螢光燈管的驅動裝置與方法

2023-09-10 01:55:35

專利名稱：螢光燈管的驅動裝置與方法
技術領域：
本發明是有關於一種螢光燈管的驅動技術，且特別是有關於一種不需使用升壓變壓器即可驅動螢光燈管的裝置與方法。
背景技術：
螢光燈管(例如冷陰極螢光燈管(coldcathode fluorescent lamp, CCFL)) 廣泛地應用於大型液晶顯示(liquid crystal display, IXD)監視器及電視的背光系統 (backlight system)中。如圖1所示，現今用以驅動冷陰極螢光燈管CL的裝置10大多包括有功率切換電路(power switchingcircuit) 101、升壓變壓器(boost transformer)Τ,以及由升壓變壓器T的漏感(leakage inductance)與兩電容(capacitor) C所組成的共振槽 (resonator)。一般來說，功率切換電路101耦接於輸入電壓VDD(大約為380V的直流電壓)與接地電位GND之間，用以反應於具有固定頻率的三角波信號RMP與比較電壓CMP而切換並輸出輸入電壓Vdd與接地電位GND，以產生方波信號(square signal) SQ0另外，由升壓變壓器 T的漏感與兩電容C所組成的共振槽會對功率切換電路101所產生的方波信號SQ進行濾波 /轉換，以產生弦波驅動信號(sinusoidal driving signal，大約為342V的有效值)SIN來驅動冷陰極螢光燈管CL。然而，由於冷陰極螢光燈管CL需要較高的操作電壓，大約在700V的有效值(rms)， 所以必需藉助升壓變壓器T以將弦波驅動信號SIN提高至冷陰極螢光燈管CL可操作的電壓範圍。可見得，現今用以驅動冷陰極螢光燈管CL的裝置10都必需使用到升壓變壓器T， 否則將無法順利地驅動冷陰極螢光燈管CL。

發明內容
有鑑於此，本發明提供一種不需使用升壓變壓器即可驅動螢光燈管的裝置與方法。本發明提供一種螢光燈管的驅動裝置，其包括功率切換電路、LC共振槽，以及自動追頻電路。其中，功率切換電路耦接於輸入電壓與接地電位之間，用以反應於三角波信號與比較電壓而切換並輸出所述輸入電壓與所述接地電位，以產生方波信號。LC共振槽耦接功率切換電路，用以接收並轉換所述方波信號，以產生弦波驅動信號來驅動螢光燈管。自動追頻電路耦接功率切換電路與LC共振槽，用以根據關聯於所述弦波驅動信號的回饋信號而產生並調整所述三角波信號，以致使所述弦波驅動信號的頻率自動地追隨LC共振槽的諧振頻率。於本發明的一實施例中，功率切換電路包括第一比較器、分相電路、緩衝電路，以及切換電路。其中，第一比較器的負輸入端用以接收所述三角波信號，第一比較器的正輸入端用以接收所述比較電壓，而第一比較器的輸出端則用以輸出第一脈寬調變信號。分相電路耦接第一比較器，用以接收所述第一脈寬調變信號，並且反應於比較信號而對所述第一脈寬調變信號進行分相，或者直接對所述第一脈寬調變信號進行分相，以獲得兩組相位差 180度的輸出信號。緩衝電路耦接分相電路，用以接收並緩衝輸出所述兩組輸出信號。切換電路耦接於所述輸入電壓與接地電位之間，並且耦接緩衝電路，用以反應於所述兩組已緩衝的輸出信號而切換並輸出所述輸入電壓與接地電位，以產生所述方波信號。於本發 明的一實施例中，LC共振槽包括第一至第三電容與電感。其中，第一電容的第一端耦接用以接收所述方波信號。電感的第一端耦接第一電容的第二端，而電感的第二端則用以產生所述弦波驅動信號。第二電容的第一端耦接電感的第二端，而第二電容的第二端則用以產生所述回饋信號。第三電容的第一端耦接第二電容的第二端，而第三電容的第二端則耦接至所述接地電位。於本發明的一實施例中，自動追頻電路包括相移電路、脈衝信號產生器，以及三角波產生器。其中，相移電路用以接收所述回饋信號，並對所述回饋信號的電流相位進行相移後而輸出相移信號。脈衝信號產生器耦接相移電路與分相電路，用以反應於所述相移信號而產生脈衝信號，並且提供所述比較信號。三角波產生器耦接脈衝信號產生器與第一比較器，用以反應於所述脈衝信號而產生所述三角波信號。於本發明的一實施例中，自動追頻電路還包括起振電路，耦接三角波產生器，用以當三角波產生器未獲得所述脈衝信號時，反應於啟動信號而產生起振脈衝信號給三角波產生器，以致使三角波產生器產生所述三角波信號，直至三角波產生器獲得所述脈衝信號為止。於本發明的一實施例中，自動追頻電路還包括偵測電路，耦接起振電路，用以偵測所述相移信號，並於所述相移信號未振蕩時產生所述啟動信號給起振電路。