專利名稱：驅(qū)動(dòng)電容性耦合熒光燈的系統(tǒng)的制作方法
本公開一般而言涉及照明系統(tǒng)。具體而言，本公開涉及驅(qū)動(dòng)電容性耦合熒光燈的方法和系統(tǒng)。
電容性耦合熒光燈(CCFL)廣泛地應(yīng)用于背光液晶顯示器(LCD)及其它應(yīng)用領(lǐng)域。不同的電子驅(qū)動(dòng)器或反相器電路，例如已經(jīng)設(shè)計(jì)了電流饋送推挽、電壓饋送推挽、有源箝位回掃、和電壓饋送半橋反相器電路用以運(yùn)行高工作頻率的CCFL燈。典型的頻率范圍是20kHz和100kHz。以這種方式將高頻電壓施加到放電容器內(nèi)的放電空間或者形成放電的CCFL管中。
為了提高CCFL的照度，提高充入放電容器或者管中稀有氣體的氣壓。提高稀有氣體的氣壓之后，如果不提高施加到CCFL上的電壓和此電壓的高頻，放電所需的電流會(huì)不足。因此為了提高CCFL的照度或燈功率，不僅必須提高稀有氣體的氣壓，而且必須提高施加到CCFL上的電壓和電流。但是，所提高施加電壓時(shí)，在放電容器的外表面存在放電蠕變的危險(xiǎn)，這會(huì)導(dǎo)致CCFL的絕緣擊穿。
為了克服常規(guī)CCFL的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種電容性耦合的熒光燈，其中采用圓柱形陶瓷管或電容性耦合結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的陰極(包括二個(gè)被比較重鍍鎳并呈V字形的矩形鐵片)。通常，所述圓柱形陶瓷管的內(nèi)直徑為2.5mm，外直徑為3.5mm，長度為10mm。這種陶瓷管以一定的介電常數(shù)和幾何形狀與燈的正極柱有效地構(gòu)成了的串聯(lián)電容。電容與頻率無關(guān)。通過選用適當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)這種串聯(lián)電容使電子驅(qū)動(dòng)器受益。
由于陰極的改進(jìn)顯著提高了燈電流，而不必提高充入氣體的壓力和燈上所施加地電壓。實(shí)際上，與常規(guī)CCFL相比，為傳送相同的燈功率，施加到電容性耦合的熒光燈的電壓低于施加到常規(guī)CCFL的電壓。
另外，作為效果，大大降低了等效的燈阻抗。例如，在電容性耦合熒光燈的優(yōu)選設(shè)計(jì)中，燈電壓為450V，在50kHz頻率的燈電流為20mA。所以與常規(guī)CCFL的約為115千歐姆的燈阻抗相比其燈阻抗約為22.5千歐姆。因此，電容性耦合熒光燈克服了現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)問題，并且提供了若干優(yōu)于常規(guī)CCFL的優(yōu)點(diǎn)。
如上所述，利用電子驅(qū)動(dòng)器或反相器電路來運(yùn)行CCFL。在

圖1的電路中，該反相器電路具有帶LC共振回路的電壓饋送半橋式結(jié)構(gòu)。共振電感器為Lr。共振電容器由等效屏蔽寄生電容和變壓器T1的等效輸出繞組間電容構(gòu)成。CCFL由其等效電阻Rlp標(biāo)明。鎮(zhèn)流器電路由一個(gè)集成電路(IC)控制。
如圖2所示，一組典型的CCFL結(jié)構(gòu)參數(shù)為燈電壓Vlamp為690V；燈電流Ilamp為6mA；等效屏蔽電容Ceq為7pF。另外，一組電路設(shè)計(jì)值為直流輸入電壓Vin為12V；共振電感器Lr為6.5uH；以及輸出電壓器匝數(shù)比為N＝20。
