燈管驅動電路的製作方法

2023-09-20 06:46:45

專利名稱：燈管驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燈管驅動電路，特別是涉及一種以常壓製程製造出的 個別集成電路元件分別控制高、低壓側驅動電晶體的燈管驅動電路。
背景技術：
請參閱圖7所示，為使用電流互感器的驅動電路，可用於驅動一氣體 放電燈管60,該電路包含一連接在直流DC輸入端的雙向觸發開關61、 一 電流互感器62、兩金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)構成的功率晶體 管63、 64。該電流互感器62的一次側繞組提供與燈管60串聯，而其二次 側繞組是與前述兩功率電晶體63、 64連接，該燈管60是串接一由電感65 及電容66、 67構成的LC電路，該電容66的另一端則是連接電流互感器 62的一次側繞組。前述電路是由雙向觸發開關61導通後提供一脈沖電流使電路開始進入 振蕩狀態，其振蕩頻率即為電感65與電容66所構成的諧振頻率。更具體 而言，當功率電晶體64導通後，電路便保持振蕩而一高頻激發該LC電路。 電容67兩端的電壓由於電路Q諧振而被放大，使電壓值足以觸發燈管60 產生》文電。由於前述驅動電路原是以雙極性電晶體構成，再經修改設計而以金屬 氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)組成，但其電路架構實際上並不適 合MOSFET，原因在於其波形不佳。請參考圖8,鑑於前述電路的缺點，於美國第5,545,955號專利案中是 提出一種適用於MOSFET的驅動集成電路(IC)70，該驅動集成電路70 具有一高壓輸出端Ho及一低壓輸出端Lo,是分別連接兩功率電晶體63、 64，該驅動集成電路更有一輸出端Vs連接兩電晶體63、 64的串聯接點及 一LC電路與一氣體放電燈管60。根據氣體放電燈管60的工作原理可知當欲點亮燈管時，必須要提供一 極高的驅動電壓以激發該燈管工作。實際上在該驅動集成電路70內部，於 高壓輸出端Ho與低壓輸出端的Lo兩者之間是具有一高壓耦合電容，其耐 壓程度須高達數百伏特以上，由於該高壓耦合電容的存在，該驅動集成電 路70從半導體原料挑選、內部元件設計、電路布局等各方面都必須考慮高 電壓製程，如此一來其製程的複雜度及製造成本都將相對提高。有鑑於上述現有的燈管驅動電路存在的缺陷，本發明人基於從事此類
產品設計製造多年豐富的實務經驗及專業知識，並配合學理的運用，積極 加以研究創新，以期創設一種新型結構的燈管驅動電路，能夠改進一般現 有的燈管驅動電路，使其更具有實用性。經過不斷的研究、設計，並經過 反覆試作樣品及改進後，終於創設出確具實用價值的本發明。發明內容由前述說明可知，現有驅動燈管所用的集成電路需以高電壓製程製造， 而使成本及複雜度始終居高不下。本發明的主要目的是提供一種以常壓製程製造的集成電路來構成燈管 的驅動電路，以降j氐電-各的製造成本。本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種燈管驅動電路，包含:一微處理單元，是至少具有一低側 驅動脈沖輸出接腳及至少一控制信號輸出接腳； 一浮動式電源驅動器，是通 過至少一獨立的高壓耦合電容耦接至前述微處理單元的至少一控制信號輸 出接腳，該浮動式電源驅動器是由微處理單元控制但不與微處理單元共用 相同接地，具有至少一高側驅動脈衝輸出接腳； 一驅動單元，是連接於一 驅動高壓及一接地之間，受前述微處理單元及浮動式電源驅動器控制而點 亮一燈管。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。 前述的燈管驅動電路，其中所述的微處理單元具有兩支低側驅動脈衝 輸出接腳，該浮動式電源驅動器具有兩支高側驅動脈衝輸出接腳，其中前 述驅動單元為一全橋架構，包含有兩高側功率電晶體，是分別連接浮動 式電源驅動器的兩高側驅動脈衝輸出接腳及該驅動高壓；兩低側功率晶體 管，是分別連接前述兩高側功率電晶體及接地；其中，兩高側功率電晶體 與兩低側功率電晶體的兩串聯節點之間是連接該燈管。