畢業(yè)設計（論文）--基于ba9741芯片的lcd背光逆變電源設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題 目：基于BA9741芯片的LCD背光逆變電源設計</p><p>　　學 生： 劉詩藝 </p><p>　　指導教師： 黃 靖 （校內(nèi)) 劉 鵬 （校外） &l

2、t;/p><p>　　系 別： 電子信息與電氣工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　班 級： 電氣0401 </p><p>　　學 號：

3、 0204103112 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要…………………………………………………………………………………………5</p><p>　　Abstract…………………..………………………………………………………….………5</p><

4、p>　　1 緒論………………………………….......…,……………………………………….…...6</p><p>　　1.1 課題來源……………………………………………..…………………………...…6</p><p>　　1.2 目的………………………………………………………………………………….6</p><p>　　1.3 技術要求……………………

5、……………………………………………………….6</p><p>　　1.3.1 設計任務…………………………………………………….………………….6</p><p>　　1.3.2 技術指標………………………………………………………………………..6</p><p>　　2 方案論證…………………………………………………………………………………7</p>

6、<p>　　2.1 設計原理…………………………………………………………………………….7 </p><p>　　2.1.1 輸入接口部分…………………………………………………………………....7</p><p>　　2.1.2 電壓啟動回路……………………………………………………………………7</p><p>　　2.1.3 回路PWM控制器………

7、………………………………………………………...7</p><p>　　2.1.4 直流變換回路…………………………………………………………………….7</p><p>　　2.1.5 LC振蕩及輸出回路……………………………………………………………..8</p><p>　　2.1.6 輸出電壓反饋…………………………………………………………………….8<

8、/p><p>　　2.2 背光逆變電源方案的選擇…………………………………………………………..8</p><p>　　2.2.1 方案一………………………………………………………………………….8</p><p>　　2.2.2 方案二………………………………………………………………………….8</p><p>　　2.2.3 方案三……………

9、…………………………………………………………….8</p><p>　　2.2.4最終方案………………………………………………………………………...9</p><p>　　3 背光逆變電源的構建與參數(shù)的設計…………………………………………………….9</p><p>　　3．1 芯片外圍電路的設計………………………………………………………………9</p>

10、;<p>　　3.1.1 BA9741芯片的說明……………………………………………………….……...9</p><p>　　3.1.2 電壓控制的原理——PWM…………………………………………………......11</p><p>　　3.1.3 防止變壓器磁飽和的死區(qū)時間控制…………………………………………....11</p><p>　　3.1.

11、4 軟啟動和電路保護功能………………………………………………………....12</p><p>　　3.1.5 電路參數(shù)的選擇………………………………………………………………....13</p><p>　　3.2 Buck回路的設計……………………………………………………………...….....14</p><p>　　3.2.1 Buck回路原理…………………

12、…………………………………………….........14</p><p>　　3.2.2 基于Buck回路設計出合適的架構…………………………………………........14</p><p>　　3.3 Royer回路的設計……………………………………………………………….......16</p><p>　　3.3.1 原理分析……………………………………………

13、……………………….......16</p><p>　　3.3.2 變壓器的設計……………………………………………………………….......17</p><p>　　3.3.3 原件參數(shù)的選擇…………………………………………………………….......20</p><p>　　3.4 ON/OFF回路的設計………………………………………………………….…....

14、...21</p><p>　　3.5 反饋回路的設計……………………………………………………………….........21</p><p>　　3.6 調(diào)光回路的設計………………………………………………………………….....22</p><p>　　4 結果分析…………………………………………………………………………..............23</p&

15、gt;<p>　　4.1 測試數(shù)據(jù)…………………………………………………………………….…........23</p><p>　　4.2. 波形……………………………………………………………………………........24</p><p>　　4.2.1 BA9741引腳的主要電壓波形……………………………………………......24</p><p>

16、;　　4.2.2 Buck回路的波形………………………………………………………….......26</p><p>　　4.2.3 Royer回路中變壓器各引腳的波形…………………………………………...27</p><p>　　4.2.4 啟動電壓波形圖……………………………………………………..…….....28</p><p>　　4.3 測試中遇到的問題……

17、………………………………………………..……....28</p><p>　　5 總結……………………………………………………………………………….......29</p><p>　　5.1 設計成果………………………………………………………….………..….....29</p><p>　　5.2 應用前景……………………………………………………………………..

18、....29</p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………......30</p><p>　　謝辭…………………………………………………………………………………......31</p><p>　　附錄一電路原理圖…………………………………………………………………......32</p><p>　

19、　附錄二PCB圖………………………………………………………………………..…33</p><p>　　附錄三元器件清單……………………………………………………………..………34</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　光電顯示技術迅猛發(fā)展，由于冷陰極熒光燈的亮度高、顯色性好、無閃爍、功耗低，故在各種顯示屏背景照明中占重要

20、地位。最近，互聯(lián)網(wǎng)手持設備、筆記本電腦等便攜設備的發(fā)展速度非?？?，進一步提高了市場對小尺寸冷陰極熒光燈背光源轉(zhuǎn)換器的需求。而驅(qū)動冷陰極熒光燈是相當棘手的事，它們對起動電壓和工作電壓有特殊的要求。一般是采用電流型并聯(lián)諧振逆變器來產(chǎn)生高電壓來滿足要求。本文采用了Buck+Royer拓撲，這種拓撲結構需專門的CCFL 驅(qū)動IC，高起動電壓是通過特定的模式(提高頻率)來產(chǎn)生，這樣變壓器就可以用起動電壓來設計，進一步降低背光源的尺寸。</p

21、><p>　　關鍵詞：CCFL Royer回路 Buck回路 PWM 變壓器設計 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Electro-optic display technology rapid development, because cold c

22、athode fluorescent lamp's brightness is high, the color rendering property good, does not have the twinkle, the power loss to be low, therefore occupies the important position in each kind of display monitor backgrou

