TWI407836B - 保護電路及使用其的燈管驅動裝置 - Google Patents

Description

保護電路及使用其的燈管驅動裝置

本發明涉及燈管驅動裝置，尤其係關於一種具有保護電路的燈管驅動裝置。

目前，在諸多設備(如液晶顯示器)之照明電路中設置至少兩組燈管，以滿足照明需求之做法已經十分廣泛。為了保護該至少兩組燈管在開路或短路時，不會被照明電路中產生的超高電壓所損壞，往往會在照明電路中分別設置開路保護電路及短路保護電路進行保護。

請參閱圖1所示之燈管驅動裝置10示意圖，該燈管驅動裝置10中包括燈管保護電路103，該燈管保護電路103包括開路保護電路1032及短路保護電路1033。當第一燈管L1或第二燈管L2開路時，電流感測單元1031透過第一電流感測單元1031A及第二電流感測單元1031B向開路保護電路1032傳輸其分別感測到的流經該第一燈管L1及第二燈管L2之電流訊號，同時，該開路保護電路1032則根據該等電流訊號向控制電路101發出開路保護訊號，該控制電路101則根據該開路保護訊號輸出控制訊號以控制電源轉換電路100之輸出，從而對燈管L1及L2進行保護。

同樣，當第一燈管L1或第二燈管L2短路時，電流感測單元1031透過第一電流感測單元1031A及第二電流感測單元1031B向開路保護電路1032傳輸其分別感測到的流經該第一燈管L1及第二燈管L2之電流訊號，該短路保護電路1033則根據該等電流訊號向控制電路101發出短路保護訊號，該控制電路101則根據該短路保護訊號輸出另一控制訊號以控制電源轉換電路100輸出交流訊號，從而對燈管L1及L2進行保護。

這種做法可在燈管處於工作狀態時，分別根據其開路及短路狀態對燈管進行保護。但是，開路保護電路及短路保護電路係為獨立的單一線路，一般採取電阻分壓驅動晶體場效應管之做法，需要分別工作。且，其中一個保護線路容易受到另一個燈管之高壓影響，無法準確實現保護功能。

有鑑於此，需提供一種燈管驅動裝置，可透過一個保護電路同時分別偵測流經複數燈管之電流，以同時實現燈管的開路及短路保護。

一種燈管驅動裝置，用於驅動複數燈管，以在發生異常時保護該等燈管，包括電源轉換電路、變壓電路、控制電路、迴授電路、控制電路及保護電路。其中保護電路包括電流感測電路、參考電壓選取電路、比較電路及保護訊號輸出電路。電流感測電路包括複數電流感測單元，用於分別感測流經每一燈管之電流，並將該等感測到的電流轉換為電壓訊號。參考電壓選取電路與該電流感測電路相連，用於將該等電壓訊號訊號之最大值設定為一參考電 壓。比較電路包括複數比較單元，與該電流感測電路及參考電壓選取電路相連接，用於比較該參考電壓與該等電壓訊號分壓後的電壓訊號，並輸出複數比較訊號。保護訊號輸出電路連接於比較電路，用於選擇該等比較訊號之最大者，以作為保護訊號輸出。控制電路連接該保護訊號輸出電路，用於根據該保護訊號輸出一控制訊號，控制該電源轉換電路關斷。

本發明所述之燈管驅動裝置，採取總電流回授方式，使用複數比較單元，以複數燈管電流之最大電壓值作為參考電壓，並將該參考電壓與雙燈管流經感測電阻之電壓進行比較，以檢測照明電路是否發生開、短路，從而實現用一組線路便可實現燈管開、短路保護。

