液晶逆變器工作原理

1、液晶逆變器工作原理液晶逆變器工作原理 2009年年3月份月份簡述簡述液晶顯示非自體發(fā)光器件，需要靠背光源產(chǎn)生可視的圖 像，LCD電視通常用冷陰極熒光燈（CCFL）提供光源。冷陰極熒光燈具有管徑細、壽命長、光效高；且不受啟動次數(shù)的影響等優(yōu)點。因此CCFL是目前最高效的顯示器件背景照明光源。為了最大化燈管的壽命，需要采用交流波形驅(qū)動CCFL，為了最大化其效率(光輸出與輸入電功率之比)，需要用接近正弦的波形驅(qū)動燈管 。電源逆變器的功能即是將直流電源電壓變成驅(qū)動CCFL的頻率約為40kHz80kHz的交流電流波形 。電源逆變器示意圖電源逆變器示意圖 DC-AC INVERTERVinVoutI inI

2、 outI outCCFL逆變器直流電源直流電源CCFLCCFL 形狀：I形、L形、U形、W形 物理特性： 內(nèi)部密封惰性氣體和水銀的氣體放電管，當(dāng)兩端加上電壓時，因發(fā)生電離而發(fā)出可見光。 電氣特性：I型燈管：型燈管：U型燈管：型燈管：背光燈管實物圖背光燈管實物圖兩根I型燈管組成U型燈管：（1）電極；（）電極；（2）自由電子）自由電子e-；（；（3）活性汞離子）活性汞離子Hg+；（；（4)紫外線；（紫外線；（5）熒光體；（）熒光體；（6）可見光。）可見光。CCFL發(fā)光原理圖發(fā)光原理圖CCFLCCFL 冷陰極管在開始崩潰前等效阻抗為一極大阻抗（約100M），一旦崩潰后阻抗急劇下降為低阻抗（約100

3、K）。因此需要一個滿足CCFL崩潰前后的電壓與頻率曲線。高阻抗時提供高電壓高頻率，來減小變壓器的匝比和提高逆變器的效率。CCFL 點燈曲線 工作曲線正常工作時燈管 電壓波形啟動（點燈）啟動（點燈）電壓電壓正常工作時的正常工作時的電壓電壓工作電壓作電壓 : 正常時正常時 600800V ； 啟動時啟動時 15001800V.工作電流：工作電流：59mA啟動（點燈）電壓啟動（點燈）電壓正常工作電壓正常工作電壓例如：例如：燈管電壓變化燈管電壓變化過程圖：過程圖：注意：注意：電流的大小將影響冷陰極熒光燈管的使用壽命,輸出的電流應(yīng)小于9mA，需有過流保護功能 。11電源逆變器電原理框圖電源逆變器電原理框

4、圖 驅(qū)動控制芯片負(fù)載CCFL電源供電電壓反饋電流反饋開關(guān)、諧振電路供電電源供電電源 LCD TV22寸及以下 12V、14V、19V等 LCD TV26寸及以上 14V、24V等 Lips二合一電源 24V、120V、300V、400V 等（1）：推挽電路（）：推挽電路（PUSH-PULL）（2）：半橋電路（）：半橋電路（HALF-BRIDGE）（3）：全橋電路（）：全橋電路（FULL-BRIDGE）開關(guān)電路開關(guān)電路(1)推挽電路（推挽電路（ PUSH-PULL ）w通常應(yīng)用在小尺寸的液晶電視上。w好處：好處：電路簡單，只用到n溝道MOSFET，降低成本（p溝道MOSFET較貴）和提高效率（

5、p溝道MOSFET 導(dǎo)通電阻較大）。改變工作電壓，只需改變MOSFET而不用更換控制芯片。w缺點：缺點：變壓器需要中心抽頭，要求工作電壓穩(wěn)定，變化范圍不能太大。(2)半橋半橋 電路（電路（HALF-BRIDGE）w由于作用在變壓器上的電壓降低一半，通常應(yīng)用在工作電壓較高的場合。例如，現(xiàn)在400V的高壓inverter上。w優(yōu)點：優(yōu)點：電路簡單，變壓器無中心抽頭。w缺點：缺點：如果芯片沒有高壓驅(qū)動，需要用到p溝道MOSFET。(3)全橋全橋 電路（電路（FULL-BRIDGE）w應(yīng)用范圍很廣，大小尺寸的液晶電視都有應(yīng)用。w優(yōu)點：優(yōu)點：應(yīng)用電壓范圍寬，變壓器無中心抽頭。w缺點：缺點：成本較高，需要

6、用到4個MOSFET。如果芯片沒有高壓驅(qū)動，需要用到p溝道MOSFET諧振電路諧振電路高頻變壓器也可稱作脈沖變壓器或開關(guān)變壓器。它與普通變壓器的區(qū)別大致有以下幾點：（1）電源電壓不是正弦波，而是交流方波，初級繞組中電流都是非正弦波;（2）變壓器的工作頻率比較高，通常都在幾十千赫茲，甚至高達幾十萬赫茲。在確定磁心材料及損耗時必須考慮能滿足高頻工作的需要及磁心中有高次諧波的影響。為了最大化燈管的壽命，需要采用交流波形驅(qū)動CCFL，為了最大化其效率(光輸出與輸入電功率之比)，需要用接近正弦的波形驅(qū)動燈管 。諧振電路諧振電路 隨著高頻化的需要，變壓器分布參數(shù)的影響也逐漸顯著。在一般的理論分析中，為了簡

