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  • 基于Royer 拓扑的冷阴极荧光灯驱动电路设计
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/4/29 11:57:51
    CCFL(冷阴极荧光灯)应用电路用于驱动荧光灯管,驱动电路由DC/DC逆变器(如Royer)或全桥转换器拓扑组成。
    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。

    Royer拓扑的电路示意图


    在灯点燃后的T1 等效谐振电路示意图


    V1, V1/2, VL1 和 Vdc 的理论波形


    图4 敏感电路
    变压器工作原理
    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。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。




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