CN102026459A - 冷阴极荧光灯管驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷阴极荧光灯管驱动电路，将每根U型冷阴极荧光灯管的第一端耦接至一个第一平衡电容器的第二端、将每根U型冷阴极荧光灯管的第二端耦接至一个第二平衡电容器的第二端，然后将所有第一平衡电容器的第一端耦接在一起以接收第一升压变压器配合第一谐振电路所产生的第一弦波交流电压、所有第二平衡电容器的第一端耦接在一起以接收第二升压变压器配合第二谐振电路所产生的第二弦波交流电压，因此不需要加入升压板，而且驱动结构简单。

Description

冷阴极荧光灯管驱动电路

技术领域

本发明是关于一种背光源驱动技术，特别是关于一种适用于大尺寸液晶显示器的冷阴极荧光灯管驱动电路。

背景技术

现有的大尺寸液晶显示器的背光源主要有两种，一种是由多根U型冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，简称为CCFL)排列而成的直下式背光源，另一种是由多根外部电极荧光灯管(External Electrode Fluorescent Lamp，简称为EEFL)排列而成的直下式背光源。

图1为一种现有的CCFL驱动电路的电路图。参见图1，CCFL驱动电路设在电源板(power board)11以及升压板(boost board)12上，用以驱动背光源13，而背光源13包括多根U型CCFL 131～13N，N为正整数。在电源板11上设有桥式整流器111、功因修正器(power factor corrector)112、半桥/全桥换流器(inverter)113以及第一级变压器Tr1。在升压板12上设有多个第二级变压器Tr2以及和每个第二级变压器Tr2相应的谐振电路(由谐振电感器Lk及谐振电容器Cp组成)。其中，第一级变压器Tr1及第二级变压器Tr2一次侧和二次侧绕组的匝数比例如都是1：n，n为正整数，因此第一级变压器Tr1及第二级变压器Tr2都是升压变压器，另外谐振电感器Lk通常可由第二级变压器Tr2的二次侧漏感所提供。

输入的交流市电AC通过桥式整流器111后，其电压会变为直流电压，但是其电流波形会产生失真，因此通常还需要通过功因修正器112修整其电流波形以符合谐波电流规范。接着，直流电压通过半桥/全桥换流器113的切换变为方波形式的交流电压(或称为方波交流电压)，方波交流电压再通过第一级变压器Tr1的升压后分压到串接的第二级变压器Tr2一次侧绕组上。然后，每个第二级变压器Tr2将一次侧绕组上所分到的电压升压后再通过谐振电路的谐振变为弦波形式的交流电压(或称为弦波交流电压)，以驱动CCFL。需要注意的是，每根U型CCFL需要由两个第二级变压器Tr2产生两个具有相位差180度的弦波交流电压来驱动，因此N根CCFL 131～13N总共需要(2×N)个第二级变压器Tr2来驱动。

图2为一种现有的EEFL驱动电路的电路图。参见图2，EEFL驱动电路设在电源板21，用以驱动背光源23，而背光源23包括多根EEFL 231及232，其中EEFL 231并联在一起，而EEFL 232并联在一起。在电源板21上设有桥式整流器111、功因修正器112、半桥/全桥换流器113、具有一个一次侧绕组及两个二次侧绕组的变压器Tr21以及和变压器Tr21每个二次侧绕组相应的谐振电路(由谐振电感器Lk及谐振电容器Cp组成)。其中，变压器Tr21一次侧和二次侧绕组的匝数比是1：m，m为正整数，故变压器Tr21是升压变压器，另外谐振电感器Lk通常可由变压器Tr21的二次侧漏感所提供。

输入的交流市电AC通过桥式整流器111的整流、功因修正器112的电流波形修整、半桥/全桥换流器113的切换变为方波交流电压。方波交流电压再通过变压器Tr21的升压后从其两个二次侧绕组输出两个具有相位差180度的方波交流电压，然后通过两个二次侧绕组各自耦接的谐振电感器Lk及谐振电容器Cp的谐振变为两个具有相位差180度的弦波交流电压，以分别驱动并联的EEFL231以及并联的EEFL 232。