前述的燈管驅動電路，其中所述的驅動單元為一半橋架構，其包含 一高側功率電晶體，是連接該驅動高壓及該浮動式電源驅動器的高側驅動 脈沖輸出接腳； 一低側功率電晶體，是串接該高側功率電晶體與接地之間， 該低側功率電晶體是連接微處理單元的低側驅動脈衝輸出接腳；其中該高 側功率電晶體及低側功率電晶體的串接節點是連接該燈管的其中一端，燈管另端連接至接地。前述的燈管驅動電路，其中所述的側功率電晶體及低側功率電晶體是 為雙極型電晶體。前述的燈管驅動電路，其中所述的高側功率電晶體及低側功率電晶體 是為金屬氧化物半導體場效電晶體。前述的燈管驅動電路，其中所述的浮動式電源驅動器內部包含一比對
及運算放大單元，該浮動式電源驅動器除前述高側驅動脈沖輸出接腳，進一步包含 一電源接腳，是連接一直流電源以提供該浮動式電源驅動器的 工作電壓； 一負電源接腳，是為一高壓泵電流的負端;至少一低壓信號輸入 接腳，是分別通過該至少 一 高壓耦合電容與微處理單元連接。前述的燈管驅動電路，其中所述的浮動式電源驅動器內部包含一比對 及運算放大單元，該浮動式電源驅動器除前述高側驅動脈衝輸出接腳，進 一步包含 一電源接腳，是連接一直流電源以提供該浮動式電源驅動器的 工作電壓； 一負電源接腳，是為一高壓泵電流的負端，連接該高側功率晶 體管及低側功率電晶體的串接節點;至少一低壓信號輸入接腳，是分別通過 該至少一高壓耦合電容與微處理單元連接。前述的燈管驅動電路，其中所述的微處理單元及浮動式電源驅動器是 分別封裝成兩獨立的封裝體。前述的燈管驅動電路，其中所述的微處理單元及浮動式電源驅動器是 共同封裝成單一獨立的封裝體。本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上可知，為了 達到上述目的，本發明是包含一微處理單元，是為 一獨立的集成電路元件且至少具有一低側驅動脈 衝輸出接腳及至少 一控制信號輸出接腳；一浮動式電源驅動器，是為一獨立的集成電路元件且通過至少一獨立 的高壓耦合電容耦接至前述微處理單元的至少一控制信號輸出接腳，該浮 動式電源驅動器不與微處理單元共用相同接地，具有至少一高側驅動脈沖 輸出接腳；一驅動單元，是連接於一驅動高壓及一接地之間，受前述微處理單元 及浮動式電源驅動器控制而點亮 一 燈管。前述驅動單元可為一全橋架構或半橋架構，若為全橋架構則包含兩高 側功率電晶體及兩低側功率電晶體，前述微處理單元提供兩支低側驅動脈衝輸出接腳連接低側功率電晶體，該浮動式電源驅動器亦提供兩支高側驅 動脈沖輸出接腳連接高側功率電晶體。若前述驅動單元為一半橋架構，則包含一高側功率電晶體及一低側功 率電晶體，高側功率電晶體是連接該驅動高壓及該浮動式電源驅動器的高 側驅動脈沖輸出接腳；低側功率電晶體是串接該高側功率電晶體與接地之 間，同時該低側功率電晶體亦連接微處理單元的低側驅動脈沖輸出接腳。前述高側功率電晶體與低側功率電晶體可由雙極型(BIPOLAR)電晶體 或金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)構成。藉由上述技術方案，本發明燈管驅動電路至少具有下列優點1.由於使用了獨立元件的高壓耦合電容，而非整合在集成電路內，該
浮動式電源驅動器與微處理單元本身不需以高壓製程製造，僅須使用現有的常壓製程(3V 60V)即可，故其製造成本及難度可大幅降低，常用的常 壓製程包含互補金屬氧化層半導體(CMOS )製程、多晶閘極(POLYGATE ) 製程、金屬閘極(METALGATE)製程、雙極性(BIPOLAR)製程、雙極 互補金屬氧化半導體(BICMOS)製程或雙擴散金屬氧化半導體(DMOS)制 程等。另一方面，獨立元件型態的高壓耦合電容是可輕易取得，且成本極 低。2. 使用電源隔離電路設計即該浮動式電源驅動器與微處理單元兩者 不共用同一個接地，且利用高壓耦合電容達成高低壓區塊隔離，而使用兩 個電容可確保從低壓端(微處理單元)傳送到高壓端(浮動式電源驅動器)的控 制信號，不會因為雜訊幹擾而造成誤動作。3. 