專利名稱：放電管點亮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于點亮放電管的放電管點亮裝置，特別是涉及用于點亮安裝 在例如液晶便攜設(shè)備中的冷陰極燈的放電管點亮裝置。
背景技術(shù)：
放電管點亮裝置歸類為應(yīng)用n型MOSFET作為高壓端(high side)開關(guān)元 件的那些和應(yīng)用p型MOSFET作為高壓端開關(guān)元件的那些。諸如應(yīng)用冷陰極 燈的筆記本電腦的液晶便攜設(shè)備，通常使用p型MOSFET作為高壓端開關(guān)元 件，因為如果使用n型MOSFET作為高壓端開關(guān)元件，需要采用自舉 (bootstrap )電路等驅(qū)動n型MOSFET,使驅(qū)動電路變得復(fù)雜化并增加了成本。 電容增壓技術(shù)是驅(qū)動使用p型MOSFET作為高壓端開關(guān)元件的放電管點 亮裝置的簡單例子。該技術(shù)的一個例子公開在圖1所示的日本未審查專利申請 公開No.2003-164163中。圖1中，第一和第二串聯(lián)電路設(shè)置在DC電源Vin 和地極之間。第一串聯(lián)電路包括p型MOSFET Qpl作為高壓端開關(guān)元件，以 及n型MOSFETQnl作為低壓端開關(guān)元件。第二串聯(lián)電路包括p型MOSFET Qp2作為高壓端開關(guān)元件，以及n型MOSFET Qn2作為低壓端開關(guān)元件。在 p型MOSFET Qpl和n型MOSFET Qnl的連沖妄點與p型MOSFET Qp2和n型 MOSFETQn2的連接點之間，連接了串聯(lián)電路，包括諧振電容器C3和變壓器 T的初級線圈P。變壓器T的次級線圏S的每一端都連接到電容器C4。
DC電源Vin連接到p型MOSFET Qpl (以下稱為p型FET Qpl )的源極 和p型MOSFET Qp2 (以下稱為p型FET Qp2 )的源極。在p型FET Qpl的 柵極和源極之間連接了包括二極管Dl和電阻器Rl的并聯(lián)電路。在p型FET Qp2的柵極和源極之間連接了包括二極管D2和電阻器R2的并聯(lián)電路。p型 FET Qpl的柵極通過電容器CI連接到控制IC 1的端子PD1。 p型FETQp2的 柵極通過電容器C2連接到控制IC 1的端子PD2。 n型MOSFET Qnl (以下稱 為n型FET Qnl)的柵極連接到控制IC 1的端子ND1 。 n型MOSFET Qn2 (以下稱為n型FET Qn2 )的柵極連接到控制IC 1的端子ND2。
控制IC1 (或者分立電路)包括調(diào)節(jié)器ll,分頻器13，誤差放大器15和 振蕩器17。調(diào)節(jié)器11接收DC電源Vin并生成預(yù)定電壓Vp.REG，將該電壓 提供給分頻器13。變壓器T的次級線圏S的第一端連接到放電管3的第一電 極。放電管3的第二電極連接到燈電流檢測器5。燈電流檢測器5檢測流過放 電管3的電流并將與檢測的電流成比例的電壓提供給誤差放大器15。誤差放 大器15將來自燈電流檢測器5的電壓與參考電壓進行比較，并將誤差電壓發(fā) 送給振蕩器17。振蕩器17將誤差電壓與三角波進行比較，并生成寬度對應(yīng)于 誤差電壓的脈沖信號。當(dāng)誤差電壓大時，脈沖信號的脈沖寬度寬，當(dāng)誤差電壓 小時，脈沖信號的脈沖寬度窄。
分頻器13對來自振蕩器17的脈沖信號的頻率進行分頻。也就是，在給定 周期的第一半周期中，通過端子PDl和NDl將高電位脈沖信號提供給p型FET Qpl和n型FET Qnl,通過端子PD2和ND2將低電位脈沖信號提供給p型FET Qp2和n型FETQn2。在給定周期的第二半周期內(nèi)，將低電位脈沖信號提供給 p型FET Qpl和n型FET Qnl,將高電位脈沖信號提供給p型FET Qp2和n 型FET Qn2。這形成了 p型FET Qpl和n型FET Qn2同時導(dǎo)通的導(dǎo)通周期與 p型FETQp2和n型FETQnl同時導(dǎo)通的導(dǎo)通周期的交替。
