專利名稱：具有耦合的磁元件的多燈lcd后光驅動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在LCD顯示中驅動多燈的變換器。更特別地，本發(fā)明涉及用于每個多燈驅動器電路的電感器磁耦合和輸出變壓器磁耦合。
基于LCD的監(jiān)視器通常需要有效和低分布后光用于信息顯示。在工業(yè)上廣泛使用狹窄直徑冷陰極熒光燈(CCFL)，例如飛利浦的T1型。隨著監(jiān)視器尺寸的增加，需要多燈用于面板照明。為了驅動這些CCFL，需要有高效率及低分布高頻電子鎮(zhèn)流器。由于它的低損耗和低應力，電壓反饋半橋共振轉換器常用來驅動CCFL和其它熒光燈。在多CCFL電子變換器發(fā)展中，人們常常更喜歡使用一個單獨變換器而不用二個或更多變換器以便減少成本和電路復雜性。這種努力，普遍使用

圖1中所稱串聯(lián)結構和圖2中的并聯(lián)結構用于雙燈變換器。比較這兩種結構，人們可以有下面觀察結果。
圖1中串聯(lián)結構具有a)由于輸出變壓器初級側的串聯(lián)連接，燈電流匹配較好，b)較少的(3)磁元件。然而，它具有較高的輸出變壓器匝數(shù)比，它轉化為較高的初級側繞組電流，和較多的傳導損耗。又，當輸出變壓器次級側繞組匝數(shù)增加時，導線的尺寸需要減小(例如，44AWG)使導線與已給的窗口面積相符合。除了在繞組中提供較高傳導損耗以外，小尺寸線可能會在制造過程中引起問題。
另一方面，圖2中并聯(lián)結構可以使用較低匝數(shù)比輸出變壓器。除了清楚的模塊化以外，可以減少次級側漏電感并且改進系統(tǒng)性能。然而，圖2中并聯(lián)結構遭受差的燈電流匹配并且需要更多的(4)磁元件用于雙燈。需要用磁元件集成方法克服并聯(lián)結構中的不足。
本發(fā)明中，提出了兩種磁元件集成途徑來克服并聯(lián)結構的不足。在第一種途徑中，用于驅動多燈的變換器具有用于驅動第一燈的第一電路。第一電路由第一電感器串聯(lián)第一輸出變壓器組成，以驅動第一燈。第二電路驅動第二燈。第二電路由第二電感器串聯(lián)第二輸出變壓器組成，它驅動第二燈。第一和第二變壓器用第一單獨磁芯耦合在一起，這樣來自第一和第二變壓器中的磁通量在磁芯中被抵消，減少了芯損耗。在第二種途徑中，第一種途徑所描述的變換器進一步包括耦合第一和第二電感器的第二磁芯，這樣連接所述電感器的端子以使增強通量或使通量最小，這樣分別把漏電感減至最小或平衡繞組電流。
在第一種途徑中，變換器有帶有三個并行互連分支或支路的芯。分支中的兩個是外分支，一個是內分支。第一和第二變壓器繞在外分支上，并被內分支耦合，這樣抵消了來自第一和第二變壓器的磁通量。抵消是由這種方式完成的具有第一和第二初級的第一和第二變壓器，以反并聯(lián)排列方式分別位于它們各自芯的相反末端。同樣地，第一和第二變壓器有第一和第二次級，以反并聯(lián)排列方式分別位于它們各自芯的相反末端。
本發(fā)明將進一步使用附圖來解釋。在附圖中圖1表示串聯(lián)結構的現(xiàn)有技術LCD后光變換器示意附圖。
圖2表示并聯(lián)結構的現(xiàn)有技術LCD后光變換器示意附圖。
圖3表示本發(fā)明LCD后光變換器示意附圖，它具有帶有耦合的磁元件的并聯(lián)結構。
圖4是耦合輸出變壓器實施例構造框圖。
圖1表示串聯(lián)結構的現(xiàn)有技術液晶顯示(LCD)后光變換器。在這種結構中，使用一個變換器激勵二個(CCFL)燈。電壓源Vin(10)跨接在電容C2(12)兩端以提供Vdc(14)來激勵變換器電路?？刂萍呻娐?IC)(16)控制跨接在電容C2(12)兩端的開關Q1(20)和Q2(22)。當開關Q1(20)閉合時，開關Q2(22)斷開，并且當開關Q1(20)斷開時，反過來是真。電感器Lp(24)有一端連接到開關Q1(20)和Q2(22)的公共端，另一端連接到變壓器T1(28)初級(26)，它與變壓器T2(32)初級(30)串聯(lián)。初級(30)另一端連接到電容C4(36)一端，電容C4(36)另一端連接到Vdc(14)。變壓器T1(28)次級(38)有一端連接到燈(40)，另一端接地。