背光模塊及其換流器電路的制作方法

專利名稱：背光模塊及其換流器電路的制作方法
技術領域：
本發明關于 一種背光模塊及其換流器電路，且特別是有關于一種以電流 控制模式驅動燈管的換流器電路。
背景技術：
近年來，隨著光電及半導體設備技術的進步，使得平面顯示器迅速且蓬 勃的發展。如以液晶顯示器為例，因其具有低功率消耗、無幅射污染及高空 間利用的特性，逐漸地成為市場的主流。液晶顯示器包括液晶顯示面板及背 光模塊，其中由于液晶顯示面板不具發光能力，故必須配置背光模塊以提供 液晶顯示面板所需的面光源，使液晶顯示面板達成其顯示影像的功能。
一般而言，背光模塊通常使用冷陰極燈管(cold cathode fluorescent lamp ，CCFL)來提供背光源，因此需要配置換流器電路以產生交流驅動信號， 并驅動冷陰極燈管。圖1為傳統換流器的電路圖。請參照圖1，換流器電路 100包括直流電壓源110、脈寬調制器120、橋式直流/交流轉換器130、變壓 器140及電壓檢測器150。橋式直流/交流轉換器130為一全橋電路，且包括 開關S1 S4，其中開關S1 S4為采用晶體管來實現的。在此，將開關S1及開 關S4分為一組，而開關S2及開關S3分為另一組。這兩組開關依據脈寬調制 器120所產生的控制信號CONl CON4而交替地導通，藉以將直流電壓源110 所提供的直流電壓，轉換為高頻的交流方波信號。
變壓器140及電容C1及C2將高頻的交流方波信號轉換為類弦波信號， 以驅動冷陰極燈管160。冷陰極燈管160的亮度為依據通過冷陰極燈管160 的電流大小所決定，所以電壓檢測器150檢測通過冷陰極燈管160的電流量， 并且將此電流信號轉換為電壓信號，以作為反饋信號fb。脈寬調制器120依 據反饋信號fb來調整控制信號CONl CON4的脈寬，藉以穩定地調整冷陰極 燈管160亮度。
但是,換流器電路110的橋式直流/交流轉換器130使用較多的電子元件， 例如開關S1 S4，若開關S1 S4的運作不正確，將造成換流器電路110無法
5驅動冷陰極燈管160,例如當開關Sl及S2同時導通時。另外，傳統換流器 電路100通常使用電壓控制模式來驅動冷陰極燈管160,而電壓檢測器150 所產生的反饋信號fb便用以調整控制信號CONl CON4。然而，脈寬調制器 120在利用這樣的外反饋方式時，無法即時地調整控制信號CON1到CON4 的脈寬。因此，各大廠商無不致力于解決上述問題。

發明內容
有鑒于此，本發明提供一種背光模塊及其換流器電路，利用電流控制模 式，有效地驅動燈管及使燈管穩定的點亮。
本發明提出一種適于驅動燈管的換流器電路，包括開關單元、第一電容、 變壓器、信號產生模塊及第一檢測模塊。開關單元的第一電流端及第二電流 端與第一電容并聯，且開關單元的控制端接收脈寬調制信號以控制開關單元 的導通與否。變壓器的一次繞組耦接第一電壓及開關單元的第一電流端，且 變壓器的二次繞組耦接第二電壓及燈管，以提供交流驅動信號至燈管。信號 產生模塊依據第一電壓產生脈寬調制信號，而脈寬調制信號的工作周期(duty cycle)為由相應燈管的反饋信號及檢測信號所決定的。第一檢測才莫塊耦接于 開關單元的第二電流端與信號產生模塊之間，其依據開關單元所通過的電流 而產生檢測信號。
上述的換流器電路，在一實施例中換流器還包括第二檢測模塊。第二檢 測模塊耦接于燈管與信號產生模塊之間，其依據燈管所通過的電流而產生反 饋信號。
本發明另提出一種背光模塊，包括燈管及換流器電路。換流器電路耦接 燈管，用以驅動燈管使燈管提供光源作為背光。換流器電路包括開關單元、 第一電容、變壓器、信號產生模塊及第一檢測模塊。開關單元的第一電流端 及第二電流端與第一電容并聯，且開關單元的控制端接收脈寬調制信號以控 制開關單元的導通與否。變壓器的一次繞組耦接第一電壓及開關單元的第一 電流端，且變壓器的二次繞組耦接第二電壓及燈管以提供交流驅動信號至燈 管。信號產生模塊用以依據第一電壓產生脈寬調制信號，而脈寬調制信號的 工作周期為由相應燈管的反饋信號及檢測信號所決定的。