CCFL电子变压器电路分析

在大尺寸LCD背光照明中，至今仍然是冷阴极荧光灯（CCFL）的一统天下。尽管CCFL将受到高亮度LED的挑战，但近年又出现了电极在灯管外部的CCFL，被称作外部电极荧光灯（EEFL）。这种EEFL我国已有一些公司生产。EEFL不仅寿命比CCFL更长，达20万小时以上，而且可以并联，用一个驱动电路可以驱动多根灯管，从而能大幅度地降低成本。因此LED欲完全挤占CCFL的市场，并不是那么简单。
CCFL电子变压器有人也称其为CCFL电子镇流器。大多数CCFL电子变压器，都采用低压（3～30V）直流供电。因此，DC／AV逆变器将DC电压逆变为高频（20kHz～100kHz）电压，然后再通过一个升压变压器产生250～650V的高压和2～8mA的电流供CCFL工作。CCFL的触发启动电压范围大多在6001500V之间，也由电子变压器提供。 　　CCFL电子驱动器大多采用全桥或推挽电路结构，其中全桥驱动电路需要4个开关（MOSFET），但输出功率比仅用两个开关的半桥大1倍。
采用控制器MAX8722A的全桥式电子变压器电路如图1所示。该电路的DC输入电压VIN为8～24V，CCFL的灯电压为650V，灯电流为6mA，触发启动电压为1600V（有效值），专门用作大屏幕TFT－LCD平板显示器的背光照明。电路的数字PWM（DPWM）频率由IC⑧脚外部电阻R1决定（其值为fDPWM＝209Hz＋169kΩ／R1＝209Hz），灯工作频率在45kHz与65kHz之间。
IC（23）脚输出5.3V的稳压电压，经IC的VDD脚和双二极管D1及（16）脚和（15）脚，为IC中低／高端MOSFET栅极驱动器供电。 

若全桥功率级用一个高频方波信号源来表示，变压器次级绕组漏感为L，由于C9≤C10（可忽略C10的影响），逆变器简化电路如图2所示。若T1次级与初级绕组之间匝数比（即升压比）为N，反射到次级绕组上的电容为C8′（C8′＝C8／N2），CCFL的理想化等效电阻为RL，去除变压器T1后的等效电路如图3所示。图4所示为在不同负载情况下谐振槽路电压增益频率响应曲线。该频率曲线有一个由L和C8′决定的串联谐振峰值fs和由L、C8′及C9决定的并联谐振峰值FP＝1／2πLC8′，并且fS＝1／2π 

在CCFL触发启动之前，CCFL不导通，其阻抗无穷大，电路工作点接近fP，呈现并联谐振特性，像一个电压源，将产生一个1600V的高压使灯管内气体（氖－氩和汞）电离而导通，将灯启动。一旦灯被点亮，灯电阻急剧下降，工作点向fS移动，电路在串联谐振模式操作，像一个电流源。
MAX8722A③脚上连接的电阻分压器（R2／R3），用作调节和设定变压器T1初级过电流保护电平。电路还提供T1次级电流限制和次级过电压及灯管脱落保护。R4为T1次级绕组电流传感电阻，C9／C10电容分压器用作检测次级过电压，R5用作感测灯电流。 

凡是用于LCD背光照明的CCFL电子变压器，都必须配备调光 功能。当在MAX8722A⑤脚加一个0～2V的模拟调光控制电压时，灯亮度从10%到100%变化，如图5所示。 　　CCFL灯亮度也可利用100～350Hz的数字脉宽调制（DPWM）低频信号来控制。灯亮度与DPWM占空比成正比，DPWM占空比可利用IC引脚CNTL调节在9.375%到100%的范围。DPWM频率设置方法有如下三种：
（1）脚FREQ与地之间连接一个电阻（如图1中的RI），该电阻阻值范围在353kΩ～101kΩ之间。当选择R1=169kΩ时，fDPWM＝209Hz。在这种方法中，同步脚SYNC应接地，DPWM信号从引脚DPWM输出。
（2）将引脚FREQ连接VCC，可在脚SYNC上加一个13kHz～45kHz的高频信号fEXT，在脚DPWM上可以输出100～350Hz的低频信号。fDPWM与fEXT之间关系为：fDPWM＝fEXT／128
（3）在脚FREQ上连接一个100kΩ的电阻到地，脚SYNC连接VCC，在脚DPWM上可以加一个100～350Hz的低频信号。在此情况下，fDPWM和占空比等于外部信号。
MAX8722A采用BiCMOS工艺设计，内含2985个晶体管，能为CCFL提供一切所必需的功能。在图1所示的电路中，可在T1初级再并联一个或更多的变压器，从而可驱动两支或两支以上的CCFL灯管。变压器T1升压比（N）为93，次级绕组漏感L＝260mH。