目前� 在全球范圍內(nèi),LCD TV 憑借其技�(shù)性能先進、外型美觀時尚、工作穩(wěn)�、可靠性高等優(yōu)點正迅速走進家�。預(yù)計在未來幾年,LCD TV 將是�(shù)字電視時代的主流�(chǎn)�。隨著LCD TV �(yīng)用越來越廣泛,對電能的消耗也越來越大,節(jié)能環(huán)保壓力劇增。因�,提高LCD TV 開關(guān)電源能效的需求越來越迫切。為�,世界上多個政府機�(gòu)和行�(yè)組織紛紛針對不同尺寸的電視機制定了全新的功耗規(guī)�,如美國的“能源之�3.0”標(biāo)�(zhǔn)和德國的“藍色天使”標(biāo)�(zhǔn),以此來提高電能的使用效�,降低電能消耗。筆者將探討如何�(yōu)化PFC �、主DC/DC 級和待機�(zhuǎn)換器的設(shè)計方�� 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液晶電視電源管理系統(tǒng)的結(jié)�(gòu),分析功率損耗的來源,有針對性地采取措施來降低能��
通常液晶電視電源管理系統(tǒng)由電源單�、DC/AC 逆變�、信號處理系�(tǒng)�3 部分組成� 其典型結(jié)�(gòu)如圖1所示。電源單元由PFC �(yù)�(diào)節(jié)�、主DC/DC 級和待機�(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 級輸出的24 V �12 V 直流電壓用于為背光逆變器和信號處理系統(tǒng)供電� 待機�(zhuǎn)換器輸出�5 V �3.3 V直流電壓為待機部件和微控制器供電。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。信號處理系�(tǒng)用于控制和處理聲音與圖像信號�
為了降低PFC 級的功�� 實現(xiàn)PFC 級的能效提升目標(biāo),需要考慮�?fù)浣Y(jié)�(gòu)和PFC 控制器的工作模式。從�(shè)計的�(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�。針對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�、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是更合理的解決方案。采用該控制器只需極少的外圍元�� 這使得PFC 級的�(shè)計更加簡�。這種控制器工作功耗極�,可以滿足提升PFC級能效的要求,同時它還具有快速瞬�(tài)響應(yīng)、啟動電流和�(guān)閉電流極低等特點,具有眾多安全保護特�,如浪涌電流檢測、過壓保�、用于開�(huán)檢測的欠壓檢�、軟啟動、精確的過流限制、真正的過載限制�??傊?,它集成了構(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)�� 要求LCD TV 開關(guān)電源待機功耗應(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�,MOSFET 和二極管的導(dǎo)通損耗以及鐵芯損耗可以忽略, 二次測二極管的關(guān)斷損�、MOSFET 的開啟損耗也可以忽略� 待機狀�(tài)下的主要損耗是MOSFET �(guān)斷損耗和啟動電阻損�。因此,降低這兩方面的損耗是降低待機功耗和�(shè)計待機轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵點。目�,設(shè)計者的解決方案是:�(shè)計獨立的待機�(zhuǎn)換器,在待機�(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��
在降低啟動電阻損耗方面,傳統(tǒng)的方法多為降低啟動電流同時增大啟動電�� 但實踐證明該方法的功效不明顯。為此,英飛凌提出了用一個開�(guān)電路替代電阻的方�,在啟動過程中,啟動電路開�,而當(dāng)IC 被激活后,啟動電路關(guān)�。實踐證明該方法可消除啟動電阻的損耗。英飛凌的CoolSET F3 芯片就集成了這樣的電路以降低電源的損��
在降低MOSFET �(guān)斷損耗方面, 由于MOSFET �(guān)斷損耗與開關(guān)頻率成比�,因而頻率越低損耗越小。然�,從開關(guān)電源基本原理可知:在正常工作模式下,需要利用高頻來減小變壓器和濾波器等器件的尺�� 而在待機模式�,低頻率有利于減小損�。所以在待機�(zhuǎn)換器解決方案中應(yīng)選用具有自動降頻技�(shù)的集成功率IC。在一般的�(fù)載范�,IC 工作在高�� �(dāng)輸出功率下降到某一特定閾值時,IC 將會自動減小開關(guān)頻率�
在“自動降頻技�(shù)”方�,目前較為普遍的有脈沖跳躍模�、突變模式及非導(dǎo)通時間調(diào)變等方式。在這些方式中,以英飛凌推出的主動突變模式性能�,該模式能在系統(tǒng)�(jié)束待機時保持輸出�(diào)節(jié)并為�(fù)載波動做好準(zhǔn)備。從這方面考慮,再�(jié)合設(shè)計的�(fù)雜程度和成本等因素,待機�(zhuǎn)換器選擇英飛凌推出的ICE3BR4765J是很好的解決方案。ICE3BR4765J 具備獨有的主動突變模式,加上還應(yīng)用了Bi-CMOS 生產(chǎn)制程,使�(chǎn)品實�(xiàn)了一個極低的待機功�,例如可實現(xiàn)�12 W/5 V 的產(chǎn)品上僅有25 mW 的待機功�。ICE3BR4765J在固定的開關(guān)頻率�,加入了±4%的頻率抖動功�,使整體EMI 水平降低� 從而減小用戶對額外的濾波器的要求和生產(chǎn)成本。ICE3BR4765J �(nèi)部集成了650 V 的啟動單元,大大簡化了外圍電路的�(shè)�,從而降低了系統(tǒng)成本�
綜合以上分析,優(yōu)化的待機�(zhuǎn)換器方案是:獨立�(shè)計反激式待機轉(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)計出一款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� 正常運行時主DC/DC 級輸出為24 V/6 A�12 V/3 A,正常運行時待機輸出�5 V/2 A�5� 待機運行�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)下對系統(tǒng)性能進行了測�。圖4 為在滿載條件下系�(tǒng)輸入功率因數(shù)與輸入線路電壓的對比情況。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)待機功��
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