LCDTV电源逆变器工作原理

2023-1-21彩电研发中心课件彩电研发中心课件2007-8-31LCD TVLCD TV电源逆变器工作原理电源逆变器工作原理2023-1-22目录目录简述.电源逆变器原理框图 电路组成分析 实例电路分析 2007-8-322023-1-23简述 液晶显示非自体发光器件，需要靠背光源产生可视的图像，LCD电视通常用冷阴极荧光灯（CCFL）提供光源。冷阴极荧光灯具有管径细、寿命长、光效高；且不受启动次数的影响等优点。因此CCFL是目前最高效的显示器件背景照明光源。为了最大化灯管的寿命，需要采用交流波形驱动CCFL，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。电源逆变器的功能即是将直流电源电压变成驱动CCFL的频率约为40kHz80kHz的交流电流波形。2007-8-332023-1-24电源逆变器示意图 DC-AC INVERTERVinVoutIinIoutCCFL逆变器2023-1-25电源逆变器电原理框图 控制信号驱动芯片开关电路谐振电路负载CCFL电源供电电压反馈电流反馈2023-1-26电源供电 LCD TV22寸及以下 12V、14V、19V等 LCD TV26寸及以上 24V Lips二合一电源 24V、120V、400V 2023-1-27CCFL 形状：I形、L形、U形、W形 物理特性：内部密封惰性气体和水银的气体放电管，当两端加上电压时，因发生电离而发出可见光。电气特性：2023-1-28CCFL 点灯曲线 工作曲线2023-1-29CCFL 冷阴极管在开始崩溃前等效阻抗为一极大阻抗（约100M），一旦崩溃后阻抗急剧下降为低阻抗（约100K）。因此需要一个满足CCFL崩溃前后的电压与频率曲线。高阻抗时提供高电压高频率，低阻抗时提供低电压低频率来减小变压器的匝比和提高逆变器的效率。2023-1-210谐振电路 串联谐振 并联谐振 串并联谐振2023-1-211谐振电路（串联谐振）电路图 波特图 回路的增益(dB)表示为频率的函数2ss2sioQ11)j(V)j(VssLC/1RCRLQssss/1/2ss2sioQ11)j(V)j(V2023-1-212谐振电路（并联谐振）电路图 波特图2pp22pioQ11)j(V)j(VppLC/1RCL/RQpppp2pp22pioQ11)j(V)j(V2023-1-213谐振电路（串并联谐振）电路图 波特图2ss2s22pspioQCC11)j(V)j(V2023-1-214谐振电路 谐振电路的变换2023-1-215谐振电路 2023-1-216开关电路 推挽电路（PUSH-PULL）半桥电路（HALF-BRIDGE）全桥电路（FULL-BRIDGE）2023-1-217推挽电路（PUSH-PULL）电路形式通常应用在小尺寸的液晶电视上。好处：电路简单，只用到n沟道MOSFET，降低成本（p沟道MOSFET较贵）和提高效率（p沟道MOSFET 导通电阻较大）。改变工作电压，只需改变MOSFET而不用更换控制芯片。缺点：变压器需要中心抽头，要求工作电压稳定，变化范围不能太大。2023-1-218半桥电路（HALF-BRIDGE）电路形式由于作用在变压器上的电压降低一半，通常应用在工作电压较高的场合。例如，现在400V的高压inverter上。优点：电路简单，变压器无中心抽头。缺点：如果芯片没有高压驱动，需要用到p沟道MOSFET。2023-1-219全桥电路（FULL-BRIDGE）电路形式应用范围很广，大小尺寸的液晶电视都有应用。优点：应用电压范围宽，变压器无中心抽头。缺点：成本较高，需要用到4个MOSFET。如果芯片没有高压驱动，需要用到p沟道MOSFET。2023-1-220驱动芯片 芯片厂商：OZ、MPS、BITEK、ROHM、Microsemi、MAXIM、Fairchild等 芯片功能：允许/禁止、软启动、点灯/正常频率设定、开灯保护OLP/过压保护OVP/过流保护OCP、模拟/数字调光等2023-1-221控制信号 ON/OFF：CPU送过来的直流电平，接到驱动芯片的enable脚，允许/禁止芯片工作 Dim：分模拟和数字调光 模拟调光：CPU送来的直流电平控制驱动芯片输出的开关频率的脉冲占空比，使次级流过CCFL灯管的交流电流波形幅度发生变化来调光（电流波形连续）。因占空比调整范围有限，所以调光范围窄。