淺析LCD TV中的電源改進方案

標簽：電源 LCD PFC 架構 LLC

0 引言

液晶顯示器，簡稱LCD。世界上第一臺液晶顯示設備出現(xiàn)在20世紀70年代初，被稱之為扭曲向列液晶顯示器。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計算器等領域。80年代，超扭曲向列液晶顯示器出現(xiàn)，同時薄膜晶體管液晶顯示器技術被研發(fā)出來，但液晶技術仍未成熟，難以普及。80年代末90年代初，日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生產(chǎn)技術，LCD工業(yè)開始高速發(fā)展。液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質，是具有規(guī)則性分子排列的有機化合物，如果把它加熱會呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài)，把它冷卻則會出現(xiàn)結晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。

1 LCD TV電源架構的介紹

圖1所示為LCD TV的電源架構，圖中架構的輸入電壓為90-265V，輸入頻率從47Hz到63Hz，經(jīng)過調試整流后會經(jīng)過PFC架構，由于本文主要針對MOS，因此圖中沒有表示出調試整流部分。PFC根據(jù)所使用的IC選擇采用DCM或者CCM。從PFC出來后有一個PWM，如果輸出功率小于65W，則PWM端采用Flyback或QR模式?，F(xiàn)在LCD TV常用的是半橋共振和LLC架構。5V一側有備用電源，目前LCD TV的備用電源通常采用的是IC綁定MOS。

圖2所示為一個實際的TV板。從圖1的電源架構角度看，該電路板中有兩個SteP EMI內核，圖中標記了紅色的部分有一個PFC MOSFET，目前Vishay主推IRFP27N60KPBF，PWM的MOSFET采用的是半橋LLC架構，這一部分用500V MOS即可，該電路板使用的是IRFB840APBF。此外還有3組輸出，即5V、12V和24V，以及一個5V的備用電源。

2 拓撲結構及工作原理

PFC即Power Factor CorrectiON，是一個升壓式架構。當PFC控制器的電源大于70W小于200W時，通常會采用DCM結構，這種結構電壓比較高，通常需要選擇600或650V的MOS。當電源大于200W時，通常采用CCM結構。對于一次側PWM拓撲架構，如圖3所示，一般采用的是Flyback架構。電源為65W或90W以下的適配器會采用Flyback架構，26“和32”電視也可能采用Flyback架構。半橋結構需要兩個MOS，而全橋結構需要4個MOS。其實半橋和全橋式架構比較適用于大電源中。目前廣為接受的TV電源主要是LLC架構，是由兩個MOS Q1和Q2串聯(lián)Cr、Lr和Lm，以及一個變壓器組成，如圖3中右下圖所示。

3 零電壓切換

由于共振切換方式中電壓電流交叉面積變小，相對開關損耗變小，效率變高，溫度降低，因此通常采用共振切換的方式，目前最常用的是零電壓切換。由于采用LC架構，其共振頻率為 f_{r}=frac{1}{2πsqrt{L_{r}C_{r}}}，當操作頻率大于共振頻率時，則操作在ZVS(零電壓切換)架構上。從圖4中可以看到，當電流增加時電壓為零，電壓增加時電流為零。

4 LLC共振轉換器

圖5所示為半橋共振LLC共振轉換器，這種架構根據(jù) f_{r}=frac{1}{2πsqrt{L_{r}C_{r}}}計算出共振頻率的第一個點和第二個點。一般情況下希望將LLC共振設計在ZVS區(qū)域內。如果在ZCS區(qū)域內損耗比較大，只需將開關頻率設計成大于共振頻率即可實現(xiàn)。圖5中右上角的圖表示了開關頻率隨著電壓增益變換關系圖。共振LLC轉換器應用于LCD TV時的優(yōu)點有：

1)高效率：初級MOS零電壓切換幾乎沒有損耗，而且次級整流二極管為ZCS切換，損耗較少，因此整體效率得到提升;

2)高電源密度;

3)良好的EMI(低dV/dt和dI/dt);

4)更好的交叉調整率;

5)較低的輸出紋波噪聲;

6)低熱擾動

7)節(jié)約成本