用于真空荧光显示管的灯丝电源电路

摘要

一种真空荧光显示管的灯丝电源电路，积分电路连接至信号输入端子，该信号输入端子用于接收幅度相应于直流电源电压的脉冲信号。比较电路将所述积分电路的输出电压与基准电压进行比较并输出结果。第一灯丝阴极连接端子连接至所述真空荧光显示管的灯丝阴极的一个端子，并向该端子提供直流电源电压。第二灯丝阴极连接端子连接至所述灯丝阴极的另一个端子，以通过电容元件使该灯丝阴极的另一个端子接地。三端子元件包括第一、第二和第三端子。所述第一端子连接至所述第一灯丝阴极连接端子。所述第二端子接地。所述第三端子接收所述比较电路的输出，以根据该输出切换所述第一端子和第二端子之间的通道。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于真空荧光显示管的驱动电路，尤其涉及一种用于向真空荧光显示管的灯丝提供电源的驱动电路。

背景技术

真空荧光显示管是一种电子管，该电子管在具有至少一面透明侧壁的真空容器(管)中容纳了阳极和阴极。真空荧光显示管通常具有一种三极管的结构，该三极管结构在阳极和阴极之间具有栅极，以控制阴极发射出的电子的运动。在真空荧光显示管中，栅极使阴极发射出的电子加速，以使其与阳极上涂覆的荧光体相碰撞。从而，荧光体发光，显示出期望的图案。

阴极通常采用涂覆有电子发射材料的灯丝。向灯丝供应电源以产生热量，生成热电子。

为驱动真空荧光显示管，需要一种用于提供灯丝电压、栅极电压和阳极电压的驱动电路。

灯丝电压需要低交流电压，例如，大约5V。然而，栅极电压和阳极电压需要大约50V的高直流电压。通常，栅极和阳极使用相同的电压。栅极电压和阳极电压在下文中将统一称为显示电压。

传统上，向真空荧光显示管提供灯丝电压和显示电压时，倍压电路加倍并调整交流灯丝电压以生成直流显示电压。这种方式使灯丝电压电源和显示电压电源具有部分的共同性。

然而，加倍和调整交流电压时，电源损耗很大。并且，因为倍压电路变热，导致了可靠性降低。

已提出了一种降低损耗的驱动电路，该驱动电路采用脉冲驱动倍压电路(参见公开号为2003-29711和2005-181413的日本专利)。

图5显示了一种采用脉冲驱动倍压电路的驱动电路结构示意图。参见图5，驱动电路200包括逻辑电源20、基准振荡器21、1/2分频电路22、灯丝驱动集成电路23和加速电路24。

上述逻辑电源20由输入电压(直流电压)Vi生成直流电源电压Vcc。

上述基准振荡器21包括一个反相放大器集成电路、二极管、电阻和一个电容，并且，生成如图6A所示的大约100至200kHz的基准时钟信号。该基准时钟信号输入至灯丝驱动集成电路23的端子SEL。上述1/2分频电路22包括触发器和电阻，通过将基准时钟信号的频率减半生成如图6B所示的外部时钟信号。将外部时钟信号输入至灯丝驱动集成电路23的外部时钟输入端子EXTCK。

上述灯丝驱动集成电路23转换输入电压Vi，并从输出端子OUT1和OUT2输出互补的差分脉冲电压P1和P2(参见图6C和图6D)。将来自灯丝6的差分脉冲电压P1和P2供给灯丝6，以向灯丝6两端(端子F1和F2之间)提供交流灯丝电压Ef。当端子SEL位于高(“H”)电平时，执行基于上述灯丝驱动集成电路23内部振荡器(图中未示出)的内部时钟操作。当端子SEL位于低(“L”)电平时，执行基于外部时钟信号的外部时钟操作。

上述加速电路24由包含二极管和电容的倍压电路，包含晶体管、稳压二极管、电阻和电容的射极输出调整器组成。加速电路24加速并调整灯丝驱动集成电路23输出的差分脉冲电压P1和P2，并将其作为用于显示电压的直流电压VDD2输出。

然而，在上述传统的驱动电路中，当直流电源Vi变化时，直流电源电压Vcc变化，提供至灯丝的有效的电压也变化。这导致了灯丝发射的电子数量的变化，降低了显示质量，造成了真空荧光显示管的寿命较短或闪烁显示等后果。

