TWI345749B - Piezoelectric transformer module for generating balance resonance driving current and related light module - Google Patents

Description

1345749 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種用來產生驅動燈管之電壓之電換流控制模组，尤指一 種包含壓電換流器之電換流控制模組。 【先前技術】 隨著顯示設備的演進’冷陰極榮光燈管（Cold Cathode Fluorescent

Lamp ’ CCFL)液晶顯示器(TFT-LCD)多數皆採用做為背光源此一冷陰極 螢光燈管需經一高頻電麼源進行驅動點亮，燈管内部惰性氣體因高電壓衝 擊而產生光弧，以提供充足之光源供液晶顯示器顯像使用。近年來壓電換 流器（Piezoelectric Transformer)製程技術之精進，採用壓電換流器作為提 供冷陰極螢光燈管驅動電壓已日趨普遍❶壓電換流器體積小、重量輕，且 具高電能轉換效率、高可靠度、高絕緣、不可紐與無電磁干擾等 眾多優勢，因而已大量被採用於背光源換流器設計。但採用壓電換流器之 換流器應驅動多燈管背光模組時’其壓電換流器常因諧振電路之電感 及壓電換流器-次側等效電容所產生之自然諧振鮮不同與燈管間之穩態 特性組抗不匹配，導致每組驅動電路與壓電換流器間之自騎振頻率誤 差，而致使燈管點亮後之多組輸出端電壓品f不良與燈管電流不平衡等現 象產生，並大幅降低換流器之整體輸出效率，嚴重時將導致面板光學均句 度不佳與顯像品質低落。 先前技術見美國專利公告第6,914,365號，該專利揭露彻單一電感與 四組並聯之磨電誠H進行驅祕管。由於四域電換流錢用共同的電 6 感作為四組Μ電換流器之諧振電感，其雖可達每組屋電換流器之自然譜振 鮮相離態’較限於四組_換流如狀-摘等效電容差異影響 與流入母祕電換流器之紐無法平衡，料致每組㈣換流器輸出端電 醉衡度獨自，嚴重啸造成某繩龍魅輸㈣麵大喊毀。另 一方面，在美國專利公告第6,724，126射，纖-種壓電換流器驅動螢 ^燈管之裝置。該專利_兩組電感以分別對兩組壓電換流器進行驅動燈 ^然而棘置將造成兩,生不_自鋪翻率，且亦 將受壓電換流H内部等效電容差異影響，而使流經兩組壓電紐器上之電 流不*同，因此兩_電換流錄出端之輸出電壓與電流品質將不理想，且 。出管電μ亦無輯到平狀絲，其無法_於多燈管應料問題仍然 存在。 因此壓電換机器應用於多燈管面板時，如何驅動每組燈管使得其驅 動電流之自然諧振頻率點—致以產生均勻平衡的驅動電流，以及提高整體 輪出效率，實已絲相關產業人員之研究重點。 【發明内容】 、，因此本發明之主要目的在於提供—種使複數個壓電換流器輸出諸振 平衡驅動電流之流㈣難以及辆触，畴壯述先紐術的問 題。 根據本發敗-實酬係提供—種賴敵繼組，时驅動一第一 1345749 燈官以及一第一燈官，其包含一第一壓電換流器、一第二壓電換流器以及 一諧振平衡電路。該第一壓電換流器用來轉換一供應電壓訊號為一第一驅 動電壓訊號，並輸出至該第一燈管。該第二壓電換流器用來轉換該供應電 壓訊號為一第一驅動電壓訊號並輸出至該第二燈管。該譜振平衡電路包含 一一次侧以及一二次側，該一次側係耦接於該第一壓電換流器以及該第二 壓電換流器，該二次側係依據流經該一次侧之電流產生一感應電壓以調整 該供應電壓訊號。 