23、nd illumination. Recently, the Internet hand-hold equipment, the notebook and so on mobile equipment's development speed was quick, further enhanced the market to the light-sized cold cathode fluorescent lamp back li

24、gh</p><p>　　Key word: CCFL Royer return route Buck return route PWM Transformer design </p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　課題的來源</b></p><p&

25、gt;　　所謂背光源（BackLight）是位于液晶顯示器（LCD）背后的一種光源，它的發(fā)光效果將直接影響到液晶顯示模塊（LCM）視覺效果。液晶顯示器本身并不發(fā)光，它顯示圖形或字符是它對光線調(diào)制的結果。在背光源的設計中，所用光源的選用是很重要的。所用的光源決定了背光源的功耗、亮度、顏色等光電參數(shù)，也決定了其使用條件和使用壽命等特性。</p><p>　　采用CCFL背光。此種背光的最大優(yōu)點是亮度高且壽命長，所以面

26、積較大的黑白負相、藍模負相和彩色液晶顯示器件基本上都采用它。理論上，它可以根據(jù)三基色的配色原理做出各種顏色。其缺點是功耗較大，還需逆變電路驅(qū)動，而且工作溫度較窄，為0~60度之間。</p><p>　　采用LED背光。LED燈又稱發(fā)光二極管，比起其它光源，單個LED燈的功耗是最小的且壽命長、低發(fā)熱，但是亮度會稍低。 通過對比可知，由于冷陰極燈管具有高輝度、壽命長、高演色性等特性，且經(jīng)過多年的技術開發(fā)，工藝

27、比較成熟，信賴性高，性能穩(wěn)定，結構小，成本低。加上圓柱狀外形因此很容易與光反射組件組合成薄板狀照明器，廣被應用于大平面LCD顯示器（7”以上），這就是本設計為什么會對這種背光源的驅(qū)動電路進行設計的原因所在。</p><p><b>　　目的</b></p><p>　　掌握自激震蕩回路的原理，理解簡單逆變電源設計的流程，能夠基本掌握背光逆變電源的設計方法。

28、 </p><p><b>　　技術要求</b></p><p>　　1.3.1 設計任務：</p><p>　?。?）完成與本課題有關的近期報道的論文及相關技術資料的查詢與整理；</p><p>　?。?）完成采用自激震蕩回路在15”液晶顯示器背光逆變電源設計的電子線路原理圖設計；并利用Protel完成硬件電路板的P

29、CB圖設計；</p><p>　　（3）完成相應簡單工作原理的分析； </p><p>　?。?）完成背光逆變電源變壓器設計及電源硬件調(diào)試，并作出成品；</p><p>　　（5）完成畢業(yè)設計論文的撰寫工作（包括論文與中英文摘要）</p><p>　　1.3.2 技術指標：</p><p>　?。?）輸入電壓范圍10.

30、8～13.2Vdc，亮度控制電壓范圍0～3.3Vdc，開關電 </p><p>　　壓范圍0～1Vdc(off),2.5～5Vdc(on)；</p><p>　?。?）工作效率高于70%；</p><p>　?。?）恒電流源電流可調(diào)范圍：3.0～7.5mArms；</p><p>　?。?）輸出開放電壓范圍：1600～1900Vrms；&l

31、t;/p><p>　?。?）工作溫升小于40℃</p><p>　　（6）工作頻率范圍：50～60KHz</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p><b>　　2.1 設計原理</b></p><p>　　圖2.1 設計的總原理圖 </p>

32、;<p>　　2.1.1輸入接口部分：</p><p>　　輸入部分有3個信號，12V直流輸入VIN、工作使能電壓ON/OFF及Panel的調(diào)光電壓Vcon。VIN由直流電源供應器提供，ON/OFF電壓其值為0～5V，當ON/OFF＝0～1Vdc時，Inverter不工作，而ON/OFF=2.5～5Vdc時，Inverter處于正常工作狀態(tài)；調(diào)光電壓Vcon其變化范圍在0～3.3V之間，將不同的電壓

33、值反饋給PWM控制器反饋端，Inverter向負載提供的電流也將不同，調(diào)光電壓值越小，Inverter輸出的電流就越大。</p><p>　　2.1.2 電壓啟動回路：</p><p>　　ON/OFF為高電平時，輸出高壓去點亮Panel的背光燈燈管。</p><p>　　2.1.3 PWM控制器：</p><p>　　有以下幾個功能組成：內(nèi)

34、部參考電壓、誤差放大器、振蕩器和PWM、過壓保護、欠壓保護、短路保護、輸出晶體管。</p><p>　　2.1.4 直流變換回路：</p><p>　　由功率三極管和儲能電感組成電壓變換電路，IC輸出的脈沖驅(qū)動三極管做開關動作，使得直流電壓對電感進行充放電，這樣電感的另一端就能得到直流電壓。</p><p>　　2.1.5 LC振蕩及輸出回路：</p>

35、<p>　　保證燈管啟動時需要電壓在1600~1900Vrms這個范圍內(nèi)。</p><p>　　2.1.6 輸出電壓反饋：</p><p>　　當負載工作時，反饋采樣電壓，起到穩(wěn)定Inventer電壓輸出的作用。</p><p>　　2.2 背光逆變電源方案的選擇</p><p><b>　　2.2.1方案一</b

36、></p><p>　　采用BUCK+ROYER回路：BUCK，即斬波電路，常用于DC/DC轉(zhuǎn)換電路。ROYER回路：George H. Royer 發(fā)明，Transistors as On-Off Switches in Saturable - Core Circuits，全稱自激式推挽多諧振蕩器（又稱集電極共振型頻率變換電路）。這種電路結構有幾個明顯的缺點：效率低，溫升高，元件較多，不方便作PWM方式的

