本文聚焦于驅(qū)動(dòng)和控制多個(gè)CCFL，來(lái)為大型LCD面板(如LCD電視)提供背光照明時(shí)所要面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

　　設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

　　由于LCD電視是消費(fèi)品，壓倒一切的設(shè)計(jì)考慮是成本—當(dāng)然必須滿(mǎn)足最低限度的性能要求。驅(qū)動(dòng)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(lái)驅(qū)動(dòng)燈,，安全性也是一個(gè)必須考慮的因素。本文聚焦于LCD電視應(yīng)用中,，驅(qū)動(dòng)多個(gè)CCFL時(shí)所要面對(duì)的三個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：挑選最佳的驅(qū)動(dòng)架構(gòu),、多燈驅(qū)動(dòng),、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(dòng)架構(gòu)

　　可以用多種架構(gòu)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)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(diǎn),。

　　表1. CCFL驅(qū)動(dòng)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(jì)中。由于Royer架構(gòu)是自激式設(shè)計(jì),，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(huì)直接影響燈的亮度,。正因?yàn)榇?，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(jià)的,。

圖1. Royer驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)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(lái)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(dòng)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(gè)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(huì)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(huì)用到p溝道MOSFET,。

圖3. 半橋驅(qū)動(dòng)器比全橋驅(qū)動(dòng)器少用兩個(gè)MOSFET。

　　推挽架構(gòu)

　　最后我們來(lái)考慮推挽驅(qū)動(dòng)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(shí)，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(wú)法做到這一點(diǎn),。

　　推挽架構(gòu)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)直流電源電壓處于高端時(shí),，由于交流波形的高振幅因數(shù)，系統(tǒng)的效率會(huì)降低,。這使推挽架構(gòu)不適用于筆記本PC,，但對(duì)于LCD電視非常理想，因?yàn)槟孀兤髦绷麟娫措妷和ǔ?huì)被穩(wěn)定在±20%,。

圖4. 推挽驅(qū)動(dòng)器非常簡(jiǎn)單,，還可精確控制,。

　　多燈驅(qū)動(dòng)

　　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(lèi)型的設(shè)備通常只用一個(gè)CCFL，因此,，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)只用一個(gè)CCFL控制器,。隨著大尺寸LCD面板的出現(xiàn)，帶來(lái)了對(duì)于多CCFL的需求,，有必要采用新的方式來(lái)應(yīng)對(duì)這種新的需求,。可能的方式之一是采用一個(gè)單通道CCFL控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)多個(gè)燈(圖5),。這種方式中,，CCFL控制器只通過(guò)其中的一個(gè)燈監(jiān)視燈電流，而以幾乎相同的交流波形同時(shí)驅(qū)動(dòng)所有并聯(lián)的燈,。然而,，這種方式存在著幾個(gè)缺陷,。

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

　　第一個(gè)問(wèn)題是如何保持所有燈的亮度統(tǒng)一,，以便使顯示器不會(huì)出現(xiàn)明顯的亮區(qū)和暗區(qū),。用相同的波形驅(qū)動(dòng)所有燈會(huì)使每個(gè)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(huì)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(jiàn)補(bǔ)充材料,，圖12)會(huì)比面板底部的燈熱，這也會(huì)造成亮度不均勻,。

圖6. CCFL的亮度隨環(huán)境溫度而變。

　　用一個(gè)單通道CCFL控制器驅(qū)動(dòng)多個(gè)燈的第二個(gè)缺點(diǎn)是,，單個(gè)燈的失效(例如破損)會(huì)造成所有燈關(guān)閉。第三個(gè)缺點(diǎn),，由于是并聯(lián)驅(qū)動(dòng)所有的燈,，同時(shí)打開(kāi)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(huì)增加逆變器的成本和尺寸。

　　解決上述諸問(wèn)題的一條途徑就是每個(gè)燈用一個(gè)單獨(dú)的CCFL控制器(圖7),。然而,，這種方式的主要缺點(diǎn)就是，增加的CCFL控制器帶來(lái)了額外的成本,。為L(zhǎng)CD面板提供照明的理想方案是多通道CCFL控制器,，它的每個(gè)通道獨(dú)立驅(qū)動(dòng)和監(jiān)視每個(gè)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(wèn)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(dòng)每個(gè)CCFL不具有成本效益,。

圖8. 用一個(gè)多通道控制器控制多個(gè)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(dòng)態(tài)且連續(xù)移動(dòng)的畫(huà)面,，它有一些在靜態(tài)顯示應(yīng)用(例如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和筆記本PC等)中所沒(méi)有的特殊要求,。CCFL的驅(qū)動(dòng)頻率可能會(huì)干擾LCD屏上顯示的畫(huà)面。如果燈頻接近視頻刷新頻率的某個(gè)倍頻,，就會(huì)在屏幕上出現(xiàn)緩慢移動(dòng)的線(xiàn)或帶,。通過(guò)精密控制燈頻在±5%以?xún)?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(hào)，在短時(shí)間內(nèi)將燈關(guān)閉,，達(dá)到調(diào)光目的,，由于關(guān)閉時(shí)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(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)線(xiàn)。同樣,，將突發(fā)調(diào)光頻率嚴(yán)格控制在±5%以?xún)?nèi)就可以消除這個(gè)問(wèn)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(lái)。

　　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(jì)挑戰(zhàn),?？蓪⑦@些器件配置為每個(gè)通道驅(qū)動(dòng)一個(gè)燈(圖9)，或者每通道多個(gè)燈(圖10),，用戶(hù)可靈活裁減設(shè)計(jì),，以滿(mǎn)足自己的性?xún)r(jià)比目標(biāo)。多個(gè)DS3984/DS3988可輕松級(jí)聯(lián),，以支持任意數(shù)量的燈,，來(lái)為L(zhǎng)CD電視屏提供背光照明。

　　DS3984/DS3988采用推挽驅(qū)動(dòng)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(dú)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(dú)的燈控制時(shí),，如果某一個(gè)燈失效,，那僅會(huì)使這個(gè)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(duì)于顯示圖像的影響，并且也可被同步至外部時(shí)鐘源,。

圖9. DS3984/DS3988單獨(dú)驅(qū)動(dòng)和監(jiān)視每個(gè)燈,，為L(zhǎng)CD電視和PC監(jiān)視器提供均勻亮度,。

圖10. DS3984/DS3988的每個(gè)通道也可驅(qū)動(dòng)多個(gè)燈,。

　　CCFL

　　冷陰極熒光燈(CCFL)是一種長(zhǎng)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(shí),，氣體被電離,，產(chǎn)生紫外線(xiàn)(UV)。紫外線(xiàn)打到內(nèi)壁涂敷的熒光材料上使其激發(fā),，發(fā)出可見(jiàn)光,。CCFL有許多優(yōu)點(diǎn)，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(zhǎng)壽命(>25千時(shí))

　　·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(shí)用性,。然而,，這些特性帶來(lái)了一些特殊的設(shè)計(jì)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(dòng)CCFL,。任何直流成分會(huì)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(dòng)燈管,。為此,，CCFL通常需要一個(gè)直流-交流逆變器來(lái)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(gè)電視中的12個(gè)燈等間隔地分布在整個(gè)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(jué)，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(huì)多達(dá)30甚至40個(gè)。

圖12. LCD電視內(nèi)有4到40個(gè)CCFL,。