1.1 CCFL背光灯板电路结构

CCFL背光灯板的作用是将开关电源输出的低压直流电转换为CCFL背光灯管所需的800V以上的交流电。在液晶彩电中，背光灯板一般做成一个独立的电路板，安装在液晶彩电的背面，通过连接器与控制电路和CCFL背光灯管相连接。图1-1是TCL LCD2026液晶彩电背光灯板实物图解，为一块完整的背光灯板电路板。有的背光灯板做成两个电路板，一个主板加上一个副板，分别安装在液晶屏背面的两侧，便于与CCFL背光灯管两端插头的连接。

图1-1 TCL LCD2026液晶彩电背光灯板实物图解

背光灯板的电源供电由电源板提供，早期和小屏幕的背光灯板供电为8～15V，输出电压为几百伏至上千伏，多数为600～800V，灯管较少，一般为2～4只CCFL灯管，输出功率较小。随着大屏幕液晶彩电的开发，需要点亮的CCFL灯管不断增加，灯管的长度和功率也在增加，背光灯板的输出电压和输出功率也随之增加。目前大屏幕的液晶彩电配置的背光灯板，电源供电为12～24V，输出电压增加到1000～1600V甚至更高，点亮的CCFL灯管增加到6～12只，甚至更多，输出功率大幅度增加。近几年面世的液晶彩电，将电源电路和背光灯板电路合二为一制作在一块电路板上，背光灯板的振荡与控制电路、激励电路采用12～24V供电，末级功率输出驱动升压电路采用电源电路中PFC（功率因数校正）后输出的400V左右电压供电，提高背光灯板的效率，减小供电电流。

1.1.1 CCFL背光灯板电路组成

1.背光灯板框图

液晶彩电的背光灯板内部电路有很多形式，常见的背光灯板内部电路框图如图1-2和图1-3所示，主要由振荡与控制电路（振荡器、调制器）、激励电路、输出升压电路（功率驱动输出管及高压变压器）、保护检测电路（输出电压、电流取样电路）、CCFL背光灯四部分组成。

图1-2 逆变器电路组成框图1

图1-3 逆变器电路组成框图2

背光灯板电路中，常将振荡器、调制器、控制电路、保护电路集成在一起，组成一块小型集成电路，一般称之为振荡与控制集成电路或称为驱动控制集成电路。应用最多的振荡与控制集成电路有TL1451、PF1451、OZ960、OZ962、OZ1060、BIT3106、SG6859ADZ、FAN7313等，产生高频激励脉冲，激励功率驱动输出升压电路的大功率开关管工作于开关状态，其交变电流经升压变压器升压后，产生交流高频电压，将CCFL背光灯管点亮。

图1-2是比较常见的结构形式，其驱动电路为Royer形式，采用低电压12～24V供电，电压检测取自升压变压器的独立绕组；图1-3为新型的桥式或半桥式结构形式，前置振荡与控制电路采用5V供电，激励电路采用12～24V供电，后级升压输出电路采用开关电源板的PFC电路输出的高压供电。

背光灯板通过输入连接器与电源和主电路板控制电路相连接，为背光灯板提供电源和控制电压，通过输出连接器与背光灯管相连接，将高频交流高压加到背光灯管的两端，将CCFL背光灯管点亮。

输入连接器上有4个电压输入：一是电源供电电压，小屏幕一般为12V，大屏幕一般为24V；二是接地端；三是背光开启/关断控制电压（ON/OFF）；四是亮度调整电压（ADJ）。输出连接器因灯管的多少而定，通常液晶彩电的液晶屏灯管有2只、4只、6只、8只或更多，这就需要高压条也应该适当配对，也就是说，这些灯管要分别由高压条的输出连接器进行驱动，小屏幕液晶彩电一般为10只以下，随着屏幕尺寸的增大，所采用的灯管数也会相应增加。高压条的输出连接器接CCFL背光灯管，每个灯管连接器由两根线组成，一根为高电平，一根为低电平；不同的背光灯板，其输出连接器有窄口和宽口之分。

2.简要工作原理

图1-2和图1-3中的ON/OFF为振荡器开启/关断电压输入端，该控制信号一般来自微控制器（MCU）部分。当液晶彩电由待机状态转为正常工作状态后，MCU向振荡器送出启动工作信号（高/低电平变化信号），振荡器接收到信号后开始工作，产生频率为（40～80）kHz的振荡信号送入调制器，在调制器内部与MCU部分送来的PWM亮度调整信号进行调制后，输出PWM激励脉冲信号，送往直流变换电路，使直流变换电路产生可控的直流电压，为功率输出管供电。功率输出管及外围电容C1和升压变压器绕组L1（相当于电感）组成自激振荡电路，产生的振荡信号经功率放大和高压变压器升压耦合后，在L2高压绕组产生高频交流高压，经连接器输出点亮背光灯管。

为了保护灯管，需要设置过电流和过电压保护电路。过电流保护检测信号由串联在背光灯管上的取样电阻R上取得，输送到振荡与控制集成电路。过电压保护检测信号从升压变压器L3上或在L2两端分压后取得，也输送到振荡与控制集成电路。当输出电压及背光灯管工作电流出现异常时，振荡与控制集成电路控制调制器停止输出，从而起到保护的作用。

