HT46R14在冷陰極螢光燈變換器中的應(yīng)用
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液晶顯示(LCD)面板有其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，從小型的可攜式電子器材，到大型的固定設(shè)備，應(yīng)用包括數(shù)碼相機(jī)、筆記本電腦、個(gè)人數(shù)據(jù)助理機(jī)、臺(tái)式電腦以及工業(yè)儀器產(chǎn)品。LCD面板自身不能發(fā)光。因此，一般需要背光照明系統(tǒng)在背後提供光源。通常，最為普遍的發(fā)光設(shè)備是一種叫做CCFL的螢光管。
CCFL（Cold Cathode Fluorescence Lamp）即冷陰極螢光燈，是由一個(gè)直流轉(zhuǎn)交流的變換器驅(qū)動(dòng)的，它通常提供一個(gè)較大范圍的直流電壓輸入，并將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)高頻的交流高壓輸出，以驅(qū)動(dòng)燈管。許多應(yīng)用同樣需要有效的燈光亮度控制能力以達(dá)到發(fā)出的燈光與周圍環(huán)境的光線條件相協(xié)調(diào)，從而增加燈管和電池的使用壽命。
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圖1 CCFL通常由一個(gè)直流轉(zhuǎn)交流的變換器驅(qū)動(dòng)
在本應(yīng)用范例中，HT46R14的MCU將被作為控制CCFL背光照明的主要元件。該MCU的特性將通過基本的運(yùn)作方式和電路控制方法進(jìn)行。
CCFL特性
CCFLs有一些特徵必須要注意∶
圖2 CCFLs的特徵
其中，啟動(dòng)或放電電壓（Discharge Voltage）是啟動(dòng)或者點(diǎn)亮燈管（CCFT）所需要的最低電壓；燈管電壓（Tube Voltage）或工作電壓（Operating Voltage）是燈管被點(diǎn)亮以後的電壓；燈管電流（Tube Current）是燈管被點(diǎn)亮以後的電流；CCFL的亮度直接與燈管的電流成比例；驅(qū)動(dòng)器頻率Driver Frequency）常用的交流驅(qū)動(dòng)頻率為30kHz到70kHz。
CCFL基本運(yùn)作方式
為了點(diǎn)亮或者開啟CCFL燈管，電路必須提供一個(gè)瞬間的沖擊或啟動(dòng)電壓，其大小通常為運(yùn)作電壓的1.5或2倍。經(jīng)達(dá)到正常的運(yùn)作狀態(tài)後，CCFL燈管的電壓一般在400V到800Vrms的電壓范圍內(nèi)，具體依照CCFL的類型。
bsp; 圖3 CCFL運(yùn)作方式
如圖3，放電過程起始於燈管兩端出現(xiàn)一個(gè)大約為1000Vrms的高壓。這個(gè)電壓叫做放電電壓或啟動(dòng)電壓。
當(dāng)電流流過燈管，燈管的阻抗減小，同時(shí)燈管的電壓迅速下降。當(dāng)電流達(dá)到一個(gè)特定的值時(shí)，燈管電壓停止下降，并且CCFL達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的電壓，此時(shí)這個(gè)電壓叫做燈管電壓、工作電壓。
啟動(dòng)後，必須要保持住電流。燈管的電流直接與CCFL的亮度成比例，增大CCFL的電流就能提高亮度，然而，使用過大的電流有可能損壞電極并導(dǎo)致燈管使用壽命縮短。一般CCFL的操作電流介於2-7mA之間。CCFLs通常是由交流電來驅(qū)動(dòng)的，典型的交流頻率為30-70kHz。
PWM亮度控制
燈管亮度的控制方法通常為控制PWM的工作周期。這個(gè)方法間歇地輸入開啟與關(guān)閉信號至變換器，通過調(diào)節(jié)PWM的工作周期來控制燈管的亮度。此方法可以實(shí)現(xiàn)較大的亮度控制范圍。我們可以使用工 作周期控制方法及使用A/D輸入偵測CCFL燈管的電流，達(dá)到寬范圍的調(diào)整控制。
