液晶屏背光驅動與保護原理分析(濟南)

1、32寸三星液晶屏背光燈驅動及保護電路原理分析 2009-05-251 目錄 背光燈管的特性介紹 背光燈驅動電路介紹 保護電路的原理 液晶背光燈驅動電路、保護電路是故障多發(fā)部位，通過對背光燈管及驅動電路的特性、構造、組成、要求、電路原理分析，可以幫助我們更好地理解并維修液晶電視背光板。 前言一、背光燈驅動電路介紹 冷陰極液晶燈管要求高效率、長壽命，那么對其燈管的供電、激勵部分是要符合燈管的特性，供電源必須是交流正弦波，頻率為 40K60KHZ左右，觸發(fā)電壓在 12001600V，維持電壓約是觸發(fā)電壓的三分之一到二分之一（由燈管的長度和直徑決定）。由于每一只燈管的電壓/電流特性并不是完全一樣，燈管

2、不能直接并聯使用（串聯應用雖然可以點亮，由于特性的差異造成相串聯的燈管的亮度不同，會使得整個屏幕的亮度不均勻），所以在多燈管液晶屏中，每一只燈管均配單獨一只高壓變壓器，圖 1 是三星 32 寸屏的背光燈高壓驅動板，該屏有 16只燈管，其驅動板上就有 16 個高壓輸出變壓器，圖 2 是高壓變壓器，圖 3 是三星32 寸液晶屏背光燈高壓驅動電路的信號流程及簡單框圖。 （圖轉下頁）KLS-320VE背光板圖一驅動變壓器圖二背光板框圖圖三 目前冷陰極液晶燈管的亮度控制均采用脈沖調光，具體方法是；用 30200Hz 的低頻 PWM 脈沖波（PWM 脈沖波的寬度受控于 CPU）對加在燈管上的連續(xù)振蕩正弦波

3、進行調制，使連續(xù)振蕩波變成斷續(xù)振蕩波，從而達到控制亮度的目的。如圖四、圖五 三星 32 寸液晶屏有 16 根燈管，分為 4 組，每組 4 根燈管（24 根燈管液晶屏的就每組 6 根燈管）。高頻波和調制波圖四圖五背光板原理框圖圖六功率放大器和輸出電路 功率放大器的作用是把調制器調制的高頻斷續(xù)脈沖波，經過放大到足夠點亮燈管的功率。輸出電路是利用變壓器對功率放大后的激勵信號進一步的升壓，以達到激勵并點亮燈管，輸出電路還有一重要的作用，即是把功率放大輸出的方波轉化為冷陰極熒光燈管工作所必須的正弦波。 功率放大器目前各廠家生產的背光燈高壓驅動電路中均采用 MOSFET 組成的功率輸出電路，電路形式有所不

4、同，總的不外以下四種形式： 1、全橋架構： 全橋架構功率放大電路如圖 七 所示，放大元件由 4 只MOSFET（兩只 N 溝道及兩只 P 溝道）組成，應用的供電電壓范圍寬（6V24V），最適合在低電壓的場合應用。適合低電壓的設備，如筆記本電腦等低壓供電的設備。 2、半橋架構： 半橋架構功率放大電路如圖八 所示，和全橋架構相比，節(jié)省了兩只功率放大管（一只N 溝道和一只 P 溝道的 MOSFET）。在相同的輸出功率和負載阻抗情況下，供電電壓比全橋架構要提高一倍（電流為全橋架構的一半），用在供電電壓較高的設備上（大于 12V）。 以上兩種架構的功率輸出電路，每一個橋臂的放大元件是 N 溝道和 P溝道

5、 MOSFET 組成的串連推挽功率輸出電路。 3、推挽架構： 這種架構的功率放大電路如圖 九 所示，只用兩只廉價低導通電阻的 N 溝道 MOSFET，使電路的效率更高（P 溝道的 MOSFET 價格高、由于導通電阻大，電路的效率較低）。對于MOSFET 的篩選要求也低，電路所用元件也少，有利于最大限度降低成本。 該推挽架構對電源的穩(wěn)定要求較高（如穩(wěn)定的 12V、24V 供電的電路。4、Royer 架構（自激振蕩）： 自激振蕩器方式如圖十 所示，不需要激勵控制電路，主要兩只功率管和變壓器加反饋電路組成的最簡單應用方式，是在不需要嚴格控制燈頻率和亮度的設計中。由于 Royer 架構是自激式設計，受

