TWI291841B - Method and apparatus for driving an external electrode fluorescent lamp - Google Patents

Description

1291841 五、發明說明（1) 此應用主張於20 04年七月25日所申請u. S. Provisional Application No· 6 0 /5 83,2 1 6的優勢，並在此以參考文獻 麵合。 螢光燈的使用是為了一般照明目的提供照明，其包含液晶 顯示器（LCD)的背光。冷陰極燈管（CCFL)設計中的關 鍵因子包含效率、成本及尺寸。螢光燈為一種低壓氣體排 出來源。該燈管包含帶有少量鈍性氣體的低壓汞氣體。該 燈管的内部壁則利用螢光粉末覆蓋。該放出產生可見的輻 •。該冷陰極燈管具有每瓦4 0至6 0流明的效率，且該冷陰 極燈管持續的平均壽命為大於1 0 0 0 0小時。 在一典型照明應用中，螢幕輸入電流或是其他的特性可能 想要維持一致的亮度。此可能包含實作一回饋回路。一冷 陰極燈管是一種有效的固定電壓裝置p舉例而言，遍及一 典型冷陰極燈管的電壓均方根可以大約是6 〇 〇至7 〇 〇伏特。 如，平行地連接時，某些冷陰極燈管可根據配置與燈管至 生產的變異特性，而拱起大多的電流。所以冷陰極燈 2難以平行固定，且典型上每個燈管都需要一分離的輸 路。 門喊以外’也需要努力地將多數冷陰極燈管搞合為一 :一控制器拓撲。舉何而言，在2〇〇2年十月丨日由Ying sien Tsai所發佈的 υ· s· pat· Ν〇· 6,459, 2 1 6中，其標

1291841 五、發明說明（2) ~ 題為”單一控制器拓撲的多數冷陰極燈管電流平衡結構 (Multiple CCFL current balancing scheme for single controller topologies·)"，顯示一種用於多數 冷陰極燈管的電流平衡結構，其在此以參考文獻耦合。 外電極螢光燈（EEFL)技術是比較新的。不像冷陰極燈 管，其與位在該電漿直接接觸的管内側燈管每一側上，都 具有一電極’外電極螢光燈所具有的電極，則位在該管外 側。一外電極螢光燈在一薄片條狀的外侧上接觸，其形成 薄片與該電漿之間的電容器。此配置形成一種不產生 燈管，增加壽命與照明的穩定性，並減少電力耗費。 該 熱的 有利的是，外電極螢光燈可以容易地以"平行"的方式配 置。因為大多的電壓橫越該電容器，外電極螢光燈可以被 平行地驅動。換句話說，該電容器作用為一種造成在該燈 管之間電流共享的壓載。其因此可能從一適當的反用換流 器，運轉2、5、20或更多的外電極螢光燈組。在一組中的 外電極螢光燈數量，以及每個外電極螢光燈的尺寸可以隨 著技術改進而增加。 不幸的’對在該管内部處於均方根為7 〇 〇伏特的外電極螢 光燈而言’在外側的電壓可能高於均方根2 〇 〇 ο伏特，其意 味著橫越該電容器的一大電壓跌落。因此，因為電壓太 向’對該燈管而a便沒有所謂的”冷端點”。此主要是因

第7頁 1291841 五、發明說明（3) 為，舉例而言，與冷陰極燈管一起使用的回饋電路，其典 型上依賴包含一 11冷端點"的冷陰極燈管而接地。因此，先 ，前技術的回饋電路已經被證實難以與外電極螢光燈組一起 實作。 該相關技術的前述範例與於此的相關限制，是想要做為說 明而並非用以獨佔。該相關技術的其他限制將以說明該規 格以及對該圖示的研究，而對那些技術者變的清楚。 合系統、工具及方法所敘述與描述的後續實施例及觀 點，是用以做為示範與描繪，但並不用來限制其觀點。在 不同的實施例中，可以減少或消除上述問題之一或多數， 而其他的實施例也指明其他的改善。 一種用以驅動一或多個外電極蝥光燈的技術，具有第一與 第二端點並位於一外電極螢光燈組之中，其與在該第一與 * . ,: 第二端點兩處驅動該外電極螢光燈關聯。在一非限制的實 施例中，根據該技術所建構的裝置，可以包含一組平行連 接的外電極螢光燈（EEFLs)，其中該外電極螢光燈組具 ♦-第一與第二端點，並分別與在該外電.極螢光燈組中， M每個外電極螢光燈的第一與第二端點結合。該裝置可以進 :一步包含一第一變壓器，其中該第一變壓器的一第一次要 •線圈，與該外電極螢光燈組的該第一端點結合。該裝置也 可進一步包含一第二變壓器，.其中該第二變壓器的一第一