37、亮度控制。它的優(yōu)點是波形可以做得較好，頻率穩(wěn)定且成本低廉等。</p><p>　　Royer架構的最佳應用是在不需要嚴格控制燈頻和亮度的設計中。由于Royer架構是自振蕩設計，受元件參數(shù)偏差的影響，很難嚴格控制燈頻和燈電流，而這兩者都會直接影響燈的亮度。</p><p><b>　　2.2.2方案二</b></p><p><b>　

38、　采用全橋或半橋</b></p><p>　　全橋架構最適合于直流電源電壓非常寬的應用，這就是幾乎所有筆記本PC都采用全橋方式的原因。在筆記本中，逆變器的直流電源直接來自系統(tǒng)的主直流電源，其變化范圍通常在7V(低電池電壓)至21V(交流適配器)。有些全橋方案要求采用P溝道MOSFET，比N溝道MOSFET更貴。另外，由于固有的高導通電阻，P溝道MOSFET的效率更低。 </p><

39、p>　　相比全橋，半橋架構最大的好處是每個通道少用了兩只MOSFET。但是，它需要更高匝比的變壓器，這會增加變壓器的成本。還有，如同全橋架構一樣，半橋架構也可能會用到P溝道MOSFET。</p><p><b>　　2.2.3方案三 </b></p><p><b>　　采用推挽回路</b></p><p>　　推挽

40、驅(qū)動器有很多好處：這種架構只用到N溝道MOSFET，這有利于降低成本和增加逆變器效率；它很容易適應較高的逆變器直流電源電壓；采用更高的逆變器直流電源電壓時，只需選擇具有合適的漏-源擊穿電壓的MOSFET即可。不管逆變器的直流電源電壓如何，都可采用同樣的CCFL控制器。但采用N溝道MOSFET的全橋和半橋架構就無法做到這一點。 </p><p>　　推挽架構最大的缺點是要求逆變器直流電源電壓的范圍小于2:1。否則，

41、當直流電源電壓處于高端時，由于交流波形的高振幅因數(shù)，系統(tǒng)的效率會降低。這使推挽架構不適用于筆記本PC，但對于LCD電視非常理想，因為逆變器直流電源電壓通常會穩(wěn)定在±20%以內(nèi)。 </p><p>　　2.2.4 最終方案</p><p>　　從技術指標上可以看出，本設計對控制燈頻和亮度沒有很嚴格的要求，同時考慮到成本的問題，所以采用方案一，它是本文所述四種架構中最廉價的。<

42、/p><p>　　3 背光逆變電源的構建與參數(shù)的設計</p><p>　　3.1芯片外圍電路的設計</p><p>　　3.1.1 BA9741芯片的說明</p><p>　　本設計采用的IC是BA9741芯片，其內(nèi)部結構圖如圖3.1所示，它是一款通用型的開關穩(wěn)壓器控制IC芯片。該IC采用16引腳DIP封裝內(nèi)部有兩個獨立功能的控制電路基準電壓及振

43、蕩電路為兩個控制電路公用。由此可見，利用一塊IC芯片就即可實現(xiàn)兩路穩(wěn)壓輸出功能，對于需要多個輸出的電源來說，這是一款很好的IC。BA9741的工作電壓范圍非常大，通常為3.6~35V，與之對應得開關頻率可以達到800KHZ。</p><p>　　圖3.1 IC內(nèi)部結構圖</p><p><b>　　IC管腳說明：</b></p><p>　　

44、1）Ct：振蕩器的外接定時電容端。外接定時電容的選擇范圍為100~15000pF， </p><p>　　振蕩器頻率主要決定于外接定時電容和定時電阻的大小。通過調(diào)節(jié)外接 </p><p>　　定時電容和外接定時電阻的大小，可以使內(nèi)部振蕩器頻率的大小在</p><p>　　10~800KHZ之間進行連續(xù)選擇。</p><p>　　2）Rt：

45、振蕩器的外接定時電阻端。外接定時電阻的選擇范圍為5.1K~50KΩ。</p><p>　　振蕩器頻率主要取決于外接定時定時電容和定時電阻的大小。</p><p>　　3）NON1：誤差放大器1的正相輸入端。構成輸出電壓的DC/DC變換器應用 </p><p>　　電路時，反饋取樣電壓信號就應該從該端輸入。</p><p>　　4）INV1：

46、誤差放大器1的反相輸入端。構成輸出負電壓的DC/DC變換器應</p><p>　　用電路時，反饋取樣電壓信號就應該從該端輸入。</p><p>　　5）FB1：誤差放大器1的輸出端。也就是誤差放大器1的反饋補償端，來自</p><p>　　于輸出端的反饋取樣信號輸入到誤差放大器1進行放大和處理，從</p><p>　　而形成對輸出電壓進行控制

47、的閉環(huán)控制網(wǎng)絡。對輸出電壓控制的強</p><p>　　弱和大小主要取決于該端的反饋補償網(wǎng)絡。</p><p>　　6）DT1：第一路PWM驅(qū)動信號的死區(qū)時間控制端。通過外加到Vref和GND</p><p>　　之間的一個分壓器使該端的死區(qū)時間控制電壓，電壓發(fā)生變化從而</p><p>　　實現(xiàn)對死區(qū)時間的連續(xù)調(diào)節(jié)。死區(qū)時間的調(diào)節(jié)范圍為0~

48、100%。</p><p>　　7）OUT1：第一路PWM驅(qū)動信號的輸出端。輸出形式為集電極開路的共發(fā)射</p><p><b>　　極輸出形式。</b></p><p>　　8）GND：整個芯片的公共接地端。</p><p>　　9）Vcc：該芯片的電源電壓輸入端。輸入電壓范圍一般為3.6~35V。應用時，</p

49、><p>　　該端到地之間應接一個濾波電容。</p><p>　　10）OUT2：使用說明同上</p><p>　　11）DTC2：使用說明同上</p><p>　　12）FB2： 使用說明同上</p><p>　　13）INV2：使用說明同上</p><p>　　14）NON2：使用說明同上<

