《液晶電視機(jī)電路分析與維修》第五章 液晶彩電背光源與高壓逆變電路分析

第五章液晶彩電背光源與高壓逆變電路分析第一節(jié)液晶彩電背光源概述第二節(jié)逆變電路的基本組成第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述所謂背光源(Backlight)是位于液晶屏背后的一種光源,它的發(fā)光效果將直接影響液晶顯示模塊(LCM)。液晶屏本身并不發(fā)光,它需要借助背光源來實(shí)現(xiàn)屏的發(fā)光,液晶屏顯示的圖像(圖形或字符)是它對光線調(diào)制的結(jié)果。液晶屏要顯示色彩豐富的優(yōu)質(zhì)圖像,要求背光源的光譜范圍要寬,接近日光色以便最大限度地展現(xiàn)自然界的各種色彩。目前,液晶彩電一般采用光譜范圍較好的冷陰極熒光燈(CCFL)作為背光光源。除此之外,一些新型的背光源(如白光LED背光源、EL背光源)的發(fā)展也十分迅速,特別是LED背光源,在一些新型液晶彩電中已開始應(yīng)用,并有取代CCFL之勢,下面分別對CCFL、LED和EL背光源的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及最新技術(shù)進(jìn)行介紹。下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述一、CCFL背光源1.CCFL的結(jié)構(gòu)CCFL是ColdCathodeFluorescentLamps的簡稱,中文譯為冷陰極熒光燈。它是一種氣體放電發(fā)光器件,其構(gòu)造類似常用的日光燈,它通過連接插頭與液晶屏相連,如圖5-1所示。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述CCFL是一個密閉的氣體放電管,其結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。在管的兩端是冷陰極,采用鎳、鉭和鋯等金屬做成,是無需加熱即可發(fā)射電子的電極,燈管內(nèi)主要是惰性氣體———?dú)鍤?另外充入少量的氖氣和氪氣作為放電的觸媒,再有就是少量的汞氣。燈管在兩端被加一定高壓的時候,燈管中的汞原子在高壓的作用下會釋放出紫外光,這種紫外光的波長大約是253.7nm。與此同時,有一部分電能被轉(zhuǎn)化為熱能白白消耗了,大約只有60%的電能會轉(zhuǎn)化成紫外光。燈管的內(nèi)壁上涂有一層薄薄的白色熒光粉(假定這個燈管是白色的燈管),這層熒光粉在吸收到燈管內(nèi)的紫外光線后會發(fā)出可見光,此時燈管就亮起來了。這個點(diǎn)亮的過程很短。日光燈被點(diǎn)亮之后,由于內(nèi)部氣體性質(zhì)發(fā)生了變化,此時只需要一個比啟動電壓低很多的小電壓就可以維持燈管繼續(xù)被點(diǎn)亮,而且亮度不會發(fā)生變化。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述CCFL是一個非線性負(fù)載,燈管的供電必須是交流正弦波,頻率為40~80kHz,觸發(fā)電壓(啟動電壓)在1500~1800V,維持電壓(工作電壓)約是觸發(fā)電壓的1/3(由燈管的長度和直徑?jīng)Q定)。CCFL在開始啟動,電壓還沒有達(dá)到觸發(fā)值(1500~1800V)時,燈管呈正電阻(數(shù)兆歐),一旦達(dá)到觸發(fā)值,燈管內(nèi)部發(fā)生電離放電產(chǎn)生電流,此時電流增加,燈管兩端的電壓下降呈負(fù)阻特性。所以,CCFL觸發(fā)點(diǎn)亮后,在電路上必須有限流裝置,把燈管工作電流限制在一個額定值上,否則會因?yàn)殡娏鬟^大而燒毀燈管,或者因電流過小而難以維持點(diǎn)亮狀態(tài)。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述2.CCFL的特性目前,液晶彩電大多采用CCFL作為背光照明的發(fā)光部件,CCFL需要在高壓、交流電源的驅(qū)動下工作,因此通常需要將直流、低壓電源逆變?yōu)楦邏?、交流電源。為了降低CCFL的功耗,有必要提高逆變電路的轉(zhuǎn)換效率,盡可能地使逆變電路的電氣參數(shù)與采用的CCFL的電氣特性匹配。(1)CCFL的電氣特性CCFL內(nèi)部在低壓下充滿一種混合氣體,燈管的內(nèi)表面涂熒光元素,在燈管被點(diǎn)亮之前,會呈現(xiàn)出一個很高的阻抗,需加一個1500V(RMS,均方根值)以上的正弦波交流電壓,其峰峰值可達(dá)3000~5000V。而當(dāng)熒光燈管被點(diǎn)亮后,氣體會全部電離,燈管內(nèi)的阻抗會降低至80k贅左右,此時燈管的工作電壓會降低到600V(RMS)左右。