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如何为CCFL和LED背光供电


如何为 CCFL 和 LED 背光供电

深圳聖特光源科技有限公司(聖特光科), 专业从事各种 CCFL 冷阴极、 CFL 热阴极、 LED 光源产品的研发,生产和销售,作为以“光源”为专业制造商,公司拥有一批从事光源行业多 年的技术专家和产品研发人员及经验丰富的工艺工程师, 专业为客户提供各种类型的光源产 品技术解决方案。如有疑问可联系黄生:15986655571 、QQ:1711916146 关键字:CCFL LED 背光 典型的 LCD 背光可以是 1 个或多个冷阴极荧光灯(CCFL" target="_blank">CCFL),或是 一组发光二极管(LED" target="_blank">LED)阵列。图 1 分别给出了采用这两种技术的一个 例子。 背光图像的质量在很大程度上取决于背光驱动器。 在本文中, 我们将讨论有助于 CCFL 和 LED 发展的一些注意事项,以及如何为这两种背光供电。 CCFL 的总体考虑 CCFL 背光是最常见的背光技术, 被用于 5.7 至 23 英寸或更大尺寸的显示器中。 在整个 显示器背板上,可以沿 LCD 边缘或均匀间隔地安装 1 到 24 个或更多个电灯。 通常, 通过调节 CCFL 电流或电灯的占空比来控制亮度。 最基本的驱动器是由 5 至 48V 直流电供电的 DC-AC 逆变器。 LED 总体考虑 LED 已被广泛用于小型显示器中。对于尺寸较大的显示器,由于 CCFL 背光的功耗较

高,并且在某些情况下含汞量过高,这种技术正开始被 LED 背光所取代。 LED 可以沿着 LCD 边缘或在 LCD 的背面呈点阵排列。LED 器件可串联或并联排列,这两种结构将可以提 供均匀的 LCD 照明。 LED 串可利用每个串中的串联电阻并联排列, 以提供串-串电流均衡及 照明冗余。

CCFL 背光通常提供的是白光,而 LED 背光既可以提供白光,也可以提供红光、绿光 及蓝光的混合。 LED 在正向偏置时发光。 为保证显示质量, 需要采用恒流驱动器来补偿 LED 电压降及温度变化的影响,从而确保稳定的光输出。 与 CCFL 不同,LED 背光不需要很高的交流电压,因此也就不需要逆变器。最基本的 LED 驱动器由 5 至 48V 的直流电供电,并采用 DC-DC 升压电路来为驱动 LED 串的恒流驱 动器提供电压。 CCFL 驱动电路 逆变器电路可以分为两组:输出功率较低的一组采用功率晶体管作为初级电路开关器 件,而输出功率较高的一组则采用 FET。 变压器对输入电压进行升压。在设计电路时需要考虑功率、铜损耗及磁芯材料。 图 2 详细展示了一类 CCFL 驱动器。镇流(或次级)电容 C2 由次级到初级反向工作,可 降低 CCFL 启动和输出电流开始增大时 CCFL 上的电压。启动电压(VS)、CCFL 上的电压降 (VR)以及次级电容上的电压降(VC)这三者之间的关系为 VS2=VR2 + VC2。次级电容值取决 于输出电流和输出频率。增大电容值可增加输出电流并降低频率。

在初级电路中,一旦次级负载、次级电容和变压器初级/次级绕组匝数确定下来,电容 C1 便可对逆变器输出电流值及输出工作频率进行微调。C1 可提供输出电流及频率,这些值 由次级电路上的元件来决定。 基极限流电阻 R1 可支持足够大的晶体管基极电流,以保证晶体管的饱和。同时,当 晶体管变换初级绕组时, 扼流电路可减小输入电流中的纹波。 扼流电路也可延长逆变器导通 时的电流上升时间。其目的是减小峰值浪涌电流,并扼制来自扼流电路的可听噪声。 要对电感、物理尺寸、饱和电流、IR 损耗及功耗作出折衷,这使得在选择电感器时面 临着挑战。请注意:在低占空周期下,输入电流上升时间较长会降低脉宽调制 (PWM)调光 的效果。 此外, 不仔细选择扼流电路会导致处于上升的输入电流波形出现鞍形或更糟糕的情 况,而这将影响低占空比 PWM 调光及 CCFL 的启动。 所有大功率输出逆变器或具备板上调光功能的逆变器都应该采用输入旁路电容, 以减少 输入电压纹波。如果未采用这些电容,那么当每次逆变器功率器件开关时,产生的电流增加 值将导致输入电压降低。

