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),。

　　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(dāng)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)用中，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。

　　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(xì)歸納了這四種架構(gòu)各自的優(yōu)缺點,。

　　表1. CCFL驅(qū)動架構(gòu)比較

　　Royer架構(gòu)

　　Royer架構(gòu)(圖1)的最佳應(yīng)用是在不需要嚴(yán)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(yán)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。

圖1. Royer驅(qū)動器簡單，但不太精確,。

　　全橋架構(gòu)

　　全橋架構(gòu)最適合于直流電源電壓非常寬的應(yīng)用(圖2),。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(dǎo)通電阻,，p溝道MOSFET的效率更低,。

圖2. 全橋驅(qū)動器很適合于大范圍的直流電源,。

　　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 (圖3)。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。

圖3. 半橋驅(qū)動器比全橋驅(qū)動器少用兩個MOSFET,。

　　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 (圖4),，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(dāng)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,，因為逆變器直流電源電壓通常會被穩(wěn)定在±20%,。

圖4. 推挽驅(qū)動器非常簡單,，還可精確控制。

　　多燈驅(qū)動

　　CCFL已在筆記本PC,、數(shù)碼相機(jī),、導(dǎo)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(圖5)。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,。

圖5. 由于亮度不均勻以及其他的一些考慮,，用一個單通道CCFL控制器控制多個燈不太理想。 

　　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(圖6),。由于熱氣上升，面板頂部的燈(參見補(bǔ)充材料,，圖12)會比面板底部的燈熱,，這也會造成亮度不均勻。

圖6. CCFL的亮度隨環(huán)境溫度而變,。

　　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(圖7),。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(圖8),。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,。

圖7. 采用單通道控制器驅(qū)動每個CCFL不具有成本效益。

圖8. 用一個多通道控制器控制多個燈是理想方案,。

　　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(jī)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(dá)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(yán)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,。

　　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(圖9),，或者每通道多個燈(圖10),，用戶可靈活裁減設(shè)計，以滿足自己的性價比目標(biāo),。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,。逆變器直流電源也可采用更高的電壓。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(yán)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,。

圖9. DS3984/DS3988單獨驅(qū)動和監(jiān)視每個燈，為LCD電視和PC監(jiān)視器提供均勻亮度,。

圖10. DS3984/DS3988的每個通道也可驅(qū)動多個燈。

　　CCFL

　　冷陰極熒光燈(CCFL)是一種長而細(xì)的密封玻璃管,，內(nèi)充惰性氣體(圖11),。當(dāng)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

圖11. CCFL是充有惰性氣體的玻璃管,。

　　CCFL有一些特殊性能，必須仔細(xì)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,。

　　LCD電視中典型的CCFL布置

　　圖12表示在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(dá)30甚至40個,。

圖12. LCD電視內(nèi)有4到40個CCFL。