HT46R14在冷阴极萤光灯变换器中的应用

2007-03-12 11:45:27 来源:中华液晶网
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PPG   MCU   PFD   LCD   CCFL

        液晶显示(LCD)面板有其广泛的应用领域,从小型的可携式电子器材,到大型的固定设备,应用包括数码相机、笔记本电脑、个人数据助理机、台式电脑以及工业仪器产品。LCD面板自身不能发光。因此,一般需要背光照明系统在背后提供光源。通常,最为普遍的发光设备是一种叫做CCFL的萤光管。

        CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp)即冷阴极萤光灯,是由一个直流转交流的变换器驱动的,它通常提供一个较大范围的直流电压输入,并将其转换为一个高频的交流高压输出,以驱动灯管。许多应用同样需要有效的灯光亮度控制能力以达到发出的灯光与周围环境的光线条件相协调,从而增加灯管和电池的使用寿命。

图1 CCFL通常由一个直流转交流的变换器驱动

        在本应用范例中,HT46R14的MCU将被作为控制CCFL背光照明的主要元件。该MCU的特性将通过基本的运作方式和电路控制方法进行。

CCFL特性

        CCFLs有一些特征必须要注意∶

图2 CCFLs的特征

         其中,启动或放电电压(Discharge Voltage)是启动或者点亮灯管(CCFT)所需要的最低电压;灯管电压(Tube Voltage)或工作电压(Operating Voltage)是灯管被点亮以后的电压;灯管电流(Tube Current)是灯管被点亮以后的电流;CCFL的亮度直接与灯管的电流成比例;驱动器频率Driver Frequency)常用的交流驱动频率为30kHz到70kHz。

CCFL基本运作方式

        为了点亮或者开启CCFL灯管,电路必须提供一个瞬间的冲击或启动电压,其大小通常为运作电压的1.5或2倍。经达到正常的运作状态后,CCFL灯管的电压一般在400V到800Vrms的电压范围内,具体依照CCFL的类型。

图3 CCFL运作方式

        如图3,放电过程起始于灯管两端出现一个大约为1000Vrms的高压。这个电压叫做放电电压或启动电压。

        当电流流过灯管,灯管的阻抗减小,同时灯管的电压迅速下降。当电流达到一个特定的值时,灯管电压停止下降,并且CCFL达到一个稳定的电压,此时这个电压叫做灯管电压、工作电压。

        启动后,必须要保持住电流。灯管的电流直接与CCFL的亮度成比例,增大CCFL的电流就能提高亮度,然而,使用过大的电流有可能损坏电极并导致灯管使用寿命缩短。一般CCFL的操作电流介于2-7mA之间。CCFLs通常是由交流电来驱动的,典型的交流频率为30-70kHz。

PWM亮度控制

        灯管亮度的控制方法通常为控制PWM的工作周期。这个方法间歇地输入开启与关闭信号至变换器,通过调节PWM的工作周期来控制灯管的亮度。此方法可以实现较大的亮度控制范围。我们可以使用工

        作周期控制方法及使用A/D输入侦测CCFL灯管的电流,达到宽范围的调整控制。

        通过调节PPG脉宽,可控制CCFL的运作电压。通过控制PFD的开启/关闭功能产生一个固定的PWM频率,并通过利用可变的PWM工作周期,使用者可得到较大的亮度控制范围。其频率一般在100Hz-200Hz。

图4 PWM亮度控制

应用电路举例说明

图5 应用于CCFL的MCU控制电路

        图5是一个直接驱动的推挽式结构,这是最简单的CCFL驱动应用电路之一。它由1个微控制器,2个N-MOS场效应晶体管,1个与灯管串联的压载电容和1个高频变压器组成。该电路的输入端电源可由乾电池或线路上的电压提供,它输出一个交变电流源用于驱动灯管。其控制方法说明如下∶

        HT46R14微控制器是这个实例电路中的主要元件,能够产生一个可变的频率脉宽调制,即PWM输出。控制电路直接连接至一个高压转换器,它主要是通过利用一对N-MOS场效应晶体管进行非谐振调制方法来驱动CCFLs。

        HT46R14微控制器包括2个比较器、2个PPG(可编程脉冲产生器)输出、2个带有PFD功能的定时、计数器和8通道、9位解析度的ADC功能。使用者可以利用这些特性产生可变的频率PWM输出,启动CCFL并且控制灯管的电流和灯管的亮度。

        图5是一个应用于CCFL的MCU控制电路。PFD输出同时连接至比较器1的输入端(-)和INT1B引脚。使用者能够通过软件指令启动PFD输出,产生一个工作周期为50%的信号,它的频率可以通过定时/计数器0或定时/计数器1溢出周期来控制。PFD的时钟来源于这两个定时/计数器。频率的设定可通过籍由定时/计数器暂存器中载入需要的值来实现。这样PFD能够输出一个与CCFL灯管频率相匹配的频率,一般为30-70kHz。使用者可以通过控制这一频率以及PPG脉宽周期驱动CCFL。

        PPG0和PPG1输出都连接至N-MOS场效应晶体管Q1和Q2,它们在变压器的初级端组成了一个推挽结构。PPG0和PPG1用于交替地打开Q1和Q2。比较器1用作PPG0开始输出的控制信号。当比较器1启动时,它将输出一个下降缘信号使PPG0开始输出,直至PPG0定时/计数器溢出,使PPG0停止输出。INT1B用作PPG1起始的控制信号,由下降缘信号触发。PPG1的控制方法与PPG0相同。

图6 PPG输出的方波

        当PFD输出一个由低到高变化的信号,并且电位高于Vref(推荐值为1/2VDD),比较器1输出一个下降缘信号使PPG0开始计数。同样,当PFD输出一个由高到低变化的信号,PPG1输出开始计数。使用者能够在PFD输出时通过软件调节PPG定时/计数器的值来控制PPG输出周期或(脉冲宽度)。PPG输出的脉冲宽度应该小于PFD的每一个高准位或低准位的宽度。通过调节周期,使用者能够获得较大控制范围的灯管电压。PPG输出的方波如图6所示。

        为了能够控制灯管的亮度,电阻R1与CCFL串联,其在MCU的AN0脚侦测CCFL电流的部分,被用作反馈分压元件。

 
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