CCFL的工作頻率一般會設(shè)置在40~80kHz,因?yàn)榇藭r的發(fā)光效率會比其他頻率下的發(fā)光效率高出15%左右。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述CCFL的電流-電壓關(guān)系可用圖5-3描述,曲線分啟動階段和工作階段,圖中用垂直虛線分開。虛線左邊為啟動階段,在燈管啟動初期,電流極其微弱,隨著燈管兩端電極之間電壓的增大,燈管內(nèi)的汞離子加速增加并定向運(yùn)動(由于是交流激勵而往復(fù)運(yùn)動),燈管的電流逐步增大,當(dāng)電壓升至一定量時,燈管啟動。在啟動階段,燈管的電流受電壓的制約,電壓越大,電流越小,并且圖中曲線部分表示的是一個動態(tài)過程。燈管啟動之后,燈管呈現(xiàn)電阻特性,并且只有負(fù)的穩(wěn)壓特性,即管子電流越大,管子兩端的電壓越小。燈管工作之后,燈管兩端的電壓受制于電流值,在此階段燈管的電流值實(shí)際上決定了燈管的發(fā)光亮度,如圖5-4所示。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述(2)CCFL的溫度特性在低溫情況下,CCFL燈管內(nèi)的汞揮發(fā)得較慢,汞蒸氣的氣壓不高,管內(nèi)的汞離子數(shù)量十分有限,這影響燈的啟動和發(fā)光,因此,CCFL的啟動電壓和發(fā)光亮度與燈管的溫度有關(guān)。改善CCFL低溫特性的可行性辦法有兩種:外部加熱的預(yù)熱方法和在低溫啟動時采用過功率方法(在剛啟動的幾秒內(nèi)給燈管加上比額定值高的功率,使燈管的溫度迅速上升,促使汞快速蒸發(fā)),但后者有可能影響燈管的壽命。(3)CCFL的幾個參數(shù)CCFL的伏安特性與齊納二極管的伏安特性十分相似,為了分析方便,這里先介紹一下CCFL的幾個重要參數(shù)。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述啟動電壓:其為在燈管壽命范圍內(nèi)(一般規(guī)定燈光最大發(fā)光亮度降低至最初值的80%時的實(shí)際工作時間為燈管壽命),在最低工作環(huán)境溫度下,使燈管點(diǎn)亮所需要施加在燈管兩端的電壓值,一般為1500~1800V(RMS)。逆變電路輸出端與CCFL之間的連線(包括PCB走線、導(dǎo)線、接插件等)對啟動電壓有一定的影響。工作電壓:其為燈管點(diǎn)亮之后,在一定的燈管壽命時間內(nèi),在給定的燈管工作電流下,燈管兩端的電壓值,一般為500~800V(RMS)。工作電流:燈管正常工作時的電流為工作電流,一般為5~9mA。CCFL燈管的亮度主要與其工作電流有關(guān),但為保證使用壽命,其兩端的電流要大于配屏規(guī)定的最小值,要小于配屏規(guī)定的最大值。當(dāng)?shù)陀谄渥钚≈禃r,燈管工作極易出現(xiàn)啟輝不正常現(xiàn)象,甚至不能點(diǎn)亮燈管;當(dāng)高于其規(guī)定的最大值時,就算電流再大,亮度也不會提高多少,且電流越大,使用壽命越短。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述工作頻率:燈管在交流激勵下的頻率稱為工作頻率,一般為40~80kHz。在同等的工作電流、工作電壓的驅(qū)動下,CCFL的發(fā)光亮度與交流激勵頻率有關(guān),在工作頻率的激勵下發(fā)光亮度最大,激勵頻率偏離工作頻率時發(fā)光亮度下降。等效電阻:CCFL類似于齊納二極管,在未點(diǎn)亮?xí)r呈現(xiàn)無窮大的阻抗ROFF,點(diǎn)亮之后則基本為一個電阻性阻抗RON。輸出功率:其具體依燈管的種類、長短和數(shù)量而定,一根燈管的功耗在幾瓦至十幾瓦。3.CCFL的特點(diǎn)CCFL有許多優(yōu)點(diǎn),包括:它是優(yōu)良的白光源,成本低,效率高(光輸出與輸入電功率之比),壽命長(大于25000h),工作狀態(tài)穩(wěn)定,亮度容易調(diào)節(jié),重量輕等。但是,CCFL也存在一些問題,主要表現(xiàn)如下:上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述CCFL需要采用交流波形驅(qū)動,任何直流成分都會使一部分氣體聚集在燈管的一端,造成不可逆轉(zhuǎn)的光梯度,使燈管的一端比另一端更亮。此外,為了提高效率(光輸出與輸入電功率之比),需要用接近正弦的波形驅(qū)動燈管。因此,CCFL通常需要一個DC/AC逆變器來將直流電源電壓變成40~80kHz的交流波形,工作電壓通常在500~800V(RMS)。在液晶彩電中,CCFL等間隔地分布在整個LCD背板上,以提供最佳的光分布。