第一檢測模塊耦接 于開關單元的第二電流端與信號產生模塊之間，其依據開關單元所通過的電 流而產生檢測信號。本發明的換流器電路及使用其的背光模塊為采用電流驅動4莫式來驅動燈 管。如上所述，換流器電路所包含的變壓器會依據一次繞組的信號變化，而 產生交流驅動信號來驅動燈管。檢測信號為依據開關單元所通過的電流而產 生的，且檢測信號為用來控制脈寬調制信號的工作周期。當片全測信號達到預 設值時，脈寬調制信號可控制開關單元不導通，以避免過電流發生，藉此提 升開關單元的切換效率。檢測信號的反饋路徑為屬于內部的閉回路，因此不 僅能立即地調整脈寬調制信號，也能有效地驅動燈管及使燈管穩定地點亮。


圖1為傳統換流器的電路圖。
圖2為本發明的一實施例的背光模塊的方塊圖。
圖3A、圖3B及圖3C分別為本發明實施例圖2中脈寬調制信號、開關 單元的第一電流端及檢測信號的電壓波形圖。
圖3D為本發明實施例圖2中反饋信號的電壓波形圖。 圖4A為本發明實施例圖2中信號產生模塊的電路圖。 圖4B為本發明實施例圖4A中脈寬調制單元的時序圖。主要元件符號說明
100、 200:換流器電路 110:直流電壓源 120:脈寬調制器 130:橋式直流/交流轉換器 140:變壓器 150:電壓檢測器 160:冷陰極燈管 200:換流器電路 210:燈管 220:信號產生模塊 221:壓控振蕩單元 222:脈寬調制單元 222a:誤差放大器 222b:比較器
7222c:閂鎖單元223電壓調整單元
230開關單元
240第二檢測模塊
250第一檢測模塊
251低通濾波單元
252電阻單元
260變壓器
401、 402:曲線A、B:節點
C卜C4:電容
CONl CON4:控制信號CLK:時脈信號Dl~D3: 二極管
DR:交流驅動信號
EA_out:預設值
Fl:第一誤差信號
F2:第二誤差信號
F3:脈寬調制信號
fb、FB:反饋信號
GND:接地電壓Nl:晶體管
Rl、R2:電阻
R3:可變電阻
REF:參考信號S1~S4:開關Vin:第一電壓
FS:檢測信號
具體實施例方式
為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖2為本發明的一實施例的背光模塊的方塊圖。請參照圖2,背光模塊 包括換流器電路200及燈管210。在此實施例中燈管210為以冷陰極燈管實 現的，以提供光源作為背光。換流器電路200包括信號產生模塊220、開關 單元230、電容C1、變壓器260、第一檢測模塊250及第二檢測模塊240。開 關單元230的控制端接收脈寬調制(pulse width modulation, PWM)信號F3 ，并 據以控制開關單元230導通與否。而開關單元230的第一電流端(即節點A) 及第二電流端(即節點B)與電容Cl并聯耦接。在本實施例中，開關單元230 以N型晶體管Nl為例，而開關單元230還包括二極管Dl。因此，晶體管 Nl的柵極、第一源/漏極及第二源/漏極分別為開關單元230的控制端、第一 電流端及第二電流端。二極管D1的陰極及陽極分別耦接晶體管Nl的第一源 /漏極及第二源/漏極。值得一提的是，雖然本實施例采用晶體管N1實現開關 單元230，但本領域具有通常知識者可采用其他元件實現之，例如P型晶體 管或開關。
變壓器260的一次繞組耦接第 一電壓Vin及開關單元230的第 一電流端， 且變壓器260的二次繞組耦接燈管210及第二電壓，在此第一電壓Vin為直 流電壓，且第二電壓為接地電壓GND。變壓器260依據其一次繞組的信號變 化，而產生交流驅動信號DR來驅動燈管210。第一檢測模塊250耦接開關單 元230的第二電流端，并依據開關單元230所通過的電流，產生纟企測信號FS。 第二檢測模塊240耦接于燈管210與信號產生模塊220之間，信號產生模塊 220依據燈管210所通過的電流，產生反饋信號FB。信號產生模塊220依據 第一電壓Vin,產生脈寬調制信號F3，其中脈寬調制信號F3的工作周期為依 據反饋信號FB及檢測信號FS而決定。以下詳細描述換流器電路200的運作 方式。
