El controlador CCFL de sobremesa de alta potencia proporciona amplios ratios de atenuación al tiempo que maximiza la vida de la lámpara

Introducción

Las pantallas de cristal líquido (LCD), habituales desde hace tiempo en los ordenadores portátiles y los instrumentos de mano, están ganando popularidad como pantallas de escritorio. En los grandes tamaños requeridos para las aplicaciones de pantalla de escritorio, proporcionar una retroiluminación uniforme para los LCD requiere varias lámparas de alta potencia. Además, las lámparas deben tener un rango de atenuación y una vida útil comparable a la de las generaciones anteriores de pantallas de escritorio. Las lámparas fluorescentes de cátodo frío (CCFL) ofrecen el mejor rendimiento disponible para la retroiluminación de LCD. La CCFL necesita un suministro de alta tensión para funcionar. Normalmente, se necesitan más de 1000 voltios para activar el funcionamiento de la CCFL, con tensiones sostenidas de 200V a 800V. Una CCFL puede funcionar con corriente continua, pero los efectos de la migración dañan la CCFL y reducen su vida útil. Para conseguir la máxima vida útil, la alimentación de las CCFL debe ser sinusoidal, no contener componentes de corriente continua y no superar los valores de corriente mínima y máxima de funcionamiento del fabricante de las CCFL. La conducción sinusoidal de las CCFL de bajo factor de cresta también maximiza la eficiencia de la conversión de corriente a luz, reduce el parpadeo de la pantalla y minimiza las emisiones de EMI y RFI. El controlador de CCFL de alta potencia LT1768, con su exclusivo sistema de regulación multimodo^™ proporciona el control necesario de las lámparas para permitir un amplio rango de regulación, manteniendo la vida de la lámpara, en aplicaciones multilámparas CCFL.

LT1768 Inversor de luz de fondo CCFL doble

El circuito de la Figura 1 es un inversor de retroiluminación de dos lámparas conectado a tierra que funciona con una entrada de 9V a 24V, suministra una corriente máxima de 9mA por CCFL y tiene una relación de atenuación superior a 100:1. El LT1768 del circuito es un modulador de anchura de pulso en modo de corriente a 350 kHz que proporciona la función de control de la corriente de la lámpara para el inversor.

La corriente de la CCFL de la Figura 1 está controlada por una tensión continua en la patilla PROG del LT1768. Esta tensión alimenta el bloque de regulación multimodo del LT1768, que la convierte en una corriente proporcional y la envía a la V_C pin. Como la V_C el pin GATE del LT1768 está modulado en anchura de pulso a 350 kHz. La anchura del pulso GATE se determina ciclo a ciclo por la tensión en el pin de detección (la corriente L1 multiplicada por la resistencia de detección R6) que supera una tensión predeterminada definida por el parámetro V_C pin. La modulación por ancho de pulsos en modo corriente produce una corriente media en el inductor L1 proporcional a la tensión en el pin V_C pin. El inductor L1 actúa entonces como una fuente de corriente conmutada que alimenta un convertidor de clase Royer controlado por corriente¹ con eficiencias de hasta el 90%. T1, C4 y Q1 componen el convertidor de clase Royer, que proporciona a las CCFL una forma de onda sinusoidal de 60 kHz con componente CC nula, cuya amplitud se basa en la corriente media en L1. Las corrientes sinusoidales de los dos CCFL se devuelven al LT1768 a través de los pines DIO1/DIO2. Una fracción de la corriente CCFL de la mitad negativa de su onda sinusoidal tira de la fuente de corriente interna en V_C pin, cerrando así el bucle. Un solo condensador en la V_C la clavija proporciona la compensación del bucle y el promedio de la corriente de la CCFL, lo que da como resultado una corriente constante de la CCFL. Variando el valor de la fuente de corriente interna a través del bloque de regulación multimodo, se varía la corriente de las CCFL y la intensidad luminosa resultante.