可適用多種電路架構無論是全橋式或半橋式的驅動單元，浮動式 電源驅動器配合微處理單元均可加以控制，而且無論是雙極型(BIPOLAR) 或是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)皆可使用。綜上所述，本發明具有上述諸多優點及實用價值，其不論在產品結構 或功能上皆有較大的改進，在技術上有顯著的進步，並產生了好用及實用 的效果，且較現有的燈管驅動電路具有增進的突出功效，從而更加適於實 用，並具有產業的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的 技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和 其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附 圖，詳細說明如下。


圖l是本發明驅動電路一實施例的電路圖。圖2是本發明浮動式電源驅動器的內部電路方塊圖。圖3是本發明驅動電路另一實施例的電路圖。圖4是本發明驅動電路又一實施例的電路圖。圖5是本發明驅動電路再一實施例的電路圖。圖6是本發明驅動電路封裝成單一集成電路(IC)的示意圖。圖7是一使用電流互感器的燈管驅動電路。圖8是一使用驅動集成電路的燈管驅動電路。10:浮動式電源驅動器 20:微處理單元30:驅動單元 31a~34a:功率電晶體31b ~ 34b:功率電晶體 31c、 32c:功率電晶體31d、 32d:功率電晶體 40燈管41:觸發器60燈管61:雙向觸發開關62電流互感器63、64:功率電晶體65電感66、67:電容70驅動集成電路Cl、C2:高壓耦合電容HOUTl、 HOUT2:高側驅動脈沖輸出接腳 LOUTl、 LOUT2:低側驅動脈沖輸出接腳具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功 效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的燈管驅動電路其具體 實施方式、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。請參閱圖1，本發明的燈管驅動電路中是使用一浮動式電源驅動器10 及一耦接該浮動式電源驅動器的微處理單元(MCU)20，由兩者共同控制一 驅動單元30，該驅動單元30是連接一燈管40的兩端。該樣i處理單元20亦 可以為 一 通用的脈寬調節控制集成電路(pulse width modulation control circuits)(例如TL494CD)，為求降低成本可將此^t處理單元20設計開發成為 一專用IC(ASIC)。該驅動單元30於本實施例中是由四顆雙極型(BIPOLAR)功率電晶體 31a 34a構成的全橋架構，連接於一驅動高壓(如400V)及接地之間，其中 功率電晶體31a、 32a連接該驅動高壓；其餘兩電晶體33a、 34a則負責低側 驅動，是分別連接功率電晶體31a、 32a及接地之間。該燈管40可為任何類 型的節能燈或日光燈，是連接在全橋架構的中間，即高側驅動與低側驅動 之間。前述浮動式電源驅動器10是具有兩支高側驅動脈衝輸出接腳HOUT1 、 HOUT2,分別通過電阻R1、 R2連接全橋架構中的高側功率電晶體31a、 32a 的基極端。而微處理單元20則提供兩支低側驅動脈衝輸出接腳LOUTl、 LOUT2以連接該低側的功率電晶體33a、 34a。浮動式電源驅動器10是具有至少一支低壓信號輸入接腳，該低壓信號 輸入接腳可藉由一高壓耦合電容連接至微處理單元20至少一控制信號輸出 接腳。在以下實施例中，該浮動式電源驅動器10是設計成具有兩支低壓信 號輸入接腳，兩接腳是分別連接到兩高壓耦合電容C1、 C2，通過該高壓耦 合電容C1、 C2連接到微處理單元20的兩控制信號輸出接腳，高壓耦合電 容C1、 C2可選用耐壓400V以上的電容器以提供高壓隔離效果。