透彻详尽的液晶显示屏CCFL背光源驱动逆变电源中的镇流电容设计

镇流（ballast），顾名思义，就是镇住电流（阻止其上升）的意思，而镇流电容在具有负阻特性（在某些特定状态下，一些电路或电子元件在电流增加时，其两端电压反而减少的特性）的气体放电型光源的驱动电源中应用广泛。

 

虾米是气体放电型光源呢？普通家庭使用的日光灯（长条状白色玻璃外壳）就是呀，我们以液晶显示屏的背光源驱动电源为例来阐述镇流电容的工作原理。现如今，液晶显示屏的主流背光源包含无机电致发光片（Electro Luminescence，EL）、冷阴极荧光灯（Cold Cathode Fluorescent Lamps, CCFL）、发光二极管（Light-Emitting Diode, LED），CCFL就是本文的主角，其基本结构与日光灯非常相似，灯管的两端是由镍（Ni）、钽（Ta）、锆（Zr）等金属制作而成的冷阴极（不需要加热即可发射出电子），而玻璃内被封入氖气（Ne）与氩气（Ar）混合隋性气体及微量水银蒸气（Hg），并且在玻璃内壁涂上了荧光粉，如下图所示。

 

 

 

当两个金属电极之间施加高压高频电场时，水银蒸气被激发产生释能发光效应而发出紫外线光，而内壁的荧光粉原子因紫外线激发提升了其能带，当原子返回原来的低能带时即可放射出可见光。

这里所说的高压为启动电压（一般为1500～1800VAC，频率为40～80kHz）。CCFL在刚开始启动时，如果两端的电压小于启动电压，灯管呈现的阻抗非常大（数兆欧）。一旦达到启动值，灯管内部发生电离放电而产生增加的电流，但灯管两端电压却下降（负阻特性），此时只需要一个较小的电压（比启动电压低很多的，一般为500～800VAC）就可以维持灯管继续点亮，而且亮度不会发生变化，灯管内的阻抗则会下降至80千欧姆左右。因此，冷阴极荧光灯触发点亮后，在电路中必须安装限流单元，把灯管工作电流限制在额定值（约5～9mA），以避免电流过大烧毁灯管，电流过小将难以维持灯管处于点亮状态。

CCFL背光源需要将直流转换为交流的专用逆变电源，我们来看一款经典的基于罗耶（Royer）变换器（由美国人G.H.Royer在1955年首先发明和设计）的CCFL驱动电路，如下图所示。

 

我们主要关注电路图中的电容C2，它也被称为镇流电容。前面已经提过，CCFL启动后的呈现的阻抗将会下降，必须限制流过灯管的电流。在CCFL还未启动时，由于CCFL呈现的阻抗比较大，所以变压器次级的大部分输出电压都施加在CCFL两端，而在CCFL启动后呈现的阻抗虽然下降了，看似回路电流将会上升，但是C2两端压降也上升了（容抗总是不变的，因为工作频率并没有变，它与CCFL串联进行分压），也就可以限制回路电流的上升。

 

 

 

 

 

  

有关罗耶变换器以及其它背光源与驱动电路的工作原理，可以参考《显示器件应用分析精粹：从芯片架构到驱动程序设计》，某东某宝等网店目前均有销售，机械工业出版社官方微信商城也有相应的购买渠道（手机用户长按下图即可进入相应的小程序链接），有兴趣的粉丝可根据自己的习惯选择购买方式。