本发明提供了一种在放电灯系统中检测灯开路状态的方法和电路，该方法包括：通过检测电路来监视灯电压与激励电压之间的相位关系，该检测电路与一个放电灯或多个放电灯连接；从检测电路获得电压信号；监测灯电压与激励电压之间的相位关系，并且当满足一个或者多个条件时，触发放电灯系统中的灯开路保护程序。检测电路能够与灯电压反馈电路合并，并在集成电路级别上以较低成本和电路复杂性实现。
1.一种在放电灯系统中检测灯开路状态的方法，包括：通过检测电路来监视灯电压与激励电压之间的相位关系，该检测电路与一个放电灯或多个放电灯连接；
当所述相位关系接近于零度时，所述电压信号触发灯开路保护程序。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的激励电压由功率器件的栅极电压替代。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：获得所述灯电压的斜率；
如果所述斜率在所述检测窗口内改变了极性，触发灯开路保护程序。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测电路包括：检测电容器，与所述一个放电灯连接；
比较器，其负极端子与所述差分电路的输出端子连接，其正极端子接地或者接阈值电压；以及与门，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子连接至表示激励电压中间部分的脉冲信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中所述的差分电路包括：电容器，与所述检测电容器连接；
接地电阻器，与所述电容器和所述比较器的负极端子连接。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述检测电路包括：一组检测电容器，与一组放电灯连接，其中一个检测电容器与一个放电灯相对应，并且所述一组检测电容器的电压同相；
一组二极管，与所述一组检测电容器连接，其中一个二极管与一个检测电容器相对应；
比较器，其负极端子与所述差分电路的输出端子连接，其正极端子接地或者接阈值电压；以及与门，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子接到表示激励电压中间部分的脉冲信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中所述差分电路包括：电容器，与所述一组二极管连接；以及
接地电阻器，与所述电容器和所述比较器的负极端子连接。
8.根据权利要求4或7所述的方法，其特征在于，其中所述脉冲信号是由直流电平和三角波形产生的，并且该三角波形还被用来产生所述放电灯系统的占空比。
9.一种能够检测放电灯系统中的灯开路状态并触发灯开路保护程序的电路，包括：一检测电容器，与一盏放电灯连接；
比较器，其负极端子与所述差分电路的输出端子连接，其正极端子接地或者接阈值电压；
与门，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子接到表示激励电压或功率器件栅极电压中间部分的脉冲信号，其输出端子输出信号，且在输出端子输出信号为高电平时触发灯开路保护程序。
10.根据权利要求9所述的电路，其特征在于，其中所述的差分电路包括：一电容器，与所述检测电容器连接；
一接地电阻器，与所述电容器和所述比较器的负极端连接。
11.一种能够检测放电灯系统中的灯开路状态并触发灯开路保护程序的电路，包括：一组检测电容器，与一组放电灯连接，其中一个检测电容器与一个放电灯相对应，并且所述一组检测电容器的电压同相；
一组二极管，与所述一组检测电容器连接，其中一个二极管与一个检测电容器相对应；
比较器，其负极端子与所述差分电路的输出端子连接，其正极端子接地或者接阈值电压；
与门，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子接到表示激励电压或者功率器件栅极电压中间部分的脉冲信号，其输出端子输出信号，且在输出端子输出信号为高电平时触发灯开路保护程序。
12.根据权利要求11所述的电路，其特征在于，所述的差分电路包括：一电容器，与所述一组二极管连接；以及一接地电阻器，与所述电容器和所述比较器的负极端子连接。
13.根据权利要求9～12任一所述的电路，其特征在于，所述电路在集成电路级别上。
