專利名稱：用于多個ccf燈操作的均流方案及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0002本發(fā)明一般涉及平衡變壓器，特別是涉及一種在多燈背光系統(tǒng)中進行均流處理或電流共享的環(huán)平衡器(ring balancer)。
背景技術(shù)：
0003在液晶顯示(LCD)的應(yīng)用中需要背光來照射屏幕，以便進行可視化顯示。隨著LCD顯示板(例如LCD電視或大屏幕LCD監(jiān)視器)尺寸的增加，冷陰極熒光燈(CCFL)背光系統(tǒng)可和多個燈一起操作，以使顯示器獲得高質(zhì)量的照度。多燈操作的問題之一在于，如何使每個燈保持基本相等或受控的操作電流，從而在顯示屏幕上產(chǎn)生期望照度效果，同時還要減少電子控制和功率開關(guān)裝置以降低系統(tǒng)成本。下面將討論一些技術(shù)難題。
0004CCFL操作電壓的變化一般為給定電流等級的±20％左右。將多個燈并聯(lián)連接在公共電壓源上，在沒有平衡機制的情況下在這些燈中實現(xiàn)相等均流處理是十分困難的。而且，在較低操作電壓燈被點亮后，可能不能點亮具有較高操作電壓的燈。
0005利用多個燈來構(gòu)建顯示板時，為每個燈提供相同的環(huán)境條件是困難的。因而，對于每個燈寄生參數(shù)是不同的。燈的寄生參數(shù)(例如寄生電抗或寄生電容)在典型的燈布局中有時變化很大。在高頻率和高電壓操作條件下，寄生電容的不同導(dǎo)致了每個燈的電容泄漏電流不同，電容泄漏電流是每個燈的有效燈電流(因而以及亮度)中的一個變量。
0006一種方法是串聯(lián)連接變壓器的初級繞組，并將燈連接在這些變壓器各自的次級繞組上。在這種配置下由于流經(jīng)初級繞組的電流基本相等，經(jīng)過次級繞組的電流就可由安培匝數(shù)平衡機制來控制。通過這種方式，次級電流(或燈電流)就可由一個公共初級電流調(diào)節(jié)器和變壓器匝數(shù)比來控制。
0007在燈數(shù)量以及相應(yīng)的變壓器數(shù)量增加時，上述方法會受到限制。隨著燈數(shù)量的增加，輸入電壓會受到限制，因此降低了每個變壓器初級繞組可用的電壓。設(shè)計這種相聯(lián)變壓器或聯(lián)合變壓器較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
0008本發(fā)明提供了一個用于驅(qū)動多個熒光燈的背光系統(tǒng)，所述熒光燈例如為具有準確電流匹配的冷陰極熒光燈(CCFL)。例如，當利用一個公共交流(AC)源對并聯(lián)配置的多個負載供電時，通過在公共AC源和多個負載之間以一種環(huán)平衡器配置的形式插入多個平衡變壓器，將流經(jīng)每個獨立負載的電流控制成基本相等或者控制為某個預(yù)定比率。所述平衡變壓器包括各自的初級繞組，它們分別與每個負載獨立地串聯(lián)連接。所述平衡變壓器的次級繞組被同相地串聯(lián)連接，從而形成一個短路回路。所述次級繞組傳導(dǎo)一個公共電流(例如短路電流)。通過為平衡變壓器使用相同的匝數(shù)比，使由各自的平衡變壓器的初級繞組傳導(dǎo)的電流以及流經(jīng)相應(yīng)負載的電流相等，或者通過使用不同的匝數(shù)比使它們成一個預(yù)定比率。
0009通過平衡變壓器的電磁平衡機制和耦合穿過次級繞組的環(huán)的電磁交叉，有利于在環(huán)平衡器中實現(xiàn)電流匹配(或均流)。在多個負載(例如，燈)中的均流有利地是通過一個簡單的無源結(jié)構(gòu)來控制的，而不使用額外的有源控制機制，降低了背光系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。不同于在負載數(shù)量增加時變得相當復(fù)雜乃至有時會不可實現(xiàn)的傳統(tǒng)的平衡-不平衡變壓器(balun)的方案，上述方案更為簡單、成本更低、更易于制造，以及可平衡更高的電流，并且沒有對負載數(shù)目理論上的限制。
0010在一個實施例中，背光系統(tǒng)使用公共AC源(例如，一個單獨的AC源或多個同步的AC源)來驅(qū)動多個并聯(lián)的、具有環(huán)平衡器的燈結(jié)構(gòu)，其中所述環(huán)平衡器包含一個變壓器網(wǎng)絡(luò)，其至少具有一個為每個燈結(jié)構(gòu)所指定的變壓器。環(huán)平衡器中的每個變壓器的初級繞組與其指定燈結(jié)構(gòu)串聯(lián)連接，并且多個初級繞組-燈結(jié)構(gòu)的組合并聯(lián)耦合到一個單獨的AC源上或者被布置成多個并聯(lián)小組，連接到一組同步AC源上。變壓器的次級繞組串聯(lián)連接在一起，形成一個閉合回路或閉環(huán)。在變壓器網(wǎng)絡(luò)中的連接極性以這樣的方式來排列當施加于初級繞組的電壓為同相位時，每個次級繞組上的電壓在閉合回路中就是同相的。因而，當在初級繞組上產(chǎn)生同相電壓時，公共短路電流將流過在串聯(lián)連接回路中的次級繞組。
0011燈電流流過各自的變壓器初級繞組和流過各自的燈結(jié)構(gòu)來提供照明。如果起磁電流可忽略，則流經(jīng)各自的初級繞組的燈電流與流經(jīng)次級繞組的、公共電流成比例。因而，根據(jù)變壓器匝數(shù)比，不同燈結(jié)構(gòu)的燈電流可以達到彼此之間基本相等或成比例。在一個實施例中，變壓器具有基本相等的匝數(shù)比，以實現(xiàn)達到均勻燈亮度所需的基本匹配的燈電流水平。
