一種直流/交流轉換驅動電路的製作方法

2023-12-05 16:29:31

專利名稱：一種直流/交流轉換驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明是提供一種直流/交流轉換螢光燈管驅動電路，尤指一種應用於驅動液晶顯示器背光源的螢光燈管，針對多組螢光燈管驅動而設計的多組功率開關交錯操作的直流/交流轉換控制電路。
背景技術：
液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有薄形化的優點，因此較傳統的CRT不佔空間，應用於大型化的家用電視或公眾場所的看板，已經有逐漸普遍的趨勢。但液晶顯示器的操作原理是利用其液晶材料的旋光性(Optical Rotary Power)和電光學特性，來顯示影像和文字資訊的一種平面顯示器，其本身並不具備發光的特性，因此需要一外加的背光源做為輔助，其常用的背光源通常為螢光燈管之類的光源。
在典型的習知技術上的直流/交流轉換螢光燈管驅動電路，一般簡稱為換流器(inverter)，大都採用全橋式的直流/交流轉換電路，配合共振槽的慮波和升壓裝置，可以將輸入的直流電壓源轉換成高壓的交流電，用以驅動螢光燈管。為了使螢光燈管的光源穩定，不會隨著輸入電壓的變動而改變亮度，因此其設計上大都搭配著負反饋控制電路，以穩定螢光燈管的操作電流。由於驅動螢光燈管電流波形的對稱性會影響螢光燈管壽命，故全橋式換流器驅動螢光燈管成了較普遍的選擇。
請參閱圖1(A)為習知一種螢光燈管換流器電路。如圖1(A)所示，一螢光燈管換流器電路100包括一直流電壓源101、一共振槽102、一螢光燈管103、四個N型金氧半導體(NMOS)功率開關104A、104B、104C、104D。該共振槽102包括有一電感器105以及一共振電容器106。該四個N型金氧半導體(NMOS)功率開關104A、104B、104C、104D是由半導體功率開關驅動信號VG1、VG2、VG3和VG4控制其導通(Turn On)與截止(Turn Off)時間。
其連接關是如下所述N型金氧半導體(NMOS)功率開關104A、104D連接到直流電壓源101的電壓輸出端VDC。N型金氧半導體(NMOS)功率開關104B、104C接到系統的接地端。該組N型金氧半導體(NMOS)功率開關104A、104B及104C、104D的輸出端A、B電連接至該共振槽102的兩輸入端。該共振槽102的輸出端C電連接至該螢光燈管103的一端。
習知的螢光燈管換流器電路100的操作原理乃是利用該組N型金氧半導體(NMOS)功率開關中104A、104C與104B、104D間的高頻交互導通，將該直流電壓源101所輸出的直流電壓VDC轉換成高頻的交流方波輸出至後級的該共振槽102。該共振槽102的功用乃是利用該電感器105與電容器106的慮波功能，可以將高頻的交流方波轉換成高頻的交流正弦波，以供應後級的該螢光燈管103。
N型金氧半導體(NMOS)開關104A，104B，104C，104D分別由其閘極(Gate)電壓VG1、VG2、VG3、VG4控制其截止(Turn Off)或導通(Turn On)。典型的控制信號是四個相同固定頻率，相同固定工作周期(Duty Cycle)，工作周期略小於50％而不同相位(Phase)的方波。典型的定頻操作相移式(Phase Shift)換流器移動控制電壓VG1、VG2、VG3、VG4相位，利用不同大小的相位差來產生不同大小的輸出功率。第1圖(B)、(C)所表示的是一個典型的定頻操作相移式換流器操作的時序圖。為避免直接相連接的N型金氧半導體(NMOS)開關104A、104B或是104C、104D同時導通而造成功率損耗。控制信號VG1和VG2必須保持180°的相位差。同理，控制信號VG3和VG4也必須保持180°的相位差。第1圖(B)中的VG1和VG3的相位差較圖1(C)中的小，結果是產生工作周期(Duty Cycle)較大的VAB，較多的功率輸出。
此一設計所構成的螢光燈管換流器電路，可以穩定的控制螢光燈管電流。但就實際應用上其缺點為在目前液晶顯示器的應用中，系統所供應的直流電壓源僅有十幾伏。圖1(A)這樣的螢光燈管換流器則需要數百伏的直流電壓源才可以動作。
第1(A)圖這樣的螢光燈管換流器電路利用N型金氧半導體(NMOS)作為對直流電壓源的開關元件，其震蕩頻率是由共振電容器106自行震蕩於一穩定態所決定，故無法使震蕩頻率配合電路狀態調整；另外，驅動時必須注意VG1(VG4)對A(B)點的電壓而必須適當的對VG1(VG4)增壓。一些額外增加的升壓電路必須包括在對電源的N型金氧半導體(NMOS)開關元件104A、104D的驅動電路中所以設計比較困難，成本較高。
是之故，本發明鑑於習知技術的缺失，乃思及改良發明的意念，發明出本案的『直流/交流轉換螢光燈管驅動電路』。

發明內容
本發明的主要目的是提供一種直流/交流轉換螢光燈管驅動電路的電路設計，可以同時使用N型金氧半導體(NMOS)功率開關及P型金氧半導體(PMOS)功率開關配合交錯式操作以達到多螢光燈管操作時，產生較低的直流電壓源的電壓漣波(ripple)，降低系統漣波噪聲。