重要的是,所有燈要工作在相同的亮度下。盡管在CCFL燈管和LCD面板之間安排有散光器,可協(xié)助均勻分布背光,不均勻的燈管亮度仍然很容易被察覺,并影響圖像質(zhì)量。因LCD面板尺寸而異,用到的CCFL燈可能有十幾個甚至更多。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述由于每一只燈管的電壓、電流特性并不完全一樣,燈管不能直接并聯(lián)使用,這種并聯(lián)方式存在著幾個缺陷。第一個缺點(diǎn)是難以保持所有燈的亮度一致,以便使液晶彩電不會出現(xiàn)明顯的亮區(qū)和暗區(qū)。用相同的波形驅(qū)動所有燈,燈阻抗的差異會造成亮度不均勻。而且,CCFL的亮度隨溫度而變。由于熱氣上升,面板頂部的燈會比面板底部的燈熱,這也會造成亮度不均勻。第二個缺點(diǎn)是,單燈的失效(例如破損)會造成所有燈關(guān)閉。第三個缺點(diǎn)是,由于是并聯(lián)驅(qū)動所有燈,即同時打開和關(guān)閉這些燈,這就要求逆變器直流電源必須采用更大的電容增強(qiáng)去耦效果,這會增加逆變器的成本和尺寸。解決上述諸問題的一條途徑就是每個燈用一個單獨(dú)的CCFL逆變器。然而,這種方式的主要缺點(diǎn)就是增加的CCFL逆變器帶來了額外的成本。不過,目前人們已經(jīng)生產(chǎn)出多通道CCFL控制器,它的每個通道獨(dú)立驅(qū)動和監(jiān)測每個CCFL。這種多通道CCFL逆變器既解決了亮度不均勻和單燈失效問題,同時也降低了去耦要求,而且還具有高成本效益。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述CCFL工作在高壓高頻下,在工作時,其驅(qū)動頻率可能會干擾液晶屏上顯示的畫面。如果燈頻接近視頻刷新頻率的某個倍頻,就會在屏幕上出現(xiàn)緩慢移動的線或帶。因此,需要嚴(yán)格控制燈頻在依5%以內(nèi),以消除這種問題。用于調(diào)節(jié)燈亮度的脈沖調(diào)光頻率也要求同樣的嚴(yán)格控制。這種調(diào)光方式通常采用30~200Hz頻率范圍的脈寬調(diào)制(PWM)信號,在短時間內(nèi)將燈關(guān)閉,達(dá)到調(diào)光目的。由于關(guān)閉時間很短,其不足以使電離態(tài)消失。如果脈沖調(diào)光頻率接近垂直同步頻率的倍頻,也會產(chǎn)生滾動線。同樣,將脈沖調(diào)光頻率嚴(yán)格控制在依5%以內(nèi)就可以消除這個問題。有些液晶屏的CCFL和液晶屏被做成一個整體,是不可換的,燈管損壞,只能更換整個液晶屏模塊,這造成維修成本增加。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述二、EL背光源電致發(fā)光(ElectroLuminescence,EL)是一種直接將電能轉(zhuǎn)化為光能的現(xiàn)象。EL是通過加在兩極的交流電壓產(chǎn)生交流電場,而電場激發(fā)的電子轟擊熒光物質(zhì),引起電子能級的跳躍、變化、復(fù)合而發(fā)射出高效率冷光的一種物理現(xiàn)象,即電致發(fā)光現(xiàn)象。電致發(fā)光板就是以上述原理工作的,電致發(fā)光板是一種發(fā)光器件,簡稱EL燈、EL片或EL燈光片,它由背面電極層、絕緣層、發(fā)光層、透明電極層和表面保護(hù)膜組成,利用發(fā)光材料在電場作用下能產(chǎn)生光的特性,將電能轉(zhuǎn)換為光能。電致發(fā)光板內(nèi)部密封有各種顏色(以綠色為主,也有白色、藍(lán)色等)的熒光物質(zhì),這種物質(zhì)在加上一個AC強(qiáng)電流時,會激發(fā)反應(yīng)而啟輝照明。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電背光源概述EL燈的發(fā)光效率高,功耗低,防震動,不需要維護(hù),它屬于冷光源,顏色顯得很均勻。與普通的LED燈背光的不均勻性相比,EL燈的背光最明顯的優(yōu)勢是,它的光芒可以更均勻地分布在整個屏幕上。另外,EL燈也較為省電。采用EL燈的缺點(diǎn)是,亮度低,壽命短(一般為3000~5000h),在點(diǎn)亮EL燈的時候,容易出現(xiàn)輕微的噪聲。EL背光源需要用交流電壓(AC80~1100V)進(jìn)行驅(qū)動,通過變壓器由5V、12V或24V轉(zhuǎn)變得到。目前,EL主要用于4英寸以下小尺寸液晶顯示,如手機(jī)、PDA、游戲機(jī)等。為便于對照和理解,表5-1對CCFL、LED和EL3種背光源的有關(guān)情況進(jìn)行了歸納和總結(jié)。