於本發明的一實施例中，螢光燈管的驅動裝置還包括穩流電路，耦接螢光燈管與功率切換電路，用以反應於流經螢光燈管的電流與預設參考電壓而產生所述比較電壓，以調整第一比較器所輸出的所述第一脈寬調變信號，從而使得流經螢光燈管的電流穩定在預設電流值。於本發明的一實施例中，螢光燈管的驅動裝置還包括保護電路，耦接LC共振槽與分相電路，用以接收所述回饋電壓，並且於所述回饋電壓大於第一預設參考電壓時產生過壓保護信號以禁能分相電路。另外，保護電路更可以耦接螢光燈管與穩流電路，且更用以依據關聯於流經螢光燈管的電流的轉換電壓而決定是否產生過流保護信號以禁能該分相電路。其中，當所述轉換電壓大於第二預設參考電壓時，則保護電路產生所述過流保護信號以禁能分相電路。於本發明的一實施例中，螢光燈管的驅動裝置還包括箝位電路，耦接LC共振槽， 用以反應於所述回饋信號與預設參考電壓而產生箝位電壓，以抑制所述弦波驅動信號的電壓至預設電壓值。在此條件下，功率切換電路還可以包括第二比較器與與門。其中，第二比較器的正輸入端用以接收所述箝位電壓，第二比較器的負輸入端耦接第一比較器的負輸入端，而第二比較器的輸出端則用以輸出第二脈寬調變信號。與門的第一輸入端耦接第一比較器的輸出端，與門的第二輸入端耦接第二比較器的輸出端，而與門的輸出端則輸出第三脈寬調變信號至分相電路。本發明另提供一種螢光燈管的驅動方法，其包括在脈寬調變架構下，反應於三角波信號與比較電壓而切換輸入電壓與接地電位，以產生方波信號；由LC共振方法轉換所述方波信號，以產生弦波驅動信號來 驅動螢光燈管；以及根據關聯於所述弦波驅動信號的回饋信號而產生並調整所述三角波信號，以致使所述弦波驅動信號的頻率自動地追隨與所述 LC共振方法相對應的諧振頻率。本發明主要是利用自動追頻電路以對LC共振槽的諧振頻率進行追蹤，所以不管 LC共振槽的諧振頻率如何變動，自動追頻電路都會讓LC共振槽所產生的用以驅動螢光燈管的弦波驅動信號的頻率自動地追隨LC共振槽的諧振頻率。如此一來，本發明只要將LC 共振槽的品質因素(Q值)設計的高一點，就可獲得較大的輸出對輸入比，從而在不需使用升壓變壓器的條件下，還可以順利地驅動螢光燈管。應了解的是，上述一般描述及以下具體實施方式
僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張的範圍。


下面的所附附圖是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附附圖與說明書的描述一起說明本發明的原理，其中圖1繪示為傳統螢光燈管CL的驅動裝置10示意圖。圖2繪示為本發明一實施例的螢光燈管CL的驅動裝置20示意圖。圖3繪示為圖2的驅動裝置20的電路示意圖。圖4繪示為本發明一實施例的功率切換電路201的示意圖。圖5繪示為本發明一實施例的保護電路209的示意圖。圖6繪示為本發明一實施例的箝位電路211的示意圖。圖7A繪示為本發明一實施例的螢光燈管CL的驅動裝置20的部分信號示意圖。圖7B繪示為本發明另一實施例的螢光燈管CL的驅動裝置20的部分信號示意圖。圖7C繪示為本發明再一實施例的螢光燈管CL的驅動裝置20的部分信號示意圖。圖8繪示為本發明一實施例的螢光燈管的驅動方法流程圖。
具體實施例方式現將詳細參考本發明的示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例的實例。 另外，凡可能之處，在附圖及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。圖2繪示為本發明一實施例的螢光燈管CL的驅動裝置20示意圖，而圖3繪示為驅動裝置20的電路示意圖。請合併參照圖2與圖3，本實施例的驅動裝置20至少適於驅動冷陰極螢光燈管(CCFL，但並不限制於此，其它類型的螢光燈管亦適用)，且其包括功率切換電路(power switchingcircuit)201、LC 共振槽(LC resonator) 203、 自 iE _ 電 ￡各(automaticfrequency tracing circuit) 205、 || M1 % 足各(current regulationcircuit)207、保護電路(protection circuit)209,以及箝位電路 (c 1 ampcircuit) 211。其中，功率切換電路201耦接於輸入電壓Vdd (大約為380V的直流電壓)與接地電位GND之間，用以反應於自動追頻電路205所產生的三角波信號(ramp signal) RMP與穩流電路207所產生的比較電壓(comparison voltage) CMP而切換並輸出輸入電壓Vdd與接地電位GND，以產生方波信號(square signal) SQ0更清楚來說，圖4繪示為本發明一實施例的功率切換電路201的示意圖。