比较图1所示的CCFL驱动电路以及图2所示的EEFL驱动电路，CCFL驱动电路需要升压板12的第二级变压器Tr2及谐振电路帮助驱动CCFL，且为了使各根CCFL点亮后的亮度差异不大，每根CCFL都需要两个第二级变压器Tr2及其相应的谐振电路各自点亮，因此当背光源13需要更多根CCFL时，升压板12上就需要设置更多的第二级变压器Tr2及谐振电路。虽然EEFL驱动电路因EEFL采用外部电极方式来产生等离子，使得各根EEFL点亮后的亮度差异不大，适合多根EEFL并联后由变压器Tr21一起驱动，驱动电路架构较为简单，但是使用EEFL的背光源23的价格比使用CCFL的背光源13贵。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在于提供一种适用于大尺寸液晶显示器的冷阴极荧光灯管驱动电路，其使用的是价格比外部电极荧光灯管(EEFL)便宜的U型冷阴极荧光灯管(CCFL)，但却不需要如背景技术中描述的使用复杂的驱动电路架构来驱动。

为了达成上述目的与其它目的，本发明提出一种冷阴极荧光灯管驱动电路，用以驱动多根U型冷阴极荧光灯管。冷阴极荧光灯管驱动电路包括一桥式整流器、一半桥或全桥换流器、一第一升压变压器、一第二升压变压器、一第一谐振电路、一第二谐振电路、多个第一平衡电容器以及多个第二平衡电容器。桥式整流器用以接收交流市电并将其转成直流电压。半桥或全桥换流器耦接至桥式整流器，用以接收桥式整流器输出的直流电压并将其转成方波交流电压。第一升压变压器及第二升压变压器都具有一次侧绕组及二次侧绕组，一次侧绕组及二次侧绕组缠绕于一日型铁芯，日型铁芯具有一中心柱及两边柱，其中二次侧绕组绕着中心柱绕制，一次侧绕组绕着中心柱及任一边柱绕制。第一升压变压器及第二升压变压器的一次侧绕组串接并跨接于半桥或全桥换流器的输出以接收方波交流电压。第一谐振电路耦接至第一升压变压器的二次侧绕组，第二谐振电路耦接至第二升压变压器的二次侧绕组，第一谐振电路及第二谐振电路分别输出第一弦波交流电压及第二弦波交流电压，第一弦波交流电压及第二弦波交流电压相位差180度。每个第一平衡电容器的第一端都耦接到第一谐振电路以接收第一弦波交流电压，每个第一平衡电容器的第二端分别耦接到相应的U型冷阴极荧光灯管的第一端。每个第二平衡电容器的第一端都耦接到第二谐振电路以接收第二弦波交流电压，每个第二平衡电容器的第二端分别耦接到相应的U型冷阴极荧光灯管的第二端。

在一实施例中，桥式整流器、半桥或全桥换流器、第一升压变压器、第二升压变压器、第一谐振电路以及第二谐振电路设在电源板上。第一平衡电容器以及第二平衡电容器都设在平衡板上。

本发明的冷阴极荧光灯管驱动电路，将每根U型冷阴极荧光灯管的第一端耦接至一个第一平衡电容器的第二端、将每根U型冷阴极荧光灯管的第二端耦接至一个第二平衡电容器的第二端，然后将所有第一平衡电容器的第一端耦接在一起以接收第一升压变压器配合第一谐振电路所产生的第一弦波交流电压、所有第二平衡电容器的第一端耦接在一起以接收第二升压变压器配合第二谐振电路所产生的第二弦波交流电压，因此不必像背景技术中的冷阴极荧光灯管(CCFL)驱动电路一样，需要加入升压板，且其上的变压器数量随着灯管数量的增加而增加，但又可以同背景技术中的外部电极荧光灯管(EEFL)驱动电路一样，使用较为简单的驱动结构。另外，升压变压器通过特殊的绕制方式加大其一次侧绕组与二次侧绕组两绕组间间隙及/或加大其一次侧绕组每匝平均长度，以获得更大的二次侧漏感，进而仅用第一及第二升压变压器即足够驱动多根U型冷阴极荧光灯管。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下面以具体实施例，并结合附图，作详细说明。

附图说明

图1为一种现有的CCFL驱动电路的电路图。

图2为一种现有的EEFL驱动电路的电路图。

图3为本发明一实施例的CCFL驱动电路的电路图。

图4为图3所示CCFL驱动电路中的升压变压器的结构示意图。

图5为图3所示CCFL驱动电路的变压器、谐振电路、平衡电容器、杂散电容以及CCFL的电路示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

