大型LCD背光照明系统设计

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  • 摘要:LCD (液晶显示器)是电控发光管,LCD TV (液晶显示电视)采用白光作为“背光”,通常使用冷阴极荧光灯(CCFL)为彩色荧光屏照明。其它技术,如:发光二极管(LED), 也作为一种考虑方案, 但昂贵的价格限制了它们的使用。

    本文聚焦于驱动和控制多个CCFL,来为大型LCD面板(如LCD电视)提供背光照明时所要面临的设计挑战。
     

    设计挑战

    由于LCD电视是消费品,压倒一切的设计考虑是成本—当然必须满足最低限度的性能要求。驱动灯的CCFL逆变器不能明显缩短灯的寿命。还有,由于要用高压来驱动灯,安全性也是一个必须考虑的因素。本文聚焦于LCD电视应用中,驱动多个CCFL时所要面对的三个关键的设计挑战:挑选最佳的驱动架构、多灯驱动、以及灯频和突发调光频率的精密度控制。

    挑选最佳的驱动架构

    可以用多种架构产生驱动CCFL所需的交流波形,包括Royer (自激)、半桥、全桥和推挽。表1详细归纳了这四种架构各自的优缺点。

    表1. CCFL驱动架构比较

    Drive Architecture Advantages Disadvantages
    Royer
    • Least expensive
    • Cannot tightly control the lamp current or frequency
    • Requires tight DC-supply regulation
    • Requires a special transformer winding
    • Requires a ballst capacitor
    • Low efficiency
    Full Bridge
    • Does not require a center-tapped transformer
    • Works over a wide DC-supply range (greater than 3:1)
    • Requires four MOSFETs
    • May require p-channel MOSFETs, which are higher cost and less efficient
    Half Bridge
    • Requires only two MOSFETs
    • May require p-channel MOSFETs, which are higher cost and less efficient
    • Requires a higher turns ratio transformer, which increases cost
    Push-Pull
    • Requires only two n-channel MOSFETs, which are lower in cost and more highly efficient than p-channel MOSFETs
    • Easily scales to higher DC supply voltages (up to 120V)
    • Low transformer turns ratio
    • Lower efficiency when the DC supply goes beyond a 2:1 range

     

    Royer架构

    Royer架构(图1)的最佳应用是在不需要严格控制灯频和亮度的设计中。由于Royer架构是自激式设计,受元件参数偏差的影响,很难严格控制灯频和灯电流,而这两者都会直接影响灯的亮度。正因为此,Royer架构很少被用于LCD电视,尽管它是本文所述四种架构中最廉价的。

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