變壓器T2(32)次級(42)有一端連接到燈(44)，另一端接地。電容C3(46)有一端連接到電容C4(36)，另一端接地。傳感電阻Rsense(50)有一端連接到燈(40)并且另一端接地。同樣，第二傳感電阻Rsense(52)有一端連接到燈(44)并且另一端接地。傳感電阻Rsense(50)、(52)用于分別檢測燈(40)，(44)中的電流。所檢測的電流經過線路(56)和(58)提供給控制IC(16)。控制IC(16)也分別提供控制線路(62)和(64)到開關Q1(20)和Q2(22)來斷開或閉合開關，因此一個開關是開啟的而同時另一個開關是關閉的，反之亦然。
運行中，外部電壓源Vin(10)提供電壓在電容C1(12)兩端，它建立電壓Vdc(14)。對后光LCD屏幕，控制IC(16)在控制線路(62)上提供控制信號來開啟開關Q1(20)。這與電容C4(36)和C3(46)組成的電壓分壓器電路一起在點N和M之間產生二分之一Vdc(14)。在點M和N之間，電感器Lp(24)和變壓器初級(28)、(32)有二分之一Vdc作用在它們上。變壓器初級(28)，(22)提供作用于變壓器次級(38)，(42)信號來分別驅動燈(50)和(52)。在高頻開關周期第二半中，來自控制IC(16)的控制信號作用于開關Q2(22)使它開啟。同時開關Q1(20)關斷。傳感電阻Rsense(50)、(52)用于分別檢測燈R1p(40)和(44)中電流，并分別經過線路(56)和(58)提供信息到控制IC(16)。串聯(lián)結構的優(yōu)缺點已在前面背景中陳述。
圖2表示具有并聯(lián)結構的現(xiàn)有技術液晶顯示(LCD)后光變換器。和圖1中相同的元件在圖2中將保持同樣數(shù)字。在這種結構中，使用一個變換器激勵二個(CCFL)燈。外部電壓源Vin(10)跨接在電容C2(12)兩端以提供Vdc(14)來激勵變換器電路?？刂艻C(16)控制跨接在電容C2(12)兩端的開關Q1(20)和Q2(22)。當開關Q1(20)閉合時，開關Q2(22)斷開，并且當開關Q1(20)斷開時，反之亦真。電感器Lp1(70)有一端連接到開關Q1(20)和Q2(22)的公共端，另一端連接到變壓器T1(74)初級(72)一端。初級(72)的另一端連接到電容C4(76)一端，C4(76)另一端連接到Vdc(14)。電感器Lp2(78)有一端連接到開關Q1(20)和Q2(22)的公共端，另一端連接到變壓器T1(84)初級(82)一端。和初級(72)一樣，初級(84)的另一端連接到電容C4(36)一端，電容C4(36)另一端連接到Vdc(14)。
變壓器T1(74)次級(86)有一端連接到燈(40)，另一端接地。變壓器T2(84)次級(88)有一端連接到燈(44)，另一端接地。電容C3(46)有一端連接到電容C4(36)，另一端接地。傳感電阻Rsense(50)有一端連接到燈(40)，另一端接地。用相同的方式，第二傳感電阻Rsense(52)有一端連接到燈(44)，另一端接地。傳感電阻Rsense(50)、(52)用于分別檢測燈(40)，(44)中的電流。所檢測的電流經過線路(56)和(58)提供給控制IC(16)?？刂艻C(16)也分別提供控制線路(62)和(64)到開關Q1(20)和Q2(22)來斷開或閉合開關，從而一個開關是開啟的，而同時另一個開關是關閉的，反之亦然。
運行中，電壓源Vin(10)提供電壓在電容C1(12)上，其建立電壓Vdc(14)。對后光LCD屏幕，控制IC(16)在控制線路(62)上提供控制信號來開啟開關Q1(20)。它與電容C4(36)和C3(46)組成的電壓分壓器電路一起在點N和M之間產生二分之一Vdc(14)。在點M和N之間，電感器Lp1(70)和變壓器初級(72)有二分之一Vdc作用其上。同樣地，在點M和N之間，電感器Lp2(78)和變壓器初級(84)有二分之一Vdc作用它們上。變壓器初級(72)、(82)提供信號作用于變壓器次級(86)和(88)來分別驅動燈(40)和(44)。傳感電阻Rsense(50)，(52)用于分別檢測燈R1p(40)，(44)中的電流，并分別經過線路(56)和(58)提供信息到控制IC(16)。為了完成第二部分高頻開關周期，來自控制IC(16)的控制信號提供給開關Q2(22)使它開啟。同時開關Q1(20)關閉。并聯(lián)結構的優(yōu)缺點已在前面背景中陳述。
