這種簡單、可靠、靈活的方案中獲益。
結合附圖，根據對示例性實施例的以下說明，本發明的總體構思的上述和/或其他方面將變得顯而易見並更易於理解，在附圖中圖1示意性地示出了 CCFL的工作原理；圖2示意性地示出了在CCFL點亮和未點亮狀態下，逆變器的工作頻率與增益之間的關係；圖3示意性地示出了根據本發明實施例的CCFL啟動方法；圖4示意性地示出了根據本發明另一實施例的CCFL啟動方法；圖5示意性地示出了根據本發明實施例的CCFL啟動方法的流程圖；圖6示意性地示出了根據本發明實施例的逆變器工作頻率設置裝置；以及圖7示意性地示出了根據本發明另一實施例的逆變器工作頻率設置裝置。
具體實施例方式現在將詳細參照本發明總體構思的實施例，在附圖中示出了這些實施例的示例， 其中各處，類似的附圖標記指代類似的元件。以下對實施例進行說明，以便通過參照附圖來解釋本發明的總體構思。圖3示出了根據本發明實施例的CCFL啟動方法，其具體示出了在CCFL啟動過程中，逆變器的工作頻率、佔空比、CCFL的燈電壓和燈電流隨時間的變化。其中，逆變器的初始工作頻率低於啟動頻率。如圖3所示，在時刻、，CCFL未點亮。對逆變器的工作頻率執行向上掃頻，諧振迴路的增益隨之增大，CCFL的燈電壓升高。在時刻、處達到啟動頻率，CCFL的燈電壓達到啟動電壓。在時刻t2處，CCFL點亮，阻抗降低，諧振迴路的增益減小，CCFL的燈電壓降低。對逆變器的工作頻率執行向下掃頻，諧振迴路的增益增大，CCFL的燈電壓升高。在時刻t3處， 逆變器達到正常工作頻率，CCFL的燈電壓和燈電流達到正常工作電壓和正常工作電流。從圖3可以看出，利用根據本實施例的方法，在CCFL點亮之前，燈電壓逐漸增大到啟動電壓，在CCFL點亮之後，燈電壓基本保持在正常工作電壓附近。在CCFL點亮之前， CCFL的燈電流很小，在CCFL點亮之後，燈電流逐漸增大到正常工作電流。因此，利用根據本實施例的方法，CCFL在點亮之後不會熄滅，並且燈電壓和燈電流的變化較為平穩，不會出現過衝。優選地，可以通過調節逆變器生成的電壓的佔空比來獲得更好的性能。如圖3所示，在向上掃頻的過程中，可以增加佔空比以提高電壓提升的速度。在工作頻率到達啟動頻率之後，可以利用小佔空比保護CCFL的器件和燈管。在CCFL點亮之後，向下掃頻的過程中， 可以增加佔空比，以加快電壓提升的速度。可以使用本領域已知的多種方法來改變逆變器生成的電壓的佔空比，本文中省略對其的詳細描述，以免不必要地模糊本發明的主旨。圖4示出了根據本發明另一實施例的CCFL啟動方法。如圖4所示 ，逆變器的初始工作頻率高於啟動頻率。對工作頻率執行向下掃頻，直到達到啟動頻率。在時刻t2處，CCFL 點亮，阻抗降低，諧振迴路的增益減小，CCFL的燈電壓降低。對逆變器的工作頻率執行向下掃頻，諧振迴路的增益增大，CCFL的燈電壓升高。在時刻t3處，逆變器達到正常工作頻率， CCFL的燈電壓和燈電流分別達到正常工作電壓和正常工作電流。優選地，在初始工作頻率高於啟動頻率的情況下，可以通過調節逆變器生成的電壓的佔空比來獲得更好的性能。如圖4所示，在從初始頻率開始進行掃頻的過程中，可以增加佔空比以提高電壓。在CCFL點亮之後，向下掃頻的過程中，可以進一步增加佔空比，以加快電壓提升的速度。圖5示出了根據本發明實施例的CCFL啟動方法的流程圖。該方法開始於步驟501。 在步驟502，針對逆變器的工作頻率從初始頻率執行連續掃頻，直到達到燈的啟動頻率，以點亮燈。在步驟503，在燈點亮之後，針對逆變器的工作頻率執行連續掃頻，直到達到燈的正常工作頻率。該方法在步驟504結束。如結合圖3描述的，逆變器的初始頻率可以低於啟動頻率。優選地，在從初始頻率執行連續的掃頻的過程中，增大逆變器的輸出電壓的佔空比。在到達啟動頻率之後，減小佔空比。在燈點亮之後的連續掃頻的過程中，增大佔空比。如結合圖4描述的，逆變器的初始頻率可以高於啟動頻率。