具有灯放电检测的场致发光灯驱动电路 【发明背景】
本发明总地涉及半导体集成电路(IC)装置而更具体地，它涉及具有负载放电检测的、尤其适合于场致发光(EL)灯使用的驱动电路。
EL灯被用于移动电话和PDA中的LCD显示的背光照明。EL灯沿着灯的区域具有一致的亮度。与使用LED的背光照明相比这是一个优点，因为使用LED的背光照明产生亮点。由于EL灯表现得象个大电容器，因此它由200-400Hz的AC电压驱动。AC电压的幅值(100-250V)决定了亮度。
EL灯的驱动在确保EL灯地亮度一致中起重要作用。常规的EL灯驱动以各种方式试图获得灯的亮度一致。有些EL灯驱动，例如可以从位于Sunnyvale，California的Supertex获得的Supertex HV824试图在灯电压的反向极性建立之前平滑地降低灯的电压，而不使用可控的恒定放电电流。反向电压被直接连接到灯，这导致电压的突变。这些电压突变能够导致灯发出声音或者导致在应用的其它部分中的电干扰。
其它EL灯驱动，例如可以从Chandler，Arizona的Durel公司获得的D371EL灯驱动使用可控的恒定放电电流来给EL灯放电。然而，灯放电所需要的时间却不是精确的，而是与灯的频率有固定的关系。在大多数应用中，这个放电时间将比需要的更长一些。这可引起EL灯的性能变差，导致较低的亮度。
因此，存在对具有较高性能的驱动电路的需求。
发明概述
本发明提供了解决常规驱动电路的限制因素、并且具有以下优点的解决方案。本发明自动地确定负载放电所需要的最佳时间。放电时间使自己适应于不同的负载尺寸或者负载电压。同时，用最短的时间对负载放电，以便有最长的时间可用于在预定的频率上对负载进行充电。因此，可以得到更高的性能。例如，当本发明被用于EL灯时，可以得到更高的亮度。
根据本发明的一个实施例，提供了用于驱动负载的驱动电路。该驱动电路包含一个传感电路，该传感电路被配置成检测负载是否被充分放电并且一检测到负载充分放电就提供放电结束信号。该驱动电路还包含一个控制器，被可操作地连接到该传感电路，该控制器被配置来对负荷充电和放电。响应于放电结束信号，控制器开始新的充电周期来使负载充电。
其它目的以及成果连同本发明的更全面的理解将通过参考以下结合附图的描述和权利要求而变得明显而有价值。
附图简述
参照附图，并以实例的方式，本发明将被更详细地解释，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的驱动电路的应用；
图2示出了根据本发明的一个实施例的驱动电路功能框图；
图3A示出了根据本发明的一个实施例的、用于感测负载电压负斜率的、处于预置状态的斜率感测电路的详细电路图；
图3B示出了正常运行以感测负载电压负斜率的图3B的斜率感测电路；
图3C示出了处于预置状态以感测负载电压正斜率的本发明实施例的斜率感测电路；
图3D示出了正常运行以感测负载电压正斜率的图3C的斜率感测电路；
图4A和4B是说明两种不同的放电情形的时间图；以及
图5示出了阐明在不同条件下的各种信号以及它们的状态的更详细的时间图。
贯穿附图，同样的参考数字指示相似的或者相应的特征或者功能。
优选实施例详述
图1示出了根据本发明的一个实施例的驱动电路10的应用。如图所示，驱动电路10给负载，例如EL灯20，提供能量。驱动电路10通过重复地用来自大约3.3V的低压DC电源的电流给电感L充电并且将电流放电到EL灯的电容来给EL灯提供电力。每经过一个周期，灯的电压都升高。在充分充电周期后，灯将以可控方式被放电并且灯将再次被充上相反极性的电。这样，在灯的两端建立了对称的低频电压。
