專利名稱：驅(qū)動(dòng)壓電變壓器的電路裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用壓電變壓器的電源的改進(jìn)，特別涉及有效驅(qū)動(dòng)帶高壓交流(交流電)負(fù)載的壓電變壓器的電路裝置和方法。本發(fā)明很適用于筆記本式計(jì)算機(jī)的后窗式(backlit)顯示器中的冷陰極熒光管-但并不僅限于此。
為了減小提供交流高壓的電源的尺寸，已經(jīng)主張使用壓電變壓器來代替通常的電磁式變壓器。當(dāng)使用電源中的壓電變壓器產(chǎn)生交流高壓時(shí)，眾所周知是使用一個(gè)反饋回路來實(shí)現(xiàn)壓電變壓器的穩(wěn)定工作的。例如日本特許公開說明書Nos.61-152165，4-49846，4-133657和5-219730所披露的現(xiàn)有技術(shù)。
這些現(xiàn)有技術(shù)披露了各種響應(yīng)于變壓器的輸出電壓和/或電流控制驅(qū)動(dòng)頻率的反饋技術(shù)。但是，當(dāng)開始工作的時(shí)候，有必要確保壓電變壓器的穩(wěn)定激發(fā)。而且，非常重要的是準(zhǔn)備防止變壓器正常工作時(shí)出現(xiàn)的意外情況。例如，當(dāng)系統(tǒng)的主直流電源的電壓下降引起負(fù)載電流減少的時(shí)候，有必要維持變壓器的穩(wěn)定工作。進(jìn)一步的，當(dāng)變壓器在穩(wěn)定運(yùn)行期間，意外失去負(fù)載時(shí)，預(yù)防壓電變壓器的損壞是十分重要的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種有效激發(fā)壓電變壓器的電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有效激發(fā)壓電變壓器的方法。
所述的控制壓電變壓器的裝置，包括
向所述壓電變壓器提供驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(12)；控制所述驅(qū)動(dòng)電壓的頻率的頻率振蕩器設(shè)備(18)；監(jiān)測流過由所述變壓器供電的負(fù)載的負(fù)載電流的設(shè)備(20，22，24，26)；以及頻率控制設(shè)備(16)，當(dāng)所述變壓器被初始驅(qū)動(dòng)時(shí)，它控制所述頻率振蕩器設(shè)備進(jìn)行頻率下降掃描，此時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電壓的頻率從預(yù)定的較高頻率向預(yù)定的較低頻率掃描；在所述變壓器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行后，所述頻率控制設(shè)備繼續(xù)控制所述頻率振蕩器設(shè)備，當(dāng)負(fù)載電流降到低于所述第一預(yù)定值的第二預(yù)定值時(shí)進(jìn)行所述頻率下降掃描。
為了更清楚地理解本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合


，附圖中相同的部件用相同的數(shù)碼標(biāo)記。
圖1是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖2是顯示諧振頻率附近壓電變壓器輸出輸入電功率之間關(guān)系的曲線圖；圖3顯示的是圖1中的電路被初始驅(qū)動(dòng)時(shí)，在第一個(gè)頻率掃描期間，負(fù)載電流被會(huì)聚于理想值的方式；圖4顯示的是圖1中的電路被初始驅(qū)動(dòng)時(shí)，在第二個(gè)頻率掃描期間，負(fù)載電流被會(huì)聚于理想值的方式；圖5是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖6是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖7是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的方框圖。
下面參照附圖1-4討論本發(fā)明的第一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例。
圖1所示為一個(gè)被有效地耦合到一個(gè)負(fù)載上的壓電變壓器驅(qū)動(dòng)電路的方框圖。如圖所示，壓電變壓器10被變壓器驅(qū)動(dòng)器12直接驅(qū)動(dòng)并且給一個(gè)冷陰極熒光管14(即負(fù)載)提供交流高電壓。眾所周知，在現(xiàn)有技術(shù)中提供驅(qū)動(dòng)器12是為了放大交流驅(qū)動(dòng)電壓達(dá)到一個(gè)合適的電壓值，這個(gè)電壓值的大小取決于被驅(qū)動(dòng)的變壓器的物理尺寸。
