液晶屏背光驅動與保護原理分析（濟南）完整版

32寸三星液晶屏背光燈驅動及保護電路原理分析

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

40K～60KHZ左右，觸發(fā)電壓在1200～1600V，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30～200Hz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（6V～24V），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。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SP8M3MOSFETN溝道、P溝道模塊。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SP8M3電壓值引腳符號電壓值V備注1S10

2G10.88

3S224

4G220.73

5D220.45

6D220.45

7D120.45

8SD120.45

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的引腳功能及電壓值引腳符號功能電壓值V（實測）備注1DUTY亮度控制輸入2.7

2BRT外接電阻、振蕩三角波設定1.5

3BCT外接電容、振蕩三角波設定1.4

4RT振蕩頻率設定、外接定時電阻

測量時影響頻率5SRTSRT設定頻率保護1.55

6CT振蕩頻率設定、外接定時電容

測量時影響頻率7GND接地0

8FB1功率輸出反饋（一通道）0.78

9IS1燈管電流檢測輸入（一通道）1.28

10VS1燈管電壓檢測輸入（一通道）0.73

11FB2功率輸出反饋（二通道）0.78

12IS2燈管電流檢測輸入（二通道）1.28

13VS2燈管電壓檢測輸入（二通道）0.74

14VREF基準電壓、電流讀出1.25

15FAIL保護狀態(tài)輸出2.92

BD9884FV功能16STBON/OFF啟動、關閉控制3.2

17COMP1保護控制輸入（一通道）1.28

18COMP2保護控制輸入（二通道）1.28

19UVLO欠壓檢測輸入

測量時影響頻率20REG基準電壓輸出3.1

21SS軟啟動設定（有外接電容設定）2.65

22SCP保護鎖時間設定0.03

23P2激勵輸出在（二通道）5.26

24N2激勵輸出在（二通道）1.04

25PGND功率輸出部分接地0

26N1激勵輸出在（一通道）1.04

27P1激勵輸出在（一通道）5.26

28VCCIC供電6.2

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（BD9884FV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Q1～Q4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，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、＃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