液晶电视CCFL控制电路的设计技巧

摘要：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绕行电感器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。其原理是通过高电感器的用途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。CCF插件电感L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。对于功率电感器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。

3 冷阴极灯多灯驱动电路分析
CCFL灯管管中心点的亮度必须在3分钟内达到规定亮度的100％。考虑到整机的可靠性和寿命要求，驱动电源对冷阴极灯的供电、激励部分必须符合灯管的特性，供电电源必须是交流正弦波，频率为40 k～60 k左右，触发电压和维持电压符合灯管的规格(由灯管的长度和直径决定)。

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