Regulación multimodo

Las soluciones de retroiluminación anteriores utilizaban esquemas de control de intensidad que se limitaban al control lineal o PWM. Los esquemas de control de intensidad lineal ofrecen el mejor rendimiento en los circuitos de retroiluminación, pero limitan el rango de regulación o violan las especificaciones mínimas o máximas de las lámparas CCFL para conseguir relaciones de regulación amplias. Los esquemas de control PWM ofrecen un amplio rango de atenuación, pero producen formas de onda de alto factor de cresta que perjudican la vida de las CCFL y desperdician energía a corrientes más altas de las CCFL. La regulación multimodo patentada del LT1768 combina lo mejor de ambos sistemas de control para prolongar la vida útil de las CCFL y proporcionar el mayor rango de regulación posible.

Según la figura 2, la corriente CCFL tiene cinco modos de funcionamiento distintos. El modo utilizado viene determinado por las tensiones en los pines PROG y PWM y las corrientes que fluyen desde el R_MAX y R_MIN alfileres.

Modo apagado (V_PROG < 0,5V) pone la corriente del CCFL a cero e impide que el pin GATE conmute.

Modo de corriente mínima (0,5V < V_PROG < 1,0V) establece la corriente media de la CCFL (I_CCFLMIN) a diez veces la corriente que sale de R_MIN pino. La relación exacta de R_MIN la corriente frente a la corriente RMS de la CCFL debe determinarse empíricamente debido al desajuste entre los valores RMS medios y reales de la forma de onda sinusoidal. La corriente mínima de la CCFL determina el rango de atenuación de la pantalla. Ajuste R_MIN para producir la corriente mínima especificada de las CCFL garantiza la máxima vida útil de las CCFL para todas las tensiones PROG, pero limita el rango de regulación. Ajuste R_MIN para producir corrientes por debajo de la corriente mínima especificada de las CCFL aumenta el rango de regulación, pero impone restricciones a la tensión PROG para el funcionamiento normal, con el fin de maximizar la vida útil. Para conseguir la máxima relación de atenuación posible, I_CCFLMIN debe ponerse a cero conectando el R_MIN a la clavija V_REF de la clavija. Por ejemplo, ajustando R6 en la Figura 1 a 10k y conectándolo a tierra se obtiene una corriente mínima de 1mA para la CCFL, pero se limita la relación de regulación a 6:1. Alternativamente, si R6 en la Figura 1 se ajusta a 125k y se conecta al pin REF, la relación de atenuación es de 100:1 para una corriente de lámpara de 1mA, pero la corriente mínima de la CCFL se ajusta a cero. En este caso, la tensión PROG debe mantenerse por encima de 1,125V (1mA de corriente de las CCFL) durante el funcionamiento normal para cumplir las especificaciones de las CCFL y maximizar su vida útil. Aumentar la tensión PROG en la Figura 1 a 1V (0mA de corriente de las CCFL) permite relaciones de regulación superiores a 500:1, pero viola las especificaciones mínimas de las CCFL y no se recomienda. El gráfico B de la Figura 3 muestra la forma de onda de la corriente de la CCFL de la Figura 1 funcionando a 1mA en modo PWM.

Modo de corriente máxima (V_PROG > 4,0V) establece la corriente de la CCFL (I_CCFLMAX) hasta aproximadamente cien veces la corriente de la bombilla de 1,25 V referenciada R_MAX pin. Al igual que con la corriente mínima de las CCFL, la relación exacta debe determinarse empíricamente. Ajustar la corriente de las CCFL en este modo al valor máximo del fabricante garantiza que no se degrade la vida útil de la lámpara especificada. En el ejemplo de la Figura 1, la corriente máxima de la CCFL se fija en 9mA ajustando R4 a 16,2k. El gráfico A de la figura 3 muestra la forma de onda de la corriente de la CCFL de la figura 1 funcionando a 9 mA en modo de corriente máxima.

