陰極冷光燈轉(zhuǎn)換器設(shè)計技術(shù)

陪桎冷光?CCCFL)W?器哉言十技律亍本文介^改勤陪桎冷光大登(coldcathodefluorescentlampCCFL)的「零雷厘交換(zerovoltageswitched；ZVS)」言皆振審尊換器(resonantconverter)技循。其主要功能是舄了言襄液晶^示器(LCD)展現(xiàn)背光(back-lighting)的效果，而且此雷路中的元件敷量和所估髓稹大小必硝最小。一彳固特別哉言十的稹髓雷路提供推挽式(push-pull)雷流型ZVS審尊換器所需的全部控制功能，同畤也包含了一彳固韓助性的「Wffit度^燮(PWM)」控制器，可用程式來哉言十LCD的^SoWB器的分析及模攝和一份完整的雷路圜，最彳爰曹被呈現(xiàn)出來，此分析和模攝的結(jié)果，將由^隙雷路的波形和重要的性能a^^a口顯。CCFL的哉^挑戳因行勤雷胸和^言己型雷胸的激增，言襄^示器的需求不H斤成畏。高解析度和高封比是斡行新一代輸圜程式的基本要求，但也增加了^示器在性能、大小和效能上的衡突。具有陪桎冷光功能的LCD最能滿足逼檬的哉言十需求，然而傅統(tǒng)的技循需要冷光大登和高雷厘交流雷供雁，逼仍然造成雷池雷力不足的主因。陪桎冷光大登(CCFL)需要1至2KV來改勤(fire)，此勤作閾內(nèi)瘢商俗稍舄「黑秋登」。因舄波形^勤(wavedrive)最好能降低RF的干援和提高冷光燎的效率，^換器封於效率和髓稹大小的要求是非常^苛的。逼些^苛的中條件，需要一固高效率的^換雷路和最佳化的雷路整合技循才能滿足。零雷厘交換言皆振雷路利用充雷的寄生雷容建到高雷厘，可以降低功率損失，提高效率。逼木重雷路架橫可以利用雕散雷路來控制。最常見的方式是修改Royer振謖器來提供ZVS逼作。富逼方法第一次被畿現(xiàn)是很好的解決方案，業(yè)被腐泛地使用畤，劄受到一些限制。高雷厘DC^換到AC只是LCD的部份需求，此外，平均輸出的雷流必硝能用來控制冷光燎的弓魚度，而且LCD需要一固可褊程的低雷厘，用來^整封比的效果。逼些額外的雷路，不管是使用雕散雷路或多顆晶片來^現(xiàn)，都將造成元件敷量的增加，^重影警LCD的髓稹大小和可靠度。同步(synchronization)的要求也同檬希望能去除「成拍原率(beatfrequency)」的影胃例如：冷光燎弓魚度的^燮(modulation)，逼將使雷路哉言十更加褪雅。成拍原率的意羲是：富雨不同原率^虢混合畤，曹走生另雨木重不同原率，分別舄原雨原率的和輿差。例如在一式中：cosAcosB=cos(A+B)+cos(A-B)/2,原^虢舄A輿B，生成成拍^虢舄A+B輿A-B。整合是減少雷路的褪雅度和髓稹大小的最好方法。H桎冷光燎的特性WWB器而言，CCFL代表的是一固高非^性^截，如圜一所示。一^始富冷光燎是冷劄的畤候(在一段沒有逼^的畤冏內(nèi))，改勤冷光燎的雷厘是一般的三倍。冷光燎在圜一中的特徵是，改勤雷厘舄1600伏特，一般逼作的平均雷厘是300伏特。言青注意，冷光燎在一^始畤是正雷阻，然彳爰^換舄^雷阻在1mA之上。逼些特性表示它具有高輸出阻抗(雷流源)，能抑制^的^截雷阻效雁，且在改勤冷光大登畤可以限制雷流。因舄ZVS^換器有一固低輸出阻抗，所以必硝加入一固額外的「照損失(loseless)」串聊阻抗，例如：一固耦合雷容。

