冷陰極螢光燈數字驅動系統的製作方法
2023-05-12 05:22:51 1
專利名稱：冷陰極螢光燈數字驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種驅動系統，特別是一種適用於冷陰極螢光燈的驅動系統。
背景技術：
螢光燈可廣泛應用於很多場合，特別多用於需照明之情形，且對電源供應要求不高的場合。其中一種螢光燈為冷陰極螢光燈(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)，可用於液晶顯示面板中，以作為背光源或周邊光源之用，而液晶顯示面板常用於筆記本電腦、網絡瀏覽器、某些工業用自動控制裝置及娛樂等系統中。
冷陰極螢光燈的燈管內填充有如氬(Argon)、氙(Xenon)等惰性氣體，藉由冷陰極螢光燈啟動時激發惰性氣體以形成電弧(plasma)來產生電流，而使所述冷陰極螢光燈發光。所述惰性氣體的激發需藉由高壓交流電來驅動形成，故需設計專用的驅動電路，以將外部提供的低壓直流電轉換成高壓交流電，而提供至所述冷陰極螢光燈，以驅動所述螢光燈發光。
如圖1，為傳統的冷陰極螢光燈驅動系統示意圖。所述驅動系統10包含一電源供應器12、一CCFL驅動電路16、一控制器14、一反饋迴路18及一冷陰極螢光燈CCFL。所述電源供應器12是由所述控制器14控制，而提供一直流電壓Vcc至所述CCFL驅動電路16。所述CCFL驅動電路16為一自我共振電路，如已知的Royer電路，特別是一自我震蕩式直流變交流轉換器。例如，所述CCFL驅動電路16可包含一變壓器161、一第一及第二開關組S1、S2及一開關控制電路163。所述變壓器161具有初級線圈及次級線圈。所述電源供應器12耦合在所述變壓器161的初級線圈。所述第一及第二開關組S1、S2是耦合在所述變壓器161的初級線圈及接地間，以分別定義第一導通路徑及第二導通路徑。所述開關控制電路163，是耦合至所述第一開關組S1及第二開關組S2，用以控制所述第一及第二開關組S1、S2的交互導通，而以分別形成所述第一導通路徑及第二導通路徑。而所述冷陰極螢光燈CCFL經由電容Co耦合至所述變壓器161的次級線圈。所述反饋迴路18耦合至負載冷陰極螢光燈CCFL，以產生一反饋信號FB至所述控制器14。所述控制器14包含一比較器15及一脈寬調變電路17(PWM，Pulse Width Modulation)。所述比較器15用以接收所述反饋信號FB，並輸出一控制信號CN至所述脈寬調變電路17。所述脈寬調變電路17用以接收所述控制信號CN，而調節輸入至開關控制電路163的脈衝信號寬度，以經由所述開關控制電路163控制所述第一開關組S1及第二開關組S2的交互導通，而調整所述變壓器161輸出至冷陰極螢光燈CCFL的交流電壓。
如圖2所示，所述脈寬調變電路17調節脈寬的運作大致如下所述脈寬調變電路17是由一脈衝設定器24及一震蕩器22產生一具有脈衝寬度為L的脈衝信號，且藉由改變脈衝寬度L的大小，以改變輸送至所述冷陰極螢光燈的交流電壓，以達到調節所述冷陰極螢光燈11的明暗度。所述脈衝設定器24接收由所述比較器15輸出的控制信號CN，而以向上平移或向下平移直流信號線30來改變直流信號DC的值。同時，所述震蕩器22產生一具有固定頻率的三角波34(triangular wave)，所述直流信號線30施加所述三角波34上，以使所述DC信號線30分別與每一三角波34的上升沿25a、25c及下降沿25b形成交點，由此而定義出所述脈衝信號的上升沿及下降沿，以輸出所述具有脈寬為L的脈衝信號36。