CN1144341A - Lcd的背景照明电路 - Google Patents

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Abstract

一种LCD的背景照明电路，包括AC转换器；在无AC转换器时提供DC的电池；转换器检测单元；输出开关信号的DC/DC变换器；通过升高电位来驱动一个CCFL的DC/AC逆变器；一个由DC/AC逆变器操作的CCFL；开/关控制器；亮度控制器；反馈单元；亮度状态检测器；一个LB/LLB信号发送器，其信号表示电池的当前维持状态；一个亮度状态控制器，对同等容量的电池来说，该LCD背景照明电路对影响系统使用时间的功率消耗进行优化，以实现最大系统使用时间。

Description

LCD的背景照明电路
本发明涉及一种液晶显示器(LCD)的背景照明电路，特别是一种用较低的功率消耗来有效地驱动冷阴极荧光灯(CCFL)的电路，从而为显示器提供最高效的背景照明，该电路可以用于笔记本计算机、光笔计算机或便携式计算机等简便计算机中的LCD。
在用电池供电的简便计算机中，便携式、光笔计算机或手提式简便计算机是一些很好的实例。这类计算机采用LCD作为显示器件，从而构成了小型的个人计算机。
LCD是这样制成的，即在两个玻璃板之间在其中间灌入液晶材料，并且在其上分开安装两个90°相交的光偏振片，如果在两个衬垫上施加电压，施加电压的部分的液晶分子就被沿着电场的方向排列，从而切断光线；而未施加电压的另一部分则通过排列的液晶发出偏转90°的光线。如果把交叉的条构成的电压施加部分分割成微小的方块，只要将其分成截然不同的暗色和彩色，就可以用电压施加部分显示诸如文字或图像的信息。
LCD存在的缺点是，在明亮的场合，由于可以识别出发光的部分和不发光的部分，因此可以看清字母，但在暗处却很难辨别字母。相应地，对于阴极射线管(CRT)来说，即使在暗处也可以在没有任何照明光和荧光层的荧光的条件下识别出监视器的显示状态。然而，用于监视器显示条件下的LCD却是一种需要背景照明设备的光接收元件，这样才能在没有光的暗处清楚地识别监视器的显示状态。
近来，CCFL作为一种发热值小的背景照明器件得到了广泛的应用，用它替代高发热值的普通荧光灯。
在操作CCFL时需要一个DC/AC逆变器。当DC/AC逆变器在系统的设定模式下被接通时，该逆变器在设定模式中被接通/关断，并且其操作与电池的状态或AC转换器的存在与否无关。
图1是现有的LCD背景照明电路的一个框图。
如图1所示，LCD的背景照明电路包括一个AC转换器1；一个电池8，它在没有AC电流时提供直流电流DC；一个DC/DC变换器2，它可以通过一个输入DC电流的开关调节器输出开关信号；一个DC/AC逆变器3，用于在对DC/DC变换器2输出的信号进行变换之后提高其电位，从而驱动CCFL；一个由DC/AC逆变器3操作的CCFL4；一个用来关断CCFL4的开/关控制器5；一个亮度控制器6，用于在接收到DC/AC逆变器3的输出信号之后控制CCFL4的亮度；以及一个反馈电路7，用于把亮度控制器6的输出信号反馈给DC/DC变换器2。
图2是现有的LCD背景照明电路的电路图。
开/关控制器5产生用于关断背景照明电路的有效信号，当控制接通/关断的信号被加在MOS场效应晶体管(FED)的栅极上时，开/关控制器5按照该控制信号的逻辑状态确定是否去驱动DC/DC变换器2。由AC转换器1输出到DC/DC变换器2的DC电流通过包括开关调节器的DC/DC变换器被变换成脉冲电压，并且输出给DC/AC逆变器3。输入到DC/AC逆变器3的信号通过在DC/AC逆变器3内部的变压器T31被分成正值和负值。然后，负值被输出到CCFL4以使其去操作CCFL4，而正值被输出到亮度控制器6。亮度控制器6的输出信号通过反馈单元7输入到DC/DC变换器2，并且通过重复上述过程使CCFL4的电流恒定地悬浮(SUSPENDS)。
