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通信设备中的显示和照明产品

作者:国际整流器公司  Peter Green  时间:2006-12-18 14:00  来源:本站原创
在过去几年间,由于受到成本、尺寸以及环保要求等影响,LCD显示器已经迅速替代了传统的CRT显示器。它的主要优势在于,其耗电量只有一台同样大小的CRT显示器耗电量的1/3,光亮度更强,无闪烁,完善的平面度,图像清晰,寿命更长(由原来的20000小时增加到50000小时)。
投射显示器对电源的要求很高,它需要一种高亮度的电源即HID短弧灯。此外,小尺寸的LCD液晶显示器被使用在手机和其他类型的手提设备中,如MP3播放器使用了LED显示器或者白光LED显示器。
LCD 面板是由一些电子控制的光阀组成的,这些光阀需要一个背光源来产生一个可见的图像。LCD液晶显示屏幕一般都会选用冷阴极荧光灯(CCFL)来做背光源。
在大多数LCD显示器和电视机中,背光照射由一定数量的水平等间距的冷阴极荧光灯提供,这些冷阴极荧光灯外形是些长长的密封玻璃管,其直径很小。根据屏幕的大小,8个~32个甚至更多的冷阴极荧光灯被采用。有不同长度的灯泡可供选择,以便应用于不同宽度的屏幕。
冷阴极荧光灯灯管每个末端处的电极都被施加高电压,这样可以将灯管里面的气体电离,直至紫外线产生。紫外线可以激发出灯管内部的磷光体涂层,从而产生白光。需要注意的是,所有的灯都必须在同一亮度下进行操作。虽然在冷阴极荧光灯和LCD液晶显示面板之间放置了一台光分散器来帮助背光均匀分布,然而在个别灯之间存在的亮度差异还依然很明显。因此,驱动冷阴极荧光灯的电子镇流器必须包括流经各个灯的电弧电流电路系统。不论利用什么样的光源,背光的均匀分布是该设计应用的首要考虑, 并且也同样适用于各种基于LED的系统中。
冷阴极荧光灯镇流器的设计架构有很多,如Royer(自振荡)、半桥、全桥和推挽。在大多数的应用中,一个稳定的镇流频率是必需的。这是为了在镇流频率和图像扫描频率相近时阻止图形干扰的出现。基于这一原因,设计中一般不采用Royer结构。
全桥架构最适合应用于直流电源电压范围较宽的情况下,因此全桥架构非常适合于笔记本电脑的设计。在笔记本中,其电压变化范围通常在7V(低电池电压)~21V(交流适配器)。推挽结构有时也会被使用,但是,这种架构需要更大的变压器,而且推挽架构的系统效率也低于全桥架构和半桥架构的系统。
半桥架构是所有架构中最佳的选择,因为它只需要2个MOSFET,而且变压器的设计也相对简单。半桥架构同样也更适用于更高的直流电压,这一直流电压可以是高达几百V的前端输入电压。对于液晶电视和显示器来说,成本是最重要的因素,这一架构将会是一个更为节约成本的系统。
半桥冷阴极荧光灯整流器由2个MOSFET组成, 可采用微控制器控制的低压电路来驱动,也可采用所有控制和保护电路的ASIC来实现。冷阴极荧光灯的亮光在背光应用中必须控制在一个较低的水平, 没有任何不稳定或闪烁发生。通过脉冲控制, 在高频率下输出电流,同时以一个更低的频率对灯进行阶段性中断, 这个过程速度很快,以致肉眼完全察觉不到。占空比在0~100%间调节, 以维持一个恒定的脉冲宽度模块化(PWM) 频率。
在每个脉冲到来前,通常采用软启动来延长启动时间,以保证整流器的使用寿命。通过增加半桥电路的上开关工作时间,减小占空比至50%,同时减小下开关的工作时间,占空比保持恒定而无需改变控制频率来实现软启动。这意味着控制输出电流,使灯的调控达到最大工作电流,同时提供短路和超载保护。采用ASIC来控制半桥电路的优点是提供了较好的工作稳定性,而且性能优越。
LCD 显示器的图像质量和视觉表现取决于背光的特性。与冷阴极荧光灯相比,使用一组LED作光源可带来更多的可调性和性能优化。
LED 阵列包括高亮度LED三原色:红色、 绿色和蓝色,三者一起结合产生白光。这样背光的颜色温度可通过调整各自的背光强度来加以控制, 以便满足不同显示的要求。例如, 电视机 相对于计算机来说就需要更黄一些,更暖一些的背光照射, 从而产生更加纯净的白光。
因为LED颜色会随着电流的强弱而变化,因此为了保持颜色的均匀恒定,必须保证电流的精准恒定。这对延长液晶显示器的寿命来说也是非常重要的。即使在冷阴极荧光灯上使用同样的脉冲,光输出也都可能不尽相同。因此,在各个PWM 周期提供一个软启动,对延长显示器使用寿命的效果也是非常明显的。
这种情况下,对拓扑结构的选择主要局限于降压拓扑结构或是反激式结构。降压拓扑结构更加简单而且充足,并不需要进行隔离,而且通常情况下其供给交换器的电压比LED的联合电压最大值还大 。
在这一领域应用中,有各种不同的控制IC可供使用,并提供不同的操作方式。更加简单的方法,是当MOSFET打开并调控电流峰值时,对感应器的电流进行感测。这个方法只需要低压开关,但同样有限制条件。首先,占空比不能超出50%, 即输入电压必须达到LED 输出电压的两倍甚至更多,以便控制回路达到稳定状态。其次,因为这种方法无法对LED的电流进行直接调控,所以就不可避免地出现LED电流的一些变化。 虽然这些不会影响太大,但是还将出现LED电流随温度变化的情况,无论如何,这都是不受欢迎的。
更加精确的电流控制可以通过滞后降压控制IC来实现。这种方法使用IC直接对LED的电流负荷进行感应,并且通过内部浮动高压驱动器对高压MOSFET进行开/关切换。这种方法严格地控制了LED 的电流,调控稳定,电流平稳,规避峰值,形成一个稳定的被严密控制的回路,以补偿各种变异。在这种情况下,频率会自由变化,但是会出现因频率太高而导致干涉难以显示出来的情况。占空比可以在0~100%间变化,因此输入电压仅需要稍高于输出电压即可。■

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