High Performance CCFL Controller DF6109A 高性能冷阴极荧光灯控制器—DF6109A 规格说明书（V1.0） z 简介 DF6109A 是一颗采用全桥 ZVS （Zero Voltage Switch）技术的 LCD 背光电源控制 IC，它采用了先进的集成电路工艺，融和最新的冷阴极荧光灯控制技术，因而具有电路 方案简单、可靠性高、转化效率高等优点；可广泛应用于单灯管到多灯管控制电路中， 如便携式娱乐设备、数码相框、LCD 显示器、液晶电视等，给客户提供了高性能、低成 本的背光解决方案。 z 技术特点 IC 工作电压范围宽：4.5V----18V 内置电源管理电路 IC 待机电流极小（<2µA） 高转换效率的 DC-AC 全桥 ZVS 技术 优异的宽电压工作特性 高精度工作频率控制（±1%） 内置跳频启动选择功能 具有灯管开路、短路保护电路 采用保护电路缓冲技术，实现稳定可靠控制 SOP16 标准封装 z 应用范围 便携式娱乐显示设备 桌上型 LCD 平面显示器 液晶电视、监视器 订购信息 器件型号 DF6109A 封装形式 工作温度 SOP16 -20℃～+85℃ 其 他 符合 RoHS 1 DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A z 极限工作条件 输入电压 VIN 结 功 20V 温 Tj 150℃ 耗 Pd 1.0W 工 作 频 率 Fop 150KHz 存储温度 -55℃～+150℃ z 推荐工作条件 输入电压 VIN 4.5～18V 开关电压 ENA 0～5V 调光电压 DIM 0～5V 工作频率 Fop 20～100KHz 工 作 温 度 Top -20℃～+85℃ 热 阻θJA 88℃/W z 引脚说明 N2 PGND P2 TIMR AGND AGND FB CMP 16 15 14 13 12 11 10 9 DF6109A 1 2 3 4 5 6 7 8 P1 VCC N1 REF CT FSW NC ENA ２ DF6109A Datasheet Rev.1.0 Proprietary Information 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller 编号 符 号 DF6109A 功 能 说 明 P- MOS 驱动功能 1 P1 2 VCC 3 N1 4 REF IC 内部产生的 3.6V 参考电压输出. 5 CT 外接 RC 构成振荡器，产生正常工作频率. 6 FSW 7 NC 8 ENA IC 9 CMP 灯管电流误差放大器输出补偿端子，也提供软启动（Soft-Start） 功能； 10 FB 11 AGND IC 接地端子 12 AGND IC 接地端子 13 TIMR 14 P2 15 PGND 16 N2 IC 电源输入，输入电压范围 +4.5----18V. N- MOS 驱动功能 工作频率切换开关，开关电压为 2.3V，灯管启动后, 使频率从 启动频率切换到正常工作频率； 小于 2.3V 输出启动频率;大于 2.3V 输出灯管正常工作频率。 未定义 ON/OFF 输入，OFF：0---1V；ON：2---5V. 灯管电流反馈取样输入端，门限电压为 0.995V 外接电容后提供了多种功能包括电路启动时间、异常保护时间设 置功能, 异常保护锁定功能 P- MOS 驱动功能 IC 接地端子 N- MOS 驱动功能 ZVS 全桥输出驱动波形 ３ DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A ZVS 全桥工作开关状态图 ４ DF6109A Datasheet Rev.1.0 Proprietary Information 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A 内部原理逻辑图 VCC P1 ENA UVLO Full Bridge N1 A REF & Bias REF ZVS Control Output Driver Strike & Ignition N2 Operation CT P2 Protection HF OSC Control Logic PGND FSW TIMER TIMR 2.3V FB DF6109A BLOCK DIAGRAM AGND 1.0V CMP z 电气规格参数 (未作特别说明，均在 VIN=12.0V, 参 数 符号 环境温度 Ta= 25℃下测试) 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 3.45 3.55 3.65 V 参考电压 REF 输出电压 VREF IREF =3mA 线性调整 4.5V<VIN<18V 30 mV 负载调整 0< IREF <3mA 30 