50、;/p><p>　　15）SCP：短路比較器2的輸入端。該端的電壓低于2.53V時，內(nèi)部的欠壓封 鎖觸發(fā)便可啟動短路保護電路，將PWM信號輸出關斷。</p><p>　　16）Vref：內(nèi)部基準電壓源的輸出端，輸出電壓為2.5V。應用時該端到地之間</p><p>　　應該外接一個濾波電容。 </p&g

51、t;<p>　　3.1.2 電壓控制的原理——PWM</p><p>　　BA9741對電壓實施控制的方法是基于固定振蕩頻率的PWM控制方式。PWM控制方式可由一個比較器構成，如圖3.2所示。比較器正向輸入端的輸入來自本身自激多諧振蕩器的三角波，反向輸入端的輸入來自誤差放大器的輸出信號。</p><p>　　圖3.2 PWM控制電路的組成</p><p

52、>　　當來自誤差放大器的直流電壓處于圖3.2中三角波電壓的中間位置時，比較器輸出方波脈沖。也就是說，若三角波電壓為高電壓則輸出高電平，反之則輸出低電平。設開關晶體管ON為高電平，晶體管OFF為低電平，那么晶體管就能以振蕩頻率反復ON/OFF。因此，當某種原因引起電源的直流輸出電壓上升時，若來自誤差放大器的電壓輸出信號也成正比上升，則可縮短ON脈沖的時間。</p><p>　　由于具有上述工作特點，該比較器被

53、稱為PWM比較器。</p><p>　　PWM比較器可以把輸入的三角波信號轉(zhuǎn)換成方波信號，因此它同時也具有波形轉(zhuǎn)換的功能，。如果在選用時能夠注意元器件的響應速度，它就能滿足開關動作的要求，這也意味著該芯片還具有外接NAND（與非）門。</p><p>　　3.1.3 防止變壓器磁飽和的死區(qū)時間控制</p><p>　　在基于PWM控制的穩(wěn)壓器中，如果輸入電壓過低，將

54、導致輸出電壓不穩(wěn)定，而誤差放大器的控制信號完全處于低電平。結果PWM比較器無法輸出脈沖波形，輸出維持直流高電平不變，因此開關晶體管也無法實現(xiàn)ON/OFF轉(zhuǎn)換，始終處于ON狀態(tài)。上述IC芯片也可用于含輸出變壓器的絕緣型開關穩(wěn)壓器。不過這時如果開關晶體管ON時間過長，輸出變壓器容易發(fā)生磁飽和，為此開關晶體管的控制電路必須具有限制最大ON時間的功能。</p><p>　　圖3.3 死區(qū)時間控制</p>&

55、lt;p>　　如圖3.3所示，可通過控制死區(qū)時間使脈沖寬度的最大值不超過1.97V，則晶體管在整個周期內(nèi)ON；如果該端子的電壓低于1.48V, 那么晶體管在整個周期內(nèi)OFF。為了使最大ON時間只占整個周期的百分比用D表示，死區(qū)時間控制電壓VDEAD應取為：</p><p>　　VDEAD=VREF/2+（1.97-1.48）×D （3-1） </p>

56、<p>　　=1.25+（1.97-1.48）×D</p><p>　　根據(jù)芯片的第11引腳具有的這種應用，本設計基于此將該管腳可作為過壓保護來使用，從電路原理圖上就可看出，當11V穩(wěn)壓管被擊穿時，此刻該引腳上的電壓為2.5V左右大于1.97V，使得芯片輸出高電平經(jīng)三極管Q4、Q5后反相使得流進電感L1的電平一直保持低電平從而起到過壓保護的作用。</p><p>　　

57、3.1.3軟啟動和電路保護功能</p><p>　　在后述的圖3.5 中可以看出，連接在BA9741引腳16與引腳11之間的電容器C4的作用是在輸入電源接通時刻按C4的定時常數(shù)（由基準電壓VREF設定）使引腳11（比較器輸入）的電壓降低。從圖3.4可以看出ON的寬度逐漸由窄變寬，這就是軟啟動。</p><p>　　圖3.4 軟啟動電路 </p><p>　　可見，一

58、旦具有上述軟啟動的功能，輸出電壓VO的上升將被閂鎖，從而防止過調(diào)。</p><p>　　圖3.5 芯片外圍電路圖</p><p>　　如圖3.5所示，BA9741的過電流保護稱為時間閂鎖式短路保護，具有以下工作特點。</p><p>　　若直流輸出短路，則輸出電壓VO立即變?yōu)?V，于是內(nèi)部誤差放大器的輸出轉(zhuǎn)為低電平。由此保護電路的比較器輸出也轉(zhuǎn)為低電平，于是在BA9

59、741內(nèi)部與引腳15相連的晶體管被截止。</p><p>　　然后，電壓經(jīng)R37對外部連接在引腳15的電容器C11充電。當該端子電壓，即引腳15的電壓超過0.7V后，閂鎖電路動作，開關動作停止。</p><p>　　事實上如果直流輸出的負載一發(fā)生變化（即瞬時間變化），比較器就跟著動作，電源不時地停止，就無法維持正常工作狀態(tài)，因此電容器的充電時間常數(shù)，即C11×R37必須在數(shù)十毫秒

60、以上。</p><p>　　3.1.4電路參數(shù)的選擇</p><p>　　從圖3.5上可看出，R7與R8、R9與R10主要是用來分壓用的，故在這里</p><p>　　都取值為100KΩ；R11和C12在這邊可有可無，考慮到成本在實際做板中可</p><p>　　不用焊接；C5、C10在這里起到濾波的作用，其容值都為100nF; C4主要是在

