專利名稱：功率變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子功率變換器。更特別地，本發(fā)明涉及功率變換器和包括功率變換器的液晶顯示器。
對于向電子電路或其它電驅(qū)動的部件或器件提供適量電能來說，功率變換是很重要的問題。這種使用功率變換的電驅(qū)動的器件的一個實(shí)例是液晶顯示器(在下文稱為“LCD”)，其可以用在電視機(jī)(在下文稱為“LCD-TV”)中。LCD的背光消耗大量的電力。30”LCD-TV因?yàn)楸彻庀拇蠹s100W的功率，并且因?yàn)樾盘柼幚硐拇蠹s10W的功率。此外，帶有熒光燈的LCD背光需要帶有交流電流源以及40kHz到80kHz操作頻率的電源。這些操作頻率明顯高于50Hz到60Hz的交流(AC)干線頻率。因此，帶有LCD顯示器的應(yīng)用需要專用的電源單元或功率變換器。
WO 00/38483 A1公開了一種用于驅(qū)動多個熒光燈的直流-交流逆變器。該電路通過使用LCC諧振逆變器產(chǎn)生第一交流電壓。應(yīng)當(dāng)注意，L指的是電感或電感器，C指的是電容器。通過使用變壓器將第一交流電壓變成第二交流電壓。第二交流電壓必須高于被供電的熒光燈所需的點(diǎn)火電壓。LCC諧振逆變器的切換頻率是這種燈驅(qū)動器的唯一控制參數(shù)。因此，只有一個參數(shù)可以被控制。典型地，這一個可控參數(shù)是所有燈功率電平的和。如果改變該被控的燈功率，這兩個交流電壓也改變。因此，用沒有附加的控制參數(shù)的附加的變壓器繞組和整流器電路不能產(chǎn)生恒定的直流輸出電壓。
US 6,023,131公開了一種液晶顯示器的背光器件。一個閘流晶體管(thyristor)作為控制裝置與每一盞燈串聯(lián)連接。
閘流晶體管可以承受大約2000到3000伏特峰值的細(xì)熒光燈的點(diǎn)火電壓，但是具有大且貴的缺陷。因此，現(xiàn)今只能用多個直流-交流逆變器來實(shí)現(xiàn)對單個LCD背光系統(tǒng)中的多個熒光燈的獨(dú)立控制，其中每一盞燈具有其自己的專用逆變器。這種功率變換系統(tǒng)或功率變換器具有尺寸大的缺陷。對于包括具有28”或更大尺寸的LCD并因此包括12到20盞甚至更多盞燈的背光系統(tǒng)來說，該缺陷尤其明顯。
本發(fā)明的一個目的是提供改進(jìn)的功率變換。
根據(jù)如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例，可以通過包括一個帶有至少一個可調(diào)諧振電路的控制器電路的功率變換器來實(shí)現(xiàn)上述目的，其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路包括磁放大器。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例，提供一種功率變換器，其包括至少一個磁放大器。所述至少一個磁放大器當(dāng)中的每一個被集成，并且形成相應(yīng)的可調(diào)諧振電路的一部分，其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個控制相應(yīng)的燈。
因此，可以彼此獨(dú)立地為許多不同的燈供給電流。
根據(jù)如權(quán)利要求2所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路控制熒光燈和低壓燈二者當(dāng)中的一個的操作。所述熒光燈可以是LCD背景光照的一部分，其中可以彼此獨(dú)立地為每一盞熒光燈供給電流或電壓，這樣可以實(shí)現(xiàn)所謂的掃描背光，所述掃描背光可以補(bǔ)償采樣和保持效應(yīng)，并且因此可以補(bǔ)償顯示移動圖像的LCD的運(yùn)動模糊。
根據(jù)本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例的一方面，熒光氣體放電燈可以由功率變換器的可調(diào)諧振電路進(jìn)行控制。有利地，熒光氣體放電燈可以用于例如房間的一般照明。
根據(jù)如權(quán)利要求3所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，該功率變換器包括一個用于將直流輸入電壓變換成第一交流電壓的半橋電路，該半橋電路包括第一功率半導(dǎo)體、第二功率半導(dǎo)體以及第一控制電路。此外，該功率變換器包括第一電容器。有利地，第一電容器濾除半橋電路輸出電壓的直流分量，從而在半橋電路的輸出端得到純粹的第一交流電壓。
