專利名稱：Ccfl集成電路的故障保護裝置和方法
相關申請的交叉參考本申請要求2004年8月23日提交的美國臨時專利申請No.60/xxx,xxx的優(yōu)先權，其在此結合作為參考。
背景技術：
便攜式筆記本計算機系統(tǒng)已經(jīng)成為普遍的消費項目。在飛機上，咖啡廳，公園以及其他場合已經(jīng)看見便攜式電腦用戶在使用他們的計算機。這在使人們不受如總公司或者營業(yè)處的受控使用場合限制方面具有很大的便利，其中在總公司或者營業(yè)部的受控使用場合，一臺計算機可安全安裝并且通常不移動。
由于便攜式電腦的廣泛使用，希望有多余的防護裝置來保護用戶免受物理傷害。一個潛在的危害就是由提供給冷陰極熒光燈(CCFL)的高電壓所產生的觸電死亡，其中冷陰極熒光燈用于給許多計算機的顯示系統(tǒng)提供背光。盡管便攜式電腦中大多數(shù)電壓幅值相對較小，但用于給熒光燈供電的電壓通常大出幾個數(shù)量級。
如今，在筆記本計算機中所用的大多數(shù)CCFL由全橋功率級驅動，該全橋功率級驅動磁性升壓變壓器以施加CCEL所需的高電壓。以這種方式，通常電壓為7到22V的筆記本電源可以有效方式精密(tightly)調節(jié)600VRMS電壓給CCFL。然而，施加到CCFL上的高電壓容易導致觸電死亡。因為這個原因，筆記本制造商提供多余的物理和電氣安全系統(tǒng)，以防止消費者由于CCFL而觸電死亡。
另外，大多數(shù)筆記本計算機如果它們由例如保險商實驗所(UL)的第三方實驗室評價合格僅僅才可以買到(commercially viable)。UL具有各種標準以及測試，應用這些標準或者測試以確定產品是否合格。任何電氣產品的一個公共測試是產品是否驅動太大的電流通過人體模型負載(在本文中，為從電路中的任一物理點到地為大約2k歐姆的阻性負載)。另一個公共測試是當任意兩個物理進入的元件短路(這可為兩個元件之間的短路或者接地短路)時產品是否安全工作(或者切斷)。因此，希望提供一種堅固的系統(tǒng)，用于在驅動CCFL的系統(tǒng)中監(jiān)測電流以避免UL測試失敗并且因此出現(xiàn)觸電死亡危險的過電流情形。

發(fā)明內容
提供一種系統(tǒng)，方法和裝置用于CCFL集成電路的故障保護方案。在一個實施例中，提供一種裝置。該裝置包括功率橋，該功率橋用于連接到CCFL(冷陰極熒光燈)負載并且為該負載提供工作電流。該裝置還包括復制(replica)元件，該復制元件連接到功率橋以提供與工作電流成比例的復制電流。該裝置還包括參考元件插座，以與外部參考元件一起產生參考電流。該裝置還包括比較元件，該比較元件連接到復制元件和參考元件以將復制元件與參考元件進行比較。
在另一個實施例中，提供一種運行冷陰極熒光燈電源的方法。該方法包括運行該電源以及產生工作電流。另外，該方法包括用參考元件產生參考電流。另外，該方法包括產生與工作電流成比例的復制電流。此外，該方法包括將復制電流與參考電流進行比較。同樣，該方法還包括如果復制電流和參考電流不等則發(fā)出故障信號。
在又一實施例中，提供一種冷陰極熒光燈的電源。該電源包括第一功率晶體管，該第一功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點以及柵節(jié)點，第一節(jié)點連接到電源。該電源還包括第二功率晶體管，該第二功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點以及柵節(jié)點。第二功率晶體管與第一功率晶體管成對，并且第一節(jié)點連接到電源。另外，該電源還包括第三功率晶體管，該第三功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點以及柵節(jié)點。第一節(jié)點連接到第一功率晶體管的第二節(jié)點，并且第二節(jié)點接地。另外，該電源包括第四功率晶體管，該第四功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點。第四功率晶體管與第三功率晶體管成對。第一節(jié)點連接到第二功率晶體管的第二節(jié)點，并且第二節(jié)點接地。
