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采用全桥解决方案实现冷阴极荧光灯驱动

发布时间:2020-06-30 19:49:50 阅读: 来源:剪切机厂家

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C18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。

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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。

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