上一頁返回第二節(jié)逆變電路的基本組成一、什么是逆變電路逆變電路也稱逆變器(Inverter),背光燈驅(qū)動電路或背光燈電源,其作用是將開關(guān)電源輸出的低壓直流電轉(zhuǎn)換為CCFL所需的1500~1800V的交流電。在液晶彩電中,逆變電路一般被獨(dú)立做成一個條狀電路板,且輸出的交流電壓很高,故逆變電路也俗稱為高壓條或高壓板。一般的高壓條的輸入電壓為8~15V,輸出電流為8mA左右,輸出頻率為45~75kHz,輸出工作電壓為幾百伏至上千伏,多數(shù)為600V左右。高壓條的輸入端大體上有4個信號:一是電源,小屏幕一般為12V,大屏幕一般為24V;二是接地端;三是背光開啟/關(guān)斷控制端(QN/OFF);四是亮度調(diào)整端(ADJ)。下一頁返回第二節(jié)逆變電路的基本組成二、逆變電路的組成液晶彩電的逆變電路有很多形式,圖5-6所示是一種比較常見的結(jié)構(gòu)形式(其驅(qū)動電路為Royer形式,這種驅(qū)動形式在下面還要具體介紹)。從圖中可以看出,該逆變電路主要由驅(qū)動控制電路(振蕩器、調(diào)制器)、直流變換電路、驅(qū)動電路(功率輸出管及高壓變壓器)、保護(hù)檢測電路、諧振電容、輸出電流取樣電路、CCFL背光燈等組成。在實(shí)際的背光燈逆變電路中,常將振蕩器、調(diào)制器、保護(hù)電路集成在一起,組成一塊小型集成電路,一般稱之為驅(qū)動控制IC。上一頁下一頁返回第二節(jié)逆變電路的基本組成圖中的ON/OFF為振蕩器啟動/停止控制信號輸入端,該控制信號一般來自微控制器(MCU)部分。當(dāng)液晶彩電由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)后,MCU向振蕩器送出啟動工作信號(高/低電平變化信號),振蕩器接收到信號后開始工作,產(chǎn)生頻率40~80kHz的振蕩信號送入調(diào)制器,在調(diào)制器內(nèi)部與MCU部分送來的PWM亮度調(diào)整信號進(jìn)行調(diào)制后,輸出PWM激勵脈沖信號,送往直流變換電路,使直流變換電路產(chǎn)生可控的直流電壓,為功率輸出管供電。功率輸出管及外圍電容C1和變壓器繞組L1(相當(dāng)于電感)組成自激振蕩電路,產(chǎn)生的振蕩信號經(jīng)功率放大和高壓變壓器升壓耦合后,輸出高頻交流高壓,點(diǎn)亮背光燈管。上一頁下一頁返回第二節(jié)逆變電路的基本組成為了保護(hù)燈管,需要設(shè)置過流和過壓保護(hù)電路。過流保護(hù)檢測信號由串聯(lián)在背光燈管上的取樣電阻R取得,輸送到驅(qū)動控制IC。過壓保護(hù)檢測信號從L3取得,也輸送到驅(qū)動控制IC。當(dāng)輸出電壓及背光燈管工作電流出現(xiàn)異常時,驅(qū)動控制IC控制調(diào)制器停止輸出,從而起到保護(hù)的作用。當(dāng)調(diào)節(jié)亮度時,亮度控制信號加到驅(qū)動控制IC,通過改變驅(qū)動控制IC輸出的PWM脈沖的占空比,進(jìn)而改變直流變換器輸出的直流電壓的大小,也就改變了加在驅(qū)動輸出管上的電壓的大小,即改變了自激振蕩的振蕩幅度,從而使高壓變壓器輸出的信號幅度、CCFL兩端的高壓幅度發(fā)生變化,達(dá)到調(diào)節(jié)亮度的目的。該電路只能驅(qū)動一只背光燈管,由于背光燈管不能并聯(lián)和串聯(lián)應(yīng)用,所以,若需要驅(qū)動多只背光燈管,必須由相應(yīng)的多個高壓變壓器輸出電路及相適配的激勵電路來完成。上一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析根據(jù)驅(qū)動電路的形式,液晶彩電的逆變電路主要有以下幾種結(jié)構(gòu),下面分別進(jìn)行分析。一、驅(qū)動電路采用Royer結(jié)構(gòu)的逆變電路1.Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)形式圖5-7所示是Royer結(jié)構(gòu)的基本電路,也稱為自激式推挽多諧振蕩器。它是利用開關(guān)晶體管和變壓器鐵芯的磁通量飽和來進(jìn)行自激振蕩,從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)管“開/關(guān)冶轉(zhuǎn)換的直流變換器,它由美國人羅耶(G.H.Royer)在1955年首先發(fā)明和設(shè)計,故又稱“羅耶變換器冶。這種結(jié)構(gòu)在早期液晶彩電逆變器中應(yīng)用較多。Roger結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電路和驅(qū)動控制IC(如BIT3101A、BIT3102A、FP1451、BA9741等)配合使用,即可組成一個具有亮度調(diào)整和保護(hù)功能的逆變器電路。