請參照圖2，第一4企測才莫塊250包括電阻單元252及4氐通濾波單元251。 電阻單元252耦接開關單元230的第二電流端，用以將開關單元230所通過 的電流轉換為電壓信號，亦即檢測信號FS。低通濾波單元251耦接于電阻單 元252及信號產生模塊220之間，用以將檢測信號FS進行低通濾波處理，并 將檢測信號FS傳送到信號產生模塊220。在本實施例中，電阻單元252以電 阻R1實現之，而電阻R1的第一端及第二端分別耦接開關單元230的第二電 流端及第二電壓(在此為接地電壓GND)。低通濾波單元251包括電阻R2及電容C4。電阻R2的第一端及第二端分別耦接電阻Rl的第一端及信號產生 模塊220。電容C4的第一端及第二端分別耦接電阻R2的第二端及第二電壓。
圖3A、圖3B及圖3C分別為本發明實施例圖2中脈寬調制信號F3、開 關單元230的第一電流端及檢測信號FS的電壓波形圖。請參照圖2、圖3A、 圖3B及圖3C,為了便于敘述，節點A及B分別表示開關單元230的第一及 第二電流端，且以晶體管Nl為例來說明開關單元230的運作。當脈寬調制 信號F3從邏輯高電位("l")改變為邏輯低電位("O")時，晶體管Nl為不導通。 此時，變壓器260的一次繞組、電容C1及第一檢測單元250內的電阻R1組 成一串聯RLC電路。當串聯RLC電路的頻率小于共振頻率時，RLC電路為 電容式，使得晶體管N1的第一源/漏極(即節點A)的電壓增加。同時，晶體管 Nl的第二源/漏極(即節點B)的電壓、亦即檢測信號FS,會因通過電阻R1的 電流減少而降低。當串聯RLC電路的頻率大于響應頻率時，RLC電路為電感 式，使得晶體管N1的第一源/漏極(即節點A)的電壓減少。同時，電流流過電 阻R1的方向會反向，因而晶體管Nl的第二源/漏極(即節點B)的電壓變為負。
當脈寬調制信號F3從邏輯低電位("0")改變為邏輯高電位("1")時，晶體管 Nl為導通。而導通的晶體管N1提供一最短路徑使電流通過。因此，晶體管 Nl的第一源/漏極(即節點A)的電壓會降低至OV,且晶體管Nl的第二源/漏 極(即節點B)的電壓會線性地上升。在本實施例中，第一檢測模塊250的電阻 單元252將開關單元230所通過的電流轉換為電壓信號(此為檢測信號FS), 并反饋檢測信號FS到信號產生模塊220，以控制脈寬調制信號F3的工作周 期。當檢測信號FS達到預設值EA—out時，脈寬調制信號F3會立即從邏輯 高電位('T，)改變為邏輯低電位("O")，使晶體管N1為不導通。檢測信號FS的 反饋路徑為屬于內部回路，且在此為電流控制模式。
值得注意的是，變壓器260的二次繞組會感應一次繞組的信號變化量， 并且透過開關單元230的切換而產生交流驅動信號DR。請參照圖2，第二檢 測模塊240包括二極管D2及D3及可變電阻R3。 二極管D2的陰極及陽極分 別耦接燈管210的第二端及第二電壓(在此為接地電壓GND)。 二極管D3的 陰極及陽極分別耦接信號產生模塊220及二極管D2的陰極。可變電阻R3的 第一端及第二端分別耦接二極管D3的陰極及第二電壓。圖3D為本發明實施 例圖2中反饋信號FB的電壓波形圖。請參照圖2及圖3D，通過燈管210的 電流信號經由二極管D2及D3整流。依據分壓定理，可變電阻R3會產生壓
10降，而此壓降即為反饋信號FB。第二檢測單元240傳送反饋信號FB到信號 產生模塊220，以控制脈寬調制信號F3的工作周期。反饋信號FB的反饋路 徑為屬于外部回路，且在此為電壓控制模式。
接下來描述如何經由檢測信號FS及反饋信號FB，而控制脈寬調制信號 F3的工作周期。圖4A為本發明實施例圖2中信號產生模塊220的電路圖。 請參照圖4A,信號產生模塊220包括壓控振蕩單元221、脈寬調制單元222 及電壓調整單元223。電壓調整單元223產生經調整的第一電壓到壓控振蕩 單元221。壓控振蕩單元221耦接電壓調整單元223,以產生時脈信號CLK。 脈寬調制單元222包括誤差放大器222a、比較器222b及閂鎖單元222c。誤 差放大器222a接收參考信號REF及反饋信號FB，并且輸出第一誤差信號Fl。 比較器222b將檢測信號FS及第一誤差信號Fl(亦即上述的預設值EA—out) 進行比較，并據以輸出第二誤差信號F2。接著，閂鎖單元222c接收時脈信 號CLK及第二誤差信號F2，藉此產生脈寬調制信號F3。
