用DS39xx CCFL控制器实现模拟调光
摘要：ds3881、ds3882、ds3984、ds3988、ds3991、ds3992和ds3994是冷阴极荧光灯(ccfl)背光液晶显示器(lcd)控制器。为了取得满意的视觉效果或延长灯泡寿命，在大多数应用中需要进行亮度调节。本文首先介绍了两个普遍用来进行ccfl调光的办法。然后描述了如何用ds39xx ccfl控制器实现模拟调光。
ccfl调光方式ccfl调光的常用方法有两种：一种是脉冲调光，也称pwm调光或数字调光；另一种方式是模拟调光。本文讨论了这两种方法的优缺点。
脉冲调光可在特定频率下导通和关断ccfl，该频率称为pwm调光频率。如果pwm调光频率大于60hz，人眼感觉不到ccfl的导通和关断。在pwm 高电平期间，ccfl导通且工作在灯频率。在pwm低电平期间，ccfl关断且无电流通过。通过调整pwm脉冲的占空比，可以增大或减小ccfl的亮度。脉冲调光的主要优点是可以实现非常大的调光比。但是，在某些应用中，pwm调光频率可能与显示信号的垂直同步频率发生干扰，从而在显示器上会出现可见的干扰信号。脉冲调光还将引入变压器音频噪声。
模拟调光时ccfl始终导通，而不是以脉冲方式时开时断。通过改变灯电流幅值来调整灯的亮度。显然，电流幅值越大，ccfl越亮；幅值越低，ccfl越暗。模拟调光的调光范围很窄，这在某些应用中略显不足。但由于不存在pwm频率，因此模拟调光不会引起变压器音频噪声。此外，模拟调光不会与垂直同步频率发生干扰。
表1对模拟调光和脉冲调光进行了比较。更多描述见应用笔记3997： how to achieve a 300:1 dimming ratio with the ds3881/ds3882 ccfl controllers。
表1. 模拟调光和脉冲调光的比较 analog dimming burst dimming
1. narrow dimming range, no more than 3:1
2. no audible transformer noise
3. no interference with the vertical synchronous frequency 1. large dimming ratio up to 100:1
2. audible transformer noise can be present.
3. the pwm dimming frequency can interfere with the vertical synchronous frequency.
ccfl模拟调光的实现ds3881和ds3882 ccfl控制器内置模拟调光控制功能。用户可以通过i²c接口设置blc寄存器，从而调整灯电流。
ds3984、ds3988、ds3991、ds3992以及ds3994 ccfl控制器具有脉冲调光功能。然而，采用图1所示的简单外部电路，ds39xx控制器同样可支持模拟调光。
图1. 实现ds39xx ccfl控制器模拟调光所需的外部电路
图1中，r4为灯电流反馈电阻。r4两端电压的峰值为vr4。信号通过二极管后，峰值电压变为va。lcm输入端的峰值电压vlcm是va和模拟调光控制电压vdim的线性组合。即：
其中
和
vlcm (峰值)额定值为2.35v。因此vdim决定va，这将直接关系到灯电流。注意，如果r1开路且无vdim电压，电路实际上是ds3992/ds3994数据资料中给出的典型多灯电流监视器电路的一部分。
阻值计算计算电阻值时，根据系统要求并结合等式1求得a和b。然后用等式2和3来计算r1、r2和r3的适当值。
例如，如果应用程序要求vdim为0v时灯电流为7marms，vdim为3.3v 时灯电流为3marms，则vdim = 0v时va等于19.1vpk (√2 × 7marms × 2kω - 0.7v)，vdim = 3.3v 时va等于7.8vpk (√2 × 3marms × 2kω - 0.7v)。利用这些条件和等式1，可以得出a = 0.422，b = 0.123。
a和b已知时，设置r3为任意值(不超过10kω)。然后解等式2、3得出r1和r2。如果选择r3为3.4kω，则r1 = 3.65kω，r2 = 12.4kω。由于灯电流中存在谐波，电流波形的波峰因数并非总是√2。因此需要对电阻值进行一些调整以达到理想效果。在本例中，r1和r2的最终值分别为4.42kω和11.5kω。