下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析在圖5-7中,變壓器由3個繞組構(gòu)成。其中,兩推挽管V1、V2集電極之間的繞組(L1+L2)為初級繞組(又稱集電極繞組),CCFL兩端的繞組(L4)叫次級繞組,V1、V2基極之間的繞組(L3)為反饋繞組(又稱基極繞組)。初級電路中,L為變壓器T的中心抽頭提供一個高交流輸入阻抗,R為V1、V2提供基極直流偏置,同時也決定了兩只管子的集電極電流的大小,而變壓器T次級的電流值與V1、V2的集電極電流有關(guān),決定流經(jīng)CCFL的次級電流的大小。在變壓器T的次級,變壓器的次級繞組L4與電容C2、CCFL的等效電阻構(gòu)成一個諧振電路。在CCFL被離之前,其阻抗是無窮大的,因?yàn)榭蛰d諧振電路具有高Q(功率因數(shù))值,它可以在燈管上產(chǎn)生非常高的電壓,實(shí)現(xiàn)啟動,當(dāng)CCFL啟動后,CCFL基本上是一個電阻型阻抗,因此,通過限制并維持通過CCFL的電流,可使CCFL在一定的電流作用下工作并產(chǎn)生相應(yīng)的壓降。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析2.實(shí)際電路分析驅(qū)動電路采用Royer結(jié)構(gòu)的逆變電路較多,這里以采用FP1451控制芯片的康佳LC-TM1708P液晶彩電的逆變電路為例進(jìn)行分析。FP1451是一個PWM控制芯片,在開關(guān)電源、逆變電路中有著廣泛的應(yīng)用,該芯片由基準(zhǔn)電壓、振蕩器、誤差放大器、定時器和PWM比較器等電路組成。利用FP1451可以組成各種開關(guān)電源和控制系統(tǒng),不僅能使開關(guān)電源和控制系統(tǒng)簡化,容易維修,成本降低,而且更重要的是能降低系統(tǒng)的故障率,提高系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。FP1451為雙通道驅(qū)動控制電路,可輸出2路PWM控制脈沖,分2路驅(qū)動電路進(jìn)行控制,每路驅(qū)動電路均可驅(qū)動2個CCFL背光燈工作。FP1451適用的電源電壓范圍寬,可以在3.6~40V的單電源下工作,具有短路和低電壓保護(hù)電路。FP1451的內(nèi)部電路框圖如圖5-8所示,其引腳的功能見表5-2。另外,與FP1451內(nèi)部電路和引腳功能基本一致的還有TL1451、BA9741、SP9741等。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(1)控制電路控制電路由PWM控制芯片U1(FP1451)及其外圍元器件組成。在需要點(diǎn)亮顯示器時,微控制器輸出的ON/OFF信號為高電平,控制Q12、Q10導(dǎo)通,于是,由開關(guān)電源產(chǎn)生的12V直流電壓經(jīng)導(dǎo)通的Q10加到FP1451的供電端俞腳,FP1451得電后,其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源先工作,輸出2.5V的基準(zhǔn)電壓,該基準(zhǔn)電壓不但供給FP1451片內(nèi)電路,還通過腳^輸出,為外部電路提供基準(zhǔn)電壓。然后,FP1451啟動內(nèi)部振蕩電路開始工作,其振蕩頻率由淤、于腳外接的定時電阻R14、定時電容C8的大小決定。振蕩電路工作后,產(chǎn)生振蕩脈沖,加到PWM比較器1和PWM比較器2,經(jīng)過變換整形后從輿、逾腳輸出PWM脈沖,被送到兩路直流變換電路。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(2)直流變換電路直流變換電路共兩路,分別由FP1451的輿腳外部Q2、Q11、Q8、D11、L2和逾腳外部Q1、Q9、Q7、D9、L1組成,其作用是將輸入的12V直流電壓變換為可控的直流電壓,為功率輸出管(Q5、Q6和Q3、Q4)供電。由于兩路的工作原理相同,這里只分析其中一路(FP1451的逾腳輸出的那一路)的工作情況。(3)驅(qū)動電路驅(qū)動電路(共兩路)用于產(chǎn)生符合要求的交流高壓,以驅(qū)動CCFL燈管工作,主要由驅(qū)動輸出管(Q3、Q4和Q5,Q6)、升壓變壓器(PT1和PT2)等組成,下面以其中的一路(Q3、Q4、PT1)為例進(jìn)行介紹。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(4)亮度調(diào)節(jié)電路FP1451的④腳、#腳為亮度控制端,由于這2路控制信號的控制過程相同,這里只以#腳的亮度控制信號為例進(jìn)行分析。