0012在一個實施例中，環(huán)平衡器的變壓器的初級繞組連接在各自燈結(jié)構(gòu)的高電壓端和公共AC源之間。在又一實施例中，該初級繞組連接在各自燈結(jié)構(gòu)的返回端和公共AC源之間。在再一個實施例中，在燈結(jié)構(gòu)的兩端使用分離的環(huán)平衡器。在另一實施例中，每個燈結(jié)構(gòu)包括了兩個或更多個串聯(lián)連接的熒光燈，并且與每個燈結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的初級繞組被插入在這些熒光燈之間。
0013在一個實施例中，公共AC源是一個具有控制器的換流器、一個開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，以及一個輸出變壓器級。該輸出變壓器級可包括一個具有以地為基準的次級繞組的變壓器，其以單端配置驅(qū)動燈結(jié)構(gòu)?？蛇x地，輸出變壓器級可配置成以浮置配置或差動配置來驅(qū)動燈結(jié)構(gòu)。
0014在一個實施例中，背光系統(tǒng)還包括了故障檢測電路，其通過監(jiān)控環(huán)平衡器次級繞組上的電壓來檢測開路(或斷路)燈或短路燈的狀態(tài)。例如，當一個燈結(jié)構(gòu)中具有一個開路燈時，相應(yīng)串聯(lián)連接的初級繞組和相聯(lián)系的次級繞組上的電壓就會升高；而當一個燈結(jié)構(gòu)中具有一個短路燈時，正在工作的(或非短路的)燈結(jié)構(gòu)的初級繞組和相聯(lián)系的次級繞組上的電壓就會升高。在一個實施例中，當故障檢測電路指示出一個開路燈或短路燈狀態(tài)時，所述背光系統(tǒng)切斷公共AC源。
0015在一個實施例中，環(huán)平衡器包括多個平衡變壓器。每個平衡變壓器包括一個磁芯、一個初級繞組，以及一個次級繞組。在一個實施例中，該磁芯具有高的相對導(dǎo)磁率，其初始相對導(dǎo)磁率大于5000。
0016多個平衡變壓器可具有基本相等的匝數(shù)比或不同的匝數(shù)比，用于對初級繞組中電流的控制。在一個實施例中，所述磁芯具有環(huán)形形狀或螺旋管形形狀(toroidal shape)，并且初級繞組和次級繞組漸進地纏繞在磁芯的分離部分或區(qū)段上。在又一個實施例中，一根單獨的絕緣導(dǎo)線穿過環(huán)平衡器上環(huán)形形狀的磁芯的內(nèi)孔，從而形成次級繞組的一個閉合回路。在再一個實施例中，所述磁芯基于一種E形結(jié)構(gòu)，而初級繞組和次級繞組纏繞在線架的分離部分上。
0017通過后面結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的這些和其它目標和優(yōu)點會更加清晰。出于總結(jié)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的特定方面、優(yōu)點以及新特性將在此描述。應(yīng)當理解，不需根據(jù)本發(fā)明特定的實施例才獲得所有這些優(yōu)點。因此，本發(fā)明可通過實現(xiàn)或優(yōu)化在此討論一個優(yōu)點或一組優(yōu)點的方式加以實施或?qū)崿F(xiàn)，而不需實現(xiàn)在此討論或建議的其它優(yōu)點。


0018圖1是一個具有環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中所述環(huán)平衡器耦合于電源和多個燈的高電壓端之間。
0019圖2是一個具有環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中所述環(huán)平衡器耦合于多個燈的返回端和地之間。
0020圖3是具有多對并聯(lián)配置的燈和一個環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中所述環(huán)平衡器插入在這些成對的燈之間。
0021圖4是具有多個燈的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中多個燈是以浮置配置來驅(qū)動的。
0022圖5是具有多個燈的背光系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖，其中多個燈是以浮置配置來驅(qū)動的。
0023圖6是具有兩個環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中在并聯(lián)的燈的每一端有一個環(huán)平衡器。
0024圖7是具有多個燈的背光系統(tǒng)的一個實施例的示意圖，其中多個燈是以差動配置來驅(qū)動的。
0025圖8說明了一個根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形或螺旋管形磁芯(toroidalcore)平衡變壓器的實施例。
0026圖9是具有一個單匝次級繞組回路的環(huán)平衡器的實施例。
0027圖10是使用基于E形磁芯結(jié)構(gòu)的平衡變壓器的實施例。
0028圖11示出了故障檢測電路的一個實施例，該電路耦合到一個環(huán)平衡器，以檢測是否存在未工作的燈。
具體實施例方式
0029本發(fā)明的實施例將在下文中參考附圖加以描述。圖1是具有一個環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中所述環(huán)平衡器耦合于輸入AC源100和多個燈(燈1，燈2，…，燈k)的高電壓端之間，該多個燈顯示為燈104(1)-104(k)(總稱為燈104)。在一個實施例中，環(huán)平衡器包括了多個平衡變壓器(Tb1，Tb2，…，Tbk)，該多個平衡變壓器顯示為平衡變壓器102(1)-102(k)(總稱為平衡變壓器102)。每個平衡變壓器102都被指定用于燈104中不同的燈。