將參考圖2的時序圖解釋圖1的放電管點亮裝置的工作。在時刻t2， p型 FETQpl和n型FETQn2導(dǎo)通，使電流從DC電源Vm沿著包含Qpl, C3, P, 和Qn2的線路流過，向電容器C3和變壓器T的初級線圈P施加電壓。因此， 電容器C3和變壓器T的初級線圈P的電感產(chǎn)生諧振來生成正弦波電流。然后， 變壓器T的次級線圏S生成電壓，使電流通過放電管3，從而打開放電管3。
在時刻t3， p型FET Qp2和n型FET Qnl導(dǎo)通，使電流從DC電源Vin 沿著包含Qp2， P， C3和Qnl的線路流過，反向地對電容器C3和變壓器T的 初級線圈P施加電壓。由此，變壓器T的次級線圏S生成反相的高正弦波電 壓，打開放電管3。
如果由于例如插入或移除適配器而導(dǎo)致輸入電壓Vin突然變化，圖1的現(xiàn) 有技術(shù)將與來自端子PD1和PD2的驅(qū)動信號的電平無關(guān)地增加每個p型FET Qpl和Qp2的柵-源電壓，并導(dǎo)通p型FETQpl和Qp2。由此，包含四個FET
Qpl， Qnl， Qp2和Qn2的橋電路流過直通(shoot-through)(短路)電流，擊 穿p型FET Qpl和Qp2。例如，如果輸入電壓Vin突然增大，充電電流流過 電容器C1和C2，增加電阻器R1和R2的端電壓，即p型FETQpl和Qp2的 柵-源電壓，從而導(dǎo)通p型FETQpl和Qp2。
為了解決這個問題，使用了一種雙極圖騰柱(bipolar totem pole)技術(shù)驅(qū) 動作為高壓端開關(guān)元件的p型FET。圖3示出了日本未審查專利申請公開 No.11-298308中公開的采用圖騰柱技術(shù)的放電管點亮裝置。圖4為示出圖3 的裝置中各個部分處的信號的時序圖。圖3的裝置具有與圖1的控制IC 1不 同的控制ICla,不同之處在于驅(qū)動p型FETQpl和Qp2的驅(qū)動器。圖3中， 驅(qū)動p型FET Qpl的驅(qū)動器包括晶體管Ql至Q4和電阻器R0至R4，驅(qū)動p 型FETQp2的驅(qū)動器包括晶體管Q5至Q8和電阻器R5至R9。
如果圖3中輸入電壓Vm突然增大，來自電阻器R1的電壓導(dǎo)通晶體管Ql, 使p型FET Qpl的柵-源電壓基本為零。類似地，來自電阻器R6的電壓導(dǎo)通 晶體管Q5，使p型FET Qp2的柵-源電壓基本為零。由于p型FET Qpl和Qp2 關(guān)閉，沒有直通電流通過橋電路。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)，來自端子PD1的驅(qū)動信號為低時，p型FET Qpl 的柵-源電壓VPGS如下確定
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例如，在筆記本電腦中，輸入電壓Vin在大約7V和大約22V之間變化，很大 地改變p型FET的柵-源電壓VPGS。如果輸入電壓Vin低，則p型FET的柵 電壓將不足夠?qū)?關(guān)閉p型FET,或者將增大導(dǎo)通電阻，產(chǎn)生熱量。