11、21、31：电源板

111：桥式整流器，112：功因修正器，113：半桥/全桥换流器

12：升压板

13、23：背光源

131～13N：U型冷阴极荧光灯管(CCFL)

231、232：外部电极荧光灯管(EEFL)

32：平衡板

4：日型铁芯

41、42：E型铁芯

411、421：中心柱

412、413、422、423：边柱

43：气隙

AC：交流市电

Cf1：灯管电容器

Ck：杂散电容器

Cp、Cp1、Cp2：谐振电容器

Cs1：第一平衡电容器，Cs2：第二平衡电容器

Df1、Df2：灯管齐纳二极管

Lk、Lk1、Lk2：谐振电感器

Rf1：灯管电阻器

Tr1：第一级变压器

Tr2：第二级变压器，Tr21：变压器

Tr31：第一升压变压器，Tr32：第二升压变压器

P1、P2：一次侧绕组

S1、S2：二次侧绕组

I1：一次侧绕组电流，I2：二次侧绕组电流

N1：一次侧绕组匝数，N2：二次侧绕组匝数

b：一次侧绕组占绕线窗口高度

c：一次侧绕组及二次侧绕组间间隙

d：二次侧绕组占绕线窗口高度

len1、L：一次侧绕组占绕线窗口宽度

len2：二次侧绕组占绕线窗口宽度

V1：第一弦波交流电压，V2：第二弦波交流电压

具体实施方式

为让本发明的目的、技术方案和优点更能明显易懂，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图3为本发明一实施例的CCFL驱动电路的电路图。参见图3，CCFL驱动电路设在电源板31以及平衡板(balance board)32上，用以驱动背光源13，而背光源13包括多根U型CCFL 131～13N，N为正整数。在电源板31上设有桥式整流器111、功因修正器112、换流器113、第一升压变压器Tr31、第二升压变压器Tr32、第一谐振电路(由谐振电感器Lk1及谐振电容器Cp1组成)以及第二谐振电路(由谐振电感器Lk2及谐振电容器Cp2组成)，其中换流器113例如是半桥换流器或全桥换流器。在平衡板32上设有多个第一平衡电容器Cs1以及多个第二平衡电容器Cs2。

桥式整流器111用以接收交流市电AC并将其转成直流电压。功因修正器112耦接至桥式整流器111，用以修整桥式整流器111输出的失真的电流波形以符合谐波电流规范。半桥/全桥换流器113通过功因修正器112耦接至桥式整流器111，用以接收桥式整流器111输出的直流电压并将其转成方波交流电压。

第一升压变压器Tr31具有一次侧绕组P1及二次侧绕组S1，一次侧绕组P1及二次侧绕组S1缠绕于日型铁芯。在一实施例中，如图4所示，日型铁芯4由E型铁芯41及E型铁芯42组成，但并不以此为限；例如，日型铁芯还可由E型铁芯及I型铁芯组成，或由C型铁芯及T型铁芯组成。日型铁芯4具有中心柱及两边柱，日型铁芯4的中心柱由E型铁芯41的中心柱411及E型铁芯42的中心柱421组成，日型铁芯4的一边柱由E型铁芯41的边柱412及E型铁芯42的边柱422组成，日型铁芯4的另一边柱由E型铁芯41的边柱413及E型铁芯42的边柱423组成。第一升压变压器Tr31的二次侧绕组S1在本实施例中绕着中心柱411绕制，一次侧绕组P1在本实施例中绕着中心柱421及边柱422绕制。其中，第一升压变压器Tr31一次侧绕组P1和二次侧绕组S1的匝数比例如是1：n，n为正整数。另外，第二升压变压器Tr32同样具有一次侧绕组P2及二次侧绕组S2，一次侧绕组P2及二次侧绕组S2缠绕于日型铁芯，其绕制方式和第一升压变压器Tr31相同，不再赘述。