2023-1-222控制信号数字调光：内部数字调光和外部数字调光内部数字调光：CPU给出控制的直流电平送到驱动芯片，驱动芯片内部产生一个100Hz250Hz左右的LPWM（工作期内的开关频率仍然是40KHz80KHz左右），调整直流电平，可以控制该LPWM的占空比来调整CCFL灯管电流（电流波形是不连续的）。2023-1-223控制信号外部数字调光：CPU直接产生一个100Hz250Hz左右的LPWM脉冲波形送到驱动芯片，通过控制该LPWM脉冲波形的占空比去控制芯片输出的开关频率的间歇频率的占空比来调整电流。2023-1-224电压反馈 上面变压器Pin7高压（同灯管高压处连）经过C2和C5的分压，然后又经过R3的限流以及R3和R5的分压送到D2的正极，由D2取出正向电压后，与Pin10高压经过R11和R6分压，然后经二极管取出的正向电压，一起送到芯片的Vsen进行检测；2023-1-225电流反馈 CN1的灯管电流（同CN3灯管电流）经D1的正向二极管取出正向电流后，与CN4的灯管电流（同CN5灯管电流）一起，经电阻R28转换为电压，又经C22滤波后送到芯片的Isen进行检测，以便调整开关的导通占空比。2023-1-226实例分析以公司自己开发的LIPS22二合一电源为例，着重分析逆变器部分LIPS22电源输入12左右，电压范围V输出4灯，直形灯管启动时，灯管两端电压kV，f60kHz正常工作时，灯管两端电压 780Vrms/7mA，f43kHzLPWM间歇频率125Hz左右具有OLP开灯保护、OVP过压保护、2K电阻高压端对地保护2023-1-2272023-1-228OZ9938/OZ9939OZ9938为正调光，OZ9939为负调光，Pin To PinPin1（DRV1）为MOSFET的驱动输出脚 Pin2（VDDA）为芯片5V电压输入脚Pin3（TIMER）设定点灯时间和保护关机延迟时间n 由该脚外接到地的电容值决定点灯时间，在该脚电压值达到V后灯仍未点亮，则芯片停止工作并锁死n 当开灯保护被触发后，该脚被内部电流源充电，达到V后，驱动输出关断并锁死n 当过压过流保护被触发后，同样地，该脚电压达到V后，芯片停止工作并锁死 2023-1-229OZ9938/OZ9939 Pin4（DIM）调光信号电平输入脚n 该脚电压V时，数字调光的LPWM的占空比为100；V时，占空比为0n 当Pin11（LCT）脚电压V时，该脚模拟调光的直流电压为V，电压幅度正比于灯管电流n 当Pin11（LCT）脚电压在V时，该脚输入外接的LPWM脉冲实现数字调光 Pin5（ISEN）灯管电流检测反馈和灯管点亮监测脚n 当该脚电压V或者Pin6（VSEN）脚电压Pin7（OVPT）电压时，灯管未点亮n 当该脚电压V并且Pin6（VSEN）脚电压 Pin7（OVPT）电压时，灯管点亮。正常工作后，该脚作为灯管电流反馈的检测脚2023-1-230OZ9938/OZ9939Pin6（VSEN）灯管电压反馈检测脚n 在点灯期内，当该脚电压达到V时，该脚作为电压反馈脚进行变压器输出电压稳压n 在正常工作时，当某种原因导致该脚电压升高到Pin7（OVPT）电压时，关机保护将被触发，之后如前Pin3（TIMER）2、3所述。Pin7（OVPT）过压过流保护阀值设定脚 通过外部电阻设置过压过流保护的阀值电压V)Pin8、Pin9空脚Pin10（ENABLE）芯片ON/OFF控制脚 该脚电压大于V芯片工作，小于V时芯片停止工作Pin11（LCT）内部调光的LPWM频率设定和数模调光选择脚2023-1-231OZ9938/OZ9939n 由该脚外接到电源VDD的电阻和到地的电容决定内部数字调光的LPWM的频率n 数模调光功能选择如前Pin4（DIM）内所述 Pin12（SSTCMP）软启动和环路补偿脚 由该脚外接到地的电容实现软启动功能，并且该脚电压值决定输出驱动MOSFET的开关频率PWM的占空比 Pin13点灯启动频率和正常工作频率设定脚 由该脚外接到电压端的电阻和该脚外接到地端的电容决定 Pin14（GNDA）模拟信号地脚 Pin15（DRV2）MOSFET驱动输出脚 该脚与Pin1（DRV1）脚相位相反 Pin16（PGND）电源地脚2023-1-232OZ9938/OZ9939 正常操作时序图2023-1-233OZ9938/OZ9939 点灯期间的开灯保护时序图2023-1-234OZ9938/OZ9939 正常工作时的开灯保护时序图2023-1-235OZ9938/OZ9939 正常工作时过压/过流保护时序图2023-1-2362007-9-2336