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CN1611096A - 用于一个或多个灯的工作的电路布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及液晶显示器的背景照明，更具体地说，涉及用于一个或多个放电灯工作的电子电路。DC/AC全桥式逆变器电路产生两个电压，二者的AC成分相位偏移180°。放电灯由这两个AC电压之和供电。

Description

用于一个或多个灯的工作的电路布置
本发明涉及用于一个或多个灯工作的电路布置，包括换流器和所述换流器的驱动装置。
从德国专利DE 4436463 A1已知这种用于启动一个或多个低压气体放电灯的电路布置。所述专利特别涉及适用于工作电压超过所述换流器所产生的AC电压的小型气体放电灯且适用于小型荧光灯的电路布置。在这些电路布置中谐振升压原理不仅用于产生低压气体放电灯所需的点火电压，也用于提供灯的工作电压。这包含工作电压的无功功率通量。
也可以利用诸如美国专利US 6181079 B1所描述的变压器来产生高电压。这种变压器很笨重。
因此本发明的一个目的是说明用于这种灯的点火和工作的一种简单电路布置。更具体地说，说明一种电路布置，它在液晶显示器的背景照明中从电压源向多个低压气体放电灯供电。
此目的按照权利要求1的特征实现。按照本发明，第二换流器产生180°相移电压。
液晶显示器(简称LCD)如今也用作液晶图像屏。这种液晶图像屏是无源显示系统，即它们本身不发光。这些图像屏基于光是否通过液晶层的原理。这就是说需要有外部光源用于产生图像。为此目的，要在背景照明系统中产生人为光。随着液晶图像屏的尺寸增加，这种图像屏的背景照明系统的性能水平也提高了。需要有小直径的灯用于这些背景照明系统。与照明装置中的气体低压气体放电灯相比，液晶图像屏的背景照明系统中的低压气体放电灯具有较小的内径，从2mm到3.5mm，所以有四到八倍高的灯电压。用于LCD的较薄的灯，例如欧洲专利EP 1263021 A1所描述的Ceralilght灯，要用300到400伏工作电压工作，而冷阴极灯(以下称为冷阴极荧光灯，简称CCFL)则要用600到800伏工作电压工作。启动这些灯的点火电压还要高出一倍。用于薄低压气体放电灯的这些高点火和工作电压不用变压器产生，而低压气体放电灯由两个串联的AC电压提供功率。由于这两个AC电压有180°的相位差，故将这两个AC电压的总和加到低压气体放电灯上。此外，这些AC电压是利用谐振电路中适中的无功功率通量来产生的。为此，电路布置具有低功率损耗，因而在液晶图像屏的密闭外壳中具有较小的热负载。
一种电路布置有利地将DC电压变换为AC电压并为一个或数个灯馈电，所述电路布置利用电源开关的全桥式开关电路作为换流器，以及每个灯两个谐振电路，每个谐振电路包括一个串联线圈、一个串联电容器和一个并联电容器。所述电路布置包括一个全桥式换流器和每个灯一个谐振电路。这样，用单一的换流器可以使任何数量的灯工作。所以这个换流器是可量测的(scalable)。全桥式换流器的优点在于：和半桥式换流器相比它产生双输出电压，且不用变压器。两个半桥以180°的相移工作。灯的点火和正常工作时的功率通量受开关频率控制。谐振电路的输入阻抗总是电阻电感性的，使得全桥式换流器的功率半导体在工作时具有最小的开关损耗。
还可以以三种其它电路布置的形式来构成谐振电路。最好，第二电路布置将DC电流变换为AC电流并为一个或数个灯馈电，这些灯使用全桥式开关电路，具有作为换流器的电源开关，每个灯两个串联电容器和两个谐振电路，每个谐振电路包括一个串联电容器和一个并联电容器。
第三电路布置有利地将DC电流变换为AC电流并为一个或数个灯馈电，所述电路布置利用包括作为换流器的电源开关的全桥式开关电路并且每个灯一个谐振电路，所述谐振电路包括一个串联线圈、一个串联电容器和一个并联电容器。
第四电路布置有利地将DC电流变换为AC电流并为一个或数个灯馈电，所述电路布置利用具有作为换流器的电源开关的全桥式开关电路，每个灯两个串联电容器和一个谐振电路，所述谐振电路包括一个串联线圈和一个并联电容器。
所述并联电容器最好至少部分地由灯和金属零件之间，即灯电极和显示器(例如反射器)的导电零件之间的寄生电容形成。
为了更好的理解本发明，以下将参阅附图对本发明的实施例作进一步的说明，附图中：
图1示出将DC电流变换为AC电流并向一个或多个低压气体放电灯馈电的电路布置；
图2示出具有矩形信号波形的定时图；
图3示出具有正弦曲线的定时图；
图4示出具有180°相移的两个正弦曲线的定时图；
图5示出将DC电流变换为AC电流并向一个或多个低压气体放电灯馈电的第二电路布置；
图6示出将DC电流变换为AC电流并向一个或多个低压气体放电灯馈电的第三电路布置；
图7示出将DC电流变换为AC电流并向一个或多个低压气体放电灯馈电的第四电路布置；以及
图8示出将电压比相对于频率画成曲线的曲线图。
图1示出电路布置1，它包括：全桥式开关电路2；电压源3；两个低通滤波器4和5；第一灯开关电路6；两个另外的低通滤波器7和8；以及第二灯开关电路9。导线10、11和12通向其它的灯开关电路(未示出)。全桥式开关电路2(以下也称为全桥式逆变器)包括控制电路13和两个逆变器14和15。逆变器14(以下也称为逆变器)包括两个电源开关16和17，第二逆变器15也包括两个电源开关18和19。功率半导体，例如双极晶体管、IGBT(集成栅双极晶体管)，以及MOSFET，用作电源开关。第一灯开关电路6包括：两个串联线圈20和21；两个并联电容器22和23；以及一个低压气体放电灯24。第二灯开关电路9具有与元件20至24类似的结构。控制电路13控制第一逆变器14，使得功率半导体16和17以推挽方式断开和接通。在功率半导体16和17之间的节点25形成矩形信号波形。控制电路13控制第二逆变器15，使得功率半导体18和19也以推挽方式断开和接通。也在功率半导体18和19之间的节点26形成矩形信号波形。两个逆变器14和15以相反相位工作，以致两个矩形信号波形的形成也偏移180°。低通滤波器4、5、7和8滤除高频成分，这样相位偏移180°的两个正弦信号到达灯24。串联线圈20和并联电容器22形成第一谐振电路20、22；所述线圈和电容器23形成第二谐振电路21、23。低通滤波器4和5、线圈20和21以及灯24都串联在两个节点25和26之间。电容器22、23并联到灯24和DC电压源3的负极。分别通过电容器22和23施加一半灯的电压。
图2示出在节点25产生的矩形信号波形31。在节点26产生类似的信号波形。这两个矩形信号波形的相位偏移180°。
图3示出经低通滤波器4平滑作用后形成的正弦信号波形32。
图4示出正弦曲线32和经低通滤波器5滤波后的偏移180°的第二正弦曲线33。这样，在灯24处产生对应于电压源3的值的最大电压幅度34。
图5示出第二电路布置41，它包括全桥式逆变器2和灯开关电路6和9。两个低通滤波器42和43为所有灯电路6和9滤除高频成分。
图6示出第三电路布置51，它包括全桥式逆变器器2、电压源3以及两个灯开关电路52和53。在灯电路52中的两个节点25和26之间连接有电容器54、线圈55和电容器56(它们一起用作低通滤波器)以及与电容器56并联的低压气体放电灯24。线圈55和电容器56形成谐振电路55、56。
线圈55具有线圈20的双倍电感，电容器56具有电容器22的一半电容量。电容器56两端存在电压降，所述电压降对应于灯的电压。
图7示出电路布置61，它具有两个串联的、为所有灯电路52、53工作的电容器62，63。
图8示出将电压相对于频率画成曲线的曲线图。以开关频率的函数的形式示出谐振电路的AC功率增益功能。为了将低压气体放电灯点火，所述全桥电路以起动频率71开始，降低开关频率，直到灯在点火频率72点火，再降低开关频率到工作频率73。
参考符号表
1电路布置
2全桥逆变器
3电压源
4低通滤波器
5低通滤波器
6灯开关电路
7低通滤波器
8低通滤波器
9灯开关电路
10导线
11导线
12导线
13控制电路
14逆变器
15逆变器
16电源开关
17电源开关
18电源开关
19电源开关
20串联线圈
21串联线圈
22电容器
23电容器
24灯
25节点
26节点
31矩形信号波形
32正弦基波
33第二正弦基波
34电压幅度
41第二电路布置
42低通滤波器
43低通滤波器
51第三电路布置
52灯开关电路
53灯开关电路
54电容器
55线圈
56电容器
61第四电路布置
62电容器
63电容器
71起动频率
72点火频率
73工作频率

