电流平衡电路.pdf

本发明提供一种用于给具有负动态电阻的第一负载和具有实质上不同的负动态电阻的第二负载供电的电流平衡电路，以及提供一种变压器，所述变压器的匝数比使得至少在操作频率下，所述第一和第二绕组的阻抗分别把所述第一和第二负载的电阻补充到一个共同值。

1、  负载馈电电路，其包括：
具有第一负动态电阻的第一负载；
具有第二负动态电阻的第二负载，所述第二负载实质上不同于所述第一负载；
包括磁耦合的第一变压器绕组和第二变压器绕组的变压器，所述第一变压器绕组与所述第一负载串联连接，并且所述第二变压器绕组与所述第二负载串联连接；
其中：
所述第一变压器绕组和第二变压器绕组的匝数被选择成具有这样的差异，从而使得至少在预定操作频率下的操作中，在流经所述第一变压器绕组的电流与流经所述第二变压器绕组的电流之间的不平衡得到补偿。

2、  根据权利要求1的电路，其中，所述第一负载包括荧光灯。

3、  根据权利要求2的电路，其中，所述第二负载包括多个荧光灯的串联连接，所述多个荧光灯不同于所述第一负载的多个荧光灯。

4、  根据任一条在前权利要求的电路，其中，与具有最大负载负动态电阻的负载串联连接的变压器绕组被选择成具有最低匝数。

5、  根据任一条在前权利要求的电路，其中，在20kHz到500kHz之间的操作频率下给所述第一和第二负载供电。

6、  根据任一条在前权利要求的电路，其中，对负载电流进行脉冲宽度调制。

7、  根据权利要求6的电路，其中，所述脉冲宽度调制具有45到500Hz之间的脉冲频率。

8、  根据任一条在前权利要求的电路，其中，所述变压器的耦合因数大约为1。

9、  根据任一条在前权利要求的电路，其中，所述电压器具有低自感。

10、  根据任一条在前权利要求的电路，其中，所述第一绕组的阻抗和所述第二绕组的阻抗被选择成具有这样的平均值，使得该平均值等于所述第一负载的电阻和所述第二负载的电阻的平均值。

11、  根据任一条在前权利要求的电路，其中，所述第一绕组的电感与所述第二绕组的电感之间的差异被选择成使得所述差异除以所述第一绕组的电感和所述第二绕组的电感的平均值所得到的值等于所述第一负载的电阻与所述第二负载的电阻之间的差异除以所述第一负载的电阻和所述第二负载的电阻的平均值所得到的值的一半。

12、  被配置成使用在根据任一条在前权利要求的电路中的变压器。

13、  包括根据权利要求1-11中任一条权利要求的负载馈电电路的LCD显示器设备。

14、  根据权利要求13的LCD显示器设备，其中，第一负载和第二负载分别包括至少一个荧光灯以用于对所述显示器进行背光照明。

15、  用于平衡负载馈电电路中的电流的方法，其包括以下步骤：
提供具有第一负动态电阻的第一负载；
提供具有第二负动态电阻的第二负载；
提供具有彼此磁耦合的第一变压器绕组和第二变压器绕组的变压器；
把所述第一变压器绕组与所述第一负载串联连接；
把所述第二变压器绕组与所述第二负载串联连接；
把所述变压器的匝数比选择成使得至少在预定操作频率下的操作中，流经所述第一变压器绕组的电流与流经所述第二变压器绕组的电流之间的不平衡得到补偿。

