CN101175359B - 电子镇流器 - Google Patents

Abstract

一种电子镇流器包括驱动器、半桥逆变器和变压器。电源信号输入后，驱动器发出驱动信号至半桥逆变器进行逆变，生成交流电压信号，变压器将逆变生成的交流电压信号升压后输出，以启动与变压器次级相连的荧光灯。电子镇流器进一步包括滤波电路、自适应非交迭时钟电路和控制电路。滤波电路连接于自适应非交迭时钟电路和半桥逆变器之间，用于滤除从半桥逆变器反馈给自适应非交迭时钟电路的交流电压信号中的杂波信号。自适应非交迭时钟电路根据经滤波后的交流电压信号计算出非交迭时间。控制电路用于根据非交迭时间控制驱动器的信号输出。

Description

电子镇流器

技术领域

本发明涉及一种电子镇流器，特别涉及一种荧光灯的电子镇流器。 

背景技术

随着光电显示技术迅猛发展，由于冷阴极荧光灯有着亮度高、显色性好、无闪烁和功耗低的特性，使之在各种显示装置的背光模组领域中占重要地位。冷阴极荧光灯工作特点是点亮时需要有较高的电压，但点亮后冷阴极荧光灯动态电阻很小，必须对冷阴极荧光灯工作电流加以限制，否则灯管就会过流损坏。镇流器即是为冷阴极荧光灯中气体放电提供这种工作环境的设备。电子镇流器则是一种采用集成芯片制作的镇流器，其有着重量轻、体积小且能耗低等特性。 

通常冷阴极荧光灯使用的电子镇流器为交流电子镇流器。交流电子镇流器需要先将电源信号进行交流/直流转换，为电子镇流器中的集成芯片提供工作电流，最后将电源信号进行直流/交流变换，以驱动冷阴极荧光灯。交流电子镇流器通常包括有振荡电路、驱动元件、半桥逆变器和LC串联谐振电路。通电后，振荡电路开始工作并产生振荡脉冲。驱动元件基于该振荡脉冲输出两路驱动信号以驱动半桥逆变器中的二场效应管交替导通，产生方波脉冲。该波脉冲再通过谐振电路产生高压信号，使冷阴极荧光灯快速启动。 

驱动元件发给半桥逆变器中二场效应管的两路驱动信号的非交迭时间直接影响着半桥逆变器的输出，即直接关系着冷阴极荧光灯的启动。然而，现有技术中，驱动元件输出驱动信号后，因为没有信号反馈而无法对其输出作出必要的调整，导致其输出信号的非交迭时间无法确定。并且，外界干扰及电路本身的噪声会使所述非交迭时间变得不稳定，进而导致冷阴极荧光灯的启动不稳定，甚至无法启动。 

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种能够稳定驱动荧光灯的电子镇流器。 

一种电子镇流器包括驱动器、半桥逆变器和变压器。电源信号输入后，所述驱动器发出驱动信号至所述半桥逆变器进行逆变，生成交流电压信号，所述变压器将所述逆变生成的交流电压信号升压后输出，以启动与所述变压器次级相连的荧光灯。所述电子镇流器进一步包括滤波电路、自适应非交迭时钟电路和控制电路。所述滤波电路连接于所述自适应非交迭时钟电路和所述半桥逆变器之间，用于滤除从所述半桥逆变器反馈给所述自适应非交迭时钟电路的交流电压信号中的杂波信号。所述自适应非交迭时钟电路根据所述经滤波后的交流电压信号计算出非交迭时间。所述控制电路用于根据所述非交迭时间控制所述驱动器的信号输出。 

上述电子镇流器在自适应非交迭时钟电路和半桥逆变器之间连接滤波电路，以滤除半桥逆变器反馈给自适应非交迭时钟电路的信号中的杂波信号。因此，自适应非交迭时钟电路接收到稳定的交流电压信号。自适应非交迭时钟电路根据该交流电压信号确定准确的非交迭时间，并通过该非交迭时间控制所述驱动器信号输出，进而驱使荧光灯稳定发光。 

