放電燈驅動裝置及驅動方法
2023-05-18 12:51:06
專利名稱：放電燈驅動裝置及驅動方法
技術領域：
本發明涉及一种放電燈驅動裝置，尤其涉及一種適用於液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)背光源模塊的驅動裝置。
背景技術：
放電燈(discharge lamp)常用於液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)面板的背光源，其具有依照當時狀態及施加於燈管的交流信號的頻率而變化的端點電壓特性。放電燈也具有負阻抗特性，其等效阻抗會隨著輸入功率的增加而減少。供應電源/功率至燈管的電路必須要有一個可控制的交流供應源，以及一個可準確檢測燈管內電流的反饋電路，以便維持電路的穩定性，並具有負載調整的功能。
傳統的放電燈驅動裝置，通常使用脈寬調變(Pulse WidthModulation，PWM)控制器，用於調節流經放電燈電流的大小。PWM控制器又配合周邊保護電路來確保驅動裝置工作在正常狀態。
圖1為習知放電燈驅動裝置的模塊圖，放電燈驅動裝置包括一PWM控制器10、一驅動電路11、一變壓濾波電路12、一燈管組13、一反饋電路14、一電壓分壓電路15、一保護電路16以及一輸入電壓保護電路17。其中，PWM控制器10根據反饋電路14的反饋信號控制驅動電路11的輸出，繼而通過變壓濾波電路12調節流經燈管組13的電流大小。電壓分壓電路15與保護電路16依次連接於變壓濾波電路12與PWM控制器10之間，避免加載在燈管組13上的電壓過高。輸入電壓保護電路17與PWM控制器10相連，用於檢測電源輸入電壓是否正常，以使放電燈驅動裝置可以正常工作。
傳統放電燈驅動裝置採用PWM控制器10來調節流經燈管組13電流的大小，通常，PWM控制器10為一晶片，其部分參數，如頻率範圍、最大周期等，均已固定無法修改，故在電路設計上會有較多限制。且，相同電路無法符合多家廠商規格，若要修改部分規格，則須修改硬體電路。另，保護電路複雜，不同保護功能需要不同電路來實現，造成元件數量的增多而影響整體電路的性能。
發明內容有鑑於此，有必要提供一种放電燈驅動裝置，其採用可編程控制器，使電路相關參數與規格可通過軟體設定，並實現不同的保護功能。
另外，還需提供一种放電燈驅動方法，其通過可編程控制器實現對電路相關參數與規格的設定，並實現不同的保護功能。
一种放電燈驅動裝置，用於驅動包括多個燈管的燈管組，所述放電燈驅動裝置包括一驅動電路、一變壓濾波電路、一反饋電路以及一可編程控制器。其中，變壓濾波電路用於將從驅動電路接收到的信號轉換為可驅動燈管組的交流信號，反饋電路用於反饋流經燈管組的電流，並將反饋電流輸出至可編程控制器。可編程控制器根據所述反饋信號輸出一控制信號至所述驅動電路，控制驅動電路的輸出。
作為上述技術方案的進一步改進，可編程控制器包括一模擬/數字轉換器、一保護模塊、一脈寬調變控制模塊、一調光模塊以及一信號合成模塊。其中，模擬/數字轉換器用於將接收到的模擬信號轉換為數位訊號。保護模塊用於接收所述數位訊號，並將所述數位訊號與預設值做比較，並輸出一保護信號。脈寬調變模塊用於接收所述數位訊號之一，並提供脈寬調變信號對燈管組的電流進行調節。調光模塊用於接收所述數位訊號之一，並提供一調光信號對所述燈管組進行調光。信號合成模塊同時接收所述保護模塊、脈寬調變模塊以及調光模塊的輸出信號，用於輸出一脈寬調變控制信號至所述驅動電路。
一种放電燈驅動方法，用於驅動包括多個燈管的燈管組，所述放電燈驅動方法包括設定放電燈的正常工作頻率；檢測電源輸入電壓是否正常；若電源輸入電壓異常，檢測系統當前狀態；若電源輸入電壓正常，以漸進方式掃描頻率；檢測反饋信號是否正常；若反饋信號異常，檢測系統當前狀態；以及若反饋信號正常，進入正常工作模式。
本發明採用可編程控制器，使放電燈驅動裝置電路結構簡單，性能較好，設計較為靈活。
圖1為傳統放電燈驅動裝置的模塊圖。
圖2為本發明實施方式中放電燈驅動裝置的模塊圖。
圖3為本發明另一實施方式中放電燈驅動裝置的模塊圖。
圖4為本發明圖2與圖3中可編程控制器的模塊圖。
圖5為本發明圖2與圖3中反饋電路的電路圖。
圖6為本發明實施方式中放電燈驅動方法的流程圖。
圖7為本發明圖6中步驟S603的細化流程圖。
圖8為本發明圖6中步驟S607的細化流程圖。
圖9為本發明圖6中步驟S609的細化流程圖。
圖11為本發明檢測系統狀態的細化流程圖。