請參考圖2,該浮動式電源驅動器10是以互補金屬氧化層半導體CMOS 製程制為一集成電路，亦可由其它常壓製程製造，其內部邏輯元件設計如 圖所示，包含一比較及運算放大電路，該浮動式電源驅動器IO主要接腳包 括有一電源接腳VDD，是連接一直流電源以提供該浮動式電源驅動器10 的工作電壓，例如DC8 15V;一負電源接腳VS，是為一高壓泵電流的負端，在驅動單元30採用一 半橋結構時，是連接至半橋結構的中間接點；至少一高側驅動脈衝輸出接腳H0UT1，是用於驅動一高側場效晶體 管，圖中是顯示兩輸出接腳HOUTl、 H0UT2以適用於全橋架構；一第一低壓信號輸入接腳IN1，是通過該高壓耦合電容C1與微處理單 元20連接；一第二低壓信號輸入接腳IN2是通過該高壓耦合電容C2與微處理單 元20連接。上述驅動電路的工作原理如下:該微處理單元20本身是有自振蕩功能， 而其振蕩信號亦通過兩高壓耦合電容C1、 C2傳遞給浮動式電源驅動器10， 如此一來，該微處理單元20及浮動式電源驅動器IO可依據振蕩信號適當 地輸出控制信號予該功率電晶體31a-34a,令高側功率電晶體31a、 32a與 低側功率電晶體33a、 4a呈交替導通，使該驅動高壓能順利激發燈管40點 亮。除使用圖1的雙極型功率電晶體31a-34a之外，本發明的全橋電路架 構亦可以由圖3所示的金屬氧化物半導體型MOS的功率電晶體31b 32b 組成，其動作原理如同圖1實施例。請參考圖4所示，該驅動單元30是利用兩雙極型BIPOLAR功率晶體 管31c、 32c構成一半橋架構，其中一功率電晶體31c是由該浮動式電源驅 動器10的高側驅動脈衝輸出接腳H0UT1所控制，另一功率電晶體32c則 由^f效處理單元20的一低側驅動脈衝輸出接腳LOUT2控制，其中兩功率晶 體管31c、32c的串聯節點是連接該浮動式電源驅動器10的負電源接腳VS， 該串聯節點亦通過一觸發器41連接至燈管40的一端，而燈管40另端是接地。該半橋架構的驅動單元40亦是設在一驅動高壓(如310V)與接地之 間。該浮動式電源驅動器10與微處理單元20亦是交互送出驅動信號，令 功率電晶體31c、 32c呈交替導通，使該驅動高壓通過觸發器41啟動燈管 40。前述半橋電路中的雙極型功率電晶體31c、 32c是可以改由金屬氧化物 半導體型MOS的功率電晶體31d、 32d所取代，如圖5的實施例所繪。在前述各實施例當中，浮動式電源驅動器10及微處理單元20均是制 成為獨立的封裝體(package )。然而為求合理降低加工製程及成本，請參考 圖6所示，該浮動式電源驅動器10及微處理單元20以常壓製程先製造為 個別獨立的晶片組(chipset)後，再用一種具有雙襯底(dual substrate )的導 線架(leadframe)封裝成^一封裝體(package)形式的集成電路，如此仍保 有常壓製程的優點。由以上各種不同實施例來看，本發明具有如下優點1. 由於使用了獨立元件的高壓耦合電容，而非整合在集成電路內，該 浮動式電源驅動器與微處理單元本身不需以高壓製程製造，僅須使用現有 的常壓製程(3V 60V)即可，故其製造成本及難度可大幅降低，常用的常 壓製程包含互補金屬氧化層半導體(CMOS )製程、多晶閘極(POLYGATE) 製程、金屬閘極(METALGATE)製程、雙極性(BIPOLAR)製程、雙極 互補金屬氧化半導體(BICMOS )製程或雙擴散金屬氧化半導體(DMOS)制 程等。另一方面，獨立元件型態的高壓耦合電容是可輕易取得，且成本極 低。2. 使用電源隔離電路設計即該浮動式電源驅動器與微處理單元兩者 不共用同一個接地，且利用高壓耦合電容達成高低壓區塊隔離，而使用兩 個電容可確保從低壓端(微處理單元)傳送到高壓端(浮動式電源驅動器)的控 制信號，不會因為雜訊幹擾而造成誤動作。3. 可適用多種電路架構無論是全橋式或半橋式的驅動單元，浮動式 電源驅動器配合微處理單元均可加以控制，而且無論是雙極型(BIPOLAR) 或是金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)皆可使用。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式 上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發 明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利 用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但 凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例 所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍 內。