发明内容

本发明的目的之一在于当直流电源电压Vcc变化时，抑制真空荧光显示管显示质量的降低。

为达到上述目的，根据本发明提供一种真空荧光显示管的灯丝电源电路，包括积分电路，连接至用于接收幅度相应于直流电源电压的脉冲信号的信号输入端子；比较电路，连接至所述积分电路，用于将所述积分电路的输出电压和基准电压进行比较并输出结果；第一灯丝阴极连接端子，连接至真空荧光显示管的灯丝阴极的一个端子，并向所述灯丝阴极的端子提供直流电源电压；所述真空荧光显示管包括灯丝阴极、空间上与灯丝阴极分离且涂覆有荧光材料的阳极、及容纳了所述灯丝阴极和阳极的真空容器；第二灯丝阴极连接端子，连接至所述灯丝阴极的另一个端子，以通过电容元件使所述灯丝阴极的另一个端子接地；三端子元件，包括第一端子、第二端子和第三端子，所述第一端子连接至所述第一灯丝阴极连接端子，所述第二端子接地，所述第三端子接收所述比较电路的输出，以根据所述比较电路的输出切换所述第一端子和所述第二端子之间的通道。

附图说明

图1为根据本发明实施例的用于真空荧光显示管的灯丝电源电路结构的电路图；

图2A至图2E为解释图1所示灯丝电源电路运行的时序图；

图3A至图3E为解释图1所示灯丝电源电路运行的时序图；

图4A至图4C为解释真空荧光显示管点亮时间与灯丝驱动电压波形之间关系的时序图；

图5为一种传统驱动电路结构的实例的电路图；

图6A至图6D为解释图5所示驱动电路运行的时序图。

具体实施方式

现在结合附图，对本发明实施例进行描述。

参见图1，VFD(真空荧光显示管)30由容纳在真空容器中的形成在基体上涂覆有荧光材料的阳极(图中未示出)、可分离地设置在该阳极上方的灯丝阴极301及设置在阳极和灯丝阴极之间的栅极(图中未示出)构成，该真空容器可由，如玻璃制成。

VFD30包括灯丝阴极连接端子F1和F2，用于接入由灯丝电源电路供应的灯丝电压；电源端子，用于接入用于显示电压的直流电压VDD和直流电源电压Vcc(大约5V)；和信号输入端子，用于接收由用于驱动和显示VFD30的外部设备(用于VFD驱动的CPU10)提供的各种信号，如CLK，BK，LAT，和SI。

注意到本实施例中的VFD30为矩阵类型，包括从上方向下观察时按矩阵排列的多个阳极。然而，在本发明中，只要利用灯丝阴极作为电子源，VFD可以为所谓的分段类型，包括具有任意外型的阳极。

用于显示电压的直流电压VDD可以通过直流电源电压Vcc，利用如已知的倍压电路来获取。然而，图1并未示出该倍压电路或相似电路，且省略了对其的细节描述。

用于VFD驱动的CPU10为真空荧光显示管驱动电路，该电路接收直流电源电压Vcc和输出信号CLK、BK、LAT及SI以驱动VFD30。用于VFD驱动的CPU10具有时钟信号输出端子101以输出脉冲状时钟信号，该信号的周期相应于VFD驱动信号周期的整数因子，峰值相应于直流电源电压Vcc。由用于VFD驱动的CPU10的时钟信号输出端子101的时钟信号输出的源振荡器，与由该CPU10的VFD驱动信号(如CLK)输出的源振荡器相同。因此，时钟信号的周期可被准确地设置为VFD驱动信号周期的整数因子，而不与该VFD驱动信号同步。

根据本实施例的灯丝电源电路，用于VFD驱动的CPU10的时钟信号输出端子101的时钟信号输出可用作输入信号，如用于灯丝电源电路的时钟信号，这将在下文进行描述。

[1.灯丝电源电路的结构]

根据本实施例的灯丝电源电路包括RC电路40，用于接收具有幅度相应于直流电源电压Vcc的脉冲信号；比较电路20，用于将所述RC电路40的输出电压和基准电压进行比较并输出结果；开关晶体管TR1，用作三端子元件，用于根据所述比较电路20的输出，将VFD30的灯丝阴极连接端子F1接地，所述F1端子供应有直流电源电压Vcc。

更具体的，所述RC电路40包括电阻元件R1，其具有连接至信号输入端子a的一个端子，该信号输入端子a接收用于VFD驱动的CPU10输出的时钟信号；和电容元件C1，该电容元件的一个端子连接至所述电阻元件R1的另一端子，该电容元件的另一个端子接地。所述RC电路40作为积分电路。

所述比较电路20的反相输入端子连接至电阻元件R1和电容元件C1之间的节点。所述电容元件C1两端的电压接入反相输入端子。所述比较电路20的正相输入端子连接至基准电压电路50的输出端子。预定的基准电压接入到所述正相输入端子。

