单片机CCFL控制器改善大屏幕LCD TV的图像质量

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
虽然LCD背光有多种方式,例如LED、EL、CCFL等,但对于大尺寸LCD屏来说,由于CCFL发光效率高而成为主流背光光源。传统的LCD屏主要用于笔记本电脑或台式电脑,背光组件在有一定亮度的前提下,还要尺寸小和重量轻等,大多采用侧面背光方式(CCFL灯管安装在屏的二边或四周,通过导光板将光漫射到整个屏幕后面);而LCD TV特别是大尺寸LCD TV,由于对显示亮度(450cd/m2)、视角广角(170%26;#176;)、图像对比度(500:1)等有更高的要求,因而需要采用光源利用率更高的垂直背光技术。 1 垂直背光 垂直背光,顾名思义,是将CCFL灯管直接安装在LCD屏后面,并利用全反射膜将发散到其他方向的光线反射到屏幕发光面,以提高光源到利用率。虽然垂直背光解决了大屏幕LCD TV的亮度、视角广度等问题,但由于主要是靠增加灯管数目实现的,灯管数目从几只到几十只不等,因而存在以下问题: (1)均匀度较低,这主要是因为灯管数目较多所致,结果使屏幕出现明暗条纹,如果各灯管亮度不一致,现象更明显。 (2)屏幕色差,灯管数目多虽然提升了亮度和辉度,但也使背光组件的发热量增大,而液晶分子由于对温度敏感度高,易造成高温下屏幕色彩异常;除此之外,CCFL灯管本身在高温下的寿命也会缩短。 有鉴于此,设计CCFL逆变电源时需要仔细控制每只灯管的电流,以保证亮度一致,在灯管确定的情况下尽量提高逆变电源的转换效率以减小发热量。 图2 2 多路CCFL控制器 为了降低成本,一些CCFL逆变电源采用图1所示的方案。它对于灯管数目较少且采用侧面背光方式的小屏幕LCD不失为一种低成本、小尺寸优选方案,通过导光极的漫射作用可消除灯管亮度不一致的缺陷,由于灯管少(2~4只),全桥电路中流过MOSFET的电流也不太大,对变换器效率影响也小。 对于大尺寸LCD TV,为了增加亮度,提高对比度,灯管数量大大增加,有时可能达到30多只,如果采用上述电路,每只灯管的亮度难以通过外部参数控制,会出现严重的条纹干扰现象。不仅如此,由于此时桥路电流很大,将使导通损耗(I2%26;#215;RON)随着灯管数量而急剧增大,比如16只灯管的导通损耗将是2只灯管的64倍;灯管为32只时,其损耗将为2只灯管的256倍,为单只灯管的1024倍,导致严重的发现现象,使背光组件的温度急剧上升,会引起LCD色彩异常,还会导致CCFL灯管寿命缩短。当然可以采用多个1拖2或1拖4的方案来大大减轻发热量,但条纹干扰仍然存在,而且由于每个电源模块的差异,还将引入块状干扰。 3 单片多路CCFL控制器 针对上述问题,DALLAS/MAXIM公司推出了DS3998型高密度单片CCFL控制器,它集成了8个CCFL控制器,分别对8只CCFL灯管的电流进行监控,使8只灯管的电流基本一致,从而实现亮度均匀控制,消除屏幕条纹现象。如图2所示,由于每只灯管有独立的驱动和控制回路,从而避免了图1所示电路因其中一只发生故障而导致多只灯管不亮,便于快速维修;另外,由于每个推挽电路仅驱动一只灯管,流过的电流小,MOSFET的导通损耗很小,也避免了发热问题,而成本仅稍微增加(一对小功率MOSFET)。DS3998不仅很好地解决了背光源亮度的均匀性和发热问题,还带来以下额外好处: (1)通道相位控制技术降低AC/DC的电流冲击 与图1所示方案或多个独立控制的逆变电源不同,集成了通道相位控制功能,如图3所示,每个通道的MOSFET栅极导通时间在8个通道间平均分配,降低了冲击电流并简化了AC/DC的设计要求,减小发热元件的散热面积,缩小体积,降低电源成本。 (2)E2PROM寄存器与2线串行接口 DS3988采用标准的2线串行接口与片内的E2PROM配置寄存器及用户存储区进行通信。配置寄存器包括4个软启动特片寄存器与2个控制寄存器(CR1/2),使用户可以自定义DS3988的参数,如软启动斜率、灯管与调光频率源、故障监测选项及通道使能/禁用。8字节非易失的用户存储区用来存储产品数据,如日期编码、序列号或产品标识号,这为产品生产调试或维护带来极大方便。 (3)通过简单的级联支持更多的灯管控制 DS3998的灯管频率有二种配置选项。DS3988作为灯管主机时,设定CR1中的LFSS=0,选择板上振荡器,并通过LOSC输入端的外部电阻器来设定频率(40kHz~80kHz)。在这种情况下,灯管频率信号从LSYNC I/O引脚输出,为其他灯管从机DS3988提供同步信号。作为灯管从机时,通过设定CR1中的LFSS=1,禁用LOSC输入,这时必须向LSYNC I/O提供外部的40kHz~80kHz时钟信号。该信号可以从灯管主机DS3988的LSYNC I/O获得,也可以从其他信号源获得。因此,多个DS3988很容易实现超过8只灯管的大屏幕LCD背光控制。 (4)精确的灯管亮度控制 DS3988使用数字脉宽调制((DPWM)信号(22.5Hz~440Hz)提供高效率和精确的灯管调用。如图4所示,在DPWM周期的高电平阶段,以选定的灯管频率驱动灯管(40kHz~80kHz)。由于在这段时间里灯管频率突现,因此将这一时间段被称为“突发”阶段。在DPWM周期的低电平阶段,控制器禁止MOSFET栅极驱动,所以灯管不被驱动,这时电流不再流经灯管,但时间很短,不会使灯管出现完全的离子退激。调光通过调节(也就是调制)突发阶段的占空比来实现递增与递减。由于其DPWM信号产生了多种方式,因此为应用提供了很大的灵活性。软启动特性进一步降低了输入电源的电流冲击。 4 结束语 与小屏幕液晶显示器比较,大屏幕液晶电视对显示器亮度、视角广度和显示对比度提出了更高的要求,因此需要采用垂直背光技术,同时大量增加CCFL灯管以满足要求。DS3998是针对该应用专门开发的高密度单片集成CCFL控制器,很好地解决了多灯管LCD屏幕条纹干扰及高发热导致的色度异常问题,改善了视频图像的质量,其多相位导通控制功能还降低了AC/DC电源的设计要求,减小了电源体积。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/mcu/200703/10317.html
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