0030平衡變壓器102具有各自的初級繞組，其與它們的指定燈104串聯(lián)耦合。平衡變壓器102具有各自的次級繞組，其彼此串聯(lián)連接并同相，從而形成一個短路(或閉合)回路。次級繞組的極性被排列成使次級繞組中感應(yīng)的電壓同相，并在所述閉合回路中相加在一起。
0031所述初級繞組-燈的組合并聯(lián)耦合到輸入AC源100。該輸入AC源100在圖1中被顯示為單一電壓源，以及初級繞組被耦合于各自的燈104的高電壓端和輸入AC源100的正極之間。在另一個實施例中(未示出)，初級繞組-燈的組合被分割成小組，其中每個小組都包含一個或多個并聯(lián)的初級繞組-燈的組合。這些小組可由彼此同步的不同的電壓源來驅(qū)動。
0032按照上面描述的排列，當電流在各自的初級繞組中流動時，平衡變壓器102的次級繞組中會產(chǎn)生短路(或公共)電流(Ix)。由于次級繞組是在一個回路中被串聯(lián)連接的，因此流過每個次級繞組的電流是基本相等的。如果平衡變壓器102的起磁電流是可被忽略的，那么對于每個平衡變壓器102就可建立如下關(guān)系N11·I11＝N21·I21；N12·I12＝N22·I22；……N1k·I1k＝N2k·I2k；(方程1)0033N1k和I1k分別代表第k個平衡變壓器的初級匝數(shù)和初級電流，N2k和I2k分別代表第k個平衡變壓器的次級匝數(shù)和次級電流。由此可得到I11＝(N21/N11)·I21；I12＝(N22/N12)·I22；……I1k＝(N2k/N1k)·I2k；(方程2)0034由于次級繞組的串聯(lián)連接，次級電流相等，因此I21＝I22＝……＝I2k＝Ix(方程3)0035初級電流以及由各自的燈104傳導(dǎo)的燈電流，可以根據(jù)方程2由平衡變壓器102的匝數(shù)比(N21/N11，N22/N12，…，N2k/N1k)來按比例地控制。實際上，如果某個特定平衡變壓器中的任何電流偏離了方程2中所限定的關(guān)系，則來自誤差安培匝數(shù)的結(jié)果磁通量就會在初級繞組中感應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的校正電壓，以使初級電流遵循方程2的平衡條件。
0036按照上面描述的關(guān)系，如果需要相等的燈電流，就可通過為平衡變壓器102設(shè)置基本相等的匝數(shù)比來實現(xiàn)，而完全不必考慮可能的燈操作電壓的變化。進一步地，如果特定燈的電流由于一些實際原因(例如，歸因于周圍環(huán)境的寄生電容的不同)需要與其他的燈相比設(shè)置為不同的級別，就可根據(jù)方程2通過調(diào)節(jié)相應(yīng)平衡變壓器的匝數(shù)比來實現(xiàn)。通過這種方式，調(diào)節(jié)每個燈的電流不需要使用任何有源均流方案或使用復(fù)雜的平衡-不平衡變壓器結(jié)構(gòu)。除了上述優(yōu)點以外，所提到的背光系統(tǒng)在一個燈短路后還可以減少短路電流。
0037此外，所提出的背光系統(tǒng)有利于自動化燈點亮。當一個燈開路或者未點亮?xí)r，在它的指定初級繞組上會產(chǎn)生額外電壓(該電壓與輸入AC源100同相)來幫助點亮該燈。上述額外的電壓是由增加的磁通量來產(chǎn)生，該磁通量的增加是由在初級電流中的磁通量下降所造成的。舉例來說，當一個特定的燈沒有被點亮，該燈就實際處在開路狀態(tài)下，于是流過相應(yīng)平衡變壓器初級繞組的電流就會基本上等于0。在次級繞組的閉合回路中循環(huán)的電流使得方程1的安培匝數(shù)平衡方程無法在這一情況下保持。由不平衡安培匝數(shù)產(chǎn)生的額外的磁化力將在平衡變壓器的初級繞組中產(chǎn)生額外的電壓。該額外電壓與輸入AC源100同相相加，從而導(dǎo)致未點亮燈上電壓的自動增加，以幫助該燈點亮。
0038應(yīng)當注意的是本發(fā)明的應(yīng)用并不限于背光系統(tǒng)中的多個燈(例如CCFL)。本發(fā)明也可應(yīng)用到其它類型的應(yīng)用和不同類型的負載中，其中多個負載被并聯(lián)地連接到公共AC源，并且期望在負載中進行電流匹配。
0039應(yīng)當注意的是在示于圖1的實施例之外，各種各樣的電路配置可通過本發(fā)明來實現(xiàn)。圖2-7顯示了使用至少一個用于電流匹配的環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的其它實施例的例子。在實際應(yīng)用中，其它類型的配置(未示出)同樣可基于相同原理，并根據(jù)實際背光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來以公式刻畫。例如，在多個燈通過多于一個的AC源來驅(qū)動時，根據(jù)這一原理來平衡所述多個燈的電流是可能的，只要該多個AC源是同步的并保持了根據(jù)這一原理的原則的相位關(guān)系。
0040圖2是具有一個環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中所述環(huán)平衡器耦合于地和多個燈的返回端之間；上述多個燈(燈1、燈2，…，燈k)顯示為燈208(1)-208(k)(總稱為燈208)。在一個實施例中，環(huán)平衡器包括多個平衡變壓器(Tb1，Tb2，…，Tbk)，其顯示為平衡變壓器210(1)-210(k)(總稱為平衡變壓器210)。每個平衡變壓器210被指定用于燈208中不同的燈。