14.根据权利要求9～12任一所述的电路，其特征在于，所述脉冲信号是由直流电平和三角波形产生的，并且该三角波形还被用来产生所述放电灯系统的占空比。
检测灯开路状态的方法和电路
技术领域
[0001] 本发明涉及荧光灯的驱动，尤其涉及驱动冷阴极荧光灯(CCFL)、外置电极荧光灯(EEFL)和平面荧光灯(FFL)的方法和保护方案。
背景技术
[0002] 出于安全和可靠的原因，在冷阴极荧光灯(CCFL)逆变器应用中常常需要灯开路电压方案。在灯开路状态下，当缺乏保护时，在输出端可能会产生一个非常高的不希望有的电压。这种不希望有的电压可能会比正常的输出压高好几倍，并且会对电路的元器件造成损害。
[0003] 实现灯开路电压保护的传统方法是监测灯电流。在图1中的同相应用和图2中的异相应用中说明了这种方法。当灯电流变为零时，灯开路保护被触发。在所示的灯开路保护电路中，每一个灯都需要一个额外的二极管。同样，灯开路检测电路和灯电压反馈电路是独立的。这种方式导致了总电路过于复杂和相关的高成本。因此，需要有更简单的灯开路保护方法和电路。
发明内容
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种在放电灯系统中检测灯开路状态的方法，该方法包括：通过检测电路来监视灯电压与激励电压之间的相位关系，该检测电路与一个放电灯或多个放电灯连接；从所述检测电路获得电压信号；当所述相位关系接近于零度时，所述电压信号触发灯开路保护程序。
[0005] 在上述方法中，其中所述的激励电压由功率器件的栅极电压替代。
[0006] 上述方法，还可包括：获得所述灯电压的斜率；获得位于所述激励电压的脉冲中间的检测窗口；将所述斜率与所述检测窗口相比较；如果所述斜率在所述检测窗口内改变了极性，触发灯开路保护程序。
[0007] 在上述方法中，所述检测电路包括检测电容器，与所述一个放电灯连接；差分电路，其输入端子与所述检测电容器连接；比较器，其负极端子与所述差分电路的输出端子连接，其正极端子接地或者接阈值电压；以及与门，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子连接至表示激励电压中间部分的脉冲信号。
[0008] 在上述方法中，其中所述的差分电路包括电容器，与所述检测电容器连接；接地电阻器，与所述电容器和所述比较器的负极端子连接。
[0009] 在上述方法中，所述检测电路包括：一组检测电容器，与一组放电灯连接，其中一个检测电容器与一个放电灯相对应，并且所述一组检测电容器的电压同相；一组二极管，与所述一组检测电容器连接，其中一个二极管与一个检测电容器相对应；差分电路，其输入端子与所述一组二极管连接；比较器，其负极端子与所述差分电路的输出端子连接，其正极端子接地或者接阈值电压；以及与门，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子接到表示激励电压中间部分的脉冲信号。
[0010] 在上述方法中，所述差分电路包括：电容器，与所述一组二极管连接；以及接地电阻器，与所述电容器和所述比较器的负极端子连接。
[0011] 在上述方法中，所述脉冲信号可由直流电平和三角波形产生，并且该三角波形还被用来产生所述放电灯系统的占空比。
[0012] 本发明还提供了一种能够检测放电灯系统中的灯开路状态并触发灯开路保护程序的电路，包括一检测电容器，与一盏放电灯连接；差分电路，其输入端与所述检测电容器连接；比较器，其负极端子与所述差分电路的输出端子连接，其正极端子接地或者接阈值电压；与门，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子接到表示激励电压或功率器件栅极电压中间部分的脉冲信号。
[0013] 在上述电路中，其中所述的差分电路包括一电容器，与所述检测电容器连接；一接地电阻器，与所述电容器和所述比较器的负极端连接。
[0014] 本发明还提供了一种能够检测放电灯系统中的灯开路状态并触发灯开路保护程序的电路，该电路包括：一组检测电容器，与一组放电灯连接，其中一个检测电容器与一个放电灯相对应，并且所述一组检测电容器的电压同相；一组二极管，与所述一组检测电容器连接，其中一个二极管与一个检测电容器相对应；差分电路，其输入端子与所述一组二极管连接；比较器，其负极端子与所述差分电路的输出端子连接，其正极端子接地或者接阈值电压；与门，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子接到表示激励电压或者功率器件栅极电压中间部分的脉冲信号，其一个输入端子与所述比较器的输出端子连接，另一个输入端子接到表示激励电压中间部分的脉冲信号。