請合併參照圖2-圖4，功率切換電路201包括比較器(comparator)CPl與CP2、與門(AND gate) AG1、分相電路(phase-splitting circuit)401、緩衝電路(buffering circuit)403，以及切換電路(switchingcircuitHOS。其中，比較器CPl的負輸入端(_)用以接收三角波信號RMP，比較器CPl的正輸入端⑴用以接收比較電壓CMP，而比較器CPl的輸出端則用以輸出脈寬調變信號(pulse width modulation signal, PWMsignal)Pffl 比較器CP2的正輸入端⑴用以接收箝位電路211所產生的箝位電壓CLP，比較器 CP2的負輸入端(_)耦接比較器CPl的負輸入端(_)，而比較器CP2的輸出端則用以輸出脈寬調變信號PW2。與門AGl的第一輸入端耦接比較器CPl的輸出端，與門AGl的第二輸入端耦接比較器CP2的輸出端，而與門AGl的輸出端則用以輸出脈寬調變信號PW』至分相電路 401。分相電路401用以接收與門AGl所輸出的脈寬調變信號PW』，並且反應於來自於自動追頻電路205的比較信號(comparison signal)CMS而對脈寬調變信號PW』進行分相，以獲得兩組相位差180度的輸出信號01與02。
在此先值得一提的是，若驅動裝置20在沒有箝位電路211的情況下，則功率切換電路201可以省略比較器CP2與與門AGl。如此一來，分相電路401便會直接地接收比較器 CPl所輸出的脈寬調變信號PWl，並且反應於來自於自動追頻電路205的比較信號CMS而對脈寬調變信號PWl進行分相，以獲得兩組相位差180度的輸出信號01與02。另外，在自動追頻電路205沒有提供比較信號CMS給分相電路401的情況下，分相電路401會直接反應於所接收的脈寬調變信號PWl而進行交叉分相，以獲得兩組相位差180度的輸出信號01與 02。緩衝電路403耦接分相電路401，且可以由兩緩衝器(buffer) Bufl與Buf2所組成。緩衝器Bufl與Buf2用以各別接收並緩衝輸出所述兩組輸出信號01與02 (亦即增加輸出信號01與02的驅動能力)。切換電路405耦接於輸入電壓Vdd與接地電位GND之間， 並且耦接緩衝電路403。切換電路405可以由兩功率開關(power switch) Ql與Q2所組成， 且用以反應於所述兩組己緩衝的輸出信號01與02而切換並輸出輸入電壓Vdd與接地電位 GND,以產生方波信號SQ。其中，功率開關Ql與Q2的第一端各別耦接輸入電壓VDD與接地電位GND，功率開關Ql與Q2的第二端耦接在一起以產生方波信號SQ，而功率開關Ql與Q2 的控制端則用以各別接收所述兩組已緩衝的輸出信號01與02。於此，請返回參照圖3，LC共振槽203耦接功率切換電路203，用以接收並轉換功率切換電路201所產生的方波信號SQ，以產生弦波驅動信號(sinusoidal driving signal) SIN來驅動螢光燈管CL。更清楚來說，LC共振槽203包括電容(capacitor) C1-C3與電感 (inductor) L0其中，電容Cl的第一端耦接功率開關Ql與Q2的第二端以接收方波信號SQ。 電感L的第一端耦接電容Cl的第二端，而電感L的第二端則用以產生弦波驅動信號SIN。 電容C2的第一端耦接電感L的第二端，而電容C2的第二端則用以產生關聯於弦波驅動信號SIN的回饋信號(feedback signal)FS0電容C3的第一端耦接電容C2的第二端，而電容 C3的第二端則耦接至接地電位GND。另外，於本實施例中，自動追頻電路205耦接功率切換電路201與LC共振槽203， 用以根據關聯於LC共振槽203所產生的弦波驅動信號SIN的回饋信號FS而產生並調整三角波信號RMP，以致使LC共振槽203所產生的弦波驅動信號SIN的頻率(frequency)自動地追隨LC共振槽203的諧振頻率(resonant frequency)。可見得，自動追頻電路205所產生的三角波信號RMP的頻率並非為固定的，且其會隨著LC共振槽203所產生的弦波驅動信號SIN的變動而變動。更清楚來說，自動追頻電路205包括相移電路(phase shiftcircuit) 501、脈衝信號產生器(pulse signal generator) 503、三角波產生器(ramp generator) 505、起振電路 (starting of oscillationcircuit) 507,(detection circuit)509。