附图说明

图1为一较佳实施方式之电子镇流器的功能框图。 

图2为UBA2070芯片引脚排列示意图。 

图3为UBA2070芯片的引脚功能对应关系示意图。 

图4为一较佳实施方式之UBA2070芯片作为驱动元件的冷阴极荧光灯的电子镇流器的具体电路图。 

图5为图4所示的电压控制振荡器和驱动器时钟信号的波形示意图。 

图6为正常情况下的引燃特性曲线示意图。 

图7为引燃期间故障时的引燃特性曲线示意图。 

图8为燃点期间故障时的引燃特性曲线示意图。 

图9A为低通电路和高通电路并联起来得到的带通网络电路图。 

图9B为图9A所示的带通网络的等效电路图。 

图10A为图9A所示的带通网络的幅频响应曲线示意图。 

图10B为图9A所示的带通网络的相频响应曲线示意图。 

图11为图4中所示的滤波电路具体电路图。 

具体实施方式

如图1所示，其为一较佳实施方式之电子镇流器100的功能框图，电子镇流器100包括输入端70、驱动元件20、半桥逆变器50、变压器52、滤波电路60和输出端80。其中，驱动元件20包括驱动器控制电路35、驱动器37和自适应非交迭时钟电路44。电源信号从输入端70输入后，驱动器控制电路35控制驱动器37输出驱动信号至半桥逆变器50。半桥逆变器50接收所述驱动信号进行逆变转换后生成交流电压信号，并传送该交流电压信号给变压器52，变压器52的次级与冷阴极荧光灯54并联连接，以向其提供工作电流。同时，所述交流电压信号还经由滤波电路60反馈给自适应非交迭时钟电路44。变压器52基于接收到的交流电压信号生成高频电流信号，并通过输出端80输出至冷阴极荧光灯54的二极，以驱动冷阴极荧光灯54点亮工作。自适应非交迭时钟电路44利用半桥逆变器50输出的所述交流电压信号的斜率来确定非交迭时间，并根据所述非交迭时间控制驱动器控制电路35的工作。 

UBA2070芯片是飞利浦公司专门为荧光灯交流电子镇流器而设计的一款驱动芯片，尤其适合用于冷阴极荧光灯的镇流电路。UBA2070芯片引脚排列如图2所示，UBA2070芯片的引脚功能对应关系如图3所示，以UBA2070芯片22作为电子镇流器100中的驱动元件20的具体电路如图4所示。其中，电子镇流器100所需的直流高压工作电源V_DC可以从普通的交流线路经全波整流和电解电容滤波后获得，这里不再作描述。UBA2070芯片22的引脚10(GH)和引脚6(GL)分别对应内部的高端驱动器36和低端驱动器38，二者共同构成图1所示的驱动器37。高端驱动器36和低端驱动器38输出分别驱动半桥逆变器50中的高端/低端功率开关T_hs(High switch transistor)和T_ls(Low switch transistor)，该高端/低端功率开关T_hs和T_ls为二场效应管。半桥逆变器50的输出经过变压器52升压后，为并联于变压器52次级的冷阴极荧光灯54提供工作电流。下面介绍电子 镇流器100的工作原理。 

通电后，流经电阻R_VDD的电流对电容C_VDD充电。当C_VDD上的电压达到13V时，UBA2070芯片22内的电压控制振荡器30开始振荡。该电压控制振荡器30的振荡频率由UBA2070芯片22的引脚3(CF)外部的接地电容C_CF、参考电阻R_iref和引脚2(CSW)上的电压决定。在UBA2070芯片22的引脚3(CF)上产生锯齿波电压。具体电压信号波形如图5所示，图中CF、GL和V_ACM分别是引脚3(CF)、引脚6(GL)和引脚12(ACM)上的电压，GH-SH为引脚10(GH)与引脚11(SH)之间的电压。从图5中可得，引脚3(CF)上产生锯齿波频率为半桥逆变器50的频率的2倍，UBA2070芯片22的引脚10(GH)和引脚6(GL)上的输出驱动高端/低端功率开关T_hs和T_ls交替导通的占空因数约为50％。当电压控制振荡器30开始振荡时的最高频率f_max在第一开关期内时，低端功率开关T_ls导通，UBA2070芯片22的自举电路46对自举电容C_boot充电。半桥逆变器50输出高频信号的一部分经电容C_BR1和二极管D_VDD整流、电容C_VDD滤波馈送到UBA2070芯片22的引脚7(V_DD)，为UBA2070芯片22启动之后提供工作条件。 

