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单片机CCFL控制器改善大屏幕LCD

发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:423

        

    

    

    虽然lcd背光有多种方式,例如led、el、ccfl等,但对于大尺寸lcd屏来说,由于ccfl发光效率高而成为主流背光光源。传统的lcd屏主要用于笔记本电脑或台式电脑,背光组件在有一定亮度的前提下,还要尺寸小和重量轻等,大多采用侧面背光方式(ccfl灯管安装在屏的二边或四周,通过导光板将光漫射到整个屏幕后面);而lcd tv特别是大尺寸lcd tv,由于对显示亮度(450cd/m2)、视角广角(170°)、图像对比度(500:1)等有更高的要求,因而需要采用光源利用率更高的垂直背光技术。

    1 垂直背光

    

    

    

    垂直背光,顾名思义,是将ccfl灯管直接安装在lcd屏后面,并利用全反射膜将发散到其他方向的光线反射到屏幕发光面,以提高光源到利用率。虽然垂直背光解决了大屏幕lcd tv的亮度、视角广度等问题,但由于主要是靠增加灯管数目实现的,灯管数目从几只到几十只不等,因而存在以下问题:

    (1)均匀度较低,这主要是因为灯管数目较多所致,结果使屏幕出现明暗条纹,如果各灯管亮度不一致,现象更明显。

    (2)屏幕色差,灯管数目多虽然提升了亮度和辉度,但也使背光组件的发热量增大,而液晶分子由于对温度敏感度高,易造成高温下屏幕色彩异常;除此之外,ccfl灯管本身在高温下的寿命也会缩短。

    有鉴于此,设计ccfl逆变电源时需要仔细控制每只灯管的电流,以保证亮度一致,在灯管确定的情况下尽量提高逆变电源的转换效率以减小发热量。

    

    

    

    2 多路ccfl控制器

    为了降低成本,一些ccfl逆变电源采用图1所示的方案。它对于灯管数目较少且采用侧面背光方式的小屏幕lcd不失为一种低成本、小尺寸优选方案,通过导光极的漫射作用可消除灯管亮度不一致的缺陷,由于灯管少(2~4只),全桥电路中流过mosfet的电流也不太大,对变换器效率影响也小。

    对于大尺寸lcd tv,为了增加亮度,提高对比度,灯管数量大大增加,有时可能达到30多只,如果采用上述电路,每只灯管的亮度难以通过外部参数控制,会出现严重的条纹干扰现象。不仅如此,由于此时桥路电流很大,将使导通损耗(i2×ron)随着灯管数量而急剧增大,比如16只灯管的导通损耗将是2只灯管的64倍;灯管为32只时,其损耗将为2只灯管的256倍,为单只灯管的1024倍,导致严重的发现现象,使背光组件的温度急剧上升,会引起lcd色彩异常,还会导致ccfl灯管寿命缩短。当然可以采用多个1拖2或1拖4的方案来大大减轻发热量,但条纹干扰仍然存在,而且由于每个电源模块的差异,还将引入块状干扰。

    3 单片多路ccfl控制器

    针对上述问题,dallas/maxim公司推出了ds3998型高密度单片ccfl控制器,它集成了8个ccfl控制器,分别对8只ccfl灯管的电流进行监控,使8只灯管的电流基本一致,从而实现亮度均匀控制,消除屏幕条纹现象。如图2所示,由于每只灯管有独立的驱动和控制回路,从而避免了图1所示电路因其中一只发生故障而导致多只灯管不亮,便于快速维修;另外,由于每个推挽电路仅驱动一只灯管,流过的电流小,mosfet的导通损耗很小,也避免了发热问题,而成本仅稍微增加(一对小功率mosfet)。ds3998不仅很好地解决了背光源亮度的均匀性和发热问题,还带来以下额外好处:

    (1)通道相位控制技术降低ac/dc的电流冲击

     与图1所示方案或多个独立控制的逆变电源不同,集成了通道相位控制功能,如图3所示,每个通道的mosfet栅极导通时间在8个通道间平均分配,降低了冲击电流并简化了ac/dc的设计要求,减小发热元件的散热面积,缩小体积,降低电源成本。

    

    

    

    (2)e2prom寄存器与2线串行接口

    ds3988采用标准的2线串行接口与片内的e2prom配置寄存器及用户存储区进行通信。配置寄存器包括4个软启动特片寄存器与2个控制寄存器(cr1/2),使用户可以自定义ds3988的参数,如软启动斜率、灯管与调光频率源、故障监测选项及通道使能/禁用。8字节非易失的用户存储区用来存储产品数据,如日期