电流平衡电路
技术领域
本发明总体上涉及一种电流平衡电路。具体来说，本发明涉及一种包括变压器的电流平衡电路。更具体来说，本发明涉及一种用于具有负动态电阻(比如荧光灯)的负载的电流平衡电路。
背景技术
电流平衡变压器(其也被称作均衡器)被使用在其中通过单一电源为多个并联连接的负载供电的电路中，此时期望所述各负载中的电流相等。这种电路例如可以被应用于为多盏荧光灯供电，以便例如为LCD显示器提供背光。这里期望用相等的电流为所有灯供电，以便获得相等的光强度。US 4 574 222公开了一种电路，其中每一个负载与一个公共变压器的一个绕组串联连接，该绕组与所述公共变压器的其他绕组磁耦合。于是通过在与所述负载串联连接的所述绕组中感生的电压来抵制由于各负载的电属性的差异而导致的流经所述各负载的电流的小差异。为了获得流经基本上相等的负载的相等电流，所述各变压器绕组需要具有相等的匝数。
对于具有多个负载的电路来说，在本领域中已经知道把单独的变压器的初级绕组与每一个负载串联连接(其中每一个变压器与另一个相等)，并且形成包括所有单独变压器的次级绕组的短路。这种电路强制所有负载中的电流相等。
但是，本领域中已知的电路的缺陷在于，其仅仅能够补偿所述负载的电属性的小差异，比如寄生差异。当所述负载之间的差异较大时，只有通过增大与所述负载串联连接的绕组的自感才有可能进行补偿，这可能导致不可接受地大且昂贵的变压器，或者导致将与之串联耦合的电感性电路组件增多。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电流平衡电路，其能够在没有上面提到的缺陷的情况下控制流经由公共源供电的具有负动态电阻的不相等负载的电流。
本发明的一方面提供一种负载馈电电路。所述电路包括具有负动态电阻的第一负载和具有负动态电阻的第二负载。将被供电的所述第一负载的负动态电阻可以与将被供电的所述第二负载的负动态电阻实质上不同，这例如是因为所述第一负载包括一个荧光灯，而所述第二负载则包括两个荧光灯的串联连接，所述两个荧光灯都与所述第一负载的灯相同。在这种情况下，所述第一负载与第二负载的负动态电阻相差一倍。所述电路还包括变压器，所述变压器的第一绕组与所述第一负载串联连接，其第二绕组与所述第二负载串联连接，所述绕组通过所述变压器的铁芯磁耦合。在这里，所述变压器的匝数比被选择成使得至少在操作频率下的操作中，流经各负载的电流之间的不平衡得到补偿。在其中负载是用于LCD显示器的背光灯的应用中，各负载电流之间的平衡意味着由所有被供电的灯提供合乎期望的基本上相等的光强度。下面将参照附图解释本发明。
附图说明
图1示出了根据现有技术的电流平衡电路。
图2示出了根据本发明的电流平衡电路。
具体实施方式
图1示出了根据现有技术的电流平衡电路100。所述电路100包括与电源供电电压V_C并联连接的第一负载Rbr1和第二负载Rbr2。所述负载Rbr1与Rbr2具有基本上相等的值，但是可能存在寄生差异。负载Rbr1和Rbr2具有负动态电阻，这意味着在所述负载的电压-电流特性的某一点处，流经所述灯的电流的增大将导致所述灯两端的电压减小。变压器130的绕组110与Rbr1串联连接，所述变压器130的耦合因数Kequ的值大约为1并且具有开放自感Lequ，并且存在与Rbr2串联连接的变压器130的绕组120。绕组110与120具有相同的匝数。所述变压器被用来克服具有负动态电阻的两个负载的固有的不稳定性，这是通过感生出抵制流经Rbr1和Rbr2的电流的差异的电压V_E而实现的。但是，当所述电阻Rbr1与Rbr2实质上不相等时，就变得更加难以保障相等的电流。当把所述电路与功率或电流调节的灯驱动器一起使用时，没有很容易的方法可以在不相等负载的情况下防止高电感值，除非所述变压器电感被选择成相对较高，但是由于这样做会增加设计成本因此也是不合期望的。