本發明之另一實施例係提供一種光源模組，其包含一第一燈管、一第 二燈管、一電源控制器、一橋式轉換器、一第一壓電換流器、一第二壓電 換流器、一諧振平衡電路以及一保護電路。該第一以及第二燈管係用來產 生光線。該電源控制器係用來依據一控制訊號產生一電源驅動訊號。該橋 式轉換器係用來依據該電源驅動訊號產生一供應電壓訊號。該第一壓電換 流器係用來轉換該供應電壓訊號為一第一驅動電壓訊號，並輸出至該第一 燈官。該第二壓電換流器係用來轉換該供應電壓訊號為一第二驅動電壓訊 號並輸出至該第二燈管。該諧振平衡電路包含—次側以及一二次側，該 一次側係耦接於該第一壓電換流器以及該第二壓電換流器，該二次側係輸 出一感應電壓。該保護電路係耦接於該諧振平衡電路之該二次側以及該電 源控制器’用來依據該感應電壓產生該控制訊號。 本發明之又一實施例係提供一種光源模組，其包含複數個燈管、一電 源控制器、一橋式轉換器、一電換流控制模組以及一保護電路。該複數個 8 燈管用來產生光線。該電源控制器係用來依據一控制訊號產生一電源藥動 訊號β該橋式轉換器係用來依據該電源驅動訊號產生一供應電壓訊號。該 電換流控制模組包含複數個控制模組，每一控制模組包含一第一壓電換流 器、一第二壓電換流器以及一諧振平衡電路。該第一壓電換流器係用來轉 換該供應電麼訊號為一第一驅動電壓訊號，並輸出至該些燈管之一燈管。 該第二壓電換流器係用來轉換該供應電壓訊號為一第二驅動電壓訊號，並 輪出至該些燈官之一燈管。該諧振平衡電路包含一一次側以及一二次側， 該一次側係耦接於該第一壓電換流器以及該第二壓電換流器，該二次側係 依據流經該一次側之電流產生一感應電壓。該保護電路係耦接該電源控制 器，用來依據該複數個控制模組產生之感應電壓產生該控制訊號。 【實施方式】 請參閱第1圖，第1圖係本發明之光源模組10之示意圖。光源模組10 包含一電源控制器12、一橋式轉換器(1^§6〇)1^1161*)14、一電換流控制模 組16、一保護電路18以及複數個燈管201-20Ν。燈管201-20Ν係用來產生 光線，複數個燈管24可為冷陰極螢光燈（(：〇1£1(：她0(^11101^(^社&1^， CCFL)、一外電極螢光燈管（External Electrode Fluorescent Lamp，EEFL) 或一平面燈管等等。其透過電換流控制模組16所提供的驅動電壓產生光 線。電源控制器12可接收保護電路18所送入之控制訊號Ic〇m,並依據控 制訊號Icom進行閉迴路控制運算，並將運算結果輸出成可變脈波寬度之數 位電源驅動訊號Vdrive予橋式轉換器14。此外，電源控制器12亦同時依 據保護電路18所送入之電壓保護訊號vcom來判斷複數個燈管2〇1_2〇N其 1345749 巾之-燈管是调與短路。當—燈管發生異常開路或短路時，則電源控制 • 器12备可經由此電壓保護訊號Vcom來判斷燈管已發生異常狀態，並達關 閉(Shutdown)電源控制器12之保護功能。 橋式轉換器14會依據不同數位電源驅動訊號Vdrive輸出不同責任週期 (Duty)之供應電壓訊號Vduty予電換流控制模組16，其中，供應電壓訊號 Vduty之責任週期寬度係依據電源驅動訊號Vdrive之相位差決定之。因此， φ S電換流控制模'缸16接收橋式轉換器Η送入之供應電壓訊號Vduty，並將 此供應電壓訊號Vduty經内部LC自然諧振後，會輸出具有相同諧麵率之