在圖1所示的電路中，可以計(jì)算出標(biāo)稱穩(wěn)態(tài)的燈等效阻抗是115千歐姆。當(dāng)工作頻率為50kHz時(shí)，屏蔽電容的等效阻抗為454.7千歐姆。這種十分相當(dāng)?shù)淖杩瓜鄬?duì)于燈電流導(dǎo)致大的通過屏蔽的寄生電容漏電流。因而增大了電路功率損失。更重要的是，難以針對(duì)不同類型的監(jiān)視器設(shè)計(jì)統(tǒng)一的電子驅(qū)動(dòng)器而不用嚴(yán)格強(qiáng)制的燈電流反饋控制。
在大多數(shù)所設(shè)計(jì)的LCD背光反相器中，反相器電路的輸出阻抗受到電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的限制。為了獲得燈的穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)對(duì)燈進(jìn)行適當(dāng)?shù)逆?zhèn)流。如圖3所示，小直徑CCFL的鎮(zhèn)流線路是通過將小電容與燈進(jìn)行串聯(lián)連接。
圖3所示的串聯(lián)電容天然地存在于該電容性耦合熒光燈結(jié)構(gòu)中。對(duì)于上述的電容性耦合熒光燈，利用串聯(lián)電容，使等效電容Cb位于1.1-1.4nF的范圍。當(dāng)工作頻率為50kHz時(shí)，相應(yīng)的等效阻抗位于2.89-2.27千歐姆的范圍。在處于頻率范圍為25-100kHz的穩(wěn)態(tài)時(shí)，測量出電容性耦合熒光燈的動(dòng)態(tài)負(fù)阻抗的范圍是5.0-7.0千歐姆。
由于燈兩端的高的交流電壓(約500V)以及低的輸入直流電壓(約12V)，在大多數(shù)LCD監(jiān)視器應(yīng)用中，高電壓升壓輸出變壓器是不可避免的。這種高匝數(shù)比通常在輸出變壓器的次級(jí)側(cè)產(chǎn)生高的漏電感，即次級(jí)側(cè)漏電感。當(dāng)反相器電路與電容性耦合熒光燈連接時(shí)，這種漏電感自然會(huì)與鎮(zhèn)流電容器Cb形成串聯(lián)共振分支電路，這通常會(huì)負(fù)面地影響電容性耦合熒光燈的工作。
鎮(zhèn)流電容器Cb的提前量(lead value)取決于燈的類型和工作頻率。在一些商售樣機(jī)中，Cb的典型范圍是15-68pF。這種實(shí)施方案的缺點(diǎn)在于輸出變壓器通常需要過設(shè)計(jì)，使得能夠?qū)o功功率傳送到燈/鎮(zhèn)流電容器支路。
相應(yīng)地，為了減小變壓器尺寸、降低反相器功率損失、改善燈電流波形，需要提供共振電路燈的驅(qū)動(dòng)線路(scheme)，所述線路能夠根據(jù)反相器電路類型選擇驅(qū)動(dòng)電容性耦合熒光燈的不同工作點(diǎn)。
按照本公開，提供了一種消除現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)問題的驅(qū)動(dòng)電容性耦合熒光燈的方法和系統(tǒng)。
本公開的方法和系統(tǒng)提供一種共振電路燈的驅(qū)動(dòng)線路用于驅(qū)動(dòng)電容性耦合熒光燈，所述線路降低了寄生電容漏電流，并因此降低了反相器電路的功率損失；它利用次級(jí)側(cè)的漏電感來補(bǔ)償無功功率使得共振頻率約等于電流源型驅(qū)動(dòng)電路的反相器電路的工作頻率，因而減小了輸出變壓器尺寸、匝數(shù)比、和功率損失；并且與接入的鎮(zhèn)流電容器和電壓源型驅(qū)動(dòng)電路的次級(jí)側(cè)的漏電感構(gòu)成串聯(lián)共振分支電路，使得共振頻率基本上低于反相器電路的工作頻率，并且使燈電流與電流鎮(zhèn)流一起適當(dāng)?shù)爻尚危蚨档土溯敵鲎儔浩鞯脑褦?shù)比。