圖4B為本發明實施例圖4A中脈寬調制單元222的時序圖。請參照圖4B， 曲線401表示第一誤差信號F1，且曲線402表示檢測信號FS。第一誤差信號 Fl的波形依據反饋信號FB及參考信號REF而產生。在本實施例中，誤差放 大器222a的第一誤差信號Fl可以由許多不同頻率的弦波所組成。本領域具 有通常知識者可利用其他放大器電路，來實現本實施例所提及的誤差放大器 222a,故發明不局限于此。
請參照圖4A及圖4B,當時脈信號CLK觸發時，閂鎖單元222c所輸出 的脈寬調制信號F3會從邏輯低電位("O")改變為邏輯高電位("l"),以使晶體管 Nl導通。同時，晶體管Nl的第二源/漏極(即節點B)的電壓(此為檢測信號FS) 會趨于線性地上升。當檢測信號FS達到第一誤差信號F1的電平時，比較器 222b便會輸出邏輯高電位('T，)的第二誤差信號F2,使控制閂鎖單元222c重 置，進而產生為邏輯低電位("0")的脈寬調制信號F3，讓晶體管N1不導通。 依據上述，反饋信號FB反應燈管210所通過的電流，且反饋信號FB為用來 確認燈管210是否穩定地點亮。另外，檢測信號FS反應開關單元230所通過 的電流，且檢測信號FS為用來提供過電流保護機制以及增加開關單元230 的切換效率。
綜上所述，本實施例通過開關單元230的導通狀態來產生交流驅動信號 DR,以驅動燈管210。燈管210所通過的電流經由第二檢測模塊240而轉換為電壓反饋信號FB。而利用電壓反饋信號FB來控制脈寬調制信號F3的工 作周期，可以調整燈管210通過的電流，因而稱為電壓控制模式。在本實施 例中，第一檢測模塊250連接開關單元230的第二電流端，以檢測開關單元 230所通過的電流，藉此產生檢測信號FS。當檢測信號FS達到誤差放大器 222a的輸出(此為第一誤差信號Fl)時，信號產生模塊250可以立即地關閉開 關單元230，以避免過電流的發生及增加開關單元230的切換效率。由于檢 測信號FS可以反應開關單元230所通過的電流，因而利用4企測信號FS來控 制脈寬調制信號F3的工作周期，則稱為電流控制模式。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然而其并非用以限制本發明，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范圍內，當可作些 許的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視后附的權利要求所限定者為準。
權利要求
1.一種換流器電路，適于驅動一燈管，包括一開關單元，具有第一電流端、第二電流端及控制端，且其控制端接收一脈寬調制信號，以控制該開關單元的導通與否；一第一電容，并聯該開關單元的第一電流端及第二電流端；一變壓器，其一次繞組耦接一第一電壓及該開關單元的第一電流端，其二次繞組耦接一第二電壓及該燈管，以提供一交流驅動信號至該燈管；一信號產生模塊，依據該第一電壓產生該脈寬調制信號，其中該脈寬調制信號的工作周期決定于相應的該燈管的一反饋信號及一檢測信號；以及一第一檢測模塊，耦接該開關單元的第二電流端與該信號產生模塊之間，用以依據該開關單元所通過的電流，而產生該檢測信號。
2. 如權利要求1所述的換流器電路，其中該信號產生模塊包括 一壓控振蕩單元，用以產生一時脈信號；以及一脈寬調制單元，耦接于該壓控振蕩單元，用以依據該時脈信號的頻率， 產生該脈寬調制信號。
3. 如權利要求2所述的換流器電路，其中該脈寬調制單元包括 一誤差放大器，用以依據一參考信號及該反饋信號，輸出一第一誤差信號；一比較器，用以比較該檢測信號及所接收的該第一誤差信號，并輸出一 第二誤差信號；以及一閂鎖單元，用以依據所接收的該時脈信號及該第二誤差信號，產生該 脈寬調制信號。
