发明名称 应用于调光式冷阴极管Royer换流器之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器DEAD-TIME-MODULATED SYNCHRONOUS PWM CONTROLLER FOR DIMMABLE CCFL ROYER INVERTER
摘要 本文提出一种应用于自激式Royer换流器的同步脉波宽度调变(Pulse Width Modulation, PWM)控制器一“时滞调节式脉波宽度调变(dead-time-modulated pulse-width-modulation, DTM-PWM)控制器”。该控制器主要由一单稳态电路(monostablecircuit)及一定电流充电器(constant-current charger)所构成。用来参照产生 PWM输出的锯齿波包含了一固定的充电周期(constant-period)时间以及一时滞时间(dead-time)。本案所使用的控制策略乃是根据 Royer换流器的谐振频率来调节时滞时间的长短,使开关切换的频率能够和谐振频率达成同步化。此外,本案探讨了两种DTM-PWM控制器的控制策略:往下调(down-going)和往上调(up-going)式的误差信号控制方式。再者,本案实际设计出一组由一次侧控制的时滞调节式脉波宽度调变之 Royer换流器;并对两种使用不同控制策略的 DTM-PWM控制器,进行实作及量测,其实验结果和理论推导的结果十分相符。
申请公布号 TWI263240 申请公布日期 2006.10.01
申请号 TW094103474 申请日期 2005.02.03
申请人 国立台湾科技大学 发明人 谢冠群
分类号 H01J17/38 主分类号 H01J17/38
代理机构 代理人 蔡清福 台北市中山北路3段27号13楼
主权项 1.一种应用于调光式冷阴极管Royer换流器之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,用以因应一第一电压与一第二电压之控制而产生一输出电压,以控制一开关之动作,进而达成冷阴极管之调光控制,其包含:一定电流充电器,用以产生该第一电压;一第一比较器,用以比较该第二电压与一第一参考电压,以产生一触发脉波信号;一第二比较器,电连接于该第一比较器,用以比较一第二参考电压与该触发脉波信号;一第三比较器,电连接于该定电流充电器,用以比较该第一电压与一第三参考电压;一正反器,电连接于该第二比较器与该第三比较器,用以因应该第二比较器之输出与该第三比较器之输出而产生一控制信号;一电晶体,其第一端系接收该控制信号,其第二端系连接于该定电流充电器,其第三端系接地;一第四比较器,电连接于该定电流充电器,用以比较该第一电压与一误差电压,以产生一下调式误差电压;以及一第五比较器,电连接于该定电流充电器,用以比较该误差电压与该第一电压,以产生一上调式误差电压,其中该输出电压系选自该下调式误差电压与该上调式误差电压其中之一。2.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第一电压系为一线性锯齿波。3.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第二电压系为一变压器中心抽头点之电压。4.如申请专利范围第3项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该变压器中心抽头点之电压系为一近弦波电压信号。5.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该输出电压系为一脉波宽度调变信号。6.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该开关系为一降压功率开关,用以控制冷阴极管之亮度。7.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该定电流充电器系为一线性充电器。8.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该线性充电器包含一电流源及一电容。9.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第二电压系输入至该第一比较器之非反相输入端,而该第一参考电压系输入至该第一比较器之反相输入端。10.如申请专利范围第9项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第一参考电压系为一零电压或一外部设定之门槛电压。11.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第二参考电压系输入至该第二比较器之非反相输入端,而该触发脉波信号系输入至该第二比较器之反相输入端。12.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第一电压系输入至该第三比较器之非反相输入端,而该第三参考电压系输入至该第三比较器之反相输入端。13.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第三参考电压系为该定电流充电器之该电容开始重新充电的最低准位。14.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该正反器系为一RS正反器。15.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该电晶体系为一双极接面电晶体。16.如申请专利范围第15项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该双极接面电晶体之第一端系为其基极,第二端系为其集极,第三端系为其射极。17.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第一电压系输入至该第四比较器之非反相输入端,而该误差电压系输入至该第四比较器之反相输入端。18.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该误差电压系输入至该第五比较器之非反相输入端,而该第一电压系输入至该第五比较器之反相输入端。19.如申请专利范围第1项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该定电流充电器所产生之该第一电压会在该触发脉波信号的每一个负缘开始充电,直到该电容上的电压达到该第二参考电压,此时该电容会藉由该电晶体来作快速放电的动作。20.一种应用于调光式冷阴极管Royer换流器之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,用以因应一第一电压与一第二电压之控制而产生一输出电压,以控制一开关之动作,进而达成冷阴极管之调光控制,其包含:一定电流充电器,用以产生该第一电压;一第一比较器,用以比较该第二电压与一第一参考电压,以产生一触发脉波信号;一第二比较器,电连接于该第一比较器,用以比较一第二参考电压与该触发脉波信号;一第三比较器,电连接于该定电流充电器,用以比较该第一电压与一第三参考电压;一正反器,电连接于该第二比较器与该第三比较器,用以因应该第二比较器之输出与该第三比较器之输出而产生一控制信号;一电晶体,其第一端系接收该控制信号,其第二端系连接于该定电流充电器,其第三端系接地;以及一输出电路,电连接于该定电流充电器,用以因该第一电压与一误差电压而产生该输出电压。21.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第一电压系为一线性锯齿波。22.