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液晶电视CCFL控制电路的设计技巧
来源:本站整理  作者:佚名  2012-04-16 11:54:17



液晶显示器(LCD)正成为电视的主流显示技术。LCD电视通常需要背光源产生可视的影像,因此背光源的设计就成为关键。由于LCD电视是消费品,CCFL工作在高压的状态下,在选用电路的时候不但要考虑成本,还要考虑其可靠性。驱动多个CCFL灯管时所要面对的关键的挑战是:挑选最佳的驱动架构、多灯驱动、脉冲调光、保护电路的设计。
关键词:LCD TV;CCFL灯管;驱动架构;多灯驱动;脉冲调光;保护电路

    液晶电视的显示屏是属于被动发光型的显示器件,它需要借助背光源发出的光线通过液晶屏透射出来,利用液晶的分子在电场作用下控制通过的光线以形成图像。要显示色彩丰富的优质图像,要求背光源发出光线的光谱范围要宽,接近日光色以便最大限度地展现自然界的各种色彩。同时液晶电视要保证有足够的亮度、保持整个屏幕亮度的均匀性和亮度可以调节。
    CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lam,也叫冷阴极灯。其原理是通过高能量电子轰击汞原子,使汞原子被激发。但激发态并不稳定,汞原子由激发态回到基态时会释放能量,此能量是以辐射253.7 nm和185.0 nm紫外光子的形式产生的,荧光粉吸收紫外光子而发出白色的可见光。CCFL灯管电极构造简单,管径易细化,可靠性高,寿命一般在3万小时以上,在触发点火时不需灯丝预热,加上圆柱状外形很容易与光反射组件组合成薄板状照明器,因此在TFT-LCD背光源上广泛采用。

1 CCFL冷阴极灯的特性
    CCFL灯管的驱动电路集成也叫CCFL INVERTER,CCFL灯管是一个高非线性负载。冷阴极灯在开始启动时,当电压还没有达到触发值(一般1 000 V以上)时,灯管呈正电阻(数兆欧)。一旦达到触发值,灯管内部产生电离放电产生电流,此时电流增加,灯管两端电压下降呈负阻特性,很快降为几百千欧级。当流过灯丝的电流达到一定值时,CCFL灯管两端电压停止下降进入一个稳态值,通常称为CCFL灯管的工作电压,激活CCFL灯管的电压一般是工作电压的两到三倍。启动电压与电流的曲线如图1(a)所示。


    CCFL背光电源是将DC转换为AC,其存在转换频率,CCFL背光电源的工作频率就是转换频率,背光电源的工作频率必须和所配TFT-LCD屏相对应。CCFL背光电源工作波形要尽可能的是正弦波,如波形太差,会造成光效差,灯管发热严重,灯管寿命下降等问题。对于CCFL灯管来说,其工作时候的亮度和工作时候的温度有很大的关系,在低温如-20℃的时候,其特性表现为即使用很高的电压启动也只能发出微弱的光。典型的亮度与温度的曲线如图1(b)所示。

2 驱动冷阴极灯电路形式的介绍
    CCFL驱动电路:又叫CCFL INVERTER,即CCFL逆变器,是为了符合CCFL灯管的工作特性而将直流低电压变成高频高压交流电的电子装置。通常有四种控制电路(见图2)。


    图2(a):为全桥架构,优点是简单、效率高,变压器设计简单,缺点是需要专门的IC驱动,并且需要四个MOSFET,特别是P沟道的MOSFET,成本较高,适合在低电源电压的场合应用。
    图2(b):虽然比全桥省了两个MOSFET,但是在相同输出功率和负载的情况下,供电电压要比全桥架构提高一倍,因此需要更高匝数比的变压器,变压器成本高,适合用在供电电压较高的场合。
    图2(c):Royer架构,最佳应用是在不需要严格控制灯频和亮度的设计中。由於Royer架构是自振荡设计,受元件参数偏差的影响,很难严格控制灯电流和灯频,而这两者都会直接影响灯的亮度,但价格最廉价。
    图2(d):推挽架构,这种架构只用到n通道MOSFET,这有利於降低成本和增加转换器效率。最大的缺点是要求转换器直流电源电压的范围小於50%,否则,当直流电源电压处于高阶时,由于交流波形的高振幅因子,系统的效率会降低。但对于LCD电视,由于电源稳定,采用此电路非常理想。

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