产生自然谐振频率驱动电流的电换流控制模块及光源模块

摘要

一种电换流控制模块，用来驱动第一灯管以及第二灯管。该电换流控制模块包含第一压电换流器、第二压电换流器以及谐振平衡电路。第一压电换流器用来转换供应电压信号为第一驱动电压信号，并输出至第一灯管。第二压电换流器用来转换供应电压信号为第二驱动电压信号并输出至第二灯管。谐振平衡电路包含一次侧以及二次侧，一次侧耦接于第一压电换流器以及第二压电换流器，二次侧依据流经该一次侧的电流产生感应电压以调整该供应电压信号。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来产生驱动灯管的电压的电换流控制模块，尤指一种包含压电换流器的电换流控制模块。

背景技术

随着显示设备的演进，冷阴极萤光灯管(Cold Cathode FluorescentLamp，CCFL)液晶显示器(TFT-LCD)多数皆采用做为背光源，此冷阴极萤光灯管需经高频电压源进行驱动点亮，灯管内部惰性气体因高电压冲击而产生光弧，以提供充足的光源供液晶显示器显像使用。近年来压电换流器(Piezoelectric Transformer)制程技术的精进，采用压电换流器来提供冷阴极萤光灯管驱动电压已日趋普遍。压电换流器体积小、重量轻，且具高电能转换效率、高可靠度、高绝缘、不可燃性与无电磁干扰(EMI)等众多优势，因而已大量被采用于背光源换流器设计。但采用压电换流器的换流器应用于驱动多灯管背光模块时，其压电换流器常因谐振电路的电感及压电换流器一次侧等效电容所产生的自然谐振频率不同而与灯管间的稳态特性阻抗不匹配，导致每组驱动电路与压电换流器间的自然谐振频率误差，而致使灯管点亮后的多组输出端电压品质不良与灯管电流不平衡等现象产生，并大幅降低换流器的整体输出效率，严重时将导致面板光学均匀度不佳与显像品质低落。

现有技术见美国专利公告第6,914,365号，该专利揭露利用单一电感与四组并联的压电换流器来驱动灯管。由于四组压电换流器使用共同的电感作为四组压电换流器的谐振电感，其虽可达每组压电换流器的自然谐振频率相同状态，将受限于四组压电换流器内部的一次侧等效电容差异影响与流入每组压电换流器的电流无法平衡，将导致每组压电换流器输出端电流平衡度不均匀，严重时将造成某组压电换流器输出功率过大而烧毁。另一方面，在美国专利公告第6,724,126号中，亦提出一种压电换流器驱动萤光灯管的装置。该专利采用两组电感L1分别对两组压电换流器来驱动灯管，然而该装置将造成两组压电换流器间产生不同的自然谐振频率，且亦将受压电换流器内部等效电容差异影响，而使流经两组压电换流器上的电流不同，因此两组压电换流器输出端的输出电压与电流品质将不理想，且输出管电流亦无法达到平衡的效果，其无法用于多灯管应用等问题仍然存在。

因此，压电换流器应用于多灯管面板时，如何驱动每组灯管使得其驱动电流的自然谐振频率点一致以产生均匀平衡的驱动电流，以及提高整体输出效率，实已成为相关产业人员的研究重点。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种使多个压电换流器输出谐振平衡驱动电流的电换流控制模块以及光源模块，以解决上述现有技术的问题。

根据本发明之一实施例提供一种电换流控制模块，用来驱动第一灯管以及第二灯管，其包含第一压电换流器、第二压电换流器以及谐振平衡电路。该第一压电换流器用来转换供应电压信号为第一驱动电压信号，并输出至该第一灯管。该第二压电换流器用来转换该供应电压信号为第二驱动电压信号并输出至该第二灯管。该谐振平衡电路包含一次侧以及二次侧，该一次侧耦接于该第一压电换流器以及该第二压电换流器，该二次侧依据流经该一次侧的电流产生感应电压以调整该供应电压信号。

本发明的另一实施例提供一种光源模块，其包含第一灯管、第二灯管、电源控制器、桥式转换器、第一压电换流器、第二压电换流器、谐振平衡电路以及保护电路。该第一以及第二灯管用来产生光线。该电源控制器用来依据控制信号产生电源驱动信号。该桥式转换器用来依据该电源驱动信号产生供应电压信号。该第一压电换流器用来转换该供应电压信号为第一驱动电压信号，并输出至该第一灯管。该第二压电换流器用来转换该供应电压信号为第二驱动电压信号并输出至该第二灯管。该谐振平衡电路包含一次侧以及二次侧，该一次侧耦接于该第一压电换流器以及该第二压电换流器，该二次侧为输出感应电压。该保护电路耦接于该谐振平衡电路的该二次侧以及该电源控制器，用来依据该感应电压产生该控制信号。