如果輸入電壓Vin高，則p型FET的柵-源電壓將增加，反應(yīng)性地對p型 FET柵極和源極之間的電容器進行充電和放電，從而降低了效率。在最壞的情 況下，輸入電壓將超過p型FET的柵-源承受電壓，擊穿p型FET。為了解決 這個問題，必須設(shè)置例如Zener 二極管以箝制p型FET的柵源電壓。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種放電管點亮裝置，即使輸入電壓突然變化也能 夠防止p型FET被擊穿，并保證了較寬輸入電壓變化范圍內(nèi)的高效率。 根據(jù)本發(fā)明的第一技術(shù)方面，提供了一種放電管點亮裝置，包括第一串 聯(lián)電路，與DC電源的每一端連接并包括串聯(lián)連接的高壓端第一 p型FET和 低壓端第一n型FET;第二串聯(lián)電路，與DC電源的每一端連接并包括串聯(lián)連 接的高壓端第二p型FET和低壓端第二n型FET;變壓器，具有初級線圈和 次級線圈，初級線圏與電容器形成的串聯(lián)電路連接在第一 p型FET和第一 n 型FET的連接點與第二 p型FET和第二 n型FET的連接點之間，次級線圏連 接到放電管；控制電路，配置成通過根據(jù)流過放電管的燈電流向FET提供控 制信號，來交替導(dǎo)通/關(guān)閉第一 p型FET和第二 n型FET與第一 n型FET和 第二p型FET;以及第一驅(qū)動電路，配置成驅(qū)動第一p型FET,和第二驅(qū)動電 路，配置成驅(qū)動第二p型FET，第一和第二驅(qū)動電路每個都包括第一開關(guān)元 件，配置成導(dǎo)通時對相應(yīng)的p型FET的4冊-源電容》文電從而關(guān)閉該p型FET; 電阻元件， 一端連接到DC電源，配置成在第一開關(guān)元件導(dǎo)通時確定第一開關(guān) 元件的控制端的電位；第二開關(guān)元件，配置成導(dǎo)通時對相應(yīng)的p型FET的柵-源電容充電從而導(dǎo)通該p型FET;恒流電路，與電阻元件串聯(lián)連接；以及開關(guān) 器，與恒流電路和電阻元件的串聯(lián)電路串聯(lián)連接，配置成在控制電路的控制下 導(dǎo)通/關(guān)閉恒流電路。
根據(jù)本發(fā)明的第二技術(shù)方面，提供了一種放電管點亮裝置，包括第一串 聯(lián)電路，與DC電源(Vin)的每一端連接并包括串聯(lián)連接的高壓端p型FET 和低壓端n型FET;變壓器，具有初級線圈和次級線圈，初級線圈與p型FET 和n型FET的連接點連接并且連接到通過電容器與DC電源的至少一端連接 的連接點上，次級線圈連接到放電管；控制電路，配置成根據(jù)流過放電管的燈 電流交替導(dǎo)通/關(guān)閉p型FET和n型FET;以及驅(qū)動電路，配置成驅(qū)動p型FET, 該驅(qū)動電路包括第一開關(guān)元件，配置成導(dǎo)通時對p型FET的柵-源電容放電 從而關(guān)閉該p型FET;電阻元件， 一端連接到DC電源，配置成在第一開關(guān)元 件導(dǎo)通時確定第一開關(guān)元件的控制端的電位；第二開關(guān)元件，配置成導(dǎo)通時對 p型FET的柵-源電容充電從而導(dǎo)通該p型FET;恒流電路，與電阻元件串聯(lián) 連接；以及開關(guān)器，與恒流電路和電阻元件的串聯(lián)電路串聯(lián)連接，并配置成在 控制電路的控制下導(dǎo)通/關(guān)閉恒流電路。
根據(jù)本發(fā)明的任一方面，開關(guān)器響應(yīng)于控制信號導(dǎo)通，使恒定電流從恒流
電路流過電阻元件。電阻元件提供了由電阻元件的電阻和恒定電流的乘積確定 的恒定端電壓。恒定端電壓是固定的電壓，不受輸入電壓的電平的影響。因此，
即使輸入電壓突然變化，p型FET也決不會被擊穿，保證了較寬輸入電壓變化
范圍的高效率。


圖1為示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的放電管點亮裝置的電路圖； 圖2為示出圖1的裝置中不同部分處的信號的時序圖； 圖3為示出根據(jù)另一現(xiàn)有技術(shù)的放電管點亮裝置的電路圖； 圖4為示出圖3的裝置中不同部分處的信號的時序圖； 圖5為示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的放電管點亮裝置的電路圖； 圖6為示出圖5的裝置中不同部分處的信號的時序圖； 圖7為示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的放電管點亮裝置的電路圖。