本發明的主要目的是提供一種直流/交流轉換螢光燈管驅動電路的電路設計，可以同時使用N型金氧半導體(NMOS)功率開關及P型金氧半導體(PMOS)功率開關，該直流/交流轉換螢光燈管驅動電路於配合交錯式操作並且使用較少的功率開關以達到多螢光燈管操作時，其直流電壓源產生較低的電壓漣波(ripple)，降低系統漣波噪聲。
本發明的另一目的是提供一種直流/交流轉換螢光燈管驅動電路的電路設計，可以使用直接驅動半導體功率開關的驅動方式達到設計簡易價格低廉的優點。
本發明的另一目的是提供多組直流/交流轉換螢光燈管驅動電路的半導體功率開關驅動輸出信號，應用在多組(超過兩組)螢光燈管，使得多組螢光燈管可以應用同頻率、不同相位的頻率產生器做為驅動螢光燈管的頻率源。
本發明的另一目的是提供兩組直流/交流轉換控制器的半橋式功率開關驅動輸出信號，使得兩組半橋式功率開關驅動輸出信號的工作周期變化是對稱的變化，因為電連接到直流電壓源的兩組功率開關並不會同時導通，因此可降低電壓源上的電壓噪聲。
因而，為了達到以上目的，本發明提供一種直流/交流轉換驅動電路，是轉換一直流電源成為一交流電源，該交流電源用以驅動一負載，包含一全橋式開關，是電連接該直流電源，將該直流電源切換輸出一脈衝信號，該全橋式開關包含一第一功率開關、一第二功率開關、一第三功率開關以及一第四功率開關，該第一功率開關與該第二功率開關及該第三功率開關與該第四功率開關分別電連接以形成二直臂；一共振槽電路，是電連接於該全橋式開關與該負載之間，將該脈衝信號升壓與慮波轉換成該交流電源，提供電力給予該負載；以及一驅動電路，是反饋該負載的輸出，提供四組脈寬調變信號，分別控制該第一功率開關、該第二功率開關、該第三功率開關以及該第四功率開關的導通與截止，其中該四組脈寬調變信號是同一頻率且該四組脈寬調變信號之中有兩組導通工作周期小於50％，另外兩組導通工作周期大於50％。


圖1是為習知一種全橋式的螢光燈管換流器電路。
圖2是為本案較佳實施例的直流/交流轉換螢光燈管驅動電路示意圖。
圖3是為本案較佳實施例的直流/交流轉換螢光燈管驅動電路部分波形示意圖。
圖4是為本案較佳實施例的直流/交流轉換螢光燈管驅動電路部分電路示意圖。
圖5是為本案較佳實施例的直流/交流轉換螢光燈管驅動電路的驅動輸出信號時序示意圖。
圖6是本案另一較佳實施例的可用來驅動N組直流/交流轉換控制器的多組螢光燈管頻率產生器示意圖。
圖7是本案另一本案較佳實施例的半橋式直流/交流轉換控制器電路示意圖。
其中附圖中主要元件符號說明100螢光燈管換流器電路101直流電壓源102共振槽103螢光燈管
104A、104B、104C、104D NMOS半導體功率開關200直流/交流轉換螢光燈管驅動電路201直流電壓源 202半導體功率開關202A PMOS半導體功率開關 202B NMOS半導體功率開關202C PMOS半導體功率開關 202D NMOS半導體功率開關203共振槽 204螢光燈管205螢光燈管電流偵測電路 206螢光燈管端電壓偵測電路207脈波寬度調變器 208螢光燈管頻率產生器209驅動電路 210保護電路211計時器 212調光電路221升壓變壓器 222、223、224共振電容器261誤差放大器 262電阻263電容 264比較器265受控電流源 266開關POUT1、NOUT1，POUT2，NOUT2驅動輸出信號272邏輯控制電路400驅動電路601多組螢光燈管頻率產生器 602外部時脈603螢光燈頻率改變控制信號 604 AND邏輯閘605 OR邏輯閘606、607、60 8第一、第二…第N組螢光燈管是否導通信號621微處理器 622數字波形合成器
632調光脈衝信號700半橋式直流/交流轉換控制器201直流電壓源702半橋式功率開關702A、702B功率開關709半橋式功率開關驅動電路本案中電路組成可以從說明書中明顯地得出，或者可以從具體實施方式
中總結獲得，本發明的目的和優點可以通過以下附圖和具體實施方式
中充分體現。結合以下圖示予以詳細說明，使得以更深入的了解。
具體實施例方式請參閱圖2是為本案較佳實施例的直流/交流轉換螢光燈管驅動電路示意圖。如圖2所示，一直流/交流轉換螢光燈管驅動電路200包括一直流電壓源201、一組半導體功率開關202、一共振槽203、一螢光燈管204、一螢光燈管電流偵測電路205、一螢光燈管端電壓偵測電路206、一脈波寬度調變器207、一螢光燈管頻率產生器208、一驅動電路209、一保護電路210、一計時器211以及一調光電路212。
其電連接關係如下所述該直流電壓源201耦接至該半導體功率開關202。該半導體功率開關202的輸出端耦接至該共振槽203的輸入端。該共振槽203的輸出端耦接至該螢光燈管214的一端。本發明中的共振槽可以是任何種類的變壓器，如磁性變壓器、壓電陶瓷變壓器等，但亦不以此為限。本實施例中，該共振槽203為包括有一個升壓變壓器221和共振電容器222、223、224。在本設計例中，為使整個系統更容易設計，可以用一低品質因子(Low Q)的共振槽設計。