假定將所述DC信號線30向上升高，即由相互之交點形成脈寬更窄的脈衝信號，則使所述冷陰極螢光燈變暗，而若將所述直流信號線30向下降低，即由相互之交點形成脈寬更寬的脈衝信號，而使所述冷陰極螢光燈變亮。因此，上述的反饋迴路以產生反饋信號FB，例如表徵流經所述冷陰極螢光燈的電流信號，並以輸入至所述比較器15，由比較器15將所述反饋信號FB與一參考值REF進行比較處理，所述參考值REF可為冷陰極螢光燈的預設明暗度，並以根據比較差值而輸出控制信號CN，藉由所述控制信號CN的控制而使所述直流信號線30作上下的移動，如此的反饋控制使所述冷陰極螢光燈11調整至預設的亮度。
類似的冷陰極螢光燈驅動系統可參見美國專利第6,501,234、6,396,722號，臺灣專利公告第423204、502928及485701號等。這些冷陰極螢光燈驅動系統中的反饋信號FB及控制信號CN皆以模擬信號作為驅動控制信號。然，因模擬信號較易受到外界的影響，如各個冷陰極螢光燈間的特性差異、LCD機械結構上的不同、操作溫度上的變化及供應電源有波動等影響，而使其控制效果達不到預期的效果。而且，以模擬信號作為控制信號的驅動系統，通常不能適用於現代高端的數字電子裝置，如計算機等進行進一步處理，其僅能有限地控制冷陰極螢光燈的使用狀態，如僅控制單一冷陰極螢光燈在一定期間的亮和暗兩種狀態等。如若控制一個以上冷陰極螢光燈，與之匹配的電路設計將更趨複雜，亦更耗費生產成本，且不易適應性地根據需要來設定不同的控制操作，如需要控制一個以上冷陰極螢光燈的亮、暗或亮暗時間長短及亮暗程度等各種不同情形。
而另一方面，這些傳統的冷陰極螢光燈驅動系統一般是在一電路板上搭建達成各個功能的分離元件所構成，而未將各個功能加以集成或模組化，如此將佔用電路板的較大面積，與現今講求微型化的時代，以節省更多布設空間來容納更多功能元件之情形相背道而馳。而且，這些驅動系統的生產，因需在電路板上組裝大量的分離元件，而將耗費大量的時間、人力及物力，遂大大提高這些驅動系統的生產成本。
因此，實有必要提供一種冷陰極螢光燈數字驅動系統，以數位化驅動冷陰極螢光燈，而以有效減少電路板的佔設空間並降低電路板的生產成本下，使冷陰極螢光燈達到所需的使用狀況。
發明內容本發明之目的之一在於提供一種冷陰極螢光燈數字驅動系統，以數位化驅動冷陰極螢光燈，而使冷陰極螢光燈達到預設的使用狀況。
本發明之目的之二在於提供一種冷陰極螢光燈數字驅動系統，以集成化所述驅動系統，而大大降低所述驅動系統的生產成本。
本發明之目的之三在於提供一種冷陰極螢光燈數字驅動系統，以集成化所述驅動系統，而大大減少所述驅動系統佔設電路板的空間。
一種冷陰極螢光燈數字驅動系統，所述數字驅動系統包括一交流電壓供應電路、一脈衝產生電路、一感測阻抗、一反饋控制器及一冷陰極螢光燈。所述交流電壓供應電路提供正弦交流電壓至冷陰極螢光燈。所述脈衝產生電路產生一脈衝信號以控制所述交流電壓的提供。所述感測阻抗，回應所述正弦交流電壓以感測流經所述冷陰極螢光燈的電流。而所述反饋控制器，為一數字控制器，可集成在一晶片上，且至少包含一數字處理電路及一數字控制電路，所述數字處理電路用以接收所述感測電流，開將所述模擬量的感測電流轉換成數位訊號；而所述數字控制電路，至少部分依據所述數位訊號，以調製所述脈衝產生電路產生的脈衝信號寬度，而調整輸入至所述冷陰極螢光燈的交流電壓。其中，所述數字處理電路可為一模數轉換器，以將所述模擬量的感測電流轉換成數位訊號。而所述數字控制電路包括一比較器，用以接收由所述模數轉換器輸出的數位訊號及一參考信號，並進行比較，以根據所得到的比較信號而產生一數字調製信號。所述脈衝產生電路可包含一乘法器及一調製器，所述乘法器用以接收所述數字調製信號及一正弦波信號，而以調節所述正弦波的幅值；而所述調製器器接收所述幅值已調節的正弦波信號及一三角波信號，以輸出脈寬已調製的脈衝信號，如此以數位化調整輸入至冷陰極螢光燈的交流電壓，使冷陰極螢光燈達到預期的使用狀態，如設定單一冷陰極螢光燈在不同期間內達成不同的發光程度，或多個冷陰極螢光燈的不同運作狀況等。
