液晶彩電高壓板電路構(gòu)成方案揭秘(2)

二、 "PWM控制芯片+推挽結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成方案

1."PWM控制芯片+推挽結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成方案的基本結(jié)構(gòu)形式

"PWM控制芯片+推挽結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成方案的基本結(jié)構(gòu)形式非常簡單，如圖4所示。推挽驅(qū)動器只用到兩只N溝道功率場效應(yīng)管V1、V2,并將升壓變壓器T的中性抽頭接于正電源Vcc,兩只功率管V1、V2交替工作，輸出得到交流電壓，由于功率晶體管共地，所以驅(qū)動控制電路簡單;另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。

對于推挽結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電路，要求直流電源Vcc的變化范圍要小，否則，會使驅(qū)動電路的效率降低。因此，推挽結(jié)構(gòu)不適用于筆記本電腦，但對于液晶顯示器和液晶彩電非常理想，因為逆變器直流電源電壓通常會穩(wěn)定在±20%以內(nèi)。

電路工作時，在PWM控制芯片的控制下，使推挽電路中兩個開關(guān)管V1和V2交替導(dǎo)通，在一次繞組L1和L2兩端分別形成相位相反的交流電壓。改變輸入到V1、V2開關(guān)脈沖的占空比，可以改變V1、V2的導(dǎo)通與截止時間，從而改變了變壓器的儲能，也就改變了輸出的電壓值。需要注意的是，當(dāng)V1和V2同時導(dǎo)通時，相當(dāng)于變壓器的一次繞組短路，因此應(yīng)避免兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通。

圖4 "PWM控制芯片+推挽結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成方案的基本結(jié)構(gòu)形式

2.實際電路分析

采用"PWM控制芯片+推挽結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"的高壓板電路中，PWM控制芯片主要采用OZ9RR等。下面以"OZ9RR+推挽結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"高壓板電路為例進(jìn)行分析，有關(guān)電路如圖5所示。

圖5"OZ9RR+推挽結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"高壓板電路
 

OZ9RR是凸凹公司(OZMicro)生產(chǎn)的背光燈高壓逆變PWM控制芯片、具有如下特點：工作頻率恒定，且工作頻率可被外部信號所同步;內(nèi)置同步式PWM燈管亮度控制電路，亮度控制范圍寬;內(nèi)置智能化燈管點火及正常工作狀態(tài)控制電路;設(shè)有燈管開路及過電壓保護(hù)功能;可支持多燈管方式工作。OZ9RR內(nèi)部電路框圖如圖6所示，引腳功能見表2.

表2 OZ9RR引腳功能

圖6 OZ9RR內(nèi)部電路框圖

(1)控制電路

控制電路由PWM控制芯片U1(OZ9RR)及其外圍元器件組成。

由電源電路產(chǎn)生的Vdd電壓(5V)經(jīng)R5限流后加到OZ9RR的供電端6腳，為OZ9RR提供工作時所需電壓。

當(dāng)需要點亮燈管時，高壓板輸入端口EN信號(來自主板MCU)為低電平(0~1V)，控制N溝道場效應(yīng)管Q1截止，進(jìn)而控制OZ9RR的1腳為高電平(3~5V)。

OZ9RR在6腳得到供電，同時1腳得到高電平信號后，內(nèi)部振蕩電路開始工作，其振蕩頻率由2腳外接的定時電容C9、C11大小決定。振蕩電路工作后，產(chǎn)生振蕩脈沖，加到內(nèi)部邏輯控制電路和驅(qū)動電路，經(jīng)過變換整形后從5~4腳輸出PWM脈沖，去推動驅(qū)動電路工作。