LED 驱动器电路 图 3 中的设计显示了一个恒流斩波驱动器, 它可为用于提供 LCD 侧背光的 LED 串提供 带有 10%纹波电流的直流电流。直通开关器件 P 沟道 FET 可为 LED 串提供电流,并与电感 器、感测电阻及升压器件一起产生斩波电流及频率。 DC-DC 升压变换器是一个闭环升压电源,它提供了足够的电压(至少 2V 的余量)来驱动 流向 LED 串的电流。图中 A 部分显示了一个比较器及构成正向滞后电路的相关电阻。图中 将感测电阻上的电压与一个已知参考值作比较。图中 B 部分给出了另一个比较器和用于缓 冲 A 部分输出相关电阻,以确保正确的滞后处理并驱动直通器件。

图中 C 部分提供 LED 开/关及调光控制。+ENABLE 输入控制背光的开/关,+PW 脉宽 调节斩波驱动器的导通与截止,以实现调光。该设计可以实现得相当紧凑(见图 4)。

散热考虑 LCD 工作时的环境温度是背光驱动器设计人员需要考虑的一个关键因素。 CCFL 启动或 起始电压与温度成反比。 5a 显示了 CCFL 起始电压与温度之间的典型关系,图 5b 则展示 图 了与电灯电流增大相关的 CCFL 亮度变化曲线。 CCFL 达到规定亮度所需的时间也与温度成反比。 对于要求亮度快速增加的任务关键型 应用,可能需要逆变器在短时间内提供较高的升压电流,以增强 CCFL 的预热性能,并加快 达到所要求亮度的时间。不过,虽然较高的 CCFL 电流有利于灯的预热,但持续的高电流会 使灯处于饱和状态,这还会导致亮度下降以及灯的温度上升,同时缩短灯的寿命。对于大多 数 CCFL 而言,灯的额定电流应在 3mA~8mA(均方根)的范围内。 LED 背光对低温不敏感。低温下 LED 电气特性及导通时间的微小变化无需对驱动器设 计作任何特殊考虑。 高温也会影响驱动器的设计。 实际上, 高温对 CCFL 驱动器功能和可靠性的影响比其它 所有变化因素都要显著。 对 CCFL 驱动器来说,变压器中铜和磁芯的损耗可能会构成一个很大的热源。变压器 通常工作在超过现场环境温度约 30?C 的温度下。通过调整 CCFL 的驱动器设计,可以将铜 和磁芯的损耗降至最低,从而维持电路中的电压和电流值。 高温对 LED 背光而言也很重要。不过,此时考虑的重点是 LED 自身的温度,而不是驱 动元件的温度。近年来 LED 技术、封装及材料的进步极大地提高了 LED 亮度。LED 背光 的难点将是如何将 LED 器件自身的热量散发出去,然后散发显示装置上的热量。设计的关 键是保持 LED 结温低于 100?C 以确保可靠性。

调光控制 要求宽亮度范围的 LCD 应用正日益增长。驱动器必须能够分别为明视及夜视提供高亮 度和低亮度。亮度控制必须在这一宽范围内平滑变化,并且不产生闪烁。 CCFL 背光的模拟调光是通过调节驱动器输出电流来改变灯的亮度, 可实现约为 30%满 亮度的粗调,但这无法为大多数应用提供足够的动态范围。此外,模拟调光会增加振荡器晶 体管负担并降低逆变器的可靠性。 PWM 调光极大地改善了调光控制。在这种类型的调光控制中,CCFL 或 LED 以固定频 率脉冲导通和截止, 并通过调节占空比改变亮度。 通常, 100 至 500Hz 频率之间调节 CCFL 在 背光。CCFL 背光(带有 4 个或更多灯)的低亮度控制可通过选择性控制技术来提高,利用这 一技术,灯会随着亮度的降低而依次熄灭。 此外,调节 LED 背光的最佳方法是利用 PWM 调光。采用 LED 背光可获得更宽的调 光率,因为 LED 的基本开关时间可以以纳秒度量,而 CCFL 则需以毫秒度量。 输入电压 虽然应用可以支持 5 至 48V 的直流电,但流经大多数 LCD 背光驱动器的为 12V 直流 输入。CCFL 控制环可能为开环或闭环。开环设计需要稳压输入电源,因为起始电压和输出 电流随输入电压而变化。 闭环 CCFL 驱动器在整个输入电压范围内都可以提供恒定的起始电 压和电流。因此,闭环在不需要对输入进行稳压的应用中更受欢迎,通常电池供电应用就属 于这一类。 对于 LED 驱动器而言,VCC 必须大于为 LED? (本文转自电子工程世界:http://www.eeworld.com.cn/LED/2012/0228/article_6531.html)


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