能夠提升電壓的能量回收電路及其提高能效的方法
2023-05-04 02:11:01
專利名稱：能夠提升電壓的能量回收電路及其提高能效的方法
技術領域：
本發明涉及等離子體顯示平板的能量回收電路，特別涉及具有升壓能力的一種能量回收電路，以及採用這種電路的一種提高能效的方法，這種方法能夠提高從平板回收的能量的電壓因子(voltage factor)，以迅速重新用到平板上，從而縮短平板電容器的充電時間，提高它的能量回收效率。
除此以外，本發明還涉及一種能量回收電路和採用這種電路的一種提高能效的方法，這種方法能夠減少必不可少的器件的數量。
交流(AC)型PDP用電解質材料對電極進行塗敷，從而利用發生在電解質材料表面上的表面放電。在這種交流型PDP中，驅動脈衝具有幾十到幾百伏特(V)的高壓，用來維持幾萬到幾百萬個單元放電，這個脈衝的頻率高於數百千赫茲。如果將這樣一個驅動脈衝施加在這些單元上，就會出現大電容充電/放電現象。
在等離子體顯示平板上出現這樣的充電/放電現象的時候，平板的容性負載不會引起能量浪費，但是因為產生驅動脈衝的時候採用了直流(DC)電源，所以在等離子體顯示平板上會損失大量能量。具體而言，如果在放電的時候，單元中有過多的電流流過，就會使能量損失增加。這樣的能量損失會導致開關器件的溫度上升，在最壞的情況下會擊穿開關器件。為了回收平板中產生的不必要的能量，等離子體顯示平板的驅動電路包括有能量回收電路。
參考
圖1，Weber的第5,081,400號美國專利提出的能量回收電路包括在電感器L和電容器Css之間並聯的第一個開關Sw1和第二個開關Sw2，用於給平板電容器Cp提供維持電壓Vs的第三個開關Sw3，以及施加一個接地電壓GND給平板電容器Cp的第四個開關Sw4。
將用於限制反向電流的第一個二極體D1和第二個二極體D2連接在第一個開關Sw1和第二個開關Sw2之間。平板電容器Cp是平板的電容值的一個等效表示，以及參考符號Re和R-Cp分別是平板提供的電極和單元的寄生電阻的一個等效表示。開關Sw1、Sw2、Sw3和Sw4中的每一個都是用半導體開關器件實現的，例如MOS場效應管器件。
下面將結合圖2介紹圖1所示能量回收電路的工作原理，其中假設會在電容器Css上充上等於Vs/2的電壓。如圖2所示，Vcp和Icp分別代表平板電容器Cp的充電/放電電壓和電流。
在時間t1，第一個開關Sw1接通。於是，通過第一個開關Sw1和第一個二極體D1向電感器L施加存貯在電容器Css上的電壓。由於電感器L與平板電容器Cp一起構成一個串聯LC諧振電路，因此平板電容器Cp開始以諧振波形充電。
在時間t2，第一個開關Sw1關斷，同時第三個開關Sw3接通。於是，通過第三個開關Sw3給平板電容器Cp施加一個維持電壓Vs。從時間t2直到時間t3，平板電容器Cp的電壓保持為維持電平。
在時間t3，第三個開關Sw3關斷，同時第二個開關Sw2接通。於是，平板電容器Cp的電壓通過電感器L、第二個二極體D2和第二個開關Sw2被回收到電容器Css中。
在時間t4，第二個開關Sw2關斷，同時第四個開關Sw4接通。於是，平板電容器Cp的電壓下降到接地電壓GND。
在這個能量回收電路中，需要改善平板的放電特性，以獲得穩定的維持時間，並提高從平板回收能量的效率。為了這一目的，圖1所示的傳統能量回收電路使電感器L的電感量很小，以使提供給平板的電壓上升時間很短。因此，改善放電特性和使電感器L的電感很大，就能夠提高能量回收效率。
但是，因為圖1所示的傳統能量回收電路在充電/放電路徑上採用了同一個電感L，所以，如果通過將電感器L的電感值定得很小來縮短平板電壓上升時間，就會因為峰值電流很大而降低能量回收效率。相反，在傳統的能量回收電路中，如果通過將電感器L的電感值定的很大來提高能量回收效率，由於延長了提供給平板的電壓的上升時間，因此放電特性變壞，很難獲得所述維持時間。
除此以外，因為傳統能量回收電路需要許多半導體開關器件Sw1～Sw4、電感器L和回收電容器來進行回收、充電和電壓保持階段的操作，因此它的製造成本很高。
本發明的另一個目的是提供一種能量回收電路和利用它的一種提高能效的方法，利用它們能夠減少必不可少的開關器件的數量。
為了本發明的這些目的和其它目的，根據本發明一個方面的能量回收電路包括一個電壓提升電路，用來提高從平板回收的能量的電壓因子，並且將提升了電壓的能量提供給平板。
這種能量回收電路還包括開關器件，用來切換電壓提升電路和平板之間的信號路徑。
在這種能量回收電路中，電壓提升電路包括電容器，用來積聚從平板回收的能量；電感器，用來積聚從電容器過來的能量的電流因子；還有開關器件，用來切換電容器和電感器之間的信號路徑。
在這種能量回收電路中，電容器、電感器和開關器件都被連接起來，形成一個閉合迴路。
在這種能量回收電路中，形成的閉合迴路獨立於所述平板。
在這種能量回收電路中，通過開關設備的開關操作，用電感器感應出來的反向電壓提升從平板回收過來的能量的電壓因子。
在這種能量回收電路中，形成的閉合迴路用來積聚電感器的電流。
在這種能量回收電路中，斷開閉合的迴路以提高能量的電壓因子。
在這種能量回收電路中，斷開閉合的迴路以便將電容器上積聚的能量以提升了的電壓因子提供給平板。
在這種能量回收電路中，開關器件利用電壓提升電路將具有提升了的電壓因子的能量提供給平板，並且從平板回收能量。
這種能量回收電路還包括維持電壓源，用來產生一個維持電壓；以及第二個開關器件，用來將維持電壓從維持電壓源提供給平板。
在這種能量回收電路中，信號路徑保持它的信號沿著一個方向傳遞，而具有提升的電壓因子的能量則被提供給平板，並且同時平板過來的能量被回收到電壓提升電路中。
在這種能量回收電路中，根據是否將提升了電壓的能量提供給平板，或者是否將平板上的能量回收到電壓提升電路，來改變信號路徑的信號傳遞方向。
在這種能量回收電路中，信號路徑包括橋式二極體。