第8頁 1291841 五、發明說明（4) 次要線圈，與該外電極螢光燈組的該第二端點結合。該裝 置也可進一步包含一橋接驅動器，其中該橋接驅動器在該 第一變壓器的主要線圈處與該第一變壓器麵合，且其中該 該橋接驅動器在該第二變壓器的主要線圈處與該第二變壓 器耦合。在該非限制實施例的觀點中，該第一變壓器與該 第二變壓器並非同時協調，且該第一變壓器與該第二變壓 器分別交替地驅動該外電極螢光燈組的第一與第二端點。 接包 橋地 該步 與一 要進 不要 卩不)0 可以L) L 或可Ρ 以或{ 可以路 ，可迴 器器相 壓動鎖 變驅的 二該化 第。步 該合同 與耦式 器地模 壓行爆 變平瞬 一 器於 第動用 該·含 在另一非限制實施例中，根據該技術所建構的裝置，可以 包含一外電極螢光燈，其具有一第一端點與第二端點；可 調整地從一信號移除電容電流的一第一橋接蓋；具有次要 線圈的一第一變壓器，其中該第一變壓器的次要線圈操作 上連接至該外電極螢光燈的第一端點並連接至該第一橋接 蓋；可調整地從一信號移除電容電流的一第二橋接蓋；具 有次要線圈的一第二變壓器，其中該第二變壓器的次要線 Λ喿作上連接至該外電極螢光燈的第二端點並連接至該第 二橋接蓋；以及用以促進來自該第一橋接蓋第一信號，以 及來自該第二橋接器第二信號回饋的一感應電阻，其中該 第一信號包含與該外電極螢光燈關聯的負載電流，而該第 二信號包含與該外電極螢光燈關聯的負載電流，其中，在

1291841 五、發明說明（5) 操 作上該第一彳s號具有與由該第一 — 極螢光燈第一端點關聯的電容 n接盍所移除，該外電 由該第二橋接蓋所移除，該外二魃而該第二信號具有與 電容電流。 €極螢光燈第二端點關聯的 在該裝置中，該第一變壓器進 二變壓器進一步包含主要線圈 進一步包含一電壓源；以及操 應電阻、該第一變壓器主要線 •圈的一橋接驅動器，其中， 與該電壓源關聯的電流，以及 信號，及來自該第二橋接蓋的 饋負載電流。該第一信號與第 種半波信號，而該回饋可以或 苐一 “ 5虎所推導的一種全波信 一步包含主要線圈，且該第 ，而該裝置可以或可以不要 作上連接至該電壓源、該感 圈’以及該第二變壓器主要 在操作上該橋接驅動器接收 ，來自該第一橋接蓋的第一 第二信號所關聯，的做為回 一 #號可以或可以不要是一 可以不要是由該第一信號與 號。 在另一非限制實施例中，根據該技術的方法，可以包含平 行連接的多數外電極螢光燈，其中該外電極螢光燈每·個都 ^ 一第一端點與第二端點；從該第一端點驅動該外電極 g燈；從該第二端點驅動該外電極螢光燈；回饋與該外 電極螢光燈第一端點關聯的電流；回饋與該外電極螢光燈 第二端點關聯的電流；橋接補償與該外電極螢先燈第一端 點關聯，用以偏移與該第一端點關聯電容的電流；橋接補 4員與該外電極螢光燈第二端點關聯，用以偏移與該第二端

