CCFL的设计挑战

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1、CCFL的设计挑战因行动计算机和笔记型计算机的激增，让显示器的需求不断成长。高分辨率和高对比是执行新一代绘图程序的基本要求，但也增加了显示器在性能、大小和效能上的冲突。具有阴极冷光功能的LCD最能满足这样的设计需求，然而传统的技术需要冷光灯和高电压交流电供应，这仍然造成电池电力不足的主因。阴极冷光灯(CCFL)需要1至2KV来激活（fire），此动作国内厂商俗称为「点灯」。因为波形驱动（wavedrive）最好能降低RF的干扰和提高冷光灯的效率，转换器对于效率和体积大小的要求是非常严苛的。这些严苛的条件

2、，需要一个高效率的转换电路和最佳化的电路整合技术才能满足。零电压交换谐振电路利用充电的寄生电容达到高电压，可以降低功率损失，提高效率。这种电路架构可以利用离散电路来控制。最常见的方式是修改Royer振荡器来提供ZVS运作。当这方法第一次被发现是很好的解决方案，并被广泛地使用时，却受到一些限制。高电压DC转换到AC只是LCD的部份需求，此外，平均输出的电流必须能用来控制冷光灯的强度，而且LCD需要一个可编程的低电压，用来调整对比的效果。这些额外的电路，不管是使用离散电路或多颗芯片来实现，都将造成组件数量的

3、增加，严重影响LCD的体积大小和可靠度。同步（synchronization）的要求也同样希望能去除「成拍频率（beatfrequency）」的影响，例如：冷光灯强度的调变（modulation），这将使电路设计更加复杂。成拍频率的意义是：当两不同频率讯号混合时，会产生另两种不同频率，分别为原两频率的和与差。例如在一式中：cosAcosB=cos(A+B)+cos(A-B)／2，原讯号为A与B，生成成拍讯号为A+B与A-B。整合是减少电路的复杂度和体积大小的最好方法。阴极冷光灯的特性对转换器而言，CCF

4、L代表的是一个高非线性负载，如图一所示。一开始当冷光灯是冷却的时候（在一段没有运转的时间内），激活冷光灯的电压是一般的三倍。冷光灯在图一中的特征是，激活电压为1600伏特，一般运作的平均电压是300伏特。请注意，冷光灯在一开始时是正电阻，然后转换为负电阻在1mA之上。这些特性表示它具有高输出阻抗(电流源)，能抑制负的负载电阻效应，且在激活冷光灯时可以限制电流。因为ZVS转换器有一个低输出阻抗，所以必须加入一个额外的「无损失（loseless）」串联阻抗，例如：一个耦合电容。图一：阴极冷光灯的电流是电压函

5、数。纵坐标:2mA/div.横坐标:200V/div在图二中，对CCFL的等效电路做分析。VFL是冷光灯在一般操作下的平均电压。冷光灯的阻抗（RFL）是一个复函数，但在固定电压时，可被视为一个固定的负电阻。杂散电容和互连电容结合在一起成为CFL。图二：CCFL的等效电路ZVS谐振转换器电路在图三中，推挽式电流型转换器在它的谐振频率上被驱动，以提供ZVS作业。推挽输出的MOSFETS（Q1和Q2）各在50﹪的工作周期内，被交替驱动。当V1和V2通过零产生谐振时，电压交替即发生，因此能确保零电压切换。这几乎

6、消除了因充电的MOSFETS输出和离散电容所引起的切换损失，并藉由减少闸电荷降低闸极驱动电压的损失。　图三：推挽式电流型ZVS谐振转换器在推挽单元（stage），电流是透过一个切换式降压转换器（buckregulator）Q3提供。控制电路强迫令横跨于电流感测电阻(R8+R5)与整流器D2上的平均电压等于一个参考电压。R8可以改变电流和冷光灯的亮度。D2所引起的非线性效应是很轻微的，因为RS可针对某一特定的亮度做调整，和实际的电流准位无关。缠绕的电感，LR和CR，结合产生的有效电容C7，和感应产生的次要

7、电容形成「谐振并联电路」或「谐振槽（resonanttank）」。变压器的次级代表一个对称的正弦波，电压变化从大约300V到最大1500V。C6电容提供稳定电流和确保转换器只须面对正阻抗的负载。波形分析仿真的转换器电压和电流波形呈现在图四中。在时间轴t0上，主要电流（I1&I2）已经达到它的最高值，推挽泄极电压（V1&V2）已经谐振至零。主要电压（V3）也同样谐振至零，透过控制电路，切换Q1关闭，而Q2开启。储存在LR的功率也同样是在它的最高点。这功率在t0到t1这段时间内，从LR转换到有效谐振电容CR

8、，导致CR的电压增加。图四：转换器的电压和电流波形在t1的时间点上，LR的功率已经转换到CR，结果零电流通过LR，最大电压存在CR中。从t1到t2的这段时间里，功率从CR转回到LR，当LR的电流增加时，CR的电压下降了。谐振电流在时间t2通过LR，其绝对值等于它在t0时的大小，但极性相反。当MOSFET开启时，由于感应的负载电流的流动，可以察觉到电流振幅会稍微不对称。在V1，V2和V3的电压已经谐振至零，导致控制电路将Q2切换成关闭，Q1为