胃巾， 相移電路501耦接電容C2的第二端，用以接收回饋信號FS，並對回饋信號FS的電流相位 (current phase)進行相移後(例如相移90度，但並不限制於此)而輸出相移信號(phase shift signal) PSS。換言之，相移信號PSS的電壓相位領先回饋信號FS的電壓相位90度， 此代表相移信號PSS的電壓相位為回饋信號FS的電流相位，亦即LC共振槽203中第二電容C2及第三電容C3的電流相位於本實施例中，相移電路501包括電阻(resistor)R1、運算放大器(operational amplifieiOOP，以及電容C4。其中，電阻Rl的第一端用以接收回饋信號FS。運算放大器OP 的正輸入端(+)耦接至接地電位GND，運算放大器OP的負輸入端(_)耦接電阻Rl的第二端，而運算放大器OP的輸出端則用以輸出相移信號PSS。電容C4的第一端耦接電阻Rl的第二端，而電容C4的第二端則耦接運算放大器OP的輸出端。另外，脈衝信號產生器503耦接相移電路501與分相電路401，用以反應於相移電路501所輸出的相移信號PSS而產生脈衝信號PLS，並且提供比較信號CMS給分相電路401。 更清楚來說，脈衝信號產生器503包括比較器CP3、延遲單元(delay cell) DLY，以及互斥或門(X0R gate)EG0其中，比較器CP3的正輸入端⑴用以接收相移電路501所輸出的相移信號PSS，比較器CP3的負輸入端(-)用以接收預設參考電壓Vref 1，而比較器CP3的輸出端則用以輸出比較信號CMS。延遲單元DLY耦接比較器CP3的輸出端，用以接收並延遲輸出比較信號CMS。互斥或門EG的第一輸入端用以接收比較信號CMS，互斥或門EG的第二輸入端用以接收延遲單元DLY所輸出的比較信號CMS』，而互斥或門EG的輸出端則用以產生脈衝信號PLS。此外，三角波產生器505耦接脈衝信號產生器503與比較器CP1，用以反應於脈衝信號產生器503所產生的脈衝信號PLS而產生三角波信號RMP。起振電路507耦接三角波產生器505，用以當三角波產生器505未獲得脈衝信號產生器503所產生的脈衝信號PLS 時，反應於偵測電路509所產生的啟動信號EN而產生起振脈衝信號ST_PLS給三角波產生器505，以致使三角波產生器505產生三角波信號RMP，直至三角波產生器505獲得脈衝信號產生器503所產生的脈衝信號PLS為止。換言之，一旦三角波產生器505有獲得脈衝信號產生器503所產生的脈衝信號PLS的話，則起振電路507就會停止產生起振脈衝信號ST_ PLS。於本實施例中，起振電路507包括與門AG2、電容C5，以及反向器(inverter) NT。 其中，與門AG2的第一輸入端用以接收偵測電路509所產生的啟動信號EN。電容C5的第一端耦接與門AG2的輸出端，而電容C5的第二端則耦接至接地電位GND。反向器NT的輸入端耦接與門AG2的輸出端，而反向器NT的輸出端則耦接與門AG2的第二輸入端以輸出起振脈衝信號ST_PLS。另外，偵測電路509耦接起振電路507，用以偵測相移電路501所輸出的相移信號PSS，並且於相移電路501所輸出的相移信號PSS未振蕩時產生啟動信號EN給起振電路507，藉以致使起振電路507產生起振脈衝信號ST_PLS。換言之，一旦相移電路501所輸出的相移信號PSS開始振蕩的話，則偵測電路509就不會產生啟動信號EN給起振電路507，從而使得起振電路507停止產生起振脈衝信號ST_PLS。此時，三角波產生器505就會依據脈衝信號產生器503所產生的脈衝信號PLS以產生三角波信號RMP。於本實施例中，偵測電路 509可以獨立存在於自動追頻電路205中，但亦可與相移電路501、脈衝信號產生器503與起振電路507其中的一進行整合，一切端視實際設計需求而論。