具體實施方式圖2所示為本發明實施方式中放電燈驅動裝置的模塊圖，所述放電燈驅動裝置包括一可編程控制器20、一驅動電路21、一變壓濾波電路22、一燈管組23、一反饋電路24以及一電壓分壓電路25。其中，燈管組23包括多個燈管。本實施方式中，驅動電路21為一全橋式(Full-Bridge)驅動電路。本發明其它實施方式中，驅動電路21可為半橋式(Half-Bridge)驅動電路、自激式(Royer)驅動電路、推挽式(Push-Pull)驅動電路。
驅動電路21用於將接收到的信號轉換為一變化的直流信號，所述直流信號通過變壓濾波電路22轉換為一交流信號，並輸出至燈管組23。反饋電路24將流經燈管組23的電流反饋至可編程控制器20，可編程控制器20根據從反饋電路24中得到的電流信號控制驅動電路21輸出信號的大小，用以調節流經燈管組23的電流。且，可編程控制器20輸出信號之一也會控制反饋電路24的工作。電壓分壓電路25連接於變壓濾波電路22與可編程控制器20之間，用於將加載在燈管組23的電壓分壓後輸出至可編程控制器20。
可編程控制器20將調光控制、燈管電流調節以及保護功能整合於一體，使得周邊電路結構簡單；且，本實施方式中，可編程控制器20相關參數均可自行設定，故其功能擴充性較佳；又，對於不同廠商的不同規格，僅需修改可編程控制器20的相關程序即可實現，無須變更硬體電路結構，使用較為方便。
圖3所示為本發明另一實施方式中放電燈驅動裝置的模塊圖。該放電燈驅動裝置與本發明圖2所示的放電燈驅動裝置的區別僅在於圖3所示反饋電路24連接至變壓濾波電路22，同樣用於將流經燈管組23的電流反饋至可編程控制器20。
圖4所示為本發明圖2及圖3中可編程控制器20的模塊圖，其中，可編程控制器20包括一模擬/數字轉換器200、一保護模塊201、一調光模塊202、一脈寬調變(Pulse Width Modulation，PWM)控制模塊203以及一信號合成模塊204。本實施方式中，可編程控制器20具有四個輸入端Vin1、Vin2、Vin3以及Vin4，在正常工作狀態時，可編程控制器20分別接收調光信號、電流反饋信號、電壓信號以及溫度信號。其中，調光信號為一外部調光控制信號，電流反饋信號為反饋電路24的輸出信號，電壓信號為電壓分壓電路25的輸出信號，即加載在燈管組23上的電壓，溫度信號為一感測燈管組23溫度的信號。
調光信號、電流反饋信號、電壓信號以及溫度信號均為模擬信號，上述信號通過模擬/數字轉換器200轉換為數位訊號。調光模塊202根據轉換後的調光信號產生一低頻PWM調光信號Vout1，用於調整燈管組23的亮度。PWM控制模塊203根據轉換後的電流反饋信號產生一高頻電流調節信號，用於調整流經燈管組23的電流，本實施方式中，電流調節信號為一PWM信號。保護模塊201同時接收轉換後的電流反饋信號、電壓信號以及溫度信號，並將上述轉換後的信號與預先設定值做比較，輸出一保護控制信號，用於保護整個電路工作在正常狀態下。當流經燈管組23的電流、加載在燈管組23上的電壓以及燈管組23的溫度均正常時，保護模塊201會輸出一正常工作信號，例如一高電平；當流經燈管組23的電流、加載在燈管組23上的電壓以及燈管組23的溫度均異常時，保護模塊201會輸出一異常工作信號，例如一低電平。
又，信號合成模塊204將保護模塊201、調光模塊202以及PWM控制模塊203的輸出信號整合為一PWM控制信號Vout2，即將低頻PWM調光信號Vout1、高頻電流調節信號以及保護控制信號整合為PWM控制信號Vout2，所述PWM控制信號Vout2實質上為上述輸出信號的邏輯與，且PWM控制信號Vout2為一復頻信號。即當保護控制信號正常時，PWM控制信號Vout2整合調光模塊202輸出的低頻調光信號Vout1以及PWM控制模塊203輸出的高頻電流調節信號，並輸出至驅動電路21；當保護控制信號異常時，則無PWM控制信號Vout2輸出。
本實施方式中，可編程控制器20根據反饋電路24的反饋信號調整PWM控制模塊203輸出信號的周期，即PWM控制信號Vout2中高頻電流調節信號的周期，以調整流經燈管組23的電流大小與亮度。如果反饋信號變化劇烈，則會使PWM控制信號Vout2中高頻電流調節信號不穩定，導致整個電路性能的不穩定。