本發明與現有技術相比具有以下優點所述冷陰極螢光燈數字驅動系統以數位化驅動控制冷陰極螢光燈的運作狀況，且所述用以數字控制的控制器是集成在一晶片中，以減少冷陰極螢光燈數字驅動系統佔用電路板的布設空間外，更降低其生產成本。
下面參照附圖結合實施例對本發明作進一步說明。
圖1為傳統冷陰極螢光燈驅動系統的電路圖。
圖2為圖1中脈寬調變電路PWM的波形信號產生示意圖。
圖3為本發明冷陰極螢光燈數字驅動系統的電路圖。
圖4(a)-(c)為圖3中脈衝產生電路的波形信號產生示意圖。
具體實施方式如圖3所示，為本發明之一實施例冷陰極螢光燈數字驅動系統的電路圖。需注意的是，圖中僅繪示單個冷陰極螢光燈，但是，本發明亦不受限於多個冷陰極螢光燈以適當方式設置，如在使用冷陰極螢光燈的大型面板(CCFLPanel)中。且，本發明的數字驅動系統也可應用於類似冷陰極螢光燈的負載中，及其他合適的用途中，在此並非有所限制。
所述冷陰極螢光燈數字驅動系統40包括一電壓供應電路42、一感測電路44、一反饋控制器46及一冷陰極螢光燈41。
所述電壓供應電路42用以輸入一直流電壓Vcc，並經由所述反饋控制器46的控制，而輸出一交流電壓Vout至所述冷陰極螢光燈41，所述電壓供應電路42可以採用自我共振電路，如已知的Royer電路，或其他合適的驅動電路，以將所述直流輸入電壓Vcc轉換成交流電壓Vout。例如，本發明的電壓供應電路42可包括變壓器單元421、若干開關組423及開關控制電路425。所述開關控制電路425可為反相器單元D1、D2，耦合至所述若干開關組423，藉由所述反相器單元D1、D2控制，使其中一些開關組導通時而另一些開關組處於關斷狀態。所述變壓器單元421具有初級線圈及次級線圈，若干開關組423及直流輸入電壓Vcc耦合至所述初級線圈，所述冷陰極螢光燈41耦合至所述次級線圈。需注意的是，所述電壓供應電路40的變壓器單元421、若干開關組423及開關控制電路425之間可根據需要而以適當方式設置，且其中的變壓器421及開關組423數目並非有所限制，且所述開關423可為MOSFETs電晶體、BJT電晶體、或兩者的混合類型及其他合適的開關。
所述感測電路44包含一感測阻抗，如圖電阻Rs或電容等，其電跨接於冷陰極螢光燈41，以感測與冷陰極螢光燈41的使用狀態相關的值，如感測流經所述冷陰極螢光燈CCFL的實際電流，且經由所述感測阻抗Rs而成為一感測電壓Vsense，並以所述感測電壓Vsense作為反饋信號而輸入至所述反饋控制器46。
如此，本發明中所述反饋控制器46接收由所述感測電路44傳來的信號，而調整所述電壓供應電路42輸出至冷陰極螢光燈41的交流電壓。本發明的反饋控制器46為一數字控制器，其可集成在一晶片中，也可將其中部分功能元件加以模組化，以下將具體描述反饋控制器46。
所述反饋控制器46可包含一數字處理電路45、一數字控制電路47及一脈衝產生電路49。
所述數字處理電路45可包括一模數轉換器，所述模數轉換器45用以接收如所述感測電路44所傳來的感測電壓Vsense，並將所述模擬量的感測電壓Vsense予以轉換，而以產生一數位訊號FB，並以輸入至所述數字控制電路47。
