冷陰極燈管的恒流控制電路的制作方法

專利名稱：冷陰極燈管的恒流控制電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種冷陰極燈管的恒流控制電路，尤其涉及一種通過輸入功 率來控制流過冷陰極燈管電流的恒流控制電路。
背景技術：
現有的電腦液晶顯示器、液晶電視及液晶監視器等的液晶顯示面板的背光源中，使用有多根冷陰極燈管(CCFL， Cold CathodFluoresent Lamp)作 為背光燈，該背光燈的工作電壓由逆變器(Inverter)來提供。目前主流的逆 變器是一推二結構，即其采用一個具有一個初級繞組，兩個次級繞組的變壓 器，將其每個次級側均連接一冷陰極燈管負載，在每一個次級繞組都有一個 接地端口，如圖1中所示。因冷陰極燈管為恒流驅動負載，為取得其上的恒 電流輸出而使液晶顯示屏的顯示輝度穩定均一，在這種一推二的逆變器中， 使信號經過如圖2示的閉環電流采樣反饋控制后便可實現。然為降低液晶顯示器的成本，特別是大尺寸的液晶顯示面板如液晶電視 等的成本，現發展出一種一推四結構的逆變器，即其采用的變壓器的每個次 級繞組側均連接有兩根冷陰極燈管，如圖3示，該變壓器的次級繞組沒有任 何一個端口直接接地，故無法直接檢測流經冷陰極燈管上的電流。為控制冷 陰極燈管上的恒流輸出，業界比較常有的作法有如下兩種1.電流互感器檢測法如圖4示，在變壓器的次級繞組與一冷陰極燈管間串聯一電流互感器， 電流互感器的側邊連接整流濾波電路，將所得電流信號傳送給控制IC作為電 流反饋信號。然這種電流檢測法由于互感器的插入改變了變壓器次級側的負載特性 (變壓器的次級側漏感與諧振電容，冷陰極燈管負載構成典型的諧振拓撲)， 將會造成被插入電流互感器的回路由于諧振曲線的改變，使得其與其他回路 的冷陰極燈管的負載電流有較大的不同。同時，由于冷陰極燈管在啟動階段的啟動擊穿電壓是正常工作電壓的2-3倍，故在電流互感器插入變壓器的次 級回路中后，在啟動階段電流互感器亦需要承受更高的沖擊電壓，因此，對 電流互感器材質的耐壓要求很高，并提高了電流互感器的成本。2. 初級線圈驅動脈沖電壓檢測法如圖5示，此檢測法為在逆變器的變壓器初級側并聯一采樣變壓器，該 采樣變壓器的驅動脈沖與逆變器變壓器的相同，其二次側經整流濾波后傳給 控制IC作為電流反饋信號，即將冷陰極燈管控制在穩定的驅動電流狀態下， 其所對應的變壓器初級側驅動脈沖信號經整流后作為電流反饋信號的一種方 式。此法雖然避免了上述電流互感器檢測法所帶來的電流偏差及因互感器材 質本身的耐壓問題，但由于此檢測法是通過"電流-電壓等效"采樣方式，即 通過反饋電壓來間接的顯示流經冷陰極燈管的電流的大小。然由于冷陰極燈 管屬于溫度負阻抗特性負載，即當燈管點亮后其等效阻抗是隨著燈管溫度的 上升而下降的，相應地流經冷陰極燈管的電流會隨著溫度的上升而上升。實 際流經CCFL的電流與時間的曲線如圖6示，且當輸入電壓變化時(以典型 的液晶電視型應用Inverter為例，電壓范圍通常為22 26V，典型值為24V)， 實際冷陰極燈管的電流會隨著輸入電壓上升而升高；故通過該方法獲得的流 經冷陰極燈管的電流的穩定性差。綜上所述，對于較大尺寸的液晶顯示面板來說，如何在降低成本的基礎 上，使得其背光模塊中流過冷陰極燈管的電流從啟動階段到正常工作階段能 夠快速的穩定，來提高液晶顯示面板顯示輝度的穩定性與均一性的問題，有 待于進一步的解決。發明內容本發明的目的是提供一種冷陰極燈管的控制電路，以克服上述現有技術 中的缺陷，通過控制逆變器的輸入功率而控制冷陰極燈管上輸出電流使其為 恒定電流的恒流控制電路。為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案 一種冷陰極燈管的恒 流控制電路，其包括控制單元，功率變換單元，冷陰極燈管及反饋電路，其 中所述控制單元的輸出信號經功率變換單元處理后輸入冷陰極燈管，所述反 饋電路連接在所述控制單元和所述的功率變換單元的輸入側之間，其至少包括有輸入功率采樣單元。所述的輸入功率采樣單元包括輸入電流采樣電路，輸入電壓采樣電路， 將所采集到的輸入電流及輸入電壓合成為輸入功率的模擬乘法電路。所述的反饋電路還包括對冷陰極燈管因溫度變化而調節的電流溫度補 償電路。