液晶逆变器工作原理

1、液晶逆变器工作原理液晶逆变器工作原理 2009年年3月份月份简述简述液晶显示非自体发光器件，需要靠背光源产生可视的图 像，LCD电视通常用冷阴极荧光灯（CCFL）提供光源。冷阴极荧光灯具有管径细、寿命长、光效高；且不受启动次数的影响等优点。因此CCFL是目前最高效的显示器件背景照明光源。为了最大化灯管的寿命，需要采用交流波形驱动CCFL，为了最大化其效率(光输出与输入电功率之比)，需要用接近正弦的波形驱动灯管 。电源逆变器的功能即是将直流电源电压变成驱动CCFL的频率约为40kHz80kHz的交流电流波形 。电源逆变器示意图电源逆变器示意图 DC-AC INVERTERVinVoutI inI

2、 outI outCCFL逆变器直流电源直流电源CCFLCCFL 形状：I形、L形、U形、W形 物理特性： 内部密封惰性气体和水银的气体放电管，当两端加上电压时，因发生电离而发出可见光。 电气特性：I型灯管：型灯管：U型灯管：型灯管：背光灯管实物图背光灯管实物图两根I型灯管组成U型灯管：（1）电极；（）电极；（2）自由电子）自由电子e-；（；（3）活性汞离子）活性汞离子Hg+；（；（4)紫外线；（紫外线；（5）荧光体；（）荧光体；（6）可见光。）可见光。CCFL发光原理图发光原理图CCFLCCFL 冷阴极管在开始崩溃前等效阻抗为一极大阻抗（约100M），一旦崩溃后阻抗急剧下降为低阻抗（约100

3、K）。因此需要一个满足CCFL崩溃前后的电压与频率曲线。高阻抗时提供高电压高频率，来减小变压器的匝比和提高逆变器的效率。CCFL 点灯曲线 工作曲线正常工作时灯管 电压波形启动（点灯）启动（点灯）电压电压正常工作时的正常工作时的电压电压工作电压作电压 : 正常时正常时 600800V ； 启动时启动时 15001800V.工作电流：工作电流：59mA启动（点灯）电压启动（点灯）电压正常工作电压正常工作电压例如：例如：灯管电压变化灯管电压变化过程图：过程图：注意：注意：电流的大小将影响冷阴极荧光灯管的使用寿命,输出的电流应小于9mA，需有过流保护功能 。11电源逆变器电原理框图电源逆变器电原理框

4、图 驱动控制芯片负载CCFL电源供电电压反馈电流反馈开关、谐振电路供电电源供电电源 LCD TV22寸及以下 12V、14V、19V等 LCD TV26寸及以上 14V、24V等 Lips二合一电源 24V、120V、300V、400V 等（1）：推挽电路（）：推挽电路（PUSH-PULL）（2）：半桥电路（）：半桥电路（HALF-BRIDGE）（3）：全桥电路（）：全桥电路（FULL-BRIDGE）开关电路开关电路(1)推挽电路（推挽电路（ PUSH-PULL ）w通常应用在小尺寸的液晶电视上。w好处：好处：电路简单，只用到n沟道MOSFET，降低成本（p沟道MOSFET较贵）和提高效率（

5、p沟道MOSFET 导通电阻较大）。改变工作电压，只需改变MOSFET而不用更换控制芯片。w缺点：缺点：变压器需要中心抽头，要求工作电压稳定，变化范围不能太大。(2)半桥半桥 电路（电路（HALF-BRIDGE）w由于作用在变压器上的电压降低一半，通常应用在工作电压较高的场合。例如，现在400V的高压inverter上。w优点：优点：电路简单，变压器无中心抽头。w缺点：缺点：如果芯片没有高压驱动，需要用到p沟道MOSFET。(3)全桥全桥 电路（电路（FULL-BRIDGE）w应用范围很广，大小尺寸的液晶电视都有应用。w优点：优点：应用电压范围宽，变压器无中心抽头。w缺点：缺点：成本较高，需要

6、用到4个MOSFET。如果芯片没有高压驱动，需要用到p沟道MOSFET谐振电路谐振电路高频变压器也可称作脉冲变压器或开关变压器。它与普通变压器的区别大致有以下几点：（1）电源电压不是正弦波，而是交流方波，初级绕组中电流都是非正弦波;（2）变压器的工作频率比较高，通常都在几十千赫兹，甚至高达几十万赫兹。在确定磁心材料及损耗时必须考虑能满足高频工作的需要及磁心中有高次谐波的影响。为了最大化灯管的寿命，需要采用交流波形驱动CCFL，为了最大化其效率(光输出与输入电功率之比)，需要用接近正弦的波形驱动灯管 。谐振电路谐振电路 随着高频化的需要，变压器分布参数的影响也逐渐显著。在一般的理论分析中，为了简