当这种LCD的背景照明电路被用于简便式计算机的显示器件时，其中包括的AC转换器1可有可无。如果不用AC转换器1，就通过电池8提供直流电流。如果用AC转换器1或电池8提供DC电流，就通过DC/DC变换器2和DC/AC逆变器3输出能够驱动CCFL4的AC电流信号。当用户在CCFL操作状态下指令亮度控制时，亮度控制器6中的可变电阻R61的阻值可以改变，按照可变电阻值变化的亮度控制器6的输出信号被输入给DC/DC变换器2，通过DC/DC变换器2和DC/AC逆变器3控制亮度，从而利用改变3的输入电压值来操作CCFL4。
然而，由于现有的LCD背景照明电路的工作方式与电池的状态无关，如果仅使用电池而不用AC转换器，不考虑电池的剩余容量，背景照明器件的操作总是不变的。因此，当电池的剩余容量较小时，电池就会快速放电，从而会缩短系统的使用时间，并且会导致数据的存储时间不足。
在这种情况下，为了延长简便计算机的使用时间，可以使用大容量的电池，然而，这种电池对于小型的简便计算机来说显得又大又重。
本发明的目的就是为了解决现有技术中的上述问题，提供一种LCD的背景照明电路，通过对影响系统使用时间的同等容量电池的功率消耗进行优化来最大限度地延长系统使用时间。也就是说，在使用AC转换器时，由于不会影响到系统的使用时间，就使亮度达到最大，从而优化系统的使用时间，在使用电池的情况下，通过检测电池的状态，可以用同等容量的电池使亮度得到优化。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供的背景照明电路包括一个AC转换器，它把输入的电网AC(Common AC)转换成DC之后输出；一个电池，在AC电源不供电时提供DC电源；一个转换器检测单元，用于确定AC转换器是否工作；一个DC/DC变换器，它使用输入的DC电源，通过开关调节器输出开关信号；一个DC/AC逆变器用于变换来自DC/DC变换器的输出信号并且将其电位升高，用于驱动CCFL；一个由DC/AC逆变器操作的CCFL；一个开/关控制器，用于控制DC/DC变换器的驱动；一个亮度控制器，其在接收到DC/AC逆变器输出的信号之后控制CCFL的亮度；一个反馈单元，它把亮度控制器的输出信号反馈给DC/DC变换器；一个亮度状态检测器，用于根据亮度控制器的实际状态确定LCD当前背景照明的亮度状态；一个LB/LLB信号发送器，其用于在使用电池电源的情况下产生一个表示电池供电能量的当前维持状态的信号；以及一个亮度状态控制器根据转换器检测器、LB/LLB信号发送器及亮度状态检测器的输出信号来确定LCD背景照明的亮度状态。
本发明的目的、特征及优点将结合实施例参考附图进行详细说明。
附图简要说明
图1是现有的LCD背景照明电路结构的方框图；
图2是现有LCD背景照明电路的电路图；
图3是本发明最佳实施例的LCD背景照明电路的方框图；以及
图4是本发明最佳实施例的LCD背景照明电路的详细电路图。
在本发明的最佳实施例中，与图1和图2中所示的LCD现有背景照明电路中的功能相同的那些部分采用了相同的标号。
如图3和图4所示，本发明最佳实施例的LCD背景照明电路包括一个AC转换器1，它把输入的电网AC转换成DC之后输出；一个电池8，其在AC电源不供电时提供DC电源；一个转换器检测单元12，用于确定AC转换器是否工作；一个DC/DC变换器2，其使用输入的DC电源，通过开关调节器输出开关信号；一个DC/AC逆变器3，其用于变换来自DC/DC变换器2的输出信号并且将其电位升高，用于驱动CCFL；一个由DC/AC逆变器3操作的CCFL4；一个开/关控制器5，其用于控制DC/DC变换器2的驱动；一个亮度控制器6，其在接收到DC/AC逆变器3的输出信号之后控制CCFL的亮度；一个反馈单元7，其把亮度控制器6的输出信号反馈给DC/DC变换器2；一个亮度状态检测器10，其根据亮度控制器6的实际状态确定LCD背景照明的当前亮度状态；一个LB/LLB信号发送器9，其用于在使用电池8的情况下产生一表示电池供电能量的当前维持状态的信号；一个亮度状态控制器11，根据转换器检测单元12、LB/LLB信号发送器9以及亮度状态检测器10的输出信号来确定LCD背景照明的亮度状态。