在這樣低品質因子(Low Q)的共振槽的設計下，被用來驅動變壓器221和螢光燈管204的不是方波也不是一個正弦波，而是一介於方波和正弦波之間的波形，我們稱之為準正弦波(QuasiSine Wave)或準方波(Quasi Square Wave)。在這樣的設計下，功率傳送路徑上不同位置上的電壓波形如圖3所示。
在圖3中S51是半導體功率開關202A及202B輸出端的電壓波形，S52是該變壓器221輸入電壓波形，S16則是由該變壓器221輸出驅動螢光燈管的電壓波形。
該螢光燈管204的兩端分別耦接至該螢光燈管電流偵測電路205與該螢光燈管端電壓偵測電路206。該螢光燈管電流偵測電路205亦電連接至該脈波寬度調變器207，且該脈波寬度調變器207耦接至該螢光燈管頻率產生器208和該驅動電路209。該驅動電路209耦接至該半導體功率開關202，形成所謂的控制迴路連接。
其中，該半導體功率開關202包含四個功率開關202A、202B、202C及202D。該功率開關202A與202C可為一P型金氧半導體(PMOS)功率開關，及該功率開關202B與202D可為一N型金氧半導體(NMOS)功率開關，但四個功率開關202A、202B、202C及202D並不限於金氧半導體(MOS)功率開關，亦可為各類電晶體開關，如NPN或PNP型的BJT等。
該螢光燈管頻率產生器208產生同頻率之一三角波信號S1和一脈衝信號S2。然而在本發明中不限於三角波信號的使用，凡任何斜坡(Ranmp signal)或是鋸齒波信號皆適用於本發明。
該螢光燈管電流偵測電路205與該螢光燈管204串聯，並提供一信號S3用以指示該螢光燈管的導通狀況，以及另一信號S4用以指示流過該螢光燈管的電流值。該螢光燈管端電壓偵測電路206透過與該螢光燈管204並聯的該共振槽203，利用其中的共振電容223、224而檢測出一信號S5用以指示該螢光燈管204的端電壓。
該脈波寬度調變器207包含一誤差放大器261、一電阻262與一電容263所組成的一反相積分器以及一比較器264。另外，該脈波寬度調變器207更包括一受控電流源265，其經由一開關266連接到該誤差放大器261的反相端輸入端。
該保護電路210包含一邏輯控制電路272，該保護電路210接受用以指示螢光燈管導通狀況的該信號S3、用以指示螢光燈管端電壓的該信號S5以及該脈波寬度調變器207中的誤差放大器261的一輸出信號S6。
該計時器211由兩組比較器281、282以及一電流源283所組成。
該調光電路212則包括一個調光頻率產生器291，其產生的一三角波信號S7被送至一比較器293的非反相輸入端以及一調光控制電壓S8被送入該比較器293的反相輸入端，比較後產生一調光脈衝信號S9，其中更包一OR邏輯閘296，該調光脈衝信號S9透過控制開關235、236控制調光電壓S20送出至該脈波寬度調變器207的時機。
該驅動電路209接收脈波寬度調變器207輸出S15，並配合螢光燈管頻率產生器208輸出的脈衝信號S2以及保護電路210的輸出信號S18產生四個驅動輸出信號POUT1、NOUT1、POUT2與NOUT2，用以分別控制半導體功率開關202A、202B、202C與202D。
在本實施例中，該計時電路211的計時方式是利用該電流源283對一計時電容器284充電，使該計時電容器284的一電壓S12隨時間的增加而上升。當該電容器284的電壓S12超過一參考位準Vref1前送出一重設信號S11，而當該計時電容器284的電壓S12上升到超過一參考位準Vref2時送出一時間到(Tinme Out)信號S10。利用重設信號S11可以作為電路中的類比或數字電路(例如脈波寬度調變器207及邏輯控制電路272)的重設信號，使適當時機時能重設電路。該電流源283並受到一指示系統電壓源的信號S13控制，當該系統的直流電壓源201電壓低於一參考位準Vref3時將該電流源283關閉(off)，並將該計時電容器284的電壓透過由控制信號S13控制的電晶體285接地。透過這樣的設計可以使系統在每一次系統由零電壓開始起動該直流電壓源201時，該計時器211上的該計時電容器284都是由零電壓開始充電。
本實施例中的螢光燈管頻率產生器208還受到一信號S14控制，該信號S14是指示螢光燈管是否已導通。在該螢光燈管導通的情況下，送出一螢光燈管操作頻率，而在該螢光燈管不導通的情況下，送出另一起動螢光燈管頻率到驅動電路209。其優點在於該共振槽203的共振頻率在螢光燈管是否導通其情況並不相同，這樣的設計可以利用不同的螢光燈管頻率進行不同導通情況的操作。使系統在不論螢光燈管是否導通的情況下都可以在共振頻率附近操作，使系統更有效率運作。該信號S14是由該螢光燈管電流偵測電路205所提供的該信號S3和該保護電路210中的一比較器274所決定，當該指示螢光燈管電流信號S3超過一參考位準Vref4時，該螢光燈管204被視為導通。