圖3表示本發(fā)明經過改進的液晶顯示(LCD)后光變換器。本發(fā)明是如圖2所示具有二個改進的并聯(lián)結構。第一個改進是采用公共磁芯電感器耦合。第二個改進是采用帶有公共磁芯的變壓器耦合。和圖2中相同的元件在圖3中將保持同樣數(shù)字。在這種結構中，使用一個變換器激勵二個(CCFL)燈。外部電壓源Vin(10)跨接在電容C2(12)兩端以提供Vdc(14)來激勵變換器電路?？刂艻C(16)控制跨接在電容C2(12)兩端的開關Q1(20)和Q2(22)。當開關Q1(20)閉合時，開關Q2(22)斷開，并且當開關Q1(20)斷開時，反之是正確的。電感器Lr1(94)有一端連接到開關Q1(20)和Q2(22)公共端，另一端連接到變壓器T1-2(99)繞組(98)的初級(96)一端，后面的變壓器由耦合在一起的變壓器(28)和(32)組成(圖3所示)并有兩組繞組(98)和(100)，每組繞組有一個初級和一個次級。初級(96)的另一端連接到電容C4(36)一端，C4(36)另一端連接到Vdc(14)。電感器Lr2(104)有一端連接到開關Q1(20)和Q2(22)公共端，另一端連接到變壓器T1-2(99)繞組(100)的初級(106)一端。同初級(96)一樣，初級(106)的另一端連接到電容C4(101)的一端，C4(101)另一端連接到Vdc(14)。初級(96)和(106)是變壓器T1-2(99)的兩個部分。
電感器Lr1(94)和Lr2(104)繞在公共磁芯上構成耦合諧振電感器(105)。兩個諧振電感器緊密地耦合入單獨磁芯。用雙股磁線構造的兩個繞組，在耦合諧振電感中漏電感減至最小值。此外，沿著磁場增強方向連接端子，有效電感加倍。結果，匝數(shù)可以減少到原來的2的平方根分之一(reduced by the square root of two)。傳導損耗隨之減少。
在耦合諧振電感器另一個實施例中，諧振電感器(94)和(104)的端子沿著磁場減少方向連接，這樣諧振電感器的通量相反。結果，在兩個繞組中的電流被適當?shù)仄胶狻綦娏麟S后也被適當?shù)仄胶狻?br> 變壓器T1-2(99)繞組(98)的次級(112)有一端連接到燈(40)，另一端接地。變壓器T1-2(99)繞組(100)的另一個次級(114)有一端連接到燈(44)，另一端接地。電容C3(116)有一端連接到電容C4(100)，另一端接地。傳感電阻Rsense(50)有一端連接到燈(40)，另一端接地。用同樣方式，第二傳感電阻Rsense(52)有一端連接到燈(44)，另一端接地。傳感電阻Rsense(50)，(52)常用于分別檢測燈R1p(40)和(44)中的電流，并分別通過線路(56)和(58)提供信息到控制IC(16)。輔助繞組(118)和(119)常用于檢測初級電壓并提供反饋到控制IC(16)?？刂艻C(16)也提供控制線路(62)和(64)分別到開關Q1(20)和Q2(22)來斷開或閉合開關，因此一個開關開啟，一個開關關閉，反之亦然。
具有初級(96)，(106)和次級(112)，(114)的繞組(98)，(100)與芯(108)一起構成耦合輸出變壓器T1-2(99)。變壓器用圖4中所示方式構造，它使用典型的E型芯(120)。芯(120)有兩個外分支(122)和(124)及一個內分支(126)。外分支(122)和(124)作為磁芯，分別用于變壓器(98)和(100)(圖3所示)。輸出變壓器繞組(98)有裝配在一個繞線架(135)上的初級(130)，次級(132)和輔助(118)繞組。同樣地，輸出變壓器繞組(100)有裝配在一個繞線架(141)上的初級(136)，次級(138)和輔助(119)繞組。輔助繞組(118)和(119)用于感知初級電壓并提供反饋到控制IC(16)(圖3所示)。內分支(126)用作磁芯來耦合變壓器(98)和(100)。用于變壓器(98)的初級繞組(130)同用于變壓器(100)的初級繞組(136)反并聯(lián)排列，這意味著它們位于各自芯的相反端。同樣地，用于變壓器T1(98)和T2(100)的次級和輔助繞組反并聯(lián)排列。如圖4所示，假設T1(98)中通量是φ1，T2(100)中通量是φ2。用兩個繞線架的反并聯(lián)布局，在中心支路中的通量是φ1-φ2。這意味著在中心支路中的通量被基本上減少。在完美匹配情況下，通量可以接近于零。由于這個原因，在中心支路中的芯損耗可以達到最小。