所述的電流溫度補償電路包括至少一溫度補償元件及與該溫度補償元 件相串接的電阻及電容。所述的溫度補償元件為二極管或負溫度系數的熱敏電阻。所述的功率變換單元包括復數場效應晶體管電路及變壓器，該變壓器具 有一組初級繞組和復數組次級繞組，所述的冷陰極燈管的數量為所述變壓器 次級繞組數量的復數倍，通常為偶數倍。所述輸入功率采樣單元所采集到的功率信號經補償后被反饋至所述控 制單元。采用上述方案的冷陰極燈管恒流控制電路，其通過控制單元控制輸入功 率為恒功率來達到控制冷陰極燈管上的輸出電流為恒電流，并通過溫度補償 電路補償冷陰極燈管從點亮啟動階段到正常工作的穩定階段的因溫度的變化 而引起的電流變化，最終使得冷陰極燈管上的輸出電流從燈管開始點亮的啟 動階段到正常工作的穩定階段達到快速的穩定，且穩定狀態下電流值的波動 幅度小。


圖1是現有的一推二逆變器的電路原理圖；圖2是圖1中逆變器加CCFL電流采樣電路后電路原理圖；圖3是現有的一推四逆變器的電路原理圖；圖4是現有的通過電流互感器檢測法控制流過CCFL電流的電路原理圖；圖5是現有的通過初級側線圈驅動脈沖電壓檢測法控制流過CCFL電流的 電路原理圖；圖6是圖5中流經冷陰極燈管的電流與時間的關系曲線圖； 圖7是本發明冷陰極燈管恒流驅動電路的電路原理方塊圖； 圖8是本發明冷陰極燈管恒流驅動電路的電路原理圖；圖9是本發明輸入功率檢測單元的電路原理圖；圖10是本發明圖9輸入功率檢測單元等效的電路圖；圖11是經圖IO模擬乘法電路所得的功率，電流及電壓的關系圖；圖12是本發明電流溫度補償電路的電路原理圖；圖13是本發明輸入功率檢測單元及補償電路的電路原理圖；圖14是本發明在特定條件下測得的冷陰極燈管從點亮到穩態的電流-時 間曲線圖；圖15是本發明特定二極管的順向電壓曲線圖；圖16是本發明某一液晶電視在特定條件下測得冷陰極燈管從點亮到穩態的電流-時間曲線圖。
具體實施方式
本發明揭示的冷陰極燈管恒流控制電路，其主要適用于液晶電視等較大尺寸的液晶顯示面板背光模塊的逆變器(Inverter),其主要包括控制單元， 功率轉換單元，輸入功率采樣單元，由輸入功率采樣單元及溫度補償電路組 成的反饋單元以及冷陰極燈管，圖7為其電路原理方塊圖，其電路原理為首先，因冷陰極燈管在正常工作時屬于恒定電流驅動負載，且其等效阻 抗具有溫度負阻抗特性，即當冷陰極燈管被點亮后其等效負載隨著燈管溫度 的上升而降低，因此，其有功功率(P=I2*R)是隨著冷陰極燈管溫度的上升 而降低。其次，以液晶電視應用的逆變器為例，其輸入電壓范圍通常為 22~26V，典型值為24V，在此輸入電壓的工作期間，逆變器的效率差極小。因此，對于液晶電視的逆變器來說，流過冷陰極燈管的電流與逆變器的 輸入功率成正比例函數，且在恒電流驅動條件下逆變器的輸入功率與冷陰極 燈管的溫度成反比例函數。故，如果始終以恒定的輸入功率來控制流經冷陰 極燈管的輸出電流，將會導致流經冷陰極燈管的電流從冷陰極燈管啟動到穩 定狀態呈爬升的狀態，這不僅使冷陰極燈管的電流穩定時間變長，而且穩定 后其變化的幅度也較大。因此，在逆變器恒功率輸入的電路中，加入因冷陰 極燈管點亮啟動后的溫度變化而引起的電流變化的電流溫度補償反饋回路 后，將會使得冷陰極燈管上輸出電流從燈管點亮的啟動階段到正常工作階段 的快速恒定。如圖7示，輸入功率檢測單元檢測到的輸入功率經電流溫度補償后，將 其傳送至控制IC的脈寬調制控制器，該信號經功率轉換單元處理后來啟動冷 陰極燈管，同時將冷陰極燈管在啟動后的溫度變化反饋給輸入功率檢測單元， 使得輸入到控制單元的功率信號是考慮了冷陰極燈管因溫度變化而引起電流 變化的功率值，而通過進一步調整使輸出到冷陰極燈管的電流快速恒定。圖8所示為本發明一推四結構的逆變器的恒流控制電路，其包括控制單 元10，功率變換單元20，冷陰極燈管CCFL1 4及反饋電路。其中控制單元 10輸出的信號經功率變換單元20及OVP (過電壓保護)檢測電路60處理后 傳送至冷陰極燈管CCFL1 4，所述反饋電路串接在控制單元10的輸入電源 與功率變換單元20之間，其包括輸入功率檢測單元40以及因冷陰極燈管的 溫度的變化而進行調節的電流溫度補償單元50。