在正常狀況下，本實施例更詳細的操作如下所述當系統開始供電起動後，該計時器211開始對該計時電容器284充電，當該計時電容器284電壓未充電達到該參考位準Vref1前，由該計時器211送出的該重設信號S11經過一OR邏輯267將一開關266導通(turn on)，使得該電流源265連到該誤差放大器261的反相輸入端，強迫反相輸入端電壓高過一參考位準Vref5，迫使該誤差放大器261輸出為零。以使得脈波寬度調變器207的輸出S15的工作周期變成0％。這0％的脈波寬度調變器207的輸出S15信號經過如本實施例的驅動電路209後使得原來正常工作時工作周期保持在50％以下的NOUT1及NOUT2都變成0％的工作周期停止導通。而當驅動電路209運作時，可使四個功率開關202A、202B、202C及202D中其中兩組導通工作周期小於50％；另外兩組導通工作周期大於50％(例如圖4中的設計下，功率開關202A、202C工作周期大於50％，功率開關202B、202D工作周期小於50％)，不僅直流電壓源的電壓漣波(ripple)較低，降低系統漣波雜亂信號，而且驅動輸出信號的工作周期都根據負載導通狀況改變而改變。
當該計時電容器284上繼續充電到大於該參考位準Vref1之後，該電流源開關266截止(turn off)，該脈波寬度調變器207開始運作，該誤差放大器261的反相端輸入因為該螢光燈管204尚未導通而成為一低於該參考位準Vref5的狀況，該誤差放大器261輸出該信號S6，在負反饋控制原理之下逐漸上升，而在與該三角波S1比較後，由該比較器264送出一脈波寬度調變信號S15。該驅動電路209接收此該信號S15和該脈衝信號S2，產生四組信號POUT1、NOUT1、POUT2與NOUT2分別驅動半導體功率開關202A、202B、212C及202D的截止或導通以調整輸出到螢光燈管的電力。
該螢光燈管204未導通前，螢光燈管端電壓S16會因該脈波寬度調變信號S15工作周期的逐漸變寬而升高。該保護電路210在偵測到該指示螢光燈管端電壓信號S5超過一預設的參考位準Vref6時送出一螢光燈管端電壓超過信號S17，透過該OR邏輯閘267，把該電流源265上的該開關266導通(Turn On)到該誤差放大器261的反相輸入端，把該誤差放大器261輸出S6變小，然後減少該脈波寬度調變信號S15工作周期，減少輸送到該螢光燈管端的電力。這減少電力輸送的結果若是造成在偵測到指示螢光燈管端電壓信號S5小於該預設的參考電位Vref6，則該電流源開關266截止(OFF)，則該誤差放大器261輸出S6變大。於是該螢光燈管端電壓S16就在這樣的負反饋控制之下得到穩定調節。
一旦螢光燈管被足夠的電壓S16和時間下被點燃導通，根據螢光燈管特性，該螢光燈管端電壓S16會驟降至一半不到的導通且近似固定的操作電壓，使得該螢光燈管電壓偵測電路206因為產生不了一超過Vref6的指示螢光燈管端電壓信號S5，而失去作用。同時該螢光燈管電流偵測電路205送出指示螢光燈管導通信號S3至該保護電路210，產生該指示燈管導通信號S14改變該螢光燈管頻率產生器208的輸出頻率，還送出該指示螢光燈管電流信號S4至該脈波寬度調變器207，使流經螢光燈管的電流透過負反饋控制而穩定在一默認值上。
本實施例的保護電路210可以達到的保護功能包含有燈管未接上、燈管損壞、變壓器漏電等，其詳細的操作狀況如下所述當螢光燈管自始就沒接上時，指示螢光燈管端電壓信號S5會持續送出螢光燈管端電壓超過該信號Vref6的訊息到該數字控制邏輯272。該數字控制邏輯272接收該計時器211的信號S10。該數字控制邏輯272在該信號S10未送入時是不動作的。一旦該信號S10送達該數字控制邏輯272，則該數字控制邏輯272會在該螢光燈管端電壓超過該信號Vref6指示該螢光燈管端電壓過高的情形下，利用一在數字控制邏輯272中的數字計時單元以該螢光燈管頻率產生器208產生的該脈衝信號S2計時，一旦該螢光燈管端電壓超過在數字控制邏輯272中的數字計時單元預設的時間還是過高，則該數字控制邏輯272送出停止輸出的一信號S18到該驅動電路209，停止該全橋式功率開關中的NMOS202D與202B的導通。
當螢光燈管在操作中損壞開路時，該螢光燈管電流偵測電路205會傳送信號S3指示該螢光燈管不導通，經該保護電路210的該比較器274後送出指示螢光燈管導通信號S14(指示螢光燈管不導通的訊息)到該數字控制邏輯272。該數字控制邏輯接收該計時器211的信號S10。該數字控制邏輯272在該信號S10未送入時是不動作的。一旦時間到，則該數字控制邏輯272會在指示螢光燈管導通信號S14指示螢光燈管不導通的情形下，利用一數字計時單元以低頻的調光頻率產生器212產生的一脈衝信號S21計時，一旦螢光燈管超過預設的時間還是不導通，則該數字控制邏輯272送出停止輸出的信號S18到該驅動電路209，停止該半導體功率開關202B、202D導通。