在討論附圖1之前，先看附圖2。附圖2所示的是壓電變壓器10被從低于112KHz到高于118KHz之間頻率驅(qū)動(dòng)時(shí)，壓電變壓器10的功率效率(用Pe表示)的曲線圖。在這里假設(shè)變壓器10被耦合到熒光管12上。在這個(gè)特殊的情況下，變壓器10的諧振頻率(用Fr表示)假設(shè)為115KHz，輸入輸出的電功率(用Pin和Pout表示)在3.4w左右。該曲線表明功率效率Pe(即，Pout/Pin)在頻率高于且接近諧振頻率Fr的頻率范圍內(nèi)比較高。所以，在這段頻率范圍內(nèi)，(即，高于且接近諧振頻率Fr)來驅(qū)動(dòng)壓電變壓器是十分合理的。
參照本發(fā)明，變壓器10工作在穩(wěn)定狀況的時(shí)候流過管12的負(fù)載電流被確定，以便獲得高于且接近諧振頻率Fr的頻率驅(qū)動(dòng)變壓器。為此目的，當(dāng)壓電變電壓器10被初始驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，加到變壓器10上的驅(qū)動(dòng)頻率從預(yù)先設(shè)定的最高頻率向預(yù)先設(shè)定的最低頻率掃描。換言之，上述下降頻率掃描以高于且接近諧振頻率(Fr)的驅(qū)動(dòng)頻率建立一理想的負(fù)載電流(參見圖3和圖4)。如圖4所示，在該實(shí)施例中假設(shè)最高頻率和最低頻率分別是130KHz和100KHz。而且，驅(qū)動(dòng)頻率約為116KHz時(shí)，理想負(fù)載電流為5mA。
再回到附圖1，當(dāng)壓電變壓器10被初始驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，頻率掃描控制器16接收來自外電路(圖中沒有)的接通電源信號，該外電路要求激發(fā)熒光管14。響應(yīng)于電源接通信號，控制器16發(fā)出一控制信號給電壓控制振蕩器18(VCO)，由VCO18發(fā)出變壓器驅(qū)動(dòng)頻率，該頻率從130KHz到100KHz線性遞減(即，使用頻率下降掃描)。變壓器驅(qū)動(dòng)頻率的電壓被適當(dāng)?shù)胤糯蟛⑶壹拥阶儔浩?0上，反過來變壓器10將交流高壓輸出加到熒光管14上。
流過熒光管14的電流在整流/濾波電路中被整流并濾波，并且在電壓驅(qū)動(dòng)器22的一端呈現(xiàn)出電壓VL。然后電壓VL在比較器24上與參考電壓VR1比較。參考電壓VR1對應(yīng)于上面提及的理想負(fù)載電流(例如3mA)。電壓VL也在比較器26上與另一個(gè)參考電壓VR2比較，比較器26的輸出(即比較結(jié)果)在下面討論的這一步中的頻率掃描控制器16中被忽略了。
如圖3所示，從T0時(shí)刻變壓器10被初始驅(qū)動(dòng)以后，如果電壓VL在初始的掃描循環(huán)中的T1時(shí)刻超過了參考電壓VR1，比較器24就發(fā)出一個(gè)邏輯1(舉例說)，邏輯1就被加到了頻率掃描控制器16和VCO控制器28上。在這種情況下，頻率掃描控制器16中止VCO18繼續(xù)維持第一個(gè)頻率掃描過程。另一方面，VCO控制器28控制VCO18以便稍微增加驅(qū)動(dòng)頻率。換句話說，T1時(shí)刻以后，VCO控制器28是以使電壓VL趨于參考電壓VR1的方式控制VCO18的。這個(gè)反饋過程在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。
另一方面，如圖4所示，如果在從T0到T2的第一個(gè)頻率掃描期間電壓VL上升失敗，以至于沒有超過參考電壓VR1，在第一個(gè)頻率掃描期間比較器24就不發(fā)出邏輯1。頻率掃描控制器16檢測到這種情況并且在從T2到T3期間迅速將驅(qū)動(dòng)頻率從最小值100KHz變到最大值130KHz。在此之后，從T3時(shí)刻開始第二個(gè)掃描過程。如圖4所示，在第二個(gè)頻率掃描期間的T4時(shí)刻電壓VL超過參考電壓VR1。T4時(shí)刻以后兩個(gè)控制器16和28的工作過程與附圖3中描述的相同。
一旦熒光管14被驅(qū)動(dòng)并進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，流過熒光管14的電流(負(fù)載電流)就基本上維持一個(gè)常數(shù)(例如在這個(gè)實(shí)施例中是3mA)?？墒?，由于外電路(圖中沒有)供能電壓的下降，負(fù)載電流可能會(huì)不理想地降低。依照本發(fā)明，當(dāng)熒光管進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)以后，比較器26就一直在檢測并判斷電壓VL是否低于參考電壓VR2，VR2是低于參考電壓VR1的參考電壓。當(dāng)VL＜VR2時(shí)，比較器26就發(fā)出邏輯1。頻率掃描控制器16響應(yīng)于這個(gè)邏輯1并且指示VCO18再次執(zhí)行已經(jīng)參照附圖3、4討論的頻率掃描。在第一個(gè)或隨后的某一個(gè)頻率掃描過程中如果供能電壓恢復(fù)到正常值，負(fù)載電流就增加到預(yù)定值(即，理想負(fù)載電流)，而熒光管14就再次進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