當(dāng)需要調(diào)節(jié)亮度時,由微控制器輸出的DIM控制脈沖發(fā)生變化寅經(jīng)C18濾波后產(chǎn)生的直流電壓發(fā)生變化寅FP1451的#腳電壓發(fā)生變化寅FP1451的腳輸出脈沖的占空比發(fā)生變化寅Q1,Q9的基極電壓發(fā)生變化寅Q7的柵極電壓發(fā)生變化寅Q7輸出的供電電壓發(fā)生變化寅Q3、Q4振蕩的幅度發(fā)生變化寅PT1輸出的高壓發(fā)生變化寅CCFL兩端的電壓發(fā)生變化,從而達(dá)到調(diào)節(jié)CCFL亮度的目的。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(5)保護(hù)電路過壓保護(hù)電路。當(dāng)某種意外原因造成Q7輸出的電壓過高時,穩(wěn)壓管D7被擊穿,經(jīng)R25、D7、R28分壓,使加到FP1451的腳的電壓上升,通過內(nèi)部電路控制FP1451的腳停止輸出PWM脈沖,從而達(dá)到保護(hù)的目的。同理,某種意外原因造成Q8輸出的電壓過高時,穩(wěn)壓管D8被擊穿,經(jīng)R27、D8、R29分壓,使加到FP1451的愚腳電壓上升,通過內(nèi)部電路控制FP1451的輿腳停止輸出PWM脈沖,從而達(dá)到保護(hù)的目的。過流保護(hù)電路。過流保護(hù)電路分為兩路,用來保護(hù)CCFL不致因電流過大而老化或損壞,這里以其中的一路為例進(jìn)行說明。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析PT1產(chǎn)生的高壓經(jīng)過CN2、CN3所接的CCFL后,將在R1兩端產(chǎn)生隨工作電流變化的交流電壓,電流越大,R1兩端的電壓越高,此電壓經(jīng)過D12、D13整流,R11、C5、C6、R41、C27低通濾波后,加到PP1451的腳。若CCFL的工作電流過大,其會使FP1451的逾腳電壓升高很多,當(dāng)達(dá)到一定值時,經(jīng)FP1451內(nèi)部處理,會控制FP1451的逾腳停止輸出PWM脈沖,從而達(dá)到保護(hù)的目的。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析平衡保護(hù)電路。FP1451的虞、@腳內(nèi)部有一個電壓比較器,電壓比較器具有兩個同相輸入端和一個反相輸入端,電壓比較器的反相輸入端接基準(zhǔn)電壓(2.5V)的一半(1.25V),電壓比較器的兩個同相輸入端分別與誤差放大器1和誤差放大器2的輸出端相連,因此,電壓比較器能夠檢測出兩個誤差放大器輸出電壓的大小。只要其中一個高于基準(zhǔn)電壓的一半(1.25V),電壓比較器的輸出即為高電平,該輸出電壓觸發(fā)定時回路,從而使基準(zhǔn)電壓通過%腳向電容C20充電。當(dāng)C20上的電壓達(dá)到晶體管的一定電壓時,內(nèi)部觸發(fā)器置位,控制輿腳、逾腳停止輸出PWM脈沖,從而保護(hù)了后級電路和設(shè)備。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析二、驅(qū)動電路采用推挽結(jié)構(gòu)的逆變電路1.推挽結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)形式推挽驅(qū)動器非常簡單,如圖5-10所示。推挽驅(qū)動器只用到兩只N溝道MOSFET,并將升壓變壓器的中心抽頭接于正電源,兩只功率管交替工作,輸出交流電壓。由于功率晶體管共地,所以驅(qū)動控制電路簡單。另外由于變壓器具有一定的漏感,可限制短路電流,因而提高了電路的可靠性。推挽結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電路最大的缺點(diǎn)是要求逆變器直流電源電壓的范圍小于2:1。否則,當(dāng)直流電壓處于高端時,由于交流波形的高振幅因數(shù),系統(tǒng)的效率會降低。這使推挽結(jié)構(gòu)不適用于筆記本電腦,但對于液晶彩電非常理想,因?yàn)槟孀兤髦绷麟娫措妷和ǔ€(wěn)定在±20%以內(nèi)。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析2.OZ9RR組成的推挽逆變電路分析OZ9RR是凸凹公司(O2Micro)生產(chǎn)的液晶彩電背光燈高壓逆變控制電路,OZ9RR具有如下特點(diǎn):工作頻率恒定,且工作頻率可被外部信號所同步;內(nèi)置同步式PWM燈管亮度控制電路,亮度控制范圍寬;內(nèi)置智能化燈管點(diǎn)火及正常工作狀態(tài)控制電路;設(shè)有燈管開路及過壓保護(hù)功能;可支持多燈管方式工作。