權利要求
1、 一種燈管驅動電路，其特徵在於包含一微處理單元，是至少具有一低側驅動脈沖輸出接腳及至少 一控制信 號輸出接腳；一浮動式電源驅動器，是通過至少一獨立的高壓耦合電容耦接至前述 微處理單元的至少一控制信號輸出接腳，該浮動式電源驅動器是由微處理 單元控制但不與微處理單元共用相同接地，具有至少一高側驅動脈衝輸出 接腳；一驅動單元，是連接於一驅動高壓及一接地之間，受前述微處理單元 及浮動式電源驅動器控制而點亮 一燈管。
2、 根據權利要求1所述的燈管驅動電路，其特徵在於所述微處理單元 具有兩支低側驅動脈衝輸出接腳，該浮動式電源驅動器具有兩支高側驅動 脈衝輸出接腳，其中前述驅動單元為一全橋架構，其特徵在於包含有兩高側功率電晶體，是分別連接浮動式電源驅動器的兩高側驅動脈沖輸出接腳及該驅動高壓；兩低側功率電晶體，是分別連接前述兩高側功率電晶體及接地； 其中，兩高側功率電晶體與兩低側功率電晶體的兩串聯節點之間是連接該燈管。
3、 根據權利要求1所述的燈管驅動電路，其特徵在於所述驅動單元為 一半橋架構，其特徵在於其包含一高側功率電晶體，是連接該驅動高壓及該浮動式電源驅動器的高側 驅動脈衝輸出接腳；一低側功率電晶體，是串接該高側功率電晶體與接地之間，該低側功 率電晶體是連接微處理單元的低側驅動脈沖輸出接腳；其中該高側功率電晶體及低側功率電晶體的串接節點是連接該燈管的 其中一端，燈管另端連接至接地。
4、 根據權利要求2或3所述的燈管驅動電路，其特徵在於所述高側功 率電晶體及低側功率電晶體是為雙極型電晶體。
5、 根據權利要求2或3所述的燈管驅動電路，其特徵在於所述高側功 率電晶體及低側功率電晶體是為金屬氧化物半導體場效電晶體。
6、 根據權利要求1所述的燈管驅動電路，其特徵在於所述浮動式電源 驅動器內部包含一比對及運算放大單元，該浮動式電源驅動器除前述高側 驅動脈衝輸出接腳，進一步包含一電源接腳，是連接一直流電源以提供該浮動式電源驅動器的工作電壓； 一負電源接腳，是為一高壓泵電流的負端；至少 一低壓信號輸入接腳，是分別通過該至少 一 高壓耦合電容與微處 理單元連接。
7、 根據權利要求3所述的燈管驅動電路，其特徵在於所述浮動式電源 驅動器內部包含一比對及運算放大單元，該浮動式電源驅動器除前述高側 驅動脈衝輸出接腳，進一步包含一電源接腳，是連接 一 直流電源以提供該浮動式電源驅動器的工作電壓；一負電源接腳，是為一高壓泵電流的負端，連接該高側功率電晶體及 低側功率電晶體的串接節點；至少 一低壓信號輸入接腳，是分別通過該至少 一 高壓耦合電容與微處 理單元連接。
8、 根據權利要求7所述的燈管驅動電路，其特徵在於所述微處理單元 及浮動式電源驅動器是分別封裝成兩獨立的封裝體。
9、 根據權利要求7所述的燈管驅動電路，其特徵在於所述微處理單元 及浮動式電源驅動器是共同封裝成單一獨立的封裝體。
全文摘要
本發明是有關於一種燈管驅動電路，包含一微處理單元、一浮動式電源驅動器及一驅動單元，其中該微處理單元及浮動式電源驅動器皆為獨立的集成電路(IC)且以常壓製程制出，該浮動式電源驅動器是通過至少一獨立的高壓耦合電容耦接至前述微處理單元，而無與微處理單元共用相同接地；微處理單元與浮動式電源驅動器是分別提供至少一低側驅動脈衝輸出接腳、一高側驅動脈衝輸出接腳以控制驅動單元中的功率電晶體，令功率電晶體適時導通/關閉而使得一連接於該驅動單元的燈管能順利由一驅動高壓點亮。
文檔編號H05B41/14GK101123842SQ20071013802
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月2日 優先權日2006年8月9日
發明者辜正隆 申請人:辜正隆;昶龍光電國際有限公司