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第五章液晶彩电背光源与高压逆变电路分析第一节液晶彩电背光源概述第二节逆变电路的基本组成第三节液晶彩电的典型逆变电路分析返回第一节液晶彩电背光源概述所谓背光源(Backlight)是位于液晶屏背后的一种光源,它的发光效果将直接影响液晶显示模块(LCM)。液晶屏本身并不发光,它需要借助背光源来实现屏的发光,液晶屏显示的图像(图形或字符)是它对光线调制的结果。液晶屏要显示色彩丰富的优质图像,要求背光源的光谱范围要宽,接近日光色以便最大限度地展现自然界的各种色彩。目前,液晶彩电一般采用光谱范围较好的冷阴极荧光灯(CCFL)作为背光光源。除此之外,一些新型的背光源(如白光LED背光源、EL背光源)的发展也十分迅速,特别是LED背光源,在一些新型液晶彩电中已开始应用,并有取代CCFL之势,下面分别对CCFL、LED和EL背光源的结构、特点及最新技术进行介绍。下一页返回第一节液晶彩电背光源概述一、CCFL背光源1.CCFL的结构CCFL是ColdCathodeFluorescentLamps的简称,中文译为冷阴极荧光灯。它是一种气体放电发光器件,其构造类似常用的日光灯,它通过连接插头与液晶屏相连,如图5-1所示。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述CCFL是一个密闭的气体放电管,其结构如图5-2所示。在管的两端是冷阴极,采用镍、钽和锆等金属做成,是无需加热即可发射电子的电极,灯管内主要是惰性气体———氩气,另外充入少量的氖气和氪气作为放电的触媒,再有就是少量的汞气。灯管在两端被加一定高压的时候,灯管中的汞原子在高压的作用下会释放出紫外光,这种紫外光的波长大约是253.7nm。与此同时,有一部分电能被转化为热能白白消耗了,大约只有60%的电能会转化成紫外光。灯管的内壁上涂有一层薄薄的白色荧光粉(假定这个灯管是白色的灯管),这层荧光粉在吸收到灯管内的紫外光线后会发出可见光,此时灯管就亮起来了。这个点亮的过程很短。日光灯被点亮之后,由于内部气体性质发生了变化,此时只需要一个比启动电压低很多的小电压就可以维持灯管继续被点亮,而且亮度不会发生变化。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述CCFL是一个非线性负载,灯管的供电必须是交流正弦波,频率为40~80kHz,触发电压(启动电压)在1500~1800V,维持电压(工作电压)约是触发电压的1/3(由灯管的长度和直径决定)。CCFL在开始启动,电压还没有达到触发值(1500~1800V)时,灯管呈正电阻(数兆欧),一旦达到触发值,灯管内部发生电离放电产生电流,此时电流增加,灯管两端的电压下降呈负阻特性。所以,CCFL触发点亮后,在电路上必须有限流装置,把灯管工作电流限制在一个额定值上,否则会因为电流过大而烧毁灯管,或者因电流过小而难以维持点亮状态。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述2.CCFL的特性目前,液晶彩电大多采用CCFL作为背光照明的发光部件,CCFL需要在高压、交流电源的驱动下工作,因此通常需要将直流、低压电源逆变为高压、交流电源。为了降低CCFL的功耗,有必要提高逆变电路的转换效率,尽可能地使逆变电路的电气参数与采用的CCFL的电气特性匹配。(1)CCFL的电气特性CCFL内部在低压下充满一种混合气体,灯管的内表面涂荧光元素,在灯管被点亮之前,会呈现出一个很高的阻抗,需加一个1500V(RMS,均方根值)以上的正弦波交流电压,其峰峰值可达3000~5000V。而当荧光灯管被点亮后,气体会全部电离,灯管内的阻抗会降低至80k赘左右,此时灯管的工作电压会降低到600V(RMS)左右。CCFL的工作频率一般会设置在40~80kHz,因为此时的发光效率会比其他频率下的发光效率高出15%左右。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述CCFL的电流-电压关系可用图5-3描述,曲线分启动阶段和工作阶段,图中用垂直虚线分开。