1291841 五、發明說明（6) ~~~~~~ 點關聯電容的電流；將與該外電極螢光燈第一端點關聯的 橋接補償電流，以及與該外電極螢光燈第二端點關聯的橋 接補償電流，結合於一回饋信號中；使用該回饋信號，以 調節供應至該外電極螢光燈的電力。 已經被發現的是，因為一外電極螢光燈（EEFL)的兩端點 基本上是”熱端點Π，任一端點可以被轉向接地，而不產生 可能讓該外電極螢光燈無法操作的不利影響。有利的是， 在一非限制實施例中，一外電極螢光燈可以由一種平衡形 •驅動。因此，與一種燈管的一”冷端點"是被接地的典^ 冷陰極燈管（CCFL)配置相比之下，電壓便在該外電極榮 光燈的兩端點處供應。 第1圖描繪一電路1 〇 〇的範例，其中以兩個變壓器驅動一外 電極螢光燈組。該電路包含一外電極螢光燈組1 〇 2，一第 一變壓器104、一第二變壓器106，以及一橋接驅動器 I 0 8。該外電極螢光燈組1 〇 2包含外電極螢光燈1丨〇 — ^至 II 〇 -Ν (在此後以集體的外電極螢光燈1丨〇所指明）。在一 非限制實施例中，該外電極螢光燈11 0是在該第一變壓器 1_與該第二變壓器1 〇 6的次要線圈熱端點之間所耦合。在 另一非限制實施例中，為了發展所需的燈管電壓，該第一 變壓器1 0 4與該第二變壓器1 〇 6的主要線圈是平行連接，但 並非同時協調。在一實施例中，該變壓器是正位在驅動該 外電極螢光燈橫槓的下方。要被注意的是可以結合最佳化

1291841 五、發明說明（7) ^ ------- ΐί 3 ^ Ϊ該燈管另一端結合偏離電容的敏感度。此最佳化 耗例在第3圖中所描述，將在稍後說明。 Ϊ ^ 的範例中’操作上該外電極螢光燈組1 0 2是由該第 ^ =态104在一第一端點，以及由該第二變壓器1〇6在一 _ 1 ^點a所驅動。有利的是，其避免了當該外電極螢光燈 舜古的第二端點接地時，由於在該外電極螢光燈11〇端點 電壓擺盪，所形成在該外電極螢光燈組10 2的第一端 *、、、处偏離電容造成的洩降（未顯示）。 f ,描繪一種系統2〇〇,其中與第1圖相同的電路被耦合 =起。該電路的橋接驅動器與用於麟爆模式同步化的鎖 目迴路（PLL) 2 1 2結合在一起。當在第2圖中所描繪具有 乂 電路時，任何數目的電路都可以此或其他的方式所結 • 起。第2圖是打算顯示該電.路被结合以產生，舉例 相I 用於一大控制板的外電極螢光燈組轉換器，而不是 想要給予任何的限制。 个疋 緣一電路範例，其中以兩個變壓器驅動一外電極 =二組。與第1圖中所相同的組件於此不再詳細敘述。 描述的目的，特定元件被群集為區塊314、316與 以及^在第3圖的範例中，具有八個標示為C1至C8的電容， 更夕ί ^標示為^至R6的電11旦。在其他範例中，可以使用 夕$較少的電容與電阻。該電路3〇〇包含一回饋回路，

第12頁 1291841 五、發明說明（8) 以補償偏離電容耦合。 該區塊3 1 4，其與該變壓器1 〇4次要線圈的！|冷π端點耦合， 包含一電容C1，其可以根據通過該變壓器1 〇 4次要線圈的 信號作調整。當適當地調整時，在負載中的電容電流（例 如，加大、偏離，及/或其他的電流）便轉向接地。因為 該電阻R1作用為次要電流的壓載，該電阻R1便可參照為一 種壓載電阻。應該被體會的是該電容C1是被參照為一橋接 蓋，其對該燈管電流控制回路加入一些相位偏移。 在一非限制實施例中，該電容c 1在產生該電路3 0 0的期間 或部分期間中調整。在此方法中，該電路3 0 0在實地上不 需要被重新配置。在另一非限制實施例中，即使該外電極 螢光燈110的一或多個是利用後製（post - production)所 代替，該調整也可以將在該負載中的電容電流轉向接地。 如同在此處所使用的，將電容電流轉向接地意義為所有的 電容電流大致上都被轉向，或是有足夠的電容電流被轉 向，因此未被轉向的任何電容電流，具有在效能上的一相 對小影響。 在一非限制實施例觀點中，電容C1與C2利用在一外電極榮 光燈中間處的一電流變壓器，監看通過該.燈管的電流所調 整。設定該電阻R 3以調整該要求的燈管電流。一種集體修 補（patch-in)電容選擇箱可被使用以調整電容（^與C2，