這種電路回收電路進一步包括第二個開關器件，它安裝在電感器和開關之間，在平板的電壓保持接地電壓的時候用於保持它的接通狀態，在其它間隔則交替接通和關斷。
在這種能量回收電路中，開關器件是內含體二極體的電晶體。
這種能量回收電路進一步包括接地電壓源，用於提供接地電壓給所述平板；以及第二個開關器件，用來從接地電壓源提供接地電壓給平板。
在這種能量回收電路中，電壓提升電路進一步包括至少一個與所述的電感並聯的其它電感，它的電感值不同於所述電感。
這種能量回收電路進一步包括第一個二極體，它的陰極與電感器中電感較小的電感器連接，它的陽極與電容器連接；和第二個二極體，它的陰極與電感器中電感量較大的電感器連接，陽極與開關器件連接。
這種能量回收電路進一步包括二極體，它的陰極與平板連接，以及陽極與電壓提升電路連接。
這種能量回收電路進一步包括二極體，它的陰極與維持電壓源連接，其陽極與電壓提升電路和第一個開關器件的連接點連接。
這種能量回收電路進一步包括二極體，它的陰極與電壓提升電路和第一個開關器件連接，以及陽極與接地電壓地連接。
這種能量回收電路進一步包括第三個開關器件，用來提供具有預定的時間常數的梯度的斜坡電壓類型的維持電壓給平板。
根據本發明另一個方面的等離子體顯示平板的能量回收電路包括其中將第一個能量信號從平板輸入，且將大於第一個能量信號的第二個能量信號提供給平板。
根據本發明再一個方面的提高能效的方法包括以下步驟從平板回收能量給一個閉合迴路；並且控制這個閉合迴路，以便將電壓因子得到了提高的能量提供給平板。
這種提高能效的方法進一步包括以下步驟從平板回收了能量到閉合迴路以後，使閉合迴路與平板之間實現電絕緣。
在這種提高能效的方法中，控制閉合迴路的步驟包括感應出一個反向電壓的步驟。
在這種提高能效的方法中，感應出反向電壓的步驟包括積聚電流的步驟。
在這種提高能效的方法中，閉合迴路被斷開。
這種提高能效的方法進一步包括提供維持電壓給平板的步驟。
這種提高能效的方法進一步包括提供接地電壓給平板的步驟。
這種提高能效的方法進一步包括按照需要的梯度以斜坡電壓型的維持電壓提供給平板的步驟。
根據本發明又一個方面的提高能效的方法，包括以下步驟從平板回收能量；提高回收能量的電壓因子；以及將提高了電壓因子的能量提供給平板。
在這種提高能效的方法中，提高電壓因子的步驟採用了閉合迴路。
在這種提高能效的方法中，進一步包括在將平板的能量回收到閉合迴路中去以後，讓閉合迴路與平板之間實現電絕緣的步驟。
在這種提高能效的方法中，提高電壓因子的步驟包括以下步驟循環步驟；循環以積聚包含在回收能量中的電流因子；提供步驟，將積聚的電流因子與回收的能量以電壓因子的形式提供給平板。
圖4是圖3所示能量回收電路的一個驅動波形圖；圖5是圖3所示能量回收電路電壓在初始提升間隔的一個等效電路圖；圖6是圖3所示能量回收電路在平板電壓提升間隔和充電間隔的一個等效電路圖；圖7是圖3所示能量回收電路在回收平板放電能量的時間間隔的一個等效電路圖；圖8是本發明中第二個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖9是圖8所示能量回收電路的一個驅動波形圖；圖10a和10b是說明圖8所示第四個開關工作過程的波形圖；圖11是根據本發明第三個實施例的能量回收電路的電路原理圖；圖12是說明圖11所示第四個開關工作過程的波形圖；圖13是圖11所示能量回收電路的驅動波形示意圖；圖14是根據本發明第四個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖15是根據本發明第五個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖16是根據本發明第六個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖17是根據本發明第七個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖18是根據本發明第八個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖19是根據本發明第九個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖20是根據本發明第十個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖21是根據本發明第十一個實施例的能量回收電路的一個電路圖；
圖22是說明圖21所示第一個電感器和第二個電感器的電感值與平板電容器一起決定的上升時間和下降時間的一個波形圖；圖23是根據本發明第十二個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖24是根據本發明第十三個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖25是根據本發明第十四個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖26是圖25所示能量回收電路的一個驅動波形示意圖；圖27是根據本發明第十五個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖28是根據本發明第十六個實施例的能量回收電路的一個電路圖；圖29是圖28所示能量回收電路的一個驅動波形圖；和圖30是利用本發明的實施例的能夠提升電壓的能量回收電路的提高能效的方法的工作步驟流程圖。
參考圖3，根據本發明第一個實施例的能量回收電路包括電容器Css、電感器L和第一個開關S1，它們連接起來形成一個閉合迴路；通過第二個節點n2與平板電容器Cp連接的第二個開關S2；以及連接在第二個節點n2和維持電壓源vs之間的第三個開關S3。
