LCD已成為非常流行的顯示技術(shù)被用于電視中。LCD面板實際上是電子控制的光閥，需要靠背光源產(chǎn)生可視的圖像。LCD電視通常用冷陰極熒光燈(CCFL)提供光源。其他照明技術(shù)，例如發(fā)光二極管(LED)，也受到一定的重視，但由于成本過高，限制了它的應(yīng)用。本文聚焦于驅(qū)動和控制多個CCFL來為大型LCD面板(如LCD電視)提供背光照明時所要面臨的設(shè)計挑戰(zhàn)。

由于LCD電視是消費品，壓倒一切的設(shè)計考慮是成本——當然必須滿足最低限度的性能要求。驅(qū)動燈的CCFL逆變器不能明顯縮短燈的壽命。還有，由于要用高壓來驅(qū)動燈，安全性也是一個必須考慮的因素。

本文聚焦于LCD電視應(yīng)用驅(qū)動多個CCFL時所要面對的三個關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)：挑選最佳的驅(qū)動架構(gòu)；多燈驅(qū)動；以及燈頻和突發(fā)調(diào)光頻率的精密度控制。

1. 挑選最佳的驅(qū)動架構(gòu)

可以用多種架構(gòu)產(chǎn)生驅(qū)動CCFL所需的交流波形，包括Royer(自激)、半橋、全橋和推挽。表1 詳細歸納了這四種架構(gòu)各自的優(yōu)缺點。

(1)Royer架構(gòu)

Royer架構(gòu)的最佳應(yīng)用是在不需要嚴格控制燈頻和亮度的設(shè)計中。由于Royer架構(gòu)是自激式設(shè)計，受元件參數(shù)偏差的影響，很難嚴格控制燈頻和燈電流，而這兩者都會直接影響燈的亮度。正因為此，Royer架構(gòu)很少被用于LCD電視，盡管它是本文所述四種架構(gòu)中最廉價的。

(2)全橋架構(gòu)

全橋架構(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PC都采用全橋方式的原因。在筆記本中，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(電池低)至21V(交流適配器)。有些全橋方案要求采用p溝道MOSFET，比n溝道MOSFET更貴。另外，由于固有的高導通電阻，p溝道MOSFET的效率更低。

(3)半橋架構(gòu)

相比全橋，半橋架構(gòu)最大的好處是每個通道少用了兩只MOSFET。但是，它需要更高匝比的變壓器，這會增加變壓器的成本。還有，如同全橋架構(gòu)一樣，半橋架構(gòu)也可能會用到p溝道MOSFET。

(4)推挽架構(gòu)

最后我們來考慮推挽驅(qū)動器，它有很多好處。這種架構(gòu)只用到n溝道MOSFET，這有利于降低成本和增加逆變器效率。它很容易適應(yīng)較高的逆變器直流電源電壓。采用更高的逆變器直流電源電壓時，只需選擇具有合適的漏-源擊穿電壓的MOSFET即可。不管逆變器的直流電源電壓如何，都可采用同樣的CCFL控制器。但采用n溝道MOSFET的全橋和半橋架構(gòu)就無法做到這一點。

推挽架構(gòu)最大的缺點是，要求逆變器直流電源電壓的范圍小于2:1。否則，當直流電源電壓處于高端時，由于交流波形的高振幅因數(shù)，系統(tǒng)的效率會降低。這使推挽架構(gòu)不適用于筆記本PC，但對于LCD電視非常理想，因為電視中的逆變器直流電源電壓通常會被穩(wěn)定在±20%。

(5)多燈驅(qū)動

CCFL已在筆記本PC、數(shù)碼相機、導航系統(tǒng)以及其他具有較小LCD屏的設(shè)備中使用多年。這些類型的設(shè)備通常只用一個CCFL，因此，傳統(tǒng)設(shè)計只用一個CCFL控制器。隨著大尺寸LCD面板的出現(xiàn)，帶來了對于多CCFL的需求，有必要采用新的方式來應(yīng)對這種新的需求�？赡艿姆绞街皇遣捎靡粋�單通道CCFL控制器來驅(qū)動多個燈。這種方式中，CCFL控制器只通過其中的一個燈監(jiān)視燈電流，而以幾乎相同的交流波形同時驅(qū)動所有并聯(lián)的燈。然而，這種方式存在著幾個缺陷。

第一個問題是如何保持所有燈的亮度統(tǒng)一，以便使顯示器不會出現(xiàn)明顯的亮區(qū)和暗區(qū)。用相同的波形驅(qū)動所有燈會使每個燈的電流不同，因而造成亮度差異。由于燈阻抗的差異，采用同樣的波形，會造成亮度不均勻。而且，CCFL的亮度隨溫度而變。由于推挽驅(qū)動器非常簡單，還可精確控制熱氣上升，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。