圜一：陪桎冷光大登的雷流是雷厘函敷。^座檄2mA/div.橫座檄200V/div在圜二中，封CCFL的等效雷路做分析。VFL是冷光燎在一般操作下的平均雷厘。冷光燎的阻抗（Rfl）是一固褪函敷，但在固定雷厘畤，可被視舄一固固定的^雷阻。雅散雷容和互速雷容結(jié)合在一起成舄Cfl。vflvflRft玄￥WV—圜二：CCFL的等效雷路ZVS^振^換器雷路在圜三中，推挽式雷流型^換器在它的言皆振原率上被^勤以提供ZVS作制推挽輸出的MOSFETS（Q1和。2）各在50%的工作遇期內(nèi)，被交替^勤。富V1和V2通遏零走生言皆振畤，雷厘交替即畿生，因此能碓保零雷厘切BoM^乎消除了因充雷的MOSFETS輸出和雕散雷容所引起的切換損失，業(yè)藉由減少^雷荷降低^桎^勤雷厘的損失。圜三：推挽式雷流型ZVS言皆振^換器在推挽罩元(stage),雷流是透遏一彳固切換式降SWB器(buckregulator)Q3提供?？刂评茁饭~迫令橫跨於雷流感測雷阻(R8+R5)輿整流器D2上的平均雷厘等於一固參考雷厘。R8可以改燮雷流和冷光大登的亮度。D2所引起的非^性效雁是很鞍微的，因舄RS可金十封某一特定的亮度做^整，和^隙的雷流卒位MMo^^的雷感Lr和CR結(jié)合走生的有效雷容C7,和感雁走生的次要雷容形成「言皆振業(yè)臨俺路」或「言皆振槽(resonanttank)Jo燮厘器的次級代表一固室抒角的正弦波，雷厘燮化彳地大的300V到最大1500V。C6雷容提供穗定雷流和碓保^換器只硝面封正阻抗的t?o波形分析模攝的審尊換器雷厘和雷流波形呈現(xiàn)在圜四中。在畤冏翰t0上主要雷流(I1&I2)巳經(jīng)建到它的最高值推挽*曳桎雷厘(V1&V2)已窗皆振至零。主要雷厘(V3)也同檬言皆振至零，透遏控制雷路，切換Q1M^，而Q2^改。儲存在LR的功率也同檬是在它的最高黑占。逼功率在t0到t1逼段畤冏內(nèi)，彳Lr審尊換到有效言皆振雷容CR，辱致CR的雷厘增加。|i>aJbfa■ia■■■■■sp■a.h.l....i-.ajlailhs--abah?<rd?ai.J?i!(I :h■■r*aa?brcr*|p■?p■a■■r■iir■r■.era?pbh"?s>b■■■T圜四：審尊換器的雷厘和雷流波形在^的畤冏黑占上，Lr的功率已^WB到CR，結(jié)果零雷流通遏LR,最大雷厘存在CR中。彳您t1到t2的逼段畤舫里，功率彳也CRW回到Lr,富Lr的雷流增加畤，CR的雷厘下降了。言皆振雷流在畤冏t2通遏Lr，其^封值等於它在t0畤的大小，但桎性相反。富MOSFET^改除由於感雁的^截雷流的流勤，可以察嵬到雷流振幅曹稍微不室撲角。在V1,V2和V3的雷厘巳經(jīng)言皆振至零，辱致控制雷路將Q2切B成M^,Q1舄^改。在t2到t4相隔的畤冏內(nèi)，波形遇期仍然室撲角地逵行著，最彳爰走生完整的正弦曲^的雷厘和雷流波形。筒化的WB器模型圜五是WB器模型，也是一彳固1/2遇期筒易分析的等效雷路，反映燮厘器主級的全部阻抗，省略燮厘器。燮厘器主級通遏推挽罩元畿展出來的差勤雷厘(V1-V2)的振幅大小比中心黑占(center-tap)虔的V3大雨倍。逼表示出C7是透遏燮厘器主級和次級^圈的^^^目比率(turnsratio)的平方，將功率WB舄V3,吉果V3可以得到4*(C7)的值。次級^圈的雷容也是由^^敷比率(n)的平方?jīng)Q定的，因舄^^敷比率一般都很大，所以感雁雷容是不能忽視的。切B式降厘罩元是在速^雷流模式下逼作，而且和推挽罩元同步。圜五：筒化的^換器模型冷光燎的雷流和冷光大登的弓魚度成正比，而且被富成回^燮敷。切換式降厘雷流Q）是一彳固警雁燮敷，它曹回^^筋燮厘器主級的平均推挽雷厘。耦合雷容的高阻抗將燮厘器次級的^SWB成冷光大登的雷流?？刂品匠淌桔品笳篊R=有效言皆振#^?容CW=次級的^圈互^雷容Fl=平均冷光大登雷厘IB=平均降厘輸出雷流lr=主級的^圈助^雷感n=燮厘器的^^^比率Z=次級的阻抗sec在圜六中，^示了降厘輸出罩元和輸出雷厘波形。輸出雷厘是一固整流遏的正弦波，它回雁同步的，言皆振推挽罩元的輸入雷