10、20‧‧‧燈管驅動裝置

100、200‧‧‧電源轉換電路

101、201‧‧‧控制電路

102、202‧‧‧迴授電路

103‧‧‧燈管保護電路

203‧‧‧保護電路

1031、2031‧‧‧電流感測電路

1031A、2031A‧‧‧第一電流感測單元

1031B、2031B‧‧‧第二電流感測單元

1032‧‧‧開路保護電路

1033‧‧‧短路保護電路

2032‧‧‧參考電壓選取電路

2033‧‧‧比較電路

2033A‧‧‧第一比較單元

2033B‧‧‧第二比較單元

2034‧‧‧保護訊號輸出電路

204‧‧‧變壓電路

R1、R2、R3、R4、R5、R6‧‧‧電阻

D1、D2、D3、D4‧‧‧二極體

U1、U2‧‧‧比較器

L1‧‧‧第一燈管

L2‧‧‧第二燈管

圖1係先前技術所示之燈管驅動裝置示意圖；圖2係本發明之燈管驅動裝置示意圖；圖3係本發明圖2中保護電路203之具體電路圖。

圖2係本發明一實施方式所示之燈管驅動裝置20之電路功能模組圖。燈管驅動裝置20包括電源轉換電路200、控制電路201、迴授電路202、保護電路203、變壓電路204，用於驅動複數燈管，為簡便起見，在本實施方式中僅以第一燈管L1與第二燈管L2示之。其中，電源轉換電路200用於將接收到的外部訊號轉換為交流訊號。變壓電路204連接該電源轉換電路200，用於將該交流訊號轉換為可驅動燈管L1與L2之電訊號。其中，該電訊號係為弦波訊號 。

在本實施方式中，保護電路203包括電流感測電路2031、參考電壓選取電路2032、比較電路2033及保護訊號輸出電路2034。電流感測電路2031包括複數電流感測單元，對應連接複數燈管，用於感測流經該等燈管之電流。在本實施方式中，電流感測電路2031係包括第一電流感測單元2031A與第二電流感測單元2031B，分別用於感測流經第一燈管L1與第二燈管L2之電流，並將所感測到的電流轉換成電壓訊號。詳而言之，第一電流感測單元2031A連接第一燈管L1，用於感測流經第一燈管L1之電流，將所感測到的電流轉換成第一電壓訊號V1，並對該第一電壓訊號V1進行分壓以得到第一分壓電壓訊號V11。第二電流感測單元2031B連接第二燈管L2，用於感測流經第二燈管L2之電流，將所感測到的電流轉換成第二電壓訊號V2，並對該第二電壓訊號V2進行分壓以得到第二分壓電壓訊號V21。本實施方式僅以兩個燈管為例，在其他實施方式中，該等燈管數目可為兩個以上，相應地，該等電流感測單元之數目可對應增加。

參考電壓選取電路2032連接於電流感測電路2031，用於將第一電壓訊號V1及第二電壓訊號V2進行比較，選擇其中最大值作為參考電壓訊號Vref。

比較電路2033連接於電流感測電路2031及參考電壓選取電路2032，其包括複數比較單元，對應於該等電流感測單元。在本實施方式中，比較電路2033係包括第一比較單元2033A與第二比較單元2033B。其中，第一比較單元2033A連接第一電流感測單元2031A 及參考電壓選取電路2032，用於接收第一分壓電壓訊號V11與參考電壓訊號Vref，並將第一分壓電壓訊號V11與參考電壓訊號Vref進行比較，以輸出第一比較訊號。第二比較單元2033B連接第二電流感測單元2031B與參考電壓選取電路1302，用於接收第二分壓電壓訊號V21與參考電壓訊號Vref，並將第二分壓電壓訊號V21與參考電壓訊號Vref進行比較，以輸出第二比較訊號。本實施方式僅以兩個燈管為例予以說明，在其他實施方式中，如燈管數量增加，則電流感測單元與比較單元之數目亦可相應增加，在此不再贅述。

保護訊號輸出電路2034連接於該比較電路2033，用於選擇複數比較單元所輸出之複數比較訊號之最大者，在本實施方式中其係選擇第一比較訊號及第二比較訊號之更大者，以作為保護訊號輸出。

