基于Royer拓扑的冷阴极荧光灯驱动电路设计
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:663
ccfl驱动电路采用12v直流电压电源,如果输出功率等于或小于12w,而且每个模块上的灯管数是一支或二支,则成本低廉的royer拓扑是理想的ccfl驱动解决方案。本文着重讨论royer拓扑。royer拓扑由两部分组成,第一部分是一个特殊的降压变换器,它能够把直流输入电压转换成恒流输出。降压变换器由一个p沟道低压mosfet或pnp功率双极晶体管(st公司的sts3dpfs30 或 stn790a)、一个续流肖特基二极管(st公司的1n5821)和一个电感器组成。通过调节电源开关的占空比,这个部分能够控制灯管的亮度;第二部分是一个电流源推挽式转换器,这一部分包括两个共发射极的npn低压功率双极晶体管(stsa1805)、几个无源器件,如电阻器和电容器以及一个装有三个绕组的特殊变压器。变压器的一次绕组连接双极晶体管的集电极,二次绕组驱动荧光灯管,三次绕组驱动双极晶体管的基极。在输出部分,一个敏感网络负责检测灯管电流,并将信号发送到一个内置tsm108的控制电路,这个控制ic驱动降压转换器的电源开关,它的工作与pwm系统的工作有关。图1 描述了ccfl royer拓扑的电路示意图。
图1 royer拓扑的电路示意图
图2 在灯点燃后的t1 等效谐振电路示意图
图3 v1, v1/2, vl1 和 vdc 的理论波形
图4 敏感电路
变压器工作原理
如图1所示,当q2导通时,q3关断;反之亦然。当q2导通时,电流经过这个管子和相连的半个一次绕组;当q3导通时,电流经过这个管子和另一半一次绕组。推挽转换器的谐振频率也与变压器一次绕组的电感lt有关,n2(二次绕组的匝数)与n1/2(半个一次绕组的匝数)的比值大约是80~90,而n1/2与n3(三次绕组的匝数)的比值大约是4~5。当施加一个12v的直流电压时,v1/2max电压(一次绕组的中间点与参与端子之间的最大电压)可以写成:
v2max(t1的二次绕组端子之间的最大电压)将是1700v,v3max(t1的三次绕组端子之间的最大电压)大约是6v。变压器在灯管点亮前的工作频率可以写成:
在灯点亮之后,变压器电路等效的电路示意图如图2所示。其中k是 n2与 n1/2的比值。
在灯管点亮后,如果rlamp/k2忽略不计,工作频率可以写成:
降压转换器的电特性
及电感设计
电感端子上的电压是当q1导通时vdc与v1/2之间的电压差;当q1关断而d1导通时,l1端子上的电压等于v1/2。
从敏感网络传到降压变换器输出端的电能与q1的占空比有关(见图3)。假设系统效率为100%,a1区必须等于a2区。
a1为:
而 a2为:
所以, v1/2max可以写成:
vdc
q2和q3的集电极到发射极的最大电压将是v1/2max电压的两倍。
纹波电流:imax-iavg=iavg-imin=艻,其中,iavg是平均电流。
在稳态期间,vl1的平均值等于零,所以:a+d=b+c,其中:a=b=c=d。
在确定了最大纹波电流(艻max)后,满足设计规格的l1的最小值可以写成:
其中:
敏感网络与pwm工作
如图4所示,在电流i2的正半弦波期间,电流通过r9电阻。r9端子上的电压启动d2’和敏感网络 c11-r8-p-r7-c8;在i2负半弦波期间,电流通过d2’’,应用效率提高。在电流i2正半弦波期间,c11被充电,并将端子上的电压保持恒定,最后在r8-p-r7网络上放电。amp1的反相输入端的电压固定在2.52v,它还会将非反相输入端固定在同一电压水平上。当输出功率提高时,电流i2也会增强,而非反相输入端的电压将会超过2.52v,如果出现这种情况,amp1输出和tsm108会立即调整q1的占空比,以限制输出功率,将非反相输入端的电压降低到2.52v。通过调节变光器p,可以提高/降低灯的亮度。amp1输出信号是amp3的反相输入,这种信号好像是amp4产生的齿状信号,齿状信号的频率由电容器c14来确定。