再者，於圖3中，穩流電路207耦接螢光燈管CL與功率切換電路201，用以反應於流經螢光燈管CL的電流與預設參考電壓Vref2而產生比較電壓CMP，以調整比較器CPl所輸出的脈寬調變信號PWl，從而使得流經螢光燈管CL的電流穩定在一個預設電流值。可見得，穩流電路207可以作為需要進行精密的電流回饋控制的用途。更清楚來說，穩流電路207包括二極體(diode)Dl與D2、電阻R2與R3、誤差放大器(error amplifier)EA，以及電容C6。其中，二極體Dl的陰極(cathode)耦接螢光燈管 CL的一端，二極體Dl的陽極(anode)耦接至接地電位GND，而螢光燈管CL的另一端則用以接收LC共振槽203所產生的弦波驅動信號SIN。二極體D2的陽極耦接二極體Dl的陰極。 電阻R2的第一端耦接二極體D2的陰極，而電阻R2的第二端則耦接至接地電位GND。電阻 R3的第一端耦接二極體D2的陰極。誤差放大器EA的正輸入端(+)用以接收預設參考電壓 Vref2，誤差放大器EA的負輸入端(-)耦接電阻R3的第二端，而誤差放大器EA的輸出端則用以輸出比較電壓CMP。電容C6的第一端耦接電阻R3的第二端，而電容C6的第二端則耦接誤差放大器EA的輸出端。另外，於本實施例中，保護電路209耦接LC共振槽203與分相電路401，用以接收 LC共振槽203所產生的回饋電壓FS，並且於回饋電壓FS大於預設參考電壓(如圖5所示的「Vref3」)時產生過壓保護信號OVP以禁能(disable)分相電路401 (亦即控制分相電路 401不再產生兩組輸出信號01與02)。而且，保護電路209更可以耦接螢光燈管CL與穩流電路207，且更得以依據關聯於流經螢光燈管CL的電流的轉換電壓TS而決定是否產生過流保護信號OCP以禁能分相電路401。其中，當轉換電壓TS大於預設參考電壓(如圖5所示的「Vref4」)時，則保護電路209即產生過流保護信號OCP以禁能分相電路401。可見得， 保護電路209可以在異常驅動螢光燈管CL的狀況下啟動保護機制(通常會在螢光燈管CL 的操作階段(operation phase)實行)，從而保護螢光燈管CL。更清楚來說，圖5繪示為本發明一實施例的保護電路209的示意圖。請合併參照圖2-圖5，保護電路209包括比較器CP4與CP5。其中，比較器CP4的正輸入端⑴用以接收回饋電壓FS，比較器CP4的負輸入端(_)用以接收預設參考電壓Vref3，而比較器CP4的輸出端則用以輸出過壓保護信號0VP。比較器C5的正輸入端(+)用以接收轉換電壓TS，比較器C5的負輸入端(-)用以接收預設參考電壓Vref4，而比較器C5的輸出端則用以輸出過流保護信號OCP。除此之外，圖6繪示為本發明一實施例的箝位電路211的示意圖。請合併參照圖 2-圖6，箝位電路211耦接LC共振槽203，用以反應於LC共振槽203所產生的回饋信號FS 與預設參考電壓Vref5而產生箝位電壓CLP，以抑制LC共振槽203所產生的弦波驅動信號 SIN的電壓至一個預設電壓值。可見得，箝位電路211也可以防止弦波驅動信號SIN產生過電壓的情況，而且通常會在螢光燈管CL的初始階段(initial phase)實行。
更清楚來說，箝位電路211包括比較器CP6、N型電晶體(N-typetransistor)Tr、 電容C7，以及電流源(current source)〗。其中，比較器CP6的正輸入端(+)用以接收LC 共振槽203所產生的回饋信號FS，而比較器CP6的負輸入端(-)則用以接收預設參考電壓Vref5。N型電晶體Tr的柵極(gate)耦接比較器CP6的輸出端，N型電晶體Tr的漏極 (drain)用以輸出箝位電壓CLP，而N型電晶體Tr的源極(source)則耦接至接地電位GND。 電容C7的第一端耦接N型電晶體Tr的漏極，而電容C7的第二端則耦接至接地電位GND。 電流源I耦接於偏壓(bias voltage) Vbias與電容C7的第一端之間。 基於上述，圖7A繪示為本發明一實施例的螢光燈管CL的驅動裝置20的部分信號示意圖。從圖7A可以清楚看出(請同時參閱圖4)，在回饋信號FS有在振蕩的情況下，相移信號PSS的電流相位會領先回饋信號FS的電流相位90度。如此一來，以下的幾點描述會成立1、比較器CP3反應於相移信號PSS與預設參考電壓Vrefl而輸出比較信號CMS ；2、互斥或門EG反應於比較信號CMS與CMS』而輸出脈衝信號PLS ；3、比較器CPl反應於三角波信號RMP與比較電壓CMP而輸出脈寬調變信號PWl ； 以及4、分相電路401反應於比較信號CMS的上升與下降邊緣(rising andfailing edges)而各別地對脈寬調變信號PWl進行分相(在不考慮脈寬調變信號PW2的情況下)， 從而獲得兩組相位差180的輸出信號01與02。5、當弦波驅動信號SIN位於相對低點區域時，比較器CP3會產生比較信號CMS，而且當比較信號CMS位於相對高點區域時，分相電路401會產生輸出信號01，在實務應用上， 比較信號CMS與輸出信號01間會存在相位誤差，而此相位誤差數值的大小取決於LC共振槽203的品質因素(Q值)。