具體實施例方式
將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實施例的放電管點亮裝置。 第一實施例
圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的放電管點亮裝置的電路圖。圖5的實施例 中，相對于圖l的裝置，去除了連接到圖1中的p型FETQpl的電阻器R1、 二極管Dl和電容器Cl,還去除了連接到圖1中的p型FET Qp2的電阻器R2、 二極管D2和電容器C2。另外，圖5的實施例采用了控制IC lb中的驅(qū)動電路 19a和19b。圖5的實施例的其他部分與圖1的現(xiàn)有技術(shù)中的那些相同，因此， 使用了相同的參考標(biāo)記表示，省略了它們的描述。將描述與現(xiàn)有技術(shù)不同的部 分。
驅(qū)動電路19a驅(qū)動p型FETQpl。驅(qū)動電路19a包括(i)晶體管Ql,配
電阻器Rl， 一端連接到DC電源Vin，并且在晶體管Ql導(dǎo)通時作為阻抗元件 確定晶體管Ql的基才及電位；(iii)晶體管Q2，配置成導(dǎo)通時對p型FET Qpl 的柵-源電容進行充電以導(dǎo)通p型FETQpl; (iv)恒流電路CCl,與電阻器R1 串聯(lián)并流過恒定電流；和(v)開關(guān)器Sl,與恒流電路CC1和電阻器R1的串 聯(lián)電路串聯(lián)連接，響應(yīng)于分頻器13的第一控制信號導(dǎo)通/關(guān)閉恒流電路CCl。
開關(guān)器Sl (S2)響應(yīng)于高電平輸入信號關(guān)閉。開關(guān)器可以是具有恒流特 性的半導(dǎo)體開關(guān)。在這種情況下，半導(dǎo)體開關(guān)可以同時作為開關(guān)器Sl (S2) 和恒流電路CC1 (CC2)。開關(guān)器S2以相同的方式工作。例如，半導(dǎo)體開關(guān)可 以是MOSFET。在這種情況下，將MOSFET的柵極箝位在預(yù)定電壓，插入源 極電阻來提供由"(VG-Vth)/Rs"確定的恒定電流，其中VG是柵極箝位電 壓，Vth是柵-源電壓，Rs是源極電阻。
晶體管Ql是npn型，集電極連接到電源Vin的正極。晶體管Q2是pnp 型，集電極連接到地極。晶體管Ql和Q2的發(fā)射極彼此連接，二者之間的連 接點通過電阻器R0連接到p型FET Qpl的柵極。晶體管Ql和Q2的基極彼 此連接。在晶體管Ql的集電極和基極之間連接有電阻器R1。在晶體管Q2的 集電極和基極之間連接有恒流電路CC1和開關(guān)器Sl的串聯(lián)電路。來自分頻器 13的第一控制信號也施加到n型FETQnl的柵極。
驅(qū)動電路19b驅(qū)動p型FETQp2。與驅(qū)動電路19a的方式類似，驅(qū)動電路 19b包括(i)晶體管Q3，配置成導(dǎo)通時對p型FET Qp2的柵-源電容進行放電 以關(guān)閉p型FET Qp2; (ii)電阻器R3， 一端連接到DC電源Vin并在晶體管 Q3導(dǎo)通時作為阻抗元件確定晶體管Q3的基極電位；(iii)晶體管Q4,配置成
電路CC2，與電阻器R3串聯(lián)并流過恒定電流；和(v)開關(guān)器S2，與恒流電 路CC2和電阻器R3的串聯(lián)電路串聯(lián)連接，響應(yīng)于分頻器13的第二控制信號 導(dǎo)通/關(guān)閉恒流電路CC2。