有利地，第一控制電路以相同的導(dǎo)通時間間隔交替地并且周期性地接通第一和第二功率半導(dǎo)體。有利地。在第一和第二功率半導(dǎo)體的操作的導(dǎo)通時間周期之間有例如200納秒到1000納秒的短時間間隔，其間兩個功率半導(dǎo)體都被關(guān)斷。在被稱為“停滯時間”或“非重疊時間”的該時間間隔中，在變壓器的互感和相關(guān)電流中存儲的能量總體上導(dǎo)致這兩個功率半導(dǎo)體的低切換損耗。
然后將該半橋電路的第一交流電壓提供給變壓器的初級繞組，以用于從該至少一個可調(diào)諧振電路隔離該半橋電路。此外，該至少一個可調(diào)諧振電路連接到變壓器的第二繞組。有利地，該隔離提供干線電源電壓與該至少一個可調(diào)諧振電路的干線隔離。
根據(jù)如權(quán)利要求4所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，該功率變換器進(jìn)一步包括一個用于將第三交流電壓變換成直流輸出電壓的整流器電路。該整流器電路包括用于將該半橋電路從整流器電路隔離的變壓器的第三繞組、一個串聯(lián)電感器以及多個串聯(lián)電容器。變壓器的第三繞組在此產(chǎn)生第三交流電壓，以給該整流器電路供電。該串聯(lián)電感器和多個串聯(lián)電容器形成一個串聯(lián)諧振變換器，并且該串聯(lián)諧振變換器被調(diào)諧到整流器電路的操作頻率。有利地，該附加的第三變壓器繞組和整流器電路非常容易地提供直流電源電壓。該直流電源電壓可以被提供給需要直流電源電壓的LCD顯示器，該直流電源電壓明顯低于半橋電路的直流輸入電壓。
根據(jù)如權(quán)利要求5所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，每一可調(diào)諧振電路電連接到變壓器的第二繞組和第四繞組。變壓器的這兩個繞組產(chǎn)生兩個具有相反極性或相反符號的交流電壓。有利地，根據(jù)本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例，由于燈和地之間的較小電場，熒光燈和例如反射器的接地金屬部件之間的寄生電容可以傳導(dǎo)較少的泄漏電流。此外，只用一半長度的電壓給電纜和連接器加壓。這對于使用非常長且非常細(xì)的冷陰極熒光燈的30”或更大尺寸的LCD顯示器來說是很重要的，該冷陰極熒光燈具有3000伏特或更大的啟動電壓。
根據(jù)如權(quán)利要求6所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，該半橋電路包括第二控制電路，并且該第二控制電路作為直流輸入電壓的一個函數(shù)來控制半橋電路的切換頻率。
有利地，根據(jù)本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例的一方面，第二控制電路可以包括一個集成的電壓控制振蕩器，其產(chǎn)生兩個功率半導(dǎo)體的切換頻率以及因此該半橋電路的切換頻率。該集成的電壓控制振蕩器可以用來減少與直流輸入電壓成比例的切換頻率，以補(bǔ)償在干線驟降(mains dip)的情況下被轉(zhuǎn)換為功率的直流輸入電壓減小的影響，這是通過使用所述控制器電路和整流器電路的電壓增益功能而實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)如權(quán)利要求7所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，該整流器電路包括一個全橋二極管整流器和一個串并聯(lián)諧振電路，其中該串并聯(lián)的諧振電路包括第一電感器或電感、第二電感器或電感、第二電容器或電容以及第三電容器或電容。該串并聯(lián)諧振電路連接到變壓器的第三繞組?？梢詫⒃摯⒙?lián)諧振電路適配成令其提供這樣一種交流增益特性，該交流增益特性可與驅(qū)動背光燈的燈控制單元中的所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的第一可調(diào)諧振電路的頻率特性相當(dāng)。有利地，通過使用這種結(jié)構(gòu)，可以通過借助于第二控制電路改變半橋電路的切換頻率而部分補(bǔ)償干線驟降期間的直流輸入電壓的電壓降。
根據(jù)如權(quán)利要求8所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，該功率變換器包括一個反饋電路。該反饋電路包括第三控制電路，其中該第三控制電路適于調(diào)節(jié)該半橋電路的切換頻率以便控制直流輸出電壓。