此外，在一般操作的情形下若遇到該變壓器221有漏電嚴重損壞時，因為漏電造成的額外的負載效應，將使得系統產生過負載現象。在這狀況下，該誤差放大器261將持續增加其輸出S6以提供足夠的電力至負載穩定螢光燈管電流。一旦漏電已經超過系統所能提供得最大電力時，該誤差放大器261輸出S6勢必超過該三角波S1的峰值。該保護電路210將該誤差放大器261輸出S6與一比三角波S1峰值略高的一參考電位Vref7相比可以得到一指示系統是否過載信號S19。同樣，在該計時器211以S10起動該保護電路210的情形下，如果指示系統是否過載信號S19指示系統過載，又經過該數字控制邏輯272以螢光燈管頻率產生器208產生的該脈衝信號S2計時也超過預設時間時，則該數字控制邏輯272送出停止輸出的信號S18到該驅動電路209，停止該半導體功率開關202B與202D的導通。
本實施例更包括一調光電路212，調光的原理是用一比螢光燈管操作頻率低的頻率S7，控制停止或恢復對螢光燈管輸送電力。利用明暗比例的調整達到調整螢光燈管亮度的目地，而為了避免頻率過低造成人眼閃爍的感受，一般都將調光頻率控制在大於200Hz以上。本實施例的調光電路是被兩個信號所控制一是該指示螢光燈管是否導通信號S14，一是該計時器211的該時間到信號S10。當該指示螢光燈管是否導通信號S14指示螢光燈管導通或是該計時器211得該時間到信號S10指示時間到。控制調光信號輸出的一開關236才會導通(Turn on)。調光電路中的調光電壓S20是一比參考位準Vref5更高的電位。當調光電路中的調光電壓S20經控制開關236、235與一電阻234與該脈波寬度調變器207連接上時，該脈波寬度調變器207的誤差放大器261輸出S6變小，造成系統停止電力輸送至負載。而當調光脈衝信號S9截止(Turn Off)該開關235時，調光電壓S20與該脈波寬度調變器207開路(open circuit)，系統恢復電力供應。利用一低頻率控制每一周期中停止或恢復電力供應的比例可以達到調整亮度的效果。而利用螢光燈管導通與否決定調光開始的時機，可以保障螢光燈管有足夠而且連續的電力在足夠的時間內被點燃。
為了提供一對稱性佳的交流電流驅動螢光燈管204，本實施例中的驅動電路209可以是如圖4所示的設計。在第4圖中，輸入端PWM對應的是第2圖中的脈波寬度調變信號S15，輸入端時脈信號(Clock Pulse)對應的是第2圖中的脈衝信號S2，輸入端PS(Protection Signal)對應的則是第2圖中的保護電路210輸出控制停止傳送電力到螢光燈管204的信號S18。其控制操作方式可以由第5圖中的時序做一了解。輸入的脈波寬度調變信號S15，改變其脈波寬度時(以虛線表示改變)，NOUT1、NOUT2、POUT1及POUT2的脈波寬度也會隨的改變，進而調整了NOUT1與POUT2所控制的半導體功率開關202B與202C同時導通的工作周期以及由NOUT2與POUUT1所控制的半導體功率開關202D與202A同時導通的工作周期。在正常操作中，兩個N型金氧半導體(NMOS)功率開關202B，202D都是截止的狀態下，另外兩個P型金氧半導體(PMOS)功率開關202A與202C都很快地同時導通。圖5中，PMW的實、虛線是表示兩種的不同脈波寬度調變信號，NOUT1、NOUT2、POUT1及POUT2中的實、虛線是對應這不同的脈波寬度調變信號的脈波寬度。
在同時使用N型金氧半導體(NMOS)功率開關及P型金氧半導體(PMOS)功率開關的場合，當位於對角線上的兩對開關都不導通的情形下，本設計中的電路都是兩個PMOS彼此導通，使電路可在保護狀態下(即停止輸出的信號S18)而不出現開路浮接(Floating)的不確定狀況。
而如果是用習知的相移式控制的話，結果將是在同一周期中出現P型金氧半導體(PMOS)功率開關彼此導通及N型金氧半導體(NMOS)功率開關彼此導通的不對稱狀況。不論在一般操作或保護狀況下，兩個N型金氧半導體(NMOS)功率開關202B、202D都是截止的狀態而另外兩個P型金氧半導體(PMOS)功率開關202A與202C則是同時導通。本發明這樣的設計可以在電路在保護狀態下不出現開路浮接(Floating)的不確定狀況。
相對的，圖4這樣的在對角線上的兩對半導體開關都不導通的情形下也可以修改成都是N型金氧半導體(NMOS)功率開關202B、202D彼此導通；而另外兩個P型金氧半導體(PMOS)功率開關202A與202C則是同時截止。
而多組(超過兩組)螢光燈管應用時，一多組螢光燈管同頻率，不同相位的頻率產生器可以用來當做驅動螢光燈管的頻率源。
圖6是本案另一較佳實施例之可用來驅動N組直流/交流轉換螢光燈管驅動電路的多組螢光燈管頻率產生器示意圖。利用該多組螢光燈管頻率產生器601來取代圖2中的螢光燈管頻率產生器208及調光電路212的主要功能，即可用以同時驅動多組螢光燈管。多組螢光燈管頻率產生器601的輸入可以是一外部時脈602，此外部時脈602在液晶顯示器的應用時可以是一和顯示器控制相關的任意頻率，另一個輸入則是螢光燈頻率改變控制信號603。如圖6所示，螢光燈頻率改變控制信號603利用AND邏輯閘604與OR邏輯閘605，會在指示第一、第二…第N組螢光燈管是否導通信號606、607、608指示第一，第二…第N組螢光燈管都導通的信號(相當於圖2中的信號S14)或是計時器時間到信號609(相當於圖2中的時間到信號S10)送出的時機改變輸出螢光燈管操作頻率。