平板電容器Cp表示平板的電容值，以及符號Re和R-Cp分別表示平板上電極和單元的寄生電阻。每個開關S1、S2、S3都採用半導體開關器件，例如MOS FET、IGBT、SCR、BJT等實現的。
第一個開關S1被接通的時候，形成一個電流閉合迴路，它從電容器Css一側的端子開始，通過電感器L和第一個開關S1，與電容器Css另一側的端子連接。通過電容器Css釋放出來的電荷，在這個閉合迴路中的電感L上積聚起電流。第一個開關S1斷開以後，電感器L上的電流到達最大，與此同時，通過電感器L感應出一個反向電壓。這樣，在第一個節點n1上出現一個提升了的電壓，它等於電容器Css的電壓與電感器L上感應出的反向電壓的和。
第二個開關S2將第一個節點n1上提升了的電壓提供給平板電容器Cp，通過電感器L將從平板電容器Cp回收的能量的電壓因子提供給電容器Css。第三個開關S3將維持電壓Vs施加在平板電容器Cp上，從而使平板電容器Cp上的電壓保持為維持電壓的電平。
下面將結合圖4介紹圖3所示能量回收電路的操作。
能量的電壓因子(也就是無功功率)是通過充電到維持電平的平板電容器Cp的放電，由第二個開關S2和電感器L回收到電容器Css上。
在時間t0到t1的間隔中，第二個開關S2被斷開，同時第一個開關S1被接通，從而形成一個閉合迴路，其包括電容器Css、電感器L和第一個開關S1，如圖6所示。在這個間隔中，電感器L在電容器Css釋放的電荷的幫助下形成一個電流。因此，在這個時候，電感器L的電流IL增大，且通過電感器L上的電壓等於電容器Css上的電壓Vss，如圖5所示。
在時間t1，當第一個開關S1被斷開，且第二個開關S2的體二極體S2導通的時候，電感器L上的充電電流開始被送入平板電容器Cp。電感器L上的充電電流被提供給平板電容器Cp，以提高平板電容器Cp的電壓Vcp。在時間t1』，當平板電容器Cp的電壓Vcp變得高於電容器Css的電壓Vss的電平時，電容器L的電流達到其最大值，與此同時，通過電感器L上感應出反向電壓，如圖6所示。
因此，從時間t1』電感器L上感應出反向電壓開始，將電容器Css的電壓Vss和電感器L上感應出來的反向電壓加起來得到的提升了的電壓被用來給平板電容器Cp充電。結果，將電容器Css上的充電電壓和電感器L上感應出來的反向電壓加起來得到的提升電壓被用來給平板電容器Cp充電。通過這種方式，因為將高於平板上回收過來的能量的提升了的電壓用來提供給平板，因此平板電容器Cp中充電電壓的上升時間很短。
另一方面，給平板充電的時候，在充電電流路徑上只存在電感器L和第二個開關S2的體二極體。與這一點相比，傳統的能量回收電路，如圖1所示，在給平板充電的時候，在充電電流路徑上存在電感器L、第一個開關S1和第一個二極體D1。
在時間t2，第三個開關S3接通，同時第二個開關S2的體二極體斷開。於是，通過第三個開關Sw3將維持電壓Vs施加在平板電容器Cp上，以將平板電容器Cp的電壓電平保持在維持電壓電平上。設置在平板內的單元的電極在這個維持電壓電平上進行放電。
在時間t3，第三個開關S3斷開，第二個開關S2接通。在這個時候，圖3所示的能量回收電路可以被表示為圖7所示的電路。於是，能量的電壓因子(也就是對放電沒有貢獻的無功功率)從平板電容器Cp通過第二個開關S2和電感器L回收到電容器Css上。回收這一能量的時候，電流路徑上只有電感器L和第二個開關S2。與這一點相比，圖1所示的傳統能量回收電路的電流路徑中，在回收這一能量的時候有一個電感器L、第二個二極體和第二個開關S2。
電容器Css上的充電電壓可以通過控制時間t3到時間t4這段時間內第二個開關S2的接通時間而加以改變。
圖3所示的能量回收電路中，充電路徑和它的放電路徑裡只有一個半導體開關器件，因此與圖1所示的能量回收電路相比，它能夠減少開關器件的傳導損耗。在圖3所示的能量回收電路裡，第一個開關到第三個開關S1、S2和S3在體二極體的導通狀態下導通，以切換到零電壓。
在圖3所示的能量回收電路裡，因為電流的相位由於電感器L而延遲，因此電壓和電流之間的重疊部分減少，從而使第一個開關S1和第二個開關S2中流過的電流與第一個開關S1和第二個開關S2上的電壓的相位重疊引起的開關損耗最小。
在圖3所示的能量回收電路裡，即使電感L的電感被設置為很大，用於提高能量回收效率，通過控制第一個開關S1的導通時間，提供給平板的提升後電壓的上升時間將進行得很快。換句話說，在根據本發明的能量回收電路裡，不管電感器L的電感量有多大，通過只控制第一個開關S1的開關時間，提升後電壓的上升時間能夠很短。
因此，通過增大電感器L的電感量，使提升後電壓的上升時間很短，就能夠提高能量回收效率。
參考圖8，其中給出了本發明第二個實施例中的能量回收電路。
參考圖8，根據本發明第二實施例的能量回收電路包括由電容器Css、電感器L、第一個開關S1和第四個開關S4，連接起來形成的一個閉合迴路；通過第一個節點n1與第一個開關S1和第四個開關S4共同連接，以及通過第二個節點n2與平板電容器Cp連接的第二個開關S2；以及連接在第二個節點n2和維持電壓源vs之間的第三個開關S3。
開關S1、S2和S3中的每一個都是由半導體開關器件，例如MOSFET、IGBT、SCR、BJT等實現的。
當第一個開關S1和第四個開關S4接通的時候，就形成一個電流閉合迴路，它從電容器Css一側的端子開始，並通過電感器L、第四個開關S4和第一個開關S1與電容器Css另一側的端子連接連接。通過電容器Css釋放的電荷，在這個閉合迴路裡的電感器L上積聚起電流。在第一個開關S1斷開以後，電感器L上的電流變得最大，與此同時，在電感器L上感應出一個反向電壓。這樣，在第一個節點n1上出現一個提升了的電壓，它是通過將電容器Css上的電壓與電感器L上感應出來的反向電壓累加而實現的。
