目前� 在全球范圍內(nèi),LCD TV 憑借其技�(shù)性能先�(jìn)、外型美觀�(shí)尚、工作穩(wěn)�、可靠性高等優(yōu)�(diǎn)正迅速走�(jìn)家庭。預(yù)�(jì)在未�(lái)幾年,LCD TV 將是�(shù)字電視時(shí)代的主流�(chǎn)�。隨著LCD TV �(yīng)用越�(lái)越廣泛,�(duì)電能的消耗也越來(lái)越大,節(jié)能環(huán)保壓力劇增。因�,提高LCD TV 開關(guān)電源能效的需求越�(lái)越迫�。為�,世界上多�(gè)政府�(jī)�(gòu)和行�(yè)組織紛紛針對(duì)不同尺寸的電視機(jī)制定了全新的功耗規(guī)�,如美國(guó)的“能源之�3.0”標(biāo)�(zhǔn)和德�(guó)的“藍(lán)色天使”標(biāo)�(zhǔn),以此來(lái)提高電能的使用效�,降低電能消�。筆者將探討如何�(yōu)化PFC �(jí)、主DC/DC �(jí)和待�(jī)�(zhuǎn)換器的設(shè)�(jì)方案� 以便更好地提高LCD TV 開關(guān)電源的能�,滿足全新的功耗規(guī)范標(biāo)�(zhǔn)�
要提高LCD TV 開關(guān)電源的能�,很重要的方面是針對(duì)液晶電視電源管理系統(tǒng)的結(jié)�(gòu),分析功率損耗的�(lái)�,有針對(duì)性地采取措施�(lái)降低能耗�
通常液晶電視電源管理系統(tǒng)由電源單�、DC/AC 逆變�、信�(hào)處理系統(tǒng)�3 部分組成� 其典型結(jié)�(gòu)如圖1所�。電源單元由PFC �(yù)�(diào)節(jié)�、主DC/DC �(jí)和待�(jī)�(zhuǎn)換器組成,用于將交流輸入電壓�85~265 V)轉(zhuǎn)換成較低的直流輸出電壓(24 V�12 V�5 V �3.3 V),其中主DC/DC �(jí)輸出�24 V �12 V 直流電壓用于為背光逆變器和信號(hào)處理系統(tǒng)供電� 待機(jī)�(zhuǎn)換器輸出�5 V �3.3 V直流電壓為待�(jī)部件和微控制器供�。DC/AC 逆變器負(fù)�(zé)�24 V �12 V 直流電壓�(zhuǎn)換成高交流電壓(例如1 200 V 交流電壓),為背光燈供電。信�(hào)處理系統(tǒng)用于控制和處理聲音與圖像信號(hào)�
為了降低PFC �(jí)的功�� �(shí)�(xiàn)PFC �(jí)的能效提升目�(biāo),需要考慮�?fù)浣Y(jié)�(gòu)和PFC 控制器的工作模式。從�(shè)�(jì)的復(fù)雜程度和電源解決方案的總成本等方面考慮,解決方案是:拓?fù)浣Y(jié)�(gòu)為Boost 升壓�(jié)�(gòu),PFC 控制器的工作模式為連續(xù)�(dǎo)通(CCM)模�。針�(duì)CCM 工作模式,PFC 控制器可選擇安森美或英飛凌科技股份公司(簡(jiǎn)稱“英飛凌”)提供的解決方�,均能使功率因數(shù)高于93%,滿足ICE61000-3-2 �(biāo)�(zhǔn)要求。但�,若綜合考慮性價(jià)比、可靠性和高功率因�(shù)等多種因�,選擇安森美推出的PFC 控制器NCP165 4是更合理的解決方�。采用該控制器只需極少的外圍元�� 這使得PFC �(jí)的設(shè)�(jì)更加�(jiǎn)�。這種控制器工作功耗極�,可以滿足提升PFC�(jí)能效的要求,同時(shí)它還具有快速瞬�(tài)響應(yīng)、啟�(dòng)電流和關(guān)閉電流極低等特點(diǎn),具有眾多安全保�(hù)特�,如浪涌電流檢測(cè)、過(guò)壓保�(hù)、用于開�(huán)檢測(cè)的欠壓檢�(cè)、軟啟動(dòng)、精確的�(guò)流限�、真正的�(guò)載限制等??傊闪藰?gòu)建緊湊而穩(wěn)固的PFC 所需的所有特�。除控制器部分外,選擇具有低�(dǎo)通電阻和低寄生電容的全新CP 系列Cool-MOS 開關(guān)管以及軟恢復(fù)升壓二極管也是提升效率的選擇�
在全新的功耗規(guī)范標(biāo)�(zhǔn)下, 要求LCD TV 開關(guān)電源待機(jī)功耗應(yīng)低于1 W。在此情況下,輸出功率很低甚至為�,系�(tǒng)的輸出電流接近于零,MOSFET 和二極管的導(dǎo)通損耗以及鐵芯損耗可以忽略, 二次�(cè)二極管的�(guān)斷損�、MOSFET 的開啟損耗也可以忽略� 待機(jī)狀�(tài)下的主要損耗是MOSFET �(guān)斷損耗和啟動(dòng)電阻損�。因�,降低這兩方面的損耗是降低待機(jī)功耗和�(shè)�(jì)待機(jī)�(zhuǎn)換器的關(guān)鍵點(diǎn)。目前,�(shè)�(jì)者的解決方案是:�(shè)�(jì)�(dú)立的待機(jī)�(zhuǎn)換器,在待機(jī)�(zhuǎn)換器中采用固定頻率反激式拓?fù)浣Y(jié)�(gòu)及其相應(yīng)的控制芯片�
在降低啟�(dòng)電阻損耗方�,傳�(tǒng)的方法多為降低啟�(dòng)電流同時(shí)增大啟動(dòng)電阻� 但實(shí)踐證明該方法的功效不明顯。為�,英飛凌提出了用一�(gè)開關(guān)電路替代電阻的方法,在啟�(dòng)�(guò)程中,啟�(dòng)電路開�,而當(dāng)IC 被激活后,啟�(dòng)電路�(guān)�。實(shí)踐證明該方法可消除啟�(dòng)電阻的損�。英飛凌的CoolSET F3 芯片就集成了這樣的電路以降低電源的損耗�
在降低MOSFET �(guān)斷損耗方�� 由于MOSFET �(guān)斷損耗與開關(guān)頻率成比例,因而頻率越低損耗越�。然�,從開關(guān)電源基本原理可知:在正常工作模式�,需要利用高頻來(lái)減小變壓器和濾波器等器件的尺寸, 而在待機(jī)模式下,低頻率有利于減小損�。所以在待機(jī)�(zhuǎn)換器解決方案中應(yīng)選用具有自動(dòng)降頻技�(shù)的集成功率IC。在一般的�(fù)載范�,IC 工作在高頻, �(dāng)輸出功率下降到某一特定閾值時(shí),IC 將會(huì)自動(dòng)減小開關(guān)頻率�
在“自�(dòng)降頻技�(shù)”方�,目前較為普遍的有脈沖跳躍模�、突變模式及非導(dǎo)通時(shí)間調(diào)變等方式。在這些方式�,以英飛凌推出的主動(dòng)突變模式性能�,該模式能在系統(tǒng)�(jié)束待�(jī)�(shí)保持輸出�(diào)節(jié)并為�(fù)載波�(dòng)做好�(zhǔn)�。從這方面考慮,再�(jié)合設(shè)�(jì)的復(fù)雜程度和成本等因�,待�(jī)�(zhuǎn)換器選擇英飛凌推出的ICE3BR4765J是很好的解決方案。ICE3BR4765J 具備�(dú)有的主動(dòng)突變模式,加上還�(yīng)用了Bi-CMOS 生產(chǎn)制程,使�(chǎn)品實(shí)�(xiàn)了一�(gè)極低的待�(jī)功�,例如可�(shí)�(xiàn)�12 W/5 V 的產(chǎn)品上僅有25 mW 的待�(jī)功�。ICE3BR4765J在固定的開關(guān)頻率上,加入了�4%的頻率抖�(dòng)功能,使整體EMI 水平降低� 從而減小用戶對(duì)額外的濾波器的要求和生產(chǎn)成本。ICE3BR4765J �(nèi)部集成了650 V 的啟�(dòng)單元,大大簡(jiǎn)化了外圍電路的設(shè)�,從而降低了系統(tǒng)成本�
綜合以上分析,優(yōu)化的待機(jī)�(zhuǎn)換器方案是:�(dú)立設(shè)�(jì)反激式待�(jī)�(zhuǎn)換器,并采用英飛凌推出的集成功率IC 芯片ICE3BR4765J�
在上述電源解決方案的基礎(chǔ)上設(shè)�(jì)出一款LCD TV開關(guān)電源,其技�(shù)指標(biāo)如下�1� 輸入電壓為交�85�265 V�2� 輸入頻率�47�63 Hz�3� 輸入諧波符合EN61000-3-2 �(biāo)�(zhǔn)�4� 正常�(yùn)行時(shí)主DC/DC �(jí)輸出�24 V/6 A�12 V/3 A,正常運(yùn)行時(shí)待機(jī)輸出�5 V/2 A�5� 待機(jī)�(yùn)行在5 V/0.1 A 輸出條件下引腳功耗小�1 W�
在上述技�(shù)指標(biāo)下對(duì)系統(tǒng)性能�(jìn)行了�(cè)試。圖4 為在滿載條件下系�(tǒng)輸入功率因數(shù)與輸入線路電壓的�(duì)比情�。由�4 可看�,不同輸入線路電壓條件下,功率因�(shù)均高�94%,系�(tǒng)具有很高的功率因�(shù)。在不同�(fù)載和線路電壓條件下的系統(tǒng)待機(jī)功��
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
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