該電源還包括復制晶體管，該復制晶體管形成為與第三和第四功率晶體管成比例，具有第一節(jié)點，第二節(jié)點以及柵節(jié)點。第二節(jié)點接地，并且調節(jié)第一節(jié)點以交替匹配第三和第四功率晶體管的第一節(jié)點。此外，該電源包括電流反射鏡。該電流反射鏡連接到復制晶體管的第一節(jié)點。另外，該電源包括參考端，參考端連接到電流反射鏡。


由附圖以示范的方式示出本發(fā)明。應該知道，附圖作為示范而不是限制，正如本發(fā)明的范圍由權利要求所限定一樣。
圖1示出電流過載檢測方案的一個實施例；圖2示出電流過載檢測方案的另一實施例；圖3示出采用內部復制電路的電流過載檢測方案的一個實施例；圖4示出需要電流過載保護的電源電路負載的一個實施例；圖5示出電流反射以及檢測電路的一個實施例；圖6示出相關電路管腳的監(jiān)測電路的一個實施例；圖7示出工作以及電流過載檢測過程的實施例。
具體實施例方式
提供一種系統(tǒng)，方法和裝置用于CCFL集成電路的故障保護方案。在本文獻中所述的特定實施例代表本發(fā)明的示例性實施例，并且本質上僅為演示而不是限制。
在下面的描述中，為進行解釋，將給出大量的特定細節(jié)，以便提供本發(fā)明的透徹理解。然而，本領域技術人員清楚本發(fā)明沒有這些特定細節(jié)也是可以實施的。在其他實例中，結構和器件以框圖形式給出以便避免模糊本發(fā)明。
說明書中“一個實施例”或者“實施例”的引用意味著結合該實施例所描述的特定特征，結構或者特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。短語“在一個實施例中”在說明書中各個位置的出現(xiàn)并不全部涉及相同的實施例，也不是相互排除其他實施例的單獨或者可變實施例。
在一個實施例中，復制電路用于將電流與流過元件的參考電流進行比較，其中該元件被選為與必要輸出電流成比例。復制電流與工作電流成比例，該工作電流提供給CCFL(冷陰極熒光燈)。當工作電流與對應的復制電流運行在特定限制之外時，參考電流不再比較為與復制電流相等，并且發(fā)出變化信號。在那點上，系統(tǒng)可斷電或者功率減小。
在一個實施例中，提供一種裝置。該裝置包括功率橋，該功率橋用于連接到CCFL(冷陰極熒光燈)負載并且提供工作電流給該負載。該裝置還包括復制元件，該復制元件連接到功率橋以提供與工作電流成比例的復制電流。該裝置還包括參考元件插座，該參考元件插座與外部參考元件一起產生參考電流。該裝置還包括比較元件，該比較元件連接到復制元件和參考元件以將復制元件與參考元件進行比較。
在另一實施例中，提供一種運行冷陰極熒光燈電源的方法。該方法包括運行該電源并且產生工作電流。另外，該方法包括用參考元件產生參考電流。另外，該方法包括產生與工作電流成比例的復制電流。此外，該方法包括將復制電流與參考電流進行比較。同樣，該方法包括如果復制電流和參考電流不等則發(fā)出故障信號。
在又一實施例中，提供一種冷陰極熒光燈的電源。該電源包括第一功率晶體管，該第一功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點，第一節(jié)點連接到電源。該電源還包括第二功率晶體管，該第二功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點。第二功率晶體管與第一功率晶體管成對，并且第一節(jié)點連接到電源。另外，該電源包括第三功率晶體管，該第三功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點。第一節(jié)點連接到第一功率晶體管的第二節(jié)點，并且第二節(jié)點接地。另外，該電源包括第四功率晶體管，該第四功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點。第四功率晶體管與第三功率晶體管成對。第一節(jié)點連接到第二功率晶體管的第二節(jié)點，并且第二節(jié)點接地。