有利地，本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例提供了對可用的控制參數(shù)的非常有效的使用。兩個功率半導(dǎo)體的切換頻率被用在控制環(huán)路中，以調(diào)節(jié)直流輸出電壓，同時可調(diào)節(jié)電感器被用來控制每一盞燈的電流。
根據(jù)如權(quán)利要求9所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，該功率變換器進(jìn)一步包括一個干線整流器電路和一個升壓變換器，其中該干線整流器電路向該升壓變換器提供第一直流電壓，并且其中該升壓變換器向半橋電路提供直流輸入電壓。由一個自身的控制器穩(wěn)定這個直流輸入電壓。有利地，根據(jù)本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例，干線驟降的特殊操作條件可以導(dǎo)致半橋變換器的直流輸入電壓范圍的較小的波動。
根據(jù)如權(quán)利要求10所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，提供一種液晶顯示器，其中該液晶顯示器包括一個功率變換器，并且其中該功率變換器包括一個帶有至少一個可調(diào)諧振電路的控制器電路。所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路包括磁放大器。
換句話說，根據(jù)本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例，提供一種液晶顯示器，其包括一個帶有至少一個磁放大器的功率變換器。所述至少一個磁放大器當(dāng)中的每一個被集成，并形成相應(yīng)的可調(diào)諧振電路的一部分，其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個控制相應(yīng)的燈。
因此，可以彼此獨(dú)立地為許多不同的燈供給電流。
根據(jù)如權(quán)利要求11所述的本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例，該液晶顯示器進(jìn)一步包括一個半橋電路，該半橋電路包括第一功率半導(dǎo)體、第二功率半導(dǎo)體以及第一控制電路。此外，該液晶顯示器包括用于阻塞該半橋的第一直流輸出電壓的第一電容器和帶有至少一個可調(diào)諧振電路的控制器電路。第一控制電路以相同的導(dǎo)通時間間隔周期性地接通第一和第二功率半導(dǎo)體，其中為了使切換損耗最小化，用兩個連續(xù)導(dǎo)通時間間隔之間的零導(dǎo)通的非重疊時間間隔來操作第一和第二功率半導(dǎo)體。將第一交流電壓提供給變壓器的初級繞組，以用于從該至少一個可調(diào)諧振電路隔離該半橋電路，該至少一個可調(diào)諧振電路連接到變壓器的第二繞組。此外，所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路包括磁放大器，并且控制熒光燈的操作。
有利地，根據(jù)本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例，可以為每一熒光燈彼此獨(dú)立地提供電流和電壓，這就允許所謂的掃描背光，所述掃描背光可以補(bǔ)償采樣和保持效應(yīng)以及因此補(bǔ)償顯示移動圖像的LCD的運(yùn)動模糊。
有利地，根據(jù)本發(fā)明的這個示范性實(shí)施例，在第一和第二功率半導(dǎo)體的操作的兩個導(dǎo)通時間周期之間有200納秒到1000納秒的短時間間隔，其間這兩個功率半導(dǎo)體都被關(guān)斷。在被稱為“停滯時間”或“非重疊時間”的這個時間間隔中，在變壓器的互感和相關(guān)電流中存儲的能量總體上導(dǎo)致這兩個功率半導(dǎo)體的低切換損耗。
這可以被看作本發(fā)明的示范性實(shí)施例的要旨所述功率變換器通過使用多個可調(diào)諧振電路提供對多個熒光氣體放電燈當(dāng)中的每一盞燈的獨(dú)立控制，其中每一盞燈對應(yīng)一個可調(diào)諧振電路，每一個可調(diào)諧振電路包括一個磁放大器。有利地，只需要一個直流/交流逆變器，從而可以減小尺寸，這在包括12盞或更多盞燈的大LCD的背光系統(tǒng)中是特別重要的。
參考下文描述的實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得顯而易見。