4. 如權利要求2所述的換流器電路，其中該信號產生模塊更包括 一電壓調整單元，耦接該壓控振蕩單元，用以提供經調整的該第一電壓至該壓控振蕩單元。
5. 如權利要求1所述的換流器電路，更包括一第二檢測模塊，耦接于該燈管與該信號產生模塊之間，用以依據該燈 管所通過的電流，產生該反饋信號。
6. 如權利要求1所述的換流器電路，其中該第一檢測模塊包括 一電阻單元，耦接該開關單元的第二電流端，用以輸出該檢測信號。
7. 如權利要求6所述的換流器電路，其中該第一檢測模塊更包括 一低通濾波單元，耦接于該電阻單元與該信號產生模塊之間，用以將該檢測信號進行低通濾波處理。
8. 如權利要求1所述的換流器電路，其中該第一電壓為一直流電壓源。
9. 如權利要求1所述的換流器電路，其中該第二電壓為一接地電壓。
10. 如權利要求1所述的換流器電路，其中該燈管為一冷陰極燈管。
11. 一種背光模塊，包括 一燈管，用以提供一光源；以及 一換流器電路，耦接該燈管，用以驅動該燈管，包括一開關單元，具有第一電流端、第二電流端及控制端，且其控制端 接收一脈寬調制信號，以控制該開關單元的導通與否；一第 一 電容，并聯該開關單元的第 一 電流端及第二電流端；一變壓器，其一次繞組耦接一第一電壓及該開關單元的第一電流端， 其二次繞組耦接一第二電壓及該燈管，以提供一交流驅動信號至該燈管；一信號產生模塊，依據該第一電壓產生該脈寬調制信號，其中該脈 寬調制信號的工作周期決定于相應的該燈管的一反饋信號及一檢測信號；以 及一第 一檢測模塊，耦接該開關單元的第二電流端與該信號產生模塊 之間，用以依據該開關單元所通過的電流，而產生該檢測信號。
12. 如權利要求ll所述的背光模塊，其中該信號產生模塊包括 一壓控振蕩單元，用以產生一時脈信號；以及一脈寬調制單元，耦接于該壓控振蕩單元，用以依據該時脈信號的頻率， 產生該脈寬調制信號。
13. 如權利要求12所述的背光模塊，其中該脈寬調制單元包括 一誤差放大器，用以依據一參考信號及該反饋信號，輸出一第一誤差信一;— 一比較器，用以比較該檢測信號及所接收的該第一誤差信號，并輸出一 第二誤差信號；以及一閂鎖單元，用以依據所接收的該時脈信號及該第二誤差信號，產生該 脈寬調制信號。
14. 如權利要求12所述的背光模塊，其中該信號產生模塊還包括一電壓調整單元，耦接該壓控振蕩單元，用以提供經調整的該第一電壓 至該壓控振蕩單元。
15. 如權利要求11所述的背光模塊，更包括一第二檢測模塊，耦接于該燈管與該信號產生模塊之間，用以依據該燈 管所通過的電流，產生該反饋信號。
16. 如權利要求11所述的背光模塊，其中該第一檢測模塊包括 一電阻單元，耦接該開關單元的第二電流端，用以輸出該4企測信號。
17. 如權利要求16所述的背光模塊，其中該第一檢測模塊還包括 一低通濾波單元，耦接于該電阻單元與該信號產生模塊之間，用以將該^r測信號進行低通濾波處理。
18. 如權利要求11所述的背光模塊，其中該第一電壓為一直流電壓源。
19. 如權利要求11所述的背光模塊，其中該第二電壓為一接地電壓。
20. 如權利要求11所述的背光模塊，其中該燈管為一冷陰極燈管。
全文摘要
一種背光模塊及其換流器電路，其中換流器電路包括信號產生模塊、開關單元、第一電容、變壓器及第一檢測單元。信號產生模塊產生脈寬調制信號，其中脈寬調制信號的工作周期由反饋信號及檢測信號所控制。開關單元的控制端接收脈寬調制信號，且開關單元的第一電流端及第二電流端分別耦接電容的第一端及第二端。變壓器依據一次繞組的信號變化產生交流驅動信號至燈管，其中一次繞組耦接開關單元的第一電流端。第一檢測模塊依據開關單元所通過的電流，以產生檢測信號。
文檔編號G02F1/13357GK101541131SQ20081021294
公開日2009年9月23日 申請日期2008年9月10日 優先權日2008年3月19日
發明者張書銘, 林怡聲, 白雙喜, 謝秀娜 申請人:奇景光電股份有限公司