6、元件參數偏差的影響，很難嚴格控制振蕩頻率和輸出電壓的穩(wěn)定，而這兩者都會直接影響燈的亮度、使用壽命，并且無法對液晶屏進行亮度控制，一般應用在廉價的節(jié)能燈上。正因如此，Royer 架構一般不被應用于液晶顯示屏上，盡管它是本文所述四種架構中最簡單、廉價的。液晶常見的四種驅動電路形式圖七圖八圖九圖十輸出電路及正弦波的形成 背光板驅動電路中，前級（振蕩器和調制器）和功率輸出部分基本上是工作在開關狀態(tài)（開關狀態(tài)工作效率高、輸出功率大），輸出基本也是開關信號。前面已經提到燈管的最佳供電電壓波形是正弦波，為了保證背光燈管工作在最佳狀態(tài)（對于發(fā)光亮度及壽命是非常重要的），還必須把功率輸出級輸出的信號變換為正弦波

7、。 1、正弦波的轉換： 整個背光燈驅動電路我們可以把它看成是一個它激振蕩器，作為一個振蕩器輸出什么波形，完全取決于振蕩器的輸出電路特性。輸出電路如果是諧振電路輸出必然是正弦波。我們只要把背光燈高壓驅動輸出電路做成一個諧振電路，就可以輸出正弦波；如果諧振電路的諧振頻率就是振蕩器的振蕩頻率，那么該背光燈驅動電路就能做到最大限度的、高效的把能量傳輸給燈管。2、輸出電路的處理方式： 在高壓變壓器的輸出端（輸入端也可以）和燈管連接處串連一只電容器 C 如圖11 所示，電容器 C 和輸出高壓變壓器輸出端 L 及負載 R（燈管）組成了一個低 Q 值的串連諧振電路，等效電路如圖 12 所示。電感 L 和電容

8、C串聯諧振電路，諧振時電流達到最大值，此最大電流即是流過燈管的電流。其諧振時達到的最大值，也意味著功率輸出的能量，最大限度的輸送給了燈管，由于燈管也是串聯在電路中的一部分，形成了串聯諧振電路的電阻分量，所以該諧振電路是低 Q 值電路，即使是振蕩頻率略有偏差，也能保證能量的傳輸。 在維修中，電感L 是比較容易損壞的元件，如有損壞，一定要用和原來參數接近的電感代換，否則其性能會大幅下降，甚至不能使用。圖十一圖十二 該屏內置燈管 16 只，燈管驅動電路板隨屏配套。 該燈管驅動電路由兩塊 BD9884 及 8 組全橋架構功率輸出電路組成，功率輸出采用 SP8M3 MOSFET N 溝道、P 溝道模塊。

9、兩只 SP8M3 模塊及輸出高壓變壓器組成一個橋式輸出架構，變壓器有初級繞組 X，X 接功率輸出模塊；次級高壓繞組 X，X 接冷陰極熒光燈管，次級低壓繞組 X，X 作為取樣電壓送往 BD9884 的電壓檢測部分。 BD9884 有兩路激勵輸出，26 腳、27 腳輸出一路，23 腳、24 腳輸出一路。每一路激勵輸出向兩個全橋功率電路提供激勵信號，每一組全橋功率輸出向兩個高壓變壓器輸出驅動電壓（點亮兩只冷陰極熒光燈管）；這樣，每一塊 BD9884 可以驅動 8 只燈管，兩只 BD9884共驅動 16 只燈管。圖十三2、SP8M3： SP8M3 是 N 溝道 + P 溝道組合功率放大 MOSFET

10、模塊，具有體積小、功率大、導通電阻小、對稱性好、無需散熱器的貼片元件。Vds為 30V，ID 最大達到 7A。 圖十四 SP8M3內部N溝道及P溝道參數SP8M3參數圖十五BD9884FV 基本電路介紹 三星 32 寸液晶屏采用了兩塊 BD9884FV 完成對16燈管背光燈的激勵驅動，電路比較復雜，為了便于對三星 32 寸液晶屏16 燈管背光燈高壓驅動電路的理解，先介紹圖16所示的采用一塊 BD9884FV 構成的兩燈管驅動電路的基本方案。圖十六BD9884FV功能BD9884FV功能圖十七 BD9884FV 是具有兩通道輸出的驅動集成電路，圖16方案是兩個通道分別點亮各自一只背光燈管的激勵驅