依據上述1 5點的描述，在回饋信號FS有在振蕩的情況下，自動追頻電路205 會讓LC共振槽203所產生的用以驅動螢光燈管CL的弦波驅動信號SIN的頻率自動地追隨LC共振槽203的諧振頻率。如此一來，只要將LC共振槽203的品質因素(Q值)設計的高一點，就可獲得較大的輸出對輸入比，從而在不需使用升壓變壓器的條件下，驅動裝置20 還可以順利地驅動螢光燈管CL。圖7B繪示為本發明另一實施例的螢光燈管CL的驅動裝置20的部分信號示意圖。 從圖7B可以清楚看出，在回饋信號FS未振蕩的情況下，由於相移電路501不會產生相移信號PSS。如此一來，以下的幾點描述會成立6、比較器CP3無法輸出比較信號CMS ；7、偵測電路509會反應於未振蕩的相移信號PSS而產生致能信號EN(亦即邏輯 「1」)給起振電路507，以致使起振電路507產生起振脈衝信號ST_PLS給三角波產生器505， 進而使得三角波產生器505產生三角波信號RMP ；8、比較器CPl反應於三角波信號RMP與比較電壓CMP而輸出脈寬調變信號PWl ； 以及9、分相電路401直接反應於所接收的脈寬調變信號PWl的上升邊緣而對脈寬調變信號PWl進行交叉分相(在不考慮脈寬調變信號PW2的情況下)，從而獲得兩組相位差180 的輸出信號01與02。
依據上述6-9點的描述，在回饋信號FS未振蕩的情況下，自動追頻電路205仍可讓LC共振槽203所產生的用以驅動螢光燈管CL的弦波驅動信號SIN的頻率自動地追隨LC 共振槽203的諧振頻率。因此，驅動裝置20仍可在不需使用升壓變壓器的條件下順利地驅動螢光燈管CL。圖7C繪示為本發明再一實施例的螢光燈管CL的驅動裝置20的部分信號示意圖。 從圖7C可以清楚看出，在弦波驅動信號SIN的電壓過高的情況下，例如在螢光燈管CL的初始階段，以下的幾點描述會成立10、比較器CPl 反應於三角波信號RMP與比較電壓CMP而輸出責任周期較寬的脈寬調變信號PWi ；11、比較器CP6反應於回饋信號FS與預設參考電壓Vref5而導通N型電晶體Tr， 以產生箝位電壓CLP，從而使得比較器CP2反應於箝位電壓CLP與三角波信號RMP而產生責任周期較窄的脈寬調變信號PW2 ；12、與門AGl反應於脈寬調變信號PWl與PW2而輸出脈寬調變信號PW，；以及13、分相電路401反應於比較信號CMS的上升與下降邊緣而各別地對脈寬調變信號PW』進行分相，從而獲得兩組能量較少且相位差180度的輸出信號01與02 (對比於圖7A 與圖7B可以清楚看出)。依據上述10-13點的描述，箝位電路211可以在螢光燈管CL的初始階段抑制弦波驅動信號SIN的電壓至一個預設電壓值，從而保護螢光燈管CL。此外，在螢光燈管CL從初始期間進入至運作階段後，箝位電路211就不再產生箝位電壓CLP。如此一來，在螢光燈管 CL的運作階段，保護電路209會接手保護螢光燈管CL。匯整上述實施例的內容，以下提出一種螢光燈管的驅動方法，如圖8所示，且其包括在脈寬調變架構下，反應於三角波信號與比較電壓而切換輸入電壓與接地電位，以產生方波信號(步驟S801)；由LC共振方法轉換所述方波信號，以產生弦波驅動信號來驅動螢光燈管(步驟S803)；以及根據關聯於所述弦波驅動信號的回饋信號而產生並調整所述三角波信號，以致使所述弦波驅動信號的頻率自動地追隨與所述LC共振方法相對應的諧振頻率(步驟S805)。綜上所述，本發明主要是利用自動追頻電路205以對LC共振槽203的諧振頻率進行追蹤，所以不管LC共振槽203的諧振頻率如何變動，自動追頻電路205都會讓LC共振槽 203所產生的用以驅動螢光燈管CL的弦波驅動信號SIN的頻率自動地追隨LC共振槽203 的諧振頻率。如此一來，本發明只要將LC共振槽203的品質因素(Q值)設計的高一點，就可獲得較大的輸出對輸入比，從而在不需使用升壓變壓器的條件下，還可以順利地驅動螢光燈管CL。雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視權利要求範圍所界定的為準。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明的權利範圍。
權利要求
1.一種螢光燈管的驅動裝置，包括一功率切換電路，耦接於一輸入電壓與一接地電位之間，用以反應於一三角波信號與一比較電壓而切換並輸出該輸入電壓與該接地電位，以產生一方波信號；一 LC共振槽，耦接該功率切換電路，用以接收並轉換該方波信號，以產生一弦波驅動信號來驅動該螢光燈管；以及一自動追頻電路，分別耦接該功率切換電路與該LC共振槽，用以根據關聯於該弦波驅動信號的一回饋信號而產生並調整該三角波信號，以致使該弦波驅動信號的頻率自動地追隨該LC共振槽的一諧振頻率。