Claims (7)

1.一种用于使一个或多个低压气体放电灯(24)工作的电路布置(1，41，51，61)，所述电路布置包括换流器(14)和所述换流器(14)的驱动装置(13)，其特征在于：第二换流器(15)产生相位偏移180°的电压(32，33)。
2.一种电路布置(1)，用于将DC电流变换为AC电流并向一个或多个低压气体放电灯(24)馈电，所述电路布置(1)使用具有电源开关(16，17，18，19)的全桥开关电路(2)作为换流器(14，15)以及每个灯(24)的两个谐振电路(4，5，20，21，22，23)，每个所述谐振电路(4，5，20，21，22，23)具有一个串联线圈(20，21)、一个串联电容器(4，5)和一个并联的电容器(22，23)。
3.一种电路布置(41)，用于将DC电流变换为AC电流并向一个或多个低压气体放电灯(24)馈电，所述电路布置(41)使用包括作为换流器(14，15)的电源开关(16，17，18，19)的全桥开关电路(2)、两个串联的电容器(42，43)以及每个灯(24)的两个谐振电路(4，5，20，21，22，23)，每个所述谐振电路(4，5，20，21，22，23)具有一个串联的线圈(20，21)和一个并联的电容器(22，23)。
4.一种电路布置(51)，用于将DC电流变换为AC电流并向一个或多个低压气体放电灯(24)馈电，所述电路布置(51)使用具有作为换流器(14，15)的电源开关(16，17，18，19)的全桥开关电路(2)每个灯(24)的一个谐振电路(54，55，56)，所述谐振电路包括一个串联的线圈(55)、一个串联电容器(54)和一个并联的电容器(56)。
5.一种电路布置(61)，用于将DC电流变换为AC电流并向一个或多个低压气体放电灯(24)馈电，所述电路布置(61)使用具有作为换流器(14，15)的电源开关(16，17，18，19)的全桥开关电路(2)、两个串联的电容器(62，63)以及每个灯(24)的一个谐振电路(55，56)，所述谐振电路包括串联的线圈(55)和并联的电容器(56)。
6.如上述权利要求2-5中任一项所述的电路布置，其特征在于：所述并联的电容器(22，23，56)至少部分地是由所述灯(24)和金属零件之间的寄生电容形成的。
7.一种可以显示计算机或电视机的射频信号的液晶显示器，它包括如上述权利要求1-6中任一项所述的电路布置(1，41，51，61)。
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