61、</p><p>　　軟啟動時起到防止浪涌電壓過大，其值由基準電壓VREF決定，這里取為1uF;</p><p>　　C6、C8是補償電容可以加快響應的速度，其值都為10nF；C11和R37按要求</p><p>　　可以取1uF和750KΩ；C7、R12決定了IC的振蕩器的頻率，考慮到充放的時</p><p>　　間要對稱，故在IC的要求范

62、圍內(nèi)分別取值680pF和9.1KΩ。</p><p>　　3.2 Buck回路的設計</p><p>　　3.2.1 Buck回路原理 </p><p>　　圖3.6 Buck的原始回路 </p><p>　　如圖3.6所示，由晶體管直接對輸入電源進行開關控制的電路所構成的斬波穩(wěn)壓器。直接輸入電壓VIN首先經(jīng)過晶體管轉(zhuǎn)換成

63、為高頻的電源,然后經(jīng)扼流線圈L和電容器C后</p><p><b>　　重新變成直流。</b></p><p>　　在圖中,晶體管Q以固定的占空比反復進行ON/OFF,該電路的電壓變換過程如下：</p><p>　　如果晶體管ON,輸入電壓VIN就會給扼流線圈L、電容器C以及負載提供能量。當電流流過L時,扼流線圈存儲能量。由于此時二極管D處于O

64、FF狀態(tài),所以就如同它不存在一樣。</p><p>　　接下去如果晶體管OFF,情況將如何呢?我們不要以為此時由于有切斷了電源給負載提供能量的途徑,輸出電壓就為零了。相反,此時扼流線圈L通過二極管D釋放存儲的能量,并將之提供給負載,二極管構成了扼流線圈能量釋放的通路.因此,該二極管特別地被稱為續(xù)流二極管。</p><p>　　如果可以控制該晶體管的ON/OFF轉(zhuǎn)換隔離,即占空比D,那么就可

65、以改變輸出電壓VO的值。</p><p>　　設晶體管Q ON時間為ton, OFF時間為toff,二者之比即占空比D。即</p><p>　　D= ton /(ton+toff) （3-2）</p><p><b>　　則輸出電壓VO為:</b></p><p>　　VO=VIND=VIN ton /(ton+t

66、off) （3-3）</p><p>　　由此可見,改變D就可以改變輸出電壓。即使輸入電壓VIN由于某種原因緩慢低落,但只要接入一個電路來控制ton的寬度,就能保證輸出電壓穩(wěn)定不變。</p><p>　　上述通過控制晶體管ON/OFF動作（斬波）得到不同輸出電壓的裝置就是斬波穩(wěn)壓器。</p><p>　　3.2.2 基于buck回路設計出合適的架構</p

67、><p>　　根據(jù)上述的原理本設計采用以下這樣的buck架構，其電路圖如下： </p><p>　　圖3.7 改進后的buck回路</p><p>　　如上圖所示，在這里采用PNP、NPN兩個三極管進行級聯(lián)。采用這種結構可以加快三極管的導通速度，從而減少開關損耗，使得元件的溫升下降從而提高了buck的輸出效率。</p>&

68、lt;p>　　在buck回路中電感L的作用是濾除占開關輸出電流的波動成分以及存儲能量。從濾波效果方面來考慮，電感量越大，效果越明顯。但是，如果電感量過大，會使濾波器的電磁時間常數(shù)變得很大，使得輸出電壓對占空比變化的響應速度變慢，從而影響整個系統(tǒng)的快速性。一味地追求減小輸出電壓的紋波成分是不可取的。所以在設計電感參數(shù)時，應減小紋波和保持一定的快速性來兩個方面去考慮，現(xiàn)先計算出所需感值的最小值。</p><p>

69、;　　由于技術指標的要求，buck回路的占空比最大可做到80%，考慮到啟動電壓有一個最大值1900Vrms的要求，所以在這里的D只取70%，這樣就留有一定的裕量，所以這里buck回路的輸出電壓Vo1為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)可得</b></p><p>　　根據(jù)

70、IC芯片振蕩器的外接的RT、CT參數(shù)可求得周期T</p><p>　　T=RT CT （3-5）</p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)得</b></p><p>　　因此根據(jù)下面這個公式：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><

71、;b>　　可得出</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中的是扼流線圈L1的脈動電流，據(jù)表一的標準可知輸出的電流波動允許有1mA，由下述的變壓器的匝比可求得L1的脈動電流：</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p>　　

72、將相關數(shù)據(jù)代入式（3-7）中，得</p><p>　　因此可知，只要感值取大于134uH，就可以滿足濾除脈動的信號的要求。同時考慮到后面的Royer回路也需要一個電感，所以這里將電感L1的值取大，就可以省掉后面在加一個電感，節(jié)省了電路板上的空間也節(jié)省了成本，故這里感值取220uH。</p><p>　　對比兩種buck回路可以看出，這個設計buck回路有點怪，它少了輸出濾波電容，是因為的電

73、容是為了濾波，電感也可起到這個作用故可以將其省略。</p><p>　　3.3 Royer回路的設計</p><p>　　本設計的DC to AC部分采用自激振蕩回路（Royer）的架構來設計，該部分實際上主要由一個阻尼電感、兩個NPN三極管、兩個基極電阻、一個諧振電容及有三個繞組的變壓器組成，以下將對這些部分一一的進行介紹，其電路圖如下。</p><p>　　圖3

74、.8 Royer回路</p><p><b>　　3.3.1原理分析</b></p><p>　　如圖3.8所示，L1為變壓器的中心抽頭提供了一個高交流輸入阻抗，R14、R16分別為Q7、Q6提供基極直流偏置，變壓器T1有三個繞組，初級繞組雙線并繞，中心抽頭2連接到電感L1，3腳和1腳連接到功率三極管Q6和Q7的集電極，反饋繞組4腳和5腳連到Q6和Q7的基極。&l