第13頁 1291841 五、發明說明（9) 直到該燈管電流成為要求的數值。此有 ,Λ ^ _ 有欢率地去除在該變 壓器中的次===電流，僅剩下在該感應電阻^中的燈管 電流。在此方法中’用於燈管電流的回饋可被調整，雖然 對參考此技術電子領域中的技術者而言，用於調整電容^ 與C2的其他技術也是明顯的。此調整方式只需要被實行一 次，雖然在硬體配置改變時必須再被重新&二。 該區塊31 4的輸出，以及輸入至該橋接驅動器1〇8的對應輸 入，代表了該燈管電流。該橋接驅動器1〇8包含一用以感 暴該燈管電流的燈管輸入（LI)。該電阻R3則做為一感應 電阻。 該區塊3 1 6的功能與該區塊3 1 4的相同，並包含一可調整電 容C2與一電阻R2。該區塊31 6的輸出是做為該橋接驅動器 1 0 8的燈管輸入，而該電阻R 3則做為一感應電阻。注意來 自該區塊3 1 4與3 1 6的電流疋一種半波信號，其彼此以半週 期（1 8 0度）而成為非同時協調。當來自該區塊3丨4與3 i 6 的兩電流在電阻R 3中加總時，便成為一種代表該總體燈管 電流的全波信號，如在第4圖中所描述。 存次參考第3圖，來自該橋接驅動器1 0 8的〇 u t R與〇 u t L的信 號’是在該變壓器10 4與1 0 6的主要線圈處接收。注意該變 麈器1 0 6是與該變壓器1 〇 4非同時協調驅動（注意該點集合 )。在一實施例中’該信號是與在第4圖中所描述的right

第14頁 1291841 五、發明說明（ίο) 與LEFT信號相同，形成一種與第4圖中描述L-R信號相同的 大致正弦信號。重要的是該變壓器i 〇4與1 〇6在實體上位於 非常靠近該燈管的地方，並被分別的驅動。在一非限制實 施例中’該信號在相對大的測量铰線上，被運送至該變壓 器1 0 4、1 0 6的主要線圈。 如參考第1圖所描述的，該變壓器1〇4的次要線圈，驅動該 外電極螢光燈組1 〇 2的一第一端點，而該變壓器1〇 6的次要 線圈，驅動該外電極螢光燈組1 〇 2的一第二端點。再次參 •第3圖，有關該變壓器1〇4，該：：欠要線圈的”熱π端點是與 該電容C 5以及該外電極螢光燈11 〇的一第一端點所耦合。 在一非限制實施例中，介於該電容C 5與該外電極螢光燈 11 0之間的路程很短。該電容C7有相對該電容C5為大的傾 向（例如但並不是限制，其為1 q奈法拉（nF)，而電容C5 可能是但不限制為1〇皮法拉（PF))。利用在C5/C7與 C 6 / C 8的分接頭處回饋分離電壓信號形成一種輔助控制回 路。該區塊3 1 8，其包含一偏斜來源（在第3圖的範例中， 該電壓源為5伏特），結合來自該電容電壓分離器分接頭 的兩信號。該形成的電壓信號則回饋至在該橋接驅動器 •8處的電壓輸入（v丨），其在發生錯誤或在該燈管失效 期間’調節在該變壓器i 〇4與1 〇 6輸出處的最大電壓。 可能要注意的是，因為該變壓器1〇4、1〇6是以非同時協士 方式驅動，來自該外電極螢光燈n o的回饋將具有成為入”周

