1、显示屏用冷阴极荧光灯镇流器驱动器 UBA2070 及其应用毛兴武 1，马存云 2(1.临沂市电子研究所，山东临沂 276004)（2.临沂师范学院物理与电子科学系，山东临沂 276003）1 引言在最近 10 年中，光电显示技术迅猛发展。由于冷阴极荧光灯（CCFL）的亮度高，显色性好，无闪烁，功耗低，故在各种显示屏背景照明中仍占重要地位。与普通荧光灯电子镇流器一样，CCFL 电子镇流器也分直流和交流两种。前者可采用低压直流供电，再经逆变器转换为 600V1500V 的高频（如30kHz45kHz）电源。CCFL 交流电子镇流器需要进行 ACDC 和 DCAC 变换，其设计方案及电路结构与荧光灯
2、交流电子镇流器基本相同。飞利浦半导体公司推出的 UBA2070 单片 IC，是专门为 CCFL 交流镇流器而设计的一种驱动器。2UBA2070 的电路结构及其主要特点UBA2070 采用 16 脚 DIP 型或 16 脚 SO 型封装，引脚排列如图 1 所示。UBA2070 采用 650V 双极CMOSDMOS(BCD) 功率逻辑工艺制作，在芯片上集成了电压控制振荡器（VCO）、点火定时器、控制逻辑、高端和低端驱动器、灯电压和灯电流传感器及保护电路等，具体组成框图如图 2 所示。UBA2070 的引脚功能如表 1 所列。UBA2070 的主要特点如下：（1）高端电源电压（VHS）值高达 600
3、V，允许在高达 277V（RMS）的 AC 线路电压上操作； 图 1 16 脚 DIP 型封装的引脚排列图 2UBA2070 电路结构框图表 1UBA2070 的引脚功能简介引脚号 符号 功能 引脚号 符号 功能 1 CT 点火定时器输出 9 FVDD 高端开关悬浮电源 2 CSW VCO 输入 10 GH 高端栅极开关输出 3 CF 振荡器输出 11 SH 高端开关源极 4 IREF 内部参考电流输入 12 ACM 电容性模式输出 5 GND 地 13 LVS 灯电压感测输入 6 GL 低端开关栅极驱动器输出 14 VREF 参考电压输出 7 VDD 低压电源电压施加端 15 CS 平均电流
4、传感器正输入 8 n.c. 不连接 16 CS 平均电流传感器负输入 （2）VCO 控制电压为 3.00.3V，半桥输出频率（典型值）范围从40.5kHz 到 100kHz，振荡器启动和停止电压分别为 13V（典型值）和 9.1V（典型值），带 3.9V 启动/停止电压滞后（启动时 VDD 脚的电流约为 170A）；（3）内置点火定时器，用于决定灯的最大引燃时间；（4）利用自适应非交迭电路实现非交迭（non-overlap）时间控制，最大非交迭时间在内部限定在半桥周期时间的 25；（5）内置灯电压监视和灯电流控制与检测电路，提供灯失效、灯脱离和电容性模式等保护功能；（6）内置由二极管和 MOS
5、FET 开关组成的自举电路和高压电平移位电路；（7）参考电压 VREF=（2.950.09）V，参考电流 IREF=65A95A，输出驱动器源/阱（source/sink）电流为 180mA/300mA。3 应用电路及工作原理3.1 应用电路用 UBA2070 作为驱动器的 CCFL 镇流器电路如图 3 所示。在图 3 所示的应用电路中，300V 的 DC 高压可以从 AC 线路经全波整流和铝高压电解电容器滤波获得。UBA2070 的脚 10（GH）和脚 6（GL）的高端和低端驱动器输出，分别驱动半桥拓扑中的功率开关 Ths 和 Tls。半桥逆变器输出经过升压变压器，为通过电容耦合的并联于变压
6、器次级的两支 CCFL 提供高频电流。3.2 工作原理下面介绍 UBA2070 的功能及其应用电路的工作原理。 图 3BUA2070 典型应用电路图 4 振荡器和驱动器相关波形图 5 正常情况下的引燃特性3.2.1 电路启动与振荡通电后，流经电阻器 RVDD 的电流对电容器 CVDD 充电。当 CVDD 上的电压达到大约 13V 时，UBA2070 内的 VCO 则开始振荡。VCO 的振荡频率由 IC 的脚 3 外部的接地电容 CCF、参考电阻 Rref 和脚 2（CSW）上的电压决定。在 IC 的脚3（CF）上产生锯齿波电压，其频率为半桥频率的 2 倍。IC 的脚 10（GH）和脚6（GL）