7、化分析過程，通常忽略功率變壓器的勵磁電感和漏感，以便獲得電路工作的基本原理和基本特征。實際上，寄生參量是客觀存在的，而且隨著開關(guān)頻率的提高，分布參數(shù)的影響越嚴(yán)重。升壓變壓器簡介升壓變壓器簡介變壓器的等效電路變壓器的等效電路Lm表示勵磁電感 。勵磁電感能量表示有限磁導(dǎo)率的磁芯中和兩半磁芯結(jié)合處氣隙存儲的能量。存儲的能量與加到線圈上每匝伏特有關(guān)，與負(fù)載電流無關(guān)。 Lp、Ls表示漏感。在實際變壓器中，如果初級與次級之間、匝與匝之間、層與層之間磁通沒有完全耦合，就會產(chǎn)生漏感。漏感能量表示線圈間不耦合磁通經(jīng)過的空間存儲的能量 。Cdp、Cds表示分布電容。在實際變壓器的繞組中存在著分布電容，尤其存在于線

8、圈導(dǎo)線和變壓器磁心之間以及各繞組之間。電容量的大小取決于繞組的幾何形狀、磁心材料的介電常數(shù)和它的封裝材料等。 Rp、Rs表示變壓器初、次級繞組的內(nèi)阻。說明：由于分布參數(shù)的存在，在上升沿時具有上沖，在下降沿時存在下沖?；ジ泻吐└心芰吭陂_關(guān)轉(zhuǎn)換瞬時引起電壓尖峰，造成損耗增加，嚴(yán)重時會造成開關(guān)管損壞，同時也是EMI的主要來源，因此必須加以控制。分布參數(shù)引起的畸變分布參數(shù)引起的畸變U1（輸入）的波形：U2（輸出）的波形：為滿足小型化要求，同時克服分布參數(shù)的影響，使開關(guān)變換器在高頻下高效率地運行，自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外不斷研究開發(fā)高頻軟開關(guān)技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)很好地利用了電路中的分布參數(shù)，將寄生電感

9、和電容作為諧振元件的一部分，消除了分布參數(shù)引起的電壓尖峰 。實例分析實例分析說明：Cc表示初級的等效電容； Cp表示次級的等效電容； L11、L12表示初、次級的漏感； Lm表示勵磁電感等效變換圖等效變換圖注：（1）L1表示初級漏感（L11)與次級漏感(L12)的等效電感。（2）L1與Cp組成并聯(lián)諧振電路，達到了升壓的目的。（3）負(fù)載上得到正弦波驅(qū)動電壓。（4）恒定的負(fù)載阻值，確定了品質(zhì)因數(shù)Q的數(shù)值并以確定了負(fù)載電壓。（5）控制激勵信號的能量，即可控制負(fù)載電流。（6）不同型號的變壓器，其分布參數(shù)的數(shù)值不同。這是造成不可互代的原因之一。激勵電壓驅(qū)動控制芯片驅(qū)動控制芯片芯片具備的基本功能：芯片具備

10、的基本功能：(1)芯片工作的允許芯片工作的允許/禁止；禁止；(2)點燈點燈/正常頻率的設(shè)定；正常頻率的設(shè)定；(3)異常保護：異常保護：開燈保護開燈保護OLP/過壓保護過壓保護OVP/過流保護過流保護OCP;(4)調(diào)光控制。調(diào)光控制?？刂菩盘柨刂菩盘枺?）開關(guān)控制信號）開關(guān)控制信號（ON/OFF)：CPU送過來的直流電壓，控制芯片是否工作?！癏” 為工作； “L” 為停止。（2）背光亮度控制）背光亮度控制(DIM或或BRI)：CPU送過來的可控電壓，以控制背光燈的發(fā)光強度。背光燈的發(fā)光強度調(diào)整可分為三種：模擬調(diào)光、內(nèi)部數(shù)字調(diào)光、外部數(shù)字調(diào)光。(3)(3)智能背光控制：智能背光控制：在此模式下，機

11、器的背光強度不是由CPU決定的。模擬調(diào)光：CPU送來的直流電平控制驅(qū)動芯片輸出的開關(guān)頻率的脈沖占空比，使次級流過CCFL燈管的交流電流波形幅度發(fā)生變化來調(diào)光（電流波形連續(xù)）。因占空比調(diào)整范圍有限，所以調(diào)光范圍窄。內(nèi)部數(shù)字調(diào)光：CPU給出控制的直流電平送到驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片內(nèi)部產(chǎn)生一個100Hz250Hz左右的LPWM（工作期內(nèi)的開關(guān)頻率仍然是40KHz80KHz左右），調(diào)整直流電平，可以控制該LPWM的占空比來調(diào)整CCFL燈管電流（電流波形是不連續(xù)的）。外部數(shù)字調(diào)光：CPU直接產(chǎn)生一個100Hz250Hz左右的LPWM脈沖波形送到驅(qū)動芯片，通過控制該LPWM脈沖波形的占空比去控制芯片輸出的開關(guān)頻率的間歇頻率的占空比來調(diào)整電流。智能背光強度控制智能背光強度控制示意圖：示意圖：光線強度檢測光線強度檢測器件器件PANELPANEL的邏輯板的邏輯板PANELPANEL逆變器逆變器主板的主板的DIMDIM信號信號若機器調(diào)整在智能背光模式下，在環(huán)境的光照強度發(fā)生變化時，光線強度檢測器件會隨其變化而自動改變自身的參數(shù)。此參數(shù)經(jīng)PANEL的邏輯板的處理后，送出控制信號去調(diào)整逆變器輸出背光燈管的電流強度。在環(huán)境光線強度變強時，背光強度也隨之