关于AC PDP中使用光耦合器和光隔离栅极驱动器的问题

AC等离子显示面板（PDP）被称为“等离子”显示器，因为它们使用包含带电的离子化气体（即等离子）的小单元。本白皮书讨论了在AC PDP中使用光耦合器和光隔离栅极驱动器的问题。它还讨论了交流等离子显示面板的基本原理以及在其应用中使用的不同设计注意事项。

介绍

等离子显示面板（PDP）本质上是微型荧光灯管的矩阵，这些荧光灯管以复杂的方式进行控制。有两种主要类型，DC和AC。AC PDP由于其结构更简单，使用寿命更长而成为最常用的方法。

AC等离子显示面板的基本原理

基本的显示单元（如图1所示）包括一对被电介质包围的维持电极Xi和Yi。寻址电极Aj位于相对的玻璃基板上并且垂直于电极Xi和Yi延伸。电池充满氖气和氙气的混合物，当施加的电压超过其击穿电压时，该混合物会被电离。在高压电场下加速时，带正电的离子和带负电的电子发生碰撞。这种碰撞会产生紫外线光子，从而激发磷光体发出可见光。对于其中磷光体容易受到正电荷损坏的彩色等离子显示面板，主要在Xi和Yi电极之间控制放电，避免电荷直接撞击到沉积在寻址电极Aj顶部的磷光体上。

基本显示单元

这样的单元只有两种状态：ON和OFF。为了显示256个灰度，使用ADS（地址-显示-分隔）方法将一帧分为八个子帧，其子帧的显示周期的比例为1：2：4：8：16：32：64：128。通过选择适当的子帧组合，可以将显示强度设置为256个亮度级别中的任何一个。

显示图像的一个子帧涉及三个阶段（重置，写入和维持）。在重置短语中，将初始化单元并清除壁电荷。在写短语中，通过写放电将子帧数据写到面板中，以在所选单元格中累积壁电荷。在维持短语中，交替地向所有X和Y电极施加维持脉冲以使面板中的AC电流放电并显示图像。

电极驱动波形的简化表示如图2所示。Vreset是复位脉冲，Va表示图像数据，-Vsc是行扫描脉冲，Vsus是显示维持脉冲。

ADS技术的时序分配图如图3所示。每个子帧均由如图所示的复位，写入和维持阶段驱动。

在NTSC系统中，视频图像以60 Hz的频率刷新，每帧持续16.7 ms。每个帧中总共有512个维持脉冲，第一个子帧中有两个。如果每个维持脉冲持续5 µs，则一帧显示周期的总时间为2.6 ms。剩下的14.1 ms留给复位和写入周期。每个子帧中的重置和写入周期应为14.1 ms / 8 = 1.8 ms。如果复位周期需要大约50 µs，则写入周期将花费1.75 ms，在此期间必须扫描所有行。对于涉及1920 x 1080像素的高分辨率大面板显示器，需要在1.75毫秒内扫描1080行。因此，行扫描脉冲的最大脉冲宽度为1.75 ms / 1080 = 1.6 µs。

基本电极驱动波形

ADS时序分配图

对于高对比度和高亮度图像，当仅在维持阶段发光时，将获得最佳结果，并且该阶段应尽可能长。但是，复位脉冲和写入脉冲都会引起放电，从而降低对比度。研究表明，亮度与驱动脉冲的上升和下降时间成正比。复位脉冲的缓慢斜坡减小了由这种不希望的放电产生的亮度，并改善了图像对比度。加速维持脉冲的斜升并增加维持周期可增强图像亮度。这意味着写阶段的周期应尽可能小，只要它不会引起任何写缺陷即可。在不影响图像质量的情况下，已将许多方法用于高速写入操作。

面板驱动电路

电子控制和驱动框图如图4所示。

由扫描控制器和驱动器控制的扫描电极Yi水平运行以顺序扫描帧数据行。电极Aj垂直延伸，以在每个交叉点将列显示数据写入显示单元。与Yi并联运行的电极Xi的一端连接，并由通用的维持驱动器控制，以向整个面板施加高压脉冲以显示图像数据。

PDP面板框图

扫描驱动器IC接口的设计注意事项

扫描驱动器包括几个能够将高电压从Vpwr节点或Vsub节点切换到每个输出Yi的IC，如图5所示。

扫描驱动程序框图

扫描驱动器IC浮在Vsub节点上，可以在各种电势之间切换。通常，需要使用光耦合器将数据，时钟，选通脉冲和其他控制信号从控制逻辑电路到扫描驱动器IC进行电平转换。选择合适的光耦合器的主要考虑因素是速度，功耗，尺寸，共模噪声抗扰度和扇出能力。

如果扫描脉冲宽度为1 µs，则行扫描信号的数据速率约为1 MBd，对于1 MBd数据信号，时钟为2 MBd。由于数据信号和时钟信号是通过隔离边界并行传输的，因此通道之间的传播延迟差应保持较低，以便在时钟信号可以安全地锁存数据之前为数据建立足够的裕量。Avago Technologies HCPL-0738双通道和HCPL-0708单通道15 MBd光耦合器，以及HCPL-0630或HCPL-0631 10 MBd双通道光耦合器，都具有最大的传播延迟偏差，可确保通道之间的差异为小于40 ns。对于Avago HCPL-0600或HCPL-0601单通道光耦合器，传播延迟偏斜通常更高。HCPL-0630 / 0631具有集电极开路输出，

等离子面板的图像显示涉及高频，大电流的充电和放电，这意味着通过电源开关会消耗大量的功率。作为用于电源电子设备的隔离和电平转换设备，光耦合器必须放置在靠近电源驱动器IC的位置。这意味着光耦合器的环境温度通常较高，约为+70°C至+85°C。理想情况下，光耦合器应消耗尽可能少的功率，以将LED和光电检测器的结温保持在一个会导致性能或寿命降低的值以下。光耦合器的总功耗可通过以下公式计算：
PT = PLED + PDetector = PLED + PStatic + PSwitching
= IF（平均值）•VF + Vcc•Icc + CLoad•Vcc 2•f

总功耗是稳态电源电流，LED驱动电流，开关频率和负载电容的函数。在典型的PDP扫描驱动应用中，负载是被驱动的所有栅极的电容。在1 MHz时，开关功率通常小于10 mW。在开启时间为50％的情况下，LED平均电流约为5 mA。因此，LED的功耗约为7.5 mW，VF约为1.5V。主要的热源是检测器的稳态功耗。HCPL-0738的电源电流最大为16 mA，因此总的检测器功耗不到80 mW。对于HCPL-0630 / 0631，电源电流小于11 mA，因此功耗小于55 mW。对高分辨率和大尺寸面板显示器的需求要求在有限的PCB板空间中封装更多数量的驱动器IC，这意味着PDP驱动器中组件的尺寸变得越来越关键。与两个单通道设备相比，Avago Technologies双通道SO-8光耦合器节省至少40％的空间。

编辑：hfy