1、32寸三星液晶屏背光燈驅(qū)動及保護電路原理分析 2009-05-251 目錄 背光燈管的特性介紹 背光燈驅(qū)動電路介紹 保護電路的原理 液晶背光燈驅(qū)動電路、保護電路是故障多發(fā)部位，通過對背光燈管及驅(qū)動電路的特性、構(gòu)造、組成、要求、電路原理分析，可以幫助我們更好地理解并維修液晶電視背光板。 前言一、背光燈驅(qū)動電路介紹 冷陰極液晶燈管要求高效率、長壽命，那么對其燈管的供電、激勵部分是要符合燈管的特性，供電源必須是交流正弦波，頻率為 40K60KHZ左右，觸發(fā)電壓在 12001600V，維持電壓約是觸發(fā)電壓的三分之一到二分之一（由燈管的長度和直徑?jīng)Q定）。由于每一只燈管的電壓/電流特性并不是完全一樣，燈管

2、不能直接并聯(lián)使用（串聯(lián)應用雖然可以點亮，由于特性的差異造成相串聯(lián)的燈管的亮度不同，會使得整個屏幕的亮度不均勻），所以在多燈管液晶屏中，每一只燈管均配單獨一只高壓變壓器，圖 1 是三星 32 寸屏的背光燈高壓驅(qū)動板，該屏有 16只燈管，其驅(qū)動板上就有 16 個高壓輸出變壓器，圖 2 是高壓變壓器，圖 3 是三星32 寸液晶屏背光燈高壓驅(qū)動電路的信號流程及簡單框圖。 （圖轉(zhuǎn)下頁）KLS-320VE背光板圖一驅(qū)動變壓器圖二背光板框圖圖三 目前冷陰極液晶燈管的亮度控制均采用脈沖調(diào)光，具體方法是；用 30200Hz 的低頻 PWM 脈沖波（PWM 脈沖波的寬度受控于 CPU）對加在燈管上的連續(xù)振蕩正弦波

3、進行調(diào)制，使連續(xù)振蕩波變成斷續(xù)振蕩波，從而達到控制亮度的目的。如圖四、圖五 三星 32 寸液晶屏有 16 根燈管，分為 4 組，每組 4 根燈管（24 根燈管液晶屏的就每組 6 根燈管）。高頻波和調(diào)制波圖四圖五背光板原理框圖圖六功率放大器和輸出電路 功率放大器的作用是把調(diào)制器調(diào)制的高頻斷續(xù)脈沖波，經(jīng)過放大到足夠點亮燈管的功率。輸出電路是利用變壓器對功率放大后的激勵信號進一步的升壓，以達到激勵并點亮燈管，輸出電路還有一重要的作用，即是把功率放大輸出的方波轉(zhuǎn)化為冷陰極熒光燈管工作所必須的正弦波。 功率放大器目前各廠家生產(chǎn)的背光燈高壓驅(qū)動電路中均采用 MOSFET 組成的功率輸出電路，電路形式有所不

4、同，總的不外以下四種形式： 1、全橋架構(gòu)： 全橋架構(gòu)功率放大電路如圖 七 所示，放大元件由 4 只MOSFET（兩只 N 溝道及兩只 P 溝道）組成，應用的供電電壓范圍寬（6V24V），最適合在低電壓的場合應用。適合低電壓的設(shè)備，如筆記本電腦等低壓供電的設(shè)備。 2、半橋架構(gòu)： 半橋架構(gòu)功率放大電路如圖八 所示，和全橋架構(gòu)相比，節(jié)省了兩只功率放大管（一只N 溝道和一只 P 溝道的 MOSFET）。在相同的輸出功率和負載阻抗情況下，供電電壓比全橋架構(gòu)要提高一倍（電流為全橋架構(gòu)的一半），用在供電電壓較高的設(shè)備上（大于 12V）。 以上兩種架構(gòu)的功率輸出電路，每一個橋臂的放大元件是 N 溝道和 P溝道