虚线左边为启动阶段,在灯管启动初期,电流极其微弱,随着灯管两端电极之间电压的增大,灯管内的汞离子加速增加并定向运动(由于是交流激励而往复运动),灯管的电流逐步增大,当电压升至一定量时,灯管启动。在启动阶段,灯管的电流受电压的制约,电压越大,电流越小,并且图中曲线部分表示的是一个动态过程。灯管启动之后,灯管呈现电阻特性,并且只有负的稳压特性,即管子电流越大,管子两端的电压越小。灯管工作之后,灯管两端的电压受制于电流值,在此阶段灯管的电流值实际上决定了灯管的发光亮度,如图5-4所示。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述(2)CCFL的温度特性在低温情况下,CCFL灯管内的汞挥发得较慢,汞蒸气的气压不高,管内的汞离子数量十分有限,这影响灯的启动和发光,因此,CCFL的启动电压和发光亮度与灯管的温度有关。改善CCFL低温特性的可行性办法有两种:外部加热的预热方法和在低温启动时采用过功率方法(在刚启动的几秒内给灯管加上比额定值高的功率,使灯管的温度迅速上升,促使汞快速蒸发),但后者有可能影响灯管的寿命。(3)CCFL的几个参数CCFL的伏安特性与齐纳二极管的伏安特性十分相似,为了分析方便,这里先介绍一下CCFL的几个重要参数。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述启动电压:其为在灯管寿命范围内(一般规定灯光最大发光亮度降低至最初值的80%时的实际工作时间为灯管寿命),在最低工作环境温度下,使灯管点亮所需要施加在灯管两端的电压值,一般为1500~1800V(RMS)。逆变电路输出端与CCFL之间的连线(包括PCB走线、导线、接插件等)对启动电压有一定的影响。工作电压:其为灯管点亮之后,在一定的灯管寿命时间内,在给定的灯管工作电流下,灯管两端的电压值,一般为500~800V(RMS)。工作电流:灯管正常工作时的电流为工作电流,一般为5~9mA。CCFL灯管的亮度主要与其工作电流有关,但为保证使用寿命,其两端的电流要大于配屏规定的最小值,要小于配屏规定的最大值。当低于其最小值时,灯管工作极易出现启辉不正常现象,甚至不能点亮灯管;当高于其规定的最大值时,就算电流再大,亮度也不会提高多少,且电流越大,使用寿命越短。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述工作频率:灯管在交流激励下的频率称为工作频率,一般为40~80kHz。在同等的工作电流、工作电压的驱动下,CCFL的发光亮度与交流激励频率有关,在工作频率的激励下发光亮度最大,激励频率偏离工作频率时发光亮度下降。等效电阻:CCFL类似于齐纳二极管,在未点亮时呈现无穷大的阻抗ROFF,点亮之后则基本为一个电阻性阻抗RON。输出功率:其具体依灯管的种类、长短和数量而定,一根灯管的功耗在几瓦至十几瓦。3.CCFL的特点CCFL有许多优点,包括:它是优良的白光源,成本低,效率高(光输出与输入电功率之比),寿命长(大于25000h),工作状态稳定,亮度容易调节,重量轻等。但是,CCFL也存在一些问题,主要表现如下:上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述CCFL需要采用交流波形驱动,任何直流成分都会使一部分气体聚集在灯管的一端,造成不可逆转的光梯度,使灯管的一端比另一端更亮。此外,为了提高效率(光输出与输入电功率之比),需要用接近正弦的波形驱动灯管。因此,CCFL通常需要一个DC/AC逆变器来将直流电源电压变成40~80kHz的交流波形,工作电压通常在500~800V(RMS)。在液晶彩电中,CCFL等间隔地分布在整个LCD背板上,以提供最佳的光分布。重要的是,所有灯要工作在相同的亮度下。尽管在CCFL灯管和LCD面板之间安排有散光器,可协助均匀分布背光,不均匀的灯管亮度仍然很容易被察觉,并影响图像质量。因LCD面板尺寸而异,用到的CCFL灯可能有十几个甚至更多。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述由于每一只灯管的电压、电流特性并不完全一样,灯管不能直接并联使用,这种并联方式存在着几个缺陷。第一个缺点是难以保持所有灯的亮度一致,以便使液晶彩电不会出现明显的亮区和暗区。