在电路启动后，由于UBA2070芯片22内部的固定电流对引脚2(CSW)外部的电容CCSW充电，输出频率降低。当输出频率降低到接近电路的谐振频率时，产生一高电压(以下称为灯电压)，施加到冷阴极荧光灯54两端使之引燃，进入正常燃点阶段。 

所述灯电压被采样后，通过二极管DLVS1整流和电容CLVS2滤波，经UBA2070芯片22的引脚1(CT)被内部的灯电压传感器40监测。冷阴极荧光灯54的点火电压应在VLVS电压以上，请参见图6，只要灯电压使UBA2070芯片22的引脚13(LVS)上的电压超过VLVS(fail)，UBA2070芯片22内的点火定时器32启动。冷阴极荧光灯54启动时间被限定在UBA2070芯片22的引脚1(CT)上的一脉冲之内。只要灯电压超过点火门限，点火定时器32则开始工作。当点火定时器32不工作时，UBA2070芯片22的引脚1(CT)上的电容CCT放电到0V。 

如果灯电压未使UBA2070芯片22的引脚13(LVS)上的电压超过VLVS(max)，UBA2070芯片22的引脚2(CSW)上的电压增加到钳位电 压3.1±0.3V，并使得电压控制振荡器30的频率降至最小值。此时，冷阴极荧光灯54完成点火，并进入燃点状态。在正常燃点状态下，UBA2070芯片22内部的平均电流传感器42被触发，只要电流感测电阻Rsense两端的平均电压达到UBA2070芯片22的引脚15(CS+)上的参考电压，平均电流传感器42电路执行平均电流控制职能。流经电流感测电阻Rsense的平均电流传输一电压到电压控制振荡器30，电压控制振荡器30通过频率调节从而控制平均电流。 

若冷阴极荧光灯54未能被启动引燃，UBA2070芯片22的引脚13(LVS)上的感测电压升高，并被调节在VLVS(max)电压以上。引脚13(LVS)上的电压超过VLVS(fail)电压时，点火定时器32启动。请参阅图7，如果在设定的时间内冷阴极荧光灯54未能被引燃，电压控制振荡器30停止振荡，并进入功率降低模式，半桥逆变器50中的高端/低端功率开关Ths和Tls均截止，UBA2070芯片22的引脚13(LVS)上的电压降为0V。在功率降低模式下，VDD被内部钳位在一固定值。当电源电压VDD降低到复位电压VDD(LOW)以下时，则电路从功率降低模式解除。 

若冷阴极荧光灯54在正常运行期间出现故障，请参阅图8，灯电压升高，UBA2070芯片22的引脚13(LVS)上的电压会超过VLVS(fail)电压，从而迫使电路重新进入点火状态，以试图对冷阴极荧光灯54再次进行启动引燃。如果冷阴极荧光灯54仍未被引燃，在点火时间结束时，电路迅速进入功率降低模式。在功率降低模式下，半桥逆变器50中的高端功率开关Ths和低端功率开关Tls均截止。在冷阴极荧光灯54点燃过程中，若冷阴极荧光灯54脱落，与冷阴极荧光灯54失效情况相同，不再赘述。 

UBA2070芯片22的引脚12(ACM)外部通过串联的滤波电路60接收与地相连的反馈电阻RACM提供电压信号，即半桥逆变器50开关性能信息。特别的是，UBA2070芯片22的第12脚(ACM)具有“自适应非交迭时钟检测”和“电容性模式保护”二项功能。所述自适应非交迭时钟检测是利用自适应非交迭同步电路44检测所述半桥逆变器50输出电压信号的斜率来确定非交迭时间，UBA2070芯片22的最大非交迭时间在内部被限定在半桥逆变器50的周期时间的25％，以避免半桥逆变器中二场效应管发生贯通。请同时参见图6，如果在非交迭时间内在反馈电阻RACM 上的电压不超过VCMD电压，电容性模式检测器48进入电容性模式操作，使频率直接升高到fmax。在此过程中，直到UBA2070芯片22的引脚2(CSW)上电压放电到0V之前，频率特性消除VCSW的影响。 