第二個開關S2和第四個開關S4將第一個節點n1上提升的電壓施加給平板電容器Cp，並且通過電感器L將平板電容器Cp上回收的能量的電壓因子施加給電容器Css。第三個開關S3施加一個維持電壓Vs，從而使平板電容器Cp的電壓保持為維持電壓電平上。
在平板電容器Cp的電壓Vcp應該保持為地電壓電平GND時，第四個開關S4在暫停間隔被斷開，例如如圖10A所示的維持間隔A和B之間的設置間隔，復位間隔或者消隱間隔，而在其它間隔中則反覆地接通/斷開。此外，從平板電容器Cp的電壓Vcp開始下降到接地電壓GND這個時間，直到保持接地電壓電平GND的初始間隔，第四個開關S4被斷開，如圖10B所示，在其它時間則保持它的接通狀態。
下面參考圖9介紹圖8所示的能量回收電路的操作。
通過充電到維持電平Vs的平板電容器Cp的放電，經過第二個開關S2和電感器L將能量的電壓因子回收到電容器Css上。
在從t0到t1的間隔中，第二個開關S2斷開，第一個開關S1和第四個開關S4接通，形成一個閉合迴路，其包括電容器Css、電感器L、第一個開關S1和第四個開關S4。在這個間隔，電感器L在電容器Css放電的電荷的幫助下形成一個電流。因此，在這個時候，電感器L上的電流IL增大。
在第一個開關S1斷開，第二個開關S2的體二極體接通的時間t1，電感器L中的充電電流開始流入平板電容器Cp。將電感器L中的充電電流IL提供給平板電容器Cp，以提高平板電容器Cp的電壓Vcp。在平板電容器Cp的電壓Vcp變得高於電容器Css的電壓Vss的時間t1』，電感器L的電流達到其最大值，與此同時，通過電感器L感應出反向電壓。因此，從電感器L中感應出反向電壓的時間t1』開始，用電容器Css上的電壓Vss與電感器L上感應出來的反向電壓相加得到的提升電壓用來給平板電容器Cp充電。
在時間t2，第三個開關S3接通，而第二個開關S2的體二極體斷開。於是，通過第三個開關Sw3將維持電壓Vs施加在平板電容器Cp上，使平板電容器Cp的電壓電平保持為維持電壓電平。
在時間t3，第三個開關S3斷開，而第二個開關S2接通。於是，從平板電容器Cp回收過來的能量的電壓因子通過第二個開關S2、第四個開關S4和電感器L被儲存在電容器Css中。回收能量的時候，電流路徑中有電感器L、第二個開關S2和第四個開關S4。回收了平板電容器Cp的電壓以後，當平板電容器Cp保持為接地電壓GND的時候，第四個開關S4斷開。
圖11示出了根據本發明第三個實施例的能量回收電路。
參考圖11，根據本發明第三個實施例中的能量回收電路包括由電容器Css、電感器L和第一個開關S1連接起來形成的一個閉合迴路；橋電路10，其通過第一個節點n1與電感器L和第一個開關S1連接，通過第二個節點n2與平板電容器Cp連接；第三個開關S3，它連接在第二個節點n2和維持電壓源vs之間；以及第四個開關S4，它連接在第二個節點n2和接地電壓源GND之間。
橋電路10包括第一個節點n1和第二個節點n2之間連接成橋型的二極體Dc1、Dc2、Dr1和Dr2，以及第二個開關S2與二極體Dc1、Dc2、Dr1和Dr2連接。橋電路10根據平板充電/放電的時間控制電流路徑。
每個開關S1、S2和S3都是由半導體開關器件來實現的，例如MOS FET、IGBT、SCR、BJT等。
當第一個開關S1接通的時候，形成一個電流閉合迴路，它從電容器Css一側的端子開始，通過電感器L和第一個開關S1與電容器Css另一側的端子連接。通過從電容器Css釋放電荷，在閉合迴路中的電感器L上積聚起電流。在第一個開關S1斷開以後，電感器L的電流達到最大，與此同時，在電感器L上感應出反向電壓。通過累加電容器Css上的電壓與電感器L上感應出的反向電壓，這樣，在第一個節點n1上出現提升後的電壓。
平板放電的時候第二個開關S2接通，通過二極體Dc1、第二個開關S2和二極體Dc2形成平板充電電流路徑，從而將提升以後的電壓從第一個節點n1施加在平板電容器Cp上。另外，回收能量的時候第二個開關S2接通，通過二極體Dr1、第二個開關S2和二極體Dr2形成一個能量回收電流路徑，從而通過電感器L將從平板電容器Cp回收過來的能量的電壓因子施加在電容器Css上。
第三個開關S3施加一個維持電壓Vs，從而將平板電容器Cp的電壓保持為一個維持電壓電平。
當平板電容器Cp的電壓電平保持接地電壓電平GND的時候，只有第四個開關S4接通，如圖12所示，以便將第二個節點n2的電壓保持為接地電壓。
下面參考圖13介紹圖11所示能量回收電路的操作。
利用充電到維持電壓Vs的平板電容器Cp的放電，通過第二個開關S2和電感器L，將能量的電壓因子回收到電容器Css上。
在t0到t1的間隔內，第二個開關S2斷開，同時接通第一個開關S1，形成一個閉合迴路，其包括電容器Css、電感器L和第一個開關S1。在這個間隔內，電感器L在電容器Css釋放出來的電荷的幫助之下形成一個電流，從而增大電感器L的電流IL。在這個時候，電感器L兩端的電壓等於電容器Css的電壓Vss。
在第一個開關S1斷開，而第二個開關S2接通的時間t1，電感器L上的充電電流開始通過二極體Dc1、第二個開關S2和二極體Dc2流進平板電容器Cp。將電感器L中的充電電流IL提供給平板電容器Cp，以提高平板電容器Cp的電壓Vcp。在平板電容器Cp的電壓Vcp達到高於電容器Css的電壓Vss的時間t1』，電感器L的電流達到最大值，與此同時，在電感器L上感應出反向電壓。因此，從電感器L上感應出反向電壓的時間t1』，利用提升了的電壓給平板電容器Cp充電，這個提升了的電壓是通過將電容器Css的電壓Vss與電感器L上感應出的反向電壓相加得到的。
在時間t2，第三個開關S3接通，同時第二個開關S2斷開。於是，通過第三個開關Sw3將維持電壓Vs施加給平板電容器Cp，以將平板電容器Cp的電壓電平保持為一個維持電壓電平。