所述數字控制電路47可包括一比較器472及一控制單元474。所述比較器472接收所述數位訊號FB及一參考信號REF，並由所述比較器472將比較結果輸入至所述控制單元474。其中，所述參考信號REF表示與冷陰極螢光燈的使用狀態相關的預期值，如需流經所述冷陰極螢光燈的預設電流等。其中，所述參考信號REF可由人工根據經驗及需要而設定為合適值，或由內部可程式化控制器提供，抑或經由外部裝置提供，且所述參考信號REF的值可根據不同的負載特性及其他情形而加以變化，如各冷陰極螢光燈的特性差異等。此外，若所述冷陰極螢光燈數字驅動系統40設置有保護電路(未圖示)，則所述比較器472可接收另一參考信號REF』所述參考信號REF』定義為所述驅動系統40所允許流過的最大電流或最小電流值，在此不加詳述。
在理想狀態下，所述數位訊號FB等於所述參考信號REF。然而，若所述數位訊號FB與所述參考信號REF不相等，則由所述比較器474產生一比較信號CMP(compared value)，即其間的差異值輸入至所述控制單元474。所述控制單元474可主要根據所述比較器472所輸出的比較信號值CMP，而輸出合適的數字調製信號A(Amplitude)至所述脈衝產生電路49。因此，藉由所述比較器472產生的比較信號CMP，以確定所需調製的幅度A，而使所述脈衝產生電路49產生一合適脈寬的脈衝信號，而以調整輸入至所述電壓供應電路49的電壓，以下將進一步詳細描述。
所述脈衝產生電路49包括一正弦波產生器492(Sign waveformgenerator)、一三角波產生器494(Sawtooth generator)、一乘法器496及一調製器498。所述正弦波產生器492產生一正弦波Vin(Vin＝Sinθ)。所述乘法器496的輸入端同時接收所述數字調值信號A及所述正弦波Vin，而在輸出端輸出幅值已調變的正弦波。若所述比較信號CMP指示所述控制單元輸出為A，則經由所述乘法器的運算，所述正弦波的幅值調高至A倍，為Vin』(Vin』＝ASinθ)；反之，若所述數字調製信號CMP指示所述控制單元輸出為1/A，則經由所述乘法器的運算，所述正弦波的幅值減少至1/A倍，為Vin」(Vin」＝1/A Sinθ)。所述三角波產生器494可由具有一適當時間常數的電容，產生一固定頻率的三角波Vm(未圖示)。或者，如圖3所示，所述三角波產生器494包括一時鐘產生器495，由所述時鐘產生器495產生方波且經積分器(未圖示)而形成所述三角波Vm。所述時鐘產生器495可以控制所述正弦波產生器492，使所產生的正弦波Vin與所述時鐘產生器495的三角波Vm具有相同的固定頻率。此外，所述時鐘產生器495將產生的脈衝信號經由一脈衝時序控制電路(未圖示)，而與所述調製器498的輸出端共同輸入至開關控制電路425，如圖3所示的反相器單元D1、D2，以控制輸入至所述反相器單元D1、D2的脈衝時序，而使若干開關組423以預設方式交互導通。且所述時鐘產生器495抑可為其他外部的時鐘產生器，在所不限。
所述調製器498可包含一比較器(未圖示)，用以接收所述三角波信號Vm及由所述乘法器496輸入的幅值已調變的正弦波，而以輸出脈寬已調製的脈衝信號，藉由脈寬的寬窄變化，而以調整輸入至所述冷陰極螢光燈41的交流電壓。
所述脈衝產生電路49調節脈寬的運作大致如圖4(a)-(c)所示如圖4(a)中，由所述三角波產生器494產生三角波Vm，而正弦波產生器492以產生正弦波Vin並施加所述三角波Vm上。假定正弦波Vin的值大於三角波Vm時，定義脈衝信號Vd值為1，而在所述正弦波Vin值小於或等於三角波Vm時，定義所述脈衝信號Vd值為0(也可相反定義上述的假定)，則所述正弦波Vin依次與所述三角波Vm形成交點a、b、c、d等，以形成如圖4(a)圖以二進位0、1進行編碼的第一脈衝信號。