注意到基准电压电路50利用电阻元件R2和R3对预定电压Verf分压，输出预定基准电压Vs(＝Vref×R3/(R2+R3))。

第一灯丝阴极连接端子F1连接至VFD30的灯丝阴极301的一个端子，以通过电感器L1向灯丝阴极301的一个端子供应直流电源电压Vcc。另一方面，第二灯丝阴极连接端子F2连接至灯丝阴极301的另一个端子，以通过电容元件C2使灯丝阴极301的另一个端子接地。因此，当第一和第二灯丝阴极连接端子F1和F2连接至灯丝阴极301时，形成了包括电感L1和电容元件C2的LC电路。

在开关晶体管TR1中，作为第一端子的漏极端子连接至第一灯丝阴极连接端子F1。作为第二端子的源极端子接地。所述比较电路20的输出被输入至作为第三端子的栅极端子，以根据所述比较电路20的输出切换漏极和源极之间的通道。

[2.灯丝电源电路的运行]

下面参照图2A至2E及3A至3E，将对根据本实施例灯丝电源电路的运行进行描述。图2A至图2E及3A至3E显示了灯丝电源电路在下述点上的电压的时间变化率。

图2A和图3A：灯丝电源电路的信号输入端子(图1中点a)

图2B和图3B：所述比较电路20的反相输入端子(点b)和正相输入端子(点c)

图2C和图3C：所述比较电路20的输出信号(点d)

图2D和图3D：第一灯丝阴极连接端子F1(点e)

图2E和图3E显示了供应至所述灯丝阴极的电压的时间变化率。

[2.1灯丝电源电路的基本运行]

下面参照图2A至2E，将首先对根据本实施例灯丝电源电路的基本运行进行描述。

如图2A所示，由用于VFD驱动的CPU10输出的时钟信号和输入至信号输入端子(点a)的时钟信号为具有峰值Vcc、周期T和开启时间τ的脉冲状信号。

时钟信号被输入至包括电阻元件R1和电容元件C1的RC电路。按照由电阻元件R1和电容元件C1决定的时间常数，所述电容元件C1两端的电压显示出锯齿状的变化，如图2B所示。所述电压被输入至所述比较电路20的反相输入端子(点b)。

另一方面，将预定的电压Vs输入至所述比较电路20的正相输入端子(点c)。从而，对所述比较电路20的输出端子(点d)，如图2C所示当所述比较电路20的正相输入大于反相输入时，信号开启(ton＝t1+t2)，当正相输入小于反相输入时，信号关闭(toff＝T-ton)。

通过下式给出所述反相输入端子(点b)的电压波形中的VHIGH、VLOW、t1和t2：

VHIGH＝Vcc×{1-e^-(τ/R1C1)}/{1-e^-(T/R1C1)}    ...(1)

VLOW＝VHIGH×e^{-((T-τ)/R1C1)}                  ...(2)

t1＝-R1×C1×ln(VLOW/Vs)                      ...(3)

t2＝-R1×C1×ln{(Vcc-Vs)/(Vcc-VLOW)}          ...(4)

当图2C中所示的信号被输入至所述开关晶体管TR1栅极端子以打开/关闭在漏极和源极之间的通道时，第一灯丝阴极连接端子F1(点e)上电压的变化与所述比较电路20输出信号的变化反相，如图2D所示。

这时，第一灯丝阴极连接端子F1的电压VDS可由所述比较电路20输出的负荷D的公式表示，并由下式给出：

VDS＝Vcc×(T/toff)

＝Vcc/(1-D)                                  ...(5)

其中D＝ton/T

从而，每次打开/关闭所述开关晶体管TR1的漏极和源极之间的通道时，所述电容元件重复充电和放电，且如图2E所示的电压(灯丝电压)被接至灯丝阴极301。这时，接至灯丝阴极301的前向电压Vef1和反向电压Vef2可由下式给出：

Vef1＝VDS-VF2

    ＝D×Vcc/(1-D)        ...(6)

Vef2＝VF2＝Vcc            ...(7)

因为打开开关晶体管TR1时，通过灯丝301在电容元件C2上移除的电荷，与关闭开关晶体管TR1时，通过灯丝301在电容元件C2上存储的电荷相等，所述第二灯丝阴极连接端子F2的电压由上述的VF2＝Vcc给出。为满足上述的VF2＝Vcc，所述第二灯丝阴极连接端子F2可直接连接至直流电源电压Vcc。

接至灯丝阴极的电压的有效值可由下式给出：

ef1＝Vef1×(1-D)^1/2

   ＝Vcc×D×(1-D)^1/2     ...(8)

ef2＝Vef2×D^1/2           ...(9)

灯丝电压为：

Ef＝(ef1²+ef2²)^1/2        ...(10)

