用于驱动放电灯的DC到AC电能转换的方法和设备技术

本发明专利技术公开了将ＤＣ电能转换为驱动放电灯例如冷阴极荧光灯（ＣＣＦＬ）的ＡＣ电能的多个方法和电路。其中，一种将直流输入电压转换为交流信号的方法包括：在初级侧中使输入电压可控地导通和关断，以产生ＰＷＭ（脉冲宽度已调制的）交流信号；在为负载供电的次级侧的储能电路中，将ＰＷＭ交流信号变换为期望的电压电平；以及通过反馈次级侧的电压、电流、或者电压和电流，控制ＰＷＭ交流信号的频率和占空比，其中，该控制过程还包括：将反馈值与至少一个参考值相比较；及产生用于调制ＰＷＭ交流信号的频率和占空比的控制信号。在其它优点中包括通过简单的控制方案来调节灯电流和断灯电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及一种用于将DC(直流)电能转换为AC(交流)电能的方法和设备，更具体地涉及稳定地调节在断灯(灯开路，包括断路、灯管断开)条件下的灯电压以及精确地调节灯电流的简单的控制方案。
技术介绍
用于PC监视器、电视、以及便携式DVD中的液晶显示(LCD)面板将放电灯用作背光器件。常用的放电灯包括冷阴极荧光灯(CCFL)和外置电极荧光灯(EEFL)。DC到AC开关逆变器常用于以极高的AC电压向这些灯供电。通常，由功率开关将DC电压斩波以产生振荡电压波形，然后使用变压器和滤波器元件来产生具有足够振幅的近似正弦波形。通常由频率范围从50到100千赫兹的AC信号驱动CCFL。功率开关可以是双极结型晶体管(BJT)或场效应晶体管(MOSFET)。而且，晶体管可以是分立器件，或者集成到与DC到AC转换器的控制电路同一个封装内。由于阻性元件趋于消耗电能并降低电路的总效率，所以典型的用于DC到AC转换器的谐波滤波器采用使得电路功耗最小化的感性和容性元件。具有感性和容性元件的二阶谐振滤波器被称作“储能”电路，这是因为该储能电路以特定频率存储能量。也可以采用更高阶的谐波滤波器。CCFL的平均寿命取决于其工作环境的几个方面。例如，以比其额定功率更高的功率驱动CCFL会缩减灯的使用寿命。此外，以具有高波峰因数(crest factor)的AC信号驱动CCFL会使灯过早发生故障。波峰因数是流经CCFL的峰值电流与平均电流之比。另一方面，公知的是，以较高频率的方形AC信号驱动CCFL可以使灯的使用寿命最大化。但是，由于方形AC信号会导致与设置在该驱动电路附近的其它电路产生严重的干扰，所以典型地利用其波形小于最佳波形的AC信号、例如正弦形的AC信号来驱动灯。双端(全桥式和推挽式)逆变器拓扑通用于驱动当今的放电灯，因为它们能在正负周期提供对称的电压和电流驱动。所得到的灯电流是正弦的并且具有低波峰因数。这些拓扑非常适于具有宽DC输入电压范围的应用。单端逆变器常被考虑用在低功率和对成本敏感的应用中。中国专利申请号200510069000.8所提出的新的单端逆变器能以低波峰因数有效地驱动放电灯，并且与传统的单端逆变器相比具有低得多的电压应力，因此对于低功率和对成本敏感的应用很有吸引力。为了获得对灯电流和断灯电压的良好的调节，通常需要多个复杂的调节回路，来控制开关AC波形的开关频率和占空比，其中，这些开关AC波形产生自上述的逆变器拓扑中的开关器件。本专利技术提出一种独特和简单的控制方案。以下的讨论基于该新的单端拓扑。然而，同样的控制方案可以应用到包括全桥、半桥和推挽等其他拓扑上。
技术实现思路
本专利技术提供一种将直流输入电压转换为交流信号的方法，该方法包括在初级侧中使输入电压可控地导通和关断，以产生PWM(脉冲宽度已调制的)交流信号；在为负载供电的次级侧的储能电路中，将PWM交流信号变换为期望的电压电平；以及通过反馈次级侧的电压、电流、或者电压和电流，控制PWM交流信号的频率和占空比，其中，该控制过程还包括将反馈值与至少一个参考值相比较；及产生用于调制PWM交流信号的频率和占空比的控制信号。根据上述方法，如果该控制信号高于阈值电压，仅调制占空比或频率。根据上述方法，该阈值电压包括第一阈值电压和第二阈值电压。根据上述方法，如果该控制信号低于第一阈值电压，仅改变占空比或频率。根据上述方法，仅当该控制信号高于第二阈值电压时，才改变占空比或频率中的另一个。