單片機(jī)控制器改善大屏幕LCD的TV圖像質(zhì)量

雖然LCD背光有多種方式，例如LED、EL、CCFL等，但對(duì)于大尺寸LCD屏來(lái)說(shuō)，由于CCFL發(fā)光效率高而成為主流背光光源。傳統(tǒng)的LCD屏主要用于筆記本電腦或臺(tái)式電腦，背光組件在有一定亮度的前提下，還要尺寸小和重量輕等，大多采用側(cè)面背光方式（CCFL燈管安裝在屏的二邊或四周，通過(guò)導(dǎo)光板將光漫射到整個(gè)屏幕后面）；而LCDTV特別是大尺寸LCDTV，由于對(duì)顯示亮度（450cd/m2）、視角廣角（170°）、圖像對(duì)比度（500:1）等有更高的要求，因而需要采用光源利用率更高的垂直背光技術(shù)。

1、垂直背光

垂直背光，顧名思義，是將CCFL燈管直接安裝在LCD屏后面，并利用全反射膜將發(fā)散到其他方向的光線反射到屏幕發(fā)光面，以提高光源到利用率。雖然垂直背光解決了大屏幕LCDTV的亮度、視角廣度等問(wèn)題，但由于主要是靠增加燈管數(shù)目實(shí)現(xiàn)的，燈管數(shù)目從幾只到幾十只不等，因而存在以下問(wèn)題：

（1）均勻度較低，這主要是因?yàn)闊艄軘?shù)目較多所致，結(jié)果使屏幕出現(xiàn)明暗條紋，如果各燈管亮度不一致，現(xiàn)象更明顯。

（2）屏幕色差，燈管數(shù)目多雖然提升了亮度和輝度，但也使背光組件的發(fā)熱量增大，而液晶分子由于對(duì)溫度敏感度高，易造成高溫下屏幕色彩異常；除此之外，CCFL燈管本身在高溫下的壽命也會(huì)縮短。

有鑒于此，設(shè)計(jì)CCFL逆變電源時(shí)需要仔細(xì)控制每只燈管的電流，以保證亮度一致，在燈管確定的情況下盡量提高逆變電源的轉(zhuǎn)換效率以減小發(fā)熱量。

2、多路CCFL控制器

為了降低成本，一些CCFL逆變電源采用圖1所示的方案。它對(duì)于燈管數(shù)目較少且采用側(cè)面背光方式的小屏幕LCD不失為一種低成本、小尺寸優(yōu)選方案，通過(guò)導(dǎo)光極的漫射作用可消除燈管亮度不一致的缺陷，由于燈管少（2~4只），全橋電路中流過(guò)MOSFET的電流也不太大，對(duì)變換器效率影響也小。

對(duì)于大尺寸LCDTV，為了增加亮度，提高對(duì)比度，燈管數(shù)量大大增加，有時(shí)可能達(dá)到30多只，如果采用上述電路，每只燈管的亮度難以通過(guò)外部參數(shù)控制，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的條紋干擾現(xiàn)象。不僅如此，由于此時(shí)橋路電流很大，將使導(dǎo)通損耗（I2×RON）隨著燈管數(shù)量而急劇增大，比如16只燈管的導(dǎo)通損耗將是2只燈管的64倍；燈管為32只時(shí)，其損耗將為2只燈管的256倍，為單只燈管的1024倍，導(dǎo)致嚴(yán)重的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，使背光組件的溫度急劇上升，會(huì)引起LCD色彩異常，還會(huì)導(dǎo)致CCFL燈管壽命縮短。當(dāng)然可以采用多個(gè)1拖2或1拖4的方案來(lái)大大減輕發(fā)熱量，但條紋干擾仍然存在，而且由于每個(gè)電源模塊的差異，還將引入塊狀干擾。

3、單片多路CCFL控制器

針對(duì)上述問(wèn)題，DALLAS/MAXIM公司推出了DS3998型高密度單片CCFL控制器，它集成了8個(gè)CCFL控制器，分別對(duì)8只CCFL燈管的電流進(jìn)行監(jiān)控，使8只燈管的電流基本一致，從而實(shí)現(xiàn)亮度均勻控制，消除屏幕條紋現(xiàn)象。如圖2所示，由于每只燈管有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)和控制回路，從而避免了圖1所示電路因其中一只發(fā)生故障而導(dǎo)致多只燈管不亮，便于快速維修；另外，由于每個(gè)推挽電路僅驅(qū)動(dòng)一只燈管，流過(guò)的電流小，MOSFET的導(dǎo)通損耗很小，也避免了發(fā)熱問(wèn)題，而成本僅稍微增加（一對(duì)小功率MOSFET）。DS3998不僅很好地解決了背光源亮度的均勻性和發(fā)熱問(wèn)題，還帶來(lái)以下額外好處：