0041平衡變壓器210具有各自的初級繞組和各自的次級繞組，其中所述初級繞組與它們的指定燈208串聯(lián)耦合，而所述次級繞組則連接成一個串行環(huán)。示于圖2的實施例和示于圖1的實施例基本類似，除了環(huán)平衡器被耦合在各自的燈208的返回端以外。例如，初級繞組被耦合在燈208各自的返回端和地之間。燈208的高電壓端被耦合于電壓源200的正極。
0042出于示例的目的，電壓源200以進一步的細節(jié)作為一個換流器來顯示，該換流器包括了一個控制器202、一個開關(guān)網(wǎng)絡(luò)204以及一個輸出變壓器級206。所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)204接受直流(DC)輸入電壓(V-IN)，并且該開關(guān)網(wǎng)絡(luò)204受控于來自控制器202的驅(qū)動信號，以產(chǎn)生輸出變壓器級206的AC信號。在示于圖2的實施例中，輸出變壓器級206包括一個單獨的變壓器，該單獨的變壓器具有一個以地為參考的次級繞組；該輸出變壓器級206以單端配置驅(qū)動燈208和環(huán)平衡器。
0043結(jié)合圖1正如在上面討論的，環(huán)平衡器有利于非點亮燈上電壓的自動升高，其保證了背光系統(tǒng)中的燈的穩(wěn)定點亮，并且不需要額外的元件或機構(gòu)。燈的點亮是在并聯(lián)配置的多個燈操作中的難題之一。自動燈點亮，可減少在換流器設(shè)計中有代表性地保留給點亮操作的空間，以獲得更高的換流器效率和更低的燈電流的波峰因數(shù)、更好地利用控制器202的切換工作循環(huán)，以及更低的傳感器電壓應(yīng)力等等，其中更低的燈電流的波峰因數(shù)是通過輸出變壓器級206中的更好的變壓器最優(yōu)化設(shè)計得到的。
0044圖3是具有多對并聯(lián)配置的燈和一個環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中所述環(huán)平衡器插入這些成對的燈之間。例如，顯示為燈304(1)-304(k)(總稱為燈304)的第一組燈(燈1A，燈2A，…，燈kA)被耦合于輸出變壓器(TX)302的高電壓端和環(huán)平衡器之間；而顯示為燈308(1)-308(k)(總稱為燈308)的第二組燈(燈1B，燈2B，…，燈kB)被耦合于環(huán)平衡器和返回端(或地)之間。驅(qū)動器電路300驅(qū)動輸出變壓器302，以提供為第一和第二組燈304、308供電的AC源。
0045在一個實施例中，環(huán)平衡器包括多個平衡變壓器(Tb1，Tb2，…，Tbk)，其顯示為平衡變壓器306(1)-306(k)(總稱為平衡變壓器306)。每個平衡變壓器306被指定用于一對燈，其中一個燈來自第一組燈304，另一個燈來自第二組燈308。該平衡變壓器306具有各自的次級繞組，其串聯(lián)連接成一個閉合回路。在這種配置中，平衡變壓器的數(shù)目有利地是被平衡燈數(shù)目的一半。
0046例如，平衡變壓器306具有各自的初級繞組，這些初級繞組被串聯(lián)插入在它們指定的成對的燈之間。第一組燈304和第二組燈308被有效地成對串聯(lián)耦合，而且在每對之間插入有不同的初級繞組。具有各自指定初級繞組的這些成對的燈被并列耦合到輸出變壓器302上。
0047圖4是具有多個燈的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中多個燈以浮置配置來驅(qū)動。例如，驅(qū)動器電路400驅(qū)動了一個包括兩個變壓器402、404的輸出變壓器級，其中所述變壓器的各自的初級繞組串聯(lián)連接，所述變壓器的各自的次級繞組串聯(lián)連接。輸出變壓器402、404的串聯(lián)連接的次級繞組被耦合到一個環(huán)平衡器和一組被示為燈408(1)-408(k)(總稱為燈408)的燈(燈1，燈2，…，燈k)上。
0048在一個實施例中，環(huán)平衡器包括多個平衡變壓器(Tb1，Tb2，…，Tbk)，其顯示為平衡變壓器406(1)-406(k)(總稱為平衡變壓器406)。每個平衡變壓器406專用于燈408中一個不同的燈。平衡變壓器406具有各自的初級繞組和各自的次級繞組，其中所述初級繞組與它們的專用燈408串聯(lián)連接，而所述次級繞組則彼此串聯(lián)連接成一個閉合回路。所述初級繞組-燈的組合并聯(lián)耦合到輸出變壓器402、404的串聯(lián)連接的次級繞組上。燈408是以一種不參考接地端的浮置配置而被驅(qū)動的。
0049圖5是具有多個燈的背光系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖，其中多個燈以浮置配置來驅(qū)動。圖5示出了圖3和圖4的選擇性組合。類似于圖3，一個環(huán)平衡器被插入在多對串聯(lián)的燈之間，所述多對串聯(lián)的燈被并聯(lián)連接在一個公共電源上；類似于圖4，公共電源包括驅(qū)動器電路500，其被耦合到一個輸出變壓器級，該輸出變壓器級包括兩個串聯(lián)連接的變壓器502、504。
0050例如，被示為燈506(1)-506(k)(總稱為燈506)的第一組燈(燈1A，燈2A，…，燈kA)在輸出變壓器級的第一端和環(huán)平衡器之間被耦合。被示為燈510(1)-510(k)(總稱為燈510)的第二組燈(燈1B，燈2B，…，燈kB)在環(huán)平衡器和輸出變壓器級的第二端之間被耦合。所述環(huán)平衡器包括多個平衡變壓器(Tb1，Tb2，…，Tbk)，其顯示為平衡變壓器508(1)-508(k)(總稱為平衡變壓器508)。每個平衡變壓器508都被指定用于一對燈，其中一個燈來自第一組燈506，另一個燈來自第二組燈510。