控制電路201連接於該電源轉換電路200與保護電路203之保護訊號輸出電路2034之間，用於根據該保護訊號輸出控制訊號至電源轉換電路200以控制電源轉換電路200之輸出，從而保護複數燈管L1及L2。

迴授電路202連接於該控制電路201與電流感測電路2031之間，用於將流經第一燈管L1與第二燈管L2之總電流迴授至控制電路201。同時，控制電路201亦會根據該迴授電流控制電源轉換電路200之輸出。

圖3係本發明圖2一實施方式之具體電路圖。在本實施方式中，第 一電流感測單元2031A連接第一燈管L1，用於感測流經第一燈管之電流，並將該電流訊號轉換為第一電壓訊號V1。第二電流感測單元2031B連接第二燈管L2，用於感測流經第二燈管之電流，並將該電流訊號轉換為第二電壓訊號V2。其中，第一電流感測單元2031A包括由串行連接於第一燈管L1與地之間之第一電阻R1與第二電阻R2所組成之分壓電路，用於將第一電壓訊號V1進行分壓，從而得到第一分壓電壓訊號V11。其中，該第一電壓訊號V1於該第一燈管L1與該第一電阻R1之公共節點輸出，該第一分壓電壓訊號V11於該第一電阻R1與第二電阻R2之公共節點輸出。

第二電流感測單元2031B包括串行連接於第二燈管L2與地之間之第三電阻R3與第四電阻R4所組成之分壓電路，用於將第二電壓訊號V2進行分壓，從而得到第二分壓電壓訊號V21。其中，該第二電壓訊號V2於該第二燈管L2與該第四電阻R4之公共節點輸出，該第二分壓電壓訊號V21於該第三電阻R3與第四電阻R4之公共節點輸出。在本實施方式中，第一電阻R1與第四電阻R4的阻值相同，第二電阻R2與第三電阻R3的阻值相同。

參考電壓選取電路2032包括第一二極體D1、第二二極體D2及第五電阻R5與第六電阻R6。其中，第一二極體D1之陽極與第一電流感測單元2031A電性連接，即，連接於第一電阻R1與第一燈管L1之間，用於接收第一電壓訊號V1。第二二極體D2之陽極與第二電流感測單元2031B電性連接，即，連接於第四電阻R4與第二燈管L2之間，用於接收第二電壓訊號V2。第五電阻R5與第六電阻R6依次串行連接於第一二極體D1與第二二極體D2之陰極與地之間，用於 對第一二極體D1與第二二極體D2所傳輸之電壓進行分壓，以輸出參考電壓訊號Vref。其中，參考電壓訊號Vref於第五電阻R5與第六電阻R6之公共節點輸出。在本實施方式中，第五電阻R5的阻值大於第六電阻R6的阻值，且可小於第一電阻R1至第四電阻之阻值。在其他實施方式中，該等電阻之個數及阻值可依實際電路之需求靈活予以設定，不唯本實施方式所揭露者。

比較電路2033連接參考電壓選取電路2032及電流感測電路2031，包括第一比較單元2033A及第二比較單元2033B。在本實施方式中，第一比較單元2033A包括第一比較器U1，其第一輸入端連接參考電壓選取電路2032，以接收參考電壓訊號Vref，其第二輸入端連接第一電流感測單元2031A，以接收第一分壓電壓訊號V11，其輸出端用於輸出第一比較訊號。第二比較單元2033B包括第二比較器U2，其第一輸入端連接參考電壓選取電路2032以接收參考電壓訊號Vref，其第二輸入端連接第二電流感測單元2031B，以接收第二分壓電壓訊號V21，其輸出端用於輸出第二比較訊號。在本實施方式中，比較器之第一輸入端均為正極輸入端，第二輸入端均為負極輸入端。在其他實施方式中，該等比較器之第一輸入端可為負極輸入端，第二輸入端可為正極輸入端。