用相同的波形驱动所有灯,灯阻抗的差异会造成亮度不均匀。而且,CCFL的亮度随温度而变。由于热气上升,面板顶部的灯会比面板底部的灯热,这也会造成亮度不均匀。第二个缺点是,单灯的失效(例如破损)会造成所有灯关闭。第三个缺点是,由于是并联驱动所有灯,即同时打开和关闭这些灯,这就要求逆变器直流电源必须采用更大的电容增强去耦效果,这会增加逆变器的成本和尺寸。解决上述诸问题的一条途径就是每个灯用一个单独的CCFL逆变器。然而,这种方式的主要缺点就是增加的CCFL逆变器带来了额外的成本。不过,目前人们已经生产出多通道CCFL控制器,它的每个通道独立驱动和监测每个CCFL。这种多通道CCFL逆变器既解决了亮度不均匀和单灯失效问题,同时也降低了去耦要求,而且还具有高成本效益。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述CCFL工作在高压高频下,在工作时,其驱动频率可能会干扰液晶屏上显示的画面。如果灯频接近视频刷新频率的某个倍频,就会在屏幕上出现缓慢移动的线或带。因此,需要严格控制灯频在依5%以内,以消除这种问题。用于调节灯亮度的脉冲调光频率也要求同样的严格控制。这种调光方式通常采用30~200Hz频率范围的脉宽调制(PWM)信号,在短时间内将灯关闭,达到调光目的。由于关闭时间很短,其不足以使电离态消失。如果脉冲调光频率接近垂直同步频率的倍频,也会产生滚动线。同样,将脉冲调光频率严格控制在依5%以内就可以消除这个问题。有些液晶屏的CCFL和液晶屏被做成一个整体,是不可换的,灯管损坏,只能更换整个液晶屏模块,这造成维修成本增加。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述二、EL背光源电致发光(ElectroLuminescence,EL)是一种直接将电能转化为光能的现象。EL是通过加在两极的交流电压产生交流电场,而电场激发的电子轰击荧光物质,引起电子能级的跳跃、变化、复合而发射出高效率冷光的一种物理现象,即电致发光现象。电致发光板就是以上述原理工作的,电致发光板是一种发光器件,简称EL灯、EL片或EL灯光片,它由背面电极层、绝缘层、发光层、透明电极层和表面保护膜组成,利用发光材料在电场作用下能产生光的特性,将电能转换为光能。电致发光板内部密封有各种颜色(以绿色为主,也有白色、蓝色等)的荧光物质,这种物质在加上一个AC强电流时,会激发反应而启辉照明。上一页下一页返回第一节液晶彩电背光源概述EL灯的发光效率高,功耗低,防震动,不需要维护,它属于冷光源,颜色显得很均匀。与普通的LED灯背光的不均匀性相比,EL灯的背光最明显的优势是,它的光芒可以更均匀地分布在整个屏幕上。另外,EL灯也较为省电。采用EL灯的缺点是,亮度低,寿命短(一般为3000~5000h),在点亮EL灯的时候,容易出现轻微的噪声。EL背光源需要用交流电压(AC80~1100V)进行驱动,通过变压器由5V、12V或24V转变得到。目前,EL主要用于4英寸以下小尺寸液晶显示,如手机、PDA、游戏机等。为便于对照和理解,表5-1对CCFL、LED和EL3种背光源的有关情况进行了归纳和总结。上一页返回第二节逆变电路的基本组成一、什么是逆变电路逆变电路也称逆变器(Inverter),背光灯驱动电路或背光灯电源,其作用是将开关电源输出的低压直流电转换为CCFL所需的1500~1800V的交流电。在液晶彩电中,逆变电路一般被独立做成一个条状电路板,且输出的交流电压很高,故逆变电路也俗称为高压条或高压板。一般的高压条的输入电压为8~15V,输出电流为8mA左右,输出频率为45~75kHz,输出工作电压为几百伏至上千伏,多数为600V左右。高压条的输入端大体上有4个信号:一是电源,小屏幕一般为12V,大屏幕一般为24V;二是接地端;三是背光开启/关断控制端(QN/OFF);四是亮度调整端(ADJ)。下一页返回第二节逆变电路的基本组成二、逆变电路的组成液晶彩电的逆变电路有很多形式,图5-6所示是一种比较常见的结构形式(其驱动电路为Royer形式,这种驱动形式在下面还要具体介绍)。从图中可以看出,该逆变电路主要由驱动控制电路(振荡器、调制器)、直流变换电路、驱动电路(功率输出管及高压变压器)、保护检测电路、谐振电容、输出电流取样电路、CCFL背光灯等组成。