在便攜設(shè)備的背光源中，通常采用降壓轉(zhuǎn)換器" target="_blank">轉(zhuǎn)換器后接一個(gè)推挽逆變器(Royer逆變器)的方法,，但其效率低,，器件數(shù)量多。本文討論了一種基于壓電變壓器的高效背景光供電解決方案,，采用UCC3977(推挽控制器)和壓電變壓器EFTU11RoMX50和EFTU18R0Mx50來(lái)實(shí)現(xiàn),。

　　最近，PDA,、互聯(lián)網(wǎng)手持設(shè)備和筆記本電腦等便攜設(shè)備的發(fā)展速度非?？欤@進(jìn)一步提高了市場(chǎng)對(duì)小尺寸冷陰極熒光燈(CCFL)背景光轉(zhuǎn)換器的需求,。通常,，在這些應(yīng)用中使用一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器后接一個(gè)推挽逆變器(Royer逆變器)的方法，但在便攜應(yīng)用中這種方法效率低,，并且由于它本質(zhì)上是一個(gè)兩級(jí)方案,，所使用的元件數(shù)量也比較多。

　　傳統(tǒng)上,，CCFL所需要的高運(yùn)行電壓和高激發(fā)電壓是由高匝數(shù)比繞線式磁性變壓器來(lái)提供,。壓電變壓器(PZT)的最新進(jìn)展為背景光應(yīng)用提供了許多潛在的優(yōu)勢(shì)，包括效率更高,、體積更小,、電磁噪聲更低、可得到的激發(fā)電壓更高,、不可燃和正弦運(yùn)行等,。

　　本文討論了一種基于壓電變壓器的高效背景光供電解決方案，它采用UCC3977(推挽控制器)和松下壓電變壓器EFTU11RoMX50和EFTU18R0Mx50,。

　　背景光光源

　　CCFL通常作為筆記本電腦和便攜電子設(shè)備的彩色液晶顯示(LCD)的背景光源，CCFL是目前最高效的顯示器背景照明光源,。由于運(yùn)行CCFL需要高交流電壓,，所以需要高壓DC/AC逆變器。基于PZT的逆變器可以提供正弦輸出電壓,，這非常有助于減小RF輻射,。RF輻射可能干擾其它電子設(shè)備，并可能降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率,。另外,，基于PZT的逆變器所產(chǎn)生的正弦激勵(lì)還可以在CCFL中產(chǎn)生最優(yōu)的電流到光的轉(zhuǎn)換效率。CCFL的工作電壓比其它光源的電壓要高很多,，通常需要300到800伏交流電(取決于燈的長(zhǎng)度),，但整體功耗非常低。

　　最近出現(xiàn)了一種非常明亮的白光輻射二極管(LED),。在LCD顯示器,、蜂窩電話和PDA應(yīng)用中，它是CCFL的一個(gè)強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,。但是,，當(dāng)使用白光LED作為顯示器的背景光時(shí)需要注意以下問(wèn)題:

　　a. 幾乎所有的LED制造商都以新?tīng)T光(cd)為單位給出光強(qiáng)度。通常這個(gè)值都非常高,，但它表示的是在最亮方向的數(shù)據(jù),。視角和LCD的亮度通常成反比，由于LCD總的光輸出覆蓋更大的范圍,，在任何給定的方向,，視角越寬則亮度越低。相同光通量輸出的一系列LED通常按不同的截面和光強(qiáng)度出售,。在20度視角光強(qiáng)度可能達(dá)到6.4cd,，在70度視角可能有0.48cd，而在160度視角光強(qiáng)度可能幾乎為零,。由于照明一致性對(duì)舒適感和視覺(jué)性能非常重要,，所以，為在顯示器上提供一致的照明,，需要多個(gè)LCD以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接起來(lái),。

　　b. 這些白色LED的壽命比較短。在運(yùn)行大約1000小時(shí)之后,，它們將變黃并在一定程度上變暗,，這對(duì)彩色顯示器來(lái)說(shuō)是不能接受的。當(dāng)然,，在超過(guò)LED額定電流條件下運(yùn)行還將加速這個(gè)過(guò)程,。

　　c.由于LED基本上屬于電流驅(qū)動(dòng)器件，如果這些LED不能良好地分享電流,，可能會(huì)引起顯示器局部的光線不均衡,。在這種情況下，可以對(duì)每個(gè)LED都加上均衡電阻，但這將降低整個(gè)系統(tǒng)的效率,。

　　d. 還有一個(gè)主要的缺點(diǎn)是成本高,，其批量售價(jià)每支2.3美元起，比相同亮度的單只CCFL貴,。

　　當(dāng)使用這些作為光源時(shí),，需要考慮的是你要用它做什么。如果你關(guān)心的只是燈的點(diǎn)亮度,，那么應(yīng)考慮峰值光強(qiáng)度,；如果你需要光的擴(kuò)散效果，選擇合適的輸出截面則非常重要,；在需要對(duì)較大的顯示面積提供照明或液晶顯示器的背景照明,，以及需要燈具有長(zhǎng)使用壽命時(shí)，小型CCFL是優(yōu)選方案,。