由於調光模塊202輸出一高低電平交錯的低頻PWM調光信號Vout1，故在保護控制信號正常情況下，當低頻PWM調光信號Vout1為低電平時，信號合成模塊204無輸出，則反饋電路24無反饋信號輸出；當低頻PWM調光信號Vout1為高電平時，信號合成模塊204有輸出，則反饋電路24有反饋信號輸出。故，反饋電路24的反饋信號隨著低頻PWM調光信號Vout1電平高低的變化而瞬間變化，會影響整個電路的穩定性。針對該點本發明對傳統反饋電路做了進一步改進。
圖5所示為圖2與圖3中反饋電路24的具體電路圖。反饋電路24包括一電容C1、一第一電阻、一第二電阻、以及一開關元件M1。其中，開關元件M1具有一輸入端、一第一輸出端以及一第二輸出端。本實施方式中，第一電阻為電阻R1，第二電阻為電阻R2，開關元件M1為一金屬氧化物半導體場效應電晶體(Metal-Oxide-SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET)，且開關元件M1的輸入端為柵極，其第一輸出端為漏極，其第二輸出端為源極。電容C1與電阻R1並行連接，且一端接收反饋信號並傳送至可編程控制器20，另一端接地。電阻R2的一端與電容C1的一端相連。MOSFET M1的柵極與可編程控制器20電連接，用於接收低頻PWM調光信號Vout1，其漏極與電阻R2的另一端相連，其源極與電容C1的另一端相連。
本實施方式中，當低頻PWM調光信號Vout1為高電平時，即反饋電路24有反饋信號輸出至可編程控制器20，MOSFET M1導通，電阻R1與R2並行連接，共同作用加速電容C1存儲電能；當低頻PWM調光信號Vout1為低電平時，即反饋電路24無反饋信號輸出至可編程控制器20，MOSFET M1截止，電阻R1單獨作用減緩電容C1釋放電能。故，低頻PWM調光信號Vout1在高低電平交替時，反饋電路24輸出的反饋信號在電容充放電的作用下變化緩慢。即當低頻PWM調光信號Vout1在高低電平之間轉換時，通過可編程控制器20輸出至驅動電路21的PWM控制信號Vout2中高頻電流調節信號周期緩慢變化，則增強整個電路輸出的穩定性。
做為本發明的進一步改進，反饋電路24更包括一電容C2，其與電容C1並行連接，用於濾除噪聲；以及一電阻R3，其一端連接可編程控制器20，其另一端連接MOSFET M1的柵極，起限流的作用。本實施方式中，電容C1的電容值大於電容C2的電容值。
在本實施方式中，調光方式採用突發調光模式(burst mode)，即不連續調光模式，且所述突發調光模式是以數字方式來達成線性調光。為了確保整體電路輸出的穩定度，低頻調光信號Vout1在高低電平轉換的瞬間，高頻電流調節信號的周期以漸進方式遞增或遞減。
在本實施方式中，燈管組23在進入正常工作狀態之前，會進入一點燈狀態，即可編程控制器20開始掃描頻率，找到適合於點燈的頻率，在完成點燈後，可編程控制器20從點燈頻率復位至工作頻率，開始正常工作。本實施方式中，頻率掃描方式分為三種一種為連續掃描，即在預設頻率範圍內以連續方式來回掃描，並找到適於點燈的頻率點；另一種為分點掃描，即預先設定多個頻率點，以非連續方式掃描所述頻率點，並找到適於點燈的頻率點；又一種為單點掃描，即預先設定一頻率點，在所述頻率點增加周期，即增加輸入的能量，使燈管組23被點亮。
圖6所示為本發明放電燈驅動裝置的工作流程圖。在步驟S601，設定正常工作時的工作頻率。在步驟S603，可編程控制器20檢測電源輸入電壓是否正常。如果電源輸入電壓異常時，可編程控制器20檢測系統當前狀態(參閱圖10)。在步驟S605，當電源輸入電壓正常，可編程控制器20以漸進方式掃描頻率，最終找到適於點燈的頻率。在步驟S607，可編程控制器20檢測反饋信號是否正常。當反饋信號異常時，可編程控制器20檢測系統當前狀態(參閱圖10)。在步驟S609，當反饋信號正常時，即有電流流經燈管組23，換言之，燈管組23已被點亮，則可編程控制器20進入正常工作模式。
圖7所示為圖6中步驟S603的細化流程圖。在步驟S701，可編程控制器20實時偵測電源輸入電壓。在步驟S703，可編程控制器20檢測所述電源輸入電壓是否低於一第一預設值。若所述電源輸入電壓低於第一預設值時，繼續偵測電源輸入電壓。在步驟S705，若所述電源輸入電壓高於第一預設值時，可編程控制器20檢測電源輸入電壓是否高於一第二預設值。若電源輸入電壓高於第二預設值時，可編程控制器20檢測系統當前狀態(參閱圖10)；若電源輸入電壓低於第二預設值時，執行步驟S605，可編程控制器20以漸進方式掃描頻率。本實施方式中，第一預設值為放電燈驅動裝置正常工作電源輸入電壓的最小臨界值，第二預設值為放電燈驅動裝置正常工作電源輸入電壓的最大臨界值，且第一預設值小於第二預設值，並均預先設定在可編程控制器20中。
