中心議題：

• CCFL背光技術及驅動電路分析
• LED背光技術及驅動電路分析
• 為CCFL和LED背光供電需考慮的因素

解決方案：

• CCFL和LED的散熱、調光控製和輸入電壓考慮
• PWM調光解決方案

典型的LCD背光可以是1個或多個冷陰極熒光燈(CCFL)，或是一組發光二極管(LED)陣列。圖1分別給出了采用這兩種技術的一個例子。背光圖像的質量在很大程度上取決於背光驅動器。在本文中
，我們將討論有助於CCFL和LED發展的一些注意事項
，以及如何為這兩種背光供電。

CCFL的總體考慮

CCFL背光是最常見的背光技術，被用於5.7至23英寸或更大尺寸的顯示器中。在整個顯示器背板上

，可以沿LCD邊緣或均勻間隔地安裝1到24個或更多個電燈。

通常，通過調節CCFL電流或電燈的占空比來控製亮度。最基本的驅動器是由5至48V直流電供電的DC-AC逆變器。

LED總體考慮

LED已被廣泛用於小型顯示器中。對於尺寸較大的顯示器，由於CCFL背光的功耗較高
，並且在某些情況下含汞量過高
，這種技術正開始被LED背光所取代。 LED可以沿著LCD邊緣或在LCD的背麵呈點陣排列。LED器件可串聯或並聯排列，這兩種結構將可以提供均勻的LCD照明。LED串可利用每個串中的串聯電阻並聯排列
，以提供串-串電流均衡及照明冗餘。

CCFL背光通常提供的是白光，而LED背光既可以提供白光，也可以提供紅光
、綠光及藍光的混合。LED在正向偏置時發光。為保證顯示質量
，需要采用恒流驅動器來補償LED電壓降及溫度變化的影響
，從而確保穩定的光輸出。

與CCFL不同，LED背光不需要很高的交流電壓
，因此也就不需要逆變器。最基本的LED驅動器由5至48V的直流電供電，並采用DC-DC升壓電路來為驅動LED串的恒流驅動器提供電壓。
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CCFL驅動電路

逆變器電路可以分為兩組：輸出功率較低的一組采用功率晶體管作為初級電路開關器件
，而輸出功率較高的一組則采用FET。

變壓器對輸入電壓進行升壓。在設計電路時需要考慮功率、銅損耗及磁芯材料。

圖2詳細展示了一類CCFL驅動器。鎮流(或次級)電容C2由次級到初級反向工作，可降低CCFL啟動和輸出電流開始增大時CCFL上的電壓。啟動電壓(VS)、CCFL上的電壓降(VR)以及次級電容上的電壓降(VC)這三者之間的關係為VS2=VR2 + VC2。次級電容值取決於輸出電流和輸出頻率。增大電容值可增加輸出電流並降低頻率。

在初級電路中，一旦次級負載

、次級電容和變壓器初級/次級繞組匝數確定下來，電容C1便可對逆變器輸出電流值及輸出工作頻率進行微調。C1可提供輸出電流及頻率

，這些值由次級電路上的元件來決定。

基極限流電阻R1可ke支zhi持chi足zu夠gou大da的de晶jing體ti管guan基ji極ji電dian流liu，以yi保bao證zheng晶jing體ti管guan的de飽bao和he。同tong時shi，當dang晶jing體ti管guan變bian換huan初chu級ji繞rao組zu時shi
，扼e流liu電dian路lu可ke減jian小xiao輸shu入ru電dian流liu中zhong的de紋wen波bo。扼e流liu電dian路lu也ye可ke延yan長chang逆ni變bian器qi導dao通tong時shi的de電dian流liu上shang升sheng時shi間jian。其qi目mu的de是shi減jian小xiao峰feng值zhi浪lang湧yong電dian流liu
，並bing扼e製zhi來lai自zi扼e流liu電dian路lu的de可ke聽ting噪zao聲sheng。