[0015] 在上述电路中，所述的差分电路包括一电容器，与所述一组二极管连接；以及一接地电阻器，与所述电容器和所述比较器的负极端子连接。
[0016] 上述电路可在集成电路级别上。
[0017] 在上述电路中，所述脉冲信号可由直流电平和三角波形产生，并且该三角波形还被用来产生所述放电灯系统的占空比。
[0018] 本发明能够防止潜在的过压和对电子元件的损害。
附图说明
[0019] 下面的附图示出了本发明的实施例。这些图和实施例以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的实例；
[0020] 图1为同相应用的一种灯开路检测电路。
[0021] 图2为异相应用的一种灯开路检测电路。
[0022] 图3为CCFL逆变器的增益曲线。
[0023] 图4(a)和图4(b)为正常工作状态下灯电压VC与激励电压Vin之间的相位关系。
[0024] 图5(a)和图5(b)为灯开路状态下灯电压VC与激励电压Vin之间的相位关系。
[0025] 图6为利用灯电压VC与激励电压Vin之间相位关系的灯开路保护方法。
[0026] 图7为单灯应用中的灯开路保护电路。
[0027] 图8为图7中的电路在正常工作状态下的dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。
[0028] 图9为图7中的电路在灯开路状态下的dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。
[0029] 图10为4灯同相应用中的灯开路保护电路。
[0030] 图11为图10中的电路在正常工作状态下的Vc、dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。
[0031] 图12为图10中电路在灯开路状态下的Vc、dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。
具体实施方式
[0032] 下面详细说明使用逻辑和分立的元件实现灯开路电压保护的系统和方法的实施例。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实例电路和这些电路元件的实例值，都用于对本发明的实施例提供更好的理解。但本技术领域技术人员可以理解，即使在缺少一个或多个具体细节或者与其他方法、元件、材料等结合的情况下，本发明也可以被实现。
[0033] 通过结合具有代表性和举例性的系统、电路和方法，举例说明下列的实施例和方案。在不同的实施例中，上述的问题已被减少或消除，同时另外的实施例目的在于其他的改进。
[0034] 本发明涉及放电灯应用中灯开路电压保护的电路和方法。上述电路通过监测灯电压与包括变压器两端电压的激励电压之间的相位关系，检测出灯开路状态并触发灯开路保护程序。
[0035] 图3显示了典型的CCFL逆变器的增益曲线。在正常工作状态下，逆变器以开关频率fs工作，该频率处于底部增益曲线的感性区域中并接近谐振频率fr。在灯开路状态下，逆变器以频率fs工作，该频率处于顶部增益曲线的容性区域中。图4(a)示出了正常工作状态下的CCFL灯电路。如该电路中所示，输入电流iL和激励电压Vin几乎同相。另外，灯电压Vc的相位与Vin的相位相比滞后。图4(b)中的矢量图示出了正常工作状态下的iL、Vin、电感电压VL和Vc之间的关系。
[0036] 图5(a)示意性地显示了灯开路状态下的CCFL灯电路。如该电路中所示，iL与Vin之间的相位差接近90度。Vc和Vin几乎同相。图5(b)中的矢量图说明了灯开路状态下的iL、Vin、VL和Vc之间的关系。如图所示，在正常工作状态和灯开路状态下，Vc与Vin之间的相位关系区别很明显。根据本发明的一个实施例，通过监视和利用Vc与Vin之间的相位差来实现灯开路状态的保护。上述相位差用于触发灯开路保护程序。当灯开路保护程序触发时，电路增加开关频率fs，从而增强灯电压的增益。在预定的等待时间之后，如果灯开路状态仍然持续，电路立即关断从而防止潜在的过压和对电子元件的损害。注意由于在一些应用中，功率元件的栅极电压具有与Vin相同的相位，栅极电压与Vc之间的相位差也可以用于灯开路保护。功率元件为一个或多个功率晶体管，用于将DC电源转换为AC电源，以在变压器中进行传输。此外，栅极电压与Vc之间的比较可以在集成电路级别上完成。
