Sterownik inwertera LX1692

Układ scalony LX1692 firmy Microsemi.

Układ jest stosowany w inwerterach z lampami CCFL do monitorów i telewizorów LCD.

Układ LX1692 pracuje jako sterownik inwertera rezonansowego typu Fuli Bridge. Napięcie wyjściowe z inwertera ma kształt zbliżony do sinusoidy. Inwerter wyposażony jest w układ ściemniania “dimming” sterowany analogowo lub cyfrowo, zabezpieczenie przed uszkodzeniem lampy i zwarciem na wyjściu. Układ LX1692 dostępny jest w obudowach TSSOP 20 i SOIC 20.

Na rysunku 1 przedstawiono schemat blokowy układu LX1692.

W tablicy 1 zamieszczono opis wyprowadzeń układu LX1692.

Na rysunku 2 przedstawiono schemat inwertera z układem LX1692.

Tryby pracy

Układ LX1692 pracuje w dwóch trybach: w trybie zapłonu lampy i w trybie normalnej pracy. W momencie włączenia inwertera, gdy napięcie zasilające narasta lub do wejścia ENABLE podane jest napięcie zasilające VDDP (stan wysoki), układ pracuje w trybie zapłonu. Gdy nastąpi zapłon lampy, układ przechodzi w tryb pracy normalnej.

W przypadku, gdy nie nastąpi zapłon lub lampa jest uszkodzona, układ wyłącza się.

Oscylator

Wewnętrzny oscylator ma dwie pętle regulacji częstotliwości: pętlę ustalającą częstotliwość rezonansową i pętlę ustalającą stałą częstotliwość. Stała częstotliwość ustalana jest elementami RC przyłączonymi do wyprowadzeń l_R i C_R. Pętla ustalająca częstotliwość rezonansową śledzi częstotliwość rezonansową obciążenia (lampa, uzwojenie wtórne transformatora, kondensator wyjściowy).

Zapłon lampy

Zapłon lampy jest określany poprzez monitorowanie napięcia na wejściu ISNS. Jeżeli w czasie zapłonu napięcie ISNS jest mniejsze niż 1V, tryb zapłonu trwa do momentu wykrycia zapłonu, ale nie dłużej niż 1 – 2 sekund (jest to maksymalny czas zapłonu). Gdy na wejściu ISNS pojawi się napięcie większe niż 1V, oznacza to, że nastąpił zapłon lampy. Od tego momentu układ pracuje w normalnym trybie pracy. Poziom wykrywania zapłonu zostaje zmniejszony do 0.3V, aby umożliwić uzyskanie minimum analogowej regulacji ściemniania lampy w zakresie 3:1.

W czasie zapłonu częstotliwość pracy lampy jest monitorowana przez pętlę śledzącą częstotliwość rezonansową. W momencie startu układu, gdy nie nastąpił jeszcze zapłon, naturalna częstotliwość rezonansowa jest 1.3 – 1.5 razy większa niż częstotliwość pracy układu po zapłonie. Gdy wyjściowy układ rezonansowy jest nieobciążony (przed zapłonem lampy), jego tłumienie jest małe i napięcie wyjściowe na zaciskach lampy osiąga duże wartości. Dzięki temu nie ma potrzeby stosowania transformatora o dużej przekładni.

W czasie zapłonu lampy napięcie na wyjściu ICOMP wzmacniacza błędu układu regulacji prądu lampy jest ograniczone do poziomu 2.5V. Kiedy rozpoczyna się zapłon, układ pracuje na ustalonej częstotliwości pracy. Gdy komparator OV_SNS (układ zabezpieczający przed za wysokim napięciem lampy) wykrywa przejście przez zero, oscylator śledzący zmienia częstotliwość pracy aż do momentu osiągnięcia częstotliwości bliskiej częstotliwości rezonansowej. W momencie zapłonu lampy częstotliwość pracy natychmiast przełącza się na zaprogramowaną częstotliwość stałą pracy ustaloną przez generator przebiegu piłokształtnego. Prąd lampy jest wykrywany przez detektor zapłonu, który uruchamia układ PWM sterujący oscylatorem.

Układy zabezpieczeń

Układ LX1692 jest wyłączany w następujących przypadkach:

• brak lampy lub uszkodzenie lampy,
• przebicie w uzwojeniu wtórnym transformatora,
• zwarcie na wyprowadzeniach lampy,
• zwarcie wyprowadzenia napięcia wysokiego lampy do masy,
• zwarcie wyprowadzenia napięcia niskiego lampy do masy (oznacza to zwarcie rezystora, przez który zamyka się do masy prąd lampy).

Do wykrywania stanów uszkodzenia służą trzy wejścia układu scalonego: ISNS, OV_SNS i OC_SNS.

Ponowne włączenie układu po wykryciu uszkodzenia możliwe jest po zmianie stanu na wejściu ENABLE lub odłączeniu i ponownym załączeniu napięcia zasilającego VDDP

Brak lampy lub uszkodzenie lampy

Gdy układ LX1692 zostanie włączony, napięcie na wyjściu inwertera musi być znacznie wyższe niż w czasie normalnej pracy, aby możliwy był zapłon lampy. Układ scalony generuje wysokie napięcie na wyjściu pracując na częstotliwości rezonansowej określonej przez indukcyjność i pojemność wyjściową inwertera. Wyjściowy układ rezonansowy bez pracującej lampy ma dużą dobroć (małe tłumienie) i napięcie na zaciskach lampy osiąga duże wartości powodując przebicie lampy.