在時間t3，第三個開關S3斷開，而第二個開關S2接通。於是，從平板電容器Cp上回收過來的能量的電壓因子通過二極體Dr1、第二個開關S2和二極體Dr2和電感器L儲存在電容器Css上。第二個節點n2上的電壓保持為接地電壓電平GND，因為在回收了平板電容器Cp的電壓以後，平板電容器Cp應該保持接地電壓電平GND的時候，例如復位間隔(設置間隔)或者維持脈衝之間的接地電壓維持間隔，第四個開關S4接通。
在復位間隔(設置間隔)或者維持脈衝之間的接地電壓維持間隔，將平板電容器Cp保持為接地電壓電平的第四個開關S4可以被應用於圖14～16所示的本發明的第一個實施例和第三個實施例。
圖14所示的第四個開關S4、圖15所示的第五個開關S5和圖16所示的第四個開關S4能按照圖11所示的第四個開關S4所示的方式來操作。
在圖15中，在設置間隔、復位間隔等這種暫停期間中，連接在電感器L和第二個開關S2之間的第四個開關S4斷開，且在其它間隔則反覆地接通/斷開。還有，從平板電容器Cp的電壓Vcp開始下降到接地電壓電平GND開始，直到接地電壓電平GND保持下來的初始間隔，第四個開關S4斷開，而在其它間隔則保持它的接通狀態。
參考圖17，本發明第七個實施例中的能量回收電路包括電容器Css、電感器L和第一個開關S1，它們連接起來形成一個閉合迴路；第二個開關S2，它通過電感器L、第一個開關和第二個節點n2與平板電容器Cp連接；第三個開關S3連接在第二個節點n2和維持電壓源vs之間；以及輔助二極體Da，它連接在第一個節點n1和第二個節點n2之間。
當第一個開關S1接通的時候，形成一個電流閉合迴路，它從電容器Css一側的端子開始，通過電感器L和第一個開關S1與電容器Css另一側的端子連接。在這個閉合迴路中通過電容器Css釋放的電荷在電感器L中積聚起電流。在第一個開關S1斷開以後，電感器L的電流達到最大，與此同時，在電感器L上感應出一個反向電壓。這樣，在第一個節點n1上通過將電容器Css上的電壓與電感器L上感應出來的反向電壓相加出現一個提升了的電壓。
第二個開關S2將第一個節點n1上提升了的電壓施加給平板電容器Cp，並將從平板電容器Cp回收過來的能量的電壓因子通過電感器L施加給電容器Css。第三個開關S3將一個維持電壓Vs施加給平板電容器Cp，從而將平板電容器Cp的電壓保持為一個維持電壓電平。
輔助二極體Da減少第二個開關S2的體二極體的電流負載率，以及第二個開關S2的電阻值，以減少第二個開關S2的發熱量。換句話說，輔助二極體Da將第一個節點n1到第二個節點n2之間流過的電流路徑分流，以防止第二個開關S2過流和過壓。
如果將輔助二極體Da應用於圖8、圖14和圖15所示的能量回收電路，就能夠分別構成圖18、圖19和圖20所示的能量回收電路。
實際上安裝了輔助二極體Da的能量回收電路的工作流程與圖5所示的波形圖相同。
參考圖21，根據本發明第十一個實施例中的能量回收電路包括電容器Css、第一個電感器L201和第二個電感器L202，以及第一個開關S1，它們連接起來構成一個閉合迴路；第二個開關S2，它通過第二個節點n2與平板電容器Cp連接；第三個開關S3，它連接在第二個節點n2和維持電壓源vs之間。
第一個二極體D201，它連接在第一個電感器L201和電容器Css之間，以及第二個二極體D202，它連接在第二個電感器L202和第一個節點n1之間。第一個二極體D201和第二個二極體D202每個通過第二個電感器L202分離回收電路和通過第一個二極體L201的分離充電電路。
當第一個開關S1接通的時候，形成一個電流閉合迴路，它從電容器Css一側的端子開始，通過第一個電感器L201和第一個開關S1與電容器Css另一側的端子連接。在這個閉合迴路中通過電容器Css釋放的電荷，在第一個電感器L201中積聚起電流。在第一個開關S1斷開以後，第一個電感器L201的電流達到最大，與此同時，在第一個電感器L201上感應出一個反向電壓。這樣，在第一個節點n1上出現提升了的電壓，它是通過將電容器Css的電壓與第一個電感器L201上感應出的反向電壓相加得到的。
第二個開關S2將第一個節點n1上提升了的電壓施加在平板電容器Cp上，通過第二個二極體D202和第二個電感器L202，將從平板電容器Cp回收的能量的電壓因子施加給電容器Css。第三個開關S3將一個維持電壓Vs施加給平板電容器Cp，從而將平板電容器Cp的電壓保持在維持電壓電平。
下面參考圖4和22解釋圖21所示能量回收電路的操作。
在時間t0到t1的間隔中，第二個開關S2斷開，而第一個開關S1接通。在這個間隔內，第一個電感器L201在電容器Css釋放的電荷的幫助下形成電流。
在第一個開關S1斷開的時間t1，第一個電感器L201中的充電電流通過第二個開關S2的體二極體開始饋入平板電容器Cp。將第一個電感器L201中的充電電流提供給平板電容器Cp，以提高平板電容器Cp的電壓Vcp。在平板電容器Cp的電壓Vcp達到高於電容器Css的電壓電平Vss的時間t1』，第一個電感器L201的電流達到最大值，與此同時，在第一個電感器L201上感應出反向電壓。因此，從第一個電感器L201上感應出反向電壓的時間t1』開始，通過累加電容器Css上的電壓Vss和第一個電感器L201上感應出來的反向電壓得到提升的電壓以給平板電容器Cp充電。
結果，利用電容器Css上的電壓和第一個電感器L201上感應出來的反向電壓加起來得到的提升了的電壓給平板電容器Cp充電。通過這種方式，由於提供給平板電容器的電壓得到了提高，因此平板電容器Cp上充電電壓的上升時間得到了縮短。
在時間t2，第三個開關S3接通，而第二個開關S2的體二極體斷開。於是，通過第三個開關Sw3將維持電壓Vs施加在平板電容器Cp上，以將平板電容器Cp上的電壓保持在維持電壓。平板單元內的電極在這個維持電壓上進行放電。