75、t;/p><p>　　由于開關管Q6、Q7的性能不可能完全一樣，所以在接通電源的瞬間，電壓向開關管基極注入的電流也不可能絕對的平衡，流經(jīng)兩開關管集電極的電流也不可能 完全一致。設流經(jīng)Q6、Q7的電流分別為i1、i2且i1<i2，則變壓器的磁通大小與方向有i2決定，而磁通的變化在反饋繞組上也產(chǎn)生響應的感應電勢，感應電勢使變壓器的反饋繞組的“● ”（4腳）為負。</p><p>　　由于反饋

76、繞組的感應電勢使Q6的基極電位下降，Q7的基極電位上升，從而對Q6形成反饋，使Q6的集電極電流i1越小，對Q7形成正反饋，使Q7的集電極電流i2越大，合成的磁通也越大，磁通的變化及感應電勢的相互作用使Q7飽和導通，Q6截止。此時磁通達到最大值，而與磁通變化率呈正比的感應電動勢變?yōu)榱恪?lt;/p><p>　　反饋繞組上感應電動勢的消失使Q7基極的電位下降，Q7的集電極電流也下降，電流的變化率反向引起磁通的變化率反向，

77、從而導致繞組的感應電動勢反向，即反饋繞組的“● ”（4腳）為正，這樣引起Q6的基極電位上升，Q7的基極電位下降，從而對Q7形成負反饋，使Q7的集電極i2越小，對Q6形成正反饋，使Q6的集電極電流i1越大，合成磁通也越大，磁通的變化及感應電勢的相互作用使Q6飽和導通，Q7截止。此時磁通達到最大值，而與磁通變化率呈正比的感應電動勢變?yōu)榱恪?lt;/p><p>　　這里串聯(lián)電感的作用：當鐵心飽和，導通的晶體管開始出現(xiàn)一個幅

78、值很大的電流尖峰，電路變化率di/dt也很大，由于流過電感的電流不能突變，變壓器中間抽頭的電壓將下降到地電位，集電極電流就被限制在鐵心飽和前的數(shù)值上。</p><p>　　3.3.2變壓器的設計</p><p>　　變壓器的設計是整個電源設計的關鍵，它的好壞直接影響電源性能。</p><p>　　（1）磁芯及骨架的確定</p><p>　　由

79、于本設計選用漆包線繞制，而且EE型磁芯的價格低廉，</p><p>　　磁損耗低且適應性強，故選擇EE19，其磁芯長度A=19.1mm。</p><p>　　從廠家提供的磁芯產(chǎn)品手冊中可查得磁芯有效橫截面積</p><p>　　SJ=0.23cm2，有效磁路長度L=3.97cm ,材質(zhì)為PC40， </p><p>　　骨架寬度b=9.0mm

80、。</p><p>　?。?）計算各繞組的匝數(shù)</p><p><b>　　初級線圈匝數(shù)的計算</b></p><p>　　鐵心的磁通量即磁通密度B可以用下面的式子來表示</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中A為外加電壓的波形系數(shù)，正弦波為

81、4.44，方波為4；N為初級繞組的匝數(shù)；Ae為鐵心的有效截面積；f為頻率；E為外加電壓的有效值。</p><p>　　由此可推出如下的公式</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　這里由于buck回路設計的得出的結果可知，進入Royer回路的電壓是輸入電壓的70%，即</p><p>　　U

82、in=（12-0.8）×0.7=7.84V</p><p>　　查詢手冊得知材質(zhì)PC40的最大磁通密度Bm為2800G，磁芯的利用率在這種電路結構中可以做到70％，f＝50KHZ，將這寫數(shù)據(jù)帶入上式可得 </p><p>　　所以NP1=NP2=7.5</p><p><b>　　輔助繞組匝數(shù)的確定</b></p>&l

83、t;p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中VB為基極繞組電壓為2V，由此將相關數(shù)據(jù)帶入可得</p><p><b>　　所以 Nf＝2 </b></p><p>　　計算初級與次級繞組的匝數(shù)比</p><p>　　根據(jù)CCFL啟動電壓與輸入電壓確定匝數(shù)比</p&

84、gt;<p><b>　　（3-12）</b></p><p>　　啟動電壓取1600V(按指標的最小值取)，帶入數(shù)據(jù)得</p><p>　　因此，次級繞組的匝數(shù)Ns為</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　故可得次級繞組的每個槽的匝數(shù)為</p&g

85、t;<p>　　Ns0＝1520/5=304</p><p>　　經(jīng)過調(diào)試后，由于啟動電壓過高，故拆掉了次級線圈繞組145圈，因此現(xiàn)在變壓器次級繞組的匝數(shù)為1375，其每個槽的圈數(shù)為1375/5＝275。 </p><p>　　（3）確定初／次級導線的內(nèi)徑</p><p><b>　　初級</b></p>

86、<p>　　計算一次測的電流I1</p><p>　　I1=Iｏ/N （3-14） </p><p>　　式中Io為變壓器次級輸出電流，其值按技術指標取為7mA。</p><p><b>　　將數(shù)據(jù)帶入可得</b></p><p>　　I1=0.007/0.0092=0.7

87、6A </p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗公式每8A的電流對應的繞線的截面積是1mm2</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　?。?-15） </b></p><p><b>　　求得 </b></p><p>　　X=0

88、.095mm2</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　（3-16） </b></p><p><b>　　可得 </b></p><p><b>　　所以一次側(cè)的線徑d</b></p><p>　　d=

89、20.17=0.34mm 取0.3mm</p><p><b>　　次級</b></p><p>　　Io為變壓器次級輸出電流，其值按技術指標取為7mA</p><p><b>　　故</b></p><p><b>　　求得 </b></p><p>

90、;　　X=0.000875mm2</p><p><b>　　由　　</b></p><p><b>　　可得 </b></p><p><b>　　所以一次側(cè)的線徑d</b></p><p>　　d=20.017=0.034mm </p><p>　