5、 MOSFET 組成的串連推挽功率輸出電路。 3、推挽架構(gòu)： 這種架構(gòu)的功率放大電路如圖 九 所示，只用兩只廉價低導通電阻的 N 溝道 MOSFET，使電路的效率更高（P 溝道的 MOSFET 價格高、由于導通電阻大，電路的效率較低）。對于MOSFET 的篩選要求也低，電路所用元件也少，有利于最大限度降低成本。 該推挽架構(gòu)對電源的穩(wěn)定要求較高（如穩(wěn)定的 12V、24V 供電的電路。4、Royer 架構(gòu)（自激振蕩）： 自激振蕩器方式如圖十 所示，不需要激勵控制電路，主要兩只功率管和變壓器加反饋電路組成的最簡單應用方式，是在不需要嚴格控制燈頻率和亮度的設(shè)計中。由于 Royer 架構(gòu)是自激式設(shè)計，受

6、元件參數(shù)偏差的影響，很難嚴格控制振蕩頻率和輸出電壓的穩(wěn)定，而這兩者都會直接影響燈的亮度、使用壽命，并且無法對液晶屏進行亮度控制，一般應用在廉價的節(jié)能燈上。正因如此，Royer 架構(gòu)一般不被應用于液晶顯示屏上，盡管它是本文所述四種架構(gòu)中最簡單、廉價的。液晶常見的四種驅(qū)動電路形式圖七圖八圖九圖十輸出電路及正弦波的形成 背光板驅(qū)動電路中，前級（振蕩器和調(diào)制器）和功率輸出部分基本上是工作在開關(guān)狀態(tài)（開關(guān)狀態(tài)工作效率高、輸出功率大），輸出基本也是開關(guān)信號。前面已經(jīng)提到燈管的最佳供電電壓波形是正弦波，為了保證背光燈管工作在最佳狀態(tài)（對于發(fā)光亮度及壽命是非常重要的），還必須把功率輸出級輸出的信號變換為正弦波

7、。 1、正弦波的轉(zhuǎn)換： 整個背光燈驅(qū)動電路我們可以把它看成是一個它激振蕩器，作為一個振蕩器輸出什么波形，完全取決于振蕩器的輸出電路特性。輸出電路如果是諧振電路輸出必然是正弦波。我們只要把背光燈高壓驅(qū)動輸出電路做成一個諧振電路，就可以輸出正弦波；如果諧振電路的諧振頻率就是振蕩器的振蕩頻率，那么該背光燈驅(qū)動電路就能做到最大限度的、高效的把能量傳輸給燈管。2、輸出電路的處理方式： 在高壓變壓器的輸出端（輸入端也可以）和燈管連接處串連一只電容器 C 如圖11 所示，電容器 C 和輸出高壓變壓器輸出端 L 及負載 R（燈管）組成了一個低 Q 值的串連諧振電路，等效電路如圖 12 所示。電感 L 和電容

8、C串聯(lián)諧振電路，諧振時電流達到最大值，此最大電流即是流過燈管的電流。其諧振時達到的最大值，也意味著功率輸出的能量，最大限度的輸送給了燈管，由于燈管也是串聯(lián)在電路中的一部分，形成了串聯(lián)諧振電路的電阻分量，所以該諧振電路是低 Q 值電路，即使是振蕩頻率略有偏差，也能保證能量的傳輸。 在維修中，電感L 是比較容易損壞的元件，如有損壞，一定要用和原來參數(shù)接近的電感代換，否則其性能會大幅下降，甚至不能使用。圖十一圖十二 該屏內(nèi)置燈管 16 只，燈管驅(qū)動電路板隨屏配套。 該燈管驅(qū)動電路由兩塊 BD9884 及 8 組全橋架構(gòu)功率輸出電路組成，功率輸出采用 SP8M3 MOSFET N 溝道、P 溝道模塊。