在時間t3，第三個開關S3斷開，同時第二個開關S2接通。於是，來自平板電容器Cp但是對放電沒有貢獻的能量的電壓因子(也就是無功功率)通過第二個開關S2和第二個電感器L202儲存在電容器Css中。
如果平板電容器充電的上升時間TR較短，放電過程就更加穩定。還有，如果平板電容器放電時的回收間隔的下降時間TF較長，則回收到第二個電感器L202和電容器Css的能量的回收效率就增加，從而降低功耗。為此目的，第二個電感器L202的電感被設置得大於第一個電感器L201的電感。這樣一個並聯電感器可以被應用於前面的圖8和11所示的能量回收電路，使它們分別成為圖23和圖24所示的電路。
參考圖25，根據本發明第十四個實施例中的能量回收電路包括電容器Css、電感器L、第一個開關S241和第二個開關S242，它們連接起來形成一個閉合迴路；以及第三個開關S3，它連接在第二個節點n2和維持電壓源vs之間。
當第一個開關S1接通的時候，形成一個閉合電流迴路，它從電容器Css一側的端子開始，通過電感器L、第一個開關S241和第二個開關S242，與電感器Css另一側的端子連接。在這個閉合迴路中，從電容器Css釋放的電荷在電感器L裡積聚起電流。在第一個開關S241斷開以後，電感器L上的電流達到最大，與此同時，在電感器L上感應出一個反向電壓。於是，在第一個節點n1上出現一個提升了的電壓，它是通過將電容器Css的電壓加上電感器L上感應出的反向電壓而得到的。
當平板充電的時候，第二個開關S242斷開，且在電容器Css和電感器L充電的時候接通。第三個開關S3將一個維持電壓Vs施加給平板電容器Cp，從而將平板電容器Cp上的電壓保持在維持電壓。
另一方面，當平板電容器Cp上的電壓Vcp保持在接地電壓電平GND的時候，在該間隔內第一個開關S241接通，而第二個開關S242則斷開，將第二個節點n2上的電壓旁路到接地電壓電平GND上。
下面將參考圖26解釋圖25所示能量回收電路的操作。
在時間t0，第一個開關S241和第二個開關S242同時接通。於是，在時間t0到時間t1之間的間隔內，電感器L在電容器Css釋放的電荷的幫助下形成充電電流。
在第一個開關S241和第二個開關S242斷開的時間t1，電感器L上的充電電流開始饋入平板電容器Cp。將電感器L上的充電電流IL提供給平板電容器Cp，以提高平板電容器Cp的電壓Vcp。在平板電容器Cp的電壓Vcp達到高於電容器Css的電壓Vss的時間t1』，電感器L上的電流達到它的最大值，與此同時，在電感器L上感應出反向電壓。因此，從電感器L上感應出反向電壓的時間t1』開始，將電容器Css上的電壓Vss和電感器L上感應出來的反向電壓加起來得到的提升了的電壓施加在平板電容器Cp上。
結果，將電容器Css上的電壓和電感器L上感應出來的反向電壓加起來得到的提升了的電壓施加在平板電容器Cp上。通過這種方式，由於將提升的電壓提供給平板，因此平板電容器Cp上電壓的上升時間很短。
在時間t2，第三個開關S3接通。於是，通過第三個開關Sw3將維持電壓Vs施加在平板電容器Cp上，以將平板電容器Cp上的電壓保持在維持電壓。
在時間t3，第三個開關S3斷開，同時第二個開關S242接通。於是，在時間t3到t4之間的間隔內，從平板電容器Cp上回收過來的能量的電壓因子通過第二個開關S242和電感器L儲存在電容器Css中。
可以將安裝在能量回收電路中的電感器L替換成電感值互不相同的並聯電感器。還有，這個能量回收電路可以有一個安裝在第一個節點n1和第二個節點n2之間的輔助二極體，如圖17～20所示。
參考圖27，根據本發明第十四個實施例的能量回收電路包括電容器Css、電感器L和第一個開關S1，它們連接起來形成一個閉合迴路；第二個開關S2，其通過第二個節點n2與平板電容器Cp連接；第三個開關S3，它連接在第二個節點n2和維持電壓源vs之間；第一個二極體D261，它與第一個節點n1連接，並且與維持電壓源Vs和第三個開關S3之間的第三個節點n3連接；以及第二個二極體D262，它與接地電壓源GND和第一個節點n1之間的第一個開關S1並聯。
當第一個開關S1接通的時候，形成一個電流閉合迴路，它從電容器Css一側的端子開始，通過電感器L和第一個開關S1與電感器Css另一側的端子連接。利用從電容器Css釋放的電荷在閉合迴路中的電感器L中累積形成電流。在第一個開關S1斷開以後，電感器L上的電流達到最大值，與此同時，在電感器L上感應出一個反向電壓。這樣，第一個節點n1上出現一個提升了的電壓，它是通過將電容器Css上的電壓與電感器L上感應出來的反向電壓累加得到的。
第二個開關S2將第一個節點n1上提升了的電壓施加在平板電容器Cp上，且通過電感器L將從平板電容器Cp回收過來的能量的電壓因子提供給電容器Css。第三個開關S3將維持電壓Vs提供給平板電容器Cp，從而將平板電容器Cp的電壓保持在維持電壓。
當第一個節點n1上的電壓上升到不小於維持電壓Vs和第一個二極體D261的門限電壓的總和時候，第一個二極體D261導通，從而限制施加給第一個開關S1上的過壓和過流。換句話說，第一個二極體D261能夠防止第一個開關S1上出現過壓和過流。
第二個二極體D262能夠減少第一個開關S1的體二極體的電流負載率，並減少第一個開關S1的電阻值，從而減少第一個開關S1的發熱量。
第一個二極體D261和D262可以應用於前面的實施例，以減少施加在每個開關器件上的電流負載率，從而防止每個開關器件出現過壓和過流。