0051該平衡變壓器508具有各自的初級繞組，該初級繞組串聯(lián)插入在它們指定的成對的燈之間。第一組燈506和第二組燈510被有效地成對串聯(lián)耦合，而且在每對之間插入有不同的初級繞組。具有各自的指定初級繞組的成對的燈在輸出變壓器級中被并聯(lián)耦合在變壓器502、504的串聯(lián)連接的次級繞組上。平衡變壓器508所具有的各自的次級繞組串聯(lián)連接成閉合回路。正如上面所討論的，平衡變壓器508的數(shù)目被有利地減為這種配置下所要平衡的燈506、510的數(shù)目的一半。
0052圖6是具有兩個環(huán)平衡器的背光系統(tǒng)的實施例的示意圖，其中每個環(huán)平衡器位于并聯(lián)的燈的一端之上，所述燈被示為燈606(1)-606(k)(總稱為燈606)。第一環(huán)平衡器包括多個被示為平衡變壓器604(1)-604(k)(總稱為第一組平衡變壓器604)的第一平衡變壓器。第一組平衡變壓器604中的次級繞組一起串聯(lián)耦合成第一閉合回路。第二環(huán)平衡器包括多個被示為平衡變壓器608(1)-608(k)(總稱為第二組平衡變壓器608)的第二平衡變壓器。第二組平衡變壓器608中的次級繞組一起串聯(lián)耦合成第二閉合回路。
0053每個燈606均與兩個不同的平衡變壓器相聯(lián)，一個平衡變壓器來自第一組平衡變壓器604，另一個平衡變壓器來自第二組平衡變壓器608。因而，第一組平衡變壓器604中的初級繞組與它們相關(guān)聯(lián)的燈606以及第二組平衡變壓器608中相應(yīng)的初級繞組串聯(lián)耦合。燈和在其兩端不同的初級繞組的串聯(lián)組合被并聯(lián)耦合到一個公共電源上。在圖6中，所述公共電源(例如一個換流器)被顯示為一個耦合到輸出變壓器602的驅(qū)動器600。輸出變壓器602可以浮置配置來驅(qū)動燈606和環(huán)平衡器，或者具有一個一端接地的次級繞組，如圖6所示。
0054圖7是具有多個燈的背光系統(tǒng)的一個實施例的示意圖，其中多個燈以差動配置來驅(qū)動。作為示例，本實施例包括兩個環(huán)平衡器，其耦合到示為燈708(1)-708(k)(總稱為燈708)的多個燈的各自的端。環(huán)平衡器與燈708之間的連接基本類似于圖6所示的相應(yīng)連接。
0055第一環(huán)平衡器包括了多個示為平衡變壓器706(1)-706(k)(總稱為第一組平衡變壓器706)的平衡變壓器。第一組平衡變壓器706所具有的各自的次級繞組耦合成閉合回路，以平衡燈708之間的電流。第二環(huán)平衡器包括了多個示為平衡變壓器710(1)-710(k)(總稱為第二組平衡變壓器710)的平衡變壓器。第二組平衡變壓器710所具有的各自的次級繞組耦合成另一個閉合回路，以加強或提供在燈708之間進行電流平衡的冗余。
0056每個燈708與兩個不同的平衡變壓器相聯(lián)，其中一個平衡變壓器來自第一組平衡變壓器706，另一個平衡變壓器來自第二組平衡變壓器710。第一組平衡變壓器706中的初級繞組與其相關(guān)聯(lián)的燈708以及第二組平衡變壓器710中相應(yīng)的初級繞組串聯(lián)耦合。燈與其兩端不同初級繞組的串聯(lián)組合被并聯(lián)耦合到一個公共電源上。
0057在圖7中，公共電源(例如一個分相換流器)被示為驅(qū)動器700，其與一對輸出變壓器702和704相耦合，并且這兩個變壓器是由這樣的信號來驅(qū)動的該信號可以是相移信號或者具有其它開關(guān)模式的信號，以在各自的輸出變壓器702、704的次級繞組上產(chǎn)生差動信號(Va、Vb)。差動信號在燈708和環(huán)平衡器上共同產(chǎn)生一個AC燈電壓(Vlmp＝Va+Vb)。分相換流器進一步的細節(jié)被討論在申請人的共同待決的美國專利申請第10/903,636號中，該專利申請于2004年7月30日提交、題為“Split Phase Inverters for CCFL Backlight System”，在此以引用方式將其全部并入本文。
0058圖8舉例說明了根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形磁芯平衡變壓器的一個實施例。初級繞組802和次級繞組804直接纏繞在環(huán)形磁芯800上。在一個實施例中，環(huán)形磁芯800上的初級繞組802是漸進纏繞的，而不是以多個交迭層來纏繞的，這樣可以避免初級匝之間的高電壓。次級繞組804也可同樣地漸進纏繞。
0059繞組802、804的線材規(guī)格應(yīng)當基于電流額定來選擇，該電流額定產(chǎn)生于方程1和方程2。環(huán)平衡器中的平衡變壓器在任何次級匝數(shù)或任何初級-到-次級匝數(shù)比下有優(yōu)勢地工作。好的平衡結(jié)果可通過不同的匝數(shù)比而被獲得，該匝數(shù)比根據(jù)了方程1和方程2所建立關(guān)系。在一個實施例中，為次級繞組804選擇一個相對較小的匝數(shù)(例如1-10匝)，這為了簡化纏繞過程和降低生產(chǎn)成本。另一個確定期望次級匝數(shù)的因素是用于故障檢測電路的次級繞組804上的期望電壓信號電平，其中故障檢測電路將在后面更富細節(jié)地討論。
0060圖9是一個具有單匝次級繞組回路904的環(huán)平衡器的一個實施例。該環(huán)平衡器包括多個平衡變壓器，這些平衡變壓器所用的環(huán)形磁芯被示為環(huán)形磁芯900(1)-900(k)(總稱為環(huán)形磁芯900)。被示為初級繞組902(1)-902(k)(總稱為初級繞組902)的初級繞組漸進地纏繞在各自的環(huán)形磁芯900上。一根單獨的絕緣導(dǎo)線穿過環(huán)形磁芯900的內(nèi)孔，形成一個單匝次級繞組回路904。