(2)驅(qū)動電路

驅(qū)動電路用于產(chǎn)生符合要求的交流高壓，驅(qū)動CCFL工作。驅(qū)動電路由雙驅(qū)動管U2、升壓變壓器T1等組成，這是一個零電壓切換的推挽電路結(jié)構(gòu)。工作時，電源電路輸出的Vin(12V)經(jīng)升壓變壓器T1的2~1繞組和2~5繞組分別加到U2內(nèi)兩只場效應(yīng)管V1、V2的漏極;由OZ9RR的5腳和4腳產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖分別加到U2內(nèi)V1、V2的柵極，在驅(qū)動脈沖的作用下，使U2內(nèi)的兩個開關(guān)管V1和V2交替導(dǎo)通，輸出對稱的開關(guān)管驅(qū)動脈沖，經(jīng)升壓變壓器升壓后，產(chǎn)生近似正弦波的電壓和電流，點燃背光燈管。

(3)亮度調(diào)節(jié)電路

OZ9RR的7腳是亮度控制端和升壓變壓器電壓檢測雙功能端。需要調(diào)整亮度時，由微控制器產(chǎn)生的亮度控制信號DIM經(jīng)R1、R2分壓和D1隔離，加到OZ9RR的7腳，經(jīng)內(nèi)部電路處理后，通過控制5-4腳輸出的驅(qū)動脈沖占空比，達(dá)到亮度控制的目的。

高壓板的DIM輸入端口輸入的是連續(xù)可調(diào)直流控制電壓，控制電壓范圍是0.5~3.6V,0.5V對應(yīng)最低亮度，3.6V對應(yīng)最高亮度。

(4)保護(hù)電路

①欠電壓保護(hù)電路：OZ9RR的6腳為5V電源端，6腳內(nèi)部還設(shè)有欠電壓保護(hù)電路，當(dāng)電源電壓低于3.8V時，欠電壓保護(hù)電路將動作，OZ9RR控制5~4腳停止輸出驅(qū)動脈沖。

②軟啟動保護(hù)電路：OZ9RR的1腳是一個多功能引腳，除了用來引入EN控制電壓外，還外接軟啟動定時電容C5,起到軟啟動定時的作用。OZ9RR工作后，1腳內(nèi)電路向C5進(jìn)行充電，隨著C5兩端電壓的升高，OZ9RR輸出的驅(qū)動脈沖控制開關(guān)管向升壓變壓器提供的能量也逐漸增大。軟啟動電路的使用，可以防止背光燈初始工作時產(chǎn)生過大的沖擊電流。

③穩(wěn)流電路：穩(wěn)流電路用來保護(hù)CCFL不致因電流過大而老化或損壞。升壓變壓器二次側(cè)的R12為過電流檢測電阻，R12兩端的電壓隨工作電流變化而變化，電流越大，R12兩端電壓越高，此電壓經(jīng)C12濾波后加到OZ9RR的8腳，作為電流檢測端。

在背光燈管點火階段(啟動期間)，高壓電源需要提供較高頻率的點火電壓，一般來說， 點火頻率是正常工作頻率的1.3倍左右， 由OZ9RR的2腳外接定式電容決定。

OZ9RR設(shè)定的點火時間是2 S,如果2 S后，8腳燈管電流檢端檢測不到燈管電流，OZ9RR將停止工作。

背光燈管點火后，燈管進(jìn)入正常工作階段，OZ9RR通過8腳檢測燈管電流，并通過控制電路穩(wěn)定燈管電流，8腳的基準(zhǔn)電壓在1.25V左右。燈管正常工作時的驅(qū)動電壓頻率也是由2腳定時電容決定的。

另外，若CCFL的工作電流過大，會使OZ9RR的8腳升高很多，當(dāng)達(dá)到一定值時，經(jīng)OZ9RR內(nèi)部處理，會控制5~4腳停止輸出驅(qū)動脈沖，達(dá)到保護(hù)的目的。

④過電壓保護(hù)電路：OZ9RR內(nèi)的過電壓保護(hù)電路可以防止燈管升壓變壓器二次側(cè)在非正常情況下產(chǎn)生過高的高壓而損壞升壓變壓器。在啟動階段，7腳電壓檢測/亮度控制端檢測升壓變壓器的二次電壓，當(dāng)達(dá)到3V時，OZ9RR將不再升高輸出電壓，進(jìn)入穩(wěn)定輸出電壓階段。

⑤燈管開路保護(hù)電路：如果燈管與燈座接觸不良、燈管被取下，或燈管損壞，OZ9RR將自動切斷5~4腳輸出的驅(qū)動脈沖，從而達(dá)到保護(hù)的目的。