通過調(diào)節(jié)PPG脈寬，可控制CCFL的運(yùn)作電壓。通過控制PFD的開啟/關(guān)閉功能產(chǎn)生一個(gè)固定的PWM頻率，并通過利用可變的PWM工作周期，使用者可得到較大的亮度控制范圍。其頻率一般在100Hz-200Hz。
圖4 PWM亮度控制
應(yīng)用電路舉例說明
圖5 應(yīng)用於CCFL的MCU控制電路
圖5是一個(gè)直接驅(qū)動(dòng)的推挽式結(jié)構(gòu)，這是最簡單的CCFL驅(qū)動(dòng)應(yīng)用電路之一。它由1個(gè)微控制器，2個(gè)N-MOS場效應(yīng)晶體管，1個(gè)與燈管串聯(lián)的壓載電容和1個(gè)高頻變壓器組成。該電路的輸入端電源可由乾電池或線路上的電壓提供，它輸出一個(gè)交變電流源用於驅(qū)動(dòng)燈管。其控制方法說明如下∶
HT46R14微控制器是這個(gè)實(shí)例電路中的主要元件，能夠產(chǎn)生一個(gè)可變的頻率脈寬調(diào)制，即PWM輸出。控制電路直接連接至一個(gè)高壓轉(zhuǎn)換器，它主要是通過利用一對N-MOS場效應(yīng)晶體管進(jìn)行非諧振調(diào)制方法來驅(qū)動(dòng)CCFLs。
HT46R14微控制器包括2個(gè)比較器、2個(gè)PPG(可編程脈沖產(chǎn)生器)輸出、2個(gè)帶有PFD功能的定時(shí)、計(jì)數(shù)器和8通道、9位解析度的ADC功能。使用者可以利用這些特性產(chǎn)生可變的頻率PWM輸出，啟動(dòng)CCFL并且控制燈管的電流和燈管的亮度。
圖5是一個(gè)應(yīng)用於CCFL的MCU控制電路。PFD輸出同時(shí)連接至比較器1的輸入端（-）和INT1B引腳。使用者能夠通過軟件指令啟動(dòng)PFD輸出，產(chǎn)生一個(gè)工作周期為50%的信號，它的頻率可以通過定時(shí)/計(jì)數(shù)器0或定時(shí)/計(jì)數(shù)器1溢出周期來控制。PFD的時(shí)鐘來源於這兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。頻率的設(shè)定可通過籍由定時(shí)/計(jì)數(shù)器暫存器中載入需要的值來實(shí)現(xiàn)。這樣PFD能夠輸出一個(gè)與CCFL燈管頻率相匹配的頻率，一般為30-70kHz。使用者可以通過控制這一頻率以及PPG脈寬周期驅(qū)動(dòng)CCFL。
PPG0和PPG1輸出都連接至N-MOS場效應(yīng)晶體管Q1和Q2，它們在變壓器的初級端組成了一個(gè)推挽結(jié)構(gòu)。PPG0和PPG1用於交替地打開Q1和Q2。比較器1用作PPG0開始輸出的控制信號。當(dāng)比較器1啟動(dòng)時(shí)，它將輸出一個(gè)下降緣信號使PPG0開始輸出，直至PPG0定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出，使PPG0停止輸出。INT1B用作PPG1起始的控制信號，由下降緣信號觸發(fā)。PPG1的控制方法與PPG0相同。
n bsp;圖6 PPG輸出的方波
當(dāng)PFD輸出一個(gè)由低到高變化的信號，并且電位高於Vref(推薦值為1/2VDD)，比較器1輸出一個(gè)下降緣信號使PPG0開始計(jì)數(shù)。同樣，當(dāng)PFD輸出一個(gè)由高到低變化的信號，PPG1輸出開始計(jì)數(shù)。使用者能夠在PFD輸出時(shí)通過軟件調(diào)節(jié)PPG定時(shí)/計(jì)數(shù)器的值來控制PPG輸出周期或（脈沖寬度）。PPG輸出的脈沖寬度應(yīng)該小於PFD的每一個(gè)高準(zhǔn)位或低準(zhǔn)位的寬度。通過調(diào)節(jié)周期，使用者能夠獲得較大控制范圍的燈管電壓。PPG輸出的方波如圖6所示。
為了能夠控制燈管的亮度，電阻R1與CCFL串聯(lián)，其在MCU的AN0腳偵測CCFL電流的部分，被用作反饋分壓元件。
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