该转换器检测单元12包括：一对串联连接在AC转换器1或电池的DC电源输出端Vin与地之间的电阻R123、R122是与串联连接的电电阻121、齐纳二极管ZD121相并联连接的。一个比较器OP121的正向输入端连接在电阻R123和R122的连接点上，其反向输入端连接在电阻R121与齐纳二极管ZD121的连接点上；以及一对电阻R124和R125串联连接在比较器OP121的输出端和地之间。
DC/DC变换器2包括一个连接在DC电源Vin与地之间的电容C21；一个构成了开关调节器的LT1172芯片21；以及一个二极管D21，其负端连接到DC电源Vin，而正端连接到开关调节器21的输出端Vsw。
DC/AC逆变器3包括一个连接在DC/DC变换器2的开关调节器21的输出端Vsw上的线圈L31；一对晶体管Q31和Q32，二者的发射极共同连接在线圈L31上；一个变压器T31的中间抽头通过电阻R31连接到晶体管Q31的基极端，构成了一个ROYER电路，变压器T31的一个输入端连接在晶体管Q31和Q32的基极端之间，另一输入端连接在二者的集电极之间；一个电容C31连接在变压器T31的输出端上并且为CCFL4提供电流。
开/关控制器5被用来关断背景照明4，并且其包括一个连接在开/关指令信号线与地之间的电阻R31；一个晶体管Q51的栅极连接到电阻R31上；以及一个连接在晶体管Q51的漏极与地之间的电容C51。
亮度控制器6包括一个反向连接在CCFL4与地之间的二极管D61；一个正端连接到CCFL4的二极管D62；一个连接到二极管D62的输出端和地之间的可变电阻R61，由此构成了第一电流通路。
反馈单元7包括一个电阻R71，其一端连接到亮度控制器6的输出端；一个电容C71连接在电阻R71的另一端与地之间。
亮度状态检测器10包括串联连接在DC电源Vin与地之间的电阻R101和齐纳二极管ZD101；和并联连接在齐纳二极管两端的一对串联连接的电阻R102和R103；一个比较器OP101，其反向输入端连接到一对电阻R102和R103的连接点上；以串联连接在比较器OP101的输出端与地之间的一对电阻R104和R105；以及一个场效应晶体管Q101，其栅极连接在一对电阻R104和R105的连接点上。
LB/LLB信号发送器9包括一个电阻R91，它连接在由系统板根据电池8的状态产生的一个LB信号与地之间；晶体管Q91的栅极连接到电阻R91；一个连接在系统板产生的LLB信号与地之间的电阻R92；一个晶体管Q92，其栅极连接到电阻R92；一个二极管D91，其正端连接到LLB信号线；并且把二极管D92和D93各自的正端连接到LB信号线。
亮度状态控制器11包括一个电阻R111，它和晶体管Q111构成了第二电流通路其栅极连接到转换器检测单元12输出端；电阻R112和R113和一个晶体管Q112一起构成了第三电流通路，其栅极连接到LB/LLB信号发送器9的输出端；电阻R114和R115和晶体管Q113构成了第四电流通路，其栅极连接到LB/LLB信号发送器9的输出端。
只要提供电源，本发明最佳实施例的这种LCD背景照明电路就可以操作。
在以下的表1中提供了按照由亮度状态控制器11操作的电池状态形成的LCD背景照明的四种亮度模式。
表1
 电流通路  通路1   通路2   通路3   通路4
 AC转换器工作状态 O O O O
电池状态    正常    O     X     O     O
  低(LB)    O     X     O     X
 很低(LLB)    O     X     X     O
 参考值   R61    R111    R112    R114
由亮度状态控制器11操作的LCD的背景照明按照四种模式来操作。