9、兩只 SP8M3 模塊及輸出高壓變壓器組成一個橋式輸出架構(gòu)，變壓器有初級繞組 X，X 接功率輸出模塊；次級高壓繞組 X，X 接冷陰極熒光燈管，次級低壓繞組 X，X 作為取樣電壓送往 BD9884 的電壓檢測部分。 BD9884 有兩路激勵輸出，26 腳、27 腳輸出一路，23 腳、24 腳輸出一路。每一路激勵輸出向兩個全橋功率電路提供激勵信號，每一組全橋功率輸出向兩個高壓變壓器輸出驅(qū)動電壓（點亮兩只冷陰極熒光燈管）；這樣，每一塊 BD9884 可以驅(qū)動 8 只燈管，兩只 BD9884共驅(qū)動 16 只燈管。圖十三2、SP8M3： SP8M3 是 N 溝道 + P 溝道組合功率放大 MOSFET

10、模塊，具有體積小、功率大、導通電阻小、對稱性好、無需散熱器的貼片元件。Vds為 30V，ID 最大達到 7A。 圖十四 SP8M3內(nèi)部N溝道及P溝道參數(shù)SP8M3參數(shù)圖十五BD9884FV 基本電路介紹 三星 32 寸液晶屏采用了兩塊 BD9884FV 完成對16燈管背光燈的激勵驅(qū)動，電路比較復雜，為了便于對三星 32 寸液晶屏16 燈管背光燈高壓驅(qū)動電路的理解，先介紹圖16所示的采用一塊 BD9884FV 構(gòu)成的兩燈管驅(qū)動電路的基本方案。圖十六BD9884FV功能BD9884FV功能圖十七 BD9884FV 是具有兩通道輸出的驅(qū)動集成電路，圖16方案是兩個通道分別點亮各自一只背光燈管的激勵驅(qū)

11、動原理圖，兩個通道均同時受16 腳輸入的 on/off 啟動信號及1 腳輸入的 PWM 亮度控制信號的控制。由26 腳、27 腳輸出第一通道激勵信號，23 腳、24 腳輸出第二通道激勵信號。1、第一通道高壓激勵驅(qū)動： BD9884FV 的26 腳、27 腳輸出激勵信號，Q1、Q2、T1、C1、CCFL1、R1 組成第一通道激勵驅(qū)動電路，18 腳是該通道背光燈管工作狀態(tài)取樣反饋輸入端，10 腳是輸出高壓取樣反饋輸入端，起到輸出電壓異常和燈管工作異常時，即進入停止激勵輸出的保護作用。2、電路特點： Q1、Q2為 SP8M3 功率輸出模塊，組成了全橋架構(gòu)功率輸出模式，等效電路如圖 18 所示（BD9

12、884FV 的設(shè)計是支持半橋架構(gòu)功率輸出模式，在本電路中增加了 Q507、Q508 電路，使其具有支持全橋架構(gòu)功率輸出的功能），輸出電路由 T1、C1、CCFL1 及 R1 組成一個低 Q值串聯(lián)諧振電路。圖十八3、工作過程： 在液晶電視開機后，24V電源即加于背光燈驅(qū)動電路板上，該電壓直接加于 Q1Q4 功率輸出模塊，并經(jīng)過降壓、穩(wěn)壓為 6V 后，加到BD9884FV 的28 腳作為 VCC 電壓。此時CPU 送來開機 on/off 信號進入16腳，BD9884FV 內(nèi)部振蕩器開始工作，產(chǎn)生 100KHz 方波信號送入調(diào)制器，并和CPU送來經(jīng)過BD9884FV的1腳輸入的PWM亮度控制信號進行

13、調(diào)制、放大。由26 腳、27腳輸出激勵信號，加到全橋架構(gòu)功率輸出電路 Q1、Q2 的兩只 N 溝道 MOS 管的柵極（G1）上；從圖 18等效電路中可以看到，Q1、Q2 中的四只 MOS 管組成了全橋架構(gòu)的四個橋臂，由26 腳、27 腳輸出激勵信號，分別加到 Q1 和 Q1 功率模塊的 N溝道 MOS 管上，使其輪流導通。 放大后的激勵信號則經(jīng)過 L1 流通，經(jīng)過 T1 升壓加到背光燈管并點亮燈管；T1 的L3、C1 和CCFL1 組成一個低 Q 值的串聯(lián)諧振電路。諧振頻率和激勵振蕩頻率相同時，輸出波形進行了正弦化的矯正；在 CCFL1 燈管點亮后，其 T1 的感抗和 C1 的容抗起到了燈管限