參考圖28，根據本發明第十五個實施例的能量回收電路包括電容器Css、第一個電感器L271、第二個電感器L272、第一個開關S271和第五個開關S275，它們連接起來形成一個閉合迴路；第一個二極體D271，它連接在電容器Css和第一個電感器L271之間；第二個二極體D272，它連接在第二個電感器L272和第四個節點n4之間；第二個到第四個開關以及第六個開關S272、S273、S274和S276，它們通過第二個節點n2與平板電容器Cp連接；電阻器R271，它連接在第六個開關S276和維持電壓源Vs之間；第三個二極體D273，它連接在第四個節點n4和維持電壓源Vs之間；第四個二極體D274，其與第一個節點n1連接，並且與維持電壓源Vs和第三個開關S273之間的第三個節點連接；第五個二極體D275，其與接地電壓源GND和第一個節點n1之間的第一個開關S271並聯；以及第六個二極體D276，其連接在第一個節點n1和第二個節點n2之間。
將第二個電感器L272的電感量設置成大於第一個電感器L271的電感量。第一個二極體D271和第二個二極體D272的每個將電路分成為通過第二個電感器L272的回收路徑和通過第一個電感器L271的充電路徑。
當第一個開關S1和第四個開關S4接通的時候，形成一個電流閉合迴路，它從電容器Css一側的端子開始，通過第一個二極體D271、第一個電感器L271、第五個開關S275和第一個開關S271與電感器Css另一側的端子連接。通過電容器Css上釋放的電荷在閉合迴路中的第一個電感器L271上聚積形成電流。在第一個開關S271斷開以後，第一個電感器L271上的電流達到最大，與此同時，第一個電感器L271上感應出一個反向電壓。這樣，在第一個節點n1上出現一個提升了的電壓，它是通過累加電容器Css上的電壓與第一個電感器L271上的反向電壓而得到的。
第二個開關S272將第一個節點n1上提升的電壓施加給平板電容器Cp，並通過第五個開關S275的體二極體、第二個二極體D272和第二個電感器L202，將從平板電容器Cp回收過來的能量的電壓因子提供給電容器Css。第三個S273將維持電壓Vs施加到平板電容器Cp上，從而使平板電容器Cp的電壓保持為維持電壓。
第四個開關S274將接地電壓GND施加在平板電容器Cp上，使平板電容器Cp上的電壓保持為維持電壓。
在平板電容器Cp的電壓Vcp應該被保持為接地電壓電平GND時候，在暫停間隔，第五個開關S275斷開，例如在設置間隔，復位間隔等等，且在其它間隔內反覆地接通/斷開，從而在回收能量和提供能量的時候提供電流路徑。
在復位間隔或者設置間隔接通第六個開關s276，以將斜坡電壓提供給平板電容器Cp。第一個電阻器R271決定了斜坡電壓的RC時間常數的電阻值。
在第四個節點n4上的電壓上升到不小於維持電壓Vs與第三個二極體D273的門限電壓之和的時候，第三個二極體D273導通，以限制施加到第五個開關S275的過壓和過流。
第一個節點n1上的電壓上升到不小於維持電壓Vs與第四個二極體D274的門限電壓之和的時候，第四個二極體D274導通，以限制施加到第一個、第二個和第五個開關S271、S272和S275的過壓和過流。
第五個二極體D275能夠減小第一個開關S271的體二極體的電流負載率，以及第一個開關S271的電阻值，從而減少第一個開關S271的發熱量。
下面參考圖29解釋圖28所示能量回收電路的操作。在圖29中，因為第六個開關S276隻有在復位間隔或者設置間隔才保持接通狀態，因此省略了第六個開關S276的工作波形。
在時間t0，第一個、第四個和第五個開關S271、S274和S275接通。然後，在時間t1和時間t2，第四個開關S274 第一個開關S271依次斷開。在時間t2和時間t3之間的一個時間t2』，第一個電感器L271的電流達到最大值，與此同時，在第一個電感器L271上感應出反向電壓。以這種方式將電容器Css的電壓Vss和第一個電感器L271上感應出來的反向電壓的和構成的提升電壓開始饋入到平板電容器Cp。
在時間t3，第三個開關S273接通。於是，通過第三個開關S273將維持電壓Vs施加給平板電容器Cp，將平板電容器Cp的電壓保持為一個維持電壓電平。平板的單元內的電極以這個維持電壓進行放電。
在時間t4，第三個開關S273斷開，以及在時間t5，第二個開關S272接通，第五個開關S275斷開。於是，對平板電容器Cp上發生的放電沒有貢獻的能量的電壓因子(也就是無功功率)通過第二個開關S272、第五個開關S275的體二極體、第二個二極體D272和第二個電感器L272，回收到電容器Css上。
在時間t6，第四個開關S274接通。於是，平板電容器Cp保持為接地電壓GND。
下面參考圖30介紹採用本發明的實施例的具有提升了的電壓的能量回收電路的提高能效的方法的工作過程。
首先，當能量(也就是對顯示平板的放電沒有貢獻的無功功率)被回收的時候，通過利用回收的無功功率的電壓對電容器Css充電(S301)。從電容器Css上釋放的電荷在閉合迴路中循環，從而使電感器L用電流充電(S302)。然後，通過開關電流路徑，使電感器L上的電流達到最大值的時候，在電感器L上感應出反向電壓，並將其與電容器Cp上的電壓相加，以提升從平板上回收的能量的電壓因子(S303)。通過這種方式提升了的電壓給平板電容器Cp充電(S304)。在平板電容器Cp上的電壓上升到接近維持電壓的時候，平板電容器Cp利用從外部維持電壓源提供的維持電壓Vs，保持為維持電壓電平(S305)。
如上所述，與利用沒有提升到高於回收電壓的電壓給平板電容器充電的傳統的能量回收電路相比，本發明的具有提升電壓的能量回收電路以及採用它的提高能效的方法，能夠提高能量回收效率，縮短平板電容器的充電時間，並提高它的能量回收效率。
與傳統的能量回收電路相比，在本發明的提升了電壓的能量回收電路和採用這種電路的提高能效的方法中，回收路徑和充電路徑上安裝的器件數量最少，以減少必不可少的器件的數量，並且能夠和減少開關器件一樣減少開關的能量損耗。
本領域中的普通技術人員應該明白，本發明並不限於這些實施例，而是包括不會偏離本發明精神的各種變化和修改，因此，本發明的範圍僅由所附的權利要求和它們的等效條款確定。
權利要求
1.一種能量回收電路，包括電壓提升電路，用於提升從平板回收的能量的電壓因子，並且將提升了電壓的能量提供給平板。