        

    

    

    虽然lcd背光有多种方式,例如led、el、ccfl等,但对于大尺寸lcd屏来说,由于ccfl发光效率高而成为主流背光光源。传统的lcd屏主要用于笔记本电脑或台式电脑,背光组件在有一定亮度的前提下,还要尺寸小和重量轻等,大多采用侧面背光方式(ccfl灯管安装在屏的二边或四周,通过导光板将光漫射到整个屏幕后面);而lcd tv特别是大尺寸lcd tv,由于对显示亮度(450cd/m2)、视角广角(170°)、图像对比度(500:1)等有更高的要求,因而需要采用光源利用率更高的垂直背光技术。

    1 垂直背光

    

    

    

    垂直背光,顾名思义,是将ccfl灯管直接安装在lcd屏后面,并利用全反射膜将发散到其他方向的光线反射到屏幕发光面,以提高光源到利用率。虽然垂直背光解决了大屏幕lcd tv的亮度、视角广度等问题,但由于主要是靠增加灯管数目实现的,灯管数目从几只到几十只不等,因而存在以下问题:

    (1)均匀度较低,这主要是因为灯管数目较多所致,结果使屏幕出现明暗条纹,如果各灯管亮度不一致,现象更明显。

    (2)屏幕色差,灯管数目多虽然提升了亮度和辉度,但也使背光组件的发热量增大,而液晶分子由于对温度敏感度高,易造成高温下屏幕色彩异常;除此之外,ccfl灯管本身在高温下的寿命也会缩短。

    有鉴于此,设计ccfl逆变电源时需要仔细控制每只灯管的电流,以保证亮度一致,在灯管确定的情况下尽量提高逆变电源的转换效率以减小发热量。

    

    

    

    2 多路ccfl控制器

    为了降低成本,一些ccfl逆变电源采用图1所示的方案。它对于灯管数目较少且采用侧面背光方式的小屏幕lcd不失为一种低成本、小尺寸优选方案,通过导光极的漫射作用可消除灯管亮度不一致的缺陷,由于灯管少(2~4只),全桥电路中流过mosfet的电流也不太大,对变换器效率影响也小。

    对于大尺寸lcd tv,为了增加亮度,提高对比度,灯管数量大大增加,有时可能达到30多只,如果采用上述电路,每只灯管的亮度难以通过外部参数控制,会出现严重的条纹干扰现象。不仅如此,由于此时桥路电流很大,将使导通损耗(i2×ron)随着灯管数量而急剧增大,比如16只灯管的导通损耗将是2只灯管的64倍;灯管为32只时,其损耗将为2只灯管的256倍,为单只灯管的1024倍,导致严重的发现现象,使背光组件的温度急剧上升,会引起lcd色彩异常,还会导致ccfl灯管寿命缩短。当然可以采用多个1拖2或1拖4的方案来大大减轻发热量,但条纹干扰仍然存在,而且由于每个电源模块的差异,还将引入块状干扰。

    3 单片多路ccfl控制器

    针对上述问题,dallas/maxim公司推出了ds3998型高密度单片ccfl控制器,它集成了8个ccfl控制器,分别对8只ccfl灯管的电流进行监控,使8只灯管的电流基本一致,从而实现亮度均匀控制,消除屏幕条纹现象。如图2所示,由于每只灯管有独立的驱动和控制回路,从而避免了图1所示电路因其中一只发生故障而导致多只灯管不亮,便于快速维修;另外,由于每个推挽电路仅驱动一只灯管,流过的电流小,mosfet的导通损耗很小,也避免了发热问题,而成本仅稍微增加(一对小功率mosfet)。ds3998不仅很好地解决了背光源亮度的均匀性和发热问题,还带来以下额外好处:

    (1)通道相位控制技术降低ac/dc的电流冲击

     与图1所示方案或多个独立控制的逆变电源不同,集成了通道相位控制功能,如图3所示,每个通道的mosfet栅极导通时间在8个通道间平均分配,降低了冲击电流并简化了ac/dc的设计要求,减小发热元件的散热面积,缩小体积,降低电源成本。

    

    

    

    (2)e2prom寄存器与2线串行接口

    ds3988采用标准的2线串行接口与片内的e2prom配置寄存器及用户存储区进行通信。配置寄存器包括4个软启动特片寄存器与2个控制寄存器(cr1/2),使用户可以自定义ds3988的参数,如软启动斜率、灯管与调光频率源、故障监测选项及通道使能/禁用。8字节非易失的用户存储区用来存储产品数据,如日期

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