多螢光燈管頻率產生器601輸出到各組脈波寬度調變器的三角波信號610是N組頻率相同，相位不同的信號(相當於圖2中的三角波信號S1)，而送到各組全橋式、半橋式、推挽式、Royer式或其它開關式(Switching Type)驅動電路的脈衝信號611也是與三角波信號610頻率相同，相位相對應的信號(相當於圖2中的脈衝信號S2)。
這樣的多組螢光燈管頻率產生器601可以利用習知的微處理器(Micro Control Unit，MCU)621配合數字波形合成器(Direct Digital Synthesizer，DDS)622來實施。
該微處理器621提供一(或多組同頻率、不同相位的)脈動信號636(相當於圖2中的脈衝信號S21)，該脈動信號636可作為該微處理器621內部或多組螢光燈管頻率產生器601外部調光作用的同步或參考之用。另一組控制系統亮度的輸入631(相當於圖2中的調光控制電壓S8)進入多燈管頻率產生器601的微處理器621後，產生與外部時脈602相關時衍生的一(或多組同頻率、不同相位的)調光脈衝信號632，該調光脈衝信號632的工作頻率與該脈動信號636相同，並經由一受頻率改變控制信號613控制導通時機的開關633控制該其開始輸出調光脈衝信號632輸出到各組直流/交流轉換控制器的時機。如此，多組的螢光燈管共用同一(或多組同頻率、不同相位的)調光脈衝信號632，可以使每個燈管的調光頻率一致。該經開關633控制輸出的調光脈衝信號632經各二極體637及電阻638後輸入至各脈波寬度調變器(即耦合至如圖2中脈波寬度調變器207的電阻262)。其中二極體637用以避免其他的脈波寬度調變器的反饋幹擾，可省略。
另外，該微處理器621也提供N組頻率相同、相位不同的脈衝信號611至數字波形合成器622及外部電路，數字波形合成器622接收該N組脈衝信號611後產生與脈衝信號611頻率相同，相位相對應的N組三角波信號610，以提供給外部電路。上述的脈衝信號611與三角波信號610可根據外部時脈602來衍生產生，例如外部時脈602是為顯示器頻率，脈衝信號611與三角波信號610的頻率為該外部時脈602的倍頻，如此可避免頻率幹擾(interference from optical beam frequencies)而於顯示器上出現流紋，改善熒幕的顯示品質。
當然，上述的脈衝信號611、三角波信號610的相位並不需完全不同，而僅要可分成至少兩組以上的相位群組，即可達到減少傳統上因所有連結到直流電壓源的功率開關並同時導通而造成電壓源上的漣波雜亂信號的問題。因此，透過多組螢光燈管頻率產生器提供頻率相同、多組相位不同的信號，電壓源上的漣波雜亂信號可以大幅減低。又因為操作頻率是與顯示器同步化的結果，會使因為差頻幹擾所造成的視覺雜亂信號減至最低。
本頻率產生器的同頻，不同相位輸出方式，並不局限應於利用四個半導體功率開關操作的全橋式的直流/交流轉換器，在大於兩組螢光燈管的情況下，運用於習知的半橋式或是其它任意同頻操作的電源供應電路都是可以達到降低電源雜亂信號和視覺雜亂信號的效果。另外，本發明中的計時器、保護電路也可以應用於各種電源供應電路，而不限於直流/交流轉換器。再者，本發明是以螢光燈管為本案的較佳實施例進行說明，然而並不局限應用於螢光燈管，任何種類的放電燈管或負載皆適用於本發明所揭露的技術。
請參閱圖7是為本案另一較佳實施例的半橋式直流/交流轉換控制器電路示意圖。如圖所示，一半橋式直流/交流轉換控制器700包括一直流電壓源201、一半橋式功率開關702、一共振槽203、一螢光燈管204、一螢光燈管電流偵測電路205、一螢光燈管端電壓偵測電路206、一脈波寬度調變器207、一螢光燈管頻率產生器208、一半橋式功率開關驅動電路709、一保護電路210、一計時器211以及一調光電路212。其電連接關是如下所述該直流電壓源201耦接至該半橋式功率開關702。該半橋式功率開關702的輸出端耦接至該共振槽203的輸入端。該共振槽203的輸出端耦接至該螢光燈管204的一端，該共振槽203包括有一個升壓變壓器221和諧振電容器222、223、224此一串聯耦接方式稱為功率傳送電路連接。
由於圖7所示的實施例與圖2所示的實施例操作大致相同，故相同的元件在此使用與圖2的元件使用相同的符號。故以下僅就相異處說明，相同處就不再累贅說明。
本實施例中，該半橋式功率開關702包含兩個功率開關702A與702B該功率開關702A接到一電壓線上，可為一P型MOSFET，該功率開關702B接到地線(Ground)上，可為一N型MOSFET，但兩個功率開關702A與702B並不限於MOSFET，亦可為各類電晶體開關，如BJT等。為了提供一對稱性佳的交流電流驅動螢光燈管204，本實施例中的半橋式功率開關702在系統穩定操作時是以相同的導通工作周期，以180°相位差輸流導通，即該半橋式功率開關驅動電路709輸出的兩組驅動輸出信號具有相同的工作周期，而相位差相差180°。