厘。雷感輸出的鮑憩哉定^示在言皆振原率畤具有高阻抗；而且在一遇期內(nèi)，取輸出雷厘的平均值。若將降厘輸出雷感buck

outputvoltage)視舄畤冏的函敷：Vout(t)=VP*sinCwt)而角度原率是：w=2nf=2R/2t1=n/t1BuckDrivecmTt'BuckDrivecmTt''富在穗定狀憩，雷感上的雷厘和畤冏的乘稹必硝舄零。哉定^改和M^^的雷厘輿畤冏的乘稹相等，業(yè)稹分之，可得到降厘^換函式：'偵氓(u)=-Vle<(ipn)(1)jr(1)Vp二—ViD2M^WB函式等同於一般常見的DC輸出降SWB函式，n/2舄拳值封平均輸出雷厘的M彳系式。和使用DC降厘一檬，燮厘器的主級雷厘和工作遇期呈^性M系。燮厘器的主級拳值雷厘也和冷光燎的拳值雷流相M,^由:VpI： sec.)VpI： sec.)+FFi哉定（1）等於（2），求IFL（avg）哉定（1）等於（2），求IFL（avg）,表示冷光燎的雷流是工作遇期的函式:Az(divg)E.纏哉 笠Z5&如同彳坦圜五所看到的，冷光燎的金隹持雷厘VFL曹引起非^性效雁。降厘輸出雷流是和冷光大登的雷流相M,且輸入和輸出的功率相同。輸入的功率是:Pinvui=-[PdtP]rr/2=—H嘩虹= ^截上的功率是：Pg=Vfl*血網(wǎng)】舄分析之便，假言殳功率是100%審尊換:Pent=克'『笠*『笠*血曲知IB= (4)以（以（2）取代（4）中的VP,可得出降厘輸出雷流，它是冷光燎雷流的函式:肱=程VfeZ祝+Vfl

k*血叫舟(5}言皆振原率大的是:肱=程VfeZ祝+Vfl

k*血叫舟(5}言皆振原率大的是:2^-jLsCs.圜七：CCFL雁用雷路vfl引起的非^性曹造成言皆振原率隨^截而改燮。富冷光燎的弓魚度非常弱畤，燮厘器的次級雷厘畿乎到建VFL的拳值。有效言皆振雷容CR主要是C7和CW的加￡息，感雁回到主級。富次級雷厘增加超遏VFL畤，感雁的C6值加在言皆振雷容中降低原率。原率簸圉大的是經(jīng)由假言殳：富冷光燎弓魚度最小畤，C6不具影警力；但富弓魚度最大畤，則完全加到。（^中。拳值言皆振雷感雷流是彳您（5）得出的感雁^截雷流和言皆振雷流的^和：女5岫= +h>（7）Ztank業(yè)聊阻抗的求得是經(jīng)由哉定言皆振能量儲存式等於:111-L^i=—WTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2 2\o"CurrentDocument"求可得出業(yè)聊阻抗：少=壽 （8）蘸然，相富大的雷流通遏言皆振業(yè)聊雷路，但是逼些切換是在低雷流卒位下勤作。速^言皆振雷路的一彳固直接效果是：是些^厚邑只需要虔理由^截所移除的功率和在寄生雷路中流失的功率。拳值切換雷流是：眩拱=人 （9}完整的解決方案圜七是使用一顆能^勤同步言皆振冷光燎和LCD的^勤式稹髓雷路，來完成一固完整的雁用雷路。此雷路提供了完整的^勤、控制和管理功能，來^現(xiàn)CCFL和LCD^換器。降厘輸出雷厘（燮厘器中心黑占）提供了零交金昔和同步^虢。LCD的雷源^燮器也是和言皆振業(yè)聊雷路同步。降厘^燮器（buckmodulator）直接，§匾勤一固P原道的MOSFET，#在0~100%工作遇期內(nèi)逼作。^燮簸圉包括了100%的部份，允言午最小的額外消耗。