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 正弦的波形驅動燈管 。 電源逆變器的功能即是將直流電源電壓變成驅動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 INVERTER

2、VinVout I in I outI out CCFL 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： 內部密封惰性氣體和水銀的氣體放電管，當兩端加上電壓 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

3、（約100M），一旦崩潰后阻抗急劇 下降為低阻抗（約100K）。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

4、用壽命,輸出的電流應小 于9mA，需有過流保護功能 。 2021-6-2911 電源逆變器電原理框圖電源逆變器電原理框圖 驅動控制 芯片 負載 CCFL 電源 供電 電壓反饋 電流反饋 開關、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） 開關電路開關電路 (1)推挽電路（推挽電路（ PU

5、SH-PULL ） w通常應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（ p溝道MOSFET 導通電阻較大）。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動，需要用到p溝道MOSFET。 (

6、3)全橋全橋 電路（電路（FULL-BRIDGE） w應用范圍很廣，大小尺寸的液晶電視都有應用。 w優(yōu)點：優(yōu)點：應用電壓范圍寬，變壓器無中心抽頭。 w缺點：缺點：成本較高，需要用到4個MOSFET。如果芯片沒有高壓驅 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

7、采用交流波形驅動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，而且隨著開關頻率的提高，分 布參數(shù)的影響越嚴重。 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率的磁芯中和兩半磁芯結合處氣隙存儲的能 量。存儲的能量與加到線圈上每匝伏特有關，與負載電流無關。 Lp、Ls表示漏感

8、。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，就會產生漏感。漏感能量表示線圈間不耦合磁通經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，尤其存在于線圈導線 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_關轉換瞬時引起電 壓尖峰，造成損耗增加，嚴重時會造成開關管損壞，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

9、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，使開關變換器在高頻下 高效率地運行，自20世紀70年代以來，國內外不斷研究開發(fā)高頻軟開 關技術。軟開關技術很好地利用了電路中的分布參數(shù)，將寄生電感和 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）負載上

10、得到正弦波驅動電壓。 （4）恒定的負載阻值，確定了品質因數(shù)Q的數(shù)值并以確定了負載電壓。 （5）控制激勵信號的能量，即可控制負載電流。 （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 驅動控制芯片驅動控制芯片 芯片具備的基本功能：芯片具備的基本功能： (1)芯片工作的允許芯片工作的允許/禁止；禁止； (2)點燈點燈/正常頻率的設定；正常頻率的設定； (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)調光控制。調光控制。 控制信號控制信號 （1）開關控制信號）開關控制信號（ON/OFF)：CPU送過來

11、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)光強度調整可分 為三種：模擬調光、內部數(shù)字調光、外部數(shù)字調光。 (3)(3)智能背光控制：智能背光控制：在此模式下，機器的背光強度不是 由CPU決定的。 模擬調光：CPU送來的直流電平控制驅動芯片輸 出的開關頻率的脈沖占空比，使次級流過CCFL燈 管的交流電流波形幅度發(fā)生變化來調光（電流波形 連續(xù)）。因占空比調整范圍有限，所以調光范圍窄。 內部數(shù)字調光：CPU給出控制的直流電平送到 驅動芯片，驅動芯片內部產生一個1

12、00Hz250Hz 左右的LPWM（工作期內的開關頻率仍然是40KHz 80KHz左右），調整直流電平，可以控制該 LPWM的占空比來調整CCFL燈管電流（電流波形 是不連續(xù)的）。 外部數(shù)字調光：CPU直接產生一個100Hz 250Hz左右的LPWM脈沖波形送到驅動芯片，通過 控制該LPWM脈沖波形的占空比去控制芯片輸出的 開關頻率的間歇頻率的占空比來調整電流。 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PANEL的邏輯板的處理后，送出控制信 號去調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，背光強度也隨之變強。反之亦然。