所公開的系統(tǒng)包括具有圓柱形陶瓷管的電容性耦合熒光燈。所述系統(tǒng)還包括電子驅(qū)動(dòng)器或反相器電路用于驅(qū)動(dòng)燈和用于接收電源電壓的電源節(jié)點(diǎn)。所述反相器電路是用于常規(guī)CCFL的常規(guī)反相器電路，諸如，電流饋送推挽、電壓饋送推挽、有源箝位回掃、和電壓饋送半橋反相器電路。
尤其是本公開提供一種配有電容性耦合熒光燈的電容性耦合熒光燈組件(package)；用于驅(qū)動(dòng)燈的反相器電路；以及用于接收電源電壓的電源節(jié)點(diǎn)。由集成電路控制的鎮(zhèn)流器電路可以與所述反相器電路相連以便適當(dāng)?shù)貙?duì)燈進(jìn)行鎮(zhèn)流。
所述電容性耦合熒光燈組件包括共振電路燈驅(qū)動(dòng)線路用于驅(qū)動(dòng)電容性耦合熒光燈。所述驅(qū)動(dòng)線路降低了寄生電容漏電流；利用次級(jí)側(cè)漏電感對(duì)無功功率進(jìn)行補(bǔ)償以使所述共振頻率大約等于電流源型驅(qū)動(dòng)電路的反相器電路的工作頻率；以及形成了與嵌入的鎮(zhèn)流電容器和電壓源型驅(qū)動(dòng)電路的次級(jí)側(cè)漏電感相串聯(lián)的共振分支電路，使得共振頻率大體上低于反相器電路的工作頻率并且燈電流沿著電流鎮(zhèn)流適當(dāng)?shù)爻尚巍?br> 參照附圖將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行進(jìn)一步討論。附圖包括圖1是現(xiàn)有技術(shù)的反相器電路的示意圖2是圖1所示反相器電路的燈/屏蔽連接的等效電路圖；圖3是圖1所示反相器電路的鎮(zhèn)流電容器/燈/屏蔽連接的等效電路圖；圖4是電容性耦合熒光燈組件的方框圖，所述組件配有能夠由根據(jù)本公開的共振電路燈驅(qū)動(dòng)線路驅(qū)動(dòng)的燈；和圖5的圖表示出了按照本公開的共振電路燈的驅(qū)動(dòng)線路的電容性耦合熒光燈組件的反相器電路的工作頻率范圍。
參照?qǐng)D4和圖5將對(duì)目前所公開的共振電路燈驅(qū)動(dòng)線路的優(yōu)選的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)討論，所述驅(qū)動(dòng)線路用于驅(qū)動(dòng)電容性耦合熒光燈組件中的電容性耦合熒光燈。雖然在此所公開的所設(shè)計(jì)的實(shí)施方案用于背光液晶顯示器，但是目前所公開的實(shí)施方案還可以用于其它的應(yīng)用領(lǐng)域。
參照?qǐng)D4，所示方框圖示出了使用按照本公開的共振電路燈驅(qū)動(dòng)線路的電容性耦合熒光燈。一般來說，標(biāo)記400的電容性耦合熒光燈組件包括帶有放電容器和圓柱形陶瓷管的電容性耦合熒光燈410。燈組件400還包括用于驅(qū)動(dòng)燈410的電子驅(qū)動(dòng)器或反相器電路420以及用于接收來自電壓源或電源(未示出)的電源電壓的電源節(jié)點(diǎn)430。所述電源電壓約為450V。
優(yōu)選地，反相器電路420提供20kHz和100kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)給電容性耦合熒光燈410。如下文所述，當(dāng)反相器電路420為電流源驅(qū)動(dòng)型反相器電路時(shí)，供應(yīng)20kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如下文所述，當(dāng)反相器電路420為電壓源驅(qū)動(dòng)型反相器電路時(shí)，提供100kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
