顯示屏用冷陰極熒光燈鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)器UBA2070及其... -

1、顯示屏用冷陰極熒光燈鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)器UBA2070及其應(yīng)用毛興武1，馬存云2(1.臨沂市電子研究所，山東臨沂276004)（2.臨沂師范學(xué)院物理與電子科學(xué)系，山東臨沂276003）1引言在最近10年中，光電顯示技術(shù)迅猛發(fā)展。由于冷陰極熒光燈（CCFL）的亮度高，顯色性好，無(wú)閃爍，功耗低，故在各種顯示屏背景照明中仍占重要地位。與普通熒光燈電子鎮(zhèn)流器一樣，CCFL電子鎮(zhèn)流器也分直流和交流兩種。前者可采用低壓直流供電，再經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為600V1500V的高頻（如30kHz45kHz）電源。CCFL交流電子鎮(zhèn)流器需要進(jìn)行ACDC和DCAC變換，其設(shè)計(jì)方案及電路結(jié)構(gòu)與熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器基本相同。飛利浦半導(dǎo)

2、體公司推出的UBA2070單片IC，是專門為CCFL交流鎮(zhèn)流器而設(shè)計(jì)的一種驅(qū)動(dòng)器。2UBA2070的電路結(jié)構(gòu)及其主要特點(diǎn)UBA2070采用16腳DIP型或16腳SO型封裝，引腳排列如圖1所示。UBA2070采用650V雙極CMOSDMOS(BCD)功率邏輯工藝制作，在芯片上集成了電壓控制振蕩器（VCO）、點(diǎn)火定時(shí)器、控制邏輯、高端和低端驅(qū)動(dòng)器、燈電壓和燈電流傳感器及保護(hù)電路等，具體組成框圖如圖2所示。UBA2070的引腳功能如表1所列。UBA2070的主要特點(diǎn)如下：（1）高端電源電壓（VHS）值高達(dá)600V，允許在高達(dá)277V（RMS）的AC線路電壓上操作；  圖1 16腳DIP型封

3、裝的引腳排列 圖2UBA2070電路結(jié)構(gòu)框圖表1UBA2070的引腳功能簡(jiǎn)介引腳號(hào) 符號(hào) 功能 引腳號(hào) 符號(hào) 功能 1 CT 點(diǎn)火定時(shí)器輸出 9 FVDD 高端開關(guān)懸浮電源 2 CSW VCO輸入 10 GH 高端柵極開關(guān)輸出 3 CF 振蕩器輸出 11 SH 高端開關(guān)源極 4 IREF 內(nèi)部參考電流輸入 12 ACM 電容性模式輸出 5 GND 地 13 LVS 燈電壓感測(cè)輸入 6 GL 低端開關(guān)柵極驅(qū)動(dòng)器輸出 14 VREF 參考電壓輸出 7 VDD 低壓電源電壓施加端 15 CS 平均電流傳感器正輸入 8 n.c. 不連接 16 CS 平均電流傳感器負(fù)輸入 （2）VCO控制電壓

4、為3.0±0.3V，半橋輸出頻率（典型值）范圍從40.5kHz到100kHz，振蕩器啟動(dòng)和停止電壓分別為13V（典型值）和9.1V（典型值），帶3.9V啟動(dòng)/停止電壓滯后（啟動(dòng)時(shí)VDD腳的電流約為170A）；（3）內(nèi)置點(diǎn)火定時(shí)器，用于決定燈的最大引燃時(shí)間；（4）利用自適應(yīng)非交迭電路實(shí)現(xiàn)非交迭（non-overlap）時(shí)間控制，最大非交迭時(shí)間在內(nèi)部限定在半橋周期時(shí)間的25；（5）內(nèi)置燈電壓監(jiān)視和燈電流控制與檢測(cè)電路，提供燈失效、燈脫離和電容性模式等保護(hù)功能；（6）內(nèi)置由二極管和MOSFET開關(guān)組成的自舉電路和高壓電平移位電路；（7）參考電壓VREF=（2.95±0.09）V，

5、參考電流IREF=65A95A，輸出驅(qū)動(dòng)器源/阱（source/sink）電流為180mA/300mA。3應(yīng)用電路及工作原理3.1應(yīng)用電路用UBA2070作為驅(qū)動(dòng)器的CCFL鎮(zhèn)流器電路如圖3所示。在圖3所示的應(yīng)用電路中，300V的DC高壓可以從AC線路經(jīng)全波整流和鋁高壓電解電容器濾波獲得。UBA2070的腳10（GH）和腳6（GL）的高端和低端驅(qū)動(dòng)器輸出，分別驅(qū)動(dòng)半橋拓?fù)渲械墓β书_關(guān)Ths和Tls。半橋逆變器輸出經(jīng)過(guò)升壓變壓器，為通過(guò)電容耦合的并聯(lián)于變壓器次級(jí)的兩支CCFL提供高頻電流。3.2工作原理下面介紹UBA2070的功能及其應(yīng)用電路的工作原理。  圖3BUA2070典型應(yīng)用電

6、路 圖4振蕩器和驅(qū)動(dòng)器相關(guān)波形 圖5正常情況下的引燃特性3.2.1電路啟動(dòng)與振蕩通電后，流經(jīng)電阻器RVDD的電流對(duì)電容器CVDD充電。當(dāng)CVDD上的電壓達(dá)到大約13V時(shí)，UBA2070內(nèi)的VCO則開始振蕩。VCO的振蕩頻率由IC的腳3外部的接地電容CCF、參考電阻Rref和腳2（CSW）上的電壓決定。在IC的腳3（CF）上產(chǎn)生鋸齒波電壓，其頻率為半橋頻率的2倍。IC的腳10（GH）和腳6（GL）上的輸出驅(qū)動(dòng)高端MOSFET（Tsh）和低端MOSFET（Tls）交替導(dǎo)通，并帶50的占空因數(shù)。振蕩器信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)的相關(guān)波形如圖4所示。在圖4中，CF、GL和VACM分別是腳CF