[0037] 图6举例说明了监视Vc与Vin之间相位差的方法。灯电压的斜率dVc/dt被计算出来。在Vin脉冲中间设置了一个观测窗口tW。当在窗口tW中dVc/dt从正变为负，或者相反时，灯开路保护程序触发。当在窗口tW外dVc/dt改变其极性时，灯开路保护程序不会触发。图7为本发明的单灯应用的实施例。被检测的灯电压Vc接到一个差分电路，后者由一个电容器和一个接地电阻器构成。差分电路的输出dVc/dt接到比较器的负极端子，比较器的正极端子接地或者阈值电压Vth。比较器的输出Vcomp接到一个与门的输入端子，并通过一个电阻器接到电压源Vcc。与门的另一个输入端子接到Vcenter，Vcenter是由三角波形和直流电平产生的，Vcenter表示Vin的中间部分。由于三角波形同样用于产生放电灯逆变器的占空比，脉冲的相位与Vin完全相同。DC电平用于调节tW的宽度。
[0038] 图8为图7中的电路在正常工作状态下的dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。在正常工作状态下，dVc/dt在tW外改变其正负符号。比较器将dVc/dt与零电压比较以产生脉冲Vcomp，脉冲Vcomp也在Vcenter之外。与门的输出Vout一直是低电平并且灯开路保护程序不会触发。图9为图7中电路在灯开路状态下的dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。当发生灯开路状态时，dVc/dt在Vcenter中改变正负符号，并且Vcomp与Vcenter发生重叠。在每个周期中都会产生一个脉冲用于触发灯开路保护程序。
[0039] 图10为本发明多灯应用中的另外一个实施例。为了探讨方便，这里主要讨论4灯同相应用。每个被测的灯电压，从Vc1到Vc4，通过与其对应的二极管D1到D4接到差分电路的输入端子。所有的二极管都有一个或门结构，因此差分电路的输入信号Vc跟随最大的Vci值，其中i介于1到4之间。与单灯应用相似，Vc接到一个电容器和一个接地电阻器。差分电路的输出dVc/dt接到与比较器的负极端子，同时，比较器的正极端子接地或者阈值电压Vth。比较器的输出Vcomp接到与门的输入端子，并通过一个电阻器接到电压源Vcc。与门的另一个输出端子接到Vcenter，Vcenter由三角波形和DC电平产生。Vcenter表示Vin的中间部分。由于三角波形同样用于产生放电灯逆变器的占空比，脉冲的相位与Vin完全相同。DC电平用于调节tW的宽度。图11为图10中电路在正常工作状态下的Vc、dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。在正常工作状态下，dVc/dt在tW外改变正负符号。比较器将dVc/dt与零电压比较，以产生脉冲Vcomp，脉冲Vcomp也在Vcenter外。与门的输出Vout，一直是低电平，灯开路保护程序不会触发。图12为图10中电路在灯开路状态下的Vc、dVc/dt、Vcomp、Vcenter和Vout的波形。当一个或多个灯开路时，Vc的每一个波形周期中会产生两个尖峰。较高的尖峰来源于灯开路的检测到的电压，较低的尖峰来源于正常状态下的灯。斜率dVc/dt在Vcenter中改变正负符号，并且Vcomp与Vcenter发生重叠。在每个周期中都会产生一个脉冲用于开启灯开路保护程序。
[0040] 在本发明的一个实施例中，用检测电路来监视单灯或多灯系统中灯电压Vc与激励电压Vin之间的相位关系，并且当一个或多个灯开路时触发灯开路保护程序。在正常工作状态下，Vc与Vin之间的相位差较大，通常大于30度；而在灯开路状态下，相位差接近于零度。在本发明的另外一个实施例中，检测电路计算被检测灯电压的斜率dVc/dt，并将其与位于脉冲Vin中间的检测窗口tW相比较。如果在tW内dVc/dt从正转变为负，或者相反，灯开路保护程序触发。如果在tW外dVc/dt改变了其极性，灯开路保护程序将不会被触发。本发明的一个优点在于，不需要灯电流反馈电路。检测电路可以合并入灯电压反馈电路，用于监视和触发灯开路保护程序。同样，检测电路也可以在集成电路级别上以较低的成本和电路复杂性实现。
[0041] 上述本发明及其应用的说明仅仅是示例性的灯开路电压保护，并不用于限定本发明的范围。对公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。
