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液晶電視CCFL控制電路的設計技巧
來源:本站整理  作者:佚名  2012-04-16 11:54:17



液晶顯示器(LCD)正成為電視的主流顯示技術。LCD電視通常需要背光源產生可視的影像,因此背光源的設計就成為關鍵。由于LCD電視是消費品,CCFL工作在高壓的狀態下,在選用電路的時候不但要考慮成本,還要考慮其可靠性。驅動多個CCFL燈管時所要面對的關鍵的挑戰是:挑選最佳的驅動架構、多燈驅動、脈沖調光、保護電路的設計。
關鍵詞:LCD TV;CCFL燈管;驅動架構;多燈驅動;脈沖調光;保護電路

    液晶電視的顯示屏是屬于被動發光型的顯示器件,它需要借助背光源發出的光線通過液晶屏透射出來,利用液晶的分子在電場作用下控制通過的光線以形成圖像。要顯示色彩豐富的優質圖像,要求背光源發出光線的光譜范圍要寬,接近日光色以便最大限度地展現自然界的各種色彩。同時液晶電視要保證有足夠的亮度、保持整個屏幕亮度的均勻性和亮度可以調節。
    CCFL:Cold Cathode Fluorescent Lam,也叫冷陰極燈。其原理是通過高能量電子轟擊汞原子,使汞原子被激發。但激發態并不穩定,汞原子由激發態回到基態時會釋放能量,此能量是以輻射253.7 nm和185.0 nm紫外光子的形式產生的,熒光粉吸收紫外光子而發出白色的可見光。CCFL燈管電極構造簡單,管徑易細化,可靠性高,壽命一般在3萬小時以上,在觸發點火時不需燈絲預熱,加上圓柱狀外形很容易與光反射組件組合成薄板狀照明器,因此在TFT-LCD背光源上廣泛采用。

1 CCFL冷陰極燈的特性
    CCFL燈管的驅動電路集成也叫CCFL INVERTER,CCFL燈管是一個高非線性負載。冷陰極燈在開始啟動時,當電壓還沒有達到觸發值(一般1 000 V以上)時,燈管呈正電阻(數兆歐)。一旦達到觸發值,燈管內部產生電離放電產生電流,此時電流增加,燈管兩端電壓下降呈負阻特性,很快降為幾百千歐級。當流過燈絲的電流達到一定值時,CCFL燈管兩端電壓停止下降進入一個穩態值,通常稱為CCFL燈管的工作電壓,激活CCFL燈管的電壓一般是工作電壓的兩到三倍。啟動電壓與電流的曲線如圖1(a)所示。


    CCFL背光電源是將DC轉換為AC,其存在轉換頻率,CCFL背光電源的工作頻率就是轉換頻率,背光電源的工作頻率必須和所配TFT-LCD屏相對應。CCFL背光電源工作波形要盡可能的是正弦波,如波形太差,會造成光效差,燈管發熱嚴重,燈管壽命下降等問題。對于CCFL燈管來說,其工作時候的亮度和工作時候的溫度有很大的關系,在低溫如-20℃的時候,其特性表現為即使用很高的電壓啟動也只能發出微弱的光。典型的亮度與溫度的曲線如圖1(b)所示。

2 驅動冷陰極燈電路形式的介紹
    CCFL驅動電路:又叫CCFL INVERTER,即CCFL逆變器,是為了符合CCFL燈管的工作特性而將直流低電壓變成高頻高壓交流電的電子裝置。通常有四種控制電路(見圖2)。


    圖2(a):為全橋架構,優點是簡單、效率高,變壓器設計簡單,缺點是需要專門的IC驅動,并且需要四個MOSFET,特別是P溝道的MOSFET,成本較高,適合在低電源電壓的場合應用。
    圖2(b):雖然比全橋省了兩個MOSFET,但是在相同輸出功率和負載的情況下,供電電壓要比全橋架構提高一倍,因此需要更高匝數比的變壓器,變壓器成本高,適合用在供電電壓較高的場合。
    圖2(c):Royer架構,最佳應用是在不需要嚴格控制燈頻和亮度的設計中。由於Royer架構是自振蕩設計,受元件參數偏差的影響,很難嚴格控制燈電流和燈頻,而這兩者都會直接影響燈的亮度,但價格最廉價。
    圖2(d):推挽架構,這種架構只用到n通道MOSFET,這有利於降低成本和增加轉換器效率。最大的缺點是要求轉換器直流電源電壓的范圍小於50%,否則,當直流電源電壓處于高階時,由于交流波形的高振幅因子,系統的效率會降低。但對于LCD電視,由于電源穩定,采用此電路非常理想。

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