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第二电压系为一变压器中心抽头点之电压。23.如申请专利范围第22项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该变压器中心抽头点之电压系为一近弦波电压信号。24.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该输出电压系为一脉波宽度调变信号。25.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该开关系为一降压功率开关,用以控制冷阴极管之亮度。26.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该定电流充电器系为一线性充电器。27.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该线性充电器包含一电流源及一电容。28.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第二电压系输入至该第一比较器之非反相输入端,而该第一参考电压系输入至该第一比较器之反相输入端。29.如申请专利范围第28项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第一参考电压系为一零电压或一外部设定之门槛电压。30.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第二参考电压系输入至该第二比较器之非反相输入端,而该触发脉波信号系输入至该第二比较器之反相输入端。31.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第一电压系输入至该第三比较器之非反相输入端,而该第三参考电压系输入至该第三比较器之反相输入端。32.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第三参考电压系为该定电流充电器之该电容开始重新充电的最低准位。33.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该正反器系为一RS正反器。34.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该电晶体系为一双极接面电晶体。35.如申请专利范围第34项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该双极接面电晶体之第一端系为其基极,第二端系为其集极,第三端系为其射极。36.如申请专利范围第34项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该输出电路包含:一第四比较器,电连接于该定电流充电器,用以比较该第一电压与一误差电压,以产生一下调式误差电压;以及一第五比较器,电连接于该定电流充电器,用以比较该误差电压与该第一电压,以产生一上调式误差电压,其中该输出电压系选自该下调式误差电压与该上调式误差电压其中之一。37.如申请专利范围第36项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该第一电压系输入至该第四比较器之非反相输入端,而该误差电压系输入至该第四比较器之反相输入端。38.如申请专利范围第36项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该误差电压系输入至该第五比较器之非反相输入端,而该第一电压系输入至该第五比较器之反相输入端。39.如申请专利范围第20项所述之时滞调节同步式脉波宽度调变控制器,其中该定电流充电器所产生之该第一电压会在该触发脉波信号的每一个负缘开始充电,直到该电容上的电压达到该第二参考电压,此时该电容会藉由该电晶体来作快速放电的动作。图式简单说明:第一图:其系习知用来驱动冷阴极管的电流馈入式Royer换流器之架构图。第二图:其系本案一较佳实施例之使用时滞调节式脉波宽度调变控制Royer换流器之架构图。第三图:其系本案一较佳实施例之时滞调节式脉波宽度调变控制器之架构图。第四图(a):其系使用下调式误差电压信号(Ve,d)调节之控制策略,电路工作在重载时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之理论波形。第四图(b):其系使用上调式误差电压信号(Ve,u)调节之控制策略,电路工作在轻载时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之理论波形。第五图(a):其系使用下调式误差电压信号(Ve,d)调节之控制策略,电路工作在轻载时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之理论波形。第五图(b):其系使用上调式误差电压信号(Ve,u)调节之控制策略,电路工作在重载时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之理论波形。第六图(a):其系使用本案之时滞调节式脉波宽度调变控制器之Royer换流器之各点电压波形图,其中Vin=12Vdc,Iin=0.2A,fr=117.5kHz输出功率为2W(轻载)。第六图(b):其系使用本案之时滞调节式脉波宽度调变控制器之Royer换流器之各点电压波形图,其中Vin=12Vdc,Iin=0.88A,fr=117.5kHz输出功率为10W(重载)。第七图(a):其系使用传统Royer换流器控制IC之输出控制波形图。第七图(b):其系使用某Royer换流器控制IC之输出控制波形图。第八图(a):其系使用下调式误差电压信号(Ve,d)之控制策略,于零电压侦测及低亮度时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之量测波形图。第八图(b):其系使用下调式误差电压信号(Ve,d)之控制策略,于零电压侦测及高亮度时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之量测波形图。第八图(c):其系使用下调式误差电压信号(Ve,d)之控制策略,于预设门槛电压侦测及低亮度时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之量测波形图。第八图(d):其系使用下调式误差电压信号(Ve,d)之控制策略,于预设门槛电压侦测及高亮度时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之量测波形图。第九图(a):其系使用上调式误差电压信号(Ve,u)之控制策略,于零电压侦测及低亮度时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之量测波形图。第九图(b):其系使用上调式误差电压信号(Ve,u)之控制策略,于零电压侦测及高亮度时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之量测波形图。第九图(c):其系使用上调式误差电压信号(Ve,u)之控制策略,于预设门槛电压侦测及低亮度时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之量测波形图。第九图(d):其系使用上调式误差电压信号(Ve,u)之控制策略,于预设门槛电压侦测及高亮度时,时滞调节式脉波宽度调变控制器各点之量测波形图。
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