7、化分析过程，通常忽略功率变压器的励磁电感和漏感，以便获得电路工作的基本原理和基本特征。实际上，寄生参量是客观存在的，而且随着开关频率的提高，分布参数的影响越严重。升压变压器简介升压变压器简介变压器的等效电路变压器的等效电路Lm表示励磁电感 。励磁电感能量表示有限磁导率的磁芯中和两半磁芯结合处气隙存储的能量。存储的能量与加到线圈上每匝伏特有关，与负载电流无关。 Lp、Ls表示漏感。在实际变压器中，如果初级与次级之间、匝与匝之间、层与层之间磁通没有完全耦合，就会产生漏感。漏感能量表示线圈间不耦合磁通经过的空间存储的能量 。Cdp、Cds表示分布电容。在实际变压器的绕组中存在着分布电容，尤其存在于线

8、圈导线和变压器磁心之间以及各绕组之间。电容量的大小取决于绕组的几何形状、磁心材料的介电常数和它的封装材料等。 Rp、Rs表示变压器初、次级绕组的内阻。说明：由于分布参数的存在，在上升沿时具有上冲，在下降沿时存在下冲。互感和漏感能量在开关转换瞬时引起电压尖峰，造成损耗增加，严重时会造成开关管损坏，同时也是EMI的主要来源，因此必须加以控制。分布参数引起的畸变分布参数引起的畸变U1（输入）的波形：U2（输出）的波形：为满足小型化要求，同时克服分布参数的影响，使开关变换器在高频下高效率地运行，自20世纪70年代以来，国内外不断研究开发高频软开关技术。软开关技术很好地利用了电路中的分布参数，将寄生电感

9、和电容作为谐振元件的一部分，消除了分布参数引起的电压尖峰 。实例分析实例分析说明：Cc表示初级的等效电容； Cp表示次级的等效电容； L11、L12表示初、次级的漏感； Lm表示励磁电感等效变换图等效变换图注：（1）L1表示初级漏感（L11)与次级漏感(L12)的等效电感。（2）L1与Cp组成并联谐振电路，达到了升压的目的。（3）负载上得到正弦波驱动电压。（4）恒定的负载阻值，确定了品质因数Q的数值并以确定了负载电压。（5）控制激励信号的能量，即可控制负载电流。（6）不同型号的变压器，其分布参数的数值不同。这是造成不可互代的原因之一。激励电压驱动控制芯片驱动控制芯片芯片具备的基本功能：芯片具备

10、的基本功能：(1)芯片工作的允许芯片工作的允许/禁止；禁止；(2)点灯点灯/正常频率的设定；正常频率的设定；(3)异常保护：异常保护：开灯保护开灯保护OLP/过压保护过压保护OVP/过流保护过流保护OCP;(4)调光控制。调光控制。控制信号控制信号（1）开关控制信号）开关控制信号（ON/OFF)：CPU送过来的直流电压，控制芯片是否工作。“H” 为工作； “L” 为停止。（2）背光亮度控制）背光亮度控制(DIM或或BRI)：CPU送过来的可控电压，以控制背光灯的发光强度。背光灯的发光强度调整可分为三种：模拟调光、内部数字调光、外部数字调光。(3)(3)智能背光控制：智能背光控制：在此模式下，机

11、器的背光强度不是由CPU决定的。模拟调光：CPU送来的直流电平控制驱动芯片输出的开关频率的脉冲占空比，使次级流过CCFL灯管的交流电流波形幅度发生变化来调光（电流波形连续）。因占空比调整范围有限，所以调光范围窄。内部数字调光：CPU给出控制的直流电平送到驱动芯片，驱动芯片内部产生一个100Hz250Hz左右的LPWM（工作期内的开关频率仍然是40KHz80KHz左右），调整直流电平，可以控制该LPWM的占空比来调整CCFL灯管电流（电流波形是不连续的）。外部数字调光：CPU直接产生一个100Hz250Hz左右的LPWM脉冲波形送到驱动芯片，通过控制该LPWM脉冲波形的占空比去控制芯片输出的开关频率的间歇频率的占空比来调整电流。智能背光强度控制智能背光强度控制示意图：示意图：光线强度检测光线强度检测器件器件PANELPANEL的逻辑板的逻辑板PANELPANEL逆变器逆变器主板的主板的DIMDIM信号信号若机器调整在智能背光模式下，在环境的光照强度发生变化时，光线强度检测器件会随其变化而自动改变自身的参数。此参数经PANEL的逻辑板的处理后，送出控制信号去调整逆变器输出背光灯管的电流强度。在环境光线强度变强时，背光强度也随之