　　用于背景光轉(zhuǎn)換器的變壓器

　　磁性變壓器和壓電變壓器的發(fā)展使我們可以構(gòu)造出高效,、小體積轉(zhuǎn)換器。變壓器的選擇取決于多種因素,，其中包括成本,、體積和效率。例如,，同PZT變壓器相比,，在一個(gè)給定的功率水平，磁性變壓器可能更厚,、更重且效率更低,，但它具有成本低，而且可以在更寬的負(fù)載條件下工作的優(yōu)點(diǎn),。PZT變壓器具有固有的正弦運(yùn)行特性,、高激發(fā)電壓、不可燃和無(wú)電磁噪聲的優(yōu)點(diǎn),。磁性變壓器和壓電變壓器的比較見(jiàn)表1所示,。

　　陶瓷壓電變壓器是在1956年由C.A. Rosen最先提出。與依賴于電磁能量轉(zhuǎn)換的磁性變壓器不同,，壓電變壓器把電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,。電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換稱為逆壓電效應(yīng)，而機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換稱為正壓電效應(yīng),。

　　PZT變壓器的材料和工藝決定了它們的的工作特性,，而每一個(gè)制造商都有它們獨(dú)特的材料和結(jié)構(gòu)層的“配方”，制造PZT的常用材料是鋯酸鉛和鈦酸鉛,。單層PZT成本較低并易于制造但電壓增益比較小(典型值為5~10),，并可能需要一個(gè)升壓磁性變壓器才能使燈具運(yùn)行,。多層PZT的設(shè)計(jì)制造難度更大，但具有更高的電壓增益(20~70),。

　　圖1為一個(gè)用于CCFL供電的典型長(zhǎng)模式PZT。該壓電變壓器包含一些用于能量轉(zhuǎn)換的長(zhǎng)方形壓電陶瓷層,，還帶有一對(duì)初級(jí)電極(用于輸入)和一對(duì)次級(jí)電極(用于輸出),。輸入到初級(jí)電極的電信號(hào)以壓電方式轉(zhuǎn)換成機(jī)械震動(dòng)，這些機(jī)械震動(dòng)傳送到陶瓷層的次級(jí),，在那里機(jī)械震動(dòng)以壓電方式轉(zhuǎn)換成一個(gè)高電平輸出,。整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程只消耗很少的能量。

　　要預(yù)測(cè)PZT在系統(tǒng)中的性能,，有必要建立它的電路模型,。圖1所示的電路模型通常用于描述長(zhǎng)模式PZT在基本諧振頻率附近的性能。許多PZT制造商都基于在各種頻率和輸出負(fù)載下的測(cè)量結(jié)果提供該模型的元件值,，具體元件值取決于PZT的構(gòu)造,。初級(jí)電極的多層結(jié)構(gòu)和材料電介質(zhì)常數(shù)形成了一個(gè)大的主級(jí)輸入電容(Cinput)。由于次級(jí)的單層結(jié)構(gòu)和主級(jí)電極和次級(jí)電極之間的距離,，輸出電容要小很多,。

　　圖3顯示了松下1.8W PZT(元件型號(hào)為EFTU11R8MX50)增益(Voutput/in)相對(duì)于輸出負(fù)載和頻率的特性關(guān)系曲線。這個(gè)PZT對(duì)圖2等效電路的等效元件值分別為：Cinput=61.6nF,，Coutput=11.4pF,，n=35，串聯(lián)RLC= (0.66Ω,，0.934mH,，2.79nF)。如圖3所示,，在無(wú)負(fù)載條件下陶瓷變壓器提供高Q值和增益,，并產(chǎn)生高激發(fā)電勢(shì)。一旦熒光燈激發(fā)之后,，變壓器則帶有了負(fù)載,。負(fù)載引起變壓器增益下降和諧振頻率移動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)在一個(gè)單向控制電路下激發(fā)并運(yùn)行熒光燈,，壓電變壓器通常工作在諧振峰的右側(cè),。