用一個單通道CCFL控制器驅(qū)動多個燈的第二個缺點是，單個燈的失效(例如破損)會造成所有燈關(guān)閉。第三個缺點，由于是并聯(lián)驅(qū)動所有的燈，同時打開和關(guān)閉這些燈，這就要求逆變器直流電源必須加以更重的去耦，采用更大的平波電容。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的CCFL控制器。然而，這種方式的主要缺點就是，增加的CCFL控制器帶來了額外的成本。

為LCD面板提供照明的理想方案是多通道CCFL控制器，它的每個通道獨立驅(qū)動和監(jiān)視每個燈。這種多通道CCFL控制器既解決了亮度不均勻和單燈失效問題，降低了去耦要求，而且還具有高成本效益。

(6)燈頻和調(diào)光頻率的精密度控制

由于LCD電視需要顯示動態(tài)且連續(xù)移動的畫面，它有一些在靜態(tài)顯示應(yīng)用(例如計算機監(jiān)視器和筆記本PC等)中所沒有的特殊要求。CCFL的驅(qū)動頻率可能會干擾LCD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。通過精密控制燈頻在±5%以內(nèi)，可以消除這種瑕疵。

用于調(diào)節(jié)燈亮度的突發(fā)調(diào)光頻率也要求同樣的精密度控制。這種調(diào)光方式通常是采用30Hz至200Hz頻率范圍的脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號，在短時間內(nèi)將燈關(guān)閉，達到調(diào)光目的，由于關(guān)閉時間很短，不足以使電離態(tài)消失。如果突發(fā)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，將突發(fā)調(diào)光頻率嚴格控制在±5%以內(nèi)就可以消除這個問題。另外，在有些LCD電視中，為了改善LCD屏的圖像響應(yīng)，還要求緩慢的CCFL突發(fā)調(diào)光頻率與視頻垂直同步頻率同步起來。

2. 解決LCD電視背光挑戰(zhàn)的方案(DS3984/DS3988)

DS3984(四通道)和DS3988(八通道)CCFL控制器解決了本文所提到的所有這些設(shè)計挑戰(zhàn)。可將這些器件配置為每個通道驅(qū)動一個燈，或者每通道多個燈，用戶可靈活裁減設(shè)計，以滿足自己的性價比目標。多個DS3984/DS3988可輕松級聯(lián)，以支持任意數(shù)量的燈，來為LCD電視屏提供背光照明。

DS3984/DS3988采用推挽驅(qū)動架構(gòu)，可使用更低成本、更高效率的n溝道MOSFET。

用更高的電壓。單獨的燈控制和監(jiān)視可提供均勻的亮度，并減少了逆變器的元件總量。采用單獨的燈控制時，如果某一個燈失效，那僅會使這個失效的燈停止工作，其他燈繼續(xù)工作，不受影響。片上振蕩器產(chǎn)生的燈頻和突發(fā)調(diào)光頻率被嚴格規(guī)范于±5%的精密度水平，消除了對于顯示圖像的影響，并且也可被同步至外部時鐘源。

(1)CCFL

冷陰極熒光燈(CCFL)是一種長而細的密封玻璃管，內(nèi)充惰性氣體。當給燈管施加高壓時，氣體被電離，產(chǎn)生紫外線(UV)。紫外線打到內(nèi)壁涂敷的熒光材料上使其激發(fā)，發(fā)出可見光。

CCFL有許多優(yōu)點，包括優(yōu)良的白光源、低成本、高效率(光輸出與輸入電功率之比)、長壽命(>25千時)、穩(wěn)定、確定的工作狀態(tài)、容易調(diào)節(jié)亮度、重量輕。

CCFL有一些特殊性能，必須仔細考慮，以最大化其效率、壽命和實用性。然而，這些特性帶來了一些特殊的設(shè)計挑戰(zhàn)。例如，為了最大化燈管的壽命，需要采用交流波形驅(qū)動CCFL。任何直流成分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。還有，為了最大化其效率(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。為此，CCFL通常需要一個直流-交流逆變器來將直流電源電壓變成40kHz至80kHz的交流波形，工作電壓通常在500VRMS至1000VRMS。

(2)LCD電視中典型的CCFL布置

在LCD電視中，CCFL通常是如何安排的。這個電視中的12個燈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，并影響電視的圖像質(zhì)量。因LCD面板尺寸而異，用到的CCFL燈數(shù)量可能會多達30甚至40個。

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