驅動電壓Vlampl-VlampN予複數個燈管201-20N，使得每一燈管201-20N 皆工作在穩定的驅動電壓vlampl_vlampN之下。橋式轉換器14可以是一 全橋式(Full-bridge)轉換器、半橋式(Half-bridge)轉換器或是一推挽式 (Push-Pull)轉換器，亦或採用功率晶體切換可產生高頻訊號輸出之轉換器。 本實施例之光源模組10可應用於液晶顯示器，以作為液晶顯示面板所需要 • 的背光源，或是其它類似需要複數個燈管作為光源的裝置。 凊一併參閱第1圖及第2圖。第2圖係第1圖之電換流控制模組16之 一實施例以及複數個燈管201-202之示意圖。電換流控制模組16包含一第 一壓電換流器22卜一第二變壓換流器222以及一諧振平衡電路3〇。隨後， 第一壓電換流器221以及第一壓電換流器222會分別將供應電歷訊號vduty 轉換為驅動電壓訊號Vlampl以及Vlamp2予燈管2〇1、2〇2。一般來說，驅 動電壓訊號Vlampl、Vlamp2互為反相(亦即相位差為18〇度）(> 橋式轉換器 10 1345749 14之供應電壓訊號Vduty分別送入電換流控制模組16之第一壓電換流器 221之輸入正端與第二壓電換流器222之輸入負端。第一壓電換流器221之 輸入負端以及第二壓電換流器222之輸入正端間串接一諧振平衡電路（亦 即繞線式變壓器30)，其中，繞線式變壓器30具有一次側(線圏b_d)以及二 次側(線圈a-c)，且線圈b-d與線圈a-c之匝數比值可依電路需求情況設計為 1 · 1、1 · N、或是n : 1。b-d線圈之電感值L1與壓電換流器221與222 之電容值C1與C2將產生自然諧振頻率。 當供應電壓訊號yduty輸入壓電換流器221與222時，輸入電壓νρζτΐ 可經由諧振元件L1與C1產生之自然諧振濾波後，昇壓轉換為正向於 VPZT1之交流正弦驅動電壓viampl ;同理，輸入電壓VPZT2可經由L1 與C2產生之自然諧振濾波後，昇壓轉換為反向於γρΖΤ2之交流正弦驅動 電壓Vlamp2。則此反向之驅動電壓Viampl與Vlamp2即可以分別驅動燈 管201、202點亮。由於兩壓電換流器22卜222使用共同的諧振元件L1， 所以則兩壓電換流器221、222之自然諧振頻率將會相同。由於壓電換流器 221、222之自然諧振頻率點設定將會影響整體之輸出效率與電壓及電流諧 波成分，因此在流經C卜L1與C2迴路上的電流相同以及自然諧振頻率相 同的狀態下，兩壓電換流器221、222產生之驅動電壓viampl、Vlamp2以 及流經燈管201、202之電流Ilampl、Ilamp2將會達均勻與平衡狀態。 同時，由於電流流經變壓器30之b-d線圈，則變壓器30之電磁柄合效 應將感應一感應電壓Vfb於a-c線圈，並傳送至保護電路18。保護電路18 11 1345749 會依據感應電壓Vfb產生不同的控制訊號Ic〇m，以達到回授控制光源模組 10的目的。 當壓電換流器221、222在進行驅動燈管201、202點亮時，如果燈管 201之輸出端發生開路時’則此時壓電換流器221之驅動電壓vlampl將瞬 間變大’而使壓電換流器221本身因機械震動損耗更大的能量，此時也流 入壓電換流器201的輸入電流虼亦會增加。相對地，如果燈管2〇1輸出端 發生異常短路時，則此時壓電換流器221輸出端電流將瞬間變大，而使壓 電換流器221需要更大的輸入能量，此時輸入電流IL亦將增加。因此，當 壓電換流器221或是222輸出端無論發生開路亦或短s，壓電換流器之電 - 流S II將會增加，亦即感應電壓Vfb瞬間變大。所以保護電路18在偵測到 - 感應電壓Vfb之振幅超過一預設值時’即可產生一電壓保護訊號Vcom予 電源控制器I2。電源控制器π 一但接收到電壓保護訊號Vc〇m後即會執行 保護關閉(Shutdown)等功能。 请參閱第3圖，第3圖係第1圖之電換流控繼組16之另一實施例以 及複數個燈管2G1-2G4之示；|圖。電触控讎組16侧來驅動四個燈管 201-204。電換流控繼組16包含—第一控制模組161以及一第二控制模組 162。第-控制模組161包含二屢電換流器221、222以及一諸振平衡電路(亦 即繞線式變壓器3〇1)，而第二控制模組⑹包含二壓電換流器⑵、级以 及-諧振平衡電路(亦即繞線式變壓器3〇2)。