En modo lineal (V_PWM < V_PROG < 4,0V), la corriente de la CCFL se controla linealmente con la tensión del pin PROG. La ecuación de la corriente de la CCFL en modo lineal es la siguiente:

I_CCFL = ((I_CCFLMAX - I_CCFLMIN)/3) - ((V_PROG/1V) - 1) + I_CCFLMIN

Para obtener la mejor conversión de corriente a luz y la mejor eficiencia, el LT1768 debe funcionar normalmente en modo lineal. En el ejemplo de la figura 1, el modo lineal es de V_PROG = 3,0V a V_PROG = 4,0V con una corriente de lámpara de 3mA - ((V_PROG/1V) - 1).

En modo PWM (1,0V < V_PROG < V_PWM), la corriente de la CCFL se modula entre I_CCFLMIN y el valor de I_CCFL en modo lineal con V_PROG = V_PWM. La frecuencia PWM se ajusta mediante un único condensador en el C_T pin. La frecuencia PWM es de 22 - 10^-6Hz/C_T. El ciclo de trabajo PWM está definido por la tensión en el pin PROG, con 1V igual a 0%, y 100% (modo lineal) igual a V_PWM. El modo PWM del LT1768 permite amplios ratios de regulación, al tiempo que reduce el elevado factor de cresta que se encuentra en las soluciones de regulación sólo PWM. La tensión PWM debe ajustarse para que el LT1768 funcione en modo lineal en el rango de funcionamiento más utilizado. En el ejemplo de la Figura 1, el modo PWM funciona desde V_PROG = 1V a V_PROG = 3,0V con una corriente CCFL modulada entre 0mA y 6mA. La frecuencia de modulación PWM se ajusta a 220 Hz mediante el condensador C3.

Cuando se combinan, estos cinco modos de funcionamiento crean un perfil de corriente CCFL controlado por CC que puede adaptarse a cada pantalla en particular. Con el modo lineal que controla la corriente de la CCFL en el rango de corriente más utilizado y con el modo PWM en el extremo inferior, el LT1768 permite amplias relaciones de atenuación al tiempo que maximiza la vida de la CCFL.

Modos de fallo del LT1768

El LT1768 también tiene un sistema de detección de fallos para garantizar que no se superen los valores nominales de la corriente de la lámpara y del transformador Royer en condiciones de fallo. Si la corriente en cualquiera de las CCFL es inferior a 125µA durante al menos un ciclo de reloj PWM, se activará el pin FAULT y I_CCFLMAX se reducirá a la mitad. Esta función garantiza que la corriente máxima de la CCFL definida por R_MAX no se superará, incluso en condiciones de fallo. Si la corriente en ambas CCFL es inferior a 125µA, y la tensión de línea V_C alcanza su valor de bloqueo (indicando una condición de carga abierta) durante al menos un ciclo PWM, el accionamiento de la puerta se bloqueará. El bloqueo se puede anular ajustando V_PROG a 0V o colocando el LT1768 en modo de parada.

Características adicionales

El LT1768 también contiene una referencia de 5V compensada por temperatura, una función de bloqueo por subtensión para V_EN < El LT1768 cuenta con un apagado térmico y un pin de apagado compatible con la lógica que reduce la corriente de alimentación a 50µA cuando se activa. El LT1768 está disponible en un paquete GN16.

Conclusión

El controlador de CCFL de alta potencia LT1768, con su exclusivo esquema de control de atenuación patentado, las corrientes mínimas y máximas precisas de las lámparas y la protección contra fallos de las mismas, consigue amplias relaciones de atenuación y maximiza la vida útil de las CCFL en pantallas LCD de una o varias lámparas.

Referencias

¹. Williams, Jim. Noviembre de 1995 Una cuarta generación de tecnología de retroiluminación LCD. Tecnología lineal Corporation, Nota de aplicación 65