除了導致較低芯損耗之外，可以使用耦合輸出變壓器排列來大大地減少來自相對大的芯材料性能差異的失配影響。原因是兩個繞組共享同一個芯。裝置與裝置的差異被大大地減少。
用于LCD監(jiān)視器的發(fā)明的多燈驅動器利用耦合磁元件技術于諧振電感器和輸出變壓器，雖然它們可以單獨使用。結果，磁元件總數(shù)減少到兩個，并聯(lián)結構中自然實現(xiàn)燈電流匹配，并且輸出變壓器匝數(shù)比保持低水平。特別是，使用適當?shù)睦@組和連接技術，可以減少耦合諧振電感器中的匝數(shù)，它導致電感器尺寸較小。通過耦合輸出變壓器中繞組結構的適當排列，在芯支路中的通量幾乎可以抵消并且減小輸出變壓器芯損耗。更重要的，這種結構自然減少芯材料性能公差的影響，因此改進了燈電流的匹配。用這些方式，可以獲得高效率低成本CCEL燈驅動器。這種雙燈驅動電路布局可以作為標準部件用于四芯線組或更多的偶數(shù)燈后光系統(tǒng)。基于并聯(lián)結構，可以獲得系統(tǒng)模塊性。
另外，除了如圖4外，芯可以有不同的眾所周知的現(xiàn)有技術結構。當本發(fā)明更完美實施例被顯示和描述時，本領域的技術人員還想到大量變化和互換的實施例。因此，本發(fā)明只由附屬權利要求來限定。
權利要求
1.一種用于驅動多燈的變換器，包括負載電路，它裝備有，用于驅動第一燈(40)的第一電路，所述第一電路由第一電感器(94)串聯(lián)第一輸出變壓器(98)組成，所述變壓器驅動所述的第一燈(40)，用于驅動第二燈(44)的第二電路，所述第二電路由第二電感器(104)串聯(lián)第二輸出變壓器(100)組成，所述的變壓器驅動所述的第二燈(44)，所述第一和第二變壓器(98)，(100)由第一單磁芯(108)耦合在一起，這樣來自所述第一和第二變壓器(98)，(100)的磁通量在所述磁芯中抵消，減少了芯損耗同時改進了燈電流匹配。
2.權利要求1的變換器，其中所述第一和第二變壓器(98)，(100)有位于所述第一磁芯(108)上的第一和第二初級(96)、(106)，使得磁通量抵消。
3.權利要求1或2的變換器，其中所述第一和第二變壓器(98)、(100)有位于所述的第一磁芯(108)上的第一和第二次級(112)、(114)，使得磁通量抵消。
4.權利要求1，2或3的變換器，包括與所述第一和第二電感器(94)，(104)耦合的第二磁芯(102)，所述第一和第二電感器(94)、(104)的端子以磁場增強的方向連接，使得漏電感最小并且減少有效匝數(shù)和電感器損耗。
5.權利要求1，2或3的變換器，包括與所述第一和第二電感器(94)，(104)耦合的第二磁芯(102)，所述第一和第二電感器(94)、(104)的端子以磁場降低的方向連接，使得在電感器和燈中的電流平衡。
6.權利要求1，2，3，4或5的變換器，具有帶有三個并行互連支路(124)，(126)，(122)的所述的芯(108)，所述分支中有兩個是外分支(124)，(122)和一個是內分支(126)，所述第一和第二變壓器(98)，(100)繞在所述外分支(124)，(122)上并且被所述內分支(126)耦合，這樣來自所述第一和第二變壓器(98)，(100)的磁通量在內分支(126)中抵銷。
7.權利要求7的變換器，其中所述第一和第二變壓器(98)，(100)分別有第一和第二初級(96)、(106)，它們以反并聯(lián)排列位于各自芯的相反端。
8.權利要求6或7的變換器，其中所述第一和第二變壓器(98)，(100)分別有第一和第二次級(112)，(114)，它們用反并聯(lián)排列方式位于它們各自芯相反端。
9.前述權利要求中的一個或多個的變換器，其中變換器包括電壓反饋橋電路，裝備有-輸入端，用于到提供DC-電壓的電壓源的連接，-耦合到所述輸入端的兩個開關單元的串聯(lián)裝置，第一電路的第一端和第二電路的第一端耦合到所述開關單元之間的端子上，和-控制電路，耦合到所述的開關單元各自的控制端來交替使它們導通和非導通。