所述控制單元IO包括一集成的脈寬調制控制器PWM，所述功率變換單 元20由場效應晶體管M38 M41，及變壓器T1組成，該變壓器T1為一升壓 變壓器，其具有一組初級繞組，兩組次級繞組，每一組次級繞組上分別連接 有兩根冷陰極燈管。由控制單元10的脈寬調制控制器PWM輸出的控制脈沖 電壓信號交替導通場效應晶體管M38 M41，并經變壓器T1升壓后來驅動冷 陰極燈管CCFL1 4。如圖9及圖10所示，所述的輸入功率檢測單元40的電路包括輸入電流 采樣電路41、輸入電壓采樣電路42，將所采集到的輸入電流及輸入電壓合成 為輸入功率的模擬乘法電路43 (即圖8中的功率處理電路)。其中輸入電流 采樣電路41包括電阻Rsensel與高端電流采樣差放大器U3，該電流信號經電 路43中的運算放大器U1的放大及緩沖處理后與來自輸入電壓采樣電路的電 壓信號作模擬乘法運算(P=I*U)，并將該經過運算的信號經過運算放大器 U2的放大及緩沖處理后作為輸出功率信號。如在圖10中，對模擬乘法電路 43輸入變動的電流信號3.96 2.829A，以及變動的電壓信號20~28V，將兩信 號經運算后得到一恒定的功率值，如圖11示。該功率信號經過冷陰極燈管電 流溫度補償單元50的補償處理后傳送給控制單元10作為反饋信號。如圖12及圖13所示，溫度補償單元50的電路是串聯在輸入功率檢測電 路40及控制單元10的反饋回路之間，本實施例中該溫度補償單元50包括二 極管D1， D2，以及與電阻R17并聯電容C9后串接的回路。其中，二級管 Dl， D2為補償電路的補償執行元件，電阻R17為二級管D1， D2的偏置電流設定的偏置電阻。本發明對于冷陰極燈管電流溫度的補償具體是通過以下 方案實現在反饋電路里串接二極管D1， D2后，在冷陰極燈管被點亮的初期階段，各二極管的P-N結具有最大的結電壓，經過輸入功率采樣單元21的模擬乘 法電路43進行乘法運算后輸出信號的電壓降也是最大的，因此在反饋端檢測到的反饋回路中的電壓是最小的，該電壓通過和基準電壓比較后通過控制單元10的控制，讓功率變換單元20產生一個電流。在冷陰極燈管從開始點亮 到穩定的過程中，燈管的溫度會不斷升高直至達到一穩定值，由于燈管的負 阻抗特性將會導致燈管的電流呈現上升的趨勢，這時候二極管D1， D2的溫 度也受燈管溫度的影響開始上升，由于二極管PN結的負溫度特性，使得通 過該二極管D1， D2的管壓降也逐漸變低，因此反饋端的電壓就會相應的逐 漸提高。如此，經過控制單元10的控制，功率變換單元20的電流始終會因 為二極管D1， D2的負溫度特性的作用而作出相應的調整，來補償冷陰極燈 管的溫度負阻抗特性而對電流的影響，從而使得冷陰極燈管能在較短的時間 內以及較小的電流變化幅度內完成從開始點亮到穩定的過程。 在本實施例中，電流溫度補償電路50可采用如下設計步驟a. 測量冷陰極燈管初始點亮條件下(如在固定輸入電壓24V， 25°C的 條件下，燈管剛點亮)，達到燈管標稱電流時的逆變器輸入電流；b. 實時檢測燈管電流，并保持燈管在初始點亮狀態下直至穩定條件下的 電流維持恒定；c. 測得反饋電壓VFb (該電壓為穩定狀態下控制單元上的反饋電壓值)d. 測量燈管在初始點亮狀態下直至穩態條件時間內的任意單位時間點 達到燈管標稱電流時的逆變器輸入電流，直到燈管達到穩態，得到電流隨時 間變化的電流-時間曲線，如圖11示；e. 從圖14的電流-時間曲線中，計算電流的變化率a:(初始點亮狀態 下的輸入電流-燈管達到穩態后的輸入電流)/初始點亮狀態下的輸入電流；f. 測量逆變器基板溫度，計算AT;g. 以圖15的二極管(RLS4148)的順向電壓曲線計算得到Ta=25°C時 的VF;算出環境溫度變化AT后的結壓降的降低量AVF;h. 決定補償二極管的個數N:即N*AVF/ (VFb+N*VF) =a由此得出需補償的二極管的個數。當然，該二極管還可以是其它的溫度補償元件，如熱敏電阻等，其進行溫度補償的原理與上述二極管的相同。控制電路初始啟動時，通過控制單元10的脈寬調制控制器PWM的控制，其輸出的電壓經功率變換單元20的變壓器T升壓后，得到一個比正常運行 狀態高約1.5 3倍的啟動電壓，該電壓信號經過OVP檢測電路60后反饋給 控制單元IO，并通過控制單元10的控制使該輸出電壓保持一定的時間，以 便使每一根冷陰極燈管CCFL1 4都能可靠點亮。