Przebicie lampy może nie wystąpić natychmiast po pojawieniu się wysokiego napięcia na zaciskach lampy. Wysokie napięcie na wyjściu inwertera powinno być utrzymywane przez czas 0.3s -3s. Taki przedział czasowy jest wystarczający na zapłon lampy w najbardziej krytycznych warunkach (lampa jest zimna, lampa jest już zużyta). Czas zapłonu lampy jest programowany wartością pojemności przyłączonej do wejścia C_TO. Napięcie wyjściowe na zaciskach lampy jest monitorowane przez wejście OV_SNS. Jeżeli zapłon lampy nie wystąpi w określonym czasie, układ LX1692 wykrywa błąd i wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają wyłączone.

Przebicie w uzwojeniu wtórnym transformatora

Jeżeli w układzie inwertera wystąpi przebicie uzwojenia wtórnego transformatora, napięcie na wejściu OV_SNS narasta powyżej 3.2VDC. Wzrost napięcia na wejściu OV_SNS generuje impuls zwiększający stan 4-bitowego licznika. Gdy licznik zliczy 16 impulsów, układ LX1692 traktuje to jako stan przebicia na wyjściu inwertera i wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają wyłączone.

Licznik resetowany jest przez sygnał C_BST o częstotliwości od 100Hz do 300Hz.

Kontrola napięcia wyjściowego przy braku lampy

Układ kontrolujący napięcie wyjściowe przy braku lampy (open lamp voltage regulator) reguluje napięcie szczytowe tak, aby napięcie na wejściu OV_SNS było w zakresie ±1.97V z przesunięciem +0.2V z maksymalną tolerancją ±8% (±158mV). Zakładając tolerancję rezystorów dzielnika napięcia wyjściowego na poziomie ±5% maksymalna tolerancja napięcia wyjściowego wynosi ±18%. Zatem maksymalne napięcie na wejściu OV_SNS może być na poziomie +2.42V, minimalne na poziomie +1.914V.

Uszkodzenie lampy po zapłonie

W trybie normalnej pracy uszkodzenie lampy jest wykrywane poprzez monitorowanie wejścia ISNS. Po zapłonie szczytowe napięcie na wejściu ISNS zależy od prądu lampy i napięcia na wejściu BRITE_A. Komparator śledzi napięcie ISNS i generuje impuls przy przekroczeniu poziomu 0.3V na wejściu ISNS. Impulsy z komparatora zliczane są przez 9-bitowy licznik, który jest zerowany w każdym cyklu napięcia ISNS. Jeżeli prąd płynący przez rezystor, z którego pobierane jest napięcie ISNS jest za mały – napięcie na rezystorze jest mniejsze niż 0.3Vpk, impuls zerowania licznika nie jest generowany, licznik przepełnia się co powoduje, że wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają wyłączone.

Zwarcie na zaciskach lampy i zwarcie wysokiego napięcia do masy

Jeżeli na wyjściu układu wystąpi zwarcie i napięcie na wejściu OV_SNS będzie mniejsze niż 0.7V, układ zerujący licznik 7-bitowy zostaje zablokowany i licznik przepełnia się. W efekcie tego wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają wyłączone. Układ wykrywania zwarcia na wyjściu jest włączony przy zapłonie i w czasie normalnej pracy. Układ jest wyłączony dopóki napięcie na wejściu C_TO nie osiągnie poziomu 0.5V.

Licznik jest blokowany w trybie normalnej pracy z cyfrowym ściemnianiem lampy.

Zwarcie napięcia niskiego do masy

Zwarcie napięcia niskiego do masy oznacza zwarcie rezystora monitorującego prąd lampy i brak napięcia sprzężenia zwrotnego w układzie regulacji prądu lampy. Zwarcie jest wykrywane jako wzrost napięcia na wejściu OC_SNS. Komparator wykrywa napięcie OC_SNS większe niż 2V_DC. Wyjście komparatora generuje impuls zliczany przez licznik 4-bitowy. Jeżeli licznik zliczy 16 impulsów, wyjścia sterujące tranzystorami MOSFET zostają zablokowane.

Stabilizator napięcia zasilającego

Napięcie wyjściowe wewnętrznego stabilizatora jest na poziomie 4V ±5%. Napięcie to zasila wszystkie układy wewnętrzne LX1692 z wyjątkiem stopni sterujących tranzystorami MOSFET.

Układ blokujący pracę przy zbyt niskim napięciu zasilania wyłącza układy wewnętrzne LX1692 do momentu, gdy napięcie VDDA osiąga poziom odpowiedni dla prawidłowej pracy układu.

Tryby ściemniania lampy

Układ LX1692 ma dwa oddzielne wyprowadzenia, które służą do sterowania ściemnianiem: wyprowadzenie BRITE_A- regulacja ściemniania analogowa i BRITE_D –regulacja ściemniania cyfrowa.

W tablicy 2 przedstawiono tryby ściemniania.

Porównywarka cen sprzętu RTV