下面將參考附圖來描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個示范性實(shí)施例的功率變換器的示意電路圖。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的另一示范性實(shí)施例的示意電路圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的另一示范性實(shí)施例的示意電路圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的功率變換器的另一示范性實(shí)施例。
圖5a示出根據(jù)本發(fā)明一個示范性實(shí)施例的功率半導(dǎo)體的柵極-源極電壓的時間相關(guān)性。
圖5b示出內(nèi)部半橋輸出電壓VA(t)和半橋輸出電壓或第一交流電壓VB(t)的時間相關(guān)性。
圖6分別示出第二和第四變壓器繞組n2和n4的輸出電壓的時間相關(guān)性。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明一個示范性實(shí)施例的液晶顯示器的示意圖示。
對于圖1到7的描述，相同的附圖標(biāo)記用于相同或相應(yīng)的元件。
在圖1中描繪的示意電路圖示出根據(jù)本發(fā)明一個示范性實(shí)施例的功率變換器。可以將該功率變換器分成5個子電路，即包括交流/直流變換器的干線整流器電路10或干線整流前端10、升壓變換器電路20或直流/直流變換器、半橋電路30或直流/交流變換器、變壓器Tr1、控制器電路40或交流/交流逆變器以及整流器電路50或交流/直流整流器，其中變壓器Tr1包括第一變壓器繞組n1、第二變壓器繞組n2和第三變壓器繞組n3。
根據(jù)本發(fā)明的功率變換器可以適于驅(qū)動LCD背光系統(tǒng)中的任何種類的熒光氣體放電燈。熒光氣體放電燈既可以是一般照明應(yīng)用中所知的所謂的熱陰極熒光燈又可以是所謂的冷陰極熒光燈或電容耦合熒光燈。應(yīng)當(dāng)注意，所有這些不同類型的熒光燈可以具有不同的啟動電壓和不同的負(fù)載阻抗，這些是用于功率變換器設(shè)計的輸入?yún)?shù)。
交流/交流逆變器或控制器電路40包括多個交流網(wǎng)絡(luò)(LCD背光的每一盞燈對應(yīng)于一個交流網(wǎng)絡(luò))，以便將第二變壓器繞組n2的交流電壓變換成熒光燈中的交流電流。原則上，可以提供多個整流器電路50來產(chǎn)生不同的直流輸出電壓。因此，這種體系結(jié)構(gòu)被稱為可伸縮(scalable)系統(tǒng)，其已被命名為Scarlet。
干線整流器電路10包括一個用于約90伏特到264伏特之間的輸入電壓的交流干線輸入端。此外，該干線整流器電路10包括四個二極管11、12、13和14，它們被配置成對交流干線電壓進(jìn)行整流，從而得到從0伏特到370伏特范圍內(nèi)的直流電壓VDC.1。在干線整流器電路10的輸出端處的整流后的直流電壓VDC.1可以具有正弦形狀的半波的形式。
升壓變換器電路20包括電容器C1、控制電路6、電感器L1、二極管D1、輸出電容器C2和開關(guān)T1。可以以金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(在下文稱為“MOSFET晶體管”)的形式來實(shí)現(xiàn)開關(guān)T1。開關(guān)T1的控制輸入端(即MOSFET晶體管開關(guān)的柵極電極)連接到控制電路6的輸出端。
干線整流器電路10和升壓變換器電路20向半橋電路30提供穩(wěn)定后的直流輸入電壓VDC.2。用來提供穩(wěn)定后的直流電壓的干線整流器電路10和升壓變換器電路20在所屬技術(shù)領(lǐng)域中都是公知的，因此不再很詳細(xì)地進(jìn)行描述。升壓變換器電路20的輸出電壓可以在正常操作中被調(diào)節(jié)到例如400伏特的數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明的升壓變換器電路20的一個特殊操作條件是干線驟降。在這種情況下，將交流干線電壓關(guān)斷例如20ms的短時間間隔。在這個時間間隔期間，升壓變換器電路20的輸出電容器C2可以不被該升壓變換器充電，并且Scarlet電路或功率變換器對C2放電，例如放電到300伏特。這在干線驟降的特殊操作條件下可以導(dǎo)致Scarlet電路的增加的直流輸入電壓VDC.2范圍。
半橋電路30包括第一控制電路1、第二控制電路2、第一功率半導(dǎo)體T2、第二功率半導(dǎo)體T3、第一電容器C4和用來限制VA(t)的電壓上升時間的電容器C3。兩個功率半導(dǎo)體T2、T3可以在半橋配置中以各自的功率MOSFET的形式實(shí)現(xiàn)，并且可以被用來產(chǎn)生脈沖的直流電壓VA(t)。電容器C4濾除VA(t)的直流分量，以便產(chǎn)生純粹的交流電壓VB(t)。這兩個電壓都在圖5b中示出。C4的電容值很高，使得其在操作頻率下的交流阻抗很低，從而導(dǎo)致C4的低交流電壓降。