14、流作用。 R1 為CCFL1 燈管工作電流取樣電阻，該電壓反映了燈管的工作狀態(tài)是否正常；當燈管工作異常時，燈管電流產(chǎn)生變化，在 R1 上產(chǎn)生的壓降 Ui也相應變化，該燈管工作電流取樣電壓 Ui 反饋到BD9884FV 的18 腳，控制振蕩激勵電路停止工作（在多燈管的液晶屏中，當某一只燈管出現(xiàn)故障或啟動性能有差異時，即會出現(xiàn)屏不能啟動點亮的故障）。 T1 的 L2 為輸出電壓過壓、欠壓取樣繞組，取樣電壓 Uv 反饋到振蕩、控制集成電路BD9884FV 的10 腳，該取樣電壓 Uv的變化反映點亮燈管高壓輸出的正常與否。當電路出現(xiàn)故障引起該電壓異常時，由10腳內(nèi)部的比較控制電路控制振蕩電路停止工作，

15、高壓變壓器外形及接線圖如圖 19、20所示。圖十九圖二十采用兩塊 BD9884FV 的 16 背光燈管驅(qū)動方案 三星 32 寸液晶屏的高壓驅(qū)動電路采用了兩只 BD9884FV，支持 16 只背光燈管，每只BD9884FV 支持 8 只背光燈管，如圖 22所示。 在圖21 中，可以看到 BD9884FV 的26 腳、27 腳輸出通道同時激勵兩組全橋架構(gòu)功率輸出電路；其中，Q1、Q2 為一組，Q3、Q4 為一組，這兩組的激勵輸入端并聯(lián)后接于 BD9884FV 的26 腳、27 腳，一個BD9884FV 輸出激勵通道支持兩組功率輸出電路。再看圖中，由 Q1、Q2 組成的一路輸出電路，在輸出端連接兩只

16、高壓輸出變壓器，并支持兩只背光燈管，這樣每一路通道即可以支持 4 只背光燈管，一塊 BD9884FV 的兩路通道即可以完成支持 8只燈管。（圖轉(zhuǎn)下頁）圖二十一 16 只背光燈管 32 寸液晶屏采用如圖 22 所示的方案，兩塊 BD9884FV 并聯(lián)應用，采用一套控制信號控制，支持 16 只背光燈管點亮。在兩塊 BD9884FV 的 16 燈管支持方案中，要求兩塊 BD9884FV 的四通道輸出激勵信號的 PWM調(diào)制脈沖，依次移相 900；這樣四組燈管則達到輪流斷電、供電，使亮度更均勻，干擾最小。為了達到此目的，兩塊 BD9884FV 的通訊連接移相控制在兩塊 BD9884FV的2 腳、3 腳、

17、4 腳、5 腳、6 腳之間進行，使四通道輸出的 PWM 調(diào)制信號的相位關(guān)系如圖 5 所示。（圖轉(zhuǎn)下頁）圖二十二背光燈驅(qū)動保護電路工作原理 背光燈驅(qū)動電路向背光燈管供電，并點亮背光燈管；要求液晶屏整個屏幕亮度均勻、穩(wěn)定。在實際應用中，由于電源、燈管特性、溫度等原因的影響，會造成發(fā)光亮度不穩(wěn)定。此時，要求背光燈高壓驅(qū)動電路要有自動穩(wěn)壓、穩(wěn)流功能；由于液晶屏是多燈管點亮，當某只背光燈管異常損壞或者性能不良時，該燈管不亮或亮度極低，液晶屏即出現(xiàn)亮度不均勻甚至出現(xiàn)暗區(qū)，這是不能允許的，此時要求背光燈高壓驅(qū)動電路能進行保護性關(guān)機。 為了解決上述問題，在背光燈高壓驅(qū)動電路上設(shè)置了自動檢測輸出電壓、自動檢測燈