壓電換流器功之輸入負端與 壓電換流器222之輸入正端間串接繞線式變壓器s〇l，在壓電換流器如之 12 1345749 輸入負端與壓電換流器224之輸入正端間串接繞線式變壓器3〇2。因此繞線 式變壓器301為麼電換流器221 ' 222之諧振元件，而繞線式變壓器302為 壓電換流器223、224之諧振元件。當供應電壓訊號vduty輸入時，可分別 在壓電換流器221、222、223、224之輸入端建立電壓vpzTl、vpzT2、 VPZT3與VPZT4，且分別經由自然諧振濾波後，昇壓轉換為交流正弦驅動 電壓 Vlamp卜 Vlamp2、Vlamp3、Vlamp4 以驅動燈管 201、202、203、204。 由於壓電換流器22卜222採用共同的繞線式變壓器3〇1之電感值[丨，則所 產生之自然諧振頻率將會相同。同理，壓電換流器223、224採用共同的繞 線式變壓器302之電感值L1，則所產生之自然諧振頻率將會相同。感應電 壓Vfb係變壓器301電磁麵合感應於a-c線圏之輸出電壓vL21與變壓器3〇2 電磁輕合感應於a-c線圈之輸出電壓Vl22之和，故只需控制感應電壓vfb， 即可平衡控制C卜L1與C2迴路上的電流量iL11與C3、L1與C4迴路上的 電流量IL12，並達控制壓電換流器22卜222、223與224所輸出之驅動電流 值 Ilampl、Ilamp2、Ilamp3、Ilamp4。 除此之外，只要任一壓電換流器輸出端異常開路或是短路時，其感應 電壓vfb瞬間變大。而保護電路18在偵測到感應電壓vfb之振幅超過一預 設值時，即可產生一電壓保護訊號Vcom予電源控制器12。電源控制器12 一但接枚到電壓保護訊號Vcom後即會執行保護關閉(Shutdown)等功能。 請參閱第4圖，第4圖係第1圖之電換流控制模組16之又一實施例以 及複數個燈管201-20N之示意圖。電換流控制模組16包含複數個控制模組 13 1345749 161_16n’每-控繼組包含二«換流器以及—諧振平衡電路(亦即繞線式 變壓器）’每-塵電換流器係用來輸出—驅動電廢至—燈管^也就是說電 換流控制難16可Μ來驅衫條管平娜亮，且每—控鑛組之二歷 電換流器間自麵振鮮_。此外，每-控娜組之諧振平衡電路之二 次側會依據流經-次側之電流產生對應之感應電虔。而保護電路财可以 利職_應錢Vfb(脚每—湖之銶平魏路細之感應電壓 之和)之振幅是否超過-預設值來觸是砰壓電換魅與燈管之間發生開 路或短路。當感應電M Vfb之振幅超出一預設值時，即輸出電壓保護訊號 Vcom至電源控制器12以執行關閉功能，達到保護之目的。其操作原理與 第3圖所示之四燈管操作原理相同，在此不另贅述。 本發明之光源模組10可應用於液晶顯示器，用來驅動複數個燈管(例如 冷陰極螢光燈和外電極螢光燈管)以產生液晶顯示面板所需要之背光。 相較於先前技術，本發明提供一種具有電換流控制模組之光源模組。 該光源模組内的複數個壓電換流器係串接於至少一諧振平衡電路，使得每 —壓電換流器諧振頻率相同，以確實提高輸出至燈管的驅動電流效率。此 外，光源模組利用一保護電路偵測該等諧振平衡電路產生感應電壓以判斷 感應燈管異常狀態，由於該感應電壓係對應於燈管電流，故可控制燈管電 流量平衡穩定與異常保護等功能。 雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任 何熟習此技藝者’在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與 14 1345749 修改，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之光源模組之示意圖。 第2圖係第1圖之電換流控制模組之一實施例以及複數個燈管之示意 圖。 第3圖係第1圖之電換流控制模組之另一實施例以及複數個燈管之示意 圖。 第4圖係第1圖之電換流控制模組之又一實施例以及複數個燈管之示意 【主要元件符號說明】 10 光源模組 16 電換流控制模組 12 電源控制器 14 橋式轉換器 18 保護電路 201-20N 燈管 221-224壓電換流器 30 諧振平衡電路 301 、302諧振平衡電路 161-16N 控制模組 15