2.如權利要求1所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該功率切換電路包括一第一比較器，其負輸入端用以接收該三角波信號，其正輸入端用以接收該比較電壓， 而其輸出端則用以輸出一第一脈寬調變信號；一分相電路，耦接該第一比較器，用以接收該第一脈寬調變信號，並且反應於一比較信號而對該第一脈寬調變信號進行分相，或者直接對該第一脈寬調變信號進行分相，以獲得兩組相位差180度的輸出信號；一緩衝電路，耦接該分相電路，用以接收並緩衝輸出所述兩組輸出信號；以及一切換電路，耦接於該輸入電壓與該接地電位之間，並且耦接該緩衝電路，用以反應於所述兩組己緩衝的輸出信號而切換並輸出該輸入電壓與該接地電位，以產生該方波信號。
3.如權利要求2所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該緩衝電路包括 兩緩衝器，用以各別接收並緩衝輸出所述兩組輸出信號。
4.如權利要求2所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該切換電路包括兩功率開關，其第一端各別耦接該輸入電壓與該接地電位，其第二端耦接在一起以產生該方波信號，而其控制端則用以各別接收所述兩組已緩衝的輸出信號。
5.如權利要求4所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該LC共振槽包括 一第一電容，其第一端耦接該兩功率開關的第二端以接收該方波信號；一電感，其第一端耦接該第一電容的第二端，而其第二端則用以產生該弦波驅動信號；一第二電容，其第一端耦接該電感的第二端，而其第二端則用以產生該回饋信號；以及一第三電容，其第一端耦接該第二電容的第二端，而其第二端則耦接至該接地電位。
6.如權利要求5所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該自動追頻電路包括一相移電路，耦接該第二電容的第二端，用以接收該回饋信號，並對該回饋信號的一電流相位進行相移後而輸出一相移信號；一脈衝信號產生器，耦接該相移電路與該分相電路，用以反應於該相移信號而產生一脈衝信號，並且提供該比較信號；以及一三角波產生器，耦接該脈衝信號產生器與該第一比較器，用以反應於該脈衝信號而產生該三角波信號。
7.如權利要求6所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該相移電路包括 一電阻，其第一端用以接收該回饋信號；一運算放大器，其正輸入端耦接至該接地電位，其負輸入端耦接該電阻的第二端，而其輸出端則用以輸出該相移信號；以及一第四電容，其第一端耦接該電阻的第二端，而其第二端則耦接該運算放大器的輸出端。
8.如權利要求6所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該脈衝信號產生器包括一第二比較器，其正輸入端用以接收該相移信號，其負輸入端用以接收一預設參考電壓，而其輸出端則用以輸出該比較信號；一延遲單元，耦接該第二比較器的輸出端，用以接收並延遲輸出該比較信號；以及一互斥或門，其第一輸入端用以接收該比較信號，其第二輸入端用以接收該延遲單元的輸出，而其輸出端則用以產生該脈衝信號。
9.如權利要求6所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該自動追頻電路還包括一起振電路，耦接該三角波產生器，用以當該三角波產生器未獲得該脈衝信號時，反應於一啟動信號而產生一起振脈衝信號給該三角波產生器，以致使該三角波產生器產生該三角波信號，直至該三角波產生器獲得該脈衝信號為止。
10.如權利要求9所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該起振電路包括 一與門，其第一輸入端用以接收該啟動信號；一第四電容，其第一端耦接該與門的輸出端，而其第二端則耦接至該接地電位；以及一反向器，其輸入端耦接該與門的輸出端，而其輸出端則耦接該與門的第二輸入端以輸出該起振脈衝信號。
11.如權利要求9所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該自動追頻電路還包括一偵測電路，耦接該起振電路，用以偵測該相移信號，並於該相移信號未振蕩時產生該啟動信號給該起振電路。