反相器電路420是常規(guī)的反相器電路，諸如用于常規(guī)CCFL中的電流饋送推挽、電壓饋送推挽、有源箝位回掃、和電壓饋送半橋反相器電路。根據(jù)本公開，為了減小變壓器尺寸、反相器電路420的功率損失和改善燈電流波形，應(yīng)當(dāng)根據(jù)反相器電路的類型選擇不同的工作點(diǎn)。
在電流源驅(qū)動(dòng)型反相器電路中，反相器電路420的輸出阻抗一般非常高。有可能進(jìn)行直接驅(qū)動(dòng)燈。在這種情況下，將輸出變壓器次級(jí)側(cè)漏電感和電容性耦合熒光燈410的耦合電容設(shè)計(jì)成所具有的共振頻率大約等于所述反相器電路的工作頻率。
以這種方式，耦合電容完全由輸出變壓器漏電感補(bǔ)償。實(shí)際上，即使該共振頻率與反相器電路的工作頻率不匹配，也將它們的差別維持盡可能小。共振電路燈驅(qū)動(dòng)線路用于使反相器電路工作頻率保持在圖5所示曲線的凹部附近，其中示出了由漏電感和鎮(zhèn)流電容器Cb構(gòu)成的次級(jí)側(cè)串聯(lián)共振分支電路的輸入阻抗。最好工作頻率為20kHz。
在電壓源驅(qū)動(dòng)型反相器電路的情況下，反相器電路420的輸出阻抗通常不高。直接的燈驅(qū)動(dòng)通常會(huì)導(dǎo)致電路的不穩(wěn)定性。在這種情況下，輸出變壓器次級(jí)側(cè)漏電感和電容性耦合熒光燈410中的耦合電容用作次級(jí)共振分支電路，所述分支電路用于鎮(zhèn)流電容性耦合熒光燈410以及對(duì)燈電流成形。
共振電路燈驅(qū)動(dòng)線路用于保持共振頻率基本上低于反相器電路的工作頻率，即共振頻率低于反相器電路的工作頻率。也就是說，反相器電路的工作頻率范圍基本上偏離圖5所示曲線的的凹部。最好，工作頻率為100kHz。以這種方式，耦合電容部分地由輸出變壓器的漏電感來補(bǔ)償。
在背光照明LCD情況下，將燈組件400安裝在配有LCD的系統(tǒng)中，諸如膝上型計(jì)算機(jī)，電源節(jié)點(diǎn)430與電壓或電源相連以提供電源電壓。然后由電源電壓給反相器電路420供電。相應(yīng)地，反相器電路420利用根據(jù)本公開的共振電路燈驅(qū)動(dòng)線路給電容性耦合熒光燈410發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)來激活燈410以獲得背光照明LCD的照度。
顯然還應(yīng)提供完全容納燈410和反相器電路420以及部分容納電源節(jié)點(diǎn)430的外殼。顯然還提供用于鎮(zhèn)流電容性耦合熒光燈410的鎮(zhèn)流電路并且提供如圖1所示的控制鎮(zhèn)流電路的集成電路。
優(yōu)選地，反相器電路420選自包括電流饋送推挽、電壓饋送推挽、有源箝位回掃、和電壓饋送半橋反相器電路的組合。
顯而易見可以對(duì)在此公開的實(shí)施方案進(jìn)行各種修改，上面的說明不應(yīng)當(dāng)是限制性的，而僅僅是作為實(shí)施方案的舉例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在所附權(quán)利要求構(gòu)思和范圍內(nèi)可以進(jìn)行改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種電容性耦合熒光燈組件(400)，該組件包括熒光燈(410)，適用于電容性耦合反相器電路；反相器電路(420)，被配置用于以工作頻率驅(qū)動(dòng)熒光燈(410)，該工作頻率補(bǔ)償熒光燈(410)的耦合電容；和電源節(jié)點(diǎn)(430)，用于接收電源電壓。
2.按照權(quán)利要求1的燈組件，其中反相器電路(420)被配置用于以大約20kHz或100kHz的工作頻率驅(qū)動(dòng)燈(410)。