三、 "PWM控制芯片+全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成方案

1."PWM控制芯片+全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成方案的基本結(jié)構(gòu)形式

"PWM控制芯片+全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成方案最適合于直流電源電壓非常寬的應(yīng)用，因此幾乎所有筆記本電腦都采用全橋方式。在筆記本電腦中，逆變器的直流電源直接來自系統(tǒng)的主直流電源，其變化范圍通常在7V(低電池電壓)~21V(交流適配器)。另外，這種構(gòu)成方案在液晶彩電、液晶顯示器中也有較多的應(yīng)用。

全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路一般由四只場效應(yīng)管或四只晶體管構(gòu)成，根據(jù)場效應(yīng)管或晶體管的類型不同，該構(gòu)成方案主要有兩種結(jié)構(gòu)形式，一種是采用四只N溝道溝道場效應(yīng)管;另一種是采用兩只N溝道溝道場效應(yīng)管和兩只P溝道場效應(yīng)管。

(1)全橋驅(qū)動電路采用四只N溝道場效應(yīng)管

全橋驅(qū)動電路采用四只N溝道場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)形式如圖7所示。

圖7全橋驅(qū)動電路采用四只N溝道場效應(yīng)管

電路工作時，在驅(qū)動控制Ic的控制下，使V1、V4同時導(dǎo)通，V2、V3同時導(dǎo)通，且V1、V4導(dǎo)通時，V2、V3截止，也就是說，V1、V4與V2、V3是交替導(dǎo)通的，使變壓器一次側(cè)形成交流電壓，改變開關(guān)脈沖的占空比，就可以改變V1、V4和V2、V3導(dǎo)通與截止時間，從而改變變壓器的儲能，也就改變了輸出的電壓值。

需要注意的是，如果V1、V4與V2、V3的導(dǎo)通時間不對稱，則變壓器一次側(cè)的交流電壓中將含有直流分量，會在變壓器二次側(cè)產(chǎn)生很大的直流分量，造成磁路飽和。因此全橋電路應(yīng)注意避免直流電壓分量的產(chǎn)生，也可以在一次回路串聯(lián)一個電容，以阻斷直流電流。

(2)全橋驅(qū)動電路采用兩只N溝道和兩只P溝道場效應(yīng)管

全橋驅(qū)動電路采用兩只N溝道和兩只P溝道場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)形式如圖8所示。

圖8 全橋驅(qū)動電路采用兩只N溝道和兩只P溝道場效應(yīng)管

電路工作時，在驅(qū)動控制IC的控制下，使V4、V1同時導(dǎo)通，V2、V3同時導(dǎo)通，且V4、V1導(dǎo)通時，V2、V3截止，也就是說，V4、V1與V2、V3是交替導(dǎo)通的，使變壓器一次側(cè)形成交流電壓。

在"PWM控制芯片+全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成方案中，PWM控制芯片常采用OZ960、OZ970、OZ9910、BIT3105、BIT3106、MPS1010B、MP1026、MP1029、MP1038、BD9883、BD9884等。

2."OZ960+全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"高壓板電路

由"OZ960+全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"構(gòu)成的高壓板電路如圖9所示。

圖9 "OZ960+全橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動電路"高壓板電路
 

OZ960是背光燈高壓逆變PWM控制芯片，具有如下特點：高效率，零電壓切換;支持較寬的輸入電壓范圍;恒定的工作頻率;具有較寬的調(diào)光范圍;具有軟啟動功能;內(nèi)置開燈啟動保護(hù)和過電壓保護(hù)等。OZ960內(nèi)部電路框圖如圖10所示，引腳功能見表3.

