显示屏用冷阴极荧光灯镇流器驱动器UBA2070 及其应用

显示屏用冷阴极荧光灯镇流器驱动器UBA2070 及其应用 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。 显示屏用冷阴极荧光灯镇流器驱动器UBA2070及其应用 毛兴武1，马存云2 (1.临沂市电子研究所，山东临沂276004) (2.临沂师范学院物理与电子科学系，山东临沂276003) 1引言 在最近10年中，光电显示技术迅猛发展。由于冷阴极荧光灯(CCFL)的亮度高，显色性好，无闪烁，功耗低，故在各种显示屏背景照明中仍占重要地位。 与普通荧光灯电子镇流器一样，CCFL电子镇流器也分直流和交流两种。前者可采用低压直流供电，再经逆变器转换为600V,1500V的高频(如30kHz,45kHz)电源。CCFL交流电子镇流器需要进行ACDC和DCAC变换，其设计及电路结构与荧光灯交流电子镇流器基本相同。飞利浦半导体公司推出的UBA2070单片IC，是专门为CCFL交流镇流器而设计的一种驱动器。 2UBA2070的电路结构及其主要特点 UBA2070采用16脚DIP型或16脚SO型封装，引脚排列如图1所示。 UBA2070采用650V双极CMOSDMOS(BCD)功率逻辑工艺制作，在芯片上集成了电压控制振荡器(VCO)、点火定时器、控制逻辑、高端和低端驱动器、灯电压和灯电流传感器及保护电路等，具体组成框图如图2所示。 UBA2070的引脚功能如1所列。 UBA2070的主要特点如下: (1)高端电源电压(VHS)值高达600V，允许在高达277V(RMS)的AC线路电压上操作; 天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。 图1 16脚DIP型封装的引脚排列 图2UBA2070电路结构框图 表1UBA2070的引脚功能简介 天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。 引脚号 符号 功能 引脚号 符号 功能 1 CT 点火定时器输出 9 FVDD 高端开关悬浮电源 2 CSW VCO输入 10 GH 高端栅极开关输出 3 CF 振荡器输出 11 SH 高端开关源极 4 IREF 内部参考电流输入 12 ACM 电容性模式输出 5 GND 地 13 LVS 灯电压感测输入 6 GL 低端开关栅极驱动器输出 14 VREF 参考电压输出 7 VDD 低压电源电压施加端 15 CS， 平均电流传感器正输入 8 n.c. 不连接 16 CS, 平均电流传感器负输入 (2)VCO控制电压为3.0?0.3V，半桥输出频率(典型值)范围从40.5kHz到100kHz，振荡器启动和停止电压分别为13V(典型值)和9.1V(典型值)，带3.9V启动/停止电压滞后(启动时VDD脚的电流约为170μA); (3)内置点火定时器，用于决定灯的最大引燃时间; (4)利用自适应非交迭电路实现非交迭(non-overlap)时间控制，最大非交迭时间在内部限定在半桥周期时间的25,; (5)内置灯电压监视和灯电流控制与检测电路，提供灯失效、灯脱离和电容性模式等保护功能; (6)内置由二极管和MOSFET开关组成的自举电路和高压电平移位电路; (7)参考电压VREF=(2.95?0.09)V，参考电流IREF=65μA,95μA，输出驱动器源/阱(source/sink)电流为180mA/300mA。 3应用电路及工作原理 3.1应用电路 用UBA2070作为驱动器的CCFL镇流器电路如图3所示。 在图3所示的应用电路中，300V的DC高压可以从AC线路经全波整流和铝天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。 高压电解电容器滤波获得。UBA2070的脚10(GH)和脚6(GL)的高端和低端驱动器输出，分别驱动半桥拓扑中的功率开关Ths和Tls。半桥逆变器输出经过升压变压器，为通过电容耦合的并联于变压器次级的两支CCFL提供高频电流。 3.2工作原理 下面介绍UBA2070的功能及其应用电路的工作原理。 图3BUA2070典型应用电路 天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。 图4振荡器和驱动器相关波形 图5正常情况下的引燃特性 3.2.1电路启动与振荡 通电后，流经电阻器RVDD的电流对电容器CVDD充电。当CVDD上的电压达到大约13V时，UBA2070内的VCO则开始振荡。VCO的振荡频率由IC的脚3外部的接地电容CCF、参考电阻Rref和脚2(CSW)上的电压决定。在IC的脚3(CF)上产生锯齿波电压，其频率为半桥频率的2倍。