保護訊號輸出電路2034連接比較電路2033，包括第三二極體D3與第四二極體D4，用於選擇第一比較訊號與第二比較訊號之更大者，以作為保護訊號輸出至控制電路201。其中，第三二極體D3之陽極連接第一比較器U1之輸出端，以接收第一比較訊號。第四二極體D4之陽極連接第二比較器U2之輸出端，以接收第二比較訊號 。第三二極體D3之陰極連接第四二極體D4之陰極，以選擇第一比較訊號或第二比較訊號之更大者，作為保護訊號輸出。

本實施方式僅以兩個燈管之情形予以說明，在其他實施方式中，若該等燈管數目增加，則電流感測單元及比較單元之數目可對應增加，此等情形，在此不再贅述。

為舉例說明，設定當該保護訊號為高電壓訊號時，控制電路201方輸出控制訊號以控制關斷該電源轉換電路200。故，本實施方式中，將第一電阻R1與第四電阻R4之阻值均設為806千歐姆，第二電阻R2與第三電阻R3之阻值均設為1200千歐姆，第五電阻R5之阻值設為73.2千歐姆，及第六電阻R6之阻值設為30.1千歐姆。

在本實施方式中，將每個比較器之第一輸入端均設為正極輸入端，第二輸入端均設為負極輸入端。在其他實施方式中，該等比較器之第一輸入端可設為負極輸入端，第二輸入端可設為正極輸入端。

當第一燈管L1與第二燈管L2均正常工作時，流經兩個燈管之電流相等，則第一電壓訊號V1與第二電壓訊號V2相同，均為12伏特。第一分壓電壓訊號V11與第二分壓電壓訊號V21相同，均約為4.82伏特，此時比較電壓Vref約為3.49伏特。此時傳輸至比較電路2033之第一比較器U1與第二比較器U2正極輸入端之電壓均為3.49伏特，傳輸至第一比較器U1與第二比較器U2負極輸入端之電壓均為4.82伏特，亦即，第一比較器U1與第二比較器U2之正極輸入端輸入電壓訊號均小於其負極輸入端輸入電壓之訊號，則第一比較 器U1與第二比較器U2之輸出端均輸出低電壓訊號。此時，第三二極體D3與第四二極體D4亦無法輸出高電壓訊號，故控制電路201將不會發出控制訊號以關斷該電源轉換電路200。從而，燈管驅動裝置20正常運作。

而當燈管出現開路或者短路之異常狀態時，流經該等燈管之電流不平衡，則保護電路203將根據該等不平衡對燈管進行保護。在本實施方式中，當流經第一燈管L1與第二燈管L2之電流相差2毫安時，相應地，第一電壓訊號V1與第二電壓訊號V2相差為4伏特時，保護電路203將控制關斷該電源轉換電路200，以保護該等燈管。舉例而言，如第一燈管L1短路，第二燈管L2未短路時，流經第一燈管L1之電流將大於流經第二燈管L2之電流。為舉例說明，本實施方式中，當第一電壓訊號V1為18伏特時，第二電壓訊號為6伏特。

此時，參考電壓選取電路201將選取第一電壓訊號V1作為參考電壓，並將該第一電壓訊號V1輸出至第一比較器U1及第二比較器U2之正極輸入端。在本實施方式中，僅有第一電壓訊號V1透過第一二極體D1傳輸至第五電阻R5與第六電阻R6，並經第五電阻R5與第六電阻R6分壓轉換成參考電壓訊號Vref，並輸出至比較電路2033。此時，該參考電壓訊號Vref約為5.24伏特。

於比較電路2033中，參考電壓訊號Vref輸出至第一比較器U1及第二比較器U2之正極輸入端，第一電流感測單元2031A將第一分壓電壓訊號V11傳輸至第一比較器U1之負極輸入端，第二電流感測單元2031B將第二分壓電壓訊號V21傳輸至第二比較器U2之負極輸 入端。此時，第一分壓電壓訊號V11約為7.25伏特，第二分壓電壓約為2.41伏特。