OZ9RR的內(nèi)部電路框圖如圖5-11所示,引腳的功能見表5-3。由OZ9RR組成的液晶彩電高壓板可將輸入的未穩(wěn)定直流電壓變換成近似正弦波的高電壓推動背光燈管。圖5-12所示是OZ9RR的實(shí)際應(yīng)用電路。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(1)控制電路控制電路由PWM控制ICU1(OZ9RR)及其外圍元器件組成。由電源電路產(chǎn)生的VDD電壓(5V)經(jīng)R5限流后加到OZ9RR的供電端愚腳,為OZ9RR提供工作時所需的電壓。當(dāng)需要點(diǎn)亮燈管時,高壓條輸入端口EN信號(來自主板MCU)為低電平(0~1V),控制N溝道場效應(yīng)管Q1截止,進(jìn)而控制OZ9RR的淤腳為高電平(3~5V)。OZ9RR在愚腳得到供電,同時淤腳得到高電平信號后,內(nèi)部振蕩電路開始工作,其振蕩頻率由于腳外接的定時電容C9、C11的大小決定。振蕩電路工作后,產(chǎn)生振蕩脈沖,加到OZ9RR內(nèi)部邏輯控制電路和驅(qū)動電路,經(jīng)過變換整形后從虞、④腳輸出PWM脈沖,去推動驅(qū)動電路工作。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(2)驅(qū)動電路驅(qū)動電路用于產(chǎn)生符合要求的交流高壓,驅(qū)動CCFL燈管工作。驅(qū)動電路由雙驅(qū)動管U2、升壓變壓器T1等組成,這是一個零電壓切換的推挽電路結(jié)構(gòu)。工作時,電源電路輸出的VIN電壓(12V)經(jīng)升壓變壓器T1的2-1繞組和2-3繞組分別加到U2內(nèi)兩只場效應(yīng)管V1、V2的漏極;由OZ9RR的虞腳和④腳產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖分別加到U2內(nèi)V1、V2的柵極,在驅(qū)動脈沖的作用下,使U2內(nèi)的兩個開關(guān)管V1和V2交替導(dǎo)通,輸出對稱的開關(guān)管驅(qū)動脈沖,經(jīng)升壓變壓器升壓后,產(chǎn)生近似正弦波的電壓和電流,點(diǎn)亮背光燈管。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(3)亮度調(diào)節(jié)電路OZ9RR的輿腳是亮度控制端和升壓變壓器電壓檢測雙功能端。當(dāng)需要調(diào)整亮度時,由微控制器產(chǎn)生的亮度控制信號DIM經(jīng)R1、R2分壓和D3隔離,加到OZ9RR的輿腳,經(jīng)內(nèi)部電路處理后,通過控制OZ9RR的虞、④腳輸出的驅(qū)動脈沖占空比,從而達(dá)到亮度控制的目的。(4)保護(hù)電路欠壓保護(hù)電路。OZ9RR的愚腳為5V電源端,愚腳內(nèi)部還設(shè)有欠壓保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓低于3.8V時,欠壓保護(hù)電路將動作,OZ9RR控制虞腳、④腳停止輸出驅(qū)動脈沖。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析軟啟動保護(hù)電路。OZ9RR的淤腳是一個多功能引腳,除了用來引入EN控制電壓外,還外接軟啟動定時電容C5,起到軟啟動定時的作用。OZ9RR工作后,淤腳內(nèi)電路向外接軟啟動定時電容C5進(jìn)行充電,隨著C5兩端電壓的升高,OZ9RR輸出的驅(qū)動脈沖控制開關(guān)管向升壓變壓器提供的能量也逐漸增大。軟啟動電路的使用,可以防止背光燈初始工作時產(chǎn)生過大的沖擊電流。穩(wěn)流電路。穩(wěn)流電路用來保護(hù)CCFL不致因電流過大而老化或損壞。電路中,升壓變壓器次級端的R12為過流檢測電阻,R12兩端的電壓隨工作電流的變化而變化,電流越大,R12兩端的電壓越高,此電壓經(jīng)C12濾波后加到OZ9RR的余腳,作為電流檢測端。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析過壓保護(hù)電路。OZ9RR內(nèi)的過壓保護(hù)電路可以防止燈管升壓變壓器次級在非正常情況下產(chǎn)生過高的高壓而損壞升壓變壓器。在啟動階段,OZ9RR的輿腳電壓檢測/亮度控制端檢測升壓變壓器的次級電壓,當(dāng)輿腳電壓達(dá)到3V時,OZ9RR將不再升高輸出電壓,而進(jìn)入穩(wěn)定輸出電壓階段。燈管開路保護(hù)電路。如果燈管與燈座接觸不良,燈管被取下,或者燈管損壞,OZ9RR將自動切斷虞、④腳輸出的驅(qū)動脈沖,從而達(dá)到保護(hù)的目的。