大型LCD背光照明系统设计

灯频和调光频率的精密度控制

由于LCD电视需要显示动态且连续移动的画面，它有一些在静态显示应用(例如计算机监视器和笔记本PC等)中所没有的特殊要求。CCFL的驱动频率可能会干扰LCD屏上显示的画面。如果灯频接近视频刷新频率的某个倍频，就会在屏幕上出现缓慢移动的线或带。通过精密控制灯频在±5%以内，可以消除这种瑕疵。

用于调节灯亮度的突发调光频率也要求同样的精密度控制。这种调光方式通常是采用30Hz至200Hz频率范围的脉冲宽度调制(PWM)信号，在短时间内将灯关闭，达到调光目的，由于关闭时间很短，不足以使电离态消失。如果突发调光频率接近垂直同步频率的倍频，也会产生滚动线。同样，将突发调光频率严格控制在±5%以内就可以消除这个问题。另外，在有些LCD电视中，为了改善LCD屏的图像响应，还要求缓慢的CCFL突发调光频率与视频垂直同步频率同步起来。

解决LCD电视背光挑战的方案(DS3984/DS3988)

DS3984 (四通道)和DS3988 (八通道) CCFL控制器解决了本文所提到的所有这些设计挑战。可将这些器件配置为每个通道驱动一个灯(图9)，或者每通道多个灯(图10)，用户可灵活裁减设计，以满足自己的性价比目标。多个DS3984/DS3988可轻松级联，以支持任意数量的灯，来为LCD电视屏提供背光照明。

DS3984/DS3988采用推挽驱动架构，可使用更低成本、更高效率的n沟道MOSFET。逆变器直流电源也可采用更高的电压。单独的灯控制和监视可提供均匀的亮度，并减少了逆变器的元件总量。采用单独的灯控制时，如果某一个灯失效，那仅会使这个失效的灯停止工作，其他灯继续工作，不受影响。片上振荡器产生的灯频和突发调光频率被严格规范于±5%的精密度水平，消除了对于显示图像的影响，并且也可被同步至外部时钟源。


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图9. DS3984/DS3988单独驱动和监视每个灯，为LCD电视和PC监视器提供均匀亮度。


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图10. DS3984/DS3988的每个通道也可驱动多个灯。

CCFL

冷阴极荧光灯(CCFL)是一种长而细的密封玻璃管，内充惰性气体(图11)。当给灯管施加高压时，气体被电离，产生紫外线(UV)。紫外线打到内壁涂敷的荧光材料上使其激发，发出可见光。CCFL有许多优点，包括：

• 优良的白光源
• 低成本
• 高效率(光输出与输入电功率之比)
• 长寿命(>25千时)
• 稳定、确定的工作状态
• 容易调节亮度
• 重量轻

图11. CCFL是充有惰性气体的玻璃管。

CCFL有一些特殊性能，必须仔细考虑，以最大化其效率、寿命和实用性。然而，这些特性带来了一些特殊的设计挑战。例如，为了最大化灯管的寿命，需要采用交流波形驱动CCFL。任何直流成分会使一部分气体聚集在灯管的一端，造成不可逆转的光梯度，使灯管的一端比另一端更亮。还有，为了最大化其效率(光输出与输入电功率之比)，需要用接近正弦的波形驱动灯管。为此，CCFL通常需要一个直流-交流逆变器来将直流电源电压变成40kHz至80kHz的交流波形，工作电压通常在500VRMS至1000VRMS。

LCD电视中典型的CCFL布置

图12表示在LCD电视中，CCFL通常是如何安排的。这个电视中的12个灯等间隔地分布在整个LCD背板上，以提供最佳的光分布。重要的是，所有灯要工作在相同的亮度下。尽管在CCFL灯管和LCD面板之间安排有散光器，可协助均匀分布背光，不均匀的灯管亮度仍然很容易被察觉，并影响电视的图像质量。因LCD面板尺寸而异，用到的CCFL灯数量可能会多达30甚至40个。


图12. LCD电视内有4到40个CCFL。