mV 1.0 5.0 μA 13.0 15.0 mA 1.6 1.8 V 1.2 V 工作电流 待机电流 IOFF ENA=0V 工作电流 Iop ENA=3V, P1、P2、N1、N2 输出各 11.0 接一个 1nF 模拟负载 开关电压 ENA 开启电压 ON 关闭电压 OFF 0 ５ DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller 参 数 符号 测试条件 DF6109A 最小值 典型值 最大值 单位 高频振荡器 HF OSC 波峰值 VIN=12V，ENA=3V（正常工作） 980 1000 1020 mV 波谷值 VIN=12V，ENA=3V（正常工作） 280 300 320 mV 67.5 69.5 71.5 KHz VIN=12V，ENA=3V，FSW>2.5V 54.6 55.6 56.6 KHz VIN=12V，ENA=3V，FSW 从 0→3.0V 2.20 2.30 2.40 V FB 参考基准电压 0.980 0.995 1.010 V 放大器补偿 CMP 0 3.20 V 2.4 s 启动频率 Fstr VIN=12V，ENA=3V，FSW<1.5V Rt=75KΩ, Ct=470PF Rt 为 PIN3 与 PIN4 之间的定时电阻， Ct 为 PIN4 到地的之间的定时电容。 工作频率 Fop 频率切换 FSW 转换电压 电流误差放大器 多功能定时器 TIMR 启动时间设置 外接 680nF 电容 正常工作电压 输出正常 0.6 V 异常状态下输出关闭 2.6 V 保护锁定后电压 2.0 2.2 输出驱动 N1DRV 、N2 DRV 高电平 VIN=4.5----18V 低电平 VIN=4.5----18V 200 VIN=12.0V 10 输出阻抗 Ron 占空比 上升/下降时间 VIN-1.0V 正常工作 5% 采用 2000PF 模拟负载 100 12.0 V 300 mV Ω 45% % 120 200 ns VIN-1.0V VIN V 8.0 V 输出驱动 P1 DRV、P2 DRV 高电平 VIN=4.5----18V VIN-1.2V 低电平 VIN=4.5----18V 0.6 输出阻抗 Ron 占空比 上升/下降时间 VIN=12.0V Ω 10 正常工作 5% 采用 2000PF 模拟负载 100 120 45% % 200 ns z 功能特点说明 DF6109A 是采用准谐振单级(Single-Stage)ZVS 全桥方式的冷阴极荧光灯开关电 源控制器控，具有转换效率高于 90%、电路简单可靠的特点，并符合、绿色、节能环 保的要求。由于采用了先进的集成电路工艺，IC 内部具有电源管理电路，因此 4.5V---20V 的外部电压可以直接输入,不再需要外围分立元件组成的电源管理电路; DF6109A 还提供对 P-MOS 的直接驱动, 不需要变换电路。与其他的同类芯片相比, 该芯片在工作电压范围内还具有极低的待机电流(<2μA)。以下分别就本芯片的主要 控制特点作详细说明： ６ DF6109A Datasheet Rev.1.0 Proprietary Information 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A 高精度频率控制 由于新一代的冷阴极荧光灯控制器均采用了准谐振式设计，而频率的控制又是 准谐振式工作模式的关键所在，工作频率控制精度的高低，直接影响产品发热状态即 转换效率、批量产品一致性、合格率等。因此，频率控制精度成为冷阴极荧光灯控制 器的关键指标之一。 DF6109A 的频率控制由 IC 内部的高频振荡器 HF OSC 来实现， HF OSC 的频 率经过 1/2 分频产生输出驱动频率，也就是最终灯管的工作频率。这里 HF OSC 采用 了外接电阻和电容构成的振荡器，其原理为电流经过外接电阻为电容不断充电，而芯 片内部的则按照设置的电压点不断的放电和停止放电。基于该振荡器的工作原理，由 于芯片内部提供了高精度的电压控制，因此外部定时电阻 Rt 和定时电容 Ct 成为影响 频率的主要因素。DF6109A 的实际频率误差为±1%，选取适当的外部元件，可改善 批量产品工作频率的一致性。 REF Rt 75K (1%) 1000mV Charge Current CT 300mV Ct 470P Discharge Current NPO 5% 软启动 为了降低启动瞬间的大电流冲击，DF6109A 提供了很好的软启动功能，在芯片 ENA 为高后，CMP 由于外接电容的存在，产生了一个由 0V 到 3V 逐渐上升的斜波， 当达到一定电压（1.0V）时，两个驱动脉冲宽度开始展开，并随着 CMP 电压上升而 逐渐变大。灯电流取样负反馈形成后，CMP 电压就稳定在某一个值,同时对应一组驱 动脉宽。 