32英寸高壓LIPS液晶電視電源參考設(shè)計(jì)

32英寸及更大尺寸的主流液晶電視電源要求產(chǎn)生多個(gè)電壓軌來為音頻、背光及信號(hào)處理等不同系統(tǒng)模塊供電。其中，信號(hào)處理板上使用本地線性及DC-DC轉(zhuǎn)換器來提供不同的低壓軌。對(duì)于制造商而言，通常使用通用電源，支持90至265 Vac電壓。這就使基于特定電視尺寸的單個(gè)電源設(shè)計(jì)能夠用于一系列的不同型號(hào)，滿足不同區(qū)域市場(chǎng)需求，簡(jiǎn)化物流及降低開發(fā)成本。

如果某型號(hào)液晶電視面對(duì)全球市場(chǎng)且其功率高于75 W，就需要遵從歐洲有關(guān)減少諧波的IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)，從而需要使用有源功率因數(shù)校正器。通常來說，液晶電視內(nèi)最耗電的子系統(tǒng)是背光模塊。當(dāng)今的大多數(shù)液晶電視使用冷陰極熒光管(CCFL)陣列作為背光源。這些燈管需要采用交流高電壓驅(qū)動(dòng)，而且需要對(duì)燈管電流進(jìn)行穩(wěn)流。傳統(tǒng)上逆變器是一個(gè)單獨(dú)模塊，采用額定電壓為24 V的直流電源供電。在這種途徑下，背光要求與LCD面板相關(guān)聯(lián)，而且一個(gè)電源設(shè)計(jì)能夠用于多個(gè)不同供應(yīng)商提供的面板，從而簡(jiǎn)化了液晶電視設(shè)計(jì)，但這種途徑效率較低，而且增加了額外的電源部分（指24V輸出）。例如，液晶電視的交流輸入電壓在PFC段被升壓至400 Vdc，然后又采用諧振(LLC)半橋轉(zhuǎn)換為24 Vdc。此24 Vdc然后提供給逆變器模塊，從直流低壓轉(zhuǎn)換為高于1,000 V的交流高壓以驅(qū)動(dòng)CCFL燈。這種多段轉(zhuǎn)換流程產(chǎn)生較大損耗，并會(huì)增加系統(tǒng)成本。

本參考設(shè)計(jì)中使用的高壓LIPS(HV-LIPS)架構(gòu)旨在消除400 Vdc至24 Vdc轉(zhuǎn)換段，直接從高壓功率因數(shù)校正(PFC)輸入段為逆變器供電，從而改善系統(tǒng)總效率。這要求以高壓直接變換的方式在液晶電視內(nèi)融合傳統(tǒng)電源功能，優(yōu)化總體系統(tǒng)方案。

傳統(tǒng)上，全球眾多志愿性及規(guī)范機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)都著眼于降低電子產(chǎn)品的待機(jī)能耗，美國(guó)、歐盟等地的眾多國(guó)際規(guī)范對(duì)電視產(chǎn)品的待機(jī)能耗要求為1 W，而中國(guó)中標(biāo)認(rèn)證中心(CSC)要求為3 W。而隨著液晶電視尺寸越來越大，其能耗也越來越高。由于液晶電視市場(chǎng)份額越來越大，規(guī)范機(jī)構(gòu)也越來越關(guān)注平板電視工作狀態(tài)下的能耗對(duì)電網(wǎng)的累積影響。如“能源之星”發(fā)布了電視產(chǎn)品第3版工作能耗要求(見表1)。

表1：“能源之星”3.0版電視規(guī)范對(duì)工作模式的能耗要求

關(guān)鍵設(shè)計(jì)目標(biāo)

輸入電壓：通用輸入85-265 Vac, 47-63 Hz

系統(tǒng)電源

·有源功率因數(shù)校正(Active PFC)，符合IEC61000-3-2規(guī)范

·最大穩(wěn)態(tài)能耗50 W，峰值60 W

·12 V / 4 A峰值

·5 V / 2.5 A峰值

·24 V – MOSFE門驅(qū)動(dòng)偏置

·能夠靈活修改，支持其它電壓/電流配置

·50 mW負(fù)載時(shí)，待機(jī)輸入能耗(Pin) 400 mW (5 V@10 mA)

逆變器電源

·支持100 W功率

·啟動(dòng)電壓(Strike voltage) > 1,500 Vac，工作電壓> 800 Vac

·固定頻率逆變器，可在40-80 kHz范圍調(diào)節(jié)

·支持?jǐn)?shù)字及模擬調(diào)光

·能夠同步至視頻時(shí)鐘源

PFC段設(shè)計(jì)

高壓LIPS架構(gòu)的核心就是有源PFC前端升壓段。首先，對(duì)于輸入功率高于75 W的電源而言，它使設(shè)計(jì)符合IEC61