7、、腳GL和腳ACM上的電壓，GHSH為腳GH與腳SH之間的電壓。當(dāng)振蕩器開始振蕩時(shí)的頻率最高（fmax）在第一個(gè)開關(guān)期之內(nèi)，低端開關(guān)Tls導(dǎo)通，IC的自舉電路對(duì)自舉電容器Cboot充電。半橋輸出高頻信號(hào)的一部分經(jīng)電容器CBR1和二極管DVDD整流、電容器CVDD濾流饋送到IC的腳VDD，為IC啟動(dòng)之后提供工作條件。 UBA2070內(nèi)置自適應(yīng)非交迭電路，利用半橋輸出電壓的斜率和橫跨電阻器RACM兩端電壓的檢測(cè)來(lái)確定非交迭時(shí)間（參見圖5）。最大的非交迭時(shí)間約被固定在橋路周期時(shí)間的25上（約6.7s）。3.2.2點(diǎn)火與燃點(diǎn)在電路啟動(dòng)后，由于IC內(nèi)部的一個(gè)固定電流對(duì)腳2外部的電容器CCSW充電，輸出頻

8、率將降低。當(dāng)頻率接過(guò)近電路的諧振頻率時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)高電壓，施加到燈管兩端使燈引燃，進(jìn)入正常燃點(diǎn)階段。燈電壓被采樣后，通過(guò)二極管（DLVS1）整流和電容器（CLVS2）濾波，經(jīng)IC的腳1被內(nèi)部的燈電壓傳感器監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)的燈點(diǎn)火電壓在VLVS（fail）電平（約1.25V）以上。只要燈電壓使IC的腳13（LVS）上的電壓超過(guò)VLVS（fail），IC內(nèi)的引燃定時(shí)器被啟動(dòng)。燈啟動(dòng)（點(diǎn)火）時(shí)間被限定在IC的引腳1（CT）上的一個(gè)脈沖之內(nèi)，只要燈電壓超過(guò)點(diǎn)火門限，定時(shí)器電路則開始工作，點(diǎn)火時(shí)間約257ms。當(dāng)定時(shí)器不工作時(shí)，IC的腳CT上的電容器CCT通過(guò)1mA的電流放電到0V。 圖6引燃期間故

9、障模式下相關(guān)波形 圖7燃點(diǎn)期間故障模式下的相關(guān)波形示意圖VLVS（max）約為1.76V。如果燈電壓不能使IC的腳LVS上的電壓超過(guò)1.76V，IC的腳CSW上的電壓將增加到鉗位電壓電平（3.1±0.3）V，并導(dǎo)致VCO的頻率降至最小值。一旦頻率達(dá)到最小值，燈則完成點(diǎn)火，并進(jìn)入燃點(diǎn)狀態(tài)。在正常燃點(diǎn)狀態(tài)下，IC內(nèi)部的平均電流傳感器（ACS）電路被觸發(fā)。只要電流感測(cè)電阻器Rsense兩端的平均電壓達(dá)到IC的腳CS上的參考電平（最大值限制在5V），ACS電路將執(zhí)行燈電流控制職能。流經(jīng)Rsense的平均電流將傳輸一個(gè)電壓到VCO，VCO通過(guò)頻率調(diào)節(jié)從而控制燈電流。3.2.3燈故障保

10、護(hù)（1）燈點(diǎn)火失敗如果燈未能被啟動(dòng)引燃，IC的腳LVS上的感測(cè)電壓電平升高，并被調(diào)節(jié)在VLVS（max）電平上。在腳LVS上，電壓超過(guò)VLVS（fail）電平時(shí)，點(diǎn)火定時(shí)器啟動(dòng)。如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)燈未能被引燃，電路停止振蕩，并進(jìn)入功率速降模式，半橋中的兩個(gè)開關(guān)（Ths和Tls）均截止，IC的腳LVS上的電壓降為0V，如圖6所示。在功率下降狀態(tài)下，VDD被內(nèi)部鉗位在11V。當(dāng)電源電壓VDD降低到復(fù)位電奪VDD（reset）(5.5V)以下時(shí)，則電路從功率下降模式解除。（2）燈在點(diǎn)燃期間失效如果CCFL在正常運(yùn)行期間出現(xiàn)故障，燈電壓將升高，腳LVS上的電壓會(huì)超過(guò)VLVS(fail)電平，從而迫使電

11、路重新進(jìn)入點(diǎn)火狀態(tài)，試圖對(duì)燈再次進(jìn)行啟動(dòng)引燃。如果燈仍未被引燃，在點(diǎn)火時(shí)間結(jié)束時(shí)，電路迅速進(jìn)入功率下降模式，如圖7所示。在功率下降模式下，半橋中的高端開關(guān)Ths和低端開關(guān)Tls均截止。在燈點(diǎn)燃過(guò)程中，若燈管脫落，與燈失效情況相同。（4）電容性模式保護(hù)UBA2070的腳ACM外部與地之間連接的電阻器RACM兩端的電壓信號(hào)，同時(shí)也給出有關(guān)半橋開關(guān)性能信息。如果在非交迭時(shí)間內(nèi)在RACM上的電壓不超過(guò)VCMD電平（參見圖5），電容性模式檢測(cè)（CMD）電路將進(jìn)入電容性模式操作，使頻率直接升高到fmax。在此過(guò)程中，直到IC的腳CSW上電壓放電到0V之前，頻率特性將消除VCSW的影響。在腳ACM內(nèi)部的一個(gè)3