采用全桥解决方案实现冷阴极荧光灯驱动

时间：2013-01-01 20:07:37

关键字：全桥冷阴极荧光灯方案驱动

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[导读]今天，冷阴极荧光灯CCFL被用于各种应用，如笔记本电脑、显示器、电视等各种应用，它们的功能是给显示器提供背光，以及调节显示器的亮度。　　CCFL 应用电路可以驱动匹配的荧光灯，在基于全桥转换器或ROYER拓扑的交

今天，冷阴极荧光灯CCFL被用于各种应用，如笔记本电脑、显示器、电视等各种应用，它们的功能是给显示器提供背光，以及调节显示器的亮度。
　　CCFL 应用电路可以驱动匹配的荧光灯，在基于全桥转换器或ROYER拓扑的交流直流逆向转换器内能够见到这种应用。
　　灯管的数量可以是1、2、4或6支，输出功率范围是2W到24W。交直流逆向转换器能够把输入的直流低电压转换成交流高压输出，以驱动荧光灯。CCFL的电源电压通常是12V直流电压，但是在全桥解决方案中，电压范围可以是8V~24V。
　　以电压源配置的全桥解决方案基本上是由四个位于桥内的功率MOSFET晶体管组成，上桥臂晶体管是P沟道型晶体管，而位于下桥臂的MOSFET是N沟道型晶体管。一般情况下，同一个封装集成一对互补性功率MOSFET晶体管（位于同一列的N型和P型晶体管）。图1所示是一个含有这些元件的典型的应用电路示意图。
　　从图1中不难看出，CCFL应用电路包括功率MOSFET晶体管桥（由U1和U2元件组成）、T1变压器（提高从一次侧到二次侧的输入交流电压）、输出电路（由一个6W灯管和一个串联电容C4组成）和反馈电路（由R4电阻和C1

8电容组成）。此外，图1还描述了CCFL驱动器和驱动器工作所需的电路。Vdd 和GND是驱动器的供给端，P1、P2、N1和N2是功率晶体管的栅极控制器。在突发模式部分，调光器（dimmer）是连接外部微调电容器的端子。通过产生恒定的基准电压，微调电容器可以调节荧光灯的亮度，同时，连接Cosc引脚的电容器产生一个低频固定的锯齿信号。输出突发模式端子连接FB引脚，连接软启动端子的电容器用于调整变压器二次侧绕组电压，以便使灯管软启动，同时，连接在点火时间端子的电容器用于确定灯管的导通时间。在据齿信号形电路部分，C32和R32分别是用于确定灯的频率和功率MOSFET晶体管开关频率的电容器和电阻器。在灯启动期间，R33电阻器开始动作，提高灯的频率和晶体管的开关频率，以升高灯管的端子之间的电压，直到灯管开始点火为止。输入允许（input enable）端子通过电阻R12和电容C21连接到小信号晶体管；Q4驱动 Q3的基极，这个系统作用于输入允许（input enable）端子，使得这个应用可以启用或禁用。最后，过压保护端子通过C17、R11和D2连接到C5~C6电容隔离系统，这个系统可以监视二次绕组电压，如果电压高于基准值，这个系统就会将过压降低。简单框图见图2。

　　全桥拓扑：相移控制器介绍
　　图 3 首先帮助我们了解了一个典型的全桥拓扑的工作原理，然后是相移控制器模式的工作过程。
　　在图3中，为了简便我们的研究，全桥内的功率MOSFET管都分别被视为开关S1、S2、S3和S4，开关S2和S3都位于上桥臂，S1和S4都位于下桥臂。位于同一列的开关(S1和S3，S2和S4) 不能同时接通，以防止短路情况发生；在相移控制操作模式下，位于同一列的开关可以同时开或关。针对荧光灯和变压器的等效电路，图3还描述了CCFL应用中的全桥逆变器的典型负载。在图3所示的情况中，S2和S1是通态，而S3和S4是断态，因此，电流经过相同的开关和负载；然后，S2和S1关断， S3和 S4 导通，电流改变方向，见图4

　　针对全桥逆变器的典型工作模式，我们在图5中给出了相应的等效电路，其中，输入信号是一个方波信号（K是变压器的匝比，Lm是变压器一次侧固有电感，Rlamp是灯管通态时的电阻。）
　　在一个全桥逆变器的典型工作模式下，电路中的电流只与输出负载有关，不能进行亮度控制操作。而且，传入灯管的功率达到最大值。
　　为了在一个采用全桥拓扑的CFFL应用中进行灯的亮度控制，必须采用相移控制系统(见图5)。
　　在一个全桥逆变器的典型工作模式下，只能进行第1阶段和第3阶段；然而在相移控制模式下，还能进行第2阶段和第4阶段。在第2阶段和第4阶段时，负载的端子短路，没有功率从网络流入灯管；在第4阶段时，电流连续流经负载和S1、S4开关，或者在第2阶段时，电流连续流经负载和S2、S3开关。第1阶段和第3阶段的时长相同，第2阶段和第4阶段的时长相同。这四个阶段的时长总合等于输入信号的时长，当第2阶段和第4阶段的时长增加时，第1阶段和第3阶段的时长也会增加，结果，灯管的功率和亮度也会增强。如果第1阶段和第3阶段的时长等于零，没有功率从网络流入灯管，灯管关断。针对相移控制系统，我们在图6中给出了相应的等效电路，其中，输入信号是一个特殊的方波信号。

　　“ton-t step1” 是第1阶段的时长， “ton-t step3” 是第3阶段的时长， “toff-t step 2” 是第2阶段的时长， “toff-t step 4” 是第4阶段的时长; T 是信号的时长。在第1阶段和第3阶段时，网络给负载供电，这两个阶段的时间叫做ton。在第2和第4阶段，网络没有给负载供电，这两个阶段的时间叫做 toff.； d 是工作比，它用ton占T的百分比表示。提高第1阶段和第3阶段的时长，d的百分比也随着提高，反之亦然。

　　只有参考图7和图8，才能理解这个系统为什么叫做相移控制。
　　图7标出了一个全桥逆变器的典型工作模式，在这种情况下，只进行第1和第3阶段操作。当S1关断时，S2也关断，而S3和S4导通，因为它们的漏源极的电压为零；S1和S2的漏源极的电压为12V网络电压。针对通态S1和S2的时长，可以做出相同的考虑。
　　为了实现相移控制系统，S1和S3的相位都是固定的，S2和S4的相位发生变化，如图8所示，在两个串联开关之间，相位转换是固定的，具体变化跟灯亮度有关。