3.按照權(quán)利要求2的燈組件，其中如果反相器電路(420)是電流源驅(qū)動(dòng)型反相器電路，那么反相器電路(420)以大約20kHz的工作頻率驅(qū)動(dòng)燈(410)；如果反相器電路(420)是電壓源驅(qū)動(dòng)型反相器電路，那么反相器電路(420)以大約100kHz的工作頻率驅(qū)動(dòng)燈。
4.按照權(quán)利要求1的燈組件，其中反相器電路(420)選自一組包括電流饋送推挽、電壓饋送推挽、有源箝位回掃、和電壓饋送半橋反相器電路，和其它高頻反相器。
5.按照權(quán)利要求1的燈組件，其中電容性耦合熒光燈(410)包括放電容器和位于放電容器內(nèi)的圓柱形陶瓷管。
6.按照權(quán)利要求5的燈組件，其中圓柱形陶瓷管(104)的內(nèi)直徑約為2.5mm，外直徑約為3.5mm，長度約為10mm。
7.按照權(quán)利要求1的燈組件，其中電源電壓大約為450V。
8.按照權(quán)利要求1的燈組件，其中電容性耦合熒光燈(410)具有的燈電流約為20mA，工作頻率約為50kHz。
9.按照權(quán)利要求1的燈組件，其中電容性耦合熒光燈(410)的燈阻抗約為22.5千歐姆。
10.按照權(quán)利要求1的燈組件，其中反相器電路是用于鎮(zhèn)流電容性耦合熒光燈(410)的鎮(zhèn)流電路的部分。
11.一種電容性耦合熒光燈組件(400)，該組件包括熒光燈(410)，適用于電容性耦合反相器電路；反相器電路(420)，與熒光燈(410)電容性耦合并被配置用于以工作頻率f驅(qū)動(dòng)電容性耦合的燈(410)，和電源節(jié)點(diǎn)(430)，用于接收電源電壓，其特征在于反相器包括與熒光燈串聯(lián)耦合的電感性元件L；和選擇電感性元件的尺寸以使電感性元件L和耦合電容的共振頻率fr范圍，在反相器為電流源驅(qū)動(dòng)型的反相器的情況下選為0.8*f≤fr≤1.2*f，其優(yōu)選范圍是0.9*f≤fr≤1.1*f；并且在反相器為電壓源驅(qū)動(dòng)型的反相器的情況下選為fr≤0.5*f，其優(yōu)選范圍是fr≤0.2*f。
12.按照權(quán)利要求11的電容性耦合熒光燈組件，其中反相器包括配備有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的變壓器并且其中由所述變壓器的次級(jí)側(cè)漏電感形成電感性元件L。
全文摘要
公開了一種具有電容性耦合熒光燈的電容性耦合熒光燈組件，用于驅(qū)動(dòng)燈的反相器電路；和用于接收電源電壓的電源節(jié)點(diǎn)。所述電容性耦合熒光燈組件包括共振電路燈驅(qū)動(dòng)線路用于驅(qū)動(dòng)電容性耦合熒光燈。所述驅(qū)動(dòng)線路減小了寄生電容漏電流；利用次級(jí)側(cè)的漏電感補(bǔ)償無功功率以使共振頻率大約等于電流源型驅(qū)動(dòng)的反相器電路的工作頻率；并且與所嵌入的鎮(zhèn)流電容器和次級(jí)側(cè)漏電感器形成了電壓源驅(qū)動(dòng)型的驅(qū)動(dòng)電路的串聯(lián)共振分支電路，使得共振頻率基本上低于反相器電路的工作頻率并且使燈電流和電流鎮(zhèn)流一起適當(dāng)?shù)爻尚巍?br> 文檔編號(hào)H05B41/24GK1459217SQ02800760
公開日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2002年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月22日
發(fā)明者G·W·布魯寧, 張勁 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司