優選地，在從所述初始頻率執行連續的掃頻的過程中，增加逆變器的輸出電壓的佔空比。在燈點亮之後的連續掃頻過程中，進一步增加佔空比。圖6示出了根據本發明實施例的逆變器工作頻率設置裝置600的框圖。如圖6所示，逆變器工作頻率設置裝置600包括第一電流發生裝置610，用於提供恆定的第一電流 Ilcs ；第二電流發生裝置620，用於提供第二電流I皿；工作頻率設定器630，用於根據第一電流與第二電流之和設定逆變器的工作頻率。在初始狀態下，第二電流為零，工作頻率設定器630根據第一電流設定逆變器的工作頻率。當開燈信號有效時，第二電流發生器620提供遞增的第二電流，使得工作頻率設定器630針對逆變器的工作頻率從初始頻率執行連續掃頻，直到達到燈的啟動頻率，以點亮燈。在燈點亮之後，第二電流發生器620提供遞減的第二電流，使得工作頻率設定器630 針對逆變器的工作頻率執行連續掃頻，直到達到與第一電流相對應的燈的正常工作頻率。根據本發明的實施例，第一電流發生裝置610可以包括串聯的恆壓源Vra和第一電阻器R1，流經第一電阻器Rl的電流被提供作為第一電流Im。第一電流發生裝置610也可以是本領域已知的任何能夠提供恆定電流的裝置。
第二電流發生裝置620包括電壓發生裝置621，用於在開燈信號有效時提供遞增電壓，並且在燈點亮之後提供遞減電壓；和電流發生器622，用於在電壓發生裝置621提供的電壓高於第一參考電壓Vtl(Vc) >0，其具體值可根據實際需要來選擇)時輸出第二電流 I皿，否則輸出零電流。本領域已知有多種方式可以實現上述功能的電壓發生裝置621和電流發生器622，以下僅通過具體實施例描述其中的一種。根據本發明的實施例，電壓發生裝置621可以包括第二電阻器R2與第一電容器C2 的並聯結構和與所述並聯結構串聯的電流源Is。當開燈信號有效時，所述電流源Is提供恆定電流I1對 第一電容器C2充電，電壓發生裝置621輸出遞增電壓。在燈點亮之後，電流源 Is被禁用，第一電容器C2通過第二電阻器R2放電，電壓發生裝置621輸出遞減電壓。根據本發明的實施例，電流發生器622可以包括第一電壓比較器COMPl、電壓源 Vs、第一開關Kl和第三電阻器R3。其中，第一電壓比較器C0MP1、電壓源Vs、第一開關Kl構成電壓比較裝置。第一電壓比較器COMPl的反相輸入端連接到第一參考電壓Vtl，其正相輸入端連接到電壓發生裝置621的輸出端。電壓源Vs連接到第一電壓比較器COMPl的正相輸入端，並且經由第一開關Kl與第三電阻器R3串聯。第一開關受第一電壓比較器COMPl 的輸出控制。當電壓發生裝置621輸出的電壓小於Vtl時，第一開關Kl斷開，沒有電流經過 R3。當電壓發生裝置621輸出的電壓大於Vtl時，第一開關Kl閉合，R3上的電壓為電壓發生裝置621輸出的電壓與電壓源Vs電壓(該電壓可以等於V。)的差值，R3上的電流被提供作為第二電流I皿。當開燈信號有效時，電壓發生裝置621輸出遞增電壓，當該電壓增大到大於Vtl時， 第一開關Kl閉合，電流發生器622輸出遞增的第二電流I皿。設置第二電阻器R2和電流源 Is，使得當第二電流I皿達到最大值時，工作頻率設定裝置將逆變器的工作頻率設定為啟動頻率。第二電流I皿保持在最大值，直到燈點亮。在燈點亮之後，電流源Is被禁用，第一電容器C2通過第二電阻器R2放電，電壓發生裝置621輸出遞減電壓，當該電壓減小到小於Vtl 時，第一開關Kl斷開，電流發生器622的輸出變為零。根據本發明的實施例，工作頻率設定器630可以包括第二電壓比較器C0MP2，其與第二電容器C3、第二開關K2構成振蕩器。該振蕩器根據第一電流Ira和Ilcc之和輸出振蕩信號，以設定逆變器的工作頻率。其中，工作頻率設定器630可以包括兩個鏡像電流源，其輸出電流Irai和I·分別是第一電流『和第二電流I皿的鏡像電流。這兩個鏡像電流源向所述振蕩器提供第一電流Im和Ilcc之和。