1.Royer结构驱动电路基本结构形式
下图是Royer结构的基本电路,也称为自激式推挽多谐振荡器。它是利用开关晶体管和变压器铁芯的磁通量饱和来进行自激振荡,从而实现开关管“开/关”转换的直流变换器,它由美国人罗耶(G。H。Royer)在1955年首先发明和设计,故又称“罗耶变换器”。这种结构在早期液晶彩电逆变器中应用较多。Royer结构的驱动电路和驱动控制IC(如BIT3101A、BIT3102A、FP1451、BA9741等)配合使用,即可组成一个具有亮度调整和保护功能的逆变器电路。
Royer结构为自振荡形式,受元件参数偏差的影响,不易实现严格的灯频和灯电流控制,而这两者都会影响灯的亮度。尽管如此,Royer结构由于结构简单,技术成熟,且具有价格上的优势,因此,在液晶彩电中应用比较广泛。
下图中,变压器由3个绕组构成。其中,两推挽管Vl、V2集电极之间的绕组(L1+L2)为初级绕组(又称集电极绕组),CCFL两端的绕组(L4)叫次级绕组,Vl、V2基极之间的绕组(L3)为反馈绕组(又称基极绕组)。初级电路中,L为变压器T的中心抽头提供一个高交流输入阻抗,R为Vl、V2提供基极直流偏置,同时也决定了两只管子的集电极电流大小,而变压器T次级的电流值与Vl、V2的集电极电流有关,决定流经CCFL的次级电流的大小。
由于开关管Vl、V2的性能不可能绝对一致,所以,在接通电源的瞬间,Vcc向开关管Vl、V2基极注入的电流也不可能绝对平衡,流经两开关管集电极的电流也不可能完全一致。
设/1>/2,则变压器的磁通大小与方向由i1决定,而磁通的变化在反馈绕组上将引起感应电动势。感应电动势极性在图中反馈绕组L3的“.”端为负。
由于反馈绕组的感应电动势使V2基极的电位下降,Vl的基极电位上升,从而对V2形成负反馈,使V2的集电极电流i2越来越小;对Vl形成正反馈,使Vl的集电极电流i1越来越大。合成磁通增大,磁通的变化及感应电动势的相互作用使Vl饱和导通、V2截止。此时,磁通达到最大值,而与磁通变化率呈正比的感应电动势为零。
反馈绕组上感应电动势的消失使Vl的基极电位下降,Vl的集电极电流也下降,电流的变化率反向,引起磁通的变化率反向,从而导致绕组的感应电动势反向,即反馈绕组的“.”
端为正,这样引起V2的基极电位上升,Vl的电位下降,从而对Vl形成负反馈,使Vl的集电极电流f1越来越小;对V2形成正反馈,使V2的集电极电流如越来越大。合成磁通增大,磁通的变化及感应电动势的相互作用使V2饱和导通、Vl截止,此时,磁通达到最大值,而与磁通变化率呈正比的感应电动势为零。
上述两种过程不断循环,从而在变压器的次级形成振荡,而谐振电容器Cl的存在使振荡电路按照特定的频率进行简谐振荡,在变压器T的次级,变压器的次级绕组L4与电容C2、CCFL的等效电阻构成一个谐振电路。在CCFL被电离之前,阻抗是无穷大的,因为空载谐振电路具有高Q(功率因数)值,它可以在灯管上产生非常高的电压,实现启动,当CCFL启动后,CCFL基本上是一个电阻型阻抗,因此,通过限制并维持通过CCFL的电流,可使CCFL在一定的电流作用下工作并产生相应的压降。

2.实际电路分析
驱动电路采用Royer结构的逆变电路较多,这里以采用FP1451控制芯片的康佳LC-TM1708P液晶彩电的逆变电路为例进行分析。
FP1451是一个PWM控制芯片,在开关电源、逆变电路中有着广泛的应用,该芯片由基准电压、振荡器、误差放大器、定时器和pW]M比较器等电路组成。利用FP1451可以组成各种开关电源和控制系统,不仅能使开关电源和控制系统简化,容易维修,降低成本,而且更重要的是能降低系统的故障率,提高系统设备运行的可靠性。
FP1451为双通道驱动控制电路,可输出2路PWM控制脉冲,分2路驱动电路进行控制,每路驱动电路均可驱动2个CCFL背光灯工作。FP1451适用的电源电压范围宽,可以在3.6—40V的单电源下工作,具有短路和低电压保护电路。FP1451内部电路框图如右图所示,引脚功能如下表所示。另外,与FP1451内部电路和引脚功能基本一致的还有TL1451、BA9741、SP9741等。
脚位 |
引脚名 |
功能 |
1 |
CT |
外接定时电容 |
2 |
RT |
外接定时电阻 |
3 |
11N+ |
误差放大器1正输入 |
4 |
1IN- |
误差放大器1负输入 |
5 |
1FEEDBACK |
反馈1 |
6 |
1DTC |
死区时间控制l |
7 |
10UT |
输出1 |
8 |
GND |
地 |
9 |
Vcc |
电源 |
10 |
20UT |
输出2 |
11 |
2DTC |
死区时间控制2 |
12 |
2FEEDBACK |
反馈2 |
13 |
21N- |
误差放大器2负输入 |
14 |
21N+ |
误差放大器2正输入 |
15 |
SCP |
定时锁存器设定 |
16 |
Vref |
基准电压 |
下图所示是FP1451在康佳LC-TM1708P液晶彩电上的应用电路。
(1)控制电路
控制电路由PWM控制芯片Ul(FP1451)及其外围元器件组成。
在需要点亮显示器时,微控制器输出的ON/OFF信号为高电平,控制Q12、Ql0导通,于是,由开关电源产生的12V直流电压经导通的Ql0加到FP1451的供电端(9)脚,FP1451得电后,其内部基准电压源先工作,输出2.5V的基准电压,该基准电压不但供给FP1451片内电路,还通过(16)脚输出,为外部电路提供基准电压。然后,FP1451启动内部振荡电路开始工作,其振荡频率由(1)、(2)脚外接的定时电阻R14、定时电容C8大小决定。振荡电路工作后,产生振荡脉冲,加到PWM比较器1和PWM比较器2,经过变换整形后从(7)、(10)脚输出PWM脉冲,去两路直流变换电路。
(2)直流变换电路
直流变换电路共两路,分别由FP1451的(7)脚外部Q2、Qll、Q8、Dll、L2和(10)脚外部Ql、Q9、Q7、D9、Ll组成,其作用是将输入的12V直流电压变换为可控的直流电压,为功率输出管(Q5、Q6和Q3、Q4)供电。由于两路的工作原理相同,这里只分析其中一路(FP1451的⑩脚输出的那一路)的工作情况。
电路的工作情况如下:FP1451的(10)脚输出的PWM激励脉冲经Ql、Q9组成的图腾柱电路推挽放大后,加到P沟道场效应开关管Q7的栅极,使开关管Q7工作在开关状态。Q7导通时,12V电压经场效应管Q7的S、D极,电感Ll,升压变压器PT1的3-2和3-4绕组分别加到功率输出管Q3、Q4的集电极,为Q3、Q4供电;Q7截止期间,因为电感中的电流不能突变,所以Ll通过自感产生右正左负的脉冲电压。于是,Ll右端正的电压经PT1的3-2和3-4绕组,输出管Q3、Q4的ce结,续流二极管D9,Ll左端构成放电回路,释放能量,继续为输出管Q3、Q4供电。
(3)驱动电路
驱动电路(共2路)用于产生符合要求的交流高压,以驱动CCFL灯管工作,主要由驱动输出管(Q3、Q4和Q5、Q6)、升压变压器(PT1和PT2)等组成,下面以其中的一路(Q3、Q4、PTl)为例进行介绍。
从图中可以看出,由Q3、Q4、PT1等元器件组成的电路是一个典型Royer结构的驱动电路,即自激式多谐振荡器。电路靠变压器初级、反馈绕组同名端的正确连接来满足自激振荡的相位条件,即满足正反馈条件。而振幅条件的满足,首先是靠合理选择电路参数,使放大器建立合适的静态工作点;其次是改变反馈绕组的匝数,或它与初级绕组之间的耦合程度,以得到足够强的反馈量。稳幅作用是利用晶体管的非线性来实现的。
由自激式振荡电路产生的正弦波电压,经变压器PT1感生出高压,通过Cl、C29及接插件CN2、CN3给CCFL供电。因为变压器耦合自激振荡电路的振荡波形为标准的正弦波,满足适合CCFL的供电要求,所以可以简化末级电路的设计。
(4)亮度调节电路
FP1451的(4)脚、(13)脚为亮度控制端,由于这2路控制信号的控制过程相同,这里只以(13)脚的亮度控制信号为例进行分析。
当需要调节亮度时,由微控制器输出的DIM控制脉冲发生变化一经C18滤波后产生的直流电压发生变化一FP1451的(13)脚电压发生变化-FP1451的(10)脚输出脉冲的占空比发生变化一Ql、Q9的基极电压发生变化一Q7的栅极电压发生变化一Q7输出的供电电压发生变化一Q3、Q4振荡的幅度发生变化→PT1输出的高压发生变化→CCFL两端的电压发生变化,从而达到调节CCFL亮度的目的。
(5)保护电路
——过压保护电路当某种意外原因造成Q7输出的电压过高时,稳压管D7击穿,经R25、D7、R28分压,使加到FP1451的(11)脚电压上升,通过内部电路控制FP1451的(10)脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。
同理,当某种意外原因造成Q8输出的电压过高时,稳压管D8击穿,经R27、D8、R29分压,使加到FP1451的(6)脚电压上升,通过内部电路控制FP1451的(7)脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。
一欠压保护电路当系统刚上电或者意外原因使FP1451供电电压不足3.6V时,其输出驱动晶体管很可能、因为导通不良而损坏,因此,FP1451内部设置了欠压保护电路(UVLO),欠压保护电路启动后,将切断FP1451的(7)脚、(10)脚输出的PWM脉冲,从而达到保护的目的。
——过流保护电路过流保护电路分为两路,用来保护CCFL不致因电流过大而老化或损坏,这里以其中的一路为例进行说明。
PT1产生的高压经过CN2、CN3所接的CCFL后,将在Rl两端产生随工作电流变化的交流电压,电流越大,Rl两端电压越高,此电压经过D12、D13整流,Rll、C5、C6、R41、C27低通滤波后,加到FP1451的(14)脚。若CCFL的工作电流过大,会使FP1451的(14)脚电压升高很多,当达到一定值时,经FP1451内部处理,会控制FP1451的⑩脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。
一平衡保护电路FP1451的(5)、(12)脚内部有一个电压比较器,电压比较器具有两个同相输入端和一个反相输入端,电压比较器的反相输入端接基准电压(2.5V)的一半(1.25V),电压比较器两个同相输入端分别与误差放大器1和误差放大器2的输出端相连,因此,电压比较器能够检测出两个误差放大器输出电压的大小。只要其中一个高于基准电压的一半(1.25V)时,电压比较器的输出即为高电平,该输出电压触发定时回路,从而使基准电压通过(15)脚向电容C20充电。
当C20上的电压达到晶体管的一定电压时,内部触发器置位,控制(7)脚、(10)脚停止输出PWM脉冲,从而保护了后级电路和设备。