0061圖10是使用基于E磁芯結(jié)構(gòu)1000的平衡變壓器的實施例，其中使用了纏繞的線架。該線架被分為兩部分用于初級繞組的第一部分1002和用于次級繞組的第二部分1004。這種纏繞布局的一個優(yōu)點在于初級繞組和次級繞組之間具有較好的絕緣，因為在點亮或斷開燈的狀態(tài)期間，在初級繞組上能夠感應(yīng)產(chǎn)生高電壓(例如幾百伏)。另一個優(yōu)點是由于制造過程較簡單，因此降低了成本。
0062平衡變壓器的一個替換性實施例(未示出)交迭了初級繞組和次級繞組，以在初級和次級繞組之間提供緊密的耦合。由于初級繞組和次級繞組的交迭，初級繞組和次級繞組之間絕緣、制造過程等等，將變得更加復(fù)雜。
0063可利用不同類型的磁芯和不同的纏繞配置來構(gòu)造環(huán)平衡器中所用的平衡變壓器。在一個實施例中，平衡變壓器由導(dǎo)磁率相對較高的材料(例如，初始相對導(dǎo)磁率大于5000的材料)來實現(xiàn)。導(dǎo)磁率相對較高的材料對于給定的窗口空間，在額定操作電流下可提供相對高的感應(yīng)系數(shù)。為了獲得更好的電流平衡，初級繞組的磁化感應(yīng)系數(shù)應(yīng)當盡可能的高，以使操作期間的起磁電流可以小到被忽略。
0064在給定的操作頻率和磁通密度下，對于導(dǎo)磁率相對較高的材料，其磁芯損耗通常要高于導(dǎo)磁率相對較低的材料的磁芯損耗。然而，在平衡變壓器的正常操作期間，變壓器磁芯的工作磁通密度相對低，這是因為在初級繞組中所引起的電壓數(shù)值(其用于補償操作燈電壓的變化)相對低。從而，在平衡變壓器中使用導(dǎo)磁率相對較高的材料有優(yōu)勢地提供了相對高的感應(yīng)系數(shù)，同時將變壓器的操作損失保持在一個相當?shù)偷乃缴稀?br> 0065圖11示出了故障檢測電路的一個實施例，該故障檢測電路被耦合到環(huán)平衡器，以便檢測是否存在未工作的燈。示于圖11的背光系統(tǒng)的配置與示于圖1的背光系統(tǒng)基本類似，其具有多個燈104、一個公共電源100和包括多個平衡變壓器102的環(huán)平衡器。圖11中的背光系統(tǒng)進一步包括故障檢測電路，其監(jiān)控平衡變壓器102的次級繞組上的電壓，以檢測未工作的燈的狀態(tài)。
0066多個燈104所傳導(dǎo)的燈電流的平衡是通過將每個燈和其指定平衡變壓器102的初級繞組串聯(lián)連接，同時將平衡變壓器102的次級繞組一起連接成一個重新定義了極性的串聯(lián)回路。在正常操作下，流過每個次級繞組的公共電流使初級繞組中的電流彼此相等，從而使燈電流保持平衡。
0067初級繞組中的任何誤差電流都會在這個初級繞組中有效地產(chǎn)生一個平衡電壓，來補償燈操作電壓的偏差，其可相對于額定值變化到20％。一個相應(yīng)的電壓產(chǎn)生于相關(guān)聯(lián)的次級繞組中，其與該平衡電壓成比例。
0068來自平衡變壓器102的次級繞組的電壓信號可被監(jiān)控，以檢測開路燈或短路燈的狀態(tài)。例如，當一個燈開路時，在相應(yīng)平衡變壓器102的初級和次級繞組中的電壓都會顯著上升；當一個特定的燈發(fā)生短路時，在與非短路燈相關(guān)聯(lián)的變壓器繞組中的電壓會上升。一個電平檢測電路可被用來檢測上升的電壓，以確定故障狀態(tài)。
0069在一個實施例中，通過感測平衡變壓器102的次級繞組上的電壓，并將感測到的電壓與一個預(yù)定閾值進行比較，能夠有區(qū)別地檢測到開路燈或短路燈的狀態(tài)。在圖11中，次級繞組的電壓通過各自的電阻分壓器來感測，其中電阻分壓器被示為電阻分壓器1100(1)-1100(k)(總稱為電阻分壓器1100)。每個電阻分壓器1100由一對串聯(lián)連接的電阻組成，其耦合在各自的次級繞組的預(yù)定端和地之間。在各對電阻之間的公共節(jié)點處提供了感測的電壓(V1，V2，…，Vk)，其被提供給聯(lián)合電路1102。在一個實施例中，聯(lián)合電路1102包括多個隔離二極管，其顯示為隔離二極管1104(1)-1104(k)(總稱為隔離二極管1104)。這些隔離二極管1104組成一個二極管或電路(diode OR-ed circuit)，該電路的陽極被獨立地耦合到各自的感測電壓，而陰極則被共同連接在一起以產(chǎn)生與最高感測電壓相對應(yīng)的反饋電壓(Vfb)。
0070在一個實施例中，反饋電壓被提供到比較器1106的正輸入端。參考電壓(Vref)被提供到該比較器1106的負輸入端。當反饋電壓超過參考電壓時，比較器1106就輸出一個故障信號(FAULT)，以表明存在一個或多個未工作的燈。該故障信號可被用來切斷對燈104供電的公共電源。
0071上面描述的故障檢測電路的優(yōu)勢在于其沒有與燈104直接連接，從而降低了與這一特性相聯(lián)系的復(fù)雜度和成本。應(yīng)當注意到可設(shè)計出許多不同類型的故障檢測電路，以通過對環(huán)平衡器中次級繞組上電壓的監(jiān)控來檢測故障燈的狀態(tài)。
0072雖然已描述了本發(fā)明的特定實施例，但這些實施例只是以例示方式來表達的，并無意以此限定本發(fā)明的范圍。實際上，這里所描述的新方法和系統(tǒng)可以各種各樣的其它形式來實施。進一步地，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可在描述于此的方法和系統(tǒng)中進行各種的省略、替代和改變。所附權(quán)利要求及其等同物將覆蓋這些在本發(fā)明范圍和精神內(nèi)的形式或改進。