具體地，這兩個鏡像電流源的公共點耦接到第二電容器C3和第二電壓比較器 C0MP2的一個輸入端，第二電壓比較器C0MP2的另一個輸入端耦接到第二參考電壓Vref，其輸出信號控制第二開關K2的導通和關斷。第二電容器C3與第二開關K2並聯。當公共點的電壓高於第二參考電壓Vref時，電壓比較器C0MP2的輸出控制第二開關K2閉合。也可以使用本領域已知的任何其他方式實現工作頻率設定器630。以下參考圖6描述該工作頻率設置裝置600的操作。在初始狀態下，開燈信號無效，電流源Is被禁用，電壓發生裝置621的輸出電壓為零，電流發生器輸出電流W為零。 工作頻率設定器630根據第一電流Im設置工作頻率。當開燈信號有效時，電流源Is啟動，向第一電容器C2充電，電壓發生裝置621輸出遞增電壓，當該電壓大於Vtl時，第一開關Kl閉合，電流發生器622輸出遞增的第二電流I皿。工作頻率設定器630根據遞增的第一電流與第二電流之和針對逆變器的工作頻率執行連續向上掃頻。當第二電流I皿達到最大值時，工作頻率設定裝置將逆變器的工作頻率設定為啟動頻率。將該啟動頻率保持一段時間，直到燈點亮。在燈點亮之後，電流源Is被禁用，第一電容器C2經由第二電阻器R2放電，電壓發生裝置621輸出遞減電壓。電流發生器622輸出遞減的第二電流I皿。工作頻率設定器根據遞減的第一電流與第二電流之和針對逆變器的工作頻率執行連續向下掃頻。當電壓發生裝置621的輸出電壓減小到小於Vtl時，第一開關Kl斷開，電流發生器輸出電流Ilcc為零。工作頻率設定器630根據第一電流Ira設置工作頻率，優選地，該工作頻率為逆變器的正常工作頻率。 根據本發明的實施例，可以通過設置第一電容器C2的值來設置掃頻速度。圖7示出了根據本發明另一實施例的工作頻率設置裝置700的框圖。工作頻率設置裝置700的結構與工作頻率設置裝置600類似，其不同之處在於第二電阻器R2與第一電容器C2的並聯結構經由第三電容器C4連接到高電平Vrc。當系統啟動時，該高電平Vcc由0跳變到一個高電平，該跳變過程將電壓發生裝置621的輸出電壓快速拉升到一個較高值，第一開關Kl閉合，第二電流發生裝置620輸出較大的第二電流I皿， 工作頻率設定器相應地將工作頻率設定為高於啟動頻率的值。當開燈信號有效時，電流源Is被啟用，電壓發生裝置621的輸出電壓從上述較高值逐漸下降到與啟動頻率相對應的值，工作頻率設定器相應地將工作頻率設定為啟動頻率。將該啟動頻率保持一段時間，直到燈點亮。在燈點亮之後，電流源Is被禁用，第一電容器C2經由第二電阻器R2放電，電壓發生裝置621輸出遞減電壓。電流發生器622輸出遞減的第二電流I皿。工作頻率設定器根據遞減的第一電流與第二電流之和針對逆變器的工作頻率執行連續向下掃頻。當電壓發生裝置621的輸出電壓減小到小於Vtl時，第一開關Kl斷開，電流發生器輸出電流Ilcc為零。工作頻率設定器630根據第一電流Ira設置工作頻率，優選地，該工作頻率為逆變器的正常工作頻率。根據本發明的工作頻率設置裝置通過平滑地改變控制電壓來改變逆變器的工作頻率。通過改變控制電壓進行掃頻，直到CCFL被點亮。在CCFL被點亮之後，通過減小控制電壓進行向下掃頻，直到正常操作頻率，從而CCFL可以正常工作。對工作頻率進行連續掃頻使得能夠穩定地點亮CCFL，並且避免了燈電壓和燈電流的過衝。上面的描述僅用於說明本發明的實施方式，而並非要限制本發明的範圍。說明書和權利要求書中的「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分不同的元件，而並非將其限制為以特定的順序被使用。本領域的技術人員應該理解，本發明的範圍由所附權利要求限定。不脫離本發明的精神和原理的任何修改或局部替換，均應落入本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種啟動燈的方法，所述燈由逆變器驅動，所述方法包括針對逆變器的工作頻率從初始頻率執行連續掃頻，直到達到燈的啟動頻率，以點亮燈；以及在燈點亮之後，針對逆變器的工作頻率執行連續掃頻，直到達到燈的正常工作頻率。
