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图1 CCFL通常由一个直流转交流的变换器驱动www.1kic.com
在本应用范例中,HT46R14的MCU将被作为控制CCFL背光照明的主要元件。该MCU的特性将通过基本的运作方式和电路控制方法进行。
CCFL特性
CCFLs有一些特徵必须要注意∶
图2 CCFLs的特徵
其中,启动或放电电压(Discharge Voltage)是启动或者点亮灯管(CCFT)所需要的最低电压;灯管电压(Tube Voltage)或工作电压(Operating Voltage)是灯管被点亮以後的电压;灯管电流(Tube Current)是灯管被点亮以後的电流;CCFL的亮度直接与灯管的电流成比例;驱动器频率Driver Frequency)常用的交流驱动频率为30kHz到70kHz。
CCFL基本运作方式
为了点亮或者开启CCFL灯管,电路必须提供一个瞬间的冲击或启动电压,其大小通常为运作电压的1.5或2倍。经达到正常的运作状态後,CCFL灯管的电压一般在400V到800Vrms的电压范围内,具体依照CCFL的类型。
bsp; 图3 CCFL运作方式
如图3,放电过程起始於灯管两端出现一个大约为1000Vrms的高压。这个电压叫做放电电压或启动电压。
当电流流过灯管,灯管的阻抗减小,同时灯管的电压迅速下降。当电流达到一个特定的值时,灯管电压停止下降,并且CCFL达到一个稳定的电压,此时这个电压叫做灯管电压、工作电压。
启动後,必须要保持住电流。灯管的电流直接与CCFL的亮度成比例,增大CCFL的电流就能提高亮度,然而,使用过大的电流有可能损坏电极并导致灯管使用寿命缩短。一般CCFL的操作电流介於2-7mA之间。CCFLs通常是由交流电来驱动的,典型的交流频率为30-70kHz。
PWM亮度控制
灯管亮度的控制方法通常为控制PWM的工作周期。这个方法间歇地输入开启与关闭信号至变换器,通过调节PWM的工作周期来控制灯管的亮度。此方法可以实现较大的亮度控制范围。我们可以使用工 作周期控制方法及使用A/D输入侦测CCFL灯管的电流,达到宽范围的调整控制。
通过调节PPG脉宽,可控制CCFL的运作电压。通过控制PFD的开启/关闭功能产生一个固定的PWM频率,并通过利用可变的PWM工作周期,使用者可得到较大的亮度控制范围。其频率一般在100Hz-200Hz。
图4 PWM亮度控制
应用电路举例说明
图5 应用於CCFL的MCU控制电路
图5是一个直接驱动的推挽式结构,这是最简单的CCFL驱动应用电路之一。它由1个微控制器,2个N-MOS场效应晶体管,1个与灯管串联的压载电容和1个高频变压器组成。该电路的输入端电源可由乾电池或线路上的电压提供,它输出一个交变电流源用於驱动灯管。其控制方法说明如下∶
HT46R14微控制器是这个实例电路中的主要元件,能够产生一个可变的频率脉宽调制,即PWM输出。控制电路直接连接至一个高压转换器,它主要是通过利用一对N-MOS场效应晶体管进行非谐振调制方法来驱动CCFLs。
HT46R14微控制器包括2个比较器、2个PPG(可编程脉冲产生器)输出、2个带有PFD功能的定时、计数器和8通道、9位解析度的ADC功能。使用者可以利用这些特性产生可变的频率PWM输出,启动CCFL并且控制灯管的电流和灯管的亮度。
图5是一个应用於CCFL的MCU控制电路。PFD输出同时连接至比较器1的输入端(-)和INT1B引脚。使用者能够通过软件指令启动PFD输出,产生一个工作周期为50%的信号,它的频率可以通过定时/计数器0或定时/计数器1溢出周期来控制。PFD的时钟来源於这两个定时/计数器。频率的设定可通过籍由定时/计数器暂存器中载入需要的值来实现。这样PFD能够输出一个与CCFL灯管频率相匹配的频率,一般为30-70kHz。使用者可以通过控制这一频率以及PPG脉宽周期驱动CCFL。
PPG0和PPG1输出都连接至N-MOS场效应晶体管Q1和Q2,它们在变压器的初级端组成了一个推挽结构。PPG0和PPG1用於交替地打开Q1和Q2。比较器1用作PPG0开始输出的控制信号。当比较器1启动时,它将输出一个下降缘信号使PPG0开始输出,直至PPG0定时/计数器溢出,使PPG0停止输出。INT1B用作PPG1起始的控制信号,由下降缘信号触发。PPG1的控制方法与PPG0相同。
&n bsp; 图6 PPG输出的方波
当PFD输出一个由低到高变化的信号,并且电位高於Vref(推荐值为1/2VDD),比较器1输出一个下降缘信号使PPG0开始计数。同样,当PFD输出一个由高到低变化的信号,PPG1输出开始计数。使用者能够在PFD输出时通过软件调节PPG定时/计数器的值来控制PPG输出周期或(脉冲宽度)。PPG输出的脉冲宽度应该小於PFD的每一个高准位或低准位的宽度。通过调节周期,使用者能够获得较大控制范围的灯管电压。PPG输出的方波如图6所示。
为了能够控制灯管的亮度,电阻R1与CCFL串联,其在MCU的AN0脚侦测CCFL电流的部分,被用作反馈分压元件。