在实际的背光灯逆变电路中,常将振荡器、调制器、保护电路集成在一起,组成一块小型集成电路,一般称之为驱动控制IC。上一页下一页返回第二节逆变电路的基本组成图中的ON/OFF为振荡器启动/停止控制信号输入端,该控制信号一般来自微控制器(MCU)部分。当液晶彩电由待机状态转为正常工作状态后,MCU向振荡器送出启动工作信号(高/低电平变化信号),振荡器接收到信号后开始工作,产生频率40~80kHz的振荡信号送入调制器,在调制器内部与MCU部分送来的PWM亮度调整信号进行调制后,输出PWM激励脉冲信号,送往直流变换电路,使直流变换电路产生可控的直流电压,为功率输出管供电。功率输出管及外围电容C1和变压器绕组L1(相当于电感)组成自激振荡电路,产生的振荡信号经功率放大和高压变压器升压耦合后,输出高频交流高压,点亮背光灯管。上一页下一页返回第二节逆变电路的基本组成为了保护灯管,需要设置过流和过压保护电路。过流保护检测信号由串联在背光灯管上的取样电阻R取得,输送到驱动控制IC。过压保护检测信号从L3取得,也输送到驱动控制IC。当输出电压及背光灯管工作电流出现异常时,驱动控制IC控制调制器停止输出,从而起到保护的作用。当调节亮度时,亮度控制信号加到驱动控制IC,通过改变驱动控制IC输出的PWM脉冲的占空比,进而改变直流变换器输出的直流电压的大小,也就改变了加在驱动输出管上的电压的大小,即改变了自激振荡的振荡幅度,从而使高压变压器输出的信号幅度、CCFL两端的高压幅度发生变化,达到调节亮度的目的。该电路只能驱动一只背光灯管,由于背光灯管不能并联和串联应用,所以,若需要驱动多只背光灯管,必须由相应的多个高压变压器输出电路及相适配的激励电路来完成。上一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析根据驱动电路的形式,液晶彩电的逆变电路主要有以下几种结构,下面分别进行分析。一、驱动电路采用Royer结构的逆变电路1.Royer结构驱动电路的基本结构形式图5-7所示是Royer结构的基本电路,也称为自激式推挽多谐振荡器。它是利用开关晶体管和变压器铁芯的磁通量饱和来进行自激振荡,从而实现开关管“开/关冶转换的直流变换器,它由美国人罗耶(G.H.Royer)在1955年首先发明和设计,故又称“罗耶变换器冶。这种结构在早期液晶彩电逆变器中应用较多。Roger结构的驱动电路和驱动控制IC(如BIT3101A、BIT3102A、FP1451、BA9741等)配合使用,即可组成一个具有亮度调整和保护功能的逆变器电路。下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析在图5-7中,变压器由3个绕组构成。其中,两推挽管V1、V2集电极之间的绕组(L1+L2)为初级绕组(又称集电极绕组),CCFL两端的绕组(L4)叫次级绕组,V1、V2基极之间的绕组(L3)为反馈绕组(又称基极绕组)。初级电路中,L为变压器T的中心抽头提供一个高交流输入阻抗,R为V1、V2提供基极直流偏置,同时也决定了两只管子的集电极电流的大小,而变压器T次级的电流值与V1、V2的集电极电流有关,决定流经CCFL的次级电流的大小。在变压器T的次级,变压器的次级绕组L4与电容C2、CCFL的等效电阻构成一个谐振电路。在CCFL被离之前,其阻抗是无穷大的,因为空载谐振电路具有高Q(功率因数)值,它可以在灯管上产生非常高的电压,实现启动,当CCFL启动后,CCFL基本上是一个电阻型阻抗,因此,通过限制并维持通过CCFL的电流,可使CCFL在一定的电流作用下工作并产生相应的压降。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析2.实际电路分析驱动电路采用Royer结构的逆变电路较多,这里以采用FP1451控制芯片的康佳LC-TM1708P液晶彩电的逆变电路为例进行分析。FP1451是一个PWM控制芯片,在开关电源、逆变电路中有着广泛的应用,该芯片由基准电压、振荡器、误差放大器、定时器和PWM比较器等电路组成。利用FP1451可以组成各种开关电源和控制系统,不仅能使开关电源和控制系统简化,容易维修,成本降低,而且更重要的是能降低系统的故障率,提高系统设备运行的可靠性。