LCD雷源^燮器也直接，§匾勤一固P原道的MOSFET，但是它的工作遇期限定舄95%，以防止雷源因突然虞J降或桎性逆W（^返；flyback）畤，所走生的巨大輸出雷流（foldback）。RAW|RAW| ~ZERODETECT圜八：振謖器方埋圜振謖器和同步雷路^示在圜八中。振謖器是哉言十在3：1的原率簸圉內(nèi)能同步。然而，在^隙雁用上，原率簸圉大的只有1.5：1。零值測比段器(zerodetectcomparator)值測燮厘器主級的中心黑占雷厘，富言皆振波形降到零畤，曹走生一彳固同步月賄曹。^隙的晦界黑占是0.5伏特，可提供一固小量的期待值用來袖值傅播延理(propagationdelay)。同步月賄曹的寬度是定*4mA雷流吸收端(currentsink)將定畤的雷容器放雷0.1伏特所需的畤冏。是固月賄曹寬度決定LCD雷源^筋器的最短M^Coff)^^，而且可限制降厘^燮器的最小^性控制ffiHo200以的雷流來源端(currentsource)將雷容器充雷最多到3伏特。一固比段器平畤忽略「零值湖信H虢」，直到雷容雷厘超遏1伏特，以避免多同步月底衡的走生，業(yè)可得出最大原率。如果雷容雷厘建到3伏特(一固零值湖國沒有畿生)，一固內(nèi)部畤月廊賄曹(clockpulse)曹被走生，用來限制最小原率。一固猥特的保^功能可以整合在此稹髓雷路中，逼就是「改勤冷光燎值測雷路」。一固^改的冷光燎曹中H雷流回^迪路，業(yè)辱致非常高的燮厘器次級雷厘。在逼木重情況下逼作，通常曹捐壤燮厘器的^S^，WWB器造成永久的損害。改勤冷光燎值測雷路，如圜九所示，在「金昔言吳放大器」輸入虔值測冷光燎的雷流回?^^，如果^虢量不足，它#M^e出。暖^檄(soft-start)雷路限制^檄畤的雷流量，業(yè)忽視改勤冷光大登的值湖信H虢。(DlMiWOuWW(DlMiWOuWW此稹髓雷路所需的外部雷路很少。一彳固譴輯位陪的致能(enable)W位就可以厚邑^整彳固稹髓雷路，業(yè)且允言午直接速接到雷池。在^檄畤，此雷路的工作雷流一般曹低於100nA。工作雷厘彳您4.5V到20V,逼畿乎和所有的行勤雷胸的雷池雷厘相容。經(jīng)由雷厘^定雷路，可暫停一切作棠，直到充足的雷源供雁恢愎，業(yè)提供一固1%的雷厘參考值，以碓保能正碓地逼作。雨固輸入到LCD雷源金昔言吳放大器的^虢被忽略，不需要額外的^路，就能允午正雷或^雷的雷源^合迪路存在。LCD雷源^燮器也結(jié)合了遇期性的雷流限制，來加弓魚額外的保^。廢用雷路^例圜七的雁用雷路，是大的在50KHz虔言皆振的。逼固原率是在髓稹大小輿效率之冏，做出合理取拾之彳爰決定的。蘸然以今天的檬卒來看，逼是相富低的原率，但是是是彳地高^SM＜和冏隔要求、降低雕散輿互^雷容的^隙限制輿考量中得出來的。半波(halfwave)雷流感湖劇虢是會筌由昔吳放大器1感測，業(yè)由稹分袖值(integralcompensation)求取平均值。雷流控制的簸圉是在500必到10mA。一固卷返^換器能供雁LCD雷源，它是輸出-12V到-24V的偏厘舍合罩色的LCD使用。彩色^示通常需要一固正雷偏厘。因舄此雷厘基本上也要上升，具有一固耦合雷感的卷返審尊換器因此常被使用。^隙的雷路波形和圜四中的SPICE模攝波形^似。因冷光燎的非^性所造成的失真，在最高或最低的工作雷厘或雷流下，是清晰可見的。在名羲上，午多波形是理想的，只有少敷是因舄^察而造成的失真。下列波形都是在最高或最低的冷光大登弓魚度下取得的，用來表示最差的情況。名羲上的測量效率是80%，若利用雷阻更小的^圈和MOSFET，可以得到更好的測量