91、　由于用線徑為0.06mm的漆包線槽就可以繞得下,故在這里就用0.06mm來代替0.03mm的漆包線。最后變壓器繞制完后，T1的1到3腳的感值為39.27uH，輸出端間的感值為247.44mH，T2的1到3腳的感值為39.32uH，輸出端間的感值為251.33mH。（感值的大小是已經(jīng)磨鐵心后測得的）</p><p>　　3.3.3元件參數(shù)的選擇</p><p><b>　　各部品

92、的選擇：</b></p><p>　　膠膜電容：膠膜電容主要影響電流，頻率和波形。一般膠膜每加一個等級（如，從56n68n）頻率變小約為3KHz,電流變小約0.3~0.6mA。</p><p>　　高壓電容：主要影響電流，頻率和波形。一般高壓電容每加一個等級，頻率變小約為1~3kHZ, 電流變大約0.5~1mA。</p><p>　　變壓器3-5腳感值：

93、磨core時，頻率每加1kHZ，電流約加0.07mA.變壓器的圈數(shù)比主要由啓動電壓決定，一般，設計時啓動電壓要比規(guī)格MIN值大100V左右，以避免誤差引起的燈管點不亮。</p><p>　　晶體：主要依耐壓，耐流和放大倍數(shù)而定。常用的有1616（12Vin,8w以下）,3228`1857(24-30Vin) ，1060(<12Vin,大電流)，2383（>30Vin）, 1857A(ROHM,有比18

94、57更好的放大倍數(shù))，2655（<12Vin,Ic=1.5A）。</p><p>　　基極電阻：依功率（<額定功率的1/2）及溫升。電阻越大可使晶體的突入電壓下降。</p><p>　　電解電容：依RIP電流和耐壓而定。容值越大可使晶體的突入電壓下降，但會使FUSE突入電流加大。</p><p>　　參考以上幾點，Royer回路的各元件參數(shù)選擇如下<

95、;/p><p>　　電阻：R14、R16、R26、R28取值為1KΩ</p><p>　　三極管： Q6、Q7、Q11、Q12采用2SD1616AL</p><p>　　膠膜電容：C14、C18容值取120nF</p><p>　　高壓電容：C17、C21容值取22pF</p><p>　　變壓器型號：NIA19ES-X3

96、5H004 </p><p>　　3.4 ON/OFF回路的設計</p><p>　　圖3.9 開關回路</p><p>　　如圖3.9所示，為了確保能夠正常的向IC提供12V的電壓，這部分本設計采用兩個三極管進行兩級控制。當ON/OFF接入5V的電壓時，經(jīng)R1、R34分壓得到三極管Q1的一個基極直流偏置（這里的C2主要起到濾波的作用），考慮到技術指標的要求（

97、開關電壓范圍0~1Vdc(off),2.5~5Vdc(on)）， R1、R34分別取200KΩ、100KΩ。此時Q1導通，VIN經(jīng)R36、R35、Q1、GND構成一個回路（同理這里的R36、R35也是起到分壓的作用取值分別為100KΩ、300KΩ），使得Q2能夠準確的導通從而向芯片IC提供12V的工作電壓VCC。</p><p>　　3.5 反饋回路的設計</p><p>　　圖3.10

98、 電源反饋采樣回路</p><p>　　如圖3.10所示，通常電源的反饋采樣都采用電阻的形式。PWM型開關電源把輸出電壓的采樣作為PWM控制器的反饋電壓，該反饋電壓經(jīng)PWM控制器內(nèi)部的誤差放大器后，調(diào)整開關信號的占空比以實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。但不同的電壓反饋電路，其輸出電壓的穩(wěn)定精度是不同的。</p><p>　　輸出電壓信號Vo經(jīng)CR4整形為半波，后經(jīng)R21、R22分壓后通過電容C16濾波

99、得到一個直流電壓作為采樣信號，這里的R20與C15并聯(lián)架構是為了起到加速反饋的作用，輸入到BA9741腳14（誤差放大器的正向輸入端）。誤差放大器的反向輸入端接BA9741內(nèi)部的2.5V基準電壓經(jīng)分壓后的信號1.25V。當采樣電壓小于1.25V時，誤差放大器正向和反向輸出端之間的電壓差經(jīng)放大器放大后，調(diào)節(jié)輸出電壓，使得UC3842的輸出信號的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設定的電壓值。</p><p&

100、gt;　　3.6 調(diào)光回路的設計</p><p>　　圖3.11 調(diào)光回路</p><p>　　如圖3.11所示，本設計的調(diào)光回路是通過電阻分壓，而后將電壓信號加到兩路反饋回路上，最后一起輸入到IC芯片的誤差放大器正輸入端，從而起到調(diào)節(jié)占空比的作用。同時，由于buck回路的開關環(huán)節(jié)是由兩路三極管級聯(lián)，所以從IC輸出的PWM控制信號經(jīng)過三極管后就會反相輸出。故這里的調(diào)光回路是負調(diào)光，越大輸

101、出的電流越小，燈管的亮度越暗。</p><p><b>　　4 結果分析</b></p><p><b>　　4.1測試數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　測試條件</b></p><p>　　常溫 : 室溫 ( 25℃ ),Open Space</p>&

102、lt;p>　　直流電源供應: GW GPS 3060 電壓探頭: Tektronix P5050 </p><p>　　示波器: Tektronix TDS 5104 電流探頭: Tektronix TCPA300 TCP312 </p><p>　　負載:Panel(CPT15"），也可用20W 78KΩ的水泥電阻代替 </p><p>

103、;　　表一：測試指標及實際數(shù)據(jù)</p><p>　　如表一所示，其效率的計算如下：</p><p><b>　　( 17 )</b></p><p>　　溫度(Vin=13.2V、Vcon=0.0V、Von/off=5.0V、Ta=25℃、Time：2 Hours)</p><p>　　表二：主要DIP元件溫度</