FP1451为双通道驱动控制电路,可输出2路PWM控制脉冲,分2路驱动电路进行控制,每路驱动电路均可驱动2个CCFL背光灯工作。FP1451适用的电源电压范围宽,可以在3.6~40V的单电源下工作,具有短路和低电压保护电路。FP1451的内部电路框图如图5-8所示,其引脚的功能见表5-2。另外,与FP1451内部电路和引脚功能基本一致的还有TL1451、BA9741、SP9741等。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(1)控制电路控制电路由PWM控制芯片U1(FP1451)及其外围元器件组成。在需要点亮显示器时,微控制器输出的ON/OFF信号为高电平,控制Q12、Q10导通,于是,由开关电源产生的12V直流电压经导通的Q10加到FP1451的供电端俞脚,FP1451得电后,其内部基准电压源先工作,输出2.5V的基准电压,该基准电压不但供给FP1451片内电路,还通过脚^输出,为外部电路提供基准电压。然后,FP1451启动内部振荡电路开始工作,其振荡频率由淤、于脚外接的定时电阻R14、定时电容C8的大小决定。振荡电路工作后,产生振荡脉冲,加到PWM比较器1和PWM比较器2,经过变换整形后从舆、逾脚输出PWM脉冲,被送到两路直流变换电路。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(2)直流变换电路直流变换电路共两路,分别由FP1451的舆脚外部Q2、Q11、Q8、D11、L2和逾脚外部Q1、Q9、Q7、D9、L1组成,其作用是将输入的12V直流电压变换为可控的直流电压,为功率输出管(Q5、Q6和Q3、Q4)供电。由于两路的工作原理相同,这里只分析其中一路(FP1451的逾脚输出的那一路)的工作情况。(3)驱动电路驱动电路(共两路)用于产生符合要求的交流高压,以驱动CCFL灯管工作,主要由驱动输出管(Q3、Q4和Q5,Q6)、升压变压器(PT1和PT2)等组成,下面以其中的一路(Q3、Q4、PT1)为例进行介绍。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(4)亮度调节电路FP1451的④脚、#脚为亮度控制端,由于这2路控制信号的控制过程相同,这里只以#脚的亮度控制信号为例进行分析。当需要调节亮度时,由微控制器输出的DIM控制脉冲发生变化寅经C18滤波后产生的直流电压发生变化寅FP1451的#脚电压发生变化寅FP1451的脚输出脉冲的占空比发生变化寅Q1,Q9的基极电压发生变化寅Q7的栅极电压发生变化寅Q7输出的供电电压发生变化寅Q3、Q4振荡的幅度发生变化寅PT1输出的高压发生变化寅CCFL两端的电压发生变化,从而达到调节CCFL亮度的目的。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(5)保护电路过压保护电路。当某种意外原因造成Q7输出的电压过高时,稳压管D7被击穿,经R25、D7、R28分压,使加到FP1451的脚的电压上升,通过内部电路控制FP1451的脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。同理,某种意外原因造成Q8输出的电压过高时,稳压管D8被击穿,经R27、D8、R29分压,使加到FP1451的愚脚电压上升,通过内部电路控制FP1451的舆脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。过流保护电路。过流保护电路分为两路,用来保护CCFL不致因电流过大而老化或损坏,这里以其中的一路为例进行说明。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析PT1产生的高压经过CN2、CN3所接的CCFL后,将在R1两端产生随工作电流变化的交流电压,电流越大,R1两端的电压越高,此电压经过D12、D13整流,R11、C5、C6、R41、C27低通滤波后,加到PP1451的脚。若CCFL的工作电流过大,其会使FP1451的逾脚电压升高很多,当达到一定值时,经FP1451内部处理,会控制FP1451的逾脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析平衡保护电路。