1291841 ________ ___—----— __ 五、發明說明（11) 波形式的傾向。換句話說’當該外電極螢光燈11 〇的第一 端點作用時，該第二端點將不作用，反之亦然。因此，該 作用端點將以一種重複的形式振盪，形成像是一種全波的 回饋。回饋是從兩端點所護得，並用於負載中的電容電流 補償，因此如之前所描述的，該實輳的燈管電流將被感 應0 第5圖描繪一種為了平行連接多數外電極螢光燈提供回饋 “方法的流程圖5 0 0。所提出的專利方法是描繪成為串聯的 .ϋ置模組。然而，該方法的模組可被重新排列，或適當地 配置為平行執行的方式。 在第5圖的範例中，該流程圖在模組5 〇 2處開始，其中一多 數外電極螢光燈以平行方式連接。平行連接的外電極螢光 燈常被參照為一外電極螢光燈組。在該外電極螢光燈組中 的外電極螢光燈數量範圍很廣，便可隨著技術改進成長。 在第5圖的範例中，該流程圖繼績模組5〇4，其中該外電極 燈從第與第二端點驅動。典型地，一外電極螢光燈 $ —第一端點與一第二端點。螢光燈管典型地是從一端 :駟動而另一端點則為接地。然而，在第5圖的範例 用後? f電極螢光燈是在一第一端點與一第二端點處，利 所驅S ::制為分別耦合至該第一與第二端點的變壓器 一 …、而’也可使用多數變壓器驅動該外電極螢光燈

1291841 五、發明說明（12) 組的第一端點，為了描述目的，在此所描述的實施例中， 一外電極螢光燈組是在每一端點處具有一變壓器。 在第5圖的範例中，該流程圖繼續模組5 0 6，其中回饋關聯 違外電極螢光燈的第一與第二端點的電流。該電流可以包 含像是f不限制為偏離電容電流、關聯該外電極螢光燈的 极入電容、負載電流，及/或其他的電流。如同對於電子 領域技術者所明顯的，幾乎可以在一電路的任何點中引入 • 一電容。舉例而言，偏離電容可以與沿著一外電極螢光燈 • •管長度的無數點結合。該回饋電流可以視為分別分別在 一外電極螢光燈第一與第二端點處結合的一第一合併電容 與一第二合併電容。該合併電容並非實體組件，而是可以 用來估$在該外電極螢光燈第一與第二端點處總體電容的 理論構造。如在此處所使用的，該第一與第二合併電容可 =參照，該外電極螢光燈第一與第二端點處所結合的電 容。電容電流也與該外電極螢光燈第一與第二端點處所結 合的相同。 在第5圖的範例中，該流程圖繼續模組5〇8，其中為了與該 t端點關聯的偏離電容，橋接補償與該外電極螢光燈第 • 一端點關聯的電流。—橋接蓋可以調整該偏離電容電流而 •接地。在一非限制實施例中，該橋接蓋可以在該電路製造 •或其部分製造的期間調整，並預先縮放。不過，可以使用 現地可調整橋接蓋或是自動調整橋接蓋。該橋接蓋可以調

ι_

第17 I 1291841 五、發明說明（13) 整以補償任何要求的電容，像是欲入電容。其可能要求補 償所有的電容，或是除了該負載本身結合的其他電容。 在第5圖的範例中，該流程圖繼續模組5 1 0，其中為了與該 第二端點關聯的偏離電容，橋接補償與該外電極螢光燈第 二端點關聯的電流。該模組5 1 0與模組5 0 8相同。 在第5圖的範例中，該流程圖繼續模組5 1 2，其中結合與該 -外電極螢光燈第一與第二端點關聯的橋接補償電流於一回 g信號中。在一非限制實施例中，該回饋信號可以為正弦 信號，如參考第4圖的範例所描述一樣。因為模組5 0 8與 5 1 0的緣故，該回饋信號應該包含帶有偏離（及/或其他） 電容外電極螢光燈的負載電流。 在第5圖的範例中，該流程圖繼續模組51 4，其中使用該回 饋信號以調節遞送至該外電極螢光燈的電力。替代地，該 回饋信號也可用以調節在該外電極螢光燈中的電流。因為 該偏離（及/或其他）電容已經被移除，該回饋信號可以 改善效能。在第5圖的範例中，該流程圖如之前描述繼續 才•且5 04 〇 :在此處所使用的，該術語π實施例π亦為一種做為範例但非 .限制，用以描述的實施例。

第18頁 1291841 五、發明說明（14) 對該領域技術者而言，可以體會該先前範例是為示範實施 例，而非用以限制本發明觀點。其預計所有的變更、增 加、等價與改進，基於包含本發明實際精神與觀點的規格 瞭解與圖示研究，對本領域技術者而言是明顯的。其因此 預期該後續附加申請專利範圍包含這些修改、變更與等 價，是落於本發明實際精神與觀點之中。