如上文所述，灯电流随着调光控制电压的增加而减小。该功能称为负斜坡调光。相反的，正斜坡调光意味着灯电流随着调光控制电压的增加而增加。如果希望采用正斜坡调光，可以在vdim和r1之间增加反向电路。
测试波形图2和3为在图1基础上测得的灯电流波形。图2为vdim = 0v时的波形，图3则是vdim = 3.3v时的波形。调光比例为2.33:1。
图2. vdim = 0v时的灯电流波形
图3. vdim = 3.3v时的灯电流波形
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脉冲调光可在特定频率下导通和关断ccfl，该频率称为pwm调光频率。如果pwm调光频率大于60hz，人眼感觉不到ccfl的导通和关断。在pwm 高电平期间，ccfl导通且工作在灯频率。在pwm低电平期间，ccfl关断且无电流通过。通过调整pwm脉冲的占空比，可以增大或减小ccfl的亮度。脉冲调光的主要优点是可以实现非常大的调光比。但是，在某些应用中，pwm调光频率可能与显示信号的垂直同步频率发生干扰，从而在显示器上会出现可见的干扰信号。脉冲调光还将引入变压器音频噪声。
模拟调光时ccfl始终导通，而不是以脉冲方式时开时断。通过改变灯电流幅值来调整灯的亮度。显然，电流幅值越大，ccfl越亮；幅值越低，ccfl越暗。模拟调光的调光范围很窄，这在某些应用中略显不足。但由于不存在pwm频率，因此模拟调光不会引起变压器音频噪声。此外，模拟调光不会与垂直同步频率发生干扰。
表1对模拟调光和脉冲调光进行了比较。更多描述见应用笔记3997： how to achieve a 300:1 dimming ratio with the ds3881/ds3882 ccfl controllers。
表1. 模拟调光和脉冲调光的比较 analog dimming burst dimming
1. narrow dimming range, no more than 3:1
2. no audible transformer noise
3. no interference with the vertical synchronous frequency 1. large dimming ratio up to 100:1
2. audible transformer noise can be present.
3. the pwm dimming frequency can interfere with the vertical synchronous frequency.
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ds3984、ds3988、ds3991、ds3992以及ds3994 ccfl控制器具有脉冲调光功能。然而，采用图1所示的简单外部电路，ds39xx控制器同样可支持模拟调光。
图1. 实现ds39xx ccfl控制器模拟调光所需的外部电路
图1中，r4为灯电流反馈电阻。r4两端电压的峰值为vr4。信号通过二极管后，峰值电压变为va。lcm输入端的峰值电压vlcm是va和模拟调光控制电压vdim的线性组合。即：
其中
和
vlcm (峰值)额定值为2.35v。因此vdim决定va，这将直接关系到灯电流。注意，如果r1开路且无vdim电压，电路实际上是ds3992/ds3994数据资料中给出的典型多灯电流监视器电路的一部分。
阻值计算计算电阻值时，根据系统要求并结合等式1求得a和b。然后用等式2和3来计算r1、r2和r3的适当值。
例如，如果应用程序要求vdim为0v时灯电流为7marms，vdim为3.3v 时灯电流为3marms，则vdim = 0v时va等于19.1vpk (√2 × 7marms × 2kω - 0.7v)，vdim = 3.3v 时va等于7.8vpk (√2 × 3marms × 2kω - 0.7v)。利用这些条件和等式1，可以得出a = 0.422，b = 0.123。
a和b已知时，设置r3为任意值(不超过10kω)。然后解等式2、3得出r1和r2。如果选择r3为3.4kω，则r1 = 3.65kω，r2 = 12.4kω。由于灯电流中存在谐波，电流波形的波峰因数并非总是√2。因此需要对电阻值进行一些调整以达到理想效果。在本例中，r1和r2的最终值分别为4.42kω和11.5kω。
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