專利名稱：檢測燈開路狀態(tài)的方法和電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及熒光燈的驅動，尤其涉及驅動冷陰極熒光燈(CCFL)、外置電極熒光燈(EEFL)和平面熒光燈(FFL)的方法和保護方案。
背景技術：
出于安全和可靠的原因，在冷陰極熒光燈(CCFL)逆變器應用中常常需要燈開路電壓方案。在燈開路狀態(tài)下，當缺乏保護時，在輸出端可能會產生一個非常高的不希望有的電壓。這種不希望有的電壓可能會比正常的輸出壓高好幾倍，并且會對電路的元器件造成損害。
實現燈開路電壓保護的傳統(tǒng)方法是監(jiān)測燈電流。在圖1中的同相應用和圖2中的異相應用中說明了這種方法。當燈電流變?yōu)榱銜r，燈開路保護被觸發(fā)。在所示的燈開路保護電路中，每一個燈都需要一個額外的二極管。同樣，燈開路檢測電路和燈電壓反饋電路是獨立的。這種方式導致了總電路過于復雜和相關的高成本。因此，需要有更簡單的燈開路保護方法和電路。

發(fā)明內容
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種在放電燈系統(tǒng)中檢測燈開路狀態(tài)的方法，該方法包括通過檢測電路來監(jiān)視燈電壓與激勵電壓之間的相位關系，該檢測電路與一個放電燈或多個放電燈連接；從所述檢測電路獲得電壓信號；如果所述電壓信號滿足燈開路狀態(tài)，觸發(fā)燈開路保護程序。
在上述方法中，當所述相位關系接近于零度時，所述燈開路保護程序可觸發(fā)。
上述方法，還可包括獲得所述燈電壓的斜率；獲得位于所述激勵電壓的脈沖中間的檢測窗口；將所述斜率與所述檢測窗口相比較；如果所述斜率在所述檢測窗口內改變了極性，觸發(fā)燈開路保護程序。
在上述方法中，所述檢測電路可包括一組檢測電容器，與一組放電燈連接，其中一個檢測電容器與一個放電燈相對應，并且所述一組檢測電容器的電壓同相；一組二極管，與所述一組檢測電容器連接，其中一個二極管與一個檢測電容器相對應；差分電路，其輸入端子與所述一組二極管連接；比較器，其負極端子與所述差分電路的輸出端子連接，其正極端子接地或者接閾值電壓；以及與門，其一個輸入端子與所述比較器的輸出端子連接，另一個輸入端子接到表示激勵電壓中間部分的脈沖信號。
在上述方法中，所述第一差分電路可包括電容器，與所述一組二極管連接；以及接地電阻器，與所述電容器和所述比較器的負極端子連接；在上述方法中，所述脈沖信號可由DC電平和三角波形產生，并且該三角波形還被用來產生所述放電燈系統(tǒng)的占空比。
本發(fā)明還提供了一種能夠檢測放電燈系統(tǒng)中的燈開路狀態(tài)并觸發(fā)燈開路保護程序的電路，該電路包括一組檢測電容器，與一組放電燈連接，其中一個檢測電容器與一個放電燈相對應，并且所述一組檢測電容器的電壓同相；一組二極管，與所述一組檢測電容器連接，其中一個二極管與一個檢測電容器相對應；差分電路，其輸入端子與所述一組二極管連接；比較器，其負極端子與所述差分電路的輸出端子連接，其正極端子接地或者接閾值電壓；與門，其一個輸入端子與所述比較器的輸出端子連接，另一個輸入端子接到表示激勵電壓中間部分的脈沖信號。
上述電路可在集成電路級別上。
在上述電路中，所述差分電路可包括電容器，與所述一組二極管連接；接地電阻器，與所述電容和所述比較器的負極端子連接。
在上述電路中，所述脈沖信號可由DC電平和三角波形產生，并且該三角波形還被用來產生所述放電燈系統(tǒng)的占空比。
本發(fā)明能夠防止?jié)撛诘倪^壓和對電子元件的損害。


下面的附圖示出了本發(fā)明的實施例。這些圖和實施例以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發(fā)明的實例；圖1為同相應用的一種燈開路檢測電路。
圖2為異相應用的一種燈開路檢測電路。
圖3為CCFL逆變器的增益曲線。
圖4(a)和圖4(b)為正常工作狀態(tài)下燈電壓VC與激勵電壓Vin之間的相位關系。