104、p><p>　　由表二可知，各DIP元件的溫升的計算依據(jù)為：將各元件所測得的溫度減去室溫就可得出，所得結果列表如下：</p><p><b>　　表三：溫升</b></p><p>　　因此，將所測的數(shù)據(jù)與技術指標對比，可知所設計的背光逆變電源符合所要求的指標。</p><p><b>　　4.2波形</b&

105、gt;</p><p>　　4.2.1 BA9741引腳的主要電壓波形：</p><p>　　左圖為IC的RC振蕩器產(chǎn)生的三角 </p><p>　　波，從圖中可以看出其頻率為 </p><p>　　162.9KHZ，與外接的定時電容680pF </p><p>　　和定時電阻9.1KΩ所計算得出的頻 </p&g

106、t;<p>　　率=161.6KHZ相符合。</p><p>　　左圖為IC啟動瞬間，DTC引腳的波 </p><p>　　形，從圖中不難看出在回路剛啟動</p><p>　　瞬間有個2.85V的電壓，這是由于</p><p>　　回路在啟動時有一個尖峰電壓使得</p><p>　　11V的穩(wěn)壓管擊穿，而

107、后通過反饋調(diào)</p><p>　　節(jié)占空比使得經(jīng)過穩(wěn)壓管的電壓降</p><p>　　到11V以下，從而造成了這種波形。</p><p>　　左圖為輸出開路的瞬間，DTC引腳的波 </p><p>　　形。此時11V穩(wěn)壓管被擊穿，此刻該 </p><p>　　引腳最后的電壓為2.5V左右，符合上

108、 </p><p>　　述的過電壓保護的現(xiàn)象。 </p><p>　　左圖為IC的輸出的驅(qū)動波形，從圖中</p><p>　　可看出其輸出并不是那種矩形脈沖，這 </p><p>　　是由于電容的原因造成的。</p><p>　　左圖為IC啟動瞬間，SCP引腳的波形。&

109、lt;/p><p>　　造成這種波形的原因也是由于啟動瞬</p><p>　　間有個尖峰電壓同時又因為反饋的速</p><p>　　度很快使得該引腳的電壓來不及上升</p><p>　　到IC芯片內(nèi)部的參考電平Vref。 </p><p>　　左圖為輸出開路瞬間，SCP引腳的波</p><p&g

110、t;　　形，造成這種的原因跟該引腳外接的</p><p>　　一個RC并聯(lián)網(wǎng)絡有很大的關系，原因 </p><p>　　在介紹芯片原理部分已經(jīng)說明就不再</p><p>　　累述了。 </p><p>　　4.2.2 Buck的部分回路波形 </p><p><b>

111、;　　三極管Q4的波形：</b></p><p>　　C點的波形為黃色，B點波形為粉紅色， </p><p>　　紅色的波形為為CB兩點之間的壓差。 </p><p><b>　　三極管Q5的波形：</b></p><p>　　D點的波形為黃色，B點波形為粉紅色 </p>

112、<p>　　紅色的波形為為DB兩點之間的壓差</p><p><b>　　電容C22的波形：</b></p><p>　　A點的波形為黃色，C點波形為粉紅色 </p><p>　　紅色的波形為為AC兩點之間的壓差</p><p>　?。ㄒ簿褪请娙莸某浞烹姷倪^程）</p>

113、<p>　　4.2.3 Royer回路中變壓器各引腳波形</p><p>　　如左圖所示分別為變壓器第1腳和第3腳的</p><p>　　波形，也是Q6正常工作時的半波波形 ，Q7 </p><p>　　工作時的半波波形在測量時也與Q6的一樣，</p><p>　　只不過相位相反。上述兩個過程不斷循環(huán)，</p>&l

114、t;p>　　從而在變壓器的次級形成振蕩而諧振電容 </p><p>　　Ｃ14的存在使振蕩電路按特定的頻率進行</p><p>　　簡單的簡諧振蕩。 </p><p>　　左圖為變壓器第4腳和第5腳的電壓波形， </p><p>　　也是Royer回路兩個

115、基極電阻的電壓形。 </p><p>　　從圖中可看出其相位相差了180o，其有</p><p>　　效值為1V左右達到了驅(qū)動三極管的要求。</p><p>　　左圖為變壓器第2腳的電壓波形，由于 </p><p>　　是兩個繞組的中間抽頭，所以其頻率為 </p><p>　　第1和第2兩個引腳的兩倍，其波形

116、可</p><p>　　認為是這兩個引腳的疊加。</p><p>　　如左圖所示，為變壓器第10腳的電壓波 </p><p>　　形，其有效值為1.25KV，波形接近正弦</p><p><b>　　波。</b></p><p>　　4.2.4 啟動電壓波形圖</p><p&g

117、t;　　由上圖可知，逆變電源的啟動電壓為1.66KV（測量啟動電壓時要在不帶負載的情況下且應在上電瞬間將波形記錄下來），所測得的這個數(shù)據(jù)在要求的啟動電壓范圍1600～1900Vrms內(nèi)，符合設計的要求。</p><p>　　4.3測試中遇到的問題</p><p>　　問題之一：在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)buck回路輸出不穩(wěn)定同時變壓器有蜂鳴聲</p><p>　　解決方法：先

118、將Buck回路屏蔽掉，先檢查Royer回路，發(fā)現(xiàn)輸出正常，而后 </p><p>　　檢查Buck回路發(fā)現(xiàn)是IC輸出的脈沖的占空比一直在調(diào)節(jié)，由此</p><p>　　聯(lián)想到有可能是反饋回路出現(xiàn)了問題，后來確實證明是反饋回路</p><p>　　的濾波環(huán)節(jié)沒有將信號濾除干凈，在增大濾波電容C16、C20后</p><p><b>