18、管電流，并穩(wěn)定電壓、電流的自動檢測控制電路。當某只背光燈管異常損壞或者性能不良出現(xiàn)暗區(qū)時，有故障的燈管會無電流或電流極小，此時背光燈高壓驅(qū)動電路設(shè)置檢測控制電路，檢測燈管異常電流，并控制整個背光燈高壓驅(qū)動電路停止工作（黑屏），等待檢修。 圖23所示是該背光燈驅(qū)動電路的電壓、電流穩(wěn)定控制及自動檢測保護電路的示意圖。圖中，高壓變壓器的L3 是輸出電壓的取樣繞組、電阻R 是燈管電流取樣電阻；L3 的取樣電壓，經(jīng)過電壓反饋電路加到 BD9884FV 的電壓反饋輸入引腳10 腳，R 上的取樣電壓Ui （經(jīng)D502、C1 整流濾波，反映燈管工作電流大?。?jīng)過電流反饋電路加到BD9884FV的電流反饋輸入

19、引腳9 腳，這兩路反饋電壓進入 BD9884FV 后，和1 腳來的亮度工作PWM 信號一起加到PWM 亮度調(diào)制電路，完成亮度控制及亮度穩(wěn)定的作用。 同時，R 上的取樣電壓進入比較控制電路IC502 和基準電壓進行比較；當燈管衰老、損壞時，取樣電壓大幅變化，比較控制電路動作輸出控制電壓進入BD9884FV 的引腳17腳，使振蕩器停止工作，整個電路停止工作。圖二十三圖二十四 具體電路原理圖如圖24所示，下面以第一通道為例，詳細介紹其工作原理。一、電壓、電流反饋電路：1、電壓反饋電路： T1 的 L2、R553、R554、D510、BD9884FV 的10 腳組成電壓反饋電路。工作時，由于某些原因造

20、成輸出電壓幅度變化不穩(wěn)定時，L2 輸出的電壓Uv 即相應的變化不穩(wěn)定，該電壓經(jīng)過R553、R554 分壓取樣后，經(jīng)D510 加到BD9884FV 的10 腳電壓反饋控制輸入端。 2、電流反饋電路： R1、D502、C1、R537、R538、BD9884FV 的9 腳組成電流反饋電路。當燈管在點亮后，由于溫度變化等原因引起電流變化造成亮度不穩(wěn)定時，變化的電流在取樣電阻上的壓降 Ui 也隨之變化，經(jīng) D502、C1 整流濾波，該電壓經(jīng)過 R537、R538 分壓取樣后，經(jīng)D502 加到BD9884FV 的9 腳電流反饋輸入端。 電壓和電流反饋電路把反饋信號輸入后，進入BD9884FV 內(nèi)部的調(diào)制電

21、路，和經(jīng)由1 腳送來的 PWM 亮度控制信號，在調(diào)制電路中共同作用完成亮度控制和對燈管的電壓、電流穩(wěn)定性控制。二、燈管電流異常保護控制電路： 由取樣電路、基準比較電路及控制輸出兩部分組成。1、取樣電路： 由 Q105、R540、D530 組成，取樣電壓仍取自 Ui 。燈管工作正常時，Ui 流入 Q105的基極，Q105 的集電極電流Ic 上升并飽和導通，集電極電壓Uc 下降約為零，此時D530截止。當燈管損壞或衰老，Ui 很小甚至無電壓，此時Q105 的集電極電流Ic 下降到很小甚至無電流，則集電極電壓Uc 上升；當上升電壓大于IC502 的2 腳電壓時，D530 導通，此電壓經(jīng)過D530 加于基準比較電路IC502 的輸入引腳2 腳上。2、基準比較電路： 電路采用了一塊比較器集成電路 IC