該電源還包括復制晶體管，該復制晶體管形成為與第三和第四功率晶體管成比例，具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點。第二節(jié)點接地，并且調節(jié)第一節(jié)點以交替匹配第三和第四功率晶體管的第一節(jié)點。此外，該電源包括電流反射鏡。該電流反射鏡連接到復制晶體管的第一節(jié)點。另外，該電源包括參考端，該參考端連接到電流反射鏡。
功率通過變壓器而傳送給CCFL以提供驅動CCFL所需的約600Vrms，其中該變壓器升壓可從筆記本電源得到的7到22V。變壓器的初級側由驅動器電路驅動，該驅動器電路的電源為筆記本電源，同時次級側驅動CCFL。驅動器電路原理上在一個實施例中采用橋，在本文獻中示出和描述該實施例。
通常保護電路通過將與次級繞組串聯(lián)的電阻器接地而監(jiān)測傳送給CCFL負載的功率。以這種方式，如果人開始與CCFL高壓端接觸從而提供接地路徑，由變壓器所提供的電流量可容易地被電阻器上形成的電壓所監(jiān)測。在較舊的設計中，如果電阻器上的電壓超過1.2伏特，IC將減小所傳送的功率以便維持電阻器上1.2V的峰值電壓從而提供可由變壓器提供的電流的上限。該設計示于圖1。
保險商實驗所(UL)具有應用到CCFL保護的各種工業(yè)標準。盡管圖1所用的電路保護單點故障，即接觸變壓器的高壓端，但如果與變壓器的次級繞組串聯(lián)的電阻器存在接地短路其不保護。這種短路將使保護電路無效。
在圖3-5中提供一種不同的控制方法。對于一個實施例，部件具有接地的管腳9。在此，SetI管腳8上的電壓設定調節(jié)為約1.2V(帶隙電壓)。電阻器從該管腳接地。通過電阻器的管腳8的電流與傳送到變壓器初級繞組并且因此傳送到變壓器次級的最大電流成比例。
該部件電路這樣進行構造，即如果存在接地短路，那么部件將不啟動。注意，與SetI管腳8相鄰的管腳9為地。另一相鄰管腳為FT管腳7。此處的短路還將不使SetI管腳的限流功能失效。這將通過UL故障測試并且調節(jié)電流合格。
圖1示出電流過載檢測方案的一個實施例。所示為系統(tǒng)100，其包括具有電流檢測器的變壓器。變壓器10可連接到驅動該變壓器的橋上，由此產生期望輸出電壓。連接在一個繞組(輸出繞組)和地之間的是負載120，其通常為電阻器。為便于參考，對于本文獻的電路，變壓器的升壓繞組稱作輸出繞組并且降壓繞組稱作輸入繞組。負載120在連接到繞組的點上提供參考電壓。該參考電壓提供給兩個比較器130和140。
比較器130接收帶隙電壓(約1.2V)作為輸入并且將參考電壓與帶隙電壓進行比較。比較器140同樣接收由10分壓的帶隙電壓作為輸入，并且由此提供由10分壓的帶隙電壓和參考電壓之間的比較。當電路正確運行時，比較器140的輸出通常為某種形式的方波(可能為兩個方波的和)。因此，檢測正確的運行是很難的。
代替采用變壓器輸出上電壓的測試，可測量變壓器輸入側上的電壓。圖2示出電流過載檢測方案的另一實施例。再一次示出變壓器110。緩沖器220和230代表驅動從CCFL調節(jié)器集成電路內部驅動變壓器110的橋。電容器240在緩沖器230和變壓器110的一端之間串聯(lián)設置。另外，連接到變壓器110的該端上的是一串元件——齊納二極管250，二極管260，電阻器270以及共基極晶體管280，所有這些導出端子290。端子290可由比較器測量以確定變壓器端子上的狀態(tài)是否合理。然而，所示的每個元件通常為電路板上的離散元件，這使得在UL測試或者人體接觸中短路，由此導致測試電路的失敗。因此，該測試方案導致更復雜并且不能提供器件的堅固測試。
那么有用的是堅固的測試方案，這里堅固指的是相對容易測量并且相對不可能因為UL形式短路或者接觸而導致失敗。圖3示出采用內部復制電路的電流過載檢測方案的一個實施例。電路300為驅動負載310并且由復制電路和監(jiān)測元件監(jiān)測的橋電路。