12.如權利要求2所述的螢光燈管的驅動裝置，還包括一穩流電路，耦接該螢光燈管與該功率切換電路，用以反應於流經該螢光燈管的電流與一預設參考電壓而產生該比較電壓，以調整該第一比較器所輸出的該第一脈寬調變信號，從而使得流經該螢光燈管的電流穩定在一預設電流值。
13.如權利要求12所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該穩流電路包括一第一二極體，其陰極耦接該螢光燈管的一端，其陽極耦接至該接地電位，而該螢光燈管的另一端則用以接收該弦波驅動信號；一第二二極體，其陽極耦接該第一二極體的陰極；一第一電阻，其第一端耦接該第二二極體的陰極，而其第二端則耦接至該接地電位； 一第二電阻，其第一端耦接該第二二極體的陰極；一誤差放大器，其正輸入端用以接收該預設參考電壓，其負輸入端耦接該第二電阻的第二端，而其輸出端則用以輸出該比較電壓；以及一電容，其第一端耦接該第二電阻的第二端，而其第二端則耦接該誤差放大器的輸出端。
14.如權利要求12所述的螢光燈管的驅動裝置，還包括一保護電路，耦接該LC共振槽與該分相電路，用以接收該回饋電壓，並且於該回饋電壓大於一第一預設參考電壓時產生一過壓保護信號以禁能該分相電路。
15.如權利要求14所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該保護電路還耦接該螢光燈管與該穩流電路，且還用以依據關聯於流經該螢光燈管的電流的一轉換電壓而決定是否產生一過流保護信號以禁能該分相電路，其中，當該轉換電壓大於一第二預設參考電壓時，則該保護電路產生該過流保護信號以禁能該分相電路。
16.如權利要求15所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該保護電路包括一第二比較器，其正輸入端用以接收該回饋電壓，其負輸入端用以接收該第一預設參考電壓，而其輸出端則用以輸出該過壓保護信號；以及一第三比較器，其正輸入端用以接收該轉換電壓，其負輸入端用以接收該第二預設參考電壓，而其輸出端則用以輸出該過流保護信號。
17.如權利要求2所述的螢光燈管的驅動裝置，還包括一箝位電路，耦接該LC共振槽，用以反應於該回饋信號與一預設參考電壓而產生一箝位電壓，以抑制該弦波驅動信號的電壓至一預設電壓值。
18.如權利要求17所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該箝位電路包括一第二比較器，其正輸入端用以接收該回饋信號，而其負輸入端則用以接收該預設參考電壓；一 N型電晶體，其柵極耦接該第二比較器的輸出端，其漏極用以輸出該箝位電壓，而其源極則耦接至該接地電位；一電容，其第一端耦接該N型電晶體的漏極，而其第二端則耦接至該接地電位；以及一電流源，耦接於一偏壓與該電容的第一端之間。
19.如權利要求17所述的螢光燈管的驅動裝置，其中該功率切換電路還包括一第二比較器，其正輸入端用以接收該箝位電壓，其負輸入端耦接該第一比較器的負輸入端，而其輸出端則用以輸出一第二脈寬調變信號；以及一與門，其第一輸入端耦接該第一比較器的輸出端，其第二輸入端耦接該第二比較器的輸出端，而其輸出端則輸出一第三脈寬調變信號至該分相電路。
20.一種螢光燈管的驅動方法，包括在一脈寬調變架構下，反應於一三角波信號與一比較電壓而切換一輸入電壓與一接地電位，以產生一方波信號；由一 LC共振方法轉換該方波信號，以產生一弦波驅動信號來驅動該螢光燈管；以及根據關聯於該弦波驅動信號的一回饋信號而產生並調整該三角波信號，以致使該弦波驅動信號的頻率自動地追隨與該LC共振方法相對應的一諧振頻率。
全文摘要
一種螢光燈管的驅動裝置與方法。本發明所提的螢光燈管的驅動裝置包括功率切換電路、LC共振槽，以及自動追頻電路。其中，功率切換電路耦接於輸入電壓與接地電位之間，用以反應於三角波信號與比較電壓而切換並輸出所述輸入電壓與接地電位，以產生方波信號。LC共振槽用以接收並轉換所述方波信號，以產生弦波驅動信號來驅動螢光燈管。自動追頻電路用以根據關聯於所述弦波驅動信號的回饋信號而產生並調整所述三角波信號，以致使所述弦波驅動信號的頻率自動地追隨LC共振槽的諧振頻率。
文檔編號H05B41/295GK102448235SQ20101051029
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月13日 優先權日2010年10月13日
發明者容光宇, 黃世中 申請人:碩頡科技股份有限公司