液晶電視用PFC/PWM組合IC提供優(yōu)化的功率密度

　業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)

　　● 電器本身的節(jié)能問(wèn)題

　　在未來(lái)幾年，全球CRT彩電的數(shù)量預(yù)計(jì)將會(huì)持平，而數(shù)字電視 (DTV) 市場(chǎng)區(qū)間則預(yù)計(jì)將以30% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，于2009年達(dá)到9,400萬(wàn)臺(tái)。平板電視以?xún)煞N技術(shù)為主：液晶電視 (到2009約5,800萬(wàn)臺(tái)) 和等離子電視 (到2009年約1,200萬(wàn)臺(tái))。本文將著重討論占據(jù)最大部分平板電視市場(chǎng)份額的液晶電視。

　　今天數(shù)字電視的屏幕尺寸越來(lái)越大，目前產(chǎn)量最高的是32英寸液晶電視，而尺寸最大的是61英寸。由于電視的大型屏幕需要更多功耗，結(jié)果使電視產(chǎn)品的功耗大幅飚升。

　　目前針對(duì)電視功耗規(guī)范的計(jì)劃如“能源之星”等著眼于待機(jī)時(shí)的能耗，即自2005年7月1日起待機(jī)功耗必需低于1W。展望未來(lái)，著眼點(diǎn)將轉(zhuǎn)移至更高的目標(biāo)，即在正常運(yùn)行狀態(tài)下節(jié)能。現(xiàn)在已有E-Star的最后定稿，限定了外部電源 (如交流電源適配器) 在正常運(yùn)行狀態(tài)下的功耗水平，以及初步擬定計(jì)算機(jī)的效率。此外，E-Star計(jì)劃也開(kāi)始著手解決數(shù)字電視在正常運(yùn)行時(shí)的功耗限制問(wèn)題。

　　● 有效利用交流電網(wǎng)的電能

　　節(jié)約能源的另一方面是功率因數(shù)校正 (PFC)。PFC的規(guī)范與交流電網(wǎng)電能的利用質(zhì)量相關(guān)。從交流電網(wǎng)輸電的最佳狀態(tài)，是當(dāng)電力負(fù)載 (如電視機(jī)) 取得的電流與輸入電壓相位相同，且電流無(wú)波形失真 (正弦波形)。就此而言，IEC 6100-3-2版本2.2是目前歐洲推行的標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)不同級(jí)別的設(shè)備規(guī)定了諧波失真指標(biāo)。特別是取用75W以上的個(gè)人計(jì)算機(jī)、顯示器和電視機(jī) (D類(lèi)設(shè)備) 等，其諧波電流規(guī)定必須低于圖1所示的限度。這意味著一臺(tái)功耗輕易達(dá)到250W的40英寸液晶電視如果銷(xiāo)往歐洲，便需要合乎這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。而該標(biāo)準(zhǔn)在歐洲獲采納后，世界其它地方也會(huì)陸續(xù)仿效。

　　在歐洲規(guī)范中，諧波的級(jí)次越高，容限要求越嚴(yán)格；不過(guò)，高次諧波的儲(chǔ)能通常較低 (強(qiáng)度小)，因此較易濾除。按照這項(xiàng)規(guī)范，所容許的諧波電流最大值超過(guò)600A，使得在高功率下達(dá)到這項(xiàng)要求更加困難。

　　解決方案

　　曾經(jīng)有一家主要的電視機(jī)制造商請(qǐng)飛兆半導(dǎo)體協(xié)助其設(shè)計(jì)40英寸數(shù)字電視的電源系統(tǒng)。當(dāng)中的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是由于電視機(jī)的體型極薄，電源系統(tǒng)必須體積小但效率高，在正常運(yùn)行狀態(tài)下效率需達(dá)85%，待機(jī)時(shí)功耗并需滿(mǎn)足“能源之星”少于1W的要求。

　　普通的40英寸液晶電視一般需要幾個(gè)AC/DC隔離輸出，將90V~254V的交流電轉(zhuǎn)換成直流電。通常，輸出1 (24V/8A， 192W) 用于驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的背光逆變模塊，輸出2 (5V/0.5A) 用于驅(qū)動(dòng)邏輯控制模塊，輸出3 (5V/2A) 用于驅(qū)動(dòng)調(diào)諧模塊，而輸出4 (12V/3A) 用于驅(qū)動(dòng)音頻放大器模塊。這樣，設(shè)備的正常運(yùn)行總功耗為243W，待機(jī)功耗低于1W。

　　為了滿(mǎn)足正常運(yùn)行和待機(jī)功耗的要求，我們采取的策略是將整個(gè)功率系統(tǒng)分成兩個(gè)子系統(tǒng)：一個(gè)是支持正常運(yùn)行的主電源子系統(tǒng)，另一個(gè)是支持待機(jī)的輔助電源子系統(tǒng) (見(jiàn)圖1)。

　　● 待機(jī)狀態(tài)

　　在待機(jī)狀態(tài)下，主電源與交流電網(wǎng)斷開(kāi)。我們使用一個(gè)繼電器及僅由飛兆半導(dǎo)體的FSDM311 型SMPS功率開(kāi)關(guān)來(lái)構(gòu)建的電源向邏輯模塊供電。FSDM311采用高壓?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)技術(shù)和先進(jìn)的突發(fā)模式運(yùn)作來(lái)降低開(kāi)關(guān)損耗，因此功耗很低。

　　● 正常運(yùn)行狀態(tài)

　　在正常運(yùn)行狀態(tài)下，器件的主電源由飛兆半導(dǎo)體FAN4800 PFC/PWM單芯片組合控制IC來(lái)構(gòu)建，這IC使用了ZVS (零電壓開(kāi)關(guān)) 和ASHB (非對(duì)稱(chēng)半橋) 電路結(jié)構(gòu)及利用FAN7382作為高邊MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率，還采用專(zhuān)利的LEM (脈沖前沿調(diào)制) PFC/TEM (脈沖后沿調(diào)制) PWM同步技術(shù)以減小PFC和PWM部分之間儲(chǔ)電容的紋波電流。結(jié)果使得器件的效率更高、體積更小。由于采用了這些技術(shù)，器件在85Vac狀況下的總體效率超過(guò)85% (包括PFC部分)，因此能夠滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。

　　● PFC

　　FAN4800帶有高性能的平均電流模式PFC控制模塊，能滿(mǎn)足PFC技術(shù)規(guī)范要求。該器件還有一個(gè)附加特性，其電流增益調(diào)制器具有很好的抗噪性能。

　　結(jié)論

　　大尺寸平板電視的發(fā)展為功率管理和節(jié)能帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。截至目前，許多管理機(jī)構(gòu)都著重于待機(jī)狀態(tài)的節(jié)能規(guī)范，又或剛開(kāi)始處理正常工作模式下的節(jié)能問(wèn)題。從節(jié)能的角度看，針對(duì)液晶電視和等離子電視，由于受尺寸所限及產(chǎn)生的熱量相對(duì)較高，迫使市場(chǎng)需要高效率的解決方案，而不是受到現(xiàn)有的任何規(guī)范所推動(dòng)。應(yīng)用先進(jìn)的體系架構(gòu)和技術(shù)，如在正常運(yùn)行模式和待機(jī)狀態(tài)突發(fā)模式中采用ZVS及脈沖前沿/后沿調(diào)制技術(shù)的組合，是滿(mǎn)足現(xiàn)代化電器對(duì)節(jié)能要求不可或缺的一環(huán)。