本发明的又一实施例提供一种光源模块，其包含多个灯管、电源控制器、桥式转换器、电换流控制模块以及保护电路。该多个灯管用来产生光线。该电源控制器用来依据控制信号产生电源驱动信号。该桥式转换器用来依据该电源驱动信号产生供应电压信号。该电换流控制模块包含多个控制模块，每一控制模块包含第一压电换流器、第二压电换流器以及谐振平衡电路。该第一压电换流器用来转换该供应电压信号为第一驱动电压信号，并输出至该些灯管之一灯管。该第二压电换流器用来转换该供应电压信号为第二驱动电压信号，并输出至该些灯管之一灯管。该谐振平衡电路包含一次侧以及二次侧，该一次侧耦接于该第一压电换流器以及该第二压电换流器，该二次侧依据流经该一次侧的电流产生感应电压。该保护电路耦接该电源控制器，用来依据该多个控制模块产生的感应电压产生该控制信号。

附图说明

图1为本发明的光源模块的示意图。

图2为图1的电换流控制模块之一实施例以及多个灯管的示意图。

图3为图1的电换流控制模块的另一实施例以及多个灯管的示意图。

图4为图1的电换流控制模块的又一实施例以及多个灯管的示意图。

附图标记说明

10 光源模块            16 电换流控制模块

12 电源控制器          14 桥式转换器

18 保护电路            201-20N 灯管

221-224 压电换流器     30 谐振平衡电路

301、302 谐振平衡电路  161-16N 控制模块

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明的光源模块10的示意图。光源模块10包含电源控制器12、桥式转换器(bridge converter)14、电换流控制模块16、保护电路18以及多个灯管201-20N。灯管201-20N用来产生光线，多个灯管24可为冷阴极萤光灯(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、外电极萤光灯管(External Electrode Fluorescent Lamp，EEFL)或平面灯管等等。其通过电换流控制模块16所提供的驱动电压产生光线。电源控制器12可接收保护电路18所送入的控制信号Icom，并依据控制信号Icom进行闭回路控制运算，并将运算结果输出成可变脉波宽度的数字电源驱动信号Vdrive予桥式转换器14。此外，电源控制器12亦同时依据保护电路18所送入的电压保护信号Vcom来判断多个灯管201-20N其中之一灯管是否开与短路。当一灯管发生异常开路或短路时，则电源控制器12皆可经由此电压保护信号Vcom来判断灯管已发生异常状态，并执行关闭(Shutdown)电源控制器12的保护功能。

桥式转换器14会依据不同数位电源驱动信号Vdrive输出不同占空因数(Duty)的供应电压信号Vduty予电换流控制模块16，其中，供应电压信号Vduty的占空因数宽度依据电源驱动信号Vdrive的相位差决定。因此，当电换流控制模块16接收桥式转换器14送入的供应电压信号Vduty，并将此供应电压信号Vduty经内部LC自然谐振后，会输出具有相同谐振频率的驱动电压Vlamp1-VlampN予多个灯管201-20N，使得每一灯管201-20N皆工作在稳定的驱动电压Vlamp1-VlampN之下。桥式转换器14可以是全桥式(Full-bridge)转换器、半桥式(Half-bridge)转换器或是推挽式(Push-Pull)转换器，亦或采用功率晶体切换可产生高频信号输出的转换器。本实施例的光源模块10可应用于液晶显示器，以作为液晶显示面板所需要的背光源，或是其它类似需要多个灯管作为光源的装置。

请一并参阅图1及图2。图2为图1的电换流控制模块16之一实施例以及多个灯管201-202的示意图。电换流控制模块16包含第一压电换流器221、第二压电换流器222以及谐振平衡电路30。随后，第一压电换流器221以及第二压电换流器222会分别将供应电压信号Vduty转换为驱动电压信号Vlamp1以及Vlamp2予灯管201、202。一般来说，驱动电压信号Vlamp1、Vlamp2互为反相(亦即相位差为180度)。桥式转换器14的供应电压信号Vduty分别送入电换流控制模块16的第一压电换流器221的输入正端与第二压电换流器222的输入负端。第一压电换流器221的输入负端以及第二压电换流器222的输入正端间串联谐振平衡电路(亦即绕线式变压器30)，其中，绕线式变压器30具有一次侧(线圈b-d)以及二次侧(线圈a-c)，且线圈b-d与线圈a-c的匝数比值可依电路需求情况设计为1∶1、1∶N、或是N∶1。b-d线圈的电感值L1与压电换流器221与222的电容值C1与C2将产生自然谐振频率。

当供应电压信号Vduty输入压电换流器221与222时，输入电压VPZT1可经由谐振元件L1与C1产生的自然谐振滤波后，升压转换为正向于VPZT1的交流正弦驱动电压Vlamp1；同理，输入电压VPZT2可经由L1与C2产生的自然谐振滤波后，升压转换为反向于VPZT2的交流正弦驱动电压Vlamp2。则此反向的驱动电压Vlamp1与Vlamp2即可以分别驱动灯管201、202点亮。由于两压电换流器221、222使用共同的谐振元件L1，所以两压电换流器221、222的自然谐振频率将会相同。由于压电换流器221、222的自然谐振频率点设定将会影响整体的输出效率与电压及电流谐波成分，因此在流经C1、L1与C2回路上的电流相同以及自然谐振频率相同的状态下，两压电换流器221、222产生的驱动电压Vlamp1、Vlamp2以及流经灯管201、202的电流Ilamp1、Ilamp2将会达均匀与平衡状态。