2.根據權利要求1所述的方法，其中初始頻率低於啟動頻率。
3.根據權利要求1所述的方法，其中初始頻率高於啟動頻率。
4.根據權利要求2所述的方法，還包括在從初始頻率執行連續的掃頻的過程中，增大逆變器的輸出電壓的佔空比； 在到達啟動頻率之後，減小佔空比；以及在燈點亮之後的連續掃頻的過程中，增大佔空比。
5.根據權利要求3所述的方法，還包括在從所述初始頻率執行連續的掃頻的過程中，增加逆變器的輸出電壓的佔空比； 在燈點亮之後的連續掃頻過程中，進一步增加佔空比。
6.一種用於驅動燈的逆變器的工作頻率設置裝置，包括 第一電流發生裝置，用於提供第一電流；第二電流發生裝置，用於提供第二電流；工作頻率設定器，用於根據第一電流與第二電流之和設定逆變器的工作頻率，其中 當開燈信號有效時，第二電流發生器提供連續改變的第二電流，使得工作頻率設定器針對逆變器的工作頻率從初始頻率執行連續掃頻，直到達到燈的啟動頻率，以點亮燈；以及在燈點亮之後，第二電流發生器提供遞減的第二電流，使得工作頻率設定器針對逆變器的工作頻率執行連續掃頻，直到達到與第一電流相對應的燈的正常工作頻率。
7.根據權利要求6所述的工作頻率設置裝置，其中當開燈信號有效時，第二電流發生器提供遞增的第二電流，並且初始頻率低於啟動頻率。
8.根據權利要求6所述的工作頻率設置裝置，其中當開燈信號有效時，第二電流發生器提供遞減的第二電流，並且初始頻率高於啟動頻率。
9.根據權利要求6所述的工作頻率設置裝置，其中第一電流發生裝置包括串聯的恆壓源和第一電阻器。
10.根據權利要求6所述的工作頻率設置裝置，其中第二電流發生裝置包括電壓發生裝置，用於在開燈信號有效時提供遞增或遞減電壓，並且在燈點亮之後提供遞減電壓；電流發生器，用於在電壓發生裝置提供的電壓高於第一參考電壓時輸出第二電流。
11.根據權利要求10所述的工作頻率設置裝置，其中電壓發生裝置包括 第二電阻器與第一電容器的並聯結構；和與所述並聯結構串聯的電流源，當開燈信號有效時，所述電流源提供恆定電流，在燈點亮之後，電流源被禁用。
12.根據權利要求11所述的工作頻率設置裝置，其中所述並聯結構經由第三電容器連接到高電平，使得當系統啟動時，初始頻率高於啟動頻率。
13.根據權利要求10所述的工作頻率設置裝置，其中電流發生器包括電壓比較裝置，所述電壓比較裝置在電壓發生裝置提供的電壓高於第一參考電壓時輸出二者的差值；和與電壓比較裝置串聯的第三電阻器，用於產生第二電流。
14.根據權利要求7所述的工作頻率設置裝置，其中工作頻率設定器包括振蕩器，所述振蕩器產生的振蕩信號的頻率與第一電流與第二電流之和相對應。
15.根據權利要求14所述的工作頻率設置裝置，其中振蕩器包括第二電容器，耦接到與第一電流對應的第一鏡像電流源和與第二電流對應的第二鏡像電流源的公共點；與所述第二電容器並聯的開關；和電壓比較器，所述電壓比較器的第一輸入端連接到所述公共點，第二輸入端連接到第二參考電壓，輸出端用於控制所述開關的導通和關斷。
16.根據權利要求15所述的工作頻率設置裝置，其中所述電壓比較器在所述公共點的電壓大於第二參考電壓時，使所述開關導通。
全文摘要
本發明提供了一種啟動燈的方法，所述燈由逆變器驅動，所述方法包括針對逆變器的工作頻率從初始頻率執行連續掃頻，直到達到燈的啟動頻率，以點亮燈；以及在燈點亮之後，針對逆變器的工作頻率執行連續掃頻，直到達到燈的正常工作頻率。
文檔編號H05B41/295GK102387647SQ201010272709
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者任遠程, 劉白仁, 孫順根, 張軍明, 杜磊, 楊先慶 申請人:成都芯源系統有限公司