要對電感、物理尺寸、飽和電流
、IR損耗及功耗作出折衷，這使得在選擇電感器時麵臨著挑戰。請注意：在低占空周期下，輸入電流上升時間較長會降低脈寬調製 (PWM)調光的效果。此外，不仔細選擇扼流電路會導致處於上升的輸入電流波形出現鞍形或更糟糕的情況，而這將影響低占空比PWM調光及CCFL的啟動。

所(suo)有(you)大(da)功(gong)率(lv)輸(shu)出(chu)逆(ni)變(bian)器(qi)或(huo)具(ju)備(bei)板(ban)上(shang)調(tiao)光(guang)功(gong)能(neng)的(de)逆(ni)變(bian)器(qi)都(dou)應(ying)該(gai)采(cai)用(yong)輸(shu)入(ru)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)，以(yi)減(jian)少(shao)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)紋(wen)波(bo)。如(ru)果(guo)未(wei)采(cai)用(yong)這(zhe)些(xie)電(dian)容(rong)，那(na)麼(me)當(dang)每(mei)次(ci)逆(ni)變(bian)器(qi)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)開(kai)關(guan)時(shi)，產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)流(liu)增(zeng)加(jia)值(zhi)將(jiang)導(dao)致(zhi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)降(jiang)低(di)。
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LED驅動器電路

圖3中的設計顯示了一個恒流斬波驅動器，它可為用於提供LCD側背光的LED串提供帶有10%紋波電流的直流電流。直通開關器件P溝道FET可為LED串提供電流
，並與電感器、感測電阻及升壓器件一起產生斬波電流及頻率。

DC-DC升壓變換器是一個閉環升壓電源，它提供了足夠的電壓(至少2V的餘量)來驅動流向LED串的電流。圖中A部分顯示了一個比較器及構成正向滯後電路的相關電阻。圖中將感測電阻上的電壓與一個已知參考值作比較。圖中B部分給出了另一個比較器和用於緩衝A部分輸出相關電阻，以確保正確的滯後處理並驅動直通器件。

圖中C部分提供LED開/關及調光控製。+ENABLE輸入控製背光的開/關，+PW脈寬調節斬波驅動器的導通與截止，以實現調光。該設計可以實現得相當緊湊(見圖4)。

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散熱考慮

LCD工作時的環境溫度是背光驅動器設計人員需要考慮的一個關鍵因素。CCFL啟動或起始電壓與溫度成反比。圖5a顯示了CCFL起始電壓與溫度之間的典型關係，圖5b則展示了與電燈電流增大相關的CCFL亮度變化曲線。

CCFL達da到dao規gui定ding亮liang度du所suo需xu的de時shi間jian也ye與yu溫wen度du成cheng反fan比bi。對dui於yu要yao求qiu亮liang度du快kuai速su增zeng加jia的de任ren務wu關guan鍵jian型xing應ying用yong
，可ke能neng需xu要yao逆ni變bian器qi在zai短duan時shi間jian內nei提ti供gong較jiao高gao的de升sheng壓ya電dian流liu，以yi增zeng強qiangCCFL的預熱性能，並加快達到所要求亮度的時間。不過，雖然較高的CCFL電流有利於燈的預熱
，但持續的高電流會使燈處於飽和狀態
，這還會導致亮度下降以及燈的溫度上升
，同時縮短燈的壽命。對於大多數CCFL而言
，燈的額定電流應在3mA～8mA(均方根)的範圍內。

LED背光對低溫不敏感。低溫下LED電氣特性及導通時間的微小變化無需對驅動器設計作任何特殊考慮。

高溫也會影響驅動器的設計。實際上
，高溫對CCFL驅動器功能和可靠性的影響比其它所有變化因素都要顯著。

對CCFL驅動器來說

，變壓器中銅和磁芯的損耗可能會構成一個很大的熱源。變壓器通常工作在超過現場環境溫度約30°C的溫度下。通過調整CCFL的驅動器設計

，可以將銅和磁芯的損耗降至最低
，從而維持電路中的電壓和電流值。

高溫對LED背光而言也很重要。不過，此時考慮的重點是LED自身的溫度
，而不是驅動元件的溫度。近年來LED技術
、封裝及材料的進步極大地提高了LED 亮度。LED背光的難點將是如何將LED器件自身的熱量散發出去，然後散發顯示裝置上的熱量。設計的關鍵是保持LED結溫低於100°C以確保可靠性。