在第一比較單元2033A中，第一比較器U1將參考電壓訊號Vref與第一分壓電壓訊號V11進行比較以輸出第一比較訊號。亦即，第一比較器U1之正極輸入端輸入電壓訊號小於其負極輸入端輸入之電壓訊號，故，此時第一比較器U1所輸出之第一比較訊號為低電壓訊號。在第二比較單元2033B中，第二比較器U2將參考電壓訊號Vref與第二分壓電壓訊號V21進行比較後輸出第二比較訊號。亦即，第二比較器U1之正極輸入端輸入電壓訊號大於其負極輸入端輸入之電壓訊號，故，此時第二比較器U1所輸出之第二比較訊號為高電壓訊號。

於保護訊號輸出電路2034中，由於第一比較訊號為低電壓訊號，第二比較訊號為高電壓訊號，故僅有該高電壓訊號作為保護訊號透過第四二極體D4之陰極僅輸出至控制電路201。從而，該控制電路201根據該保護訊號，亦即該高電壓訊號發出控制訊號，以控制電源轉換電路200關斷。

同樣，當第一燈管L1為開路，第二燈管L2為短路或正常工作時，流經第一燈管L1之電流小於流經第二燈管L2之電流，第一電壓訊號V1小於第二電壓訊號V2，從而參考電壓選取電路2032將選取第二電壓訊號V2作為參考電壓，並將第二電壓訊號V2輸出至第一比較器U1及第二比較器U2之正極輸入端。第一電流感測單元2031A將第一分壓電壓訊號V11傳輸至第一比較器U1之負極輸入端。此時，第一比較器U1所輸出之第一比較訊號為高電壓訊號。同樣地 ，第二電流感測單元2031B則將第二分壓電壓訊號V21傳輸至第二比較器U2之負極輸入端，此時，第二比較器U2所輸出之第二比較訊號為低電壓訊號。

在保護訊號輸出電路2034中，第三二極體D3接收第一比較器U1輸出之該高電壓訊號；第四二極體D4接收第二比較器U2輸出之該低電壓訊號，則僅有該高電壓訊號作為保護訊號透過第三二極體D3之陰極輸出。從而，控制電路201則根據該高電壓訊號發出控制訊號，以控制電源轉換電路200關斷。

同樣地，在其他實施方式中，第一燈管L1與第二燈管L2可能分別處於短路、斷路或正常工作狀態，惟在本發明之範圍內，該等燈管之狀態變化均可藉由以上所揭示之電路工作原理予以實現，故本發明並未在此一一列舉各等情形。

本發明透過在燈管驅動裝置中設置保護電路感知流經不同燈管之電流，從而可在燈管發生斷路或短路之異常狀態時，及時偵測流經該等燈管之電流異常狀態，並將該等異常電流轉換為電壓訊號透過比較電路進行比較，進而可根據該等比較結果及時控制該燈管驅動裝置運作，以保護該等燈管及相應元件不受損壞。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

20‧‧‧燈管驅動裝置

200‧‧‧電源轉換電路

201‧‧‧控制電路

202‧‧‧迴授電路

203‧‧‧保護電路

2031‧‧‧電流感測電路

2031A‧‧‧第一電流感測單元

2031B‧‧‧第二電流感測單元

2032‧‧‧參考電壓選取電路

2033‧‧‧比較電路

2033A‧‧‧第一比較單元

2033B‧‧‧第二比較單元

2034‧‧‧保護訊號輸出電路

204‧‧‧變壓電路

L1、L2‧‧‧燈管

Claims (12)