第一升压变压器Tr31的一次侧绕组P1及第二升压变压器Tr32的一次侧绕组P2串接并跨接于半桥/全桥换流器113的输出，以接收方波交流电压。第一升压变压器Tr31的二次侧绕组S1耦接至第一谐振电路，而第二升压变压器Tr32的二次侧绕组S2耦接至第二谐振电路，其中，第一谐振电路中的谐振电感器Lk1通常可由第一升压变压器Tr31的二次侧漏感提供，而第二谐振电路中的谐振电感器Lk2通常可由第二升压变压器Tr32的二次侧漏感提供。第一升压变压器Tr31将其一次侧绕组P1上所分到的电压升压后，再通过第一谐振电路的谐振变为第一弦波交流电压V1输出，而第二升压变压器Tr32将其一次侧绕组P2上所分到的电压升压后，再通过第二谐振电路的谐振变为第二弦波交流电压V2输出。由于第一升压变压器Tr31的二次侧绕组S1及第二升压变压器Tr32的二次侧绕组S2极性相反，使得第一谐振电路及第二谐振电路分别输出的第一弦波交流电压V1及第二弦波交流电压V2相位差180度。

每个第一平衡电容器Cs1的第一端都耦接到第一谐振电路以接收第一弦波交流电压V1，每个第一平衡电容器Cs1的第二端分别耦接到相应的U型CCFL的第一端。每个第二平衡电容器Cs2的第一端都耦接到第二谐振电路以接收第二弦波交流电压V2，每个第二平衡电容器Cs2的第二端分别耦接到相应的U型CCFL的第二端。以U型CCFL 131为例，CCFL 131的第一端通过第一平衡电容器Cs1耦接到第一弦波交流电压V1，CCFL 131的第二端通过第二平衡电容器Cs2耦接到第二弦波交流电压V2，因此CCFL 131由相位差180度的第一弦波交流电压V1及第二弦波交流电压V2合作驱动。

参见图4，下面将以第一升压变压器Tr31为例估算其二次侧漏感Lk1。现设第一升压变压器Tr31的一次侧绕组P1匝数为N1且电流为I1，二次侧绕组S1匝数为N2且电流为I2，则N1×I1＝N2×I2，其中N1：N2如图3所示为1：n。另外，设一次侧绕组P1占绕线窗口高度为b且宽度为len1，二次侧绕组S1占绕线窗口高度为d且宽度为len2，一次侧绕组P1及二次侧绕组S1两绕组间间隙为c。由于一次侧绕组P1所占绕线窗口宽度len1通常比二次侧绕组S1所占绕线窗口宽度len2还要大，为了计算方便，设len1＝L，len2＝(1/2)×L。储存在绕线窗口没有被传输的磁场能量Wm即是输入到漏感的能量We，即

Wm＝We             (1)

绕线窗口储存的没有被传输的磁场能量Wm包括由一次侧绕组P1贡献的磁场能量Wb、由两线圈间间隙贡献的磁场能量Wc及由二次侧绕组S1贡献的磁场能量Wd，即

Wm＝Wb+Wc+Wd                                (2)

根据文献提供的计算方法可推得，

Wb＝[μ0×lav1×b×(N1×I1)²]/(6×L)        (3)

Wc＝[μ0×lav3×c×(N1×I1)²]/(4×L)        (4)

Wd＝[μ0×lav2×d×(N2×I2)²]/(3×L)        (5)

其中，μ0为空气的导磁系数，lav1、lav2及lav3分别为一次侧绕组P1、二次侧绕组S1及两绕组间间隙的每匝平均长度。将公式(3)～(5)代入到公式(2)，则绕线窗口储存的没有被传输的磁场能量Wm为

Wm＝[μ0×lav1×b×(N1×I1)²]/(6×L)+[μ0×lav3×c×(N1×I1)²]/(4×L)+[μ0×lav2×d×(N2×I2)²]/(3×L)              (6)

另外，漏感能量We为

We＝(1/2)×Lk1×I2²＝Wm                      (7)

将公式(6)代入到公式(7)，考虑到N1×I1＝N2×I2，可推得二次侧漏感Lk1为

Lk1＝μ0×N2²/L×[(1/3)×lav1×b+(1/2)×lav3×c+(2/3)×lav2×d](8)

由公式(8)可知，二次侧漏感Lk1与N2的平方成正比，与L成反比，与lav1×b、lav3×c及lav2×d的线性组合成正比。本发明即是通过加大升压变压器一次侧绕组与二次侧绕组两绕组间间隙c及/或加大升压变压器一次侧绕组每匝平均长度lav1，以获得更大的二次侧漏感，进而如图3所示仅用两个升压变压器Tr31和Tr32即足够驱动多根U型CCFL 131～13N。