第二控制電路2以相同的導(dǎo)通時間周期交替接通功率半導(dǎo)體T2和T3。在兩個連續(xù)導(dǎo)通時間周期或感應(yīng)時間間隔之間存在一個例如200ns到1000ns的零導(dǎo)通的非重疊時間間隔，其間這兩個功率半導(dǎo)體都被關(guān)斷。在被稱為“停滯時間”或“非重疊時間”的該時間間隔期間，在第一變壓器繞組n1的互感和相關(guān)電流中存儲的能量改變C3的電壓，從而導(dǎo)致這兩個功率半導(dǎo)體T2和T3的低切換損耗和電容器C3的受限制的電壓上升和下降時間?？梢员O(jiān)控功率半導(dǎo)體T3的峰值電流以保護(hù)該半橋免于遭受過電流。
第二控制電路2產(chǎn)生所述兩個功率半導(dǎo)體T2和T3的切換頻率?？梢越柚诩傻碾妷嚎刂普袷幤?在圖1中未描繪)來實(shí)現(xiàn)切換頻率的產(chǎn)生。該集成的電壓控制振蕩器可以用來減小與直流輸入電壓成比例的切換頻率，以便補(bǔ)償在干線驟降的情況下被轉(zhuǎn)換成功率的直流輸入電壓VDC.2減小的影響，這是通過使用所述控制器電路40和整流器電路50的電壓增益功能而實(shí)現(xiàn)的。
以第一變壓器繞組n1、第二變壓器繞組n2、第三變壓器繞組n3和第四變壓器繞組n4(見圖2)的方式使用變壓器Tr1，以便將控制器電路40和整流器電路50從干線電壓隔離，并將輸入電壓從半橋電路30 VB(t)改變成用交流總線電壓VC(t)和VD(t)驅(qū)動交流/交流逆變器或控制器電路40所需的電壓值，如圖2所描繪的那樣。第一變壓器繞組n1由半橋電路30供電，第二和第四變壓器繞組n2和n4分別給控制器電路40供電，并且第三變壓器繞組n3給整流器電路50供電。
根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的Scarlet電路或功率變換器的優(yōu)點(diǎn)在于變壓器Tr1的適度的電壓應(yīng)力。典型地用繞組n2或n4(見圖2)產(chǎn)生最大電壓。該電壓是關(guān)于正常操作中的燈電壓的。用諧振電路(例如圖1中的L2和C5)在燈點(diǎn)火的短暫瞬間產(chǎn)生熒光燈的較高點(diǎn)火電壓。因此，Scarlet電路的變壓器Tr1與已知的直流/交流逆變器電路中的變壓器相比更小且更便宜，已知的變壓器常常持續(xù)地產(chǎn)生所供電的熒光燈的點(diǎn)火電壓。
交流/交流逆變器電路或控制器電路40包括可調(diào)節(jié)電感器或磁放大器L2和L3、第一控制器電路3、第二控制器電路4、電容器C5、C6、C7和C8。第二變壓器繞組n2向控制器電路40供給變換后的交流電壓VC(t)。將這個交流電壓從第一變壓器繞組n1處的第一交流電壓變換成第二變壓器繞組n2處的第二交流電壓。
對每一盞燈(例如圖1到4中的燈1和燈2)的獨(dú)立控制在其中每一盞燈帶有其自身的可調(diào)諧振電路和控制電路的功率變換電路中被實(shí)現(xiàn)?？烧{(diào)諧振電路的控制裝置是可調(diào)節(jié)電感器L2和L3。可調(diào)節(jié)電感器已知為磁放大器。磁放大器包括至少兩個繞組。第一繞組是功率電感器，第二繞組用來以直流控制電流使電感器中的磁導(dǎo)材料飽和。只要這個控制電流在流動，該磁部件就飽和，其結(jié)果是功率電感器的電感值的減小。
一種用這種控制技術(shù)操作熒光燈的方法如下所述首先，由于零控制電流，燈關(guān)斷并且L2的電感值最大。帶有L2和C5的諧振電路的諧振頻率低于半橋電路30的操作頻率。其次，L2中的控制電流增加，L2的電感值和阻抗減小。L2、C5和C6中的交流電流增加，并且因此C5和C6上的電壓也增加。在這個操作模式中，第一控制器電路3限制C5和C6的最大電壓，以便保護(hù)部件免受損壞。C5和C6是在C5上具有主要電壓降的電容性分壓器。因而，電容器C6對于帶有L2和C5的諧振電路具有非常小的影響。一旦C5和C6的電壓達(dá)到所需的啟動電壓或點(diǎn)火電壓，熒光燈就開始傳導(dǎo)部分電流L2?，F(xiàn)在，燈接通，并且可以通過改變控制電流以及用其改變L2的阻抗來改變在燈中流動的功率。在這個操作模式中，第一控制器電路1通過監(jiān)控?zé)綦娏鱽砜刂茻舻牧炼?。通過再次將控制電流減小到零，L2的阻抗增加并且L2中的電流減小到流經(jīng)C5和C6以使得燈熄滅的電流量，這是因?yàn)闊?中不再有電流流動。第二控制電路4連同磁放大器L3和電容器C7與C8一起相應(yīng)地操作并控制燈2。