第19頁 1291841 圖式簡單說明 第1圖描繪一電路範例，其中有兩個變壓器驅動一外電極 螢光燈組； 第2圖描繪一種系統，其中與第1圖相同的電路被耦合在一 起， 第3圖描繪一電路範例，其中有兩個變壓器驅動一外電極 螢光燈組； 第4圖描繪一完全橋接波形的範例; 第5圖描繪一種用以提供多數平行連接外電極螢光燈回饋 方法的流程圖。 元件符號說明 100 電路 1 0 4 第一變壓器 3 0 0 電路 VI 電壓輸入 C卜 C2、 C3、 C4〜 m、R2、 R3、R4、 200 106 314、 316、 C5、 C6、 C7、 C8 R5、 R6 系統 第二變壓器 318 區塊 電容 電阻

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Claims (1)

1291841 六、申請專利範圍 一第一變壓器，該變壓器具有次要線圈，其中該第一變壓 器的該次要線圈操作上連接至該外電極螢光燈的該第一端 點並連接至該第一橋接蓋； 一第二橋接蓋，該橋接蓋可調整地從一信號移除電容電 流； 一第二變壓器，該變壓器具有次要線圈，其中該第二變壓 器的該次要線圈操作上連接至該外電極螢光燈的該第一端 點並連接至該第二橋接蓋； 一感應電阻，該感應電阻用以促.進來自，該第一橋接蓋的一 r信號以及來自該第二橋接器第二信號的回饋，其中該 信號包含與該外電極螢光燈關聯的一負載電流，而該 第二信號包含與該外電極螢光燈關聯的一負載電流，其 中，在操作上該第一信號具有與由該第一橋接蓋所移除 的，該外電極螢光燈第一端點關聯的電容電流，而該第二 信號具有與由該第二橋接蓋所移除的，該外電極螢光燈第 二端點關聯的電容電流。 5.如申請專利範圍第4項的裝置，其中該第一變壓器進一 步包含主要線圈，而該第二變壓器進一步包含主要線圈， 進一步包括： 壓源； -一橋接驅動器，該橋接驅動器操作上連接至該電壓源、該 感應電阻、該第一變壓器的該主要線圈以及該第二變壓器 的該主要線圈，其中，在操作上，該橋接驅動器接收與該 電壓源關聯的電流以及與來自該第一橋揍蓋的第一信號及

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六、申請專利範圍 f，第一端點驅動該外電極螢光燈; 從该第二端點驅動該外電極螢光燈； :饋與該外電極螢光燈第一端點關聯的電流； 與該外電極螢光燈第二端點關聯的電流； :ΐ ::㊁該”極螢光燈的第-端點關聯的電流，用以 艰移與該弟一端點關聯的電.容； ::與該外電極螢光燈的第二端 偏移與該第二端點關聯的電容；· L用以 外電極螢光燈第一端點關聯的橋 ^用該回饋信號來調節遞送至該外電極螢光燈的電力。 .如申請專利範圍第13項的方法，進一步包括使用一 =的延^接拓&’以處理與該外電極榮光燈第一端點關聯電 战的橋接補彳員，以偏移與該第一端點關聯的電容。 匕=中請專利範圍第i 3項的方法，纟中該外電極榮光燈 為在外電極螢光燈組中的多數之一。 如申請專利範圍第13項的方法，其中該 ^在外電極榮光燈組中的多數之一，且其中該外電= 與该第一變壓器是在一單一級中。 1 7 ·如申明專利範圍第1 3項的方法，其中與該外電極螢光 k第一端點關聯的電流包含負載電流與電容電流。 1 8 ·如申請專利範圍第丨3項的方法，其中用橋接補償與該 外電極螢光燈第一端點關聯的電流以偏移與該第一端點關

第24頁 1291841 六、申請專利範圍 聯電容，而包含將該電容電流轉向接地。 1 9.如申請專利範圍第1 3項的方法，其中用橋接補償與該 外電極螢光燈第一端點關聯的電流以偏移.與該第一端點關 聯電容，而進一步包含橋接補償與該外電極螢光燈第一端 點關聯的電流，以嵌入電容。

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