FP1451的虞、@脚内部有一个电压比较器,电压比较器具有两个同相输入端和一个反相输入端,电压比较器的反相输入端接基准电压(2.5V)的一半(1.25V),电压比较器的两个同相输入端分别与误差放大器1和误差放大器2的输出端相连,因此,电压比较器能够检测出两个误差放大器输出电压的大小。只要其中一个高于基准电压的一半(1.25V),电压比较器的输出即为高电平,该输出电压触发定时回路,从而使基准电压通过%脚向电容C20充电。当C20上的电压达到晶体管的一定电压时,内部触发器置位,控制舆脚、逾脚停止输出PWM脉冲,从而保护了后级电路和设备。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析二、驱动电路采用推挽结构的逆变电路1.推挽结构驱动电路的基本结构形式推挽驱动器非常简单,如图5-10所示。推挽驱动器只用到两只N沟道MOSFET,并将升压变压器的中心抽头接于正电源,两只功率管交替工作,输出交流电压。由于功率晶体管共地,所以驱动控制电路简单。另外由于变压器具有一定的漏感,可限制短路电流,因而提高了电路的可靠性。推挽结构的驱动电路最大的缺点是要求逆变器直流电源电压的范围小于2:1。否则,当直流电压处于高端时,由于交流波形的高振幅因数,系统的效率会降低。这使推挽结构不适用于笔记本电脑,但对于液晶彩电非常理想,因为逆变器直流电源电压通常会稳定在±20%以内。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析2.OZ9RR组成的推挽逆变电路分析OZ9RR是凸凹公司(O2Micro)生产的液晶彩电背光灯高压逆变控制电路,OZ9RR具有如下特点:工作频率恒定,且工作频率可被外部信号所同步;内置同步式PWM灯管亮度控制电路,亮度控制范围宽;内置智能化灯管点火及正常工作状态控制电路;设有灯管开路及过压保护功能;可支持多灯管方式工作。OZ9RR的内部电路框图如图5-11所示,引脚的功能见表5-3。由OZ9RR组成的液晶彩电高压板可将输入的未稳定直流电压变换成近似正弦波的高电压推动背光灯管。图5-12所示是OZ9RR的实际应用电路。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(1)控制电路控制电路由PWM控制ICU1(OZ9RR)及其外围元器件组成。由电源电路产生的VDD电压(5V)经R5限流后加到OZ9RR的供电端愚脚,为OZ9RR提供工作时所需的电压。当需要点亮灯管时,高压条输入端口EN信号(来自主板MCU)为低电平(0~1V),控制N沟道场效应管Q1截止,进而控制OZ9RR的淤脚为高电平(3~5V)。OZ9RR在愚脚得到供电,同时淤脚得到高电平信号后,内部振荡电路开始工作,其振荡频率由于脚外接的定时电容C9、C11的大小决定。振荡电路工作后,产生振荡脉冲,加到OZ9RR内部逻辑控制电路和驱动电路,经过变换整形后从虞、④脚输出PWM脉冲,去推动驱动电路工作。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(2)驱动电路驱动电路用于产生符合要求的交流高压,驱动CCFL灯管工作。驱动电路由双驱动管U2、升压变压器T1等组成,这是一个零电压切换的推挽电路结构。工作时,电源电路输出的VIN电压(12V)经升压变压器T1的2-1绕组和2-3绕组分别加到U2内两只场效应管V1、V2的漏极;由OZ9RR的虞脚和④脚产生的驱动脉冲分别加到U2内V1、V2的栅极,在驱动脉冲的作用下,使U2内的两个开关管V1和V2交替导通,输出对称的开关管驱动脉冲,经升压变压器升压后,产生近似正弦波的电压和电流,点亮背光灯管。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(3)亮度调节电路OZ9RR的舆脚是亮度控制端和升压变压器电压检测双功能端。当需要调整亮度时,由微控制器产生的亮度控制信号DIM经R1、R2分压和D3隔离,加到OZ9RR的舆脚,经内部电路处理后,通过控制OZ9RR的虞、④脚输出的驱动脉冲占空比,从而达到亮度控制的目的。(4)保护电路欠压保护电路。OZ9RR的愚脚为5V电源端,愚脚内部还设有欠压保护电路。