整流器電路50包括第三變壓器繞組n3、電感器L4、二極管D2、D3、電容器C9、C10和輸出電容器C17。
第三變壓器繞組n3向整流器電路50供給交流電壓。將這個交流電壓從第一變壓器繞組n1處的第一交流電壓變換成變壓器繞組n3處的第三交流電壓。整流器電路50輸出直流電源電壓，其可以被用來給LCD顯示器提供明顯低于半橋電路30處的直流輸入電壓的直流輸出電壓。
可以通過繞組n3的匝數(shù)來設(shè)置直流電壓VDC.3的值。其典型地比VB(t)的振幅小得多，以便給顯示器的其它電路供電，比如信號處理電路和音頻放大器。
此外，將該直流輸出電壓與干線電壓電隔離。根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例，用附加的變壓器繞組n3和整流器電路50可以容易地在所謂的Scarlet電路或功率變換器中實(shí)現(xiàn)這個直流電源電壓。配置二極管D2和D3以及電容器C9和C10，以使得它們作為所謂的倍壓器來操作。因?yàn)檎髌麟娐?0不包括其自身的控制裝置，所以直流輸出電壓VDC.2可以出于兩個原因而變化。首先，直流輸入電壓VDC.2可以在干線驟降的情況下降低，其不能被升壓變換器電路20補(bǔ)償。其次，如果由于變壓器和整流器電路的內(nèi)部阻抗的電壓降而使得直流輸出的負(fù)載電流改變，則直流輸出電壓VDC.2可以改變。對阻抗的明顯貢獻(xiàn)來自于變壓器的泄漏電感。
可以通過電容器C9和C10的阻抗在整流器電路50中補(bǔ)償上述阻抗。第三變壓器繞組n3中的交流電流在對這兩個電容器之中的一個進(jìn)行充電的同時對另一個進(jìn)行放電。因此，這兩個電容器的有效交流阻抗是C9和C10的和。為了最終以最好的方式補(bǔ)償直流輸出電壓VDC.3的依賴于負(fù)載的電壓降，串聯(lián)諧振電路的諧振頻率被設(shè)計為接近直流/交流逆變器或半橋電路30的切換頻率。該串聯(lián)諧振電路的串聯(lián)諧振電感器是L4，并且第三變壓器繞組n3的泄漏電感是L4的一部分。該諧振電路的串聯(lián)諧振電容是C9和C10的和。
電容器C17充當(dāng)用于直流輸出電壓VDC.3的輸出濾波器電容器。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例的功率變換器的示意電路圖。
因?yàn)樵趫D2到4中描繪的功率變換器包括與圖1描述的功率變換器相同或相應(yīng)的部件或功能元件，并且在上面已經(jīng)很詳細(xì)地描述了這些部件或功能元件，所以下面只描述圖2到4中描繪的、本發(fā)明的示范性實(shí)施例的附加特征和部件。
圖2的控制器電路40包括附加的第四變壓器繞組n4。變壓器Tr1的兩個繞組n2和n4用來產(chǎn)生兩個交流電壓，即第二變壓器繞組n2處的第二交流電壓和第四變壓器繞組n4處的第四交流電壓，其中兩個交流電壓具有相反的極性。電感器L2和L3各包括用于對應(yīng)的功率電感器或磁放大器的兩個繞組。在這個配置中，C5和C6的串聯(lián)連接被施加僅僅一半的燈電壓，同時另一半燈電壓被提供給C11和C12。這種配置具有這樣的優(yōu)點(diǎn)由于燈和地之間的較小的電場，熒光燈和例如反射器的接地金屬部件之間的寄生電容可以傳導(dǎo)較少的泄漏電流。此外，電纜和連接器也只被施加一半的燈電壓。這對于使用非常長且非常細(xì)的冷陰極熒光燈的30”或更大的LCD顯示器來說是很重要的，該冷陰極熒光燈具有大約3000伏特峰值或更大的啟動電壓。
應(yīng)當(dāng)注意，第二控制器電路4、電感器L3、電容器C7、C8、C13和C14以及第四變壓器繞組n4以與如上所述的第一控制器電路3、C5、C6、C11、C12、L2和n2相同的方式進(jìn)行操作。
圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例的功率變換器的示意電路圖，其中整流器電路50包括電感器L4、L5、二極管D4、D5、D6、D7、電容器C15、C16以及輸出電容器C17。