圖8所示為圖6中步驟S607的細化流程圖。在步驟S801，可編程控制器20偵測反饋信號。在步驟S803，可編程控制器20檢測反饋信號是否大於一第三預設值，所述第三預設值為燈管組23正常工作的最小電流值。若反饋信號大於第三預設值時，執行步驟S609，可編程控制器20進入正常工作模式。在步驟S804，若反饋信號小於第三預設值時，可編程控制器20檢測反饋信號偵測時間是否超過開機時序。若偵測時間未超過開機時序時，則重複步驟S801，繼續偵測反饋信號；若偵測時間超過開機時序時，則可編程控制器20檢測系統當前狀態(參閱圖10)。
圖9所示為圖6中步驟S609的細化流程圖。在步驟S901，可編程控制器20將頻率從點燈頻率復位至正常工作頻率。在步驟S903，調光模塊202設定低頻調光頻率和周期。在步驟S905，信號合成模塊204整合低頻調光信號與高頻電流調節信號。在步驟S907，保護模塊201檢測保護信號，即電流反饋信號、電壓信號以及溫度信號是否正常。若保護信號異常，則可編程控制器20檢測當前系統狀態(參閱圖10)。在步驟S909，若保護信號正常，可編程控制器20根據反饋信號調整輸入至驅動電路21的高頻電流調節信號周期。在步驟S911，可編程控制器20根據外部調光信號調整低頻調光信號周期。本實施方式中，保護模塊201實時檢測保護信號是否正常，則執行步驟S911後，繼續執行步驟S907。
圖10所示為本發明檢測系統當前狀態的細化流程圖。在步驟S1001，可編程控制器20斷開所有輸出信號。在步驟S1003，可編程控制器20檢測系統開/關信號。在步驟S1005，可編程控制器20判斷是否需要重新啟動該系統。若不需要重新啟動該系統，重新執行步驟S1003，可編程控制器20檢測系統開/關信號；若需要重新啟動該系統，重新執行步驟S601，可編程控制器20設定正常工作時的工作頻率。
權利要求
1.一种放電燈驅動裝置，用於驅動包括多個燈管的燈管組，所述放電燈驅動裝置包括一驅動電路、一變壓濾波電路以及一反饋電路，其中，變壓濾波電路用於將驅動電路的輸出信號轉換為可驅動燈管組的交流信號，反饋電路用於反饋流經燈管組的電流，其特徵在於所述放電燈驅動裝置還包括一可編程控制器，用於從反饋電路中接收反饋電流，並輸出一控制信號至所述驅動電路，控制驅動電路的輸出。
2.如權利要求1所述的放電燈驅動裝置，其特徵在於包括一電壓分壓電路，其連接於所述變壓濾波電路與可編程控制器之間，用於分壓加載在所述燈管組上的電壓。
3.如權利要求1所述的放電燈驅動裝置，其特徵在於所述可編程控制器包括一模擬/數字轉換器，用於將接收到的模擬信號轉換為數位訊號；一保護模塊，用於接收所述數位訊號，並將所述數位訊號與預先設定值做比較，並輸出一保護信號；一脈寬調變控制模塊，用於接收所述數位訊號之一，並提供脈寬調變信號對所述燈管組的電流進行調節；一調光模塊，用於接收所述數位訊號之一，並提供一調光信號對所述燈管組進行調光；以及一信號合成模塊，其同時接收所述保護模塊、脈寬調變模塊以及調光模塊的輸出信號，用於輸出一脈寬調變控制信號至所述驅動電路。
4.如權利要求3所述的放電燈驅動裝置，其特徵在於所述調光模塊輸出信號也輸出至所述反饋電路。
5.如權利要求3所述的放電燈驅動裝置，其特徵在於所述反饋電路包括一第一電阻；一第二電阻，其一端連接所述第一電阻的一端；一電容，其與所述第一電阻並行連接，用於存儲和釋放電能；以及一開關元件，其具有一輸入端、一第一輸出端及一第二輸出端，其中所述輸入端電性連接至可編程控制器，所述第一輸出端與第二電阻的另一端相連，所述第二輸出端與電容的另一端相連。
6.如權利要求5所述的放電燈驅動裝置，其特徵在於所述開關元件為一金屬氧化物半導體場效應電晶體。
7.一种放電燈驅動方法，用於驅動包括多個燈管的燈管組，所述驅動方法包括設定放電燈的正常工作頻率；檢測電源輸入電壓是否正常；若電源輸入電壓正常，以漸進方式掃描頻率；檢測反饋信號是否正常；以及若反饋信號正常，進入正常工作模式。
8.如權利要求7所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測電源輸入電壓是否正常的步驟包括當電源輸入電壓異常時，檢測系統當前狀態的步驟。
9.如權利要求7所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測反饋信號是否正常的步驟包括當反饋信號異常時，檢測系統當前狀態的步驟。
