基于Royer 拓扑的冷阴极荧光灯驱动电路设计

CCFL(冷阴极荧光灯)应用电路用于驱动荧光灯管，驱动电路由DC/DC逆变器(如Royer)或全桥转换器拓扑组成。
CCFL驱动电路采用12V直流电压电源，如果输出功率等于或小于12W，而且每个模块上的灯管数是一支或二支，则成本低廉的Royer拓扑是理想的CCFL驱动解决方案。本文着重讨论Royer拓扑。Royer拓扑由两部分组成，第一部分是一个特殊的降压变换器，它能够把直流输入电压转换成恒流输出。降压变换器由一个P沟道低压MOSFET或PNP功率双极晶体管(ST公司的STS3DPFS30 或 STN790A)、一个续流肖特基二极管(ST公司的1N5821)和一个电感器组成。通过调节电源开关的占空比，这个部分能够控制灯管的亮度；第二部分是一个电流源推挽式转换器，这一部分包括两个共发射极的NPN低压功率双极晶体管(STSA1805)、几个无源器件，如电阻器和电容器以及一个装有三个绕组的特殊变压器。变压器的一次绕组连接双极晶体管的集电极，二次绕组驱动荧光灯管，三次绕组驱动双极晶体管的基极。在输出部分，一个敏感网络负责检测灯管电流，并将信号发送到一个内置TSM108的控制电路，这个控制IC驱动降压转换器的电源开关，它的工作与PWM系统的工作有关。图1 描述了CCFL Royer拓扑的电路示意图。

图1 Royer拓扑的电路示意图

图2 在灯点燃后的T1 等效谐振电路示意图

图3 V1, V1/2, VL1 和 Vdc 的理论波形

图4 敏感电路
变压器工作原理
如图1所示，当Q2导通时，Q3关断；反之亦然。当Q2导通时，电流经过这个管子和相连的半个一次绕组；当Q3导通时，电流经过这个管子和另一半一次绕组。推挽转换器的谐振频率也与变压器一次绕组的电感LT有关，N2(二次绕组的匝数)与N1/2(半个一次绕组的匝数)的比值大约是80~90，而N1/2与N3(三次绕组的匝数)的比值大约是4~5。当施加一个12V的直流电压时，V1/2max电压(一次绕组的中间点与参与端子之间的最大电压)可以写成：

V2max(T1的二次绕组端子之间的最大电压)将是1700V，V3max(T1的三次绕组端子之间的最大电压)大约是6V。变压器在灯管点亮前的工作频率可以写成：

在灯点亮之后，变压器电路等效的电路示意图如图2所示。其中K是 N2与 N1/2的比值。
在灯管点亮后，如果Rlamp/k2忽略不计，工作频率可以写成：

降压转换器的电特性
及电感设计
电感端子上的电压是当Q1导通时Vdc与V1/2之间的电压差；当Q1关断而D1导通时，L1端子上的电压等于V1/2。
从敏感网络传到降压变换器输出端的电能与Q1的占空比有关(见图3)。假设系统效率为100%，A1区必须等于A2区。
A1为:
而 A2为:
所以， V1/2max可以写成:
Vdc
Q2和Q3的集电极到发射极的最大电压将是V1/2max电压的两倍。
纹波电流：Imax-Iavg=Iavg-Imin=艻，其中，Iavg是平均电流。
在稳态期间，VL1的平均值等于零，所以：A+D=B+C，其中：A=B=C=D。
在确定了最大纹波电流(艻max)后，满足设计规格的L1的最小值可以写成：

其中：

敏感网络与PWM工作
如图4所示，在电流i2的正半弦波期间，电流通过R9电阻。R9端子上的电压启动D2’和敏感网络 C11-R8-P-R7-C8；在i2负半弦波期间，电流通过D2’’，应用效率提高。在电流i2正半弦波期间，C11被充电，并将端子上的电压保持恒定，最后在R8-P-R7网络上放电。AMP1的反相输入端的电压固定在2.52V，它还会将非反相输入端固定在同一电压水平上。当输出功率提高时，电流i2也会增强，而非反相输入端的电压将会超过2.52V，如果出现这种情况，AMP1输出和TSM108会立即调整Q1的占空比，以限制输出功率，将非反相输入端的电压降低到2.52V。通过调节变光器P，可以提高/降低灯的亮度。AMP1输出信号是AMP3的反相输入，这种信号好像是AMP4产生的齿状信号，齿状信号的频率由电容器C14来确定。