CCFL電子變壓器電路分析

在大尺寸LCD背光照明中，至今仍然是冷陰極熒光燈(CCFL)的一統(tǒng)天下。盡管CCFL將受到高亮度LED的挑戰(zhàn)，但近年又出現(xiàn)了電極在燈管外部的CCFL，被稱作外部電極熒光燈(EEFL)。這種EEFL我國(guó)已有一些公司生產(chǎn)。EEFL不僅壽命比CCFL更長(zhǎng)，達(dá)20萬小時(shí)以上，而且可以并聯(lián)，用一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路可以驅(qū)動(dòng)多根燈管，從而能大幅度地降低成本。因此LED欲完全擠占CCFL的市場(chǎng)，并不是那么簡(jiǎn)單。

CCFL電子變壓器有人也稱其為CCFL電子鎮(zhèn)流器。大多數(shù)CCFL電子變壓器，都采用低壓(3～30V)直流供電。因此，DC/AV逆變器將DC電壓逆變?yōu)楦哳l(20kHz～100kHz)電壓，然后再通過一個(gè)升壓變壓器產(chǎn)生250～650V的高壓和2～8mA的電流供CCFL工作。CCFL的觸發(fā)啟動(dòng)電壓范圍大多在6001500V之間，也由電子變壓器提供。 　　CCFL電子驅(qū)動(dòng)器大多采用全橋或推挽電路結(jié)構(gòu)，其中全橋驅(qū)動(dòng)電路需要4個(gè)開關(guān)(MOSFET)，但輸出功率比僅用兩個(gè)開關(guān)的半橋大1倍。

采用控制器MAX8722A的全橋式電子變壓器電路如圖1所示。該電路的DC輸入電壓VIN為8～24V，CCFL的燈電壓為650V，燈電流為6mA，觸發(fā)啟動(dòng)電壓為1600V(有效值)，專門用作大屏幕TFT-LCD平板顯示器的背光照明。電路的數(shù)字PWM(DPWM)頻率由IC⑧腳外部電阻R1決定(其值為fDPWM=209Hz+169kΩ/R1=209Hz)，燈工作頻率在45kHz與65kHz之間。

IC(23)腳輸出5.3V的穩(wěn)壓電壓，經(jīng)IC的VDD腳和雙二極管D1及(16)腳和(15)腳，為IC中低/高端MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器供電。

若全橋功率級(jí)用一個(gè)高頻方波信號(hào)源來表示，變壓器次級(jí)繞組漏感為L(zhǎng)，由于C9≤C10(可忽略C10的影響)，逆變器簡(jiǎn)化電路如圖2所示。若T1次級(jí)與初級(jí)繞組之間匝數(shù)比(即升壓比)為N，反射到次級(jí)繞組上的電容為C8′(C8′=C8/N2)，CCFL的理想化等效電阻為RL，去除變壓器T1后的等效電路如圖3所示。圖4所示為在不同負(fù)載情況下諧振槽路電壓增益頻率響應(yīng)曲線。該頻率曲線有一個(gè)由L和C8′決定的串聯(lián)諧振峰值fs和由L、C8′及C9決定的并聯(lián)諧振峰值FP=1/2πLC8′，并且fS=1/2π

在CCFL觸發(fā)啟動(dòng)之前，CCFL不導(dǎo)通，其阻抗無窮大，電路工作點(diǎn)接近fP，呈現(xiàn)并聯(lián)諧振特性，像一個(gè)電壓源，將產(chǎn)生一個(gè)1600V的高壓使燈管內(nèi)氣體(氖-氬和汞)電離而導(dǎo)通，將燈啟動(dòng)。一旦燈被點(diǎn)亮，燈電阻急劇下降，工作點(diǎn)向fS移動(dòng)，電路在串聯(lián)諧振模式操作，像一個(gè)電流源。

MAX8722A③腳上連接的電阻分壓器(R2/R3)，用作調(diào)節(jié)和設(shè)定變壓器T1初級(jí)過電流保護(hù)電平。電路還提供T1次級(jí)電流限制和次級(jí)過電壓及燈管脫落保護(hù)。R4為T1次級(jí)繞組電流傳感電阻，C9/C10電容分壓器用作檢測(cè)次級(jí)過電壓，R5用作感測(cè)燈電流。

凡是用于LCD背光照明的CCFL電子變壓器，都必須配備調(diào)光 功能。當(dāng)在

MAX8722A⑤腳加一個(gè)0～2V的模擬調(diào)光控制電壓時(shí)，燈亮度從10%到100%變化，如圖5所示。 　　CCFL燈亮度也可利用100～350Hz的數(shù)字脈寬調(diào)制(DPWM)低頻信號(hào)來控制。燈亮度與DPWM占空比成正比，DPWM占空比可利用IC引腳CNTL調(diào)節(jié)在9.375%到100%的范圍。DPWM頻率設(shè)置方法有如下三種：

(1)腳FREQ與地之間連接一個(gè)電阻(如圖1中的RI)，該電阻阻值范圍在353kΩ～101kΩ之間。當(dāng)選擇R1=169kΩ時(shí)，fDPWM=209Hz。在這種方法中，同步腳SYNC應(yīng)接地，DPWM信號(hào)從引腳DPWM輸出。

(2)將引腳FREQ連接VCC，可在腳SYNC上加一個(gè)13kHz～45kHz的高頻信號(hào)fEXT，在腳DPWM上可以輸出100～350Hz的低頻信號(hào)。fDPWM與fEXT之間關(guān)系為：fDPWM=fEXT/128

(3)在腳FREQ上連接一個(gè)100kΩ的電阻到地，腳SYNC連接VCC，在腳DPWM上可以加一個(gè)100～350Hz的低頻信號(hào)。在此情況下，fDPWM和占空比等于外部信號(hào)。

MAX8722A采用BiCMOS工藝設(shè)計(jì)，內(nèi)含2985個(gè)晶體管，能為CCFL提供一切所必需的功能。在圖1所示的電路中，可在T1初級(jí)再并聯(lián)一個(gè)或更多的變壓器，從而可驅(qū)動(dòng)兩支或兩支以上的CCFL燈管。變壓器T1升壓比(N)為93，次級(jí)繞組漏感L=260mH。