權(quán)利要求
1.一種背光系統(tǒng)，其包括并聯(lián)配置的多個燈結(jié)構(gòu)；公共交流源，其用于為所述多個燈結(jié)構(gòu)供電；環(huán)平衡器，其與所述公共交流源上的所述多個燈結(jié)構(gòu)串聯(lián)耦合，其中所述環(huán)平衡器包括多個平衡變壓器，其具有各自的初級繞組和各自的次級繞組，每個所述初級繞組與一個相應(yīng)的燈結(jié)構(gòu)串聯(lián)連接，而所述次級繞組中的至少兩個則被串聯(lián)連接成一個閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，其中所述環(huán)平衡器的所述初級繞組被連接在各自的燈結(jié)構(gòu)的高電壓端和所述公共交流源之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，其中所述環(huán)平衡器的所述初級繞組被連接在各自的燈結(jié)構(gòu)的返回端和地之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，其中每個所述燈結(jié)構(gòu)包括兩個熒光燈，而且所述環(huán)平衡器的所述初級繞組被連接在各自的熒光燈之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，其中所述平衡變壓器具有基本一致的匝數(shù)比，以使所述多個燈結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)基本相等的電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，其中所述平衡變壓器具有不同的匝數(shù)比，以使所述多個燈結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)具有預(yù)定比率的電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，其中所述公共交流源是一個單一電壓源或者是多個同步的電壓源。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，其中所述公共交流源是一個換流器，其包括控制器、開關(guān)網(wǎng)絡(luò)以及輸出變壓器級。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光系統(tǒng)，其中所述輸出變壓器級具有一個變壓器，其具有一個參考地的次級繞組，該變壓器以單端配置來驅(qū)動所述多個燈結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的背光系統(tǒng)，其中所述輸出變壓器級被配置成以浮置配置或差動配置來驅(qū)動所述燈結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背光系統(tǒng)，進一步包括故障檢測電路，其通過感測在所述環(huán)平衡器的一個或多個所述次級繞組中電壓的增加，來檢測未工作的燈的狀態(tài)。
12.一種顯示板，其包括換流器，其被配置成以單端輸出來驅(qū)動多個并聯(lián)的熒光燈；第一環(huán)平衡器，其被插入到所述單端輸出和各自的熒光燈的高電壓端之間，其中所述第一環(huán)平衡器具有第一多個平衡變壓器，其具有各自的初級繞組和次級繞組，其中所述初級繞組與相應(yīng)的熒光燈分別獨立地串聯(lián)耦合，而所述次級繞組則被連接成一個閉合回路；以及第二環(huán)平衡器，其插入到各自的熒光燈的返回端和地之間，其中所述第二環(huán)平衡器具有第二多個平衡變壓器，其具有各自的初級繞組和次級繞組，其中所述初級繞組與相應(yīng)的熒光燈分別獨立地串聯(lián)耦合，而所述次級繞組則被連接成一個閉合回路。
13.一種顯示板，其包括換流器，其配置成以差動輸出來驅(qū)動多個并聯(lián)的熒光燈；第一環(huán)平衡器，其插入到所述換流器的第一差動輸出和各自的熒光燈的第一端之間，其中所述第一環(huán)平衡器具有第一多個平衡變壓器，該第一平衡變壓器具有各自的初級繞組和次級繞組，其中所述初級繞組與各自的熒光燈分別串聯(lián)耦合，而所述次級繞組則被連接成一個閉合回路；以及第二環(huán)平衡器，其插入到各自的熒光燈的第二端和所述換流器的第二差動輸出之間，其中所述第二環(huán)平衡器具有第二多個平衡變壓器，該第二平衡變壓器具有各自的初級繞組和次級繞組，所述初級繞組與各自的熒光燈分別獨立地串聯(lián)耦合，所述次級繞組連接成一個閉合回路。
14.一種在背光系統(tǒng)中的多個燈之間平衡電流的方法，該方法包括以下動作為一個或多個燈的每個并聯(lián)支路指定一個平衡變壓器，其中所述平衡變壓器的初級繞組與指定支路的燈串聯(lián)耦合；以及以串聯(lián)回路配置來連接所述平衡變壓器的次級繞組，以傳導(dǎo)公共電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述平衡變壓器具有基本一致的匝數(shù)比，以使所述并聯(lián)分支傳導(dǎo)基本相等的電流。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述平衡變壓器具有不同的匝數(shù)比，以使所述并聯(lián)分支按照預(yù)定的比率來傳導(dǎo)電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括使用公共AC源來給所述并聯(lián)的燈支路供電的動作。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進一步包括通過感測一個或多個次級繞組上的電壓的升高來檢測故障燈的動作。