首先，在AC转换器1工作时，电源供电充足并且与系统使用时间无关，为了提供最大的亮度，四个电流通路都应该工作。然而，如果使用电池8替代AC转换器1，并且电池8的能量处于正常状态时，就采用正常操作模式，电流通路2不应该工作，与使用AC转换器1时相比通过降低亮度，这样就能节省电池的能量。当电池能量处于低状态时，第二和第四通路Ch2和Ch4不应该工作，采用比正常状态时较暗的背景照明。当电池能量处于很低的状态时，系统使用时间变得很重要，工作模式就变换到LLB模式，可以使用背景照明4，此时第二和第三电流通路Ch2和Ch3不工作，以便充分地节省电池8的能量。
在控制着CCFL4的亮度的亮度控制器6中，背景照明4的亮度按照可变电阻R61的电阻值而改变。具体地说，如果用户降低了可变电阻R61的电阻值，输出电压Va就被降低，电流随之增大，从而使背景照明4较亮。反之，如果用户提高了可变电阻R61的电阻值，输出电压Va就增大，电流随之减小，从而使背景照明4较暗。
如果装备了AC转换器1，当转换器检测单元12操作亮度状态控制器11的场效应晶体管Q111时，就按照下述公式根据可变电阻R61和亮度状态控制器11中的电阻R111的总和来确定流经背景照明4的电流：<公式1>IL＝Va/[(R61*R111)/(R61＋R111)]*2
其中电阻R111的值被设定为很小的值，以便获得最大的亮度。
从公式1中可见，背景照明4的亮度是由可变电阻R61确定的。
在转换器检测单元12中，比较器OP121的反向输入端把齐纳二极管ZD121的电压保持在DC电源Vin的电压。在这种状态下，如果使用AC转换器1，DC电源Vin的电压就被增高，比较器OP121的正向输入端电压通过一对耗散电阻R123和R122也被成比例增高，从而使比较器OP121的输出变为高电平。比较器OP121的输出信号通过电阻R124被提供给亮度状态控制器11的MOS型场效应晶体管Q111的栅极，使晶体管Q111导通。当晶体管Q111被导通时，它使得流经背景照明4的电流增大，并使得背景照明4发光。在这种情况下不输入LB/LLB信号，亮度状态控制器11的晶体管Q112和Q113被导通并保持背景照明的最大亮度状态。
反之，如果去掉AC转换器1，DC电源Vin的电压就是电池8的电压电平，转换器检测单元12的比较器OP121的正相输入端电压低于其反向输入端的电压，并且MOS型场效应晶体管Q111被关断。因此就切断了第一电流通路。
在这种情况下，按照LB/LLB信号，根据电池的状态导通/关断亮度状态控制器11的晶体管Q112和Q113，从而控制背景照明4的亮度。亮度状态检测器10利用亮度控制器6的输出电压Va来检测当前的亮度，并且控制背景照明4的亮度。
在背景照明4被点亮并且亮度控制器6的输出电压Va低于由亮度状态检测器6的耗散电阻R102和R103形成恒定的电压值时，也就是在输入到正向输入端的电压低于输入到亮度状态检测器10的比较器OP101的反向输入端的恒定的电压时，由于比较器OP101的输出端处于低电平，MOS型场效应晶体管Q101被关断。如上所述，如果亮度状态检测器10的晶体管Q101被关断，亮度状态检测器10就不会影响整个电路的操作。在这种情况下，随着电池余量的减少，毫无疑问，由于R111＜(R112*R113)/(R112＋R113)，功率消耗比使用转换器时的功耗要小。然而，如果产生了LB信号，LB/LLB信号发送器9的MOS型场效应晶体管Q91就导通，从而使亮度状态控制器11的MOS型场效应晶体管Q113的栅极处于低电平，并使MOS型场效应晶体管Q113关断。此时，背景照明4的亮度由R61和R114来确定。
如果产生了用于指示出电池8的能量下降的LLB信号，LB/LLB信号发送器9的MOS型场效应晶体管Q92就被导通，并且使亮度状态控制器11的MOS型场效应晶体管Q112被关断。从而自动地把背景照明4的亮度减到最小。
