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1、冷阴极荧光灯驱动电源的研究冷阴极荧光灯驱动电源的研究冷阴极荧光灯驱动电源是目前研究和应用的热点。本文着重研究了冷阴极荧光灯驱动电源的几种拓扑，并对其优缺点进行了比较；介绍了冷阴极荧光灯驱动电源调光策略；阐述了冷阴极荧光灯驱动电源发展趋势，并突出阐述了压电陶瓷变压器在冷阴极荧光灯驱动电源中的应用。The research and application of driver circuit for cold cathode fluorescent lamps is hotspot at present. The topologies, dimming strategies and developm
2、ent of driver circuit for cold cathode fluorescent lamps are presented.cold cathode fluorescent lamp（CCFL） Royer full bridge half bridge dimming piezo-transformer1 引言冷阴极荧光灯具有高亮度；长寿命，且不受启动次数的影响；光输出可调制得很低；即使在很低的环境温度下，灯仍能瞬时启动等优点。因此 CCFL 是目前最高效的显示器背景照明光源。而驱动这些小型的荧光灯管是相当棘手的事，它们对起弧光电压和工作电压有特殊的要求。冷阴极荧光灯驱动电
3、源种类较多，输入有 5v、12v、24v 等种类；工作频率一般在 20k-100kHz；输出开路电压在 900v 以上；带负载电压 300-800v 为常见；负载能力一般在 2W 以上；转换效率要求 75%以上；能驱动单路、双路、四路或更多 CCFL 灯管；驱动 CCFL 灯管直径为 1.2-4.6mm，长度为 50400mm。在实际中驱动电源常要求具有调光功能。CCFL 的亮度与的亮度与 CCFL 的电流大致成正比，的电流大致成正比，因此在电路中一般有电流环来控制因此在电路中一般有电流环来控制 CCFL 的亮度。的亮度。2 驱动电路拓扑CCFL 驱动电路的拓扑主要有 Royer、全桥、半桥和
4、反激。2.1 Royer 拓扑图 1 是驱动 CCFL 典型的 Royer 拓扑电流型并联谐振逆变器12。前级前级BUCK 变换器是用来作为电流调节器并为逆变器提供能源变换器是用来作为电流调节器并为逆变器提供能源。谐振回路是由变压器谐振回路是由变压器的励磁电感的励磁电感 Lm、谐振电容、谐振电容 CR、镇流电容、镇流电容 CB 和负载和负载 CCFL 构成构成。由于 CCFL是非线性负电阻系数（电流越大，电阻越小） ，所以需要镇流电容 CB 使得变压器的次级总是保持高阻抗来保持 CCFL 电流的稳定。辅助边 Na 用作开关管 Q1，Q2交替驱动。该电路的亮度调节通过检测 RS 上的电流 IRs
5、 来控制的。图 1 Royer 拓扑优点：产生 PWM 的 IC 较普通，无需专门的 CCFL 控制器；虽是两级能量转换，但两级可以分别优化。缺点： 两级能量转换，效率较低；两级需要较多的元器件，如果要求 PCB较小，很难达到；前级是降压，变压器的变比教大，加上推挽和辅助边，变压器设计复杂 。2.2 半桥拓扑半桥拓扑如图 2 所示。变压器的原边与谐振电感 Lr, 谐振电容 C1 串联，与并联谐振电容 C2 并联。如果开关频率高于串联谐振频率，负载就像由电流源驱动。在起辉条件下，电路表现为并联负载谐振逆变器，输出表现为可调节的电压源，因而起辉电压可得到。开关管 S1，S2 交替导通。半桥逆变器在
6、LCC（Lr，C1，C2）谐振频率下为 ZVS 操作。图 2 半桥拓扑优点：简单，低耗，高效，单级变压器的变比小，无中心轴头和辅助边，变压器设计简单。缺点：需要专门的 CCFL 驱动 IC，并用两个 mosfet，需要LCC（Lr，C1，C2） 。2.3 全桥拓扑全桥拓扑如图 3 所示3。C3 是阻断直流，C1，C2 是变压器副边的过压检测电容，同时用作谐振电容。图 3 全桥拓扑优点：简单，低耗，高效，单级变压器的变比小，无中心轴头和辅助边，变压器设计较简单。缺点：需专门的 CCFL 驱动 IC，并需四个 mosfet。2.4 反激拓扑反激拓扑在冷阴极荧光灯驱动电源中很少使用，一般还需与压电变