本案得由熟知此技術的人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不如附申請專利範圍所欲保護者。
權利要求
1.一種直流/交流轉換驅動電路，是轉換一直流電源成為一交流電源，其特徵在於該交流電源用以驅動一負載，包含一全橋式開關，是電連接該直流電源，將該直流電源切換輸出一脈衝信號，該全橋式開關包含一第一功率開關、一第二功率開關、一第三功率開關以及一第四功率開關；一共振槽電路，是電連接於該全橋式開關與該負載之間，將該脈衝信號轉換成該交流電源，提供電力給予該負載；一頻率產生器，該頻率產生器產生一脈動信號，該脈動信號有至少兩個預定不同操作頻率，該頻率產生器根據該直流/交流轉換驅動電路的電性狀況而決定該脈動信號在那一個頻率上操作；以及一驅動電路，是耦合該頻率產生器，該驅動電路根據該頻率產生器產生的該脈動信號，提供四組驅動輸出信號，分別控制該第一功率開關、該第二功率開關、該第三功率開關以及該第四功率開關的導通與截止，其中該四組驅動輸出信號是同一頻率且該四組驅動輸出信號的中有兩組導通工作周期小於50％，另外兩組導通工作周期大於50％。
2.如權利要求1所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於其中該全橋式開關中與該直流電源連接的兩功率開關為P型金氧半導體、另外兩功率開關為N型金氧半導體或者該直流電源連接的兩功率開關為N型金氧半導體、另外兩功率開關為P型金氧半導體。
3.如權利要求1所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於更包含一保護線路，是電連接該驅動電路，該保護線路包括至少兩組計時單元，依據負載導通狀況及該計時單元的結果決定，改變該驅動輸出信號。
4.如權利要求3所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於更包含一脈波寬度調變器，該脈波寬度調變器電連接該驅動電路，提供一脈波寬度調變信號給該驅動電路以產生該四組驅動輸出信號，其中該脈波寬度調變器包含一誤差放大器；一電阻，電連接該誤差放大器的一反相端；一電容，一端電連接該電阻以及該誤差放大器的該反相端，組成一反相積分器；一比較器，該比較器的非反相端電連接該誤差放大器的一輸出端以及該電容的另一端；一開關；以及一受控電流源，經由該開關電連接到該誤差放大器的該反相端。
5.如權利要求4所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於更包含一調光電路，其中該調光電路包含一調光頻率產生器，用以產生一三角波信號；一比較器，該比較器的一非反相輸入端電連接該調光頻率產生器接收該三角波信號，該比較器的一反相輸入端電連接一調光控制電壓，該比較器比較該調光控制電壓以及該三角波信號產生該調光脈衝信號，該調光電路電連接該頻率產生器，並提供一調光脈衝信號，該調光脈衝信號是用以控制該脈波寬度調變器是否提供該脈波寬度調變信號。
6.如權利要求1所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於更包含一計時器及一脈波寬度調變器，該脈波寬度調變器耦合該計時器及該驅動電路，提供一脈波寬度調變信號給該驅動電路以產生該組驅動輸出信號，該計時器包含一電流源；一計時電容器，電連接該電流源，該電流源對該計時電容器充電；以及一比較器，電連接該計時電容器及一第一參考電壓；其中當該計時電容器的電壓未超過該第一參考電壓時，該計時器送出一重設信號，重設該脈波寬度調變器，當該計時電容器的電壓超過一第一參考電壓時，該脈波寬度調變器開始工作。
7.如權利要求1所述的直流/交流轉換驅動電路更包含其特徵在於一負載偵測電路，該負載偵測電路電連接該負載，提供一偵測信號用以指示該負載的狀況；以及一保護電路，該保護電路接受該偵測信號，且該保護電路包含一含計時功能的控制電路，當該偵測信號超過或低於一預定值時，該保護電路產生一指示信號給該控制電路，當該指示信號持續一預定時間長度，該控制電路送出一改變輸出的信號到該驅動電路。
8.如權利要求7所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於其中該保護電路更包含一比較器，該比較器比較該偵測信號及一參考電壓，並提供一控制信號指示至該頻率產生器，該頻率產生器依據該控制信號指示而決定該脈動信號在那一個頻率上操作。
9.一種控制器，其特徵在於包含一頻率產生器，該頻率產生器產生一脈動信號，該脈動信號有兩個不同操作頻率，該頻率產生器根據該控制器的一控制信號決定該脈動信號在那一個頻率上操作；一脈波寬度調變電路，是耦合該頻率產生器，根據該脈動信號提供一脈寬調變信號；一驅動電路，是耦合該脈波寬度調變電路，根據該脈寬調變信號，提供至少一驅動輸出信號；以及一保護電路，是電連接該驅動電路，該保護電路包括至少兩組計時單元，依據該控制器接收的至少一外部信號及該計時單元的結果改變該驅動輸出信號。