19.一種背光系統(tǒng)，其包括利用多個變壓器在多個燈之間平衡電流的裝置，其中所述變壓器各自的次級繞組串聯(lián)連接成閉合回路。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的背光系統(tǒng)，其進一步包括通過監(jiān)控所述次級繞組上的電壓來確定短路燈和開路燈狀態(tài)的裝置。
21.一種在多個并聯(lián)配置的負載之間進行均流的平衡器，所述平衡器包括多個平衡變壓器，每個所述平衡變壓器被指定給一個特定的負載；而且每個所述平衡變壓器包括一個磁芯、一個被插入成與它的指定負載串聯(lián)的初級繞組、以及一個次級繞組，其中所述平衡器的次級繞組串聯(lián)耦合成一個閉合回路，以傳導(dǎo)公共電流。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的平衡器，其中所述磁芯具有環(huán)形形狀，所述初級繞組和所述次級繞組被漸進地纏繞在所述磁芯的分離部分上。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的平衡器，其中所述磁芯具有環(huán)形形狀，以及一根單獨的絕緣導(dǎo)線穿過所述平衡器中所述磁芯的內(nèi)孔，從而構(gòu)成一個閉合回路次級繞組。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的平衡器，其中所述磁芯基于一種E形結(jié)構(gòu)，而且所述初級繞組和所述次級繞組是被纏繞在一個線架的分離部分上。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的平衡器，其中所述磁芯具有高的相對導(dǎo)磁率，其初始相對導(dǎo)磁率大于5000。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的平衡器，其中所述多個平衡變壓器具有基本一致的匝數(shù)比。
27.根據(jù)權(quán)利要求21所述的平衡器，其中所述多個平衡變壓器具有不同的匝數(shù)比。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的平衡器，其中所述次級繞組的極性被排列成使所述次級繞組中感應(yīng)的電壓在所述閉合回路中為同相并相加在一起。
29.一種在多個并聯(lián)負載之間控制電流比率的方法，該方法包括以下步驟為每個負載提供一個平衡變壓器；將每個負載與相應(yīng)的平衡變壓器的初級繞組串聯(lián)耦合；并且在一個串聯(lián)回路內(nèi)耦合所述平衡變壓器的次級繞組，以傳導(dǎo)公共電流。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述平衡變壓器具有基本一致的匝數(shù)比，以使多個負載傳導(dǎo)基本相等的電流。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述平衡變壓器具有不同的匝數(shù)比，以允許多個負載傳導(dǎo)具有預(yù)定比率的電流。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述次級繞組的極性被排列成，當交流電壓以相同相位被施加在相應(yīng)的初級繞組上時，在所述次級繞組中感應(yīng)的電壓是同相的。
33.一種制造環(huán)平衡器的方法，該方法包括以下動作提供多個環(huán)形磁芯，以對應(yīng)于多個平衡變壓器；將一根絕緣導(dǎo)線漸進地纏繞在每個環(huán)形磁芯的一部分上，以對應(yīng)于各自的平衡變壓器的初級繞組，其中每個所述初級繞組都耦合到一個分離負載，用于進行均流；并且將一根絕緣導(dǎo)線穿過所述多個環(huán)形磁芯而形成環(huán)，以對應(yīng)于連接成閉合回路的次級繞組。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中所述次級繞組包括所述絕緣導(dǎo)線的一個單匝。
35.一種環(huán)平衡器，其包括利用多個變壓器對多個并聯(lián)負載的電流比率進行無源控制的裝置，而且所述變壓器各自的次級繞組連接為一個短路回路，而各自的初級繞組分別獨立地耦合到不同負載。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的環(huán)平衡器，其中每個所述次級繞組具有10匝或低于10匝的匝數(shù)。
全文摘要
一個包括多個平衡變壓器(102)的環(huán)平衡器，其有利于在多燈背光系統(tǒng)中進行均流。所述平衡變壓器(102)具有各自的初級繞組和各自的次級繞組，初級繞組與指定燈(104)獨立地串聯(lián)耦合，次級繞組被一起耦合成一個閉合回路。所述次級繞組傳導(dǎo)公共電流(Ix)，以及各自的初級繞組傳導(dǎo)成比例的電流，以平衡燈(104)之間的電流。所述環(huán)平衡器有利于自動燈點亮，而且所述燈(104)有利地是由公共電壓源(100)來驅(qū)動的。
文檔編號H05B37/02GK1887034SQ200480034893
公開日2006年12月27日 申請日期2004年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月6日
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