如圖4(b)中，當所述正弦波改變為Vin』(Vin』＝ASinθ)，即所述正弦波曲線向上平移後，由所述正弦波Vin』與所述三角波Vm得到一系列新交點a』、b』、c』、d』等而形成以二進位0、1進行編碼的第二脈衝信號，且相對的脈寬已變寬，如b』與c』兩點間的相對距離已變大。同樣，如圖4(c)中，所述正弦波減至Vin」(Vin」＝1/A Sinθ)時，形成另一脈寬變窄且以數位化表示的脈衝信號。此外，可藉由所述正弦波信號與所述三角波信號的適當變化以調製脈衝信號的寬度外，也可調製所述脈衝信號的數量及分布規則等。
如此，可由所述脈衝產生電路49調變所述脈衝信號，並輸入至開關控制電路425，如反相器單元D1、D2，並由內部或外部的時鐘產生器495進行時序的控制，而使與反相器單元D1、D2耦合的若干開關組423交互導通，以調整輸入至所述冷陰極螢光燈41的交流電壓。
由上所述，藉由所述反饋控制器46的控制，使所述脈衝產生電路49產生已數位化的脈衝信號。且經由上述的脈衝信號數位化處理後，可介入各種計算機程式中的數字邏輯運算，以進行更多類型的複雜控制，如對單一冷陰極螢光燈在不同期間的亮暗狀態進行控制；或在其他一些實施例中，可感測多個冷陰極螢光燈的各種使用狀態，而分別或同時控制各個冷陰極螢光燈達至所需的運作狀態，以達預期的多元化控制。
權利要求
1.一種冷陰極螢光燈數字驅動系統，包括一交流電壓供應電路、一感測電路、一反饋控制器及一冷陰極螢光燈，其特徵在於所述反饋控制器為一數字控制器，且至少包含一模數轉換器及一脈寬調變電路，所述模數轉換器將所接收的以表徵冷陰極螢光燈發光狀況的電信號轉換成一數位訊號，而所述脈寬調變電路至少根據所述數位訊號以調整其脈衝信號的脈寬。
2.如權利要求1所述的冷陰極螢光燈數字驅動系統，其特徵在於所述控制器包含一比較器，可接收所述數位訊號及一參考信號，並以輸出一比較信號。
3.如權利要求2所述的冷陰極螢光燈數字驅動系統，其特徵在於所述控制器進一步包含一控制單元，至少根據所述比較信號，而輸出一數字調製信號。
4.如權利要求3所述的冷陰極螢光燈數字驅動系統，其特徵在於所述脈寬調變電路包含一乘法器，可接收所述數字調製信號及一正弦波信號，並輸出幅值已調節的正弦波信號。
5.如權利要求4所述的冷陰極螢光燈數字驅動系統，其特徵在於所述脈寬調變電路進一步包含一調製器，可接收由所述乘法器輸出的幅值已調節的正弦波信號及一三角波信號，而以產生脈寬已調製的脈衝信號。
6.如權利要求1所述的冷陰極螢光燈數字驅動系統，其特徵在於所述感測電路包括一感測電阻，感測流經所述冷陰極螢光燈之電流，以表徵冷陰極螢光燈發光狀況的電信號。
7.如權利要求1所述的冷陰極螢光燈數字驅動系統，其特徵在於所述電壓供應電路是由變壓器單元、若干開關組及開關控制電路所組成。
全文摘要
一種冷陰極螢光燈數字驅動系統，其包括一交流電壓供應電路、一脈衝產生電路、一感測阻抗、一反饋控制器及一冷陰極螢光燈。所述交流電壓供應電路提供一正弦交流電壓至所述冷陰極螢光燈。所述脈衝產生電路產生一脈衝信號以控制所述正弦交流電壓的提供。所述感測阻抗回應所述正弦交流電壓，以感測流經所述冷陰極螢光燈的電流。而所述反饋控制器，可集成在一晶片上，是將所述模擬量的感測電流轉換成數位訊號，並至少根據所述數位訊號以調製所述脈衝信號的脈寬，從而調整輸入至所述冷陰極螢光燈的正弦交流電壓。
文檔編號H05B41/24GK1717144SQ200410027978
公開日2006年1月4日 申請日期2004年7月2日 優先權日2004年7月2日
發明者謝冠宏 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