图2示出了根据本发明一个实施例的驱动电路10的功能框图。在驱动电路10中，低频(LF)振荡器12提供LF信号给控制器22以控制负载电压，例如EL灯电压，的频率。为了确保灯电压频率50％的占空比，LF信号首先通过2分频的分频器16变成LFdiv信号。高频(HF)振荡器14提供HF信号给控制器22以控制外部电感L(图1中所示)的开关频率。LF和HF振荡器12和14彼此相互独立地运行，但是在分频器16输出端的LFdiv信号通过控制器22而同步于HF信号。同步可防止在电感正在充电的时候开始灯的放电阶段，并且在灯的充电阶段开始时确保完整的第一电感(HF)充电周期。
在每个HF周期期间，固定的能量包(packet)从电感转移到灯，由此在每个HF周期提高灯的电压。在多个HF周期后，灯的充电停止，灯被放电，而利用反向电压的一个新的充电周期开始。LF和HF振荡器之间的比值决定了在灯被放电之前有多少能量包被递送给它。HF振荡器确定一个包的能量。因此两个振荡器都在决定灯电压的幅值以及随之灯的亮度。
基于斜率感测电路30对灯放电的检测，控制器22经由驱动开关26和28控制输出级40以在节点L+和L-给电感充电并且在节点Vout为灯提供电力。控制器22还通过使能放电控制电路34来控制灯放电，放电控制电路34包括输入和输出电流源以便在节点Vout对灯进行放电。放电电流的值可由E引脚处的电压调节。在驱动电路10中，在灯的实际放电已经开始之后，斜率感测电路30检测是否仍有电流流过灯。只要灯被放电而灯的电压从高的正值被放电到0V或者从负值被放电到0V，电流就流过斜率感测电路30。在电流停止流动以后，斜率感测电路30经由控制器22提供放电结束信号给电路34。这发生在灯被完全放电并且灯电压的dV/dt值变为零时。在斜率感测电路30检测到放电结束时，控制器22将开始下一个充电周期。
在驱动电路10中，输出级40包括PDMOS(P沟道双扩散MOS)晶体管42、NDMOS(N沟道双扩散MOS)晶体管46、二极管48和52、带有选通控制的阴极触发开关电路56以及带有选通控制的阳极触发开关电路58。由PDMOS晶体管42、二极管48以及阴极触发开关电路56组成的输出级40的上半部电路被用于灯的反向充电。因此，当电感被充电并PDMOS晶体管42断开时，经V+引脚从电源经V-引脚到电感的电流通路被中断，而电感将在L+引脚处产生负电压。由NDMOS晶体管46、二极管52以及阳极触发开关电路58组成的输出级40的下半部电路被用于灯的正向充电。因此，当电感被充电并且NDMOS晶体管46断开时，经L-引脚从电感经GND引脚到地的电流通路被中断，而电感将在L-引脚处产生正电压。
图3A示出了处于预置状态以感测灯电压的负斜率(即，dV/dt＜0)的斜率感测电路30的详细电路图。斜率感测电路30包括一个高压电容器Cslope(例如4pF)、一对电流源Iref，neg以及Ireg，pos、开关S0、S1、S2和S3、以及反相器66。电容器Cslope将灯电压的斜率转换成电流。这个斜率出现在放电控制电路34的电流源在VOUT处对灯进行放电时。电流源Iref，neg和Ireg，pos分别产生负的和正的参考电流，这两个参考电流相对较小，一般大约为0.6μA。这些参考电流被用于跟从灯流出或者流入灯的电流Islope相比较以确定Islope是否已经小得可以忽略。其结果slopeDet作为放电结束信号被输出到控制器22(图2)。在电路30中，开关S0-S3可用MOS晶体实现并且由控制器22控制。
如图3A中所示，在“死区时间(deadtime)”内斜率感测电路30将保持在预置状态，其中“死区时间”是为了确保在负斜率感测被启动之前灯的实际放电已经开始。死区时间被设置为与HF信号的一个周期的持续时间相等。