10.如權利要求7所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測電源輸入電壓是否正常的步驟包括以下步驟偵測電源輸入電壓；檢測所述電源輸入電壓是否低於一第一預設值；以及檢測所述電源輸入電壓是否高於一第二預設值，如果所述電源輸入電壓高於第一預設值。
11.如權利要求10所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測電源輸入電壓是否低於第一預設值的步驟包括當該電源輸入電壓低於該第一預設值時，繼續偵測電源輸入電壓的步驟。
12.如權利要求10所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測電源輸入電壓是否高於第二預設值的步驟包括當電源輸入電壓高於第二預設值時，檢測系統當前狀態的步驟。
13.如權利要求10所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述第一預設值小於第二預設值。
14.如權利要求7所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測反饋信號是否正常的步驟包括以下步驟偵測反饋信號；檢測所述反饋信號是否大於一第三預設值；以及當所述反饋信號小於第三預設值時，檢測偵測時間是否超過開機時序。
15.如權利要求14所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測反饋信號是否大於第三預設值的步驟包括當反饋信號大於第三預設值時，進入正常工作模式的步驟。
16.如權利要求14所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測偵測時間是否超過開機時序的步驟包括當偵測時間未超過開機時序時，繼續偵測反饋信號的步驟。
17.如權利要求14所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測偵測時間是否超過開機時序的步驟包括當偵測時間超過開機時序時，檢測系統當前狀態的步驟。
18.如權利要求7所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述進入正常工作模式的步驟包括以下步驟復位工作頻率；設定調光頻率和周期；整合低頻調光信號及高頻電流調節信號；檢測保護信號是否正常；當保護信號正常時，根據反饋信號調整高頻電流調節信號周期；以及根據外部調光信號調整低頻調光信號周期。
19.如權利要求18所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測保護信號是否正常的步驟包括當保護信號異常時，檢測系統當前狀態的步驟。
20.如權利要求8、9、12、17或19所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述檢測系統當前狀態的步驟包括以下步驟斷開所有輸出信號；檢測系統開/關信號；以及判斷是否重新啟動該系統。
21.如權利要求20所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述判斷是否重新啟動該系統的步驟包括當不重新啟動該系統時，繼續檢測系統開/關信號。
22.如權利要求20所述的放電燈驅動方法，其特徵在於所述判斷是否重新啟動該系統的步驟包括當重新啟動該系統時，設定放電燈正常工作頻率的步驟。
全文摘要
一种放電燈驅動裝置，用於驅動包括多個燈管的燈管組，所述放電燈驅動裝置包括一驅動電路、一變壓濾波電路、一反饋電路以及一可編程控制器。其中，變壓濾波電路用於將從驅動電路接收到的信號轉換為可驅動燈管組的交流信號，反饋電路用於反饋流經燈管組的電流，並將反饋電流輸出至可編程控制器。可編程控制器根據所述反饋電流輸出一控制信號至所述驅動電路，控制驅動電路的輸出。本發明中可編程控制器可以設定電路相關參數與規格，使得電路結構簡單，設計更為靈活。
文檔編號H05B41/36GK1956615SQ20051010076
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月25日 優先權日2005年10月25日
發明者葛熾昌, 張家銘 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司