11、動原理圖，兩個通道均同時受16 腳輸入的 on/off 啟動信號及1 腳輸入的 PWM 亮度控制信號的控制。由26 腳、27 腳輸出第一通道激勵信號，23 腳、24 腳輸出第二通道激勵信號。1、第一通道高壓激勵驅動： BD9884FV 的26 腳、27 腳輸出激勵信號，Q1、Q2、T1、C1、CCFL1、R1 組成第一通道激勵驅動電路，18 腳是該通道背光燈管工作狀態(tài)取樣反饋輸入端，10 腳是輸出高壓取樣反饋輸入端，起到輸出電壓異常和燈管工作異常時，即進入停止激勵輸出的保護作用。2、電路特點： Q1、Q2為 SP8M3 功率輸出模塊，組成了全橋架構功率輸出模式，等效電路如圖 18 所示（BD9

12、884FV 的設計是支持半橋架構功率輸出模式，在本電路中增加了 Q507、Q508 電路，使其具有支持全橋架構功率輸出的功能），輸出電路由 T1、C1、CCFL1 及 R1 組成一個低 Q值串聯諧振電路。圖十八3、工作過程： 在液晶電視開機后，24V電源即加于背光燈驅動電路板上，該電壓直接加于 Q1Q4 功率輸出模塊，并經過降壓、穩(wěn)壓為 6V 后，加到BD9884FV 的28 腳作為 VCC 電壓。此時CPU 送來開機 on/off 信號進入16腳，BD9884FV 內部振蕩器開始工作，產生 100KHz 方波信號送入調制器，并和CPU送來經過BD9884FV的1腳輸入的PWM亮度控制信號進行

13、調制、放大。由26 腳、27腳輸出激勵信號，加到全橋架構功率輸出電路 Q1、Q2 的兩只 N 溝道 MOS 管的柵極（G1）上；從圖 18等效電路中可以看到，Q1、Q2 中的四只 MOS 管組成了全橋架構的四個橋臂，由26 腳、27 腳輸出激勵信號，分別加到 Q1 和 Q1 功率模塊的 N溝道 MOS 管上，使其輪流導通。 放大后的激勵信號則經過 L1 流通，經過 T1 升壓加到背光燈管并點亮燈管；T1 的L3、C1 和CCFL1 組成一個低 Q 值的串聯諧振電路。諧振頻率和激勵振蕩頻率相同時，輸出波形進行了正弦化的矯正；在 CCFL1 燈管點亮后，其 T1 的感抗和 C1 的容抗起到了燈管限

14、流作用。 R1 為CCFL1 燈管工作電流取樣電阻，該電壓反映了燈管的工作狀態(tài)是否正常；當燈管工作異常時，燈管電流產生變化，在 R1 上產生的壓降 Ui也相應變化，該燈管工作電流取樣電壓 Ui 反饋到BD9884FV 的18 腳，控制振蕩激勵電路停止工作（在多燈管的液晶屏中，當某一只燈管出現故障或啟動性能有差異時，即會出現屏不能啟動點亮的故障）。 T1 的 L2 為輸出電壓過壓、欠壓取樣繞組，取樣電壓 Uv 反饋到振蕩、控制集成電路BD9884FV 的10 腳，該取樣電壓 Uv的變化反映點亮燈管高壓輸出的正常與否。當電路出現故障引起該電壓異常時，由10腳內部的比較控制電路控制振蕩電路停止工作，

15、高壓變壓器外形及接線圖如圖 19、20所示。圖十九圖二十采用兩塊 BD9884FV 的 16 背光燈管驅動方案 三星 32 寸液晶屏的高壓驅動電路采用了兩只 BD9884FV，支持 16 只背光燈管，每只BD9884FV 支持 8 只背光燈管，如圖 22所示。 在圖21 中，可以看到 BD9884FV 的26 腳、27 腳輸出通道同時激勵兩組全橋架構功率輸出電路；其中，Q1、Q2 為一組，Q3、Q4 為一組，這兩組的激勵輸入端并聯后接于 BD9884FV 的26 腳、27 腳，一個BD9884FV 輸出激勵通道支持兩組功率輸出電路。再看圖中，由 Q1、Q2 組成的一路輸出電路，在輸出端連接兩只

16、高壓輸出變壓器，并支持兩只背光燈管，這樣每一路通道即可以支持 4 只背光燈管，一塊 BD9884FV 的兩路通道即可以完成支持 8只燈管。（圖轉下頁）圖二十一 16 只背光燈管 32 寸液晶屏采用如圖 22 所示的方案，兩塊 BD9884FV 并聯應用，采用一套控制信號控制，支持 16 只背光燈管點亮。在兩塊 BD9884FV 的 16 燈管支持方案中，要求兩塊 BD9884FV 的四通道輸出激勵信號的 PWM調制脈沖，依次移相 900；這樣四組燈管則達到輪流斷電、供電，使亮度更均勻，干擾最小。為了達到此目的，兩塊 BD9884FV 的通訊連接移相控制在兩塊 BD9884FV的2 腳、3 腳、

