CCFL电子变压器电路分析

  在大尺寸LCD背光照明中,至今仍然是冷阴极荧光灯(CCFL)的一统天下。尽管CCFL将受到高亮度LED的挑战,但近年又出现了电极在灯管外部的CCFL,被称作外部电极荧光灯(EEFL)。这种EEFL我国已有一些公司生产。EEFL不仅寿命比CCFL更长,达20万小时以上,而且可以并联,用一个驱动电路可以驱动多根灯管,从而能大幅度地降低成本。因此LED欲完全挤占CCFL的市场,并不是那么简单。

  CCFL电子变压器有人也称其为CCFL电子镇流器。大多数CCFL电子变压器,都采用低压(3~30V)直流供电。因此,DC/AV逆变器将DC电压逆变为高频(20kHz~100kHz)电压,然后再通过一个升压变压器产生250~650V的高压和2~8mA的电流供CCFL工作。CCFL的触发启动电压范围大多在6001500V之间,也由电子变压器提供。 CCFL电子驱动器大多采用全桥或推挽电路结构,其中全桥驱动电路需要4个开关(MOSFET),但输出功率比仅用两个开关的半桥大1倍。

  采用控制器MAX8722A的全桥式电子变压器电路如图1所示。该电路的DC输入电压VIN为8~24V,CCFL的灯电压为650V,灯电流为6mA,触发启动电压为1600V(有效值),专门用作大屏幕TFT-LCD平板显示器的背光照明。电路的数字PWM(DPWM)频率由IC⑧脚外部电阻R1决定(其值为fDPWM=209Hz+169k/R1=209Hz),灯工作频率在45kHz与65kHz之间。

  IC(23)脚输出5.3V的稳压电压,经IC的VDD脚和双二极管D1及(16)脚和(15)脚,为IC中低/高端MOSFET栅极驱动器供电。

  若全桥功率级用一个高频方波信号源来表示,变压器次级绕组漏感为L,由于C9C10(可忽略C10的影响),逆变器简化电路如图2所示。若T1次级与初级绕组之间匝数比(即升压比)为N,反射到次级绕组上的电容为C8(C8=C8/N2),CCFL的理想化等效电阻为RL,去除变压器T1后的等效电路如图3所示。图4所示为在不同负载情况下谐振槽路电压增益频率响应曲线。该频率曲线决定的串联谐振峰值fs和由L、C8及C9决定的并联谐振峰值FP=1/2LC8,并且fS=1/2

  在CCFL触发启动之前,CCFL不导通,其阻抗无穷大,电路工作点接近fP,呈现并联谐振特性,像一个电压源,将产生一个1600V的高压使灯管内气体(氖-氩和汞)电离而导通,将灯启动。一旦灯被点亮,灯电阻急剧下降,工作点向fS移动,电路在串联谐振模式操作,像一个电流源。

  MAX8722A③脚上连接的电阻分压器(R2/R3),用作调节和设定变压器T1初级过电流保护电平。电路还提供T1次级电流限制和次级过电压及灯管脱落保护。R4为T1次级绕组电流传感电阻,C9/C10电容分压器用作检测次级过电压,R5用作感测灯电流。

  凡是用于LCD背光照明的CCFL电子变压器,都必须配备调光 功能。当在MAX8722A⑤脚加一个0~2V的模拟调光控制电压时,灯亮度从10%到100%变化,如图5所示。 CCFL灯亮度也可利用100~350Hz的数字脉宽调制(DPWM)低频信号来控制。灯亮度与DPWM占空比成正比,DPWM占空比可利用IC引脚CNTL调节在9.375%到100%的范围。DPWM频率设置方法有如下三种:

  (3)在脚FREQ上连接一个100k的电阻到地,脚SYNC连接VCC,在脚DPWM上可以加一个100~350Hz的低频信号。在此情况下,fDPWM和占空比等于外部信号。

  MAX8722A采用BiCMOS工艺设计,内含2985个晶体管,能为CCFL提供一切所必需的功能。在图1所示的电路中,可在T1初级再并联一个或更多的变压器,从而可驱动两支或两支以上的CCFL灯管。变压器T1升压比(N)为93,次级绕组漏感L=260mH。

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