然而，如果亮度控制器6的输出电压Va高于由亮度状态检测器10的耗散电阻R102和R103形成的恒定电压值，也就是说，背景照明4被微弱地点亮并且输入到正向输入端的电压高于输入到亮度状态检测器10的比较器OP101的反向输入端的恒定电压时，由于比较器OP101的输出是高电平，MOS型场效应晶体管Q101就被导通。如上所述，如果亮度状态检测器10的MOS型场效应晶体管Q101被导通，提供给LB/LLB信号发送器9的晶体管Q91和Q92的漏极的电压就会下降，因此，即使输入了LB/LLB信号，LB/LLB信号发送器9的MOS型场效应晶体管Q91和Q92也不工作。
在这种情况下，如果用户使背景照明4变弱，就应该同时把LLB信号提供给比较器OP101的反向输入端，以便防止亮度控制器6的输出电压增大，并且防止亮度状态检测器10的比较器OP101被导通。
开/关控制器5在现有的电路中是用来关断LCD的背景照明4的。如果输入信号是高电平，MOS型场效应晶体管Q51就被导通，并且关断整个DC/DC变换器2；如果输入信号是低电平，MOS型场效应晶体管Q51就被关断，DC/DC变换器2可以正常操作。
亮度控制器6的开关二极管D61在对电容C31充电的CCFL输出电压处于负电压时操作CCFL4，并且在正电压时通过二极管D62来控制电压电平。这种特征是CCFL控制方法中常用的。
按照本发明的最佳实施例，在使用简便式计算机时，本发明提供了一种LCD的背景照明电路，它可以在使用同等容量电池的条件下对影响系统使用时间的功率消耗进行优化，从而获得最长的系统使用时间。也就是说，在使用AC转换器时，由于它与系统使用时间无关，就将亮度调到最大，从而优化了系统使用时间，在使用电池时，通过检测电池的状态，可以用同等容量的电池来优化亮度。

Claims (7)

1、一种LCD的背景照明电路，包括：
一个AC转换器，用于把输入的电网AC转换成DC并且输出；
一个电池在AC电源不工作时提供DC；
一个转换器检测单元，用于确定AC转换器是否被使用；
一个DC/DC变换器，利用输入的DC电源，通过开关调节器输出开关信号；
一个DC/AC逆变器，用于变换来自DC/DC变换器的输出信号并且升高其电位，用于驱动CCFL；
一个由DC/AC逆变器操作的CCFL；
一个开/关控制器，用于控制DC/DC变换器的驱动；
一个亮度控制器，其在接收到DC/AC逆变器的输出信号之后控制CCFL的亮度；
一个反馈单元，其把亮度控制器的输出信号反馈给DC/DC变换器；
一个亮度状态检测器，根据亮度控制器的实际状态确定LCD当前背景照明的亮度状态；
一个LB/LLB信号发送器，用于在使用电池供电时产生一个表示电池供电能量的当前维持状态的信号；以及
一个亮度状态控制器，根据转换器检测器、LB/LLB信号发送器及亮度状态检测器的输出信号来确定LCD背景照明的亮度状态。
2、按照权利要求1的LCD背景照明电路，其中，所述转换器检测单元使用一个比较器，通过齐纳二极管来设定一个恒定的参考电压。
3、按照权利要求1的LCD背景照明电路，其中，所述亮度状态检测器是根据输入到所述亮度控制器的信号的电压电平来操作的。
4、按照权利要求1的LCD背景照明电路，其中，所述亮度状态检测器向决定了亮度状态的比较器的参考电压输入端输入一个LLB信号，从而在所述LB/LLB信号发送器发出LLB信号时防止误操作。
5、按照权利要求1的LCD背景照明电路，其中，所述亮度状态控制器用四个电流通路控制LCD的背景照明亮度。
6、按照权利要求1的LCD背景照明电路，其中，所述亮度状态控制器在最亮模式下使用四个通路，在最暗模式下操作二个通路，在较亮模式下操作三个通路，在亮的模式下操作二个通路。
7、按照权利要求1的LCD背景照明电路，其中，在所述亮度状态控制器的输出电压低于一个恒定值时，所述LB/LLB信号发送器控制所述亮度状态控制器，使其电流通路不能工作。
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