CCFL灯管的调光

    尽管LCD背光有多种方式，如: LED、EL、CCFL 等, 但对于大尺寸LCD屏, 由于CCFL发光效率高而使其成为主流背光光源。传统的LCD屏主要用于笔记本电脑、汽车仪表盘等，背光组件在保证一定亮度的前提下，还需要关注尺寸小、重量轻等指标。此外，由于液晶分子对温度敏感度高，在高温下易造成屏幕色彩异常， 并且CCFL灯管本身在高温下寿命也会缩短。因此，设计CCFL逆变电源时，需要严格控制每只灯管的电流，以保证亮度一致，同时，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。由于CCFL逆变器的应用主要面向消费类产品，在不影响灯管寿命的前提下应尽可能降低成本。另外，由于采用高压驱动，安全性也是一个必须考虑的因素。
    Maxim公司推出的DS3881/DS3882是用于汽车电子的CCFL控制器，具有EMI抑制和灯管电流过驱动模式，以便在寒冷天气条件下快速加热灯管。DS3881/DS3882采用推挽式驱动架构，外部只需使用n沟道MOSFET，有助于降低系统成本、提高逆变器效率。考虑到系统的安全性，DS3881/DS3882还提供了多重故障监测，可以检测灯管开路、灯管过流、启动故障及过压故障。使用DS3882或将多片DS3881级联，还可以支持多于一个灯管的应用。
    CCFL可以使用幅度调制或脉宽调制来调光。将幅度调制称为模拟调光，将脉宽调制称为数字调光。模拟调光的原理是降低灯管中流过的电流。这种方法效率高但调光范围非常有限。当CCFL灯管中的电流减少到灯管额定电流的三分之一以下时，灯管电流波形开始变得不对称和不规则，灯管也表现出一些不良的特性。例如，如果一个CCFL灯管的额定电流值为6mA，则灯管电流降至约2mA时就会导致较差的发光效果。灯管的这种特性导致模拟调光技术不能使调光比大于3:1。
    数字突发PWM调光使灯管以人眼感觉不到的频率快速点亮和熄灭。如果灯管被点亮的时间（也就是突发脉冲" title="突发脉冲">突发脉冲）很短，这种技术可以实现100:1或更高的调光比。CCFL的灯管频率、数字突发PWM调光频率以及每个突发脉冲所能包含的最少灯管周期，共同决定了可以实现的最大数字调光比。CCFL灯管的响应时间较长，大约50μs到75μs，因而限制了最小突发脉冲的点亮时间。如果突发脉冲的点亮时间小于灯管响应时间，对灯管的有效控制就要变差。无论模拟调光还是数字调光，都无法单独实现300:1的调光比。DS3881和DS3882 CCFL控制芯片同时使用这两种技术来实现300:1的调光比。

基于DS3881和DS3882实现CCFL灯管调光

    基于DS3881和DS3882 CCFL 控制芯片的内部设计，用户可以制造出调光比达到300:1以上的CCFL逆变器。为了实现如此高的调光比，用户必须使芯片处于使用I2C总线接口的软件控制模式，因为模拟调光功能只能由I2C总线来控制。
    DS3881和DS3882的数字调光功能可以由内部的BPWM 寄存器或加在PSYNC引脚的外部脉宽调制（PWM）信号来控制。模拟调光由内部BLC寄存器控制。图1给出了DS3881的典型应用电路。

    DS3881和DS3882具有两种独特的功能允许用户减少每个突发调光脉冲中的最少灯管周期数。第一个功能是可以设定每个突发调光脉冲开始时的软起动" title="软起动">软起动灯管周期数目，该数值是以2为步进值、从0到16的任意值。该功能由内部的SSP1～SSP4寄存器控制。为了使每个突发调光脉冲内的灯管周期数目最少，用户可以把SSP1～SSP4 MDC编码设成0h， 从而清除所有的软起动周期。如果需要，软起动的灯管周期数目可以设定为2，4，6，8，10，12，14或16。DS3881/DS3882的第二种可以减少每个突发调光脉冲中灯管周期数目的特有功能是用户可以选择芯片采样灯管电流的周期。这个功能可以通过设置控制寄存器2（CR2）的LSR0和LSR1控制位来实现。灯管采样周期" title="采样周期">采样周期可以设置成4倍、8倍、16倍或32倍灯管周期。要使每个突发调光脉冲中的灯管周期数目最少，用户可以设定灯管电流的采样周期为灯管周期的4倍。
    用以下公式可以估算DS3881和DS3882单独使用PWM数字突发调光的最大调光比：
    (灯管频率/调光频率)/（软起动灯管周期数目+灯管采样周期中灯管周期的数目）
    灯管频率通常由很多系统因素决定，例如LCD图像干扰因素、EMI因素以及效率因素，所以不能轻易通过改变频率来优化系统调光比。为了达到最大调光比，调光频率应该尽量低，但低于100Hz的调光频率会造成闪烁，人眼可以觉察出灯管的点亮和熄灭。
    下面通过一个实例进一步说明。对于一个灯管频率为60kHz、突发调光频率为100Hz的系统来说，利用DS3881和DS3882可能实现的最大调光比是多少呢？图2、图3、图4给出了最小突发调光时的灯管电流波形。在本例中，软起动被设置为2个灯管周期（SSP1=00h，SSP2=00h，SSP3=00h，SSP4=70h），灯管采样周期被设置为4倍的灯管周期（LSR0=0/LSR1=0）。如果将软起动减少到0倍灯管周期，则最小突发脉冲只有4个灯管周期，在60kHz的灯管频率时，灯管响应时间只有67μs，这对本例中的灯管是不够的。所以最小突发时间应提高到6个灯管周期：

    数字调光比=(60kHz/100Hz)/(2+4)=100:1
    图4中，DS3881和DS3882的模拟调光功能可将调光比提高到300:1左右，因为芯片可以将灯管电流降低至三分之一。

在低背光情况下的动态亮度变化