2.如權利要求1所述的能量回收電路，進一步包括開關器件，用來在電壓提升電路和平板之間切換信號路徑。
3.如權利要求1所述的能量回收電路，其中所述電壓提升電路包括用於積聚從平板回收的能量的電容器；用於積聚來自電容器的能量的電流因子的電感器；和在電容器和電感器之間切換信號路徑的開關器件。
4.如權利要求3所述的能量回收電路，其中所述電容器、電感器和開關器件被連接起來形成閉合迴路。
5.如權利要求4所述的能量回收電路，其中形成的所述閉合迴路獨立於所述平板。
6.如權利要求4所述的能量回收電路，其中從平板回收的能量的電壓因子通過開關器件的切換而在電感器中感應的反向電壓而得到提升。
7.如權利要求4所述的能量回收電路，其中形成的閉合迴路用於在電感器積聚電流。
8.如權利要求4所述的能量回收電路，其中所述閉合迴路被斷開，以便提升能量的電壓因子。
9.如權利要求4所述的能量回收電路，其中所述閉合迴路被斷開，以便以提升了的電壓因子將電容器上積聚的能量提供給平板。
10.如權利要求2所述的能量回收電路，其中所述開關裝置使電壓提升電路將提升了電壓因子的能量提供給平板，並且從平板回收能量。
11.如權利要求2所述的能量回收電路，進一步包括用於產生維持電壓的維持電壓源；和用於從維持電壓源提供維持電壓給平板的第二個開關器件。
12.如權利要求2所述的能量回收電路，其中所述信號路徑使其信號前進方向保持為一個方向，同時將提升了電壓因子的能量提供給平板，並將平板的能量回收到電壓提升電路。
13.如權利要求12所述的能量回收電路，其中所述信號路徑按照是否將提升了電壓因子的能量提供給平板，或是否將平板的能量回收到電壓提升電路，來改變它的信號前進方向。
14.如權利要求2所述的能量回收電路，其中所述信號路徑包括橋二極體。
15.如權利要求3的能量回收電路，進一步包括安裝在電感器和開關器件之間的第二個開關器件，用於在平板的電壓處在接地電壓的時候保持它的接通狀態，而在其它間隔則交替地接通和斷開。
16.如權利要求2所述的能量回收電路，其中所述開關器件是內置了體二極體的電晶體。
17.如權利要求2所述的能量回收電路，進一步包括用於提供接地電壓給平板的接地電壓源；和用於從接地電壓源提供接地電壓給平板的第二個開關器件。
18.如權利要求3所述的能量回收電路，其中所述電壓提升電路進一步包括至少一個電感量不同於與之並聯的所述電感器的其它電感器。
19.如權利要求18所述的能量回收電路，進一步包括第一個二極體，它的陰極與電感器中電感值較小的電感器連接，以陽極與電容器連接；和第二個二極體，它的陰極與電感器中電感值較大的電感器連接，陽極與開關器件連接。
20.如權利要求2所述的能量回收電路，進一步包括二極體，它的陰極與平板連接，和陽極與電壓提升電路連接。
21.如權利要求11所述的能量回收電路，進一步包括二極體，它的陰極與維持電壓源連接，以及陽極與電壓提升電路和第一個開關器件的連接點連接。
22.如權利要求17所述的能量回收電路，進一步包括二極體，它的陰極與電壓提升電路和第一個開關器件連接，及陽極與接地電壓地連接。
23.如權利要求11所述的能量回收電路，進一步包括第三個開關器件，用於以具有預定時間常數的梯度的斜坡電壓類型將維持電壓提供給平板。
24.一種等離子體顯示平板的能量回收電路，其中將第一個能量信號從平板輸入，以及將大於第一個能量信號的第二個能量信號提供給所述平板。
25.一種提高能效的方法，包括以下步驟將能量從平板回收到閉合迴路中；和控制所述閉合迴路，以便將提升了其電壓因子的能量提供給平板。
26.如權利要求25所述的提高能效的方法，進一步包括以下步驟從平板將能量回收到閉合迴路中之後，使閉合迴路與平板電絕緣。
27.如權利要求25所述的提高能效的方法，其中所述控制閉合迴路的步驟包括感應出反向電壓的步驟。
28.如權利要求27所述的提高能效的方法，其中感應出反向電壓的步驟包括積聚電流的步驟。
29.如權利要求25所述的提高能效的方法，其中將所述閉合迴路斷開。
30.如權利要求25～29中任意一個權利要求所述的提高能效的方法，進一步包括提供維持電壓給平板的步驟。
31.如權利要求25～29中任意一個權利要求所述的提高能效的方法，進一步包括提供接地電壓給平板的步驟。
32.如權利要求25～29中任意一個權利要求所述的提高能效的方法，進一步包括以具有需要的梯度的斜坡電壓的類型提供維持電壓給平板的步驟。
33.一種提高能效的方法，包括以下步驟從平板回收能量；提升回收的能量的電壓因子；和將提升了電壓因子的能量提供給平板。
34.如權利要求33所述的提高能效的方法，其中提升電壓因子的步驟採用了閉合迴路。
35.如權利要求34所述的提高能效的方法，進一步包括以下步驟在將能量從平板回收到閉合迴路之後，使閉合迴路與平板電絕緣。
36.如權利要求33所述的提高能效的方法，其中所述提升電壓因子的步驟包括以下步驟進行循環，以積累包含在回收的能量中的電流因子；和以電壓因子的類型將積累起來的電流因子和回收的能量一起提供給平板。
全文摘要
本發明公開了一種能夠提升電壓的能量回收電路，以及使用它的提高能效的方法，它能夠提升從平板回收的能量的電壓因子，以迅速地重新將它應用於平板，從而縮短平板電容器的充電時間，提高其能量回收效率。根據本發明所述的能量回收電路包括電壓提升電路，用於提升從平板回收的能量的電壓因子，並提供提升了電壓的能量給平板。根據本發明的提高能效的方法包括將平板的能量回收到閉合迴路；以及控制這個閉合迴路以便將提升了電壓因子的能量提供給平板的步驟。
文檔編號G09G3/20GK1475005SQ01818659
公開日2004年2月11日 申請日期2001年11月9日 優先權日2000年11月9日
發明者趙張煥, 李南揆, 金喆禹, 姜弼淳, 李應官, 柳在和, 姜成昊 申請人:Lg電子株式會社