10.如權利要求9所述的控制器，其特徵在於其中該至少兩組計時單元提供一重設信號及一時間到信號，該重設信號使接收該重設信號的電路重設電路狀態，該時間到信號使接收該時間到信號的電路開始動作。
11如權利要求9所述的控制器，其特徵在於其中該驅動電路是提供四組驅動輸出信號，該四組驅動輸出信號是同一頻率且其中兩組工作周期小於50％，另外兩組工作周期大於50％。
12.一種用於電源供應電路的多組頻率產生器，其特徵在於包含一微處理器，根據所接收之一頻率控制信號產生至少一組頻率相同、相位不同的多數個第一脈動信號，及根據所接收之一脈寬控制信號而產生至少一組調整脈衝信號；一數字波形合成器，接收該多數個第一脈動信號，並產生對應的多數個信號；以及一開關，耦合該微處理器，並根據該控制信號控制該至少一組調整脈衝信號的輸出。
13.一種直流/交流轉換驅動電路，是轉換一直流電源成為一交流電源，其特徵在於該交流電源用以驅動一負載，包含一半橋式開關，是電連接該直流電源，將該直流電源切換輸出一脈衝信號；一共振槽電路，是電連接於該半橋式開關與該負載之間，將該脈衝信號轉換成該交流電源，提供電力給予該負載；一控制器，包含具有至少兩組計時單元之一保護線路，該控制器產生一脈動信號，該脈動信號有至少兩個預定不同操作頻率，該控制器根據該直流/交流轉換驅動電路的電性狀況而決定該脈動信號在那一個頻率上操作並根據該兩組計時單元的信號改變該脈動信號的脈寬；以及一驅動電路，是耦合該頻率產生器，該驅動電路根據該頻率產生器產生的該脈動信號，提供兩組驅動輸出信號以控制該半橋式開關的導通與截止。
14.如權利要求13所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於其中該兩組驅動輸出信號具有相同的工作周期，而相位差相差180°。
15.如權利要求13所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於其中該保護線路，是依據負載導通狀況及該計時單元的結果決定，改變該組驅動輸出信號。
16.如權利要求15項所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於更包含一脈波寬度調變器，該脈波寬度調變器包含一誤差放大器；一電阻，電連接該誤差放大器之一反相端；一電容，一端電連接該電阻以及該誤差放大器的該反相端，組成一反相積分器；一比較器，該比較器的非反相端電連接該誤差放大器之一輸出端以及該電容的另一端；一開關；以及一受控電流源，經由該開關電連接到該誤差放大器的該反相端；其中該脈波寬度調變器電連接該驅動電路，提供一脈波寬度調變信號給該驅動電路以產生該組驅動輸出信號。
17.如權利要求13所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於更包含一定時器及一脈波寬度調變器，該脈波寬度調變器耦合該定時器及該驅動電路，提供一脈波寬度調變信號給該驅動電路以產生該組驅動輸出信號，該定時器包含一電流源；一計時電容器，電連接該電流源，該電流源對該計時電容器充電；以及一比較器，電連接該計時電容器及一第一參考電壓；其中當該計時電容器的電壓未超過該第一參考電壓時，該計時器送出一重設信號，重設該脈波寬度調變器，當該計時電容器的電壓超過一第一參考電壓時，該脈波寬度調變器開始工作。
18.如權利要求13所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於更包含一保護電路，該保護電路包含一含計時功能的控制電路，且該保護電路接受一負載偵測電路的一偵測信號，當該偵測信號超過或低於一預定值時，產生一指示信號給該控制電路，當該指示信號持續一預定時間長度，該控制電路送出一改變輸出的信號到該驅動電路，該驅動電路接收該改變輸出的信號後，控制該全橋式開關停止導通該直流電源的功率至該共振槽電路。
19.如權利要求18所述的直流/交流轉換驅動電路，其特徵在於其中該保護電路更包含一比較器，該比較器接收該指示信號時，提供一控制信號指示至該頻率產生器，該頻率產生器依據該控制信號指示而決定該脈動信號操作在那一個頻率上。
全文摘要
本發明提供一種直流/交流轉換驅動電路，包含一全橋式開關，電連接該直流電源，並切換輸出一脈衝信號，該全橋式開關包含一第一功率開關、一第二功率開關、一第三功率開關以及一第四功率開關，該第一功率開關與該第二功率開關及該第三功率開關與該第四功率開關分別電連接以形成二直臂；一共振槽電路，電連接於該全橋式開關與該負載之間，將該脈衝信號升壓與慮波轉換成該交流電源，提供電力給予該負載；一驅動電路，是反饋該負載的輸出，提供四組脈寬調變信號，分別控制該全橋式開關中的四個功率開關的導通與截止。本電路設計驅動方式簡易，有效降低系統電壓漣波(ripple)，輸出電壓信號穩定。
文檔編號H02M7/219GK1980033SQ20051012613
公開日2007年6月13日 申請日期2005年11月30日 優先權日2005年11月30日
發明者餘仲哲, 李立民, 黃世中, 洪建邦, 李智順 申請人:碩頡科技股份有限公司