作为一个数值实例，第一电阻可以是具有1333欧姆的电阻值的荧光灯，第二电阻可以是两个荧光灯的串联连接，其具有2667欧姆的共同电阻。作为经验法则，所述变压器的开放自感被选择成大约是平均负载的5倍。在这种情况下，在100kHz的操作频率下将需要3.18mH的Lequ值，从而导致12％的不平衡。为了把所述不平衡降低到小于1％，所需要的值增大到15mH，出于设计和生产成本的原因，该值高得不可接受。
图2示出了根据本发明的电路。所述电路200包括由负动态电阻Rbr1形成的第一负载以及由负动态电阻Rbr2a和Rbr2b形成的第二负载，所述第一负载和第二负载与电源供电电压V_C并联连接。所述负载Rbr1以及Rbr2a和Rbr2b都具有基本上相等的值，因此Rbr2a与Rbr2b的总电阻大约是Rbr1的值的两倍。变压器130的绕组110与Rbr1串联连接，所述变压器130的耦合因数Kequ的值大约为1并且具有开放自感Lequ，并且存在与Rbr2a和Rbr2b串联连接的变压器130的绕组120。所述变压器被用来克服具有负动态电阻的两个负载的固有的不稳定性，这是通过在绕组110中感生出抵制流经Rbr1和Rbr2的电流的差异的电压V_E而实现的。
根据本发明，所述变压器不具有高自感Lequ，相反，其绕组数目有差异，以便补偿所述第一负载与第二负载之间的电阻差异。在这里，具有最低自感的绕组与具有最大负载负动态电阻的负载串联连接。对于在上面的实例中提到的值，1333欧姆的第一电阻和2667欧姆的第二电阻、对应于第一绕组的3.7mH的值以及对应于第二绕组的2.7mH的值将把所述不平衡降低到1％。可以利用第一绕组与第二绕组的匝数比为1.17∶1的变压器来实现上述值。出于设计和生产成本的原因，一般期望具有电感相对较低的绕组，并且期望具有与1∶1仅仅略微不同的匝数比。在这里，具有最低自感的绕组120与具有最大负载负动态电阻的负载串联连接，即由Rbr2a和Rbr2b形成的第二负载。
对于其中所述第二负载的电阻介于所述第一负载的值的一半与所述第一负载的值的两倍之间的那些情况来说，可以给出两条经验法则：其中一条对应于选择所述第一和第二绕组的阻抗值，另一条对应于选择其差异。第一条经验法则如下：可以把所述第一绕组110与第二绕组120的阻抗的平均值选择成等于所述负载电阻Rbr1与Rbr2a+Rbr2b的平均值。在例如100kHz的切换频率下，其自感分别为3.7mH和2.7mH的第一绕组110和第二绕组120的阻抗是2325欧姆和1700欧姆。其平均值基本上等于所述负载电阻Rbr1(1333欧姆)和Rbr2a+Rbr2b(2667欧姆)的平均值。第二条经验法则如下：所述第一绕组110与第二绕组120的电感之间的差异可以被选择成使得所述差异除以所述绕组110与120的平均电感所得到的值等于所述负载电阻之间的差异除以所述负载电阻的平均值所得到的值的一半。
在一种实际的应用中，比如对应于LCD-TV应用的调暗背光，使用大约20kHz到大约500kHz的频率来给所述灯供电。根据本发明，通过在所述供电电流上进行脉冲宽度调制来执行调暗。例如，使用其重复频率在大约45到大约500Hz之间的脉冲宽度调制的脉冲来切换例如大约100kHz的信号。通过把高频及其RMS值保持恒定，所述绕组的阻抗具有固定值，并且可以精确地控制所述灯电流。按照这种方式也可以控制每一盏灯的光强度。
按照需要在这里公开了本发明的一个详细实施例；但是应当理解，所公开的实施例仅仅用于例示本发明，其可以用多种形式来具体实现。因此，这里所公开的特定结构和功能细节不应当被理解成进行限制，而是应当仅仅被理解成作为所附权利要求书的基础以及作为教导本领域技术人员按照各种方式在几乎任何适当的详细结构中采用本发明的代表性基础。此外，这里所使用的术语和短语不意图进行限制；相反是为了提供对本发明的可理解的描述。这里所使用的术语“一个”被定义成一个或多于一个。