ccfl驱动电路采用12v直流电压电源,如果输出功率等于或小于12w,而且每个模块上的灯管数是一支或二支,则成本低廉的royer拓扑是理想的ccfl驱动解决方案。本文着重讨论royer拓扑。royer拓扑由两部分组成,第一部分是一个特殊的降压变换器,它能够把直流输入电压转换成恒流输出。降压变换器由一个p沟道低压mosfet或pnp功率双极晶体管(st公司的sts3dpfs30 或 stn790a)、一个续流肖特基二极管(st公司的1n5821)和一个电感器组成。通过调节电源开关的占空比,这个部分能够控制灯管的亮度;第二部分是一个电流源推挽式转换器,这一部分包括两个共发射极的npn低压功率双极晶体管(stsa1805)、几个无源器件,如电阻器和电容器以及一个装有三个绕组的特殊变压器。变压器的一次绕组连接双极晶体管的集电极,二次绕组驱动荧光灯管,三次绕组驱动双极晶体管的基极。在输出部分,一个敏感网络负责检测灯管电流,并将信号发送到一个内置tsm108的控制电路,这个控制ic驱动降压转换器的电源开关,它的工作与pwm系统的工作有关。图1 描述了ccfl royer拓扑的电路示意图。
图1 royer拓扑的电路示意图
图2 在灯点燃后的t1 等效谐振电路示意图
图3 v1, v1/2, vl1 和 vdc 的理论波形
图4 敏感电路
变压器工作原理
如图1所示,当q2导通时,q3关断;反之亦然。当q2导通时,电流经过这个管子和相连的半个一次绕组;当q3导通时,电流经过这个管子和另一半一次绕组。推挽转换器的谐振频率也与变压器一次绕组的电感lt有关,n2(二次绕组的匝数)与n1/2(半个一次绕组的匝数)的比值大约是80~90,而n1/2与n3(三次绕组的匝数)的比值大约是4~5。当施加一个12v的直流电压时,v1/2max电压(一次绕组的中间点与参与端子之间的最大电压)可以写成:
v2max(t1的二次绕组端子之间的最大电压)将是1700v,v3max(t1的三次绕组端子之间的最大电压)大约是6v。变压器在灯管点亮前的工作频率可以写成:
在灯点亮之后,变压器电路等效的电路示意图如图2所示。其中k是 n2与 n1/2的比值。
在灯管点亮后,如果rlamp/k2忽略不计,工作频率可以写成:
降压转换器的电特性
及电感设计
电感端子上的电压是当q1导通时vdc与v1/2之间的电压差;当q1关断而d1导通时,l1端子上的电压等于v1/2。
从敏感网络传到降压变换器输出端的电能与q1的占空比有关(见图3)。假设系统效率为100%,a1区必须等于a2区。
a1为:
而 a2为:
所以, v1/2max可以写成:
vdc
q2和q3的集电极到发射极的最大电压将是v1/2max电压的两倍。
纹波电流:imax-iavg=iavg-imin=艻,其中,iavg是平均电流。
在稳态期间,vl1的平均值等于零,所以:a+d=b+c,其中:a=b=c=d。
在确定了最大纹波电流(艻max)后,满足设计规格的l1的最小值可以写成:
其中:
敏感网络与pwm工作
如图4所示,在电流i2的正半弦波期间,电流通过r9电阻。r9端子上的电压启动d2’和敏感网络 c11-r8-p-r7-c8;在i2负半弦波期间,电流通过d2’’,应用效率提高。在电流i2正半弦波期间,c11被充电,并将端子上的电压保持恒定,最后在r8-p-r7网络上放电。amp1的反相输入端的电压固定在2.52v,它还会将非反相输入端固定在同一电压水平上。当输出功率提高时,电流i2也会增强,而非反相输入端的电压将会超过2.52v,如果出现这种情况,amp1输出和tsm108会立即调整q1的占空比,以限制输出功率,将非反相输入端的电压降低到2.52v。通过调节变光器p,可以提高/降低灯的亮度。amp1输出信号是amp3的反相输入,这种信号好像是amp4产生的齿状信号,齿状信号的频率由电容器c14来确定。