調光控製

要求寬亮度範圍的LCD應用正日益增長。驅動器必須能夠分別為明視及夜視提供高亮度和低亮度。亮度控製必須在這一寬範圍內平滑變化
，並且不產生閃爍。

CCFL背光的模擬調光是通過調節驅動器輸出電流來改變燈的亮度，可實現約為30%滿亮度的粗調
，但這無法為大多數應用提供足夠的動態範圍。此外，模擬調光會增加振蕩器晶體管負擔並降低逆變器的可靠性。

PWM調光極大地改善了調光控製。在這種類型的調光控製中，CCFL或LED以固定頻率脈衝導通和截止，並通過調節占空比改變亮度。通常
，在100至 500Hz頻率之間調節CCFL背光。CCFL背光(帶有4個或更多燈)的低亮度控製可通過選擇性控製技術來提高，利用這一技術，燈會隨著亮度的降低而依次熄滅。

此外，調節LED背光的最佳方法是利用PWM調光。采用LED背光可獲得更寬的調光率，因為LED的基本開關時間可以以納秒度量，而CCFL則需以毫秒度量。
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輸入電壓

雖然應用可以支持5至48V的直流電
，但流經大多數LCD背光驅動器的為12V直流輸入。CCFL控製環可能為開環或閉環。開環設計需要穩壓輸入電源，因為起始電壓和輸出電流隨輸入電壓而變化。閉環CCFL驅(qu)動(dong)器(qi)在(zai)整(zheng)個(ge)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)內(nei)都(dou)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)恒(heng)定(ding)的(de)起(qi)始(shi)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)。因(yin)此(ci)
，閉(bi)環(huan)在(zai)不(bu)需(xu)要(yao)對(dui)輸(shu)入(ru)進(jin)行(xing)穩(wen)壓(ya)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)更(geng)受(shou)歡(huan)迎(ying)，通(tong)常(chang)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)應(ying)用(yong)就(jiu)屬(shu)於(yu)這(zhe)一(yi)類(lei)。

對於LED驅動器而言，VCC必須大於為LED串和感測電阻供電所需的最小值。DC-DC升壓變換器必須采用閉環控製

，以便在無負載或滿負載條件下都能提供相對穩定的VCC。

雖然LCD的CCFL背光與LED背光之間有很多顯著差異，但驅動器設計人員必須遵從某些相似性和基本原理

，包括考慮背光的環境溫度，還應特別注意CCFL的低溫情況及LED的高溫情況。

由於高壓問題
，CCFL背光所麵臨的關鍵挑戰涉及CCFL封裝及驅動器布局
；由於熱管理
，LED背光麵臨的關鍵挑戰則圍繞負載器件的封裝。與模擬調光不同，上述兩種技術都可很好地利用PWM。本文雖然重點討論一些主要的考慮
，但其它因素(如專用要求、成本控製、可製造性及可靠性)在優化驅動器設計時也必須考慮。

另外的一些設計經驗

散熱考慮：環境溫度是背光驅動性的設計中一個重要的考慮因素。CCFL啟動關閉電壓與溫度成反比。CCFL達到指定的亮度需要的時間也與溫度成反比。另一方麵， LED背光對低溫不敏感。

調光：使用調節驅動器輸出電流來改變燈的亮度的CCFL背光模擬調光，可實現粗調至滿亮度的約30%——這對大多數應用需要的動態範圍不夠。PWM調光極大地改善了調光控製。這種類型的調光中，CCFL或LED以固定頻率脈衝導通和截止
，通過調節占空比改變亮度。

輸入電壓：大多數LCD背光驅動器工作在12V直流輸入
，雖然應用範圍可能是5到48V直流。CCFL控製環可以是開環
，這時需要穩定輸入源，也可以是閉環
，在整個輸入電壓範圍都可提供恒定的起始電壓和電流。對LED驅動器
，VCC必須大於LED串和檢測電阻所需電源最小值。