IC的脚10(GH)和脚6(GL)上的输出驱动高端MOSFET(Tsh)和低端MOSFET(Tls)交替导通，并带50,的占空因数。振荡器信号和驱动器信号的相关波形如图4所示。在图4中，CF、GL和VACM分别是脚CF、脚GL和脚ACM上的电压，GHSH为脚GH与脚SH之间的电压。当振荡器开始振荡时的频率最高(fmax)在第一个开关期之内，低端开关Tls导通，IC的自举电路对自举电容器Cboot充电。半桥输出高频信号的一部分经电容器CBR1和二极管DVDD整流、电容器CVDD滤流馈送到IC的脚VDD，为IC启动之后提供工作条件。 UBA2070内置自适应非交迭电路，利用半桥输出电压的斜率和横跨电阻器RACM两端电压的检测来确定非交迭时间(参见图5)。最大的非交迭时间约被固定在桥路周期时间的25,上(约6.7μs)。 3.2.2点火与燃点 天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。 在电路启动后，由于IC内部的一个固定电流对脚2外部的电容器CCSW充电，输出频率将降低。当频率接过近电路的谐振频率时，将产生一个高电压，施加到灯管两端使灯引燃，进入正常燃点阶段。 灯电压被采样后，通过二极管(DLVS1)整流和电容器(CLVS2)滤波，经IC的脚1被内部的灯电压传感器监测。设计的灯点火电压在VLVS(fail)电平(约1.25V)以上。只要灯电压使IC的脚13(LVS)上的电压超过VLVS(fail)，IC内的引燃定时器被启动。灯启动(点火)时间被限定在IC的引脚1(CT)上的一个脉冲之内，只要灯电压超过点火门限，定时器电路则开始工作，点火时间约257ms。当定时器不工作时，IC的脚CT上的电容器CCT通过1mA的电流放电到0V。 图6引燃期间故障模式下相关波形 天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。 图7燃点期间故障模式下的相关波形示意图 VLVS(max)约为1.76V。如果灯电压不能使IC的脚LVS上的电压超过1.76V， IC的脚CSW上的电压将增加到钳位电压电平(3.1?0.3)V，并导致VCO的频率降至最小值。一旦频率达到最小值，灯则完成点火，并进入燃点状态。在正常燃点状态下，IC内部的平均电流传感器(ACS)电路被触发。只要电流感测电阻器Rsense两端的平均电压达到IC的脚CS，上的参考电平(最大值限制在5V)，ACS电路将执行灯电流控制职能。流经Rsense的平均电流将传输一个电压到VCO，VCO通过频率调节从而控制灯电流。 3.2.3灯故障保护 1)灯点火失败 ( 如果灯未能被启动引燃，IC的脚LVS上的感测电压电平升高，并被调节在VLVS(max)电平上。在脚LVS上，电压超过VLVS(fail)电平时，点火定时器启动。如果在设定的时间内灯未能被引燃，电路停止振荡，并进入功率速降模式，半桥中的两个开关(Ths和Tls)均截止，IC的脚LVS上的电压降为0V，如图6所示。在功率下降状态下，VDD被内部钳位在11V。当电源电压VDD降低到复位电夺VDD(reset)(5.5V)以下时，则电路从功率下降模式解除。 (2)灯在点燃期间失效 如果CCFL在正常运行期间出现故障，灯电压将升高，脚LVS上的电压会超过VLVS(fail)电平，从而迫使电路重新进入点火状态，试图对灯再次进行启动引燃。如果灯仍未被引燃，在点火时间结束时，电路迅速进入功率下降模式，如图7所示。在功率下降模式下，半桥中的高端开关Ths和低端开关Tls均截止。在灯点燃过程中，若灯管脱落，与灯失效情况相同。 (4)电容性模式保护 UBA2070的脚ACM外部与地之间连接的电阻器RACM两端的电压信号，同时也给出有关半桥开关性能信息。如果在非交迭时间内在RACM上的电压不超过VCMD电平(参见图5)，电容性模式检测(CMD)电路将进入电容性模式操作，天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感 贵有恒何必三更眠五更起，最无益只怕一日曝十日寒。 使频率直接升高到fmax。在此过程中，直到IC的脚CSW上电压放电到0V之前，频率特性将消除VCSW的影响。在脚ACM内部的一个30ns的滤波器，用作提高抗 ，为(100?20)mV，负检噪扰性能。IC的脚ACM的电容性模式正检测电平VCDM 测电平VCMD,典型值是,85mV。 综上所述，UBA2070的功能及工作原理与普通荧光灯电子镇流器控制/驱动器比较相近。CCFL与普通荧光灯比较，不同之处就是CCFL的灯电压较高，但灯电流较小。因此，在设计灯电路时必须考虑这个情况。 天才就是百分之九十九的汗水加百分之一的灵感