同时，由于电流流经变压器30的b-d线圈，则变压器30的电磁耦合效应将感应感应电压Vfb于a-c线圈，并传送至保护电路18。保护电路18会依据感应电压Vfb产生不同的控制信号Icom，以达到回授控制光源模块10的目的。

当压电换流器221、222在驱动灯管201、202点亮时，如果灯管201的输出端发生开路时，则此时压电换流器221的驱动电压Vlamp1将瞬间变大，而使压电换流器221本身因机械震动损耗更大的能量，此时流入压电换流器201的输入电流IL亦会增加。相对地，如果灯管201输出端发生异常短路时，则此时压电换流器221输出端电流将瞬间变大，而使压电换流器221需要更大的输入能量，此时输入电流IL亦将增加。因此，当压电换流器221或是222输出端无论发生开路亦或短路，压电换流器的电流量IL将会增加，亦即感应电压Vfb瞬间变大。所以保护电路18在侦测到感应电压Vfb的振幅超过预设值时，即可产生电压保护信号Vcom予电源控制器12。电源控制器12一但接收到电压保护信号Vcom后即会执行保护关闭(Shutdown)等功能。

请参阅图3，图3为图1的电换流控制模块16的另一实施例以及多个灯管201-204的示意图。电换流控制模块16用来驱动四个灯管201-204。电换流控制模块16包含第一控制模块161以及第二控制模块162。第一控制模块161包含二压电换流器221、222以及谐振平衡电路(亦即绕线式变压器301)，而第二控制模块162包含二压电换流器223、224以及谐振平衡电路(亦即绕线式变压器302)。压电换流器221的输入负端与压电换流器222的输入正端间串联绕线式变压器301，在压电换流器223的输入负端与压电换流器224的输入正端间串联绕线式变压器302。因此绕线式变压器301为压电换流器221、222的谐振元件，而绕线式变压器302为压电换流器223、224的谐振元件。当供应电压信号Vduty输入时，可分别在压电换流器221、222、223、224的输入端建立电压VPZT1、VPZT2、VPZT3与VPZT4，且分别经由自然谐振滤波后，升压转换为交流正弦驱动电压Vlamp1、Vlamp2、Vlamp3、Vlamp4以驱动灯管201、202、203、204。由于压电换流器221、222采用共同的绕线式变压器301的电感值L1，则所产生的自然谐振频率将会相同。同理，压电换流器223、224采用共同的绕线式变压器302的电感值L1，则所产生的自然谐振频率将会相同。感应电压Vfb为变压器301电磁耦合感应于a-c线圈的输出电压VL21与变压器302电磁耦合感应于a-c线圈的输出电压VL22之和，故只需控制感应电压Vfb，即可平衡控制C1、L1与C2回路上的电流量IL11与C3、L1与C4回路上的电流量IL12，并控制压电换流器221、222、223与224所输出的驱动电流值Ilamp1、Ilamp2、Ilamp3、Ilamp4。

除此之外，只要任一压电换流器输出端异常开路或是短路时，其感应电压Vfb瞬间变大。而保护电路18在侦测到感应电压Vfb的振幅超过预设值时，即可产生电压保护信号Vcom予电源控制器12。电源控制器12一但接收到电压保护信号Vcom后即会执行保护关闭(Shutdown)等功能。

请参阅图4，图4为图1的电换流控制模块16的又一实施例以及多个灯管201-20N的示意图。电换流控制模块16包含多个控制模块161-16n，每一控制模块包含二压电换流器以及谐振平衡电路(亦即绕线式变压器)，每一压电换流器用来输出一驱动电压至一灯管。也就是说，电换流控制模块16可以用来驱动多个灯管平衡点亮，且每一控制模块的二压电换流器间自然谐振频率相同。此外，每一控制模块的谐振平衡电路的二次侧会依据流经一次侧的电流产生对应的感应电压。而保护电路18亦可以利用侦测感应电压Vfb(亦即每一控制模块的谐振平衡电路输出的感应电压之和)的振幅是否超过预设值来判断是否压电换流器与灯管之间发生开路或短路。当感应电压Vfb的振幅超出预设值时，即输出电压保护信号Vcom至电源控制器12以执行关闭功能，达到保护的目的。其操作原理与图3所示的四灯管操作原理相同，在此不另赘述。

本发明的光源模块10可应用于液晶显示器，用来驱动多个灯管(例如冷阴极萤光灯和外电极萤光灯管)以产生液晶显示面板所需要的背光。

相较于现有技术，本发明提供一种具有电换流控制模块的光源模块。该光源模块内的多个压电换流器串联于至少一谐振平衡电路，使得每一压电换流器谐振频率相同，以确实提高输出至灯管的驱动电流效率。此外，光源模块利用保护电路侦测这些谐振平衡电路产生的感应电压以判断感应灯管异常状态，由于该感应电压对应于灯管电流，故可控制灯管电流量平衡稳定与异常保护等功能。

虽然本发明已用较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。