Claims (1)

1. 2011年5月丨8曰替換頁

   、申請專利範圍：

   1‘ -種電換流控制模組，用來驅動—第—燈管以及―第二燈管，該第一 燈管包含-第-端以及-第二端，該第二燈管包含—第三端以及一第 四端，該第一端輕接於該第四端，其包含： -第-壓電換流器’其包含—第—端、—第二端以及—第三端，該第 -壓電換流器的第三端耗接該第—燈管的第—端，用來轉換一供應 電壓訊號為一第一驅動電磨訊號，並輸出至該第一燈管； -第二壓電換流器，其包含-第四端、—第五端以及—第六端，該第 -壓電U的第六端輕接該第二燈管的第三端，用來轉換該供應 電壓訊號為一第二驅動電壓訊號並輸出至該第二燈管；以及 -諸振平衡電路，包含一次侧以及-二次側，該-次侧餘接於該 第壓電換流器以及該第二壓電換流器，該二次侧係依據流經該一 次側之電流產生一感應電壓以調整該供應電壓訊號，該一次侧的兩 端分別直接連接該第一壓電換流器的第二端和該第二壓電換流器的 第四端。 2. 如申請專利範圍帛丨J員所述之電換流控制模組，其中該一次側與該二 次側之線圈匝數係不同。 3. 如申請專利範圍第1項所述之電換流控制模組，其中該第一驅動電壓 訊號以及該第二驅動電壓訊號之相位差為180度。 4. 一種光源模組，其包含： 複數個燈官，用來產生光線，其包含一第一燈管以及一第二燈管，該 2011年5月18曰替換頁 第—燈管包含一第一端以及一第二端，該第二燈管包含-第三端以 及第四端，戎弟一端輕接於該第四端； 電源控制ϋ ’絲依據-控制訊號產生—電源驅動訊號； 橋式轉換is ’用來依據該電源驅動喊產生—供應電壓訊號； 第壓電換流，其包含一第一端、一第二端以及一第三端，該第 —壓電換流ϋ的第三端輪該第—燈管的第—端，用來轉換該供應 電壓訊號為一第一驅動電壓訊號，並輸出至該複數個燈管之第一端； 第—壓電換流器，其包含一第四端、一第五端以及一第六端，該第 —壓電換流器的第六端耦接該第二燈管的第三端，用來轉換該供應 電壓訊號為一第二驅動電壓訊號並輸出至該複數個燈管之第二端； 一堦振平衡電路，包含一―次側以及一二次側，該一次側係耦接於該 第一壓電換流器以及該第二壓電換流器，該二次侧係依據流經該一 次側之電流產生一感應電壓，該一次侧的兩端分別直接連接該第一 壓電換流器的第二端和該第二壓電換流器的第四端；以及 —保護電路，耦接於該諧振平衡電路之該二次側以及該電源控制器， 用來依據該感應電壓產生該控制訊號。 5.如申請專利範圍第4項所述之光源模組，其中該複數個燈管皆係—冷陰 極螢光燈（Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、一外電極榮光燈管 (External Electrode Fluorescent Lamp，EEFL)或一平面燈管。 6·如申請專利範圍第4項所述之光源模組，其中該保護電路用來於該感 應電壓之振幅超過一預設值時，產生一電壓保護訊號予該電源控制器 1345749 、 20丨丨年5月丨8日替換頁 以控制該電源控制器停止輸出該電源驅動訊號。 7.如申請專利範圍帛4項所述之光源模組，其中該一次侧與該二次側之 線圈匝數係不同。 ' 8.如申請專利範圍第4項所述之光源模組，其中該橋式轉換器係依據該 電源驅動訊號之脈寬產生該供應電壓訊號。 9.如申請專利範圍帛8項所述之光源模組，其中該橋式轉換器包含一全 橋式(Full-bridge)轉換器、半橋式(Haif_bridge)轉換器或是—推輓式 _ (Push-Pull)轉換器。 10_如申請專利範圍第8項所述之統模組，其中該第—驅動電壓訊號以 及該第二驅動電壓訊號之相位差為18〇度。 U·—種液晶騎器’包括—如巾請專利範ϋ第4項所述之絲模組。 U·—種光源模組，其包含： 複數個燈管’用來產生光線，其包含一第一燈管以及一第二燈管該 % 第-燈官包含-第-端以及—第二端，該第二燈管包含—第三端以 及一第四端，該第二端耦接於該第四端； 電源控制器，用來依據一控制訊號產生一電源驅動訊號； 掩式轉換器’用來依據該電馳動訊號產生—供應頓訊號； ' 1換流控纖組，包含複數個控繼組，每-控麵組包含： 第-壓電換流器，其包含-第一端、一第二端以及—第三端，該第 〜壓電触n的第三雜接該第—燈管的第_端，用來轉換該供應 電壓訊號為-第-驅動電壓訊號，並輸出至該第一燈管； 18 1345749 20丨丨年5月18曰替換頁

