图4
在多灯管的液晶屏中,在进行背光灯亮度控制时,若同时关断或接通所有灯管的供电,屏上易出现闪烁或滚道干扰现象,为防止此现象产生,加在每根灯管两端的断续脉冲相位应有所差异,即交替轮流断电、供电。
一般情况下,多灯管系统一般将灯管分为4组,每组灯管的PWM凋制脉冲依次移相90度,如图5所示。
图5
【提示】亮度调节可分为模式调节和PWM数字调节两种方式,部分液晶彩电可在菜单中进行选择。另外,也有不少液晶彩电对图像亮度的调节并不是通过调节背光灯亮度来实现的,而是对上屏信号进行调节。
2.功率放大电路
功率放大器的作用是把调制器调制的高频断续脉冲放大,且功率达到足够点亮灯管的功率。输出电路是利用变压器对功率放大后的激励信号进一步的升压,以达到激励并点亮灯管的目的。另外,该电路还有一个重要的作用,就是把功率放大输出的方波转化为冷阴极荧光灯管工作所必需的正弦波。
在功率放大器中,目前各厂家生产的背光灯驱动电路均采用MOSFET组成的功率输出电路,虽然电路形式有所不同,但主要有以下四种基本形式。
(1)全桥架构
全桥架构功率放大电路如图6所示,放大元件由4只MOSFET(两只N沟道及两只P沟道)组成,工作效率高,供电电压范围宽(6V~24V),特别适合在低电压的场合应用,目前已在笔记本电脑、液晶显示器及液晶彩电中得到了广泛应用。
图6 全桥架构功率放大电路
(2)半桥架构
半桥架构功率放大电路如7图所示,和全桥架构相比,用两只电容取代了两只功率放大管(一只N沟道和一只P沟道的MOSFET)。在相同的输出功率和负载阻抗情况下,供电电压比全桥架构要提高一倍(电流为全桥架构的一半),多用在供电电压较高的设备上(电压高于12V)。
图7 半桥架构功率放大电路
以上两种架构的功率输出电路中,每一个桥臂实质是由N沟道和P沟道MOSFET组成的串联推挽功率输出电路。
(3)推挽架构
这种架构的功率放大电路如图8所示,用了两只廉价低导通电阻的N沟道MOSFET,使电路的效率更高(P沟道的MOSFET价格高,且由于导通电阻大,电路的效率较低),对于MOSFET管的筛选要求也低,电路所用元件也少,有利于最大限度地降低成本,但是,该推挽架构对电源的稳定性要求较高。
图8 推挽架构的功率放大电路
(4)Royer架构(自激振荡)
自激振荡器方式如图9所示,不需要激励控制电路,主要由两只功率管和变压器加反馈电路组成最简单的应用方式,主要用在不需要严格控制灯的频率和亮度的电路中。
图9 自激振荡器方式
由于Royer架构是自激式设计,受元件参数偏差的影响,很难保证振荡频率和输出电压的稳定,而这两者均会直接影响到灯管的亮度和使用寿命,加之无法进行亮度控制,虽然它是上述四种架构中最简单、廉价的,但是一般不用于液晶显示屏中,而是多用在廉价的节能灯上。
3.输出电路及正弦波的形成
在背光板驱动电路中,前级(振荡器和调制器)和功率输出部分基本上是工作在开关状态(因开关状态工作效率高,输出功率大),输出信号基本也是开关信号。灯管的最佳供电电压波形应是正弦波,为了保证灯管工作在最佳状态(对于发光亮度及寿命是非常重要的),因此必须把功率输出级输出的方波信号变换为正弦波,这一过程简称正弦化过程,其具体处理方式有两种:一是在高压变压器高压输出端进行处理,二是在高压变压器低压输入端进行处理。目前,大多采用后一方式,而前一种方式多用于早期的背光灯驱动板中,下面分别进行介绍。
(1)输出电路正弦化处理方式
整个背光灯驱动电路可以看作是一个他激振荡器。一个振荡器输出什么波形完全取决于振荡器的输出电路特性,输出电路如果是谐振电路,输出必然是正弦波。因此,只要把高压驱动输出电路做成一个谐振电路,就可以输出正弦波。如果谐振电路的谐振频率就是振荡器的振荡频率,那么该电路就能最大限度地、高效地把能量传输给灯管。
在高压变压器的输出端和灯管连接处串联一只电容c(常称作输出电容),如图10所示。电容C和输出高压变压器输出绕组L及负载构成的等效电路如图11所示,电感L和电容C串联成谐振电路,谐振时电流达到最大值,此最大电流即是流过灯管的电流,也意味着功率输出的能量最大限度地输送给了灯管。由于灯管也是串联在电路中的一部分,便形成了串联谐振电路的电阻分量,所以该谐振电路是低Q值电路,即使振荡频率略有偏差,也能保证能量的有效传输。
图10在高压变压器的输出端和灯管连接处串联一只电容c
图11 电容C和输出高压变压器输出绕组L及负载构成的等效电路
【提示】电感L(即高压变压器的高压绕组)易损坏。损坏后,一定要换用参数接近的变压器,否则其性能会大幅下降,甚至不能使用。
(2)输入电路正弦化处理方式
在低压输入端正弦化处理的功率驱动电路简图如图12所示,Vl、V4为P沟道MOSFET管,V2、V3为N沟道MOSFET管,电容Cl与高压变压器Tl的初级绕组Ll串联。该功率驱动电路的4路激励脉冲如图13所示。
图12 在低压输入端正弦化处理的功率驱动电路简图
图13 4路激励脉冲
在t0-t1期间,V1、V3导通,V2、V4截止,电源经V1、C1、L1、V3形成电流回路,如图14所示。在此期间,流过L1的电流逐渐增大,Ll储能,其感应电动势为左正右负。
图14
在t1~t2期间,V1导通,V2~V4截止,流过Ll中的电流突然减小,其感应电动势极性反转,即左负右正,该电动势经V3中的阻尼二极管、Vl及Cl形成电流回路,如图15所示。
图15
在t2~t3期间,V1、V4导通,V2、V3截止,L1与Cl谐振,Ll中储存的电能通过Vl、V4给C1充电,流过Ll的电流逐渐减小,其电流回路如图16所示。
图16
在t3-t4期间,V1~V3截止,V4导通,L1中无电流流过,如下图所示。
图17
在t4-t5期间,V2、V4导通。Vl、V3截止,电源经V4、Ll,Cl、V2形成电流回路,如图18所示,在此期间,流过Ll的电流反向,但电流值逐渐增大,Ll储能,其感应电动势为左负右正。在t5~t6期间,V4导通,V1~V3截止,流过L1中的电流突然减小,其感应电动势极性反转,即为左正右负,该电动势经Vl中的阻尼二极管、V4及Cl形成电流回路,如19图所示。
图18
图19
在t6~t7期间,V1、V4导通,V2、V3截止,L1与C1谐振,Ll中储存的电能通过V1、V4给C1充电,流过L1的电流逐渐减小,其电流回路如图20所示。
图20
在t7~t8期间,V1导通,V2~V4截止,L1中无电流流过,如图21所示。
图21