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电压驱动方案的选择

发布时间:2013/11/16 15:44:33 访问次数:727

     此显示屏驱动的一个麻烦之处在于如何提供各种驱动电压,CA3140EZ且又需要保持制作的小巧与低成本。通常情况下,对直流VFD显示屏,会选择使用更适合驱动的正压方案,且正压的生成也更容易。通常典型的2002显示屏的商业驱动方案是采用自激型高频变压器来生成各组驱动电压,配合使用NEC D16314等专用驱动芯片进行驱动。
    在业余条件下,如果采用这一方案,存在以下几个问题不容易解决:
    首先是NEC D16314价格较贵,即使选择价格稍低的PT6314兼容型芯片,价格也不低,同时在业余条件下采购此类非通用芯片,往往需要一个最小定货量,如果数量未达一定数目,则会按照样片的价格进行计算,将大大增加成本,
    其次是此类型专用驱动芯片引脚过多,间距过于密集,对PCB制造工艺也提出要求,增加了PCB制作成本,同时业余焊接这样的密集引脚电路也存在一定的困难。
    最后一个问题就是自激型变压器的绕制比较麻烦,业余制作毕竟比不了工业化生产,相关测试仪器设备不可能完全齐备,这种变压器也无法直接采购到定制好的成品,在制作调试过程中会存在很多的困难。
    综台以上分析及手头已有的零件,笔者最后确定采用的方案是使用传统的STF16360型VFD负压驱动芯片配合小型高频变压器设计驱动电路。
    从基本引脚情况来看,IOR-20T205显示屏总共包含20个栅极加80个阳极,即总共需要驱动100只引脚,而一片STF16360最多只能够驱动36个引脚,所以为了驱动此VFD屏,需要使用3片STF16360进行串联驱动。由于STF16360是通用芯片,易购买,且价格低廉,所以即使需要使用多片级联驱动,但总成本还不到专用驱动芯片的一半,成本降低很多。
    由于本制作的目标是制作出一个价格相对低廉的2002VFD显示模块,所以采小型高频变压器提供灯丝及高压成为最优先考虑的方案之一。在变压器类型的选择上要兼顾到变压器的尺寸与价格,尤其是考虑到应尽量降低模块零件的整体高度,应选择尺寸尽量小的高频变压器,设定变压器高度不应超过8mm。
    通过实际的采购、比较与实验,最后笔者选择的高频变压器为使用贴片式骨架
的ER9.5规格的PC40高频铁氧体变压器,此变压器骨架的整体尺寸11.7mm(长)×9.1mm(宽),高度4.4mm,磁芯为E型上下安装式,变压器组装完成后的整体高度不超过5.2mm,尺寸小巧,适合本模块使用。
    小尺寸高频变压器带来的问题是驱动困难,由于ER9.5的磁芯截面积4。炅有8.47mm2,且整体偏小,骨架内可绕线圈数量有限,则必须使用较高的驱动频率才能够转换。另外,对于业余手工制作,应尽量将变压器绕组设计得简单,便于初学者自行制作。

          
    考虑到以上两点限制,最后采用的驱动方案是使用单片机提供高频驱动信号,驱动功率管来推动高频变压器,也就是使用“高频他激式驱动方案”进行驱动,在驱动电路中,使用单片机内部的PWM单元提供驱动所需的占空比可调的高频方波驱动信号,通过MOSFET管放大电流从而推动高频变压器的初级。变压器初级两端连接了一个由二极管与阻容串联组成的RCL吸收电路,用于吸收在工作过程中因剩磁产生的反向脉>中尖峰。由于VFD灯丝负载与VFD高压负载功耗基本固定不变,所以电路上未设置反馈电路,以节约制作成本,降低线路复杂性。具体电路连接请参考电路原理图(见图2)。

     此显示屏驱动的一个麻烦之处在于如何提供各种驱动电压,CA3140EZ且又需要保持制作的小巧与低成本。通常情况下,对直流VFD显示屏,会选择使用更适合驱动的正压方案,且正压的生成也更容易。通常典型的2002显示屏的商业驱动方案是采用自激型高频变压器来生成各组驱动电压,配合使用NEC D16314等专用驱动芯片进行驱动。
    在业余条件下,如果采用这一方案,存在以下几个问题不容易解决:
    首先是NEC D16314价格较贵,即使选择价格稍低的PT6314兼容型芯片,价格也不低,同时在业余条件下采购此类非通用芯片,往往需要一个最小定货量,如果数量未达一定数目,则会按照样片的价格进行计算,将大大增加成本,
    其次是此类型专用驱动芯片引脚过多,间距过于密集,对PCB制造工艺也提出要求,增加了PCB制作成本,同时业余焊接这样的密集引脚电路也存在一定的困难。
    最后一个问题就是自激型变压器的绕制比较麻烦,业余制作毕竟比不了工业化生产,相关测试仪器设备不可能完全齐备,这种变压器也无法直接采购到定制好的成品,在制作调试过程中会存在很多的困难。
    综台以上分析及手头已有的零件,笔者最后确定采用的方案是使用传统的STF16360型VFD负压驱动芯片配合小型高频变压器设计驱动电路。
    从基本引脚情况来看,IOR-20T205显示屏总共包含20个栅极加80个阳极,即总共需要驱动100只引脚,而一片STF16360最多只能够驱动36个引脚,所以为了驱动此VFD屏,需要使用3片STF16360进行串联驱动。由于STF16360是通用芯片,易购买,且价格低廉,所以即使需要使用多片级联驱动,但总成本还不到专用驱动芯片的一半,成本降低很多。
    由于本制作的目标是制作出一个价格相对低廉的2002VFD显示模块,所以采小型高频变压器提供灯丝及高压成为最优先考虑的方案之一。在变压器类型的选择上要兼顾到变压器的尺寸与价格,尤其是考虑到应尽量降低模块零件的整体高度,应选择尺寸尽量小的高频变压器,设定变压器高度不应超过8mm。
    通过实际的采购、比较与实验,最后笔者选择的高频变压器为使用贴片式骨架
的ER9.5规格的PC40高频铁氧体变压器,此变压器骨架的整体尺寸11.7mm(长)×9.1mm(宽),高度4.4mm,磁芯为E型上下安装式,变压器组装完成后的整体高度不超过5.2mm,尺寸小巧,适合本模块使用。
    小尺寸高频变压器带来的问题是驱动困难,由于ER9.5的磁芯截面积4。炅有8.47mm2,且整体偏小,骨架内可绕线圈数量有限,则必须使用较高的驱动频率才能够转换。另外,对于业余手工制作,应尽量将变压器绕组设计得简单,便于初学者自行制作。

          
    考虑到以上两点限制,最后采用的驱动方案是使用单片机提供高频驱动信号,驱动功率管来推动高频变压器,也就是使用“高频他激式驱动方案”进行驱动,在驱动电路中,使用单片机内部的PWM单元提供驱动所需的占空比可调的高频方波驱动信号,通过MOSFET管放大电流从而推动高频变压器的初级。变压器初级两端连接了一个由二极管与阻容串联组成的RCL吸收电路,用于吸收在工作过程中因剩磁产生的反向脉>中尖峰。由于VFD灯丝负载与VFD高压负载功耗基本固定不变,所以电路上未设置反馈电路,以节约制作成本,降低线路复杂性。具体电路连接请参考电路原理图(见图2)。

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