应用笔记 4190

增强DS39x系列CCFL控制器的栅极驱动能力

By: Shoumin Liu

摘要 : DS3988、DS3991、DS3992以及DS3994是冷阴极荧光灯管(CCFL)的控制器,用于液晶显示LCD的背光。每个控制器通道可以驱动两个逻辑电平MOSFET以转换直流电压到CCFL驱动所需要的高压交流波形。在有些应用中,功率MOSFET需要更大的驱动能力和更高的栅源电压,用单个通道驱动多个灯管。该应用笔记描述了如何增强DS39xx系列控制器的驱动能力,使其可以有效的驱动大功率MOSFET。

DS39xx栅极驱动

DS3988DS3991DS3992DS3994等控制器的每个通道都有两个栅极驱动。每个栅极驱动可以驱动一个逻辑电平MOSFET。栅极驱动器的最大输出荷载是20nC,高电平输出电压约为VCC (5V)。这种驱动能力可以满足大多数逻辑电平MOSFET的驱动需求。

随着液晶显示器和液晶电视显示器物理尺寸的不断增大,很多应用需要每个控制通道驱动多个灯管。如,利用单通道DS3991控制一个大尺寸LCD电视的所有灯管。为了保证可靠驱动多个灯管,需要大功率MOSFET。还有一些新型应用,采用非常高的直流输入电压(高达400V)以降低液晶电视的工作电流,这类液晶电视的CCFL功率可能达到200W。这些新应用也要求高压功率MOSFET驱动灯管。

功率MOSFET一般比逻辑电平控制MOSFET具有更高的栅极电荷。因此,栅极驱动电路必须具有足够高的峰值驱动电流,以快速地为栅极电容充电、放电。功率MOSFET也需要较高的栅源电压,以保证有效开启。

DS39xx系列控制器内置的栅极驱动电路不能直接驱动大功率MOSFET, 但是这个问题可以解决。本应用笔记说明了如何采用简单的外围电路增强DS39xx系列控制器的栅极驱动能力,以驱动大功率MOSFET。

增强栅极驱动电路

图1详细说明了增强驱动的电路。

图1. 增强DS39xx栅极驱动的外部电路
图1. 增强DS39xx栅极驱动的外部电路

图1中,GA和GB是CCFL控制器的栅极驱动信号输出。Q2/Q3/Q5/Q6是通用NPN晶体管,用于将GA和GB的电平从5V转换至12V。然后信号分别由Q1/Q7和Q4/Q8组成的两个图腾柱驱动输出。输出驱动信号图中表示为GA_12V和GB_12V。当功率MOSFET打开时,图腾柱驱动电路可以快速的给栅极电容充电;当MOSFET关闭的时候,它也可以很快的给栅极电容放电。Q1/Q4/Q7/Q8是中等功率晶体管,用于确保提供足够的峰值电流。图2显示了GA、GB、GA_12V和GB_12V的波形。

图2. 逻辑电平栅极驱动信号(GA和GB)和12V电平栅极驱动信号(GA_12V和GB_12V)的波形
图2. 逻辑电平栅极驱动信号(GA和GB)和12V电平栅极驱动信号(GA_12V和GB_12V)的波形

GA_12V和GB_12V采用推挽架构直接驱动功率MOSFET。配合一些额外的电路,也可以用于半桥或全桥驱动(详细信息请联系工厂)。

推荐晶体管型号

表1列出了图1所用晶体管的推荐型号。

表1. 推荐晶体管型号
Designator Description Suggested Part Numbers
Q2/Q3/Q5/Q6 NPN general-purpose transistor MMBT3904 or equivalent
Q1/Q4 NPN medium-power transistor FMMT493, ZXTN2038F, or equivalent
Q7/Q8 PNP medium-power transistor FMMT593, ZXTP2039F, or equivalent