晶體管320，325，330和335提供為負載310供電的橋。每個晶體管320，325，330和335通常為功率MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)，獲得(sourcing)高電流并且消耗(sinking)高電流并且在集成電路上要求大占地面積(real estate)的布線。該橋由交替提供電流通過兩個支路(分別為320和325，330和335)而工作。因此，例如，晶體管320和325可對應于緩沖器220并且晶體管330和335可對應于緩沖器230。還設置的是復制MOSFET355，其復制晶體管325和335，而不需要同樣大的占地面積(或者處理相同的電流)。晶體管325，335和355可全部偏置在相同的電壓電平(具有公共接地節(jié)點)。開關340和345交替閉合，有效將節(jié)點連接到運算放大器(op-amp)350的輸入。如圖所示，開關340和350用于連接橋的未導電支路到op-amp 350上。
由此，運算放大器將晶體管355的節(jié)點保持在與晶體管325和335的對應節(jié)點相同的狀態(tài)。該節(jié)點也連接到電流反射鏡380的端子386上。電流反射鏡380的端子383連接到晶體管360，其連接到外部電阻器370和op-amp365上。op-amp365工作以保持其輸入在相同的電壓，由此保持電阻器370上的電壓降為帶隙電壓。電阻器370由系統(tǒng)的設計者進行選擇以具有適合于響應帶隙電壓的與橋電流成比例的電流的值。該比例由集成電路特定，使設計者根據(jù)電流/功率需求選擇電阻器。因此，對于在前描述的器件，電阻器370為從管腳8(Set I)到地的外部電阻器，并且電阻器370的端子為管腳Set I。
需要進行監(jiān)測的負載通常為熒光燈。圖4示出需要電流過載保護的一種電源電路的負載的一個實施例。變壓器110具有連接到其輸入繞組上的串聯(lián)電容器420。與輸出繞組并聯(lián)的是電容器430和440，以及燈450與電阻器460的串聯(lián)連接。在燈450和電阻器460之間是節(jié)點465。如果節(jié)點465短路接地，或者由人體接觸(如人體模型所模擬的)，通過負載的電流將仍被調節(jié)。
調節(jié)電路的最后一塊是電流反射和檢測電路。圖5示出電流反射和檢測電路的一個實施例。電流反射鏡380采用晶體管510，520和530以反射通過每個晶體管的相同電流。因此，節(jié)點383和386上的電流相同，并且通過電流源550的電流也是相同的電流。如果節(jié)點380(復制晶體管355的節(jié)點)上的電流改變，電壓改變將出現(xiàn)在施密特觸發(fā)緩沖器540的輸入上，并且其可在節(jié)點560上檢測到。因此，節(jié)點560可提供有效低信號，表示基于其他系統(tǒng)要求，橋應該斷電或者松脫回去(ratchet back)?？墒褂迷撚行У托盘?，例如以改變圖3的偏壓(切斷)晶體管320或者330，由此減小或者切斷電源。
在某些器件上，其中電阻器370連接管腳的下一個管腳是FT管腳。圖6示出相關電路管腳的監(jiān)測電路的實施例。如圖所示，F(xiàn)T管腳(節(jié)點650)具有連接其上的電容器，并且該電容器還接地。在集成電路內，電流源620和晶體管630均連接到op-amp610的輸入。op-amp610還具有連接到其其他輸入的帶隙電壓。op-amp610的輸出作為FT_OUT信號660設置。
如果FT節(jié)點650短路接地，那么該節(jié)點將不在帶隙電壓上增長。當op-amp610比較帶隙電壓和節(jié)點650時，輸出660將保持低(無效)。在正常工作時，節(jié)點650將延時增長，使得輸出660(FT_OUT)也轉換為邏輯高。
參考流程圖理解調節(jié)電流的過程。圖7示出工作和電流過載感應過程的一個實施例。過程700包括使器件工作，產生參考和復制電流，比較這些電流，并且或者發(fā)出故障信號或者繼續(xù)工作。本文獻的過程700以及其他方法由模塊組成，這些模塊可重排成并行或者串行結構，并且可分割或者組合。該方法可包括其他或者不同的模塊，并且這些模塊也可進行改組以得到同樣的結果。