   一第二壓電換赫，其包含—細端 第五端以及-第六端，該第 —壓電換流器的第六端耦接該第二燈管的第三端，用來轉換該供應 電壓訊號為一第二驅動電壓訊號，並輸出至該第二燈管；以及 一諧振平衡電路，包含一一次側以及一二次側，該一次側係耦接於該 第壓電換流器以及該第一壓電換流器，該二次側係依據流經該一 次側之電流產生一感應電壓，該一次側的兩端分別直接連接該第一 壓電換流器的第二端和該第二壓電換流器的第四端；以及 —保護電路，耦接該電源控制器，用來依據該複數個控制模組產生之感 應電壓產生該控制訊號。 i3·如申請專利範圍第12項所述之光源模組，其中該複數個燈管皆係一冷 陰極螢光燈（Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、一外電極勞光燈 管（External Electrode Fluorescent Lamp，EEFL)或一平面燈管。

   14_如申請專利範圍第12項所述之光源模組，其中該保護電路用來於該該 複數個控制模組產生之感應電壓之振幅超過一預設值時，直生一電壓 保護訊號予該電源控制器以控制該電源控制器停止輸出該電源驅動訊 號。 15. 如申請專利範圍第12項所述之光源模組，其中該一次側與該二次側之 線圈匝數係不同。 16. 如申請專利範圍第12項所述之光源模組，其中該橋式轉換器係依據該 電源驅動訊號之脈寬產生該供應電壓訊號。 17. 如申請專利範圍第16項所述之光源模組，其中該橋式轉換器包含一全 19 1345749 20丨丨年5月18曰替換頁 橋式(Full-bridge)轉換器、半橋式(Half-bridge)轉換器或是一推輓式 (Push-Pull)轉換器。 18. 如申請專利範圍第12項所述之光源模組，其中該第一驅動電壓訊號以 及該第二驅動電壓訊號之相位差為180度。 19. 一種液晶顯示器，包括一如申請專利範圍第12項所述之光源模組。

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