圖5(a)和圖5(b)為燈開路狀態(tài)下燈電壓VC與激勵電壓Vin之間的相位關系。
圖6為利用燈電壓VC與激勵電壓Vin之間相位關系的燈開路保護方法。
圖7為單燈應用中的燈開路保護電路。
圖8為圖7中的電路在正常工作狀態(tài)下的dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。
圖9為圖7中的電路在燈開路狀態(tài)下的dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。
圖10為4燈同相應用中的燈開路保護電路。
圖11為圖10中的電路在正常工作狀態(tài)下的Vc、dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。
圖12為圖10中電路在燈開路狀態(tài)下的Vc、dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。
具體實施例方式
下面詳細說明使用邏輯和分立的元件實現燈開路電壓保護的系統(tǒng)和方法的實施例。在接下來的說明中，一些具體的細節(jié)，例如實例電路和這些電路元件的實例值，都用于對本發(fā)明的實施例提供更好的理解。但本技術領域技術人員可以理解，即使在缺少一個或多個具體細節(jié)或者與其他方法、元件、材料等結合的情況下，本發(fā)明也可以被實現。
通過結合具有代表性和舉例性的系統(tǒng)、電路和方法，舉例說明下列的實施例和方案。在不同的實施例中，上述的問題已被減少或消除，同時另外的實施例目的在于其他的改進。
本發(fā)明涉及放電燈應用中燈開路電壓保護的電路和方法。上述電路通過監(jiān)測燈電壓與包括變壓器兩端電壓的激勵電壓之間的相位關系，檢測出燈開路狀態(tài)并觸發(fā)燈開路保護程序。
圖3顯示了典型的CCFL逆變器的增益曲線。在正常工作狀態(tài)下，逆變器以開關頻率fs工作，該頻率處于底部增益曲線的感性區(qū)域中并接近諧振頻率fr。在燈開路狀態(tài)下，逆變器以頻率fs工作，該頻率處于頂部增益曲線的容性區(qū)域中。圖4(a)示出了正常工作狀態(tài)下的CCFL燈電路。如該電路中所示，輸入電流iL和激勵電壓Vin幾乎同相。另外，燈電壓Vc的相位與Vin的相位相比滯后。圖4(b)中的矢量圖示出了正常工作狀態(tài)下的iL、Vin、電感電壓VL和Vc之間的關系。
圖5(a)示意性地顯示了燈開路狀態(tài)下的CCFL燈電路。如該電路中所示，iL與Vin之間的相位差接近90度。Vc和Vin幾乎同相。圖5(b)中的矢量圖說明了燈開路狀態(tài)下的iL、Vin、VL和Vc之間的關系。如圖所示，在正常工作狀態(tài)和燈開路狀態(tài)下，Vc與Vin之間的相位關系區(qū)別很明顯。根據本發(fā)明的一個實施例，通過監(jiān)視和利用Vc與Vin之間的相位差來實現燈開路狀態(tài)的保護。上述相位差用于觸發(fā)燈開路保護程序。當燈開路保護程序觸發(fā)時，電路增加開關頻率fs，從而增強燈電壓的增益。在預定的等待時間之后，如果燈開路狀態(tài)仍然持續(xù)，電路立即關斷從而防止?jié)撛诘倪^壓和對電子元件的損害。注意由于在一些應用中，功率元件的柵極電壓具有與Vin相同的相位，柵極電壓與Vc之間的相位差也可以用于燈開路保護。功率元件為一個或多個功率晶體管，用于將DC電源轉換為AC電源，以在變壓器中進行傳輸。此外，柵極電壓與Vc之間的比較可以在集成電路級別上完成。
圖6舉例說明了監(jiān)視Vc與Vin之間相位差的方法。燈電壓的斜率dVc/dt被計算出來。在Vin脈沖中間設置了一個觀測窗口tW。當在窗口tW中dVc/dt從正變?yōu)樨?，或者相反時，燈開路保護程序觸發(fā)。當在窗口tW外dVc/dt改變其極性時，燈開路保護程序不會觸發(fā)。圖7為本發(fā)明的單燈應用的實施例。被檢測的燈電壓Vc接到一個差分電路，后者由一個電容器和一個接地電阻器構成。差分電路的輸出dVc/dt接到比較器的負極端子，比較器的正極端子接地或者閾值電壓Vth。比較器的輸出Vcomp接到一個與門的輸入端子，并通過一個電阻器接到電壓源Vcc。與門的另一個輸入端子接到Vcenter，Vcenter是由三角波形和直流電平產生的，Vcenter表示Vin的中間部分。由于三角波形同樣用于產生放電燈逆變器的占空比，脈沖的相位與Vin完全相同。DC電平用于調節(jié)tW的寬度。