器件工作在模塊710。這產生給CCFL負載供電的工作電流。復制電流(例如圖3中晶體管335的電流)在模塊720上產生。同樣，參考電流(例如電阻器370的電流)在模塊730上產生。這些電流在模塊740上進行比較。在模塊750上，如果電流相等，過程返回到模塊710。如果電流不等，在模塊760產生故障信號。
各個實施例的特征和方面可集成在其他實施例中，并且沒有所示或者所述的所有特征或者方面，本文獻中所示的實施例可實施。本領域技術人員應該清楚盡管為演示目的已經(jīng)描述系統(tǒng)和方法的特定實施例和實例，但不脫離本發(fā)明的精神和范圍可進行各種變形。例如，本發(fā)明的實施例可應用到許多不同類型的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)以及應用程序中。另外，一個實施例的特征可結合到其他實施例中，即使其中那些特性并未在本文獻的單個實施例中一起描述。因此，本發(fā)明由所附的權利要求來描述。
權利要求
1.一種裝置，包括功率橋，用于連接到CCFL(冷陰極熒光燈)負載并且提供工作電流給該負載；復制元件，連接到功率橋以提供與工作電流成比例的復制電流；參考元件插座，以與外部參考元件一起產生參考電流；以及比較元件，連接到復制元件和參考元件以將復制元件與參考元件進行比較。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于復制元件通過運算放大器連接到功率橋。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于比較元件為電流反射鏡以及連接到電流反射鏡的緩沖器。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于參考元件插座連接到外部參考元件，該外部參考元件被選為與功率橋的期望輸出值成比例。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括連接到參考元件插座上的帶隙電壓調節(jié)器。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征在于帶隙電壓調節(jié)器包括連接在比較元件和參考元件插座之間的晶體管以及輸出連接到該晶體管、第一輸入連接到參考元件插座并且第二輸入連接到帶隙電壓參考的運算放大器。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于功率橋為一組成對的功率MOSFET。
8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其特征在于復制元件為大小與功率橋的功率MOSFET成比例的MOSFET。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括連接到參考元件插座的帶隙電壓調節(jié)器，該帶隙電壓調節(jié)器包括連接在比較元件和參考元件插座之間的第一MOSFET以及輸出連接到該晶體管、第一輸入連接到參考元件插座并且第二輸入連接到帶隙電壓參考的第一運算放大器。
10.根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于比較元件為電流反射鏡以及連接到該電流反射鏡的緩沖器。
11.根據(jù)權利要求10所述的裝置，其特征在于功率橋為一組成對的功率MOSFET；并且復制元件為大小與功率橋的功率MOSFET成比例的第二MOSFET。
12.一種運行冷陰極熒光燈電源的方法，該方法包括運行該電源并產生工作電流；用參考元件產生參考電流；產生與工作電流成比例的復制電流；比較該復制電流與參考電流；以及如果復制電流與參考電流不等則發(fā)出故障信號。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于參考元件為連接到電源的電阻器。
14.根據(jù)權利要求12所述的方法，還包括通過比較電源的故障管腳與帶隙電壓而緩沖電源的故障管腳。
