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在液晶显示器和EL显示器中推行dc/ac变换器(图)

http://www.cecbn.com  2007年08月24日17:35:30 今日电子

作者:Don Jensen

无线和便携式产品的设计者都知道:在他们不断寻求更为小巧的高效电源电路时,选择由变换器驱动的冷阴极荧光管(CCFT)的背光提供功率的液晶显示器和场致发光(EL)显示器,引出了特殊的问题。这就是在有些应用场合,某些显示器可能消耗掉高达90%的有效功率。

 dc/ac变换器制造商对此问题的反应是不断力争降低变换器的尺寸和成本,而维持为节省电池所必须的高效电平。对于设计者来说,了解如何选择和确定dc/ac变换器,能够有助于实现应用的要求,而且还能满足较小的板面空间、较高的性能和更长的电池寿命的需要。

图:这种1.3×0.9×0.3英寸的更小巧的dc/ac变换器是用于EKG的表面安装变换器,用来驱动一个对角线为0.75英寸LCD

变换器必须能产生额定的电子管电流、频率以及最小的放电和工作电压。另外,需要折衷考虑整个系统的完善性,例如显示器的清晰度和背光的持续时间。

由于无线和便携式产品常常依靠电池的电压来工作,在显示亮度的损失和随着电池的消耗电源电压的变化之间存在着直接关系。为了补偿,变换器的制造商把一个dc/ac转换器放在变换器的前端,这个转换器调节电压,使得变换器承受一个恒定的、始终如一的电压和亮度,而不必考虑输入电压的变化。

更小巧、更可靠

很显然,对于现代变换器来说,尺寸是很重要的。对于便携式手持设备,袖珍的dc/ac变换器可以选择充分暗淡的状态,外型尺寸可小至1.3×0.9×0.3英寸(见图1)。

这些变换器适用于各种无线的和手动设备,包括:测试和测量以及医疗设备。目前它们能应付非常高的启动电压与工作电压之比。为了保证最大的可靠性,可以把这些变换器进行真空封装,把它们组合起来,同时供电给两个CCFT灯泡,而能提供高达10W的输出。

这种双变换器对于设计人员力求通过紧凑的设计来提高可携带性是很理想的。由于这样的装置不需要第二个变换器(供电给第二个灯泡),所以变换器的制造厂获得了显著的生产效率。

工作环境

当选择一个dc/ac变换器时,显示器的设计者必须要考虑的不仅是尺寸和效率,同样也要考虑工作环境。因为无线和便携式设备需要适应很宽范围的工作温度及工作环境。

可靠性也同样重要,例如,可以说用于便携式EKG机(心电图机)的显示器,必须比用在汽车修理站的手动引擎试验装置中的显示器更可靠。

对于典型的CCFT规范,三个最重要的参数是:启动电压、管子的电流和管子的工作电压。启动电压应当按照使用期限和CCFT工作温度的最坏情况来确定。

变换器的输出与CCFT之间的连接(印刷电路板图形、导线、接插件等等)也影响着CCFT/显示器的工作状态。在变换器的输出上,一直保持全启动电压,直到CCFT点火为止。CCFT差不多在所有的情况下,都是在最初两个周期内发光的。

假定管子是完善的,它不发光的唯一理由是CCFT上的启动电压不适当,这正是启动电压出现损耗的地方―在变换器和CCFT之间。

管子的电流应该满足以下两个方面:管子的电流在最大值的情况下,给定的管子寿命能够达到期望的值;类似地,管子的电流在最小值的情况下,应能提供满意的显示亮度。

同样地,冷温工作可能需要最小的管子电流,以维持允许的最小测温包温度―考虑到倘若用于暗光的情况下,这是重要的。应当说明管子的工作电压连同给定的标称管子电流。

加电的LCD(液晶显示器)

使用CCFT背光给LCD供电的便携式设备的设计者需要知道,有多少CCFT是被点亮的,同时需要知道,如果有的话,有多少是想使用暗光技术的。当CCFT不发光时,它基本呈现出无限大的阻抗。

一旦点亮,它首先表现为电阻性的阻抗。关键是把管子点亮,而且它一旦被点亮,就要限制和维持通过CCFT的电流。

一个设计适当的CCFT变换器起恒流源的作用,对于负载阻抗的任何适当变化,由此而引起的电流变化,能够正好维持在要求制造商对CCFT的限制范围内。

对整个管子电流的严格控制,当然并不意味着对整个管子的亮度要同样地严格控制。温升特性、使用期限和环境温度都会影响CCFT的亮度,而与管子的电流无关。

大多数LCD的背光应用都能够承受这些影响―尤其是在那些给用户提供亮度控制的设计中。这就意味着,当把基本变换器应用到这些场合时,它们能工作得很好。但是在那些对整个亮度都要求严格控制的地方,比如在床边上的监视器中,一种可在闭环系统中提供反馈信号的光学传感器是更合适的。

加电的EL

无线的和便携式设备的设计者可能选用轻便的EL屏而不是LCD,一般来说,EL屏是更轻便的,并且占用的空间较少,这使得它们在小型的、手动设备中是个好的解决方案,然而亮度常常是比用LCD的更小。

当为EL屏寻找一种可靠的驱动器时,例如用于医疗监视设备的那种情形。设计者应当寻找一种使用传统设计磁性材料的dc/ac变换器,使组件最小,同时提供一个能跟荧屏配套最佳的EL驱动器。这种设计实际上是把EL屏本身作为单谐振系统的部件,归并到电路设计中。

无论何时给变换器供电,总要把它连接到EL屏上,这就确保变换器不会遭受到过大的内部功耗,以致引起过热和损坏。

暗光技术

便携式设备的暗光能力几乎是必须有的,因为手动监视器和数据发送机常常被携带到外界光线变化很大的地区,为了保证工作,要求操作人员能调节显示器的亮度。

一种暗光方法,即所谓的模拟暗光,就是改变流过CCFT的电流幅度。另一种所谓的脉宽调制(PWM)方法,就是使输出到CCFT的电流按固定的时间间隔(通常是在50400Hz之间)接通和关断。尽管保持时间间隔或频率不变,但占空因数却是变化的,从而引起CCFT的亮度变化。图2表示的是关于每种暗光方法的输出电流波形。

一般室内应用非常适合于模拟暗光,这种技术很容易实现,但要对范围加以限制。从另一方面来说,在那种外界光线变化很大的地方,比如在可移动的显示器中,设计者通常要选择经由PWM暗光提供的更大的范围

 

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