單片機CCFL控制器改善大屏幕LCD TV的圖像質(zhì)量

雖然LCD背光有多種方式，例如LED、EL、CCFL等，但對于大尺寸LCD屏來說，由于CCFL發(fā)光效率高而成為主流背光光源。傳統(tǒng)的LCD屏主要用于筆記本電腦或臺式電腦，背光組件在有一定亮度的前提下，還要尺寸小和重量輕等，大多采用側(cè)面背光方式（CCFL燈管安裝在屏的二邊或四周，通過導光板將光漫射到整個屏幕后面）；而LCD TV特別是大尺寸LCD TV，由于對顯示亮度（450cd/m2）、視角廣角（170°）、圖像對比度（500：1）等有更高的要求，因而需要采用光源利用率更高的垂直背光技術。

1 垂直背光

垂直背光，顧名思義，是將CCFL燈管直接安裝在LCD屏后面，并利用全反射膜將發(fā)散到其他方向的光線反射到屏幕發(fā)光面，以提高光源到利用率。雖然垂直背光解決了大屏幕LCD TV的亮度、視角廣度等問題，但由于主要是靠增加燈管數(shù)目實現(xiàn)的，燈管數(shù)目從幾只到幾十只不等，因而存在以下問題：

（1）均勻度較低，這主要是因為燈管數(shù)目較多所致，結(jié)果使屏幕出現(xiàn)明暗條紋，如果各燈管亮度不一致，現(xiàn)象更明顯。

（2）屏幕色差，燈管數(shù)目多雖然提升了亮度和輝度，但也使背光組件的發(fā)熱量增大，而液晶分子由于對溫度敏感度高，易造成高溫下屏幕色彩異常；除此之外，CCFL燈管本身在高溫下的壽命也會縮短。

有鑒于此，設計CCFL逆變電源時需要仔細控制每只燈管的電流，以保證亮度一致，在燈管確定的情況下盡量提高逆變電源的轉(zhuǎn)換效率以減小發(fā)熱量。

圖2

2 多路CCFL控制器

為了降低成本，一些CCFL逆變電源采用圖1所示的方案。它對于燈管數(shù)目較少且采用側(cè)面背光方式的小屏幕LCD不失為一種低成本、小尺寸優(yōu)選方案，通過導光極的漫射作用可消除燈管亮度不一致的缺陷，由于燈管少（2～4只），全橋電路中流過MOSFET的電流也不太大，對變換器效率影響也小。

對于大尺寸LCD TV，為了增加亮度，提高對比度，燈管數(shù)量大大增加，有時可能達到30多只，如果采用上述電路，每只燈管的亮度難以通過外部參數(shù)控制，會出現(xiàn)嚴重的條紋干擾現(xiàn)象。不僅如此，由于此時橋路電流很大，將使導通損耗（I2×RON）隨著燈管數(shù)量而急劇增大，比如16只燈管的導通損耗將是2只燈管的64倍；燈管為32只時，其損耗將為2只燈管的256倍，為單只燈管的1024倍，導致嚴重的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，使背光組件的溫度急劇上升，會引起LCD色彩異常，還會導致CCFL燈管壽命縮短。當然可以采用多個1拖2或1拖4的方案來大大減輕發(fā)熱量，但條紋干擾仍然存在，而且由于每個電源模塊的差異，還將引入塊狀干擾。

3 單片多路CCFL控制器

針對上述問題，DALLAS/MAXIM公司推出了DS3998型高密度單片CCFL控制器，它集成了8個CCFL控制器，分別對8只CCFL燈管的電流進行監(jiān)控，使8只燈管的電流基本一致，從而實現(xiàn)亮度均勻控制，消除屏幕條紋現(xiàn)象。如圖2所示，由于每只燈管有獨立的驅(qū)動和控制回路，從而避免了圖1所示電路因其中一只發(fā)生故障而導致多只燈管不亮，便于快速維修；另外，由于每個推挽電路僅驅(qū)動一只燈管，流過的電流小，MOSFET的導通損耗很小，也避免了發(fā)熱問題，而成本僅稍微增加（一對小功率MOSFET）。DS3998不僅很好地解決了背光源亮度的均勻性和發(fā)熱問題，還帶來以下額外好處：

（1）通道相位控制技術降低AC/DC的電流沖擊

與圖1所示方案或多個獨立控制的逆變電源不同，集成了通道相位控制功能，如圖3所示，每個通道的MOSFET柵極導通時間在8個通道間平均分配，降低了沖擊電流并簡化了AC/DC的設計要求，減小發(fā)熱元件的散熱面積，縮小體積，降低電源成本。

    （2）E2PROM寄存器與2線串行接口

DS3988采用標準的2線串行接口與片內(nèi)的E2PROM配置寄存器及用戶存儲區(qū)進行通信。配置寄存器包括4個軟啟動特片寄存器與2個控制寄存器（CR1/2），使用戶可以自定義DS3988的參數(shù)，如軟啟動斜率、燈管與調(diào)光頻率源、故障監(jiān)測選項及通道使能/禁用。8字節(jié)非易失的用戶存儲區(qū)用來存儲產(chǎn)品數(shù)據(jù)，如日期編碼、序列號或產(chǎn)品標識號，這為產(chǎn)品生產(chǎn)調(diào)試或維護帶來極大方便。

（3）通過簡單的級聯(lián)支持更多的燈管控制

DS3998的燈管頻率有二種配置選項。DS3988作為燈管主機時，設定CR1中的LFSS=0，選擇板上振蕩器，并通過LOSC輸入端的外部電阻器來設定頻率（40kHz～80kHz）。在這種情況下，燈管頻率信號從LSYNC I/O引腳輸出，為其他燈管從機DS3988提供同步信號。作為燈管從機時，通過設定CR1中的LFSS=1，禁用LOSC輸入，這時必須向LSYNC I/O提供外部的40kHz～80kHz時鐘信號。該信號可以從燈管主機DS3988的LSYNC I/O獲得，也可以從其他信號源獲得。因此，多個DS3988很容易實現(xiàn)超過8只燈管的大屏幕LCD背光控制。

（4）精確的燈管亮度控制

DS3988使用數(shù)字脈寬調(diào)制（（DPWM）信號（22.5Hz～440Hz）提供高效率和精確的燈管調(diào)用。如圖4所示，在DPWM周期的高電平階段，以選定的燈管頻率驅(qū)動燈管（40kHz～80kHz）。由于在這段時間里燈管頻率突現(xiàn)，因此將這一時間段被稱為“突發(fā)”階段。在DPWM周期的低電平階段，控制器禁止MOSFET柵極驅(qū)動，所以燈管不被驅(qū)動，這時電流不再流經(jīng)燈管，但時間很短，不會使燈管出現(xiàn)完全的離子退激。調(diào)光通過調(diào)節(jié)（也就是調(diào)制）突發(fā)階段的占空比來實現(xiàn)遞增與遞減。由于其DPWM信號產(chǎn)生了多種方式，因此為應用提供了很大的靈活性。軟啟動特性進一步降低了輸入電源的電流沖擊。

4 結(jié)束語

與小屏幕液晶顯示器比較，大屏幕液晶電視對顯示器亮度、視角廣度和顯示對比度提出了更高的要求，因此需要采用垂直背光技術，同時大量增加CCFL燈管以滿足要求。DS3998是針對該應用專門開發(fā)的高密度單片集成CCFL控制器，很好地解決了多燈管LCD屏幕條紋干擾及高發(fā)熱導致的色度異常問題，改善了視頻圖像的質(zhì)量，其多相位導通控制功能還降低了AC/DC電源的設計要求，減小了電源體積。