圖8為圖7中的電路在正常工作狀態(tài)下的dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。在正常工作狀態(tài)下，dVc/dt在tW外改變其正負符號。比較器將dVc/dt與零電壓比較以產生脈沖Vcomp，脈沖Vcomp也在Vcenter之外。與門的輸出Vout一直是低電平并且燈開路保護程序不會觸發(fā)。圖9為圖7中電路在燈開路狀態(tài)下的dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。當發(fā)生燈開路狀態(tài)時，dVc/dt在Vcenter中改變正負符號，并且Vcomp與Vcenter發(fā)生重疊。在每個周期中都會產生一個脈沖用于觸發(fā)燈開路保護程序。
圖10為本發(fā)明多燈應用中的另外一個實施例。為了探討方便，這里主要討論4燈同相應用。每個被測的燈電壓，從Vc1到Vc4，通過與其對應的二極管D1到D4接到差分電路的輸入端子。所有的二極管都有一個或門結構，因此差分電路的輸入信號Vc跟隨最大的Vci值，其中i介于1到4之間。與單燈應用相似，Vc接到一個電容器和一個接地電阻器。差分電路的輸出dVc/dt接到與比較器的負極端子，同時，比較器的正極端子接地或者閾值電壓Vth。比較器的輸出Vcomp接到與門的輸入端子，并通過一個電阻器接到電壓源Vcc。與門的另一個輸出端子接到Vcenter，Vcenter由三角波形和DC電平產生。Vcenter表示Vin的中間部分。由于三角波形同樣用于產生放電燈逆變器的占空比，脈沖的相位與Vin完全相同。DC電平用于調節(jié)tW的寬度。圖11為圖10中電路在正常工作狀態(tài)下的Vc、dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。在正常工作狀態(tài)下，dVc/dt在tW外改變正負符號。比較器將dVc/dt與零電壓比較，以產生脈沖Vcomp，脈沖Vcomp也在Vcenter外。與門的輸出Vout，一直是低電平，燈開路保護程序不會觸發(fā)。圖12為圖10中電路在燈開路狀態(tài)下的Vc、dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。當一個或多個燈開路時，Vc的每一個波形周期中會產生兩個尖峰。較高的尖峰來源于燈開路的檢測到的電壓，較低的尖峰來源于正常狀態(tài)下的燈。斜率dVc/dt在Vcenter中改變正負符號，并且Vcomp與Vcenter發(fā)生重疊。在每個周期中都會產生一個脈沖用于開啟燈開路保護程序。
在本發(fā)明的一個實施例中，用檢測電路來監(jiān)視單燈或多燈系統(tǒng)中燈電壓Vc與激勵電壓Vin之間的相位關系，并且當一個或多個燈開路時觸發(fā)燈開路保護程序。在正常工作狀態(tài)下，Vc與Vin之間的相位差較大，通常大于30度；而在燈開路狀態(tài)下，相位差接近于零度。在本發(fā)明的另外一個實施例中，檢測電路計算被檢測燈電壓的斜率dVc/dt，并將其與位于脈沖Vin中間的檢測窗口tW相比較。如果在tW內dVc/dt從正轉變?yōu)樨?，或者相反，燈開路保護程序觸發(fā)。如果在tW外dVc/dt改變了其極性，燈開路保護程序將不會被觸發(fā)。本發(fā)明的一個優(yōu)點在于，不需要燈電流反饋電路。檢測電路可以合并入燈電壓反饋電路，用于監(jiān)視和觸發(fā)燈開路保護程序。同樣，檢測電路也可以在集成電路級別上以較低的成本和電路復雜性實現。