1. 一種燈管驅動裝置，用於驅動複數燈管，該燈管驅動裝置包括：電源轉換電路，用於將接收到的外部電源訊號轉換成交流訊號；變壓電路，與該電源轉換電路相連，用於將該交流訊號轉換成可驅動該等燈管之電訊號；保護電路，與該等燈管相連，用於在該等燈管異常時輸出保護訊號，其包括：電流感測電路，與該等燈管相連，用於感測流經該等燈管之電流，並將該等電流訊號轉換成電壓訊號；參考電壓選取電路，與該電流感測電路相連，用於將該等電壓訊號進行比較，並選取其中最大電壓訊號作為參考電壓訊號；比較電路，與該參考電壓選取電路及電流感測電路相連，用於將該參考電壓訊號及該等電壓訊號進行比較，從而輸出複數比較訊號；及保護訊號輸出電路，連接於該比較電路，用於選擇該等比較訊號之最大者，以作為保護訊號輸出；以及控制電路，連接於該保護訊號輸出電路與該電源轉換電路之間，用於根據該等保護訊號輸出控制訊號，以控制該電源轉換電路之輸出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之燈管驅動裝置，其中該電流感測電路更包括複數電流感測單元，每一電流感測單元與該等燈管之一者連接，用於感測流經該燈管之電流，並將該電流轉換為電壓訊 號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之燈管驅動裝置，其中每一電流感測單元包括串行連接於該燈管與地之間的複數電阻，用於對該電壓訊號進行分壓，並輸出分壓電壓訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之燈管驅動裝置，其中該參考電壓選取電路包括：複數二極體，每一二極體之陽極對應連接一電流感測單元，用於接收該電壓訊號；及複數電阻，串行連接於該等二極體之陰極共接點與地之間；其中，該等電阻之公共節點輸出該參考電壓。
5. 如申請專利範圍第4項所述之燈管驅動裝置，其中該參考電壓選取電路用於透過該等二極體選取該等電壓訊號之最大者。
6. 如申請專利範圍第4項所述之燈管驅動裝置，其中該比較電路包括複數比較單元，每一比較單元均包括一比較器，其第一輸入端均電性連接於參考電壓選取電路，第二輸入端分別連接該等電流感測單元，用於根據該參考電壓及分壓電壓訊號輸出複數比較訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之燈管驅動裝置，其中該保護訊號輸出電路包括複數二極體，每一二極體之陽極對應連接該等比較單元之一者之輸出端，用於接收該比較單元輸出之比較訊號；其中，該等二極體之陰極共接於一點，用於選擇輸出該等比較訊號之最大者，以作為該保護訊號輸出。
8. 一種保護電路，當複數輸入交流訊號之一者發生異常時輸出保護訊號，其包括： 複數電流感測單元，用於感測該等複數交流訊號，並將該等交流訊號轉換成電壓訊號；參考電壓選取電路，與該等電流感測單元相連，用於將該等電壓訊號進行比較，選取其中最大電壓訊號作為參考電壓訊號；比較單元，與該參考電壓選取電路及電流感測單元相連，用於將該參考電壓訊號及該等電壓訊號進行比較，從而輸出複數比較訊號；及保護訊號輸出電路，連接於該比較單元，用於選擇該等比較訊號之最大者，以作為該保護訊號輸出。
9. 如申請專利範圍第8項所述之保護電路，其中該複數電流感測單元均包括串行連接於該燈管與地之間的複數電阻，用於對該等電壓訊號進行分壓，並輸出分壓電壓訊號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之保護電路，其中該參考電壓選取電路包括：複數二極體，每一二極體之陽極對應連接一電流感測單元，用於接收該電壓訊號；及複數電阻，串行連接於該等二極體之陰極共接點與地之間；其中，該等電阻之公共節點輸出該參考電壓。
11. 如申請專利範圍第10項所述之保護電路，其中該等比較單元均包括複數比較器，每一比較單器之第一輸入端均電性連接於參考電壓選取電路，第二輸入端分別連接該等電流感測單元，用於根據該參考電壓及分壓電壓訊號輸出複數比較訊號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之保護電路，其中該保護訊號輸出電路更包括： 複數二極體，每一二極體之陽極對應連接該等比較單元之一者之輸出端，用於接收該比較單元輸出之比較訊號；其中，該等二極體之陰極共接於一點，用於選擇輸出該等比較訊號之最大者，以作為該保護訊號輸出。