在试验中发现，由于半桥逆变器50的主要工作元件为二场效应管，二场效应管高频率地交替导通会产生较多的杂波信号。该等杂波信号的频率通常高于或低于半桥逆变器50正常输出的交流电压信号频率，使自适应非交迭时钟电路44接收到的交流电压信号中带有较多的杂波信号，特别是当显示器的亮度调整到最大的时候，半桥逆变器50输出的交流电压信号中的杂波信号尤为明显。然而，所述非交迭时间是UBA2070芯片22内置的自适应非交迭时钟电路44是利用半桥逆变器50输出电压的斜率来确定的。因此，由于半桥逆变器50输出的交流电压信号的不稳定，造成自适应非交迭时钟电路44所确定的非交迭时间存在较大的误差，进而导致冷阴极荧光灯的发光不稳定，甚至会出现冷阴极荧光灯点不亮的情况。 

虽然UBA2070芯片22的引脚12(ACM)内部已设有一简单的RC滤波电路(图未示)，然该简单的RC滤波电路仅仅能够滤去特定高频段杂波信号，而无法滤除低频或者更高频段的杂波信号，况且杂波信号的频率的变化是不可预测的。为此，在UBA2070芯片22的引脚12(ACM)输出端再接入滤波电路60以避免此问题的发生。滤波电路60为带阻滤波电路，用来抑制或衰减输入到UBA2070芯片22的引脚12(ACM)的电压信号中的杂波频段，用于锁定单一频率或一段频带让该杂波频段以外的所有信号通过。为了便于理解所述滤波电路60，下面先介绍一下带通滤波器的原理。 

如图9A所示，带通网络300由高通电路302和低通电路304并联起来得到。高通电路302是由二电容C100和电阻R200构成T形网络。低通电路304由二电阻R100和电容C200构成的T形网络。如图9B为图9A所示的T形网络等效电路。在计算中，电阻R100的阻值为“R”；电容C100的容值为“C”；电阻R200的阻值为“R/2”，即电阻R100的阻值的二分之一；电容C200的容值为“2C”，即电容C100的容值的二倍。得出： 

$Z_1=\frac{2R(1+\mathrm{sRC})}{1+{\left(\mathrm{sRC}\right)}^2}=\frac{2R(1+\mathrm{j\ωRC})}{1-{\left(\mathrm{\ωRC}\right)}^2}---\left(1\right)$

$Z_2=Z_3=\frac{1}{2}(R+\frac{1}{\mathrm{sC}})=\frac{1}{2}(R+\frac{1}{\mathrm{j\ωC}})---\left(2\right)$

$F\left(\mathrm{j\ω}\right)=\frac{Z_3}{Z_1+Z_3}=\frac{1-{\left(\mathrm{\ωRC}\right)}^2}{[1-{\left(\mathrm{\ωRC}\right)}^2]+4\mathrm{j\ωRC}}=\frac{1-{(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_n)}^2}{[1-{(\mathrm{\ω}/{\mathrm{\ω}}_n)}^2+4\mathrm{j\ω}/{\mathrm{\ω}}_n]}---\left(3\right)$

上述公式中，Z表示阻抗，ω表示角频率，s＝jω。当ω＝ω_n时，输出电压为零，因此，ω_n即为双T带通网络300的特征角频率。由公式(3)可求出其幅频响应、相频率响应的表达式分别为： 

公式(4)中 

表示相位，根据公式(4)可得出双T带通网络300的幅频响应和相频率响应曲线如图10A及图10B所示，由图10A所示的幅频相应特性曲线可知，当ω/ω_n＝1时，幅频响应的幅值等于零。滤波电路60具体电路如图11所示，其为图9A所示的高通电路302和低通电路304并联起来得到带通网络300的输出端连接放大器A100的正输入端，放大器A100的输出端通过二串联的电阻R300和电阻R400与地相连，放大器A100的负输入端连接于所述电阻R_a和电阻R_b之间，电阻R200也是通过二串联的电阻R_a和电阻R_b与地相连。放大器A100的放大率为A_VF，且电阻R_b的阻值等于放大器A100的放大率A_VF减1后乘以电阻R_a的阻值，由节点导纳方程求得其传递函数为： 