可以借助于串聯(lián)諧振電路使圖3中描繪的整流器電路50適于補(bǔ)償由于直流輸入電壓VDC.2的變化而引起的直流輸出電壓VDC.3的附加變化，該串聯(lián)的諧振電路擴(kuò)展到串并聯(lián)諧振電路。在不實(shí)施電感器L5的情況下，可以在整流器電路50中得到一個LCC型諧振電路?？梢栽O(shè)計這種LCC型諧振電路，以使得其具有與LC型諧振電路相當(dāng)?shù)慕涣髟鲆嫣匦?，該LC型諧振電路在用于驅(qū)動背光燈的控制器電路40中實(shí)現(xiàn)。使用這種電路，在干線驟降期間的直流輸入電壓的電壓降可以借助于第二控制電路2、通過改變半橋電路30的切換頻率而被部分補(bǔ)償，這已經(jīng)在上面進(jìn)行了描述。此外，如已提到的那樣，通過添加電感器L5可以將LCC型諧振電路擴(kuò)展為LLCC型諧振電路，以便減少導(dǎo)致變壓器Tr1的較低電流應(yīng)力的無功功率流。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例的功率變換器的示意電路圖，其進(jìn)一步包括控制電路5和光耦合器7。輸出電壓VDC.3被控制電路5測量，該控制電路5將該電壓與一個基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。第三控制電路5的輸出信號是例如借助于光耦合器7越過干線隔離傳遞的誤差信號?，F(xiàn)在光耦合器7的輸出信號是第二控制電路2中的電壓控制振蕩器的輸入信號。功率變換器的這個示范性實(shí)施例最充分地利用了可用控制參數(shù)。兩個功率半導(dǎo)體T2和T3的切換頻率被用在控制環(huán)路中以調(diào)節(jié)直流輸出電壓VDC.3，同時可調(diào)節(jié)電感器被用來控制每一盞燈中的電流。
圖5a示出在根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例的半橋電路30中實(shí)現(xiàn)的功率半導(dǎo)體的柵極-源極電壓的時間相關(guān)性。如可以從圖5a中看到的那樣，兩個功率半導(dǎo)體T2和T3具有時間相關(guān)的柵極-源極電壓VGS(t)，其中兩個柵極-源極電壓具有相等的導(dǎo)通時間間隔并被周期性地操作。用兩個連續(xù)導(dǎo)通時間間隔之間的零導(dǎo)通的非重疊時間間隔來操作第一和第二功率半導(dǎo)體T2和T3，以便使切換損耗最小。
圖5b示出內(nèi)部半橋輸出電壓VA(t)和第一交流電壓VB(t)的半橋輸出電壓的時間相關(guān)性。因?yàn)殡娙萜鰿4濾除VA(t)的直流分量以產(chǎn)生純粹的交流電壓VB(t)，所以第一交流電壓VB(t)在峰值數(shù)值+VDC.2/2和-VDC.2/2之間振蕩。
圖6分別示出第二和第四變壓器繞組n2和n4的輸出電壓的時間相關(guān)性，其已經(jīng)在圖2中進(jìn)行描述。如圖6中可以看到的那樣，兩個輸出電壓VC(t)和VD(t)以1/fs的周期周期性地在峰值電壓+Vamplitude和-Vamplitude之間振蕩，其中這兩個電壓之中的每一個具有不同的極性。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例的液晶顯示器60的圖示。液晶顯示器60的背面包括一個根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的功率變換器(在圖中未示出)?，F(xiàn)今的LCD-TV的背光系統(tǒng)(其包括與圖7中示意性描繪的一樣的液晶顯示器)通常具有15”到40”或更大的顯示器對角線，并且使用4到20盞或甚至更多盞熒光燈。圖7的液晶顯示器實(shí)現(xiàn)了一個根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的功率變換器，其允許對每一盞燈的獨(dú)立控制以及具有低容差的相同的燈電流。此外，其提供所謂的掃描背光特征，該掃描背光特征可以補(bǔ)償采樣和保持效應(yīng)以及因此補(bǔ)償顯示移動圖像的LCD的運(yùn)動模糊。
權(quán)利要求
1.功率變換器，包括一個具有至少一個可調(diào)諧振電路的控制器電路；其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路包括一個磁放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的功率變換器，其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路適于控制一盞熒光氣體放電燈的操作。
3.如權(quán)利要求2所述的功率變換器，進(jìn)一步包括一個用于將直流輸入電壓變換成第一交流電壓的半橋電路，該半橋電路包括第一功率半導(dǎo)體、第二功率半導(dǎo)體以及第一控制電路；將脈沖的直流電壓變換成交流電壓的第一電容器；其中第一控制電路用相同的導(dǎo)通時間間隔周期性地接通第一和第二功率半導(dǎo)體；其中為了使切換損耗最小化，用兩個連續(xù)導(dǎo)通時間間隔之間的一個零導(dǎo)通的非重疊時間間隔來操作第一和第二功率半導(dǎo)體；其中將第一交流電壓提供給一個變壓器的初級繞組，以用于從該至少一個可調(diào)諧振電路隔離該半橋電路；以及其中該至少一個可調(diào)諧振電路連接到該變壓器的第二繞組。