由于软启动的存在，变压器的输出电压（CH2）也随着 CMP 电压的逐渐上升也 呈现出一定的上升梯度。 ７ DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A 跳频启动 （可选） DF6109A 采用固定频率工作模式，但在灯管启动阶段，也提供了可供选择的 跳频启动功能，启动频率为工作频率的 1.2～1.3 倍；灯管点亮后，通过 PIN6 FSW 的频率切换功能，转到正常工作频率。 实验结果表明一般情况下定频模式也可顺利启动, 因此为了使电路设计、调试 更加简单，推荐采用定频模式工作，在定频模式下 DF6109A 由于采用了延时启动 技术，能够确保对灯管的可靠击穿和点亮 。 PIN6 FSW 启动采用跳频模式时，可通过外接对地电容大小来确定跳频持续时 间的长短（比如接 1nF 约 0.5 秒），具体电路参考四灯管相关电路图。 PIN6 FSW 接 REF，可实现固定频率工作模式。 正常工作 一般状态下，电路经过瞬间（数十毫秒）一次启动便进入正常工作模式，灯管 电流负反馈闭环控制达到平衡状态，灯管电流在设置的数值上保持恒电流工作，以 便使液晶显示器背光亮度维持恒定亮度。 灯管工作异常保护 灯管工作状态的异常主要表现为灯管电流的变化和异常，DF6109A 也是主要 通过灯管电流异常来判断电路状态，并控制异常状态下的保护动作。 如果正常工 作中灯管被移走或灯管损坏，将导致灯管开路，那么灯电流反馈信号会严重不足， 导致 CMP 电压上升，如果上升到 3.2V，IC 将启动 PIN13— TIMR 故障延时定时器， 在设定的时间（2-3S）内还不能正常工作的话，IC 将关闭四个输出驱动脉冲 P1、 ８ DF6109A Datasheet Rev.1.0 Proprietary Information 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A P2、N1、N2，使电路进入保护性锁定状态。 同样道理，如果由于某种原因使灯管电流反馈不能达到正常设定值，比如变 压器升压比不足、灯管高压端接地短路、低压端接地短路、高压打火等，都会引 起电路进入保护性锁定状态，这样就起到了对异常工作状态的保护，而且该保护 功能具有一定的延时判断特性，大大增强了电路在异常工作状态下的保护功能。 保护电路缓冲技术 从以上的保护电路工作原理可以看出，在灯管开路、短路、灯电流异常、过 电压等异常情况下，DF6109A 在保护性停机前都具有一个延时判断过程，具有良 好的“缓冲”功能，这一技术的采用，正好适应了冷阴极灯管在冷启动、老化、 输入直流电压不足等非最佳工作条件下的工作特性，能够充分实现高度可靠的启 动和工作，而不会出现非最佳工作条件下的误动作。 z 电路应用说明 PIN2 VIN 电源输入 由于采用了电源电压直接输入的方法，为了防止功率电路纹波对 IC 自身工作 的干扰，DF6109A 采用阻容滤波的方法，串联电阻 10Ω，滤波电容宜采用不小于 1 μF 材质较好的 X7R 陶瓷电容,电容耐压需大于电路最高工作电压，滤波电容尽量 靠近该引脚。 PIN1(P1)、PIN3(N1)、PIN14(P2)、PIN16(N2) 输出驱动 DF6109A 内部含有独特的 ZVS 全桥控制逻辑，各个驱动脉冲之间延时和配合 时序关系稳定可靠，且输出驱动能力较强，对于小功率 NMOS、PMOS 均采用直接驱 动方式，无须外加电路和元件变换， 12V 时的输出 P1，N1 驱动波形如下图所示。 ９ DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A PIN4 REF 基准输出 REF 提供了 IC 内外的 3.6V 工作电压基准，对保障芯片正常稳定工作起着重 要作用，因此也需要良好的稳定性，滤波电容最好采用 1.0μF 以上材质较好的 X7R 陶瓷电容，并尽量靠近该引脚。 PIN5 CT 工作频率设定 为了获得良好的频率稳定性并降低频率误差，定时电阻采用 1%精度，定时电 容采用 NPO （COG）型容量误差 5%的陶瓷电容，这样最终产品的工作频率误差可 以控制在 5%左右。定时电阻取值范围 51K---120K，定时电容取值范围 330P-680P。 振荡器的实际波形如下图，注意振荡器的频率为灯管工作频率的两倍。 １０ DF6109A Datasheet Rev.1.0 Proprietary Information 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A 工作频率和电阻、电容之间具有如下关系： Rt [kΩ]×Ct[pf]×Fop[kHz]≈1.96×106 R=75K,C=470PF,可获得大约 55.6KHz 的工作频率。 ** 跳频启动时,为了获得 1.2—1.3 倍工作频率的启动频率,电阻值最好取 75K 左右. PIN6 FSW 频率切换 PIN5 FSW 引脚电压大于 2.3V 时,电路以正常频率工作；1.5V 以下, 电路以 1.2—1.3 倍的正常频率工作,可提供启动瞬间的高压。 定频工作时，可将该引脚接 PIN4 REF； PIN6 FSW 启动采用跳频模式时，可通过外接对地电容大小来确定跳频持续 时间的长短（比如接 1nF 约 0.5 秒），具体电路参考四灯管相关电路图。 PIN7 ENA 开关功能 可实现稳定可靠的开关控制，和电路总电源无输入时序限制，推荐的电压输 入范围为 0—5V。 PIN9 CMP PIN9 CMP 具有多种功能，包括软启动、反馈回路补偿,典型的应用条件下， PIN10 对地接 68-100nF 电容，与 PIN11 间接 68-100nF 电容。 正常工作时，PIN10 CMP 维持在 1.0V 到 3.0V 之间的某一个电压上，当电路处于保护锁定状态时, CMP 电压稳定在 3.2V。 PIN10 FB PIN10 FB 为灯管电流反馈信号输入端，通过反馈信号输入 IC 内部的误差 放大器反向输入端，再由误差放大器输出来控制驱动占空比，形成闭环负反馈控 １１ DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A 制，最终来调整灯管电流，使灯管电流维持恒定。PIN10 FB 的内部基准为 1V。 PIN13 TIMR PIN13 TIMR 为异常保护时间设置端，该引脚对外接电容具有充电功能，充 电时间决定了各种保护功能所需时间的长短。推荐采用 680nF 左右，可获得 2s 左 右的启动保护时间，电容减小，时间减小；电容增加，时间增加。 同时 PIN13 还具有工作状态指示和控制功能，电路启动后，PIN13 上面的 电容开始充电，该点电压开始升高，如果电路启动成功后转入正常工作，PIN13 电压变为 0.6V; 如果电路不能顺利启动或进入异常保护状态, PIN13 上面的电容将持续充电, 电压不断升高,如果到设定的时间后电路依然不能正常工作, PIN13 的电压将锁 定为 2.6V,同时使电路输出驱动脉冲关闭,电路进入保护关闭状态； 再次开启电 路, 需要将 IC 的 VIN 或 ENA 重新复位一次。启动后转入正常工作状态时，PIN13 TIMR 启动前后的波形变化如下， 启动后不能正常工作，导致电路最终进入保护状态，PIN13 TIMR 启动前后 的波形变化如下： １２ DF6109A Datasheet Rev.1.0 Proprietary Information 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A 正常工作中，如果出现异常情况如灯管移去，失去灯电流、OVP 产生过电压 信号等，都会使得 PIN13 上的电容重新开始充电，导致电压从 0.6V 开始升高， 如果电路在一定时间（1-2S）里恢复了正常工作状态，PIN13 电压将回到 0.6V， 反之，电容的持续充电导致 PIN13 电压再次升高，直至电路的保护性关闭，原 理同上。 因此可以看出，PIN13 TIMR 上面的电容在不同工作状态下的反复充放电过 程，实际上构成了 DF6109A 独特的保护电路缓冲技术。 PIN11、PIN12、PIN15 接地 实际应用电路中 PIN11、PIN12 需与 PIN15 连接，并共同接地。为了获得稳 定可靠的控制特性，在 PCB 布线时应采用信号地和功率地分开走线的方式。 １３ DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A z 单灯管电路图 J1 F1 1A 1 VIN ENA DIM C4 2 3 4 5 + 10uF/25V R1 10R Q1 GND 6 1 U1 P1 N2 16 105 (0805) C1 1 8 2 7 3 6 4 5 C9 1 106 2 VCC PGND 15 10V / X7R AO4606 N1 P2 14 105 4 R2 TIMR CT AGND FSW AGND 13 68K (1%) 5 C3 12 560P NPO 5% 6 7 R3 REF 20K NC FB 10P/3KV ENA DF6109A CMP 1 8 2 7 3 6 4 5 UI9.8 16:2000 AO4606 C5 105 11 D1 BAV99 R4 10 C6 104 8 2 C10 Q2 3 C2 J2 T1 9 100K C8 R5 222 431 C7 104 VIN: 5.0---20 V ENA: 0--1V OFF, 2-5V ON; DIM: ------Lamp Voltage 650Vrms Lamp Current 5.0 mArms Operation frequency 52.0 KHz R2 Lamps FrequencyADJ R5 Lamps Current ADJ DF6109A 1 Lamp Full-Bridge (5V---18V) Input Circuit １４ DF6109A Datasheet Rev.1.0 Proprietary Information 2008 © All Rights Reserved. Rev. 1.0 High Performance CCFL Controller DF6109A z 双灯管应用电路图 J1 F1 3A 1 VIN ENA DIM C4 2 3 + 220uF/25V 4 R1 10R 5 Q1 GND 6 1 U1 P1 N2 16 105 (0805) C1 2 VCC PGND 1 8 2 7 3 6 4 5 15 C10 1 T1 14 J2 4 AO4606 C11 C2 N1 P2 14 105 4 R2 REF TIMR CT AGND 13 68K (1%) 5 C3 12 560P NPO 5% 6 20K FSW AGND D3 2 7 3 6 4 5 2 OLP 23 EFD20 19:2200 3 J3 R9 1K C12 4148 104 1 2 11 NC FB 10 R5 101 51K D1 BAV99 OLP R6 51K C6 104 8 D2 BAV99 105 C9 R3 8 AO4606 R4 7 1 C5 2 5P/3KV Q2 3 1 106 10V / X7R ENA CMP DF6109A R7 9 C7 104 222 R8 431 180K C8 683 VIN: 10.8---13.2 V ENA: 0--1V OFF, 2-5V ON; DIM: 0---5VAnalog Mode, 0V MAX, 5VMIN Lamp Voltage 650Vrms Lamp Current 6.5 mArms Operation frequency 52.0 KHz R2 Lamps Frequency ADJ R8 Lamps Current ADJ DF6109A 2 Lamps Full-Bridge Reference Circuit Rev. 1.0 １５ DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved. High Performance CCFL Controller DF6109A z 四灯管应用电路图 J1 F1 3A 1 VIN ENA DIM 1 C5 2 470uF/25V 4 J2 4 1 + 10V / X7R 3 T1 14 C13 C12 106 2 D1 BAV99 D5 5P/3KV OLP R1 10R 5 Q1 GND 6 U1 1 P1 N2 16 105 (0805) C1 2 3 C2 VCC PGND N1 P2 4 REF TIMR 14 13 5 6 CT AGND 6 4 5 FSW AGND 2 D2 BAV99 AO4606 1 8 2 7 3 6 4 5 J3 T2 1 C14 2 D3 BAV99 D6 5P/3KV OLP EFD20 20:2200 NC FB R5 10 101 51K 51K 2 C7 104 ENA DF6109A CMP R7 9 R10 1K 1 OLP R6 J5 222 D4 BAV99 R8 241 180K C11 683 R2 Lamps Frequency ADJ R8 Lamps Current ADJ DF6109A 4 Lamps Full-Bridge Reference Circuit １６ DF6109A Datasheet Rev.1.0 104 1 Q2 11 C8 104 VIN: 10.8---13.2 V ENA: 0--1V OFF, 2-5V ON; DIM: 0---5VAnalog Mode, 0V MAX, 5VMIN Lamp Voltage 650Vrms Lamp Current 6.5 mArms Operation frequency 52.0 KHz C15 Proprietary Information 4148 4148 R4 8 R9 1K J4 105 C10 20K 3 23 EFD20 20:2200 3 AO4606 104 7 R3 7 12 560P NPO 5% C4 8 2 C6 68K (1%) C3 1 10V / X7R C9 106 15 105 R2 2 2008 © All Rights Reserved. Rev. 1.0 C16 104 High Performance CCFL Controller DF6109A SOP16 封装尺寸 感谢您选用我们的产品，如果您有任何相关技术问题请来电咨询 １７ DF6109A Datasheet Rev.1.0 宁波中科集成电路设计中心 2008 © All Rights Reserved.