15.一種冷陰極熒光燈的電源，包括第一功率晶體管，該第一功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點，第一節(jié)點連接到電源；第二功率晶體管，該第二功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點，第二功率晶體管與第一功率晶體管成對，第一節(jié)點連接到電源；第三功率晶體管，該第三功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點，第一節(jié)點連接到第一功率晶體管的第二節(jié)點，第二節(jié)點接地；第四功率晶體管，該第四功率晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點，第四功率晶體管與第三功率晶體管成對，第一節(jié)點連接到第二功率晶體管的第二節(jié)點，第二節(jié)點接地；復制晶體管，該復制晶體管形成為與第三和第四功率晶體管成比例，具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點，第二節(jié)點接地，調節(jié)第一節(jié)點以交替匹配第三和第四功率晶體管的第一節(jié)點；電流反射鏡，該電流反射鏡連接到復制晶體管的第一節(jié)點；以及參考端，該參考端連接到電流反射鏡。
16.根據(jù)權利要求15所述的電源，還包括運算放大器，該運算放大器具有第一輸入和第二輸入，第一輸入連接到復制晶體管的第一節(jié)點，第二輸入交替連接到第三功率晶體管的第一節(jié)點和第四功率晶體管的第一節(jié)點。
17.根據(jù)權利要求15所述的電源，還包括連接到電流反射鏡的施密特觸發(fā)緩沖器。
18.根據(jù)權利要求15所述的電源，還包括晶體管，該晶體管具有第一節(jié)點，第二節(jié)點和柵節(jié)點，第一節(jié)點連接到電流反射鏡，第二節(jié)點連接到參考端；以及運算放大器，該運算放大器具有第一輸入，第二輸入和輸出，第一輸入連接到帶隙電壓參考，第二輸入連接到參考端，輸出連接到晶體管的柵節(jié)點。
19.根據(jù)權利要求15所述的電源，還包括運算放大器，該運算放大器具有第一輸入，第二輸入和輸出，第二輸入連接到復制晶體管的第一節(jié)點，輸出連接到第一輸入；第一開關，該第一開關連接在運算放大器的第一輸入和第三功率晶體管的第一節(jié)點之間；以及第二開關，該第二開關連接在運算放大器的第一輸入和第四功率晶體管的第一節(jié)點之間。
20.根據(jù)權利要求15所述的電源，還包括施密特觸發(fā)緩沖器，該施密特觸發(fā)緩沖器連接到電流反射鏡；參考晶體管，該參考晶體管具有第一節(jié)點、第二節(jié)點和柵節(jié)點，第一節(jié)點連接到電流反射鏡，第二節(jié)點連接到參考端；第一運算放大器，該第一運算放大器具有第一輸入，第二輸入以及輸出，第一輸入連接到帶隙電壓參考，第二輸入連接到參考端，輸出連接到參考晶體管的柵節(jié)點；第二運算放大器，該第二運算放大器具有第一輸入，第二輸入和輸出，第二輸入連接到復制晶體管的第一節(jié)點，輸出連接到第一輸入；第一開關，該第一開關連接在第二運算放大器的第一輸入和第三功率晶體管的第一節(jié)點之間；以及第二開關，該第二開關連接在第二運算放大器的第一輸入和第四功率晶體管的第一節(jié)點之間。
全文摘要
在一個實施例中，提供一種裝置。該裝置包括功率橋，用于連接到CCFL(冷陰極熒光燈)負載并且為該負載提供工作電流。該裝置還包括復制元件，該復制元件連接到功率橋以提供與工作電流成比例的復制電流。該裝置還包括參考元件插座，以與外部參考元件一起產生參考電流。該裝置還包括比較元件，該比較元件連接到復制元件和參考元件，以將復制元件和參考元件進行比較。
文檔編號H05B41/285GK1744790SQ20051009663
公開日2006年3月8日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權日2004年8月23日
發(fā)明者詹姆斯·C·莫耶 申請人:美國芯源系統(tǒng)股份有限公司