由上所述，显而易见的，灯丝电压Ef由时钟信号的周期T、开启时间τ、电阻R1、电容C1、预定基准电压Vs和直流电源电压Vcc的公式表示。

设置参数值以使由直流电源电压Vcc变化造成的灯丝电压Ef的变化最小。这可使在直流电源电压Vcc变化时，稳定灯丝电压Ef和抑制VFD显示质量的降低。

[2.2直流电源电压Vcc的变化和灯丝电源电路的运行]

下面参照图3A和3E，对在直流电源电压Vcc变化时，灯丝电源电路的运行进行描述。

当直流电源电压Vcc降低时，如图3A中的虚线所示，如电容元件C1两端的电压、比较电路20的反相输入端子(点b)的输入电压信号也降低，如图3B中的虚线所示。相反地，不管直流电源电压Vcc的值，比较电路20正相输入端子(点c)的电压Vs总是恒定。

因此，当直流电源电压Vcc降低时，比较电路20的反向输入小于正向输入的时间变长。因此，如图3C所示，比较电路20的输出的负荷变化。开启时间较长，而关闭时间较短。

当直流电源电压Vcc降低时，比较电路20的输出的开启时间ton变长，关闭时间toff变短。即比较电路20的输出的负荷D增加。

若负荷D增加，开关晶体管TR1的漏极和源极之间的路径关闭以通过加速线圈L1向第一灯丝阴极连接端子F1供应电压Vef1的时间段变短，如图3E中虚线所示。同时，电压Vef1的值增加，这可从公式(6)清楚获知。

另一方面，当直流电源电压Vcc升高时，比较电路20的输出的负荷D减小。由于这种原因，开关晶体管TR1的漏极和源极之间的通道关闭以通过加速线圈L1向第一灯丝阴极连接端子F1供应电压Vef1的时间段变长，电压Vef1的值减小。

甚至当直流电源电压Vcc变化时，接入至灯丝阴极301的灯丝电压及其应用时间变化，以减少直流电源电压Vcc的变化。因此，这样即使在直流电源电压Vcc变化时，稳定灯丝电压及抑制由直流电源电压Vcc的变化造成的VFD显示质量的降低也成为可能。

由上所述，用于VFD驱动的CPU10的时钟信号输出端子101提供的灯丝电源电路的时钟信号，与各种信号CLK、BK、LAT及SI基于相同的源振荡器。因此，时钟信号的周期可被准确地设置为VFD驱动信号周期的整数因子。

图4A至图4C显示了VFD点亮时间与灯丝驱动电压波形之间的关系。在本实施例中，灯丝驱动电压的周期T为VFD驱动信号周期的整数因子。由于这种原因，预定点亮时间Tn总是包括整数(m)个灯丝驱动电压(T＝Tn/m)的周期T，如图4B所示。因此，灯丝电压的有效值也是恒定的。相反地，若点亮时间Tn不是整数(m)个灯丝驱动电压(T≠Tn/m)的周期T，如图4C所示，有效值在每个点亮时间Tn内变化。

由上所述，用于灯丝电源电路的时钟信号被用作输入信号，该时钟信号来自所述用于VFD驱动的CPU10的输出，且该时钟信号具有相应于驱动信号周期的整数因子的周期。由于这种原因，在点亮时间中灯丝电源电路的时钟数总是整数，且在每个点亮时间中将预定的有效电压供应至灯丝。这提高了显示质量。

当利用所述用于VFD驱动的CPU10的输出时，不需要用于灯丝电源电路的单独的振荡器电路。

在本实施例中，用于VFD驱动的CPU10的时钟信号的输出被用作输入信号。在本实施例中，然而，输入由用于VFD驱动的CPU10提供的时钟信号不是必须的。其它任何能够提供具有稳定频率和幅值时钟信号的振荡器电路都可提供时钟信号。

在本实施例中，所述RC电路40作为积分电路。然而，可利用具有其它结构积分电路。

所述比较电路20必须被设计为用于输出表示基准电压和所述RC电路40输出电压的幅值关系的信号，及所述开关晶体管TR1必须被设计为当所述RC电路40输出电压低于基准电压时，打开漏极和源极之间的通道，且当所述RC电路40输出电压高于基准电压时，关闭漏极和源极之间的通道。

因此，由上所述，根据本实施例，这可使即使在直流电源电压Vcc变化时，稳定灯丝电压，及抑制由直流电源电压Vcc的变化造成的VFD显示质量的降低。

用于灯丝电源电路的时钟信号被用作输入信号，该时钟信号来自用于真空荧光显示管驱动的CPU10的输出，且具有相应于驱动信号周期的整数因子的周期。可以准确设置灯丝电源电路的周期为真空荧光显示管30的点亮时间的整数因子，提高显示质量。