$A\left(s\right)=\frac{V_o\left(s\right)}{V_i\left(s\right)}=\frac{A_{\mathrm{VF}}[1+(s/{\mathrm{\ω}}_n)]}{1+2(2-A_{\mathrm{VF}})s/{\mathrm{\ω}}_n+{(s/{\mathrm{\ω}}_n)}^2}$

或 

上述公式中 

可见，增加放大器 A100的放大率A_VF，品质系数Q随之升高。当放大器A100的放大率A_VF趋近2时，品质系数Q趋向无穷大。在低频段，由于电容C的容抗非常大，输入信号经过二电阻R100直接传送到输入端。在高频段，由于电容C100的容抗非常小，输入信号经过二串联的电容C直接传送给输出端。因此，可以通过调整A_VF的值来调节滤波电路60的选频特性。在本实施例中可通过调节A_VF的值使得滤波电路60只能通过半桥逆变器50输出的预定频段的交流电压信号通过，而阻止所述高于或低于预定频段电压信号的杂波信号的通过，使自适应非交迭时钟电路44接收到稳定的交流电压信号，并根据此交流电压信号确定误差在可接受范围内的非交迭时间，进而驱动冷阴极荧光灯54稳定发光。 

上述电子镇流器100采用UBA2070芯片22作为驱动元件，并在UBA2070芯片22的引脚12(ACM)和半桥逆变器50之间连接带阻滤波电路60，以滤除半桥逆变器50反馈给自适应非交迭时钟电路44的交流电压信号中的杂波信号，避免了因自适应非交迭时钟电路44接收的信号不稳定而导致冷阴极荧光灯54不能稳定发光，甚至无法发光的情况，使整个电子镇流器100能够稳定的驱动冷阴极荧光灯54工作。 

Claims (10)

1.一种电子镇流器，其包括驱动器、半桥逆变器和变压器，电源信号输入后，所述驱动器发出驱动信号至所述半桥逆变器进行逆变，生成交流电压信号，所述变压器将所述逆变生成的交流电压信号升压后输出，以启动与所述变压器次级相连的荧光灯，其特征在于：所述电子镇流器进一步包括滤波电路、自适应非交迭时钟电路和控制电路，所述滤波电路连接于所述自适应非交迭时钟电路和所述半桥逆变器之间，用于滤除从所述半桥逆变器反馈给所述自适应非交迭时钟电路的交流电压信号中的杂波信号，所述自适应非交迭时钟电路根据所述经滤波后的交流电压信号计算出非交迭时间，所述控制电路用于根据所述非交迭时间控制所述驱动器的信号输出。

2.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：所述滤波电路为带阻滤波电路。

3.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：所述滤波电路包括带通网络和放大器，所述交流电压信号经过带通网络流向所述放大器，所述放大器将所述过滤后的交流电压信号放大后输出。

4.如权利要求3所述的电子镇流器，其特征在于：所述带通网络包括并联连接的高通电路和低通电路，所述高通电路用于阻止低频率的杂波信号通过，所述低通电路用于阻止高频率的杂波信号通过。

5.如权利要求4所述的电子镇流器，其特征在于：所述高通电路包括二第一电容和第一电阻、所述二第一电容串联连接，所述第一电阻一端连接于所述所述二第一电容之间，另一端与所述放大器的输出端相连。

6.如权利要求4所述的电子镇流器，其特征在于：所述低通电路包括二第二电阻和第二电容、所述二第二电阻串联连接，所述第二电容一端连接于所述二第二电阻之间，另一端接地。

7.如权利要求3所述的电子镇流器，其特征在于：所述带通网络连接于所述放大器的正输入端，所述滤波电路还包括第三电阻和第四电阻，所述放大器的负输入端通过所述第四电阻与所述放大器的输出端相连，并且所述放大器的负输入端还通过所述第三电阻接地。

8.如权利要求7所述的电子镇流器，其特征在于：所述第四电阻的阻值等于放大器的放大率减1后与第三电阻的阻值的乘积。

9.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：所述驱动器、所述控制电路和所述自适应非交迭时钟电路为一集成芯片的一部分。

10.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：所述驱动器、所述控制电路和所述自适应非交迭时钟电路均为UBA2070芯片的一部分。

Images