4.如權(quán)利要求3所述的功率變換器，進(jìn)一步包括一個用于將第三交流電壓變換成直流輸出電壓的整流器電路，該整流器電路包括用于將該半橋電路從該整流器電路隔離的變壓器的第三繞組；一個串聯(lián)電感器；多個串聯(lián)電容器；其中該變壓器的第三繞組向該整流器電路供給第三交流電壓；其中該串聯(lián)電感器和所述多個串聯(lián)電容器形成一個串聯(lián)諧振變換器；以及其中將該串聯(lián)諧振變換器調(diào)諧到該整流器電路的操作頻率。
5.如權(quán)利要求4所述的功率變換器，其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路連接到該變壓器的第二繞組和第四繞組；其中該變壓器的第二繞組提供具有第一極性的第二交流電壓，并且該變壓器的第四繞組提供具有第二極性的第四交流電壓；以及其中第一和第二極性相反。
6.如權(quán)利要求4所述的功率變換器，其中該半橋電路包括第二控制電路，以及其中第二控制電路作為所述直流輸入電壓的一個函數(shù)來控制該半橋電路的切換頻率。
7.如權(quán)利要求4所述的功率變換器，其中該整流器電路包括一個全橋二極管整流器和一個串并聯(lián)諧振電路；其中該串并聯(lián)諧振電路包括第一電感器、第二電感器、第二電容器和第三電容器；其中該串并聯(lián)諧振電路連接到該變壓器的第三繞組；其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的第一可調(diào)諧振電路提供第一頻率特性；其中該整流器電路提供第二頻率特性；以及其中第一頻率特性和第二頻率特性彼此相對應(yīng)。
8.如權(quán)利要求7所述的功率變換器，包括一個反饋電路，該反饋電路包括第三控制電路；其中第三控制電路適于調(diào)節(jié)該半橋電路的切換頻率，以便控制該直流輸出電壓。
9.如權(quán)利要求4所述的功率變換器，進(jìn)一步包括一個干線整流器電路和一個升壓變換器；其中該干線整流器電路向該升壓變換器提供第一直流電壓；以及其中該升壓變換器向該半橋電路提供一個直流輸入電壓。
10.一種液晶顯示器，該液晶顯示器包括一個功率變換器，該功率變換器包括一個具有至少一個可調(diào)諧振電路的控制器電路；其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路包括一個磁放大器。
11.如權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，進(jìn)一步包括一個用于將直流輸入電壓變換成第一交流電壓的半橋電路，該半橋電路包括第一功率半導(dǎo)體、第二功率半導(dǎo)體以及第一控制電路；將一個脈沖的直流電壓變換成交流電壓的第一電容器；具有至少一個可調(diào)諧振電路的控制器電路；其中第一控制電路用相同的導(dǎo)通時間間隔周期性地接通第一和第二功率半導(dǎo)體；其中為了使切換損耗最小化，用兩個連續(xù)導(dǎo)通時間間隔之間的一個零導(dǎo)通的非重疊時間間隔來操作第一和第二功率半導(dǎo)體；其中將第一交流電壓提供給一個變壓器的初級繞組，以用于從該至少一個可調(diào)諧振電路隔離該半橋電路；其中該至少一個可調(diào)諧振電路連接到該變壓器的第二繞組；其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路包括一個磁放大器；以及其中所述至少一個可調(diào)諧振電路當(dāng)中的每一個可調(diào)諧振電路控制一盞熒光燈的操作。
全文摘要
適于提供n+1個控制參數(shù)來獨(dú)立地給n盞燈和一個直流電流消耗裝置供電的功率變換器，其通常包括n個逆變器，每一盞燈一個。根據(jù)本發(fā)明的一個示范性實(shí)施例的功率變換器(10－50)通過使用n個可調(diào)諧振電路(L2、L3、C5－C8)但是只有一個占用較大空間的逆變器(30)和一個變壓器(Tr.1)來提供對每一盞燈的獨(dú)立控制，其中每一個可調(diào)諧振電路包括一個磁放大器(L2、L3)。有利地，這導(dǎo)致尺寸上的減小，其可以導(dǎo)致更小型和更便宜的LCD應(yīng)用。
文檔編號H02M3/337GK1868110SQ200480029901
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月13日
發(fā)明者U·博克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司