当调节亮度时，亮度控制信号加到振荡与控制集成电路，通过改变振荡与控制集成电路输出的PWM脉冲的占空比，进而改变直流变换器输出的直流电压大小，达到调节亮度的目的。

由于背光灯管不能并联和串联应用，所以，若需要驱动多只背光灯管，必须由相应的多个高压变压器输出电路及相适配的激励电路来完成。

1.1.2 背光灯板驱动电路形式

根据驱动电路形式，液晶彩电的背光灯板电路主要有以下几种结构，下面分别进行分析。

1.罗耶驱动电路

图1-4是罗耶结构的基本电路，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心的磁通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（Royer）变换器”。这种结构在早期液晶彩电背光灯板中应用较多。罗耶结构的驱动电路和常见的振荡与控制集成电路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背光灯板电路。

图1-4 罗耶结构的基本电路

罗耶结构为自振荡形式，受元器件参数偏差的影响，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，罗耶结构由于结构简单，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。

图中，变压器由3个绕组构成。其中，两推挽管V1、V2的C极之间的绕组（L1+L2）为一次绕组（又称C极绕组），CCFL两端的绕组（L4）叫二次绕组，V1、V2的B极之间的绕组（L3）为反馈绕组（又称B极绕组）。一次电路中，L为变压器T的中心抽头提供一个高交流输入阻抗，R为V1、V2提供B极直流偏置，同时也决定了V1、V2的C极电流大小，而变压器T二次侧的电流值与V1、V2的C极电流有关，决定流经CCFL的二次电流的大小。

由于开关管V1、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V1、V2的B极注入的电流也不可能绝对平衡，流经两开关管C极的电流也不可能完全一致。设i₁>i₂，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的B极电位下降，V1的B极电位上升，从而对V2形成负反馈，使V2的C极电流i₂越来越小；对V1形成正反馈，使V1的C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V1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V1的B极电位下降，V1的C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B极电位上升，V1的电位下降，从而对V1形成负反馈，使V1的C极电流i₁越来越小；对V2形成正反馈，使V2的C极电流i₂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、V1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，从而在变压器的二次侧形成振荡，而谐振电容C1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的二次侧，变压器的二次绕组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.推挽驱动电路

推挽驱动电路如图1-5所示，推挽驱动器只有两只N沟道MOSFET（开关管），将升压变压器的中性接头接在VCC正电源，在驱动控制电路的推动下，两只MOSFET交替工作，输出端得到交流电压。该驱动电路简单，由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。

图1-5 推挽驱动电路示意图

推挽驱动电路的最大缺点是要求背光灯板直流电源电压的范围小于2∶1。否则，当直流电源电压处于高端时，由于交流波形的高振幅因数，系统的效率会降低。这使推挽结构不适用于便携式计算机，但对于液晶彩电非常理想，因为背光灯板直流电源电压通常会稳定在±20%以内。

电路工作时，在振荡与控制集成电路的控制下，推挽电路中两只开关管V1和V2交替导通，在一次绕组L1和L2两端分别形成相位相反的交流电压。改变输入到V1、V2开关脉冲的占空比，可以改变V1、V2的导通与截止时间，从而改变了变压器的储能，也就改变了输出的电压值。需要注意的是，当V1和V2同时导通时，相当于变压器一次绕组短路，因此应避免两只开关管同时导通。

3.全桥驱动电路

全桥结构最适合于直流电源电压范围非常宽的应用，这就是几乎所有便携式计算机都采用全桥结构的原因。在便携式计算机中，背光灯板的直流电源直接来自系统的主直流电源，其变化范围通常在7（低电池电压）～21V（交流适配器），另外，全桥结构在液晶彩电、液晶显示器中也有较多的应用。

全桥驱动电路一般采用4只场效应晶体管或4只晶体管构成，根据场效应晶体管或晶体管的类型不同，全桥驱动电路有多种形式，图1-6是采用4只N沟道场效应晶体管的驱动电路形式。

电路工作时，在振荡与控制集成电路的控制下，使V1、V4同时导通，V2、V3同时导通，且V1、V4导通时，V2、V3截止，也就是说，V1、V4与V2、V3是交替导通的，使变压器一次侧形成交流电压，改变开关脉冲的占空比，就可以改变V1、V4和V2、V3的导通与截止时间，从而改变了变压器的储能，也就改变了输出的电压值。

图1-6 采用4只N沟道场效应晶体管的全桥驱动电路示意图

需要注意的是，如果V1、V4与V2、V3的导通时间不对称，则变压器一次侧的交流电压中将含有直流分量，会在变压器二次侧产生很大的直流分量，造成磁路饱和，因此全桥电路应注意避免电压直流分量的产生。也可以在一次回路串联一个电容，以阻断直流电流。

图1-7是采用两只N沟道场效应晶体管和两只P沟道场效应晶体管的驱动电路形式。电路工作时，在振荡与控制集成电路的控制下，使V4、V1同时导通，V2、V3同时导通，且V4、V1导通时，V2、V3截止，也就是说，V4、V1与V2、V3是交替导通的，使变压器一次侧形成交流电压。

图1-7 采用两只N沟道和两只P沟道场效应晶体管的全桥驱动电路示意图

4.半桥驱动电路

与全桥驱动电路相比，半桥驱动电路最大的优点是每个通道减少了两只MOSFET，电路结构如图1-8所示。但是，它需要更高匝数比的变压器，这会增加变压器的成本。

电路工作时，在振荡与控制集成电路的控制下，从vg1、vg2端输出开关脉冲，控制V1与V2交替导通，使变压器一次侧形成交流电压。改变开关脉冲的占空比，就可以改变V1、V2的导通与截止时间，从而改变了变压器的储能，也就改变了输出的电压值。

图1-8 半桥驱动电路示意图