7、压器一起使用。这里不作介绍。3 调光策略3.1 电位器调光如图 4 所示，当变压器的副边流过正向电流时，D 反向截止，CCFL 的电流流过检测电阻 RS 和电位器 RADJ；当电流反向时，电流流过 D，检测点 Vx 被钳位到 D 的正向压降。检测点 Vx 的波形是如图所示的半波整流的正弦波。Vx 的电压由反馈元件 RFB 和 CFB 来平均，当控制环有效时，Vx 的电压与 Vf 的电压相等。所以有：CCFL 的电流通过调节电位器 RADJ 的大小来调节，RS 的值设定了最大的CCFL 的电流。图 4 电位器调光3.2 模拟电压调光如图 5 所示，检测电阻 RS 是固定值。平均电路包括 R1，R
8、2，RS 和 CFB，如果 Vbr 的电压高，则 CCFL 的电流低，这是所谓的反向调光。由叠加原理得：正向调光是随着 Vbr 的增大，CCFL 的电流也增大。正向调光只需把 Vbr 接到误放的正向输入端即可。图 5 模拟电压调光3.3 数字低频 PWM 调光如图 6 所示，CCFL 的电流是 PWM 的占空比 D 的函数。为了防止 CCFL 闪烁，PWM 的频率不能太低。数字调光的范围比模拟调光的范围宽得多4。图 6 数字低频 PWM 调光4 发展趋势背光源正向着薄型化、高效率、节能型的方向发展，因而对电子元器件特别是变压器提出了更高的要求。近年来，蓬勃发展的表面安装技术有力地推动了电子元器
9、件行业的发展，各种微型封装的集成电路、片式电阻、片式电容、片式电感相继问世，组成了片式元件（SMD）的大家族。唯有变压器，由于铁磁式的磁路设计要求，电流方向必须与磁场方向正交，很难做到片型化，在一定程度上制约了背光源向高效化及短、小、轻、薄方向的发展。采用压电陶瓷材料制成的多层压电陶瓷变压器，利用压电陶瓷具有的电机电的能量转换机理，改变了传统式绕线变压器所采用的电磁电能量转换机理，电能与机械能可以设置在同一平面上进行转换，因而可以实现变压器的片型化。压电陶瓷组成的片型化多层压电陶瓷变压器与传统式的绕线式变压器比较，具有高效率、薄型化、无电磁干扰、不易燃、安全稳定、简化电路设计、重量轻等优点，升
10、压比也比绕线变压器高。由于压电陶瓷变压器是以谐振方式工作，只有在一些特定的频率下才会有较大的电压增压，因此必须用最合适的驱动回路和控制回路，组合而成各类薄型化液晶显示屏背景灯光电源。目前作为液晶显示屏背光逆变器应用的片型化多层压电陶瓷变压器已形成系列化规模化生产，从 0.5W 到 5.0W 的不同规格变压器已能满足从 2 寸屏到 14.1寸屏的各种规格液晶显示屏的要求。对 15 寸到 19 寸台式液晶显示屏要求的双灯及多灯背光逆变器，采用 5W 到 15W 的大功率压电陶瓷变压器已能够达到样件及小批量生产5。5 结论生产集成 CCFL 照明控制器的厂家很多，例如有美信(Maxim)公司、凌特(
11、Linear Tech) 公司、Texas Instruments/Unitrode 公司、OZ 公司、Microsemi 公司、Taiyo Yuden 公司、MPS 公司等等。每个公司在驱动 CCFL 上有很多可选择的 IC品种。所有的 IC 厂商都在其产品说明书中提供大量的应用信息，供设计人员参考使用。设计人员根据需要可以设计自己的电路。但是，最佳方案还是从多种货源渠道中挑选一种 IC 来配置驱动器电路，从而设计一款性价比高的驱动电源。设计人员也可不妨摆脱现成模块，选择新型的电路。当然，这种选择还要看成本的高低和安装空间的限制条件才成。参考文献1 Y.L.Lin and A.F.Wittu
12、lski, Analysis and Design of Current-Fed Push Pull Resonant Inverters-Cold Cathode Fluorescent Lamp Drivers, IEEE-IAS Conference Record，pp.2149-2152,19962 An-Chyun Hsieh；Chin-Hung Lin；Chang-Hua Lin；Hung-I Hsieh , Primary-side charge-pump dimming controller for the cold-cathode fluorescent lamp ballast, IEEE Electrical and Electronic Technology，pp.717-723，vol.2，19-22Aug.20013 OZ960 datasheet O2Micro international Limited 20014 Ucc3972 datasheet Texas Instruments Incorporated，20025 段选杰 片型化多层压（独石）电陶瓷变压器及其应用 2003-12-26