在这个预置状态中，开关S3被闭合用于在负斜率被感测之前的预处理，这样节点电压Vx被放电到地电平。通过以这种方式预置斜率感测电路30，当灯电压的斜率小于0.2V/μs时，输出slopeDet将轮转(toggle)。这个值是由Cslope和参考电流通过公式dV/dt＝Iref/Cslope确定的。
图3B显示了正常工作以感测灯电压负斜率的斜率感测电路30。如图所示，只有开关S0闭合以允许负的参考电流被用于同Islope的比较，其中Islope与灯电压的斜率成正比。当|Islope|＞Ireg，neg时，它表示灯仍在放电中。在这种情况下，电压Vx将被钳制在Vgnd-Vdiode，其中Vdiode是跨开关S3的背栅二极管的电压。因此，Vx被|Islope|和Ireg，neg之间的差值保持在一个低的状态(大约0V)。所以，输出slopeDet处于逻辑高(H)，它被送到图2中所示的控制器22。这就允许控制器22提供活动的(高的)enDischarge信号给放电控制电路34以持续对灯进行放电。
当灯电压的斜率变得小于0.2V/μs时，此时|Islope|＜Ireg，neg，它表示灯被完全放电。因此，Vx将用|Islope|和Ireg，neg之间的差值正向充电。在这时，电压Vx被钳位在Vdd+Vdiode，其中Vdiode是跨开关S2的背栅二极管的电压。这导致slopeDet处于逻辑低(L)，它被提供给控制器22(图2中)以表示灯被充分放电。然后控制器22输出不活动的(低的)enDischarge给放电控制电路34，这就结束了灯的放电电流。控制器22还产生活动的(高的)enCharge信号以控制驱动开关26和28来开始下一个充电周期。
如3C示出了处于预置状态以感测灯电压的正的斜率(即：dV/dt＞0)的斜率感测电路30，其中开关S2被闭合用于在正的斜率被感测之前的预处理。图3D显示了正常工作以感测灯电压的正斜率的斜率感测电路30，其中开关S1闭合。图3C和3D中电路30的运行类似那些在图3A和3B中所示出的。因此，为了简化起见，省略相关的描述。
图4A和4B是两种不同放电情形的时序图。如图4A中所示，LFdiv信号的上升沿使能灯的反向放电。另一方面，正向放电是由LFdiv信号的下降沿发起的(如图5中所示)。
如前面所描述的，电压斜率的感测开始于死区时间(即LFdiv信号边沿之后的tdead秒)之后。在图4A中，灯的放电在死区时间内完成。在这种情况下，控制信号enDischarge将在死区时间之后立即被控制器22禁止。为了防止不均衡的正的和负的灯电压幅值，每个HF周期将被完全利用。对于这一点的主要原因是跨EL灯的平均DC电压的存在减少了使用寿命，因此正的和负的灯电压幅值应当相等。通过等待下一个HF周期，第一充电周期总是具有固定和周知的充电的完整HF周期。因此，灯的充电在死区时间之后下一个HF周期开始时启动，这导致enCharge信号被使能为H。
图4B说明了其中放电过程长于tdead秒的情形。在这种情况下，enDischarge信号将在检测到灯的放电完成之后立即被禁止。在该检测之后控制信号enCharge在下一个HF周期开始时由控制器22使能。
图5显示了阐明在不同条件下各种信号以及它们的状态的更详细的时间图。在图5中，LFsync是跟HF信号同步之后的LFdiv信号。LSdriver信号示出了驱动开关28的输入和输出，而HSdriver信号示出了驱动开关26的输入和输出。此外，为了清楚起见，lamp flank(灯脉冲波前)信号图示了Vout信号的细节方面，其中只显示了Vout的放电斜坡部分。
尽管已经结合具体的实施例对本发明进行了描述，显然对于本领域的技术人员，根据前面的描述，许多替代、修改和变动将是显而易见的。例如，本发明可被用于全桥式应用中，其中在充电开始之前对电容性负载进行放电是有利的。因此，本发明试图包括落入到附属权利要求的精神和范围内的所有这样的替代、修改和变动。