晶體管Q3是npn型，集電極連接到電源的正極。晶體管Q4是p叩型， 集電極接地。晶體管Q3和Q4的發(fā)射極彼此連接，二者之間的連接點通過電 阻器R2連接到p型FET Qp2的柵極。晶體管Q3和Q4的基極彼此連接。在 晶體管Q3的集電極和基極之間連接有電阻器R3。在晶體管Q4的集電極和基 極之間連接有恒流電路CC2和開關(guān)器S2的串聯(lián)電路。來自分頻器13的第二 控制信號也施加到n型FET Qn2的柵極。
將解釋根據(jù)第一實施例的放電管點亮裝置的操作。圖6是第一實施例的裝 置中各部分處的信號的時序圖。
在時刻t2,響應(yīng)于從分頻器13到開關(guān)器Sl的控制端和n型FET Qnl的
柵;f及的低電平第一控制信號，開關(guān)器S1導(dǎo)通，n型FETQnl關(guān)閉。
當(dāng)開關(guān)器S1導(dǎo)通時，恒流電路CCl提供的恒定電流Il流過電阻器R1。 也就是，流過電阻器R1的電流I2變得等于Il，電阻器R1兩端之間的端電壓 變?yōu)橛呻娮杵鱎1的電阻和電流Il的乘積確定的恒定電壓VR1。
電阻器R1的端電壓VR1是恒定的，而與輸入電壓Vin的電位無關(guān)。也就 是，即使輸入電壓Vin突然變化，流過電阻器Rl的電流還是來自恒流電路CC1 的恒定電流Il，因此，電阻器R1的端電壓VR1是恒定的(VRI-Rlxll)，而 與輸入電壓Vin的電位無關(guān)。
因此，p型FETQpl的源-柵電壓VPGS1將為電阻器R1的端電壓VR1與 晶體管Ql的基極-發(fā)射極電壓Vbel之和確定的恒定電壓。通過將p型FETQpl 的源-柵電壓VPGS1設(shè)置為大于p型FET Qpl的箝斷(pinch off)電壓，而小 于對于源-柵電壓的特定最大值，可以安全并確定地導(dǎo)通/關(guān)閉p型FETQpl， 而與輸入電壓Vin無關(guān)。響應(yīng)于來自端子PD1的低電平信號p型FET Qpl導(dǎo) 通。
在時刻t2，響應(yīng)于從分頻器13到開關(guān)器S2的控制端和n型FET Qn2的 柵極的高電平第二控制信號，開關(guān)器S2關(guān)閉，n型FETQn2導(dǎo)通。
當(dāng)開關(guān)器S2關(guān)閉時，恒流電路CC2提供的流過電阻器R3的恒定電流I3 切斷。只有基本為零的晶體管Q3和Q4的基極電流。結(jié)果，電阻器R3的端 電壓將接近零，因此p型FET Qp2的源-柵電壓VPGS2變?yōu)榻咏?。響?yīng)于 來自端子PD2的高電平信號，p型FETQp2關(guān)閉。之后，DC電源Vin提供的 電流流過沿著Qpl、 C3、 P和Qn2延伸的路徑，點亮放電管3。
在時刻t3，由分頻器13至開關(guān)器S2的控制端和n型FET Qn2的柵極的 第二控制信號變?yōu)榈?，?dǎo)通開關(guān)器S2，關(guān)閉n型FETQn2。當(dāng)開關(guān)器S2導(dǎo)通 時，p型FETQp2以類似于開關(guān)器Sl導(dǎo)通時的方式導(dǎo)通。當(dāng)由分頻器13至開 關(guān)器S1的控制端和n型FETQnl的4冊極的第一控制信號變?yōu)楦邥r，開關(guān)器Sl 關(guān)閉，n型FETQnl導(dǎo)通。此時，p型FETQpl關(guān)閉。結(jié)果，DC電源Vin提 供的電流流過沿著Qp2、 P、 C3和Qnl延伸的路徑，點亮放電管3。
以此方式，根據(jù)第一實施例的放電管點亮裝置不會增加高壓端p型FET Qpl和Qp2任一個的柵-源電壓。與DC電源Vin的電壓無關(guān)，當(dāng)端子PD1和
電型電聲變換器。另外，這些壓電型電聲變換器能夠適用于公知的各 種電子設(shè)備。
(工業(yè)上的可利用性) 根據(jù)本發(fā)明，適用于要求薄型化的電子設(shè)備用的壓電型電聲變換
突 喬。
權(quán)利要求