上述本發(fā)明及其應用的說明僅僅是示例性的燈開路電壓保護，并不用于限定本發(fā)明的范圍。對公開的實施例進行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域普通技術人員所了解。本發(fā)明所公開的實施例的其他變化和修改并不超出本發(fā)明的精神和保護范圍。
權利要求
1.一種在放電燈系統(tǒng)中檢測燈開路狀態(tài)的方法，包括通過檢測電路來監(jiān)視燈電壓與激勵電壓之間的相位關系，該檢測電路與一個放電燈或多個放電燈連接；從所述檢測電路獲得電壓信號；如果所述電壓信號滿足燈開路狀態(tài)，觸發(fā)燈開路保護程序。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當所述相位關系接近于零度時，所述燈開路保護程序觸發(fā)。
3.根據權利要求2所述的方法，還包括獲得所述燈電壓的斜率；獲得位于所述激勵電壓的脈沖中間的檢測窗口；將所述斜率與所述檢測窗口相比較；如果所述斜率在所述檢測窗口內改變了極性，觸發(fā)燈開路保護程序。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述檢測電路包括一組檢測電容器，與一組放電燈連接，其中一個檢測電容器與一個放電燈相對應，并且所述一組檢測電容器的電壓同相；一組二極管，與所述一組檢測電容器連接，其中一個二極管與一個檢測電容器相對應；差分電路，其輸入端子與所述一組二極管連接；比較器，其負極端子與所述差分電路的輸出端子連接，其正極端子接地或者接閾值電壓；以及與門，其一個輸入端子與所述比較器的輸出端子連接，另一個輸入端子接到表示激勵電壓中間部分的脈沖信號。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述第一差分電路包括電容器，與所述一組二極管連接；以及接地電阻器，與所述電容器和所述比較器的負極端子連接；
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述脈沖信號是由DC電平和三角波形產生的，并且該三角波形還被用來產生所述放電燈系統(tǒng)的占空比。
7.一種能夠檢測放電燈系統(tǒng)中的燈開路狀態(tài)并觸發(fā)燈開路保護程序的電路，包括一組檢測電容器，與一組放電燈連接，其中一個檢測電容器與一個放電燈相對應，并且所述一組檢測電容器的電壓同相；一組二極管，與所述一組檢測電容器連接，其中一個二極管與一個檢測電容器相對應；差分電路，其輸入端子與所述一組二極管連接；比較器，其負極端子與所述差分電路的輸出端子連接，其正極端子接地或者接閾值電壓；與門，其一個輸入端子與所述比較器的輸出端子連接，另一個輸入端子接到表示激勵電壓中間部分的脈沖信號。
8.根據權利要求7所述的電路，其特征在于，所述電路在集成電路級別上。
9.根據權利要求7所述的電路，其特征在于，其中所述差分電路包括電容器，與所述一組二極管連接；接地電阻器，與所述電容和所述比較器的負極端子連接。
10.根據權利要求7所述的電路，其特征在于，所述脈沖信號是由DC電平和三角波形產生的，并且該三角波形還被用來產生所述放電燈系統(tǒng)的占空比。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在放電燈系統(tǒng)中檢測燈開路狀態(tài)的方法和電路，該方法包括通過檢測電路來監(jiān)視燈電壓與激勵電壓之間的相位關系，該檢測電路與一個放電燈或多個放電燈連接；從檢測電路獲得電壓信號；監(jiān)測燈電壓與激勵電壓之間的相位關系，并且當滿足一個或者多個條件時，觸發(fā)放電燈系統(tǒng)中的燈開路保護程序。檢測電路能夠與燈電壓反饋電路合并，并在集成電路級別上以較低成本和電路復雜性實現。
文檔編號H05B41/298GK1993009SQ200610164679
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權日2005年12月15日
發(fā)明者任遠程, 姚凱衛(wèi), 陳偉 申請人:美國芯源系統(tǒng)股份有限公司