本专利技术还提供一种直流到交流的电能逆变器电路，用于为负载提供交流电能，该电路包括直流输入电压信号；开关网络，包括至少一个开关器件，以将直流输入电压信号转换为PWM交流波形；谐振储能电路，用于对PWM交流波形进行滤波以驱动负载；以及反馈部分，其利用对负载电压、负载电流或二者的测量结果来驱动开关网络；其中，该反馈部分包括反馈放大器(FA)，用于将至少一个负载测量结果与至少一个参考信号相比较以产生控制信号；PWM控制器，用于接收该控制信号，以产生至少一个占空比和频率已被调制的方波信号；栅极驱动器，用于接收该方波信号，以驱动开关网络中的开关器件；及一个结构，其中，由FA接收负载测量结果，并且若FA的输出小于阈值电压则FA发送信号至PWM控制器，而若FA的输出大于该阈值电压则FA发送另一个信号至振荡器。根据上述电路，开关网络配置为包含两个开关器件的单端拓扑，其中，一个开关器件为可控开关器件，另一个开关器件为不可控开关器件例如二极管或可控开关器件。根据上述电路，谐振储能电路包含变压器，该变压器具有两个初级绕组，每个绕组的至少一端连接至所述两个开关器件中的一个，且电容器连接在所述两个初级绕组之间。根据上述电路，开关网络配置为半桥拓扑。根据上述电路，开关网络配置为推挽拓扑。根据上述电路，开关网络配置为全桥拓扑。根据上述电路，如果FA的输出低于该阈值电压，仅改变占空比。根据上述电路，如果FA的输出高于该阈值电压，仅改变开关频率。根据上述电路，如果感测到负载电流，仅改变开关频率。本专利技术还提供一种逆变器电路，用于为放电灯提供电能，包括直流输入电压信号；开关网络，用于将直流输入电压信号转换为PWM交流波形；谐振储能电路，用于对PWM交流波形进行滤波以驱动放电灯；以及控制电路，用于接收放电灯的电流和电压的反馈以驱动开关网络，从而调制PWM交流波形的占空比和开关频率，其中，该控制电路仅调制PWM交流波形的占空比或开关频率。根据上述电路，控制电路通过一个共用的控制电压来调制PWM交流波形的占空比和开关频率。根据上述电路，该共用的控制电压划分为多个区域，所述多个区域中的至少一个仅控制占空比。根据上述电路，所述多个区域包含至少一个仅控制开关频率的区域。根据上述电路，仅当占空比达到最大值时，开关频率才改变。根据上述电路，所述多个区域包含至少一个控制开关频率的区域，该开关频率仅在放电灯启动前改变。附图说明通过参考以下结合附图的详细说明，本专利技术的前述方面及许多附带的优点会变得更容易体会并被更好地理解，在附图中图1为所提出的单端逆变器电路的方框图；图2A为本专利技术实施例的简化示意图；图2B示出正常的灯工作条件下的某些波形；图3示出正常的灯工作条件下该电路的反馈操作；图4示出断灯(包括启动)条件下该电路的反馈操作；图5是本专利技术另一实施例的简化示意图；图6是使用全桥拓扑的又一实施例的简化示意图；图7是使用推挽拓扑的再一实施例的简化示意图；图8是使用半桥拓扑的另一实施例的简化示意图。具体实施例方式本专利技术的实施例涉及用于将DC电能转换为AC电能的多个逆变器电路和方法，更具体地涉及用于驱动放电灯如冷阴极荧光灯(CCFL)的逆变器电路。在其它优点中，所提出的这些电路提供一个简单的驱动逆变器电路产生的开关波形的占空比或开关频率的控制方案。下面将说明本专利技术的多种实施例。随后的说明提供了对这些实施例的全面理解的具体细节。但是，本领域技术人员应当理解，无需一些所述细节也可以实施本专利技术。此外，可能不会示出或者详细说明一些公知的结构或功能，以免不必要地使多种实施例的相关说明不清楚。在下述说明中使用的术语即使是与本专利技术某些具体实施例的详细说明结合使用的，也要以其最宽的合理方式解释该术语。某些术语可能会在下面给予强调；但是，任何准备以某种受限的方式进行解释本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将直流输入电压转换为交流信号的方法，该方法包括：在初级侧中使输入电压可控地导通和关断，以产生ＰＷＭ（脉冲宽度已调制的）交流信号；在为负载供电的次级侧的储能电路中，将ＰＷＭ交流信号变换为期望的电压电平；以及通过反馈 次级侧的电压、电流、或者电压和电流，控制ＰＷＭ交流信号的频率和占空比，其中，该控制过程还包括：将反馈值与至少一个参考值相比较；及产生用于调制ＰＷＭ交流信号的频率和占空比的控制信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，
申请(专利权)人：美国芯源系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]