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析三、驅(qū)動電路采用全橋結(jié)構(gòu)的逆變電路1.全橋驅(qū)動電路的基本結(jié)構(gòu)形式全橋結(jié)構(gòu)最適合于直流電源電壓范圍非常寬的應(yīng)用,這就是幾乎所有筆記本電腦都采用全橋方式的原因。在筆記本電腦中,逆變器的直流電源直接來自系統(tǒng)的主直流電源,其變化范圍通常在7V(低電池電壓)至21V(交流適配器)。另外,全橋結(jié)構(gòu)在液晶彩電、液晶顯示器中也有較多的應(yīng)用。全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路一般采用4只場效應(yīng)管或4只三極管構(gòu)成,根據(jù)場效應(yīng)管或三極管的類型不同,全橋驅(qū)動電路有多種形式,圖5-13所示是采用4只N溝道場效應(yīng)管的全橋驅(qū)動電路形式。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析圖5-14所示是采用兩只N溝道場效應(yīng)管和兩只P溝道場效應(yīng)管的全橋驅(qū)動電路形式。電路工作時,在驅(qū)動控制IC的控制下,使V4、V1同時導(dǎo)通,V2、V3同時導(dǎo)通,且V4、V1導(dǎo)通時,V2、V3截止,也就是說,V4、V1與V2、V3是交替導(dǎo)通的,其使變壓器初級形成交流電壓。2.由OZ960組成的全橋逆變電路分析OZ960是凸凹公司生產(chǎn)的液晶彩顯背光燈高壓逆變控制電路,由OZ960組成的背光燈高壓逆變電源電路可將輸入的未穩(wěn)定直流電壓變換成近似正弦波的高電壓推動背光燈管。OZ960具有如下特點(diǎn):效率高,零電壓切換,支持較寬的輸入電壓范圍,工作頻率恒定,具有較寬的調(diào)光范圍,具有軟啟動功能,內(nèi)置開燈啟動保護(hù)電路和過壓保護(hù)電路等。OZ960的內(nèi)部電路框圖如圖5-15所示,引腳的功能見表5-4。圖5-16所示是OZ960的實(shí)際應(yīng)用電路,這種電路在液晶彩電的高壓條中得到了一定的應(yīng)用。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(1)驅(qū)動控制電路驅(qū)動控制電路由U901(OZ960)及其外圍元器件組成。由開關(guān)電源產(chǎn)生的VDD電壓(一般為5V)經(jīng)R904限流,加到OZ960的供電端虞腳,為OZ960提供工作時所需的電壓。當(dāng)需要點(diǎn)亮液晶彩電時,微控制器輸出的ON/OFF信號為高電平,經(jīng)R903,使加到OZ960的盂腳的電壓為高電平(大于1.5V的電壓為高電平)。OZ960在虞腳得到供電,同時盂腳得到高電平信號后,內(nèi)部振蕩電路開始工作,其振蕩頻率由&腳、*腳外接的定時電阻R908和定時電容C912的大小決定。振蕩電路工作后,產(chǎn)生振蕩脈沖,加到內(nèi)部零電壓切換移相控制電路和驅(qū)動電路,經(jīng)過變換整形后從(腳、)腳、@腳、!腳輸出PWM脈沖,被送到全橋驅(qū)動電路。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(2)全橋驅(qū)動電路全橋驅(qū)動電路用于產(chǎn)生符合要求的交流高壓,驅(qū)動CCFL工作。驅(qū)動電路由Q904、Q905、Q906、Q907、T901等組成。這是一個具有零電壓切換的全橋電路結(jié)構(gòu),VCC(一般為12V)電壓加到Q904、Q906的源極,Q905、Q907的源極接地,在OZ960輸出的驅(qū)動脈沖(其波形如圖5-17所示)的控制下,Q904、Q907同時導(dǎo)通,Q905、Q906同時導(dǎo)通,且Q904、Q907導(dǎo)通時,Q905,Q906截止,也就是說,Q904、Q907與Q905、Q906是交替導(dǎo)通的,輸出對稱的開關(guān)管驅(qū)動脈沖,經(jīng)由C915、C916、C917、C918、升壓變壓器T901以及背光燈管組成的諧振槽路,產(chǎn)生近似正弦波的電壓和電流,點(diǎn)亮背光燈管。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電的典型逆變電路分析(3)亮度調(diào)節(jié)電路OZ960的腳是亮度控制端,當(dāng)需要調(diào)整亮度時,由微控制器產(chǎn)生的亮度控制電壓ADJ經(jīng)R906、R907分壓,加到OZ960的腳,經(jīng)內(nèi)部電路處理后,通過控制OZ960輸出