当电源电压低于3.8V时,欠压保护电路将动作,OZ9RR控制虞脚、④脚停止输出驱动脉冲。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析软启动保护电路。OZ9RR的淤脚是一个多功能引脚,除了用来引入EN控制电压外,还外接软启动定时电容C5,起到软启动定时的作用。OZ9RR工作后,淤脚内电路向外接软启动定时电容C5进行充电,随着C5两端电压的升高,OZ9RR输出的驱动脉冲控制开关管向升压变压器提供的能量也逐渐增大。软启动电路的使用,可以防止背光灯初始工作时产生过大的冲击电流。稳流电路。稳流电路用来保护CCFL不致因电流过大而老化或损坏。电路中,升压变压器次级端的R12为过流检测电阻,R12两端的电压随工作电流的变化而变化,电流越大,R12两端的电压越高,此电压经C12滤波后加到OZ9RR的余脚,作为电流检测端。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析过压保护电路。OZ9RR内的过压保护电路可以防止灯管升压变压器次级在非正常情况下产生过高的高压而损坏升压变压器。在启动阶段,OZ9RR的舆脚电压检测/亮度控制端检测升压变压器的次级电压,当舆脚电压达到3V时,OZ9RR将不再升高输出电压,而进入稳定输出电压阶段。灯管开路保护电路。如果灯管与灯座接触不良,灯管被取下,或者灯管损坏,OZ9RR将自动切断虞、④脚输出的驱动脉冲,从而达到保护的目的。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析三、驱动电路采用全桥结构的逆变电路1.全桥驱动电路的基本结构形式全桥结构最适合于直流电源电压范围非常宽的应用,这就是几乎所有笔记本电脑都采用全桥方式的原因。在笔记本电脑中,逆变器的直流电源直接来自系统的主直流电源,其变化范围通常在7V(低电池电压)至21V(交流适配器)。另外,全桥结构在液晶彩电、液晶显示器中也有较多的应用。全桥结构驱动电路一般采用4只场效应管或4只三极管构成,根据场效应管或三极管的类型不同,全桥驱动电路有多种形式,图5-13所示是采用4只N沟道场效应管的全桥驱动电路形式。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析图5-14所示是采用两只N沟道场效应管和两只P沟道场效应管的全桥驱动电路形式。电路工作时,在驱动控制IC的控制下,使V4、V1同时导通,V2、V3同时导通,且V4、V1导通时,V2、V3截止,也就是说,V4、V1与V2、V3是交替导通的,其使变压器初级形成交流电压。2.由OZ960组成的全桥逆变电路分析OZ960是凸凹公司生产的液晶彩显背光灯高压逆变控制电路,由OZ960组成的背光灯高压逆变电源电路可将输入的未稳定直流电压变换成近似正弦波的高电压推动背光灯管。OZ960具有如下特点:效率高,零电压切换,支持较宽的输入电压范围,工作频率恒定,具有较宽的调光范围,具有软启动功能,内置开灯启动保护电路和过压保护电路等。OZ960的内部电路框图如图5-15所示,引脚的功能见表5-4。图5-16所示是OZ960的实际应用电路,这种电路在液晶彩电的高压条中得到了一定的应用。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(1)驱动控制电路驱动控制电路由U901(OZ960)及其外围元器件组成。由开关电源产生的VDD电压(一般为5V)经R904限流,加到OZ960的供电端虞脚,为OZ960提供工作时所需的电压。当需要点亮液晶彩电时,微控制器输出的ON/OFF信号为高电平,经R903,使加到OZ960的盂脚的电压为高电平(大于1.5V的电压为高电平)。OZ960在虞脚得到供电,同时盂脚得到高电平信号后,内部振荡电路开始工作,其振荡频率由&脚、*脚外接的定时电阻R908和定时电容C912的大小决定。振荡电路工作后,产生振荡脉冲,加到内部零电压切换移相控制电路和驱动电路,经过变换整形后从(脚、)脚、@脚、!脚输出PWM脉冲,被送到全桥驱动电路。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(2)全桥驱动电路全桥驱动电路用于产生符合要求的交流高压,驱动CCFL工作。