ccfl驱动电路图_CCFL的工作原理及电子驱动电路解析

冷阴极荧光灯的英文名是Cold Cathode Fluorescent Lamps，简称CCFL。这种灯的直径为1.8mm 3.0mm，广泛使用三基色荧光粉。通常采用Ni、Ta、Zr等金属作为冷阴极，在高启动电压下形成辉光放电，使得冷阴极荧光灯体积小、亮度高、寿命长，但工作前需要预热。这种光源已经广泛应用于液晶显示器和液晶电视的背光中。随着背光照明在办公笔记本电脑和家用电器如电视、数码相机、摄像机等中的应用越来越多。高亮度冷阴极超细直径荧光灯应运而生。

虽然在电话、手机、PDA、数码棺材机等便携式电子产品的小尺寸彩屏中，LED长期占据背光照明的主导地位，但在笔记本电脑、液晶彩电、液晶显示器等大尺寸LCD中，CCFL一直占据背光照明的主导地位。虽然CCFL在大尺寸液晶背光的应用上会遇到led的竞争，但几十个甚至上百个led作为背光时亮度不均匀的问题，最近已经成为准入的技术门槛。因此，在未来几年内，CCFL的主导地位不会被LED取代。

一、 CFL的结构和主要特点

1、冷阴极荧光灯的结构和工作原理

CCFL类似于霓虹灯，有一个冷阴极，管径很细(只有2~8mm左右)，发光原理和荧光灯基本相同。当点亮电路(逆变器)的输出端连接到合格的冷阴极荧光灯的两个电极上，额定电压和电流输入到点亮电路的输入端时，几百伏的电压和频率为50KHZ、额定mA的高频电流施加到冷阴极荧光灯的两个电极上。此时，在两个电极上产生热量，并且发射大量电子。在两个电极之间形成的电场的作用下，电子撞击气体分子，使分子电离，产生更多的离子和电子。这种快速增长使气体很快完全电离。同时，高频电场中电极和电离的离子、电子的加热使汞迅速汽化，汞蒸气的浓度达到饱和，电子、离子和汞蒸气的碰撞几率在增加，产生的紫外线强度逐渐增大并达到饱和。当紫外线照射荧光层时，荧光层发出一定色温的可见光，冷阴极荧光灯开始正常工作。虽然这个发光过程很复杂，但是需要几毫秒到几秒才能完成。

CCFL的结构如上图所示。CCFL玻璃管内充有水银和惰性气体(氖氩混合气体)，内壁涂有一层三基色(RGB)荧光粉。CCFL阴极为空心圆柱体，由镍、钼等金属材料制成，圆柱体内壁涂有发光材料。CCFL可以根据需要做成不同的形状，如下图所示。在CCFL两端施加高压时，管内气体电离发出波长为253.7nm的紫外线，被管内壁的荧光粉吸收，转换成可见光(波长为400 ~ 7OOnm)后辐射出去。

:CCFL的主要特色

由于CCFL的管径很细，长度很短(十几到几十厘米)，工作电流很小，一般为3~8mA。而CCFL的工作电压相对较高，达到250 ~ 6OOV(有效值)，是荧光灯的几倍甚至近10倍。CCFL的触发启动电压至少是其工作电压的1.5倍，通常为600~l500V{(有效值)。

CCFL的优点是电学和光学特性相对稳定，使用寿命长(可达15 ~ 2Okh)，耐冲击(1O0g以上)，抗点消光能力强(可达10万次)。但由于液晶面板大，需要更多的CCFL管，驱动这些管的逆变器数量也多，占了整机成本的很大份额。因为CCFL含汞，从环保角度看，不符合RoHS指令关于限制有害物质的要求和Weee指令关于报废的要求

CCFL电子驱动器也叫CCFL电子变压器或电子镇流器。无论是交流市电供电(如220V/50Hz)还是低压DC(3 ~ 3OV范围的CCFL驱动电路)，其核心都是DC/交流高频逆变器(输出频率为20 ~ 1000 khz)。为了满足CCFL的启动和工作电压要求，CCFL逆变器的输出接一个高频升压变压器，升压比往往达到60 ~ 100。当CCFL用作LCD背光时，其驱动电路必须具有模拟调光功能，尤其是数控调光功能。CCFL驱动电路全部采用控制器IC。根据CCFL控制器，CCFL驱动电路分为半桥、全桥和推挽三种，后两种是主要的。

1、半桥驱动电路目前CCFL半桥控制器IC只有MAX8729、UCC3976、UBA2070等几种。半桥拓扑需要两个功率开关(多为MOSFET)，电路效率较高。飞利浦半导体的UBA2070适用于高达277V的交流电源。CCFL半桥驱动电路如上图所示。图中，Q1和Q2是半桥交换机；RT和CT用于设定开关频率：T1为升压变压器，T1的升压比(即次级和初级绕组之间的匝数比)为n；C1是DC隔直电容，C2是T1的次级并联电容。上图所示电路的谐振回路等效电路如下图所示。其中T1次级绕组的漏电感是人为的，C1是反射到次级的串联电容，RL是CCFL灯的等效电阻，方波交流信号源代表半桥功率电平。

根据上图所示的等效电路，可以理解为CCFL触发了启动电压的产生。CCFL触发前，其电阻为无穷大，谐振回路为并联拓扑，谐振频率FP由L、C1和C2决定。

逆变器就像一个电压源。当它谐振时，在灯的两端产生约IOOOV的高压，使灯电离并导通。一旦灯被点亮，CCFL的电阻急剧下降，逆变器接近于以串联谐振模式工作，就像电流源一样。电路的串联谐振频率fs由L和C1决定。

2、全桥驱动电路

CCFL全桥驱动IC多为单通道，代表产品有美心的MAX8709(QFN28封装)、MAX8722A(QSOP24封装)、MAX8751(QPN32封装)、MAX8759(QFN32封装)、飞兆的FAN7310(SSOP20封装)。这些控制IC具有模拟和数字PWM(DPWM)调光、负载开路和短路保护功能。

CCFL全桥驱动电路需要四个功率开关，输出功率是半桥的两倍。上图为采用MAX8722A的CCFL全桥驱动电路。该电路的工作原理与半桥电路几乎相同。变压器T1的匝数比为1: 93，CCFL灯电流为6mA，触发电压为l600V，工作电压为650V。电路的DC输入电压Vin为8~24V，DPWM频率fdpwm为209Hz(由freq引脚上的电阻R6设置)。当在IC的管脚5(CNTL)上施加0 ~ 2V的调光控制电压时，可以调节灯的亮度，调光范围为10% ~ 100%。MAX8722A还可以用DPWM方法实现数字调光。MAX8722A提供T1次级过流保护、次级电压限制、灯开路保护和初级过流保护。R1用于感测灯电流，电容分压器C3/C4用于检测T1次级电压，R3用于感测T1次级电流。

实际上，上图所示的电路可以通过两个初级并联的变压器驱动两个CCFL灯。在某些应用中，两个CCFL灯也可以并联在变压器的次级。

3、推挽驱动电路CCFL推挽驱动电路需要两个功率开关，带中心抽头的变压器一次电路如上图所示。其中CO1和CO2构成电容分压器，用于感应T1过压，R5用于感应灯电流。DS3984有四个通道，每个通道通过变压器的初级并联可以驱动四个CCFL灯。

上图是使用MAX1610的推挽谐振CCFL驱动电路。其中T1(初级)、C1、Q1和Q2构成振荡电路，振荡频率由T1初级绕组的电感值(LP=44H)和t决定

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