同時，在啟動過程中，冷陰極燈管本身的溫度會逐漸升高直至達到一恒 定值，當將逆變器的輸入功率作為冷陰極燈管的電流等效參量，且通過背光 板上的溫度傳感元件實時監控冷陰極燈管的溫度變化而引起的電流變化并且 將該電流變化信號進行反饋以實時調節輸入功率，以補償流過冷陰極燈管的 電流因燈管本身溫度的升高而產生的變化，使冷陰極燈管從點亮到溫度穩定 的過程中流過的電流恒定。以26寸液晶電視用12根冷陰極燈管的逆變器舉例來說，如圖16所示， 當輸入電壓為22-26V，輸出電流為4.5 5.5mA時，測得的冷陰極燈管的電流 與時間的關系曲線(橫軸為測試時間點，縱軸為冷陰極燈管的電流)，由曲線 圖可以看出，采用本發明的電路后，流過冷陰極燈管的電流隨燈管溫度的變 化而變小，且燈管電流達到相對穩定值的時間亦大大縮短。本發明的技術內容及技術特征已揭示如上，然而熟悉本領域的技術人員 仍可能基于本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾。 因此，本發明的保護范圍應不限于實施例所揭示的內容，而應包括各種不背 離本發明的替換及修飾，并為本專利申請權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種冷陰極燈管的恒流控制電路，其包括控制單元，功率變換單元，冷陰極燈管及反饋電路，其中所述控制單元的輸出信號經功率變換單元處理后輸入冷陰極燈管，其特征在于所述反饋電路連接在所述控制單元和所述的功率變換單元的輸入側之間，其至少包括有輸入功率采樣單元。
2. 根據權利要求1所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的輸入功率采樣單元包括輸入電流采樣電路，輸入電壓采樣電路，以及將 所采集到的輸入電流信號及輸入電壓信號合成為輸入功率的模擬乘法電路。
3. 根據權利要求1所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的反饋電路還包括對冷陰極燈管因溫度變化而調節的電流溫度補償電路。
4. 根據權利要求3所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的電流溫度補償電路包括至少一溫度補償元件及與該溫度補償元件相串接 的電阻及電容。
5. 根據權利要求4所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的溫度補償元件為二極管或負溫度系數的熱敏電阻。
6. 根fe權利要求1所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述的功率變換單元包括復數場效應晶體管電路及變壓器，該變壓器具有一組 初級繞組和復數組次級繞組，所述的冷陰極燈管的數量為所述變壓器次級繞 組數量的復數倍。
7. 根據權利要求6所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征在于所 述冷陰極燈管的數量為所述變壓器次級繞組數量的偶數倍。
8. 根據權利要求l、 2或3所述的冷陰極燈管的恒流控制電路，其特征 在于所述輸入功率采樣單元所采集到的功率信號經補償后被反饋至所述控制 單元。
全文摘要
本發明提供一種冷陰極燈管的恒流控制電路，其包括控制單元，功率變換單元，冷陰極燈管及反饋電路，該反饋電路連接在所述控制單元和所述的功率變換單元的輸入側之間，其至少包括有輸入功率采樣單元，以及對冷陰極燈管因溫度變化而調節的電流溫度補償電路。本發明通過控制單元控制輸入功率為恒功率來達到控制冷陰極燈管上的輸出電流為恒電流，并通過溫度補償電路補償冷陰極燈管從點亮啟動階段到正常工作的穩定階段的因冷陰極燈管溫度的變化而引起其電流變化，最終使得冷陰極燈管上的輸出電流從燈管開始點亮的啟動階段到正常工作的穩態階段達到快速的穩定，且穩定狀態下電流值的波動幅度小。
文檔編號H05B41/298GK101227784SQ200810000730
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月15日 優先權日2008年1月15日
發明者肖培海 申請人:蘇州勝美達電機有限公司