在便攜設備的背光源中，通常采用降壓轉換器" target="_blank">轉換器后接一個推挽逆變器(Royer逆變器)的方法，但其效率低，器件數量多。本文討論了一種基于壓電變壓器的高效背景光供電解決方案，采用UCC3977(推挽控制器)和壓電變壓器EFTU11RoMX50和EFTU18R0Mx50來實現。
最近，PDA、互聯網手持設備和筆記本電腦等便攜設備的發展速度非?？欤@進一步提高了市場對小尺寸冷陰極熒光燈(CCFL)背景光轉換器的需求。通常，在這些應用中使用一個降壓轉換器后接一個推挽逆變器(Royer逆變器)的方法，但在便攜應用中這種方法效率低，并且由于它本質上是一個兩級方案，所使用的元件數量也比較多。
傳統上，CCFL所需要的高運行電壓和高激發電壓是由高匝數比繞線式磁性變壓器來提供。壓電變壓器(PZT)的最新進展為背景光應用提供了許多潛在的優勢，包括效率更高、體積更小、電磁噪聲更低、可得到的激發電壓更高、不可燃和正弦運行等。
本文討論了一種基于壓電變壓器的高效背景光供電解決方案，它采用UCC3977(推挽控制器)和松下壓電變壓器EFTU11RoMX50和EFTU18R0Mx50。
背景光光源
CCFL通常作為筆記本電腦和便攜電子設備的彩色液晶顯示(LCD)的背景光源，CCFL是目前最高效的顯示器背景照明光源。由于運行CCFL需要高交流電壓，所以需要高壓DC/AC逆變器?；赑ZT的逆變器可以提供正弦輸出電壓，這非常有助于減小RF輻射。RF輻射可能干擾其它電子設備，并可能降低整個系統的運行效率。另外，基于PZT的逆變器所產生的正弦激勵還可以在CCFL中產生最優的電流到光的轉換效率。CCFL的工作電壓比其它光源的電壓要高很多，通常需要300到800伏交流電(取決于燈的長度)，但整體功耗非常低。
最近出現了一種非常明亮的白光輻射二極管(LED)。在LCD顯示器、蜂窩電話和PDA應用中，它是CCFL的一個強勁的競爭對手。但是，當使用白光LED作為顯示器的背景光時需要注意以下問題:
a. 幾乎所有的LED制造商都以新燭光(cd)為單位給出光強度。通常這個值都非常高，但它表示的是在最亮方向的數據。視角和LCD的亮度通常成反比，由于LCD總的光輸出覆蓋更大的范圍，在任何給定的方向，視角越寬則亮度越低。相同光通量輸出的一系列LED通常按不同的截面和光強度出售。在20度視角光強度可能達到6.4cd，在70度視角可能有0.48cd，而在160度視角光強度可能幾乎為零。由于照明一致性對舒適感和視覺性能非常重要，所以，為在顯示器上提供一致的照明，需要多個LCD以串聯或并聯方式連接起來。
b. 這些白色LED的壽命比較短。在運行大約1000小時之后，它們將變黃并在一定程度上變暗，這對彩色顯示器來說是不能接受的。當然，在超過LED額定電流條件下運行還將加速這個過程。
c.由于LED基本上屬于電流驅動器件，如果這些LED不能良好地分享電流，可能會引起顯示器局部的光線不均衡。在這種情況下，可以對每個LED都加上均衡電阻，但這將降低整個系統的效率。
d. 還有一個主要的缺點是成本高，其批量售價每支2.3美元起，比相同亮度的單只CCFL貴。
當使用這些作為光源時，需要考慮的是你要用它做什么。如果你關心的只是燈的點亮度，那么應考慮峰值光強度；如果你需要光的擴散效果，選擇合適的輸出截面則非常重要；在需要對較大的顯示面積提供照明或液晶顯示器的背景照明，以及需要燈具有長使用壽命時，小型CCFL是優選方案。
用于背景光轉換器的變壓器
磁性變壓器和壓電變壓器的發展使我們可以構造出高效、小體積轉換器。變壓器的選擇取決于多種因素，其中包括成本、體積和效率。例如，同PZT變壓器相比，在一個給定的功率水平，磁性變壓器可能更厚、更重且效率更低，但它具有成本低，而且可以在更寬的負載條件下工作的優點。PZT變壓器具有固有的正弦運行特性、高激發電壓、不可燃和無電磁噪聲的優點。磁性變壓器和壓電變壓器的比較見表1所示。
陶瓷壓電變壓器是在1956年由C.A. Rosen最先提出。與依賴于電磁能量轉換的磁性變壓器不同，壓電變壓器把電動勢轉換成機械能。電能到機械能的轉換稱為逆壓電效應，而機械能到電能的轉換稱為正壓電效應。
PZT變壓器的材料和工藝決定了它們的的工作特性，而每一個制造商都有它們獨特的材料和結構層的“配方”，制造PZT的常用材料是鋯酸鉛和鈦酸鉛。單層PZT成本較低并易于制造但電壓增益比較小(典型值為5~10)，并可能需要一個升壓磁性變壓器才能使燈具運行。多層PZT的設計制造難度更大，但具有更高的電壓增益(20~70)。
圖1為一個用于CCFL供電的典型長模式PZT。該壓電變壓器包含一些用于能量轉換的長方形壓電陶瓷層，還帶有一對初級電極(用于輸入)和一對次級電極(用于輸出)。輸入到初級電極的電信號以壓電方式轉換成機械震動，這些機械震動傳送到陶瓷層的次級，在那里機械震動以壓電方式轉換成一個高電平輸出。整個轉換過程只消耗很少的能量。
要預測PZT在系統中的性能，有必要建立它的電路模型。圖1所示的電路模型通常用于描述長模式PZT在基本諧振頻率附近的性能。許多PZT制造商都基于在各種頻率和輸出負載下的測量結果提供該模型的元件值，具體元件值取決于PZT的構造。初級電極的多層結構和材料電介質常數形成了一個大的主級輸入電容(Cinput)。由于次級的單層結構和主級電極和次級電極之間的距離，輸出電容要小很多。
圖3顯示了松下1.8W PZT(元件型號為EFTU11R8MX50)增益(Voutput/in)相對于輸出負載和頻率的特性關系曲線。這個PZT對圖2等效電路的等效元件值分別為：Cinput=61.6nF，Coutput=11.4pF，n=35，串聯RLC= (0.66Ω，0.934mH，2.79nF)。如圖3所示，在無負載條件下陶瓷變壓器提供高Q值和增益，并產生高激發電勢。一旦熒光燈激發之后，變壓器則帶有了負載。負載引起變壓器增益下降和諧振頻率移動。為實現在一個單向控制電路下激發并運行熒光燈，壓電變壓器通常工作在諧振峰的右側。