圖10 OZ960內(nèi)部電路框圖

表3 OZ960引腳功能

(1)驅(qū)動控制電路

驅(qū)動控制電路由U901(OZ960)及其外圍元器件組成。

由開關(guān)電源產(chǎn)生的Vdd電壓(一般為5V)經(jīng)R904限流，加到OZ960的供電端5腳，為OZ960提供工作時所需電壓。

當(dāng)需要點亮液晶彩電時，微控制器輸出的ON/OFF信號為高電平，經(jīng)R903,使加到OZ960的3腳電壓為高電平(1.5V以上的電壓為高電平)。

OZ960在5腳得到供電，同時3腳得到高電平信號后，內(nèi)部振蕩電路開始工作，振蕩頻率由17~18腳外接的定時電阻R908和定時電容C912的值決定。振蕩電路工作后，產(chǎn)生振蕩脈沖，加到內(nèi)部零電壓切換移相控制電路和驅(qū)動電路，經(jīng)過變換整形后從19腳、20腳、12腳、11腳輸出PWM脈沖，去全橋驅(qū)動電路。

(2)全橋驅(qū)動電路

全橋驅(qū)動電路用于產(chǎn)生符合要求的交流高壓，驅(qū)動CCFL工作，由Q904、Q905、Q906、Q907、T901等組成。這是一個具有零電壓切換的全橋電路結(jié)構(gòu)，Vcc(一般為12V)電壓加到Q904、Q906的源極，Q905、Q907的源極接地，在OZ960輸出的驅(qū)動脈沖(其波形如圖11所示)控制下，使Q904、Q907同時導(dǎo)通，Q905、Q906同時導(dǎo)通，且Q904、Q907導(dǎo)通時，Q905、Q906截止，也就是說，Q904、Q907與Q905、Q906是交替導(dǎo)通的，輸出對稱的開關(guān)管驅(qū)動脈沖，經(jīng)C915、C916、C917、C918、升壓變壓器T901以及背光燈管組成的諧振電路，產(chǎn)生近似正弦波的電壓和電流，點燃背光燈管。

圖11 OZ960輸出的驅(qū)動脈沖波形

(3)亮度調(diào)節(jié)電路

OZ960的14腳是亮度控制端，當(dāng)需要調(diào)整亮度時，由微控制器產(chǎn)生的亮度控制電壓經(jīng)R906、R907分壓，加到14腳，經(jīng)內(nèi)部電路處理后，通過控制OZ960輸出的驅(qū)動脈沖占空比，從而達(dá)到亮度控制的目的。

(4)保護(hù)電路

①軟啟動保護(hù)電路：OZ960的4腳軟啟動端，外接軟啟動電容C904,起到軟啟動定時的作用。OZ960工作后，4腳內(nèi)電路向C904進(jìn)行充電，隨著C904兩端電壓的升高，OZ960輸出的驅(qū)動脈沖控制驅(qū)動管向高壓變壓器提供的能量也逐漸增大。軟啟動電路可以防止背光燈初始工作時產(chǎn)生過大的沖擊電流。

②過電壓保護(hù)電路：OZ960內(nèi)的過電壓保護(hù)電路可以防止燈管高壓變壓器二次側(cè)在非正常情況下產(chǎn)生過高的高壓而損壞高壓變壓器和燈管。電路中，由T901二次側(cè)產(chǎn)生的高壓經(jīng)R930、R932和R931、R933分壓后，作為取樣電壓，經(jīng)D909、D910加到2腳，在啟動階段，2腳檢測高壓變壓器的二次電壓，當(dāng)2腳電壓達(dá)到2V時，OZ960將不再升高輸出電壓，而進(jìn)入穩(wěn)定輸出電壓階段。

③ 過電流保護(hù)電路： 過電流保護(hù)電路用來保護(hù)CCFL不致因電流過大而老化或損壞。

電路中，R936、R937為過電流檢測電阻，R936、R937兩端的電壓隨工作電流變化而變化，電流越大，R936、R937兩端電壓越高， 此電壓經(jīng)D912、D914加到OZ960的9腳， 作為電流檢測端， 通過內(nèi)部控制電路穩(wěn)定燈管電流。若CCFL的工作電流過大，會使9腳升高很多，當(dāng)9腳電壓達(dá)到1.25V時， 經(jīng)OZ960內(nèi)部處理， 會控制OZ960的停止輸出驅(qū)動脈沖， 達(dá)到保護(hù)的目的。