参见图5，其为图3所示CCFL驱动电路的变压器、谐振电路、平衡电容器、杂散电容以及CCFL的电路示意图。CCFL的等效电路如图5中CCFL 131所示，其包括灯管电容器Cf1、灯管齐纳二极管Df1、Df2以及灯管电阻器Rf1。当CCFL未点亮时呈现无穷大的阻抗，而在点亮之后则为一负电阻性阻抗。当CCFL 131安置在显示器内后，其会与显示器的内部支撑铁壳件产生杂散电容，如图5中杂散电容器Ck所示，因此本发明利用一个电容值远小于杂散电容器Ck的第一平衡电容器Cs1串接于第一谐振电路及CCFL 131之间，可消除CCFL 131～13N因为杂散电容器Ck造成流过彼此的电流大小不平均的问题。

综上所述，本发明的冷阴极荧光灯管驱动电路将每根U型冷阴极荧光灯管的第一端耦接至一个第一平衡电容器的第二端、将每根U型冷阴极荧光灯管的第二端耦接至一个第二平衡电容器的第二端，然后将所有第一平衡电容器的第一端耦接在一起，以接收第一升压变压器配合第一谐振电路所产生的第一弦波交流电压；所有第二平衡电容器的第一端耦接在一起，以接收第二升压变压器配合第二谐振电路所产生的第二弦波交流电压，因此不必像背景技术中的冷阴极荧光灯管(CCFL)驱动电路一样，需要加入升压板且其上的变压器数量随着灯管数量的增加而增加，但又可以同背景技术中的外部电极荧光灯管(EEFL)区动电路一样，使用较为简单的驱动结构。另外，升压变压器通过特殊的绕制方式加大其一次侧绕组与二次侧绕组两绕组间间隙及/或加大其一次侧绕组每匝平均长度，以获得更大的二次侧漏感，进而仅用第一及第二升压变压器即足够驱动多根U型冷阴极荧光灯管。

以上所述仅为本发明较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围。凡是运用本发明说明书及附图内容所作的任何修改、等同替换、改进等，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种冷阴极荧光灯管驱动电路，用以驱动多根U型冷阴极荧光灯管，其特征在于，所述冷阴极荧光灯管驱动电路包括：

一桥式整流器，用以接收一交流市电并将其转成一直流电压；

一半桥或全桥换流器，耦接至所述桥式整流器，用以接收所述直流电压并将其转成一方波交流电压；

一第一及一第二升压变压器，都具有一一次侧绕组及一二次侧绕组缠绕于具有一中心柱及两边柱的一日型铁芯，所述二次侧绕组绕着所述中心柱绕制，所述一次侧绕组绕着所述中心柱及任一边柱绕制，所述第一及所述第二升压变压器的一次侧绕组串接并跨接于所述半桥或全桥换流器的输出以接收所述方波交流电压；

一第一及一第二谐振电路，其中所述第一谐振电路耦接至所述第一升压变压器的二次侧绕组，所述第二谐振电路耦接至所述第二升压变压器的二次侧绕组，所述第一及所述第二谐振电路分别输出一第一及一第二弦波交流电压，所述第一及所述第二弦波交流电压相位差180度；

多个第一平衡电容器，其中每个第一平衡电容器的第一端都耦接到所述第一谐振电路以接收所述第一弦波交流电压，每个第一平衡电容器的第二端分别耦接到相应的U型冷阴极荧光灯管的第一端；以及

多个第二平衡电容器，其中每个第二平衡电容器的第一端都耦接到所述第二谐振电路以接收所述第二弦波交流电压，每个第二平衡电容器的第二端分别耦接到相应的U型冷阴极荧光灯管的第二端。

2.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯管驱动电路，其特征在于，其中所述桥式整流器、所述半桥或全桥换流器、所述第一及所述第二升压变压器、所述第一及所述第二谐振电路设在一电源板上。

3.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯管驱动电路，其特征在于，其中所述第一平衡电容器及所述第二平衡电容器设在一平衡板上。

4.如权利要求1所述的冷阴极荧光灯管驱动电路，其特征在于，还包括一功因修正器，耦接于所述桥式整流器及所述半桥或全桥换流器之间，用以修整所述桥式整流器输出的电流波形。

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