AC-PDP新型驱动电路的设计与实现
时间:07-25
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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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136109iern3tya30v.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-1361102mont4ggo21.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136111bnjcq3swuf4.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136112itlcn5mfqok.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136113vs0qmgbmwr4.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136114gzqmkastr02.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136115kb2nj1m4ezk.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136116lygjwkabhl5.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-1361172asyrr5swvj.jpg)
图9 实测的正负电压信号
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136109iern3tya30v.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-1361102mont4ggo21.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136111bnjcq3swuf4.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136112itlcn5mfqok.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136113vs0qmgbmwr4.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136114gzqmkastr02.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136115kb2nj1m4ezk.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-136116lygjwkabhl5.jpg)
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。
![](../img/eec-Analog/Analog-1361172asyrr5swvj.jpg)
图9 实测的正负电压信号
显示器 电路 变压器 仿真 电感 电压 二极管 电阻 电容 相关文章:
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