如果前述的頻率掃描沒有被執(zhí)行(即，如果沒有比較器26)，附圖1中的電路就會(huì)碰到下列困難。這就是如上所述的，當(dāng)熒光管14正常工作的時(shí)候驅(qū)動(dòng)頻率(Fr)維持在諧振頻率以上。所以，當(dāng)負(fù)載電流降到預(yù)定值以下(3mA以下)，(即，電壓VL降到參考電壓VR2以下)，VCO控制器28響應(yīng)于這個(gè)過程，試圖降低驅(qū)動(dòng)頻率來增加負(fù)載電流。但是，在供能電壓已經(jīng)降低的情況下提高負(fù)載電流是不可能成功的。所以，驅(qū)動(dòng)頻率最終降到最低頻率(100KHz)并維持在這個(gè)頻率。這就意味著即使供能電壓恢復(fù)到正常值，變壓器也不能被預(yù)先確定的高于諧振頻率(Fr)的驅(qū)動(dòng)頻率所驅(qū)動(dòng)。
參照附圖5，本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例用方框圖的形式表示。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例與第一個(gè)實(shí)施例(圖1所示)的不同在于第二個(gè)實(shí)施例還包括一個(gè)輸出電壓檢測器30和一個(gè)比較器32。為了簡化說明，附圖5中的在附圖1-4中已經(jīng)描述的方框就不再描述。檢測器32被設(shè)置來檢測壓電變壓器10的輸出電壓，而比較器32被設(shè)置來將檢測的輸出電壓與參考電壓VR3比較。比較器32的比較結(jié)果被提供給頻率掃描控制器16。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例提供了一種裝置，該裝置可以有效地防止輸出電壓突然上升引起過份的振動(dòng)而使得變壓器10被嚴(yán)重地或永久性地?fù)p壞。當(dāng)變壓器10和熒光管14之間的連接意外斷開造成變壓器輸出端開路時(shí)，變壓器的輸出電壓會(huì)發(fā)生異常升高(舉例來說)。特別地，比較器32一直將參考電壓VR3與一個(gè)與變壓器10輸出端上的電壓成正比的電壓Vout進(jìn)行比較。當(dāng)然，參考電壓VR3依據(jù)所使用的變壓器根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定。
圖6是本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的方框圖。第一個(gè)實(shí)施例與第三個(gè)實(shí)施例之間的不同就在于第三個(gè)實(shí)施例還包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)頻率中斷控制器40。第三個(gè)實(shí)施例的其它部分與第一個(gè)實(shí)施例的電路是相同的，因此為了簡短起見，相同部分的描述就不再給出。
控制器40有一個(gè)發(fā)生一序列200Hz(舉例來說)脈沖的脈沖發(fā)生器(圖中沒有)。脈沖的每一個(gè)功率因數(shù)可由外電路(圖中沒有)加到控制器40的功率因數(shù)控制脈沖控制。當(dāng)每一個(gè)脈沖為高電平(導(dǎo)通)時(shí)，控制器40控制驅(qū)動(dòng)器12以便驅(qū)動(dòng)頻率加到變壓器10上。另一方面，每一個(gè)脈沖為低電平(不導(dǎo)通)時(shí)，控制器40控制驅(qū)動(dòng)器12以便阻止驅(qū)動(dòng)頻率加到變壓器10上。所以，變壓器10的平均電功率輸出可以通過調(diào)節(jié)每一個(gè)脈沖的功率因數(shù)而得到調(diào)節(jié)。這就說明熒光管14的亮度能夠被控制。
當(dāng)本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例被加到筆記本式計(jì)算機(jī)的后窗式顯示器上時(shí)，使用者使用一個(gè)合適的電子元件，如被包括在上述外部電路中的容量調(diào)節(jié)器，通過控制液晶顯示器(LCD)后面的背景光(即通過控制功率因數(shù))來調(diào)節(jié)顯示器的對比度。
當(dāng)?shù)谌齻€(gè)實(shí)施例被提供給由59.94Hz的幀同步頻率(國際電視系統(tǒng)委員會(huì)的電視NTSC制式標(biāo)準(zhǔn))驅(qū)動(dòng)的后窗式顯示器的時(shí)候，該脈沖頻率應(yīng)與幀同步頻率明確地分開。這一點(diǎn)對于避免該脈沖頻率與幀同步頻率之間的干擾引起的不理想的視覺觀察，如波紋幀面，閃爍等，非常重要。