17、4 腳、5 腳、6 腳之間進行，使四通道輸出的 PWM 調制信號的相位關系如圖 5 所示。（圖轉下頁）圖二十二背光燈驅動保護電路工作原理 背光燈驅動電路向背光燈管供電，并點亮背光燈管；要求液晶屏整個屏幕亮度均勻、穩(wěn)定。在實際應用中，由于電源、燈管特性、溫度等原因的影響，會造成發(fā)光亮度不穩(wěn)定。此時，要求背光燈高壓驅動電路要有自動穩(wěn)壓、穩(wěn)流功能；由于液晶屏是多燈管點亮，當某只背光燈管異常損壞或者性能不良時，該燈管不亮或亮度極低，液晶屏即出現亮度不均勻甚至出現暗區(qū)，這是不能允許的，此時要求背光燈高壓驅動電路能進行保護性關機。 為了解決上述問題，在背光燈高壓驅動電路上設置了自動檢測輸出電壓、自動檢測燈

18、管電流，并穩(wěn)定電壓、電流的自動檢測控制電路。當某只背光燈管異常損壞或者性能不良出現暗區(qū)時，有故障的燈管會無電流或電流極小，此時背光燈高壓驅動電路設置檢測控制電路，檢測燈管異常電流，并控制整個背光燈高壓驅動電路停止工作（黑屏），等待檢修。 圖23所示是該背光燈驅動電路的電壓、電流穩(wěn)定控制及自動檢測保護電路的示意圖。圖中，高壓變壓器的L3 是輸出電壓的取樣繞組、電阻R 是燈管電流取樣電阻；L3 的取樣電壓，經過電壓反饋電路加到 BD9884FV 的電壓反饋輸入引腳10 腳，R 上的取樣電壓Ui （經D502、C1 整流濾波，反映燈管工作電流大?。涍^電流反饋電路加到BD9884FV的電流反饋輸入

19、引腳9 腳，這兩路反饋電壓進入 BD9884FV 后，和1 腳來的亮度工作PWM 信號一起加到PWM 亮度調制電路，完成亮度控制及亮度穩(wěn)定的作用。 同時，R 上的取樣電壓進入比較控制電路IC502 和基準電壓進行比較；當燈管衰老、損壞時，取樣電壓大幅變化，比較控制電路動作輸出控制電壓進入BD9884FV 的引腳17腳，使振蕩器停止工作，整個電路停止工作。圖二十三圖二十四 具體電路原理圖如圖24所示，下面以第一通道為例，詳細介紹其工作原理。一、電壓、電流反饋電路：1、電壓反饋電路： T1 的 L2、R553、R554、D510、BD9884FV 的10 腳組成電壓反饋電路。工作時，由于某些原因造

20、成輸出電壓幅度變化不穩(wěn)定時，L2 輸出的電壓Uv 即相應的變化不穩(wěn)定，該電壓經過R553、R554 分壓取樣后，經D510 加到BD9884FV 的10 腳電壓反饋控制輸入端。 2、電流反饋電路： R1、D502、C1、R537、R538、BD9884FV 的9 腳組成電流反饋電路。當燈管在點亮后，由于溫度變化等原因引起電流變化造成亮度不穩(wěn)定時，變化的電流在取樣電阻上的壓降 Ui 也隨之變化，經 D502、C1 整流濾波，該電壓經過 R537、R538 分壓取樣后，經D502 加到BD9884FV 的9 腳電流反饋輸入端。 電壓和電流反饋電路把反饋信號輸入后，進入BD9884FV 內部的調制電

21、路，和經由1 腳送來的 PWM 亮度控制信號，在調制電路中共同作用完成亮度控制和對燈管的電壓、電流穩(wěn)定性控制。二、燈管電流異常保護控制電路： 由取樣電路、基準比較電路及控制輸出兩部分組成。1、取樣電路： 由 Q105、R540、D530 組成，取樣電壓仍取自 Ui 。燈管工作正常時，Ui 流入 Q105的基極，Q105 的集電極電流Ic 上升并飽和導通，集電極電壓Uc 下降約為零，此時D530截止。當燈管損壞或衰老，Ui 很小甚至無電壓，此時Q105 的集電極電流Ic 下降到很小甚至無電流，則集電極電壓Uc 上升；當上升電壓大于IC502 的2 腳電壓時，D530 導通，此電壓經過D530 加于基準比較電路IC502 的輸入引腳2 腳上。2、基準比較電路： 電路采用了一塊比較器集成電路 IC