1.一種放電管點亮裝置，包括第一串聯(lián)電路，與DC電源的每一端連接并包括串聯(lián)連接的高壓端第一p型FET和低壓端第一n型FET；第二串聯(lián)電路，與DC電源的每一端連接并包括串聯(lián)連接的高壓端第二p型FET和低壓端第二n型FET；變壓器，具有初級線圈和次級線圈，初級線圈與電容器的串聯(lián)電路連接在第一p型FET和第一n型FET的連接點與第二p型FET和第二n型FET的連接點之間，次級線圈連接到放電管；控制電路，配置成通過根據(jù)流過放電管的燈電流向FET提供控制信號，來交替導(dǎo)通/關(guān)閉第一p型FET和第二n型FET與第一n型FET和第二p型FET；以及第一驅(qū)動電路，配置成驅(qū)動第一p型FET，和第二驅(qū)動電路，配置成驅(qū)動第二p型FET，第一和第二驅(qū)動電路每個都包括第一開關(guān)元件，配置成導(dǎo)通時對相應(yīng)的p型FET的柵-源電容放電從而關(guān)閉該p型FET；電阻元件，一端連接到DC電源，配置成在第一開關(guān)元件導(dǎo)通時確定第一開關(guān)元件的控制端的電位；第二開關(guān)元件，配置成導(dǎo)通時對相應(yīng)的p型FET的柵-源電容充電從而導(dǎo)通該p型FET；恒流電路，與電阻元件串聯(lián)連接；以及開關(guān)器，與恒流電路和電阻元件的串聯(lián)電路串聯(lián)連接，配置成在控制電路的控制下導(dǎo)通/關(guān)閉恒流電路。
2. —種放電管點亮裝置，包括第一串聯(lián)電路，與DC電源(Vin)的每一端連接并包括串聯(lián)連接的高壓 端p型FET和低壓端n型FET;變壓器，具有初級線圏和次級線圈，初級線圈與p型FET和n型FET的 連接點連接并且連接到通過電容器與DC電源的至少一端連接的連接點上，次 級線圈連接到放電管；控制電路，配置成根據(jù)流過放電管的燈電流交替導(dǎo)通/關(guān)閉p型FET和n 型FET;以及驅(qū)動電路，配置成驅(qū)動p型FET，該驅(qū)動電路包括第一開關(guān)元件，配置成導(dǎo)通時對p型FET的柵-源電容放電從而關(guān)閉 該p型FET;電阻元件， 一端連接到DC電源，配置成在第一開關(guān)元件導(dǎo)通時確定 第一開關(guān)元件的控制端的電位；第二開關(guān)元件，配置成導(dǎo)通時對p型FET的柵-源電容充電從而導(dǎo)通 該p型FET;恒流電路，與電阻元件串聯(lián)連接；以及開關(guān)器，與恒流電路和電阻元件的串聯(lián)電路串聯(lián)連接，并配置成在控 制電路的控制下導(dǎo)通/關(guān)閉恒流電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中驅(qū)動電路和控制電路設(shè)置在集成電路中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中驅(qū)動電路和控制電路設(shè)置在集成電 路中。
全文摘要
一種放電管點亮裝置包括連接到DC電源每一端的串聯(lián)電路，變壓器，F(xiàn)ETQp1、Qp2、Qn1和Qn2，以及驅(qū)動電路。驅(qū)動電路包括晶體管Q1和Q3，用于對Qp1和Qp2的柵-源電容進行放電；電阻元件，用于確定晶體管Q1和Q3導(dǎo)通時的柵極電位；晶體管Q2和Q4，用于對Qp1和Qp2的柵-源電容進行充電；恒流電路；和分別與恒流電路和電阻元件的串聯(lián)電路串聯(lián)連接的開關(guān)器，導(dǎo)通/關(guān)閉恒流電路。
文檔編號H05B41/14GK101102632SQ20071012813
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月7日
發(fā)明者木村研吾, 福本征也 申請人:三墾電氣株式會社