另一方面，相同的論述也適用于幀同步頻率為50.00Hz的PAL或SECAM制式的情況。
依據(jù)本發(fā)明人所做的實(shí)驗(yàn)，將該脈沖頻率限制在幀同步頻率整倍數(shù)的±10Hz之間是十分可取的。
在上述的情況中，中斷控制器40周期性地閉鎖送往變壓器的驅(qū)動(dòng)頻率。做為一種選擇方案，控制器40可以被耦合到VCO上來間斷地阻止驅(qū)動(dòng)頻率的發(fā)出。
附圖7是本發(fā)明的第四個(gè)實(shí)施例的方框圖。第四個(gè)實(shí)施例是由第二個(gè)和第三個(gè)實(shí)施例結(jié)合而構(gòu)成，從以前的論述已經(jīng)能夠理解第四個(gè)實(shí)施例的工作過程。
上述論述只是本發(fā)明的可能的四種實(shí)施例，本發(fā)明并不僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種控制壓電變壓器的裝置，包括向所述壓電變壓器提供驅(qū)動(dòng)電壓的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(12)；控制所述驅(qū)動(dòng)電壓的頻率的頻率振蕩器設(shè)備(18)；監(jiān)測流過由所述變壓器供電的負(fù)載的負(fù)載電流的設(shè)備(20，22，24，26)；以及頻率控制設(shè)備(16)，當(dāng)所述變壓器被初始驅(qū)動(dòng)時(shí)，它控制所述頻率振蕩器設(shè)備進(jìn)行頻率下降掃描，此時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)電壓的頻率從預(yù)定的較高頻率向預(yù)定的較低頻率掃描；在所述變壓器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行后，所述頻率控制設(shè)備繼續(xù)控制所述頻率振蕩器設(shè)備，當(dāng)負(fù)載電流降到低于所述第一預(yù)定值的第二預(yù)定值時(shí)進(jìn)行所述頻率下降掃描。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括當(dāng)所述負(fù)載電流超過第一預(yù)定值時(shí)控制所述驅(qū)動(dòng)電壓的頻率匯聚于預(yù)定頻率的設(shè)備(28)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述的負(fù)載是一熒光管(14)。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的裝置，其中所述第一預(yù)定值高于且接近所述變壓器的諧振頻率。
5.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的裝置，還包括檢測所述變壓器輸出電壓的設(shè)備(30)；以及監(jiān)視所述輸出電壓的設(shè)備(32)，而且當(dāng)所述輸出電壓超過一預(yù)定電壓時(shí)，所述頻率控制設(shè)備將所述驅(qū)動(dòng)電壓的頻率降至所述預(yù)定的較低頻率。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，還包括控制所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備或所述頻率振蕩器設(shè)備間斷驅(qū)動(dòng)所述變壓器的設(shè)備(40)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中間斷驅(qū)動(dòng)所述變壓器的頻率不許接近電視和視頻幀同步頻率的整數(shù)倍。
全文摘要
一種控制壓電變壓器的裝置包括變壓器驅(qū)動(dòng)器給變壓器提供驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)電壓的頻率由頻率振蕩器控制。負(fù)載電流監(jiān)測器，監(jiān)視流過像由變壓器供電的熒光管等負(fù)載的負(fù)載電流。當(dāng)變壓器初始驅(qū)動(dòng)時(shí)，頻率掃描控制器控制頻率振蕩器作頻率下降掃描，此時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓的頻率從預(yù)定較高頻率向預(yù)定較低頻率掃描；在變壓器穩(wěn)定運(yùn)行后，頻率掃描控制器繼續(xù)控制頻率振蕩器，當(dāng)負(fù)載電流降到低于第一預(yù)定值的第二預(yù)定值時(shí)進(jìn)行頻率下降掃描。
文檔編號H05B41/282GK1128432SQ9511869
公開日1996年8月7日 申請日期1995年10月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月5日
發(fā)明者川島進(jìn)吾 申請人:日本電氣株式會(huì)社