（1）通道相位控制技術(shù)降低AC/DC的電流沖擊

與圖1所示方案或多個(gè)獨(dú)立控制的逆變電源不同，集成了通道相位控制功能，如圖3所示，每個(gè)通道的MOSFET柵極導(dǎo)通時(shí)間在8個(gè)通道間平均分配，降低了沖擊電流并簡(jiǎn)化了AC/DC的設(shè)計(jì)要求，減小發(fā)熱元件的散熱面積，縮小體積，降低電源成本。

（2）E2PROM寄存器與2線串行接口

DS3988采用標(biāo)準(zhǔn)的2線串行接口與片內(nèi)的E2PROM配置寄存器及用戶存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行通信。配置寄存器包括4個(gè)軟啟動(dòng)特片寄存器與2個(gè)控制寄存器（CR1/2），使用戶可以自定義DS3988的參數(shù)，如軟啟動(dòng)斜率、燈管與調(diào)光頻率源、故障監(jiān)測(cè)選項(xiàng)及通道使能/禁用。8字節(jié)非易失的用戶存儲(chǔ)區(qū)用來(lái)存儲(chǔ)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，如日期編碼、序列號(hào)或產(chǎn)品標(biāo)識(shí)號(hào)，這為產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試或維護(hù)帶來(lái)極大方便。

（3）通過(guò)簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)支持更多的燈管控制

DS3998的燈管頻率有二種配置選項(xiàng)。DS3988作為燈管主機(jī)時(shí)，設(shè)定CR1中的LFSS=0，選擇板上振蕩器，并通過(guò)LOSC輸入端的外部電阻器來(lái)設(shè)定頻率（40kHz~80kHz）。在這種情況下，燈管頻率信號(hào)從LSYNCI/O引腳輸出，為其他燈管從機(jī)DS3988提供同步信號(hào)。作為燈管從機(jī)時(shí)，通過(guò)設(shè)定CR1中的LFSS=1，禁用LOSC輸入，這時(shí)必須向LSYNCI/O提供外部的40kHz~80kHz時(shí)鐘信號(hào)。該信號(hào)可以從燈管主機(jī)DS3988的LSYNCI/O獲得，也可以從其他信號(hào)源獲得。因此，多個(gè)DS3988很容易實(shí)現(xiàn)超過(guò)8只燈管的大屏幕LCD背光控制。

（4）精確的燈管亮度控制

DS3988使用數(shù)字脈寬調(diào)制（（DPWM）信號(hào)（22.5Hz~440Hz）提供高效率和精確的燈管調(diào)用。如圖4所示，在DPWM周期的高電平階段，以選定的燈管頻率驅(qū)動(dòng)燈管（40kHz~80kHz）。由于在這段時(shí)間里燈管頻率突現(xiàn)，因此將這一時(shí)間段被稱為“突發(fā)階段。在DPWM周期的低電平階段，控制器禁止MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)，所以燈管不被驅(qū)動(dòng)，這時(shí)電流不再流經(jīng)燈管，但時(shí)間很短，不會(huì)使燈管出現(xiàn)完全的離子退激。調(diào)光通過(guò)調(diào)節(jié)（也就是調(diào)制）突發(fā)階段的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)遞增與遞減。由于其DPWM信號(hào)產(chǎn)生了多種方式，因此為應(yīng)用提供了很大的靈活性。軟啟動(dòng)特性進(jìn)一步降低了輸入電源的電流沖擊。

4、結(jié)束語(yǔ)

與小屏幕液晶顯示器比較，大屏幕液晶電視對(duì)顯示器亮度、視角廣度和顯示對(duì)比度提出了更高的要求，因此需要采用垂直背光技術(shù)，同時(shí)大量增加CCFL燈管以滿足要求。DS3998是針對(duì)該應(yīng)用專門開(kāi)發(fā)的高密度單片集成CCFL控制器，很好地解決了多燈管LCD屏幕條紋干擾及高發(fā)熱導(dǎo)致的色度異常問(wèn)題，改善了視頻圖像的質(zhì)量，其多相位導(dǎo)通控制功能還降低了AC/DC電源的設(shè)計(jì)要求，減小了電源體積。