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(xì)、壽命長、光效高；且不受啟動(dòng) 次數(shù)的影響等優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)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(dòng)燈管 。 電源逆變器的功能即是將直流電源電壓變成驅(qū)動(dòng)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(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(shí)，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(shí)物圖背光燈管實(shí)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(gè)滿足CCFL崩潰前后的電壓與頻率曲線。 高阻抗時(shí)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(diǎn)燈曲線 工作曲線 正常工作時(shí)燈管 電壓波形 啟動(dòng)（點(diǎn)燈）啟動(dòng)（點(diǎn)燈） 電壓電壓 正常工作時(shí)的正常工作時(shí)的 電壓電壓 工作電壓作電壓 : 正常時(shí)正常時(shí) 600800V ； 啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)時(shí) 15001800V. 工作電流：工作電流：59mA 啟動(dòng)（點(diǎn)燈）電壓啟動(dòng)（點(diǎn)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(yīng)小 于9mA，需有過流保護(hù)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(qū)動(dòng)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（ PU

5、SH-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（ 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(diǎn)：缺點(diǎn)：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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，變壓器無中心抽頭。 w缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：如果芯片沒有高壓驅(qū)動(dòng)，需要用到p溝道MOSFET。 (

6、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(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用電壓范圍寬，變壓器無中心抽頭。 w缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：成本較高，需要用到4個(gè)MOSFET。如果芯片沒有高壓驅(qū) 動(dòng)，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(diǎn)： （1）電源電壓不是正弦波，而是交流方波，初級(jí)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(dá)幾十 萬赫茲。在確定磁心材料及損耗時(shí)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(qū)動(dòng)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(dòng)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(lì) 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(shí)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(lì)磁電感 。勵(lì)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(chǔ)的能 量。存儲(chǔ)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

8、。在實(shí)際變壓器中，如果初級(jí)與次級(jí)之間、匝與匝之間、層與層之間磁通沒 有完全耦合，就會(huì)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(chǔ)的能量 。 Cdp、Cds表示分布電容。在實(shí)際變壓器的繞組中存在著分布電容，尤其存在于線圈導(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(jí)繞組的內(nèi)阻。 說明：由于分布參數(shù)的存在，在上升沿時(shí)具有上沖，在下 降沿時(shí)存在下沖。互感和漏感能量在開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬時(shí)引起電 壓尖峰，造成損耗增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成開關(guān)管損壞，同時(shí) 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(shí)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(yùn)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(shí)例分析實(shí)例分析 說明：Cc表示初級(jí)的等效電容； Cp表示次級(jí)的等效電容； L11、 L12表示初、次級(jí)的漏感； Lm表示勵(lì)磁電感 等效變換圖等效變換圖 注：（1）L1表示初級(jí)漏感（L11)與次級(jí)漏感(L12)的等效電感。 （2）L1與Cp組成并聯(lián)諧振電路，達(dá)到了升壓的目的。 （3）負(fù)載上

10、得到正弦波驅(qū)動(dòng)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(lì)信號(hào)的能量，即可控制負(fù)載電流。 （6）不同型號(hào)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(lì)電壓 驅(qū)動(dòng)控制芯片驅(qū)動(dòng)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(diǎn)燈點(diǎn)燈/正常頻率的設(shè)定；正常頻率的設(shè)定； (3)異常保護(hù)：異常保護(hù)：開燈保護(hù)開燈保護(hù)OLP/過壓保護(hù)過壓保護(hù)OVP/ 過流保護(hù)過流保護(hù)OCP; (4)調(diào)光控制。調(diào)光控制。 控制信號(hào)控制信號(hào) （1）開關(guān)控制信號(hào)）開關(guān)控制信號(hào)（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(qiáng)度。背光燈的發(fā)光強(qiáng)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(jī)器的背光強(qiáng)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(dòng)芯片輸 出的開關(guān)頻率的脈沖占空比，使次級(jí)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(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)1

12、00Hz250Hz 左右的LPWM（工作期內(nèi)的開關(guān)頻率仍然是40KHz 80KHz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(gè)100Hz 250Hz左右的LPWM脈沖波形送到驅(qū)動(dòng)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(qiáng)度控制智能背光強(qiáng)度控制 示意圖：示意圖： 光線強(qiáng)度檢測光線強(qiáng)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(hào)信號(hào) 若機(jī)器調(diào)整在智能背光模式下，在環(huán)境的光照強(qiáng)度 發(fā)生變化時(shí)，光線強(qiáng)度檢測器件會(huì)隨其變化而自動(dòng)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(hào)去調(diào)整逆變器輸出背光燈管的電流強(qiáng)度。在環(huán)境光線強(qiáng)度 變強(qiáng)時(shí)，背光強(qiáng)度也隨之變強(qiáng)。反之亦然。