本應(yīng)用筆記描述了如何對CCFL燈進(jìn)行調(diào)光，以及用戶如何使用DS3881和DS3882 CCFL控制器最大限度地提高CCFL逆變器的調(diào)光比。該說明為汽車、工業(yè)和航空電子應(yīng)用中的實(shí)際實(shí)施提供了指南。

介紹

DS3881和DS3882是用于冷陰極熒光燈（CCFL）的控制器，用于為汽車、工業(yè)和航空電子應(yīng)用中的液晶顯示器（LCD）提供背光。這些設(shè)計系統(tǒng)通常需要較寬的調(diào)光比。例如，在汽車應(yīng)用中，LCD面板必須在明亮的陽光和黑暗的隧道中易于讀取。DS3881和DS3882允許用戶創(chuàng)建調(diào)光比為300：1或更高的CCFL逆變器。

調(diào)光CCFL燈

CCFL可以使用幅度調(diào)制或脈寬調(diào)制（PWM）進(jìn)行調(diào)光。在本應(yīng)用筆記中，幅度調(diào)制稱為模擬調(diào)光，脈寬調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)光。

模擬調(diào)光減少了流過燈的電流量。雖然有用，但這種技術(shù)的調(diào)光范圍非常有限。如果CCFL燈中的電流降低超過其額定標(biāo)稱燈電流的三分之一，則燈開始表現(xiàn)出一些不良特性。具體來說，燈電流波形變得不平衡和不規(guī)則。如果CCFL燈的額定電流為6mA有效值，例如，將燈電流降低到約2mA以下有效值可能導(dǎo)致燈泡性能不佳。因此，這種基本的燈特性阻止了模擬調(diào)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)大于約3：1的調(diào)光比。

數(shù)字突發(fā)PWM調(diào)光以人眼所能檢測到的速度打開和關(guān)閉燈。如果燈打開的時間很短（即突發(fā)），則可以達(dá)到100：1或更高的調(diào)光比。CCFL燈頻率、數(shù)字突發(fā)PWM調(diào)光頻率和最小燈導(dǎo)通突發(fā)周期數(shù)共同決定了可能的最大數(shù)字調(diào)光比。CCFL燈的響應(yīng)時間相對較慢，約為50μs至75μs，這限制了最小突發(fā)導(dǎo)通時間。如果突發(fā)導(dǎo)通時間減少到小于燈響應(yīng)時間，則燈的主動控制會受到影響。

僅靠模擬和數(shù)字調(diào)光技術(shù)都無法實(shí)現(xiàn) 300：1 的調(diào)光比。

使用DS3881和DS3882調(diào)光CCFL燈

DS3881和DS3882 CCFL控制器采用模擬和數(shù)字調(diào)光技術(shù)，獲得300：1或更高的調(diào)光比。為了實(shí)現(xiàn)這種大調(diào)光比，用戶必須使用I2C接口在軟件控制模式下操作器件，因為模擬調(diào)光功能只能通過I2C總線訪問。

在DS3881和DS3882中，數(shù)字調(diào)光可以通過內(nèi)部BPWM寄存器或施加在PSYNC輸入端的外部PWM來控制。模擬調(diào)光由內(nèi)部 BLC 寄存器控制。請參考DS3881和DS3882數(shù)據(jù)資料，詳細(xì)了解如何選擇和控制每種模式。

DS3881和DS3882具有兩個獨(dú)特的特性，允許用戶在突發(fā)調(diào)光周期內(nèi)減少最小燈周期數(shù)。首先，可以在每個突發(fā)調(diào)光周期開始時設(shè)置軟啟動燈周期的次數(shù)，從 0 到 16 個燈周期，以 2 個燈周期為增量。此功能由內(nèi)部 SSP1 至 SSP4 寄存器控制。為了最大限度地減少每個突發(fā)調(diào)光周期中的燈周期數(shù)，用戶可以通過將SSP1至SSP4中的MDC代碼設(shè)置為0h來完全消除軟啟動周期。此操作會將軟啟動配置文件設(shè)置為 0 個燈周期。或者，軟啟動燈周期數(shù)可根據(jù)需要設(shè)置為 2、4、6、8、10、12、14 或 16。

用戶還可以選擇器件對燈電流進(jìn)行采樣的速率。這是使用控制寄存器 0 （CR1） 中的 LSR2 和 LSR2 控制位實(shí)現(xiàn)的。燈采樣率可設(shè)置為 4、8、16 或 32 個燈頻率周期。為了最大限度地減少每個突發(fā)調(diào)光周期中的燈周期數(shù)，用戶可以將燈采樣率設(shè)置為 4 個燈頻率周期。

下面的公式可用于估計僅使用PWM數(shù)字突發(fā)調(diào)光時可能的最大調(diào)光比。

（燈頻率/調(diào)光頻率）/（# 軟啟動燈周期 + 燈周期采樣率）（公式 1）

燈泡頻率通常由系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)決定，包括LCD視頻干擾問題、EMI問題或效率問題。因此，改變燈頻率以優(yōu)化系統(tǒng)調(diào)光比并不容易。為了最大化調(diào)光比，應(yīng)將調(diào)光頻率降至最低。但有一個警告：將調(diào)光頻率降低到大約 100Hz 以下會導(dǎo)致閃爍，因為人眼開始檢測到燈的打開和關(guān)閉。

例如，考慮一個燈頻率為60kHz、突發(fā)調(diào)光頻率為100Hz的系統(tǒng)。 圖1至圖3詳細(xì)介紹了最小突發(fā)調(diào)光時的燈電流。在本例中，軟啟動設(shè)置為2個燈周期（SSP1 = 00h，SSP2 = 00h，SSP3 = 00h，SSP4 = 70h），燈樣品循環(huán)速率設(shè)置為4個燈周期（LSR0 = 0 / LSR1 = 0）。如果軟啟動減少到 0 個燈周期，則產(chǎn)生的最小突發(fā)將僅為 4 個燈周期。在60kHz的燈頻率下，這只能為燈提供67μs的響應(yīng)時間，這對于本例中使用的燈來說是不夠的。因此，最小爆破時間增加到 6 個燈周期。

數(shù)字調(diào)光比 = （60kHz/100Hz）/（2 + 4） = 100：1（等式 2）

在圖3中，該器件的模擬調(diào)光功能用于將調(diào)光比擴(kuò)展到約300：1，因為每個器件可將燈電流降低多達(dá)三分之一。

圖1.最小 PWM 突發(fā)時的燈電流。

圖2.最小 PWM 突發(fā)和標(biāo)稱燈電流下的燈電流。

圖3.最小 PWM 突發(fā)和最小燈電流下的燈電流。

低調(diào)光水平下的動態(tài)光亮度變化

人眼可以檢測到超過約20%的光的相對階躍變化。在使用數(shù)字突發(fā)調(diào)光的應(yīng)用中，最小突發(fā)可能只有 4 個燈周期。從 4 個燈周期上升到 5 個燈周期會導(dǎo)致燈亮度的階躍變化相對較大，用戶可能會看到這種變化。

如果將模擬調(diào)光與數(shù)字調(diào)光結(jié)合使用，則可以消除這種不良的亮度效應(yīng)。例如，與其在相同的模擬電流水平下從4個燈周期增加到5個燈周期，不如創(chuàng)建一個中間步驟，在該步驟中，模擬燈電流在移動到5個燈周期之前增加。這種中間調(diào)整將減少燈亮度的相對變化。

審核編輯：郭婷