7、上的输出驱动高端 MOSFET（Tsh）和低端 MOSFET（Tls）交替导通，并带 50的占空因数。振荡器信号和驱动器信号的相关波形如图 4 所示。在图 4中，CF、GL 和 VACM 分别是脚 CF、脚 GL 和脚 ACM 上的电压，GHSH 为脚 GH 与脚 SH 之间的电压。当振荡器开始振荡时的频率最高（fmax）在第一个开关期之内，低端开关 Tls 导通，IC 的自举电路对自举电容器 Cboot 充电。半桥输出高频信号的一部分经电容器 CBR1 和二极管 DVDD 整流、电容器 CVDD 滤流馈送到IC 的脚 VDD，为 IC 启动之后提供工作条件。UBA2070 内置自适应非交迭电
8、路，利用半桥输出电压的斜率和横跨电阻器RACM 两端电压的检测来确定非交迭时间（参见图 5）。最大的非交迭时间约被固定在桥路周期时间的 25上（约 6.7s）。3.2.2 点火与燃点在电路启动后，由于 IC 内部的一个固定电流对脚 2 外部的电容器 CCSW 充电，输出频率将降低。当频率接过近电路的谐振频率时，将产生一个高电压，施加到灯管两端使灯引燃，进入正常燃点阶段。灯电压被采样后，通过二极管（DLVS1）整流和电容器（CLVS2）滤波，经IC 的脚 1 被内部的灯电压传感器监测。设计的灯点火电压在 VLVS（fail）电平（约 1.25V）以上。只要灯电压使 IC 的脚 13（LVS）上的
9、电压超过VLVS（fail），IC 内的引燃定时器被启动。灯启动（点火）时间被限定在 IC的引脚 1（CT）上的一个脉冲之内，只要灯电压超过点火门限，定时器电路则开始工作，点火时间约 257ms。当定时器不工作时，IC 的脚 CT 上的电容器 CCT通过 1mA 的电流放电到 0V。图 6 引燃期间故障模式下相关波形图 7 燃点期间故障模式下的相关波形示意图VLVS（max）约为 1.76V。如果灯电压不能使 IC 的脚 LVS 上的电压超过1.76V，IC 的脚 CSW 上的电压将增加到钳位电压电平（3.10.3）V，并导致VCO 的频率降至最小值。一旦频率达到最小值，灯则完成点火，并进入燃
10、点状态。在正常燃点状态下，IC 内部的平均电流传感器（ACS）电路被触发。只要电流感测电阻器 Rsense 两端的平均电压达到 IC 的脚 CS上的参考电平（最大值限制在 5V），ACS 电路将执行灯电流控制职能。流经 Rsense 的平均电流将传输一个电压到 VCO，VCO 通过频率调节从而控制灯电流。3.2.3 灯故障保护（1）灯点火失败如果灯未能被启动引燃，IC 的脚 LVS 上的感测电压电平升高，并被调节在VLVS（max）电平上。在脚 LVS 上，电压超过 VLVS（fail）电平时，点火定时器启动。如果在设定的时间内灯未能被引燃，电路停止振荡，并进入功率速降模式，半桥中的两个开关（
11、Ths 和 Tls）均截止，IC 的脚 LVS 上的电压降为0V，如图 6 所示。在功率下降状态下，VDD 被内部钳位在 11V。当电源电压 VDD降低到复位电夺 VDD（reset）(5.5V)以下时，则电路从功率下降模式解除。（2）灯在点燃期间失效如果 CCFL 在正常运行期间出现故障，灯电压将升高，脚 LVS 上的电压会超过 VLVS(fail)电平，从而迫使电路重新进入点火状态，试图对灯再次进行启动引燃。如果灯仍未被引燃，在点火时间结束时，电路迅速进入功率下降模式，如图 7 所示。在功率下降模式下，半桥中的高端开关 Ths 和低端开关 Tls 均截止。在灯点燃过程中，若灯管脱落，与灯失
12、效情况相同。（4）电容性模式保护UBA2070 的脚 ACM 外部与地之间连接的电阻器 RACM 两端的电压信号，同时也给出有关半桥开关性能信息。如果在非交迭时间内在 RACM 上的电压不超过VCMD 电平（参见图 5），电容性模式检测（CMD）电路将进入电容性模式操作，使频率直接升高到 fmax。在此过程中，直到 IC 的脚 CSW 上电压放电到 0V 之前，频率特性将消除 VCSW 的影响。在脚 ACM 内部的一个 30ns 的滤波器，用作提高抗噪扰性能。IC 的脚 ACM 的电容性模式正检测电平 VCDM为（10020）mV，负检测电平 VCMD典型值是85mV。综上所述，UBA2070 的功能及工作原理与普通荧光灯电子镇流器控制/驱动器比较相近。CCFL 与普通荧光灯比较，不同之处就是 CCFL 的灯电压较高，但灯电流较小。因此，在设计灯电路时必须考虑这个情况。