驱动电路由Q904、Q905、Q906、Q907、T901等组成。这是一个具有零电压切换的全桥电路结构,VCC(一般为12V)电压加到Q904、Q906的源极,Q905、Q907的源极接地,在OZ960输出的驱动脉冲(其波形如图5-17所示)的控制下,Q904、Q907同时导通,Q905、Q906同时导通,且Q904、Q907导通时,Q905,Q906截止,也就是说,Q904、Q907与Q905、Q906是交替导通的,输出对称的开关管驱动脉冲,经由C915、C916、C917、C918、升压变压器T901以及背光灯管组成的谐振槽路,产生近似正弦波的电压和电流,点亮背光灯管。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析(3)亮度调节电路OZ960的脚是亮度控制端,当需要调整亮度时,由微控制器产生的亮度控制电压ADJ经R906、R907分压,加到OZ960的脚,经内部电路处理后,通过控制OZ960输出的驱动脉冲占空比达到控制亮度的目的。(4)保护电路淤软启动保护电路。OZ960的④脚软启动端外接软启动电容C904,起到软启动定时的作用。OZ960工作后,④脚内电路向④脚外接软启动定时电容C904进行充电,随着C904两端电压的升高,OZ960输出的驱动脉冲控制驱动管向高压变压器提供的能量也逐渐增大。软启动电路的使用,可以防止背光灯初始工作时产生过大的冲击电流。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析过压保护电路。OZ960内的过压保护电路可以防止灯管高压变压器次级在非正常情况下产生过高的电压而损坏高压变压器和灯管。电路中,由T901次级产生的高压经R930、R932和R931、R933分压后,作为取样电压,经D909、D910加到OZ960的于脚。在启动阶段,OZ960的于脚检测高压变压器的次级电压,当于脚电压达到2V时,OZ960将不再升高输出电压,而进入稳定输出电压阶段。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析过流保护电路。过流保护电路用来保护CCFL不致因电流过大而老化或损坏。电路中,R936、R937为过流检测电阻,R936、R937两端的电压随工作电流的变化而变化,电流越大,R936、R937两端的电压越高,此电压经D912、D914加到OZ960的俞脚,作为电流检测端,通过内部控制电路稳定灯管电流。若CCFL的工作电流过大,其会使OZ960的俞脚电压升高很多,当达到一定值时,经OZ960内部处理,OZ960停止输出驱动脉冲,达到保护的目的。四、驱动电路采用半桥结构的逆变电路相比全桥结构,半桥结构的驱动电路的最大的好处是每个通道少用了两只MOSFET,如图5-18所示。但是,它需要匝数比更高的变压器,这会增加变压器的成本。上一页下一页返回第三节液晶彩电的典型逆变电路分析电路工作时,在驱动控制IC的控制下,从vg1、vg2端输出开关脉冲,控制V1与V2交替导通,使变压器初级形成交流电压。改变开关脉冲的占空比,就可以改变V1、V2的导通与截止时间,从而改变变压器的储能,也就改变了输出的电压值。在液晶彩电中,采用半桥结构的逆变电路较少,这里不再举例分析。上一页返回图5-1

CCFL的外形返回图5-2

CCFL的结构返回图5-3

CCFL的电流—电压关系返回图5-4发光亮度与电流的关系返回表5-1

3种背光源的比较返回图5-5液晶彩电的高压条实物图返回图5-6逆变电路的组成框图返回图5-7

Royer结构的基本电路返回图5-8

FP1451的内部电路框图返回表5-2

FP1451引脚的功能返回图5-10推挽结构驱动电路示意图返回图5-11

OZ9RR的内部电路框图返回表5-3

OZ9RR引脚的功能返回图5-12

OZ9RR的实际应用电路返回图5-13采用4只N沟道场效应管的全桥驱动电路形式返回图5-14采用两只N沟道和两只P沟道场效应管的全桥驱动电路形式返回图5-15

OZ960的内部电路框图返回表5-4

OZ960引脚的功能返回图5-16

OZ960的实际应用电路返回图5-17OZ960输出的驱动脉冲的波形返回图5-18半桥结构驱动电路示意图返回