10.權利要求9的變換器，還包括電容裝置，所述電容裝置的第一側耦合到輸入端之一，所述電容裝置的第二側耦合到第一電路的第二端及第二電路的第二端。
11.權利要求1的變換器，連接到電壓源(10)，所述第一和第二變壓器(98)，(100)有第一和第二初級(96)、(106)，所述電壓源(10)在所述第一電感器(94)和所述第一初級(96)上并還在所述第二電感器(104)和所述第二初級(106)上提供電壓。
12.權利要求12的變換器，包括跨接在所述電壓源(10)兩端的電壓分壓器網絡，用于在所述第一電感器(94)和所述第一初級(98)上及在所述第二電感器(104)和所述第二初級(106)上提供分壓電壓。
13.權利要求10的變換器，包括電壓源(10)，用于在所述第一電感器(94)和所述第一初級(96)上并進一步在所述第二電感器(104)和所述第二初級(106)上提供電壓。
14.權利要求14的變換器，包括跨接在所述電壓源(10)兩端的電壓分壓器網絡，用于在所述第一電感器(94)和所述第一初級(94)上及在所述第二電感器(104)和第二初級(106)上提供分壓電壓。
15.權利要求11的變換器，包括電壓源(10)，用于在所述第一電感器(94)和所述第一初級(96)上并進一步在所述第二電感器(104)和所述第二初級(106)上提供電壓。
16.權利要求16的變換器，包括跨接在所述電壓源(10)兩端的電壓分壓器網絡，用于在所述第一電感器(94)和所述第一初級(96)上及所述第二電感器(104)和第二初級(106)上提供分壓電壓。
17.權利要求1的變換器，包括耦合所述第一和第二電感器(94)，(104)的第二磁芯(102)，所述第一和第二電感器(94)，(104)的端子以磁場減少的方向連接，以便平衡電感器和燈二者中的電流。
18.權利要求4的變換器，包括耦合所述第一和第二電感器(94)，(104)的第二磁芯(102)，所述第一和第二電感器(94)、(104)的端子以磁場減少方向連接，以便平衡兩電感器和兩燈中的電流。
19.一種驅動多燈的變換器，包括，用于驅動第一燈(40)的第一電路，所述第一電路由第一電感器(94)串聯(lián)第一輸出變壓器(98)組成，所述變壓器驅動所述第一燈(40)，用于驅動第二燈(44)的第二電路，所述第二電路由第二電感器(104)串聯(lián)第二輸出變壓器(100)組成，所述變壓器驅動所述第二燈(44)，第二磁芯(102)，耦合所述第一和第二電感器(94)、(104)，所述第一和第二電感器(94)、(104)的端子以磁場減小方向連接，以便于平衡兩電感器和兩燈中的電流。
20.一種驅動多燈的變換器，包括，用于驅動第一燈(40)的第一電路，所述第一電路由第一電感器(94)串聯(lián)第一輸出變壓器(98)組成，所述變壓器驅動所述第一燈(40)，用于驅動第二燈(44)的第二電路，所述第二電路由第二電感器(104)串聯(lián)第二輸出變壓器(100)組成，所述變壓器驅動所述第二燈(44)，第二磁芯(102)，耦合所述第一和第二電感器(94)、(104)，所述第一和第二電感器(94)，(104)的端子以磁場增強的方向連接，以使漏電感最小并且減少有效匝數(shù)和電感器損耗。
全文摘要
本發(fā)明中，一個用于驅動多燈的變換器有用于驅動第一燈的第一電路。第一電路由第一電感器串聯(lián)第一輸出變壓器組成，以驅動第一燈。第二電路驅動第二燈。第二電路由第二電感器串聯(lián)第二輸出變壓器組成，它驅動第二燈。第一和第二變壓器用第一單磁芯耦合在一起，這樣來自所述第一和第二變壓器的磁通量在磁芯中被抵消，在改進電流匹配同時減少芯損耗。第一實施例中所描述的變換器在第二實施例中進一步包括耦合第一和第二電感器的第二磁芯，具有減至最小的漏電感。用于雙燈后光的磁元件數(shù)量則減到2個。
文檔編號H05B41/282GK1401205SQ01803084
公開日2003年3月5日 申請日期2001年7月17日 優(yōu)先權日2000年8月10日
發(fā)明者張勁 申請人:皇家菲利浦電子有限公司