AC-PDP新型驱动电路的设计与实现

1 引 言

交流等离子体显示器 (以下简称AC PDP)由于尺寸大、重量轻、厚度薄、视角宽等优点，在大屏幕壁挂电视和多媒体显示方面具有广阔的应用前景，近年来发展十分迅速。AC-PDP是利用气体放电产生紫外线激发荧光粉发光。为了实现图像的正常显示，需要各种高压脉冲序列波形。现有的驱动电路根据特定的驱动波形来设计的，不能随意改变驱动波形。本文针对现有AC-PDP驱动电路产生波形不够灵活的缺点，基于隔离变压器耦合的思想，采用模块化，层次式的设计方法，提出并实现了一种新型的AC-PDP驱动电路。经理论分析、计算机模拟和实测，此电路能够实现控制信号的传递，产生正确的输出。并且，据其设计原理，此电路能够产生宽脉冲、窄脉冲、斜波、负压等多种驱动波形。利用其，可对AC-PDP的驱动波形进行实验和优化。

2 新型驱动电路的设计思想及其计算机仿真

该驱动电路主要利用隔离变压器耦合的思想，将控制信号通过电感线圈从原边耦合到副边，控制高压MOS开关的导通与否，从而控制高压波形的产生。

隔离变压器的耦合原理如图1所示。图2示出图1的仿真波形。


图1 隔离变压器耦合原理图
　　
在图1中，V为高压，Vc是0V和15V的控制信号，TX是变比为1：1的线圈，它将控制信号从原边耦合到副边，MOS管M1控制电压传递，MOS管M2控制高压通断。图2中波形从上至下分别为TX原边信号，TX副边信号，输出信号（对应于图1中的OUT），Vc控制信号。
可见，通过图1的电路能够实现Vc对输出OUT的控制。


图2 隔离变压器耦合电路的仿真波形图

3 新型驱动电路的具体实现

新型驱动电路采用模块化、层次式的设计方法，其顶层框图如图3所示。


图3 驱动电路顶层框图
　　
图3中，sig[0..7]为外部送入的8路控制信号。在控制信号的作用下，此驱动电路能够产生5种电平的高压信号，5个模块的高压输出共同连接到out端，该端与PDP显示屏的电极相连。对控制信号进行合理的控制，能够保证同一时刻out端只能有一路电压输出。

设定此5个电压中的最高电压为Vmax，最低电压为Vmin，介于此二者之间的电压为Vmid1、Vmid2、Vmid3。对于此三种电压，由于不知在此电压输出之前out端的电压与要输出的电压之间的大小关系，故采用上拉下顶的箝位技术，将out端电位箝位到要输出的电压，故Vmid1、Vmid2、Vmid3模块需要两个控制信号。而Vmax是最高电压，Vmin是最低电压，它们与out端电压的关系分别已确定，故无需采用箝位技术，只需一个控制信号。

图4示出Vmid1电压产生模块的内部电路原理图。


图4 Vmid1电压产生模块内部电路原理图
　　
该驱动电路采用电压转换芯片IR2110s，将5V的逻辑电压转换为15V的高压开关管控制电压。MH1和ML1采用高速NMOS开关管IRFZ44N实现传输控制，MH2和ML2采用高耐压NOMS开关管IRF840实现高压输出控制。

输入信号sig1控制IR2110s的上通道输出Hout。在RH1、CH1和TXH的共同作用下，Hout信号传输到TXH的原边，进一步耦合到TXH的副边，并利用NMOS管MH1和二极管DH1进行传输控制。当控制信号为高，MH2导通，高压V1由其漏极传输到其源极并输出。下通道工作原理基本相同，高压V1由其源极传输到其漏极并输出。上下通道配合将out端输出电压箝位到Vmid1。

4 新型驱动电路的实测波形

图5示出实测的控制信号波形。对照图1，通道1为外部输入的控制信号Vc；通道2为隔离变压TX耦合的控制信号；波形3为输出信号out，此时的外加电压V等于50V。


图5 实测的控制信号波形
　　
在AC-PDP的各种驱动波形中，需要不同脉宽、不同形状的信号【3 】。如对于写寻址方法，在准备期时，Y电极上要加上斜波信号以控制完全消除壁电荷，寻址期时，X电极需要加一个固定电平，此为宽脉冲；对于擦除寻址方法，在寻址期时，则需要1～2μS的擦除信号，此为窄脉冲。图6、图7、图8分别示出实测的宽脉冲信号、窄脉冲信号和斜波信号。


图6 实测的宽脉冲信号
　　
图6中，通道1为高电平控制信号，通道2为零电平控制信号，通道3为输出信号，外加电压为50V。可见，在外加控制信号作用下，电路能够实现宽脉冲信号。

图7中，通道1为高电平控制信号，通道2为零电平控制信号，通道3为输出窄脉冲信号。为了使高压开关能够能够实现可靠转换，设计中，使高电平和零电平控制信号在其变化处，有一段时间共同为低，因此输出信号与窄脉冲信号并非完全对应。在这段控制信号共同为低的时间内，输出电压保持以前的状态。


图7 实测的窄脉冲信号
　　
在图7中，输出信号3的上升沿与控信号1的上升沿不是完全对应的，这是由MOS管开启延时以及电路中传输延时引起的。

在模块out端与电路总体out端之间串联电阻，将屏等效为电容，利用RC充放电电路可产生斜波。屏电容固定，时间常数等于RC，故斜波的斜率和上升时间可由电阻进行调节。参照图8，从参考波形1到参考波形4，电阻的阻值减小，斜波的斜率增大，上升时间减小。可见，调节电阻的阻值，就能够实现不同的斜波信号。


图8 实测的斜波波形
　　
该驱动电路利用隔离变压器耦合的思想，能够产生正压和负压。图9示出实测的正负高压波形。通道1为正压控制信号，通道2为负压控制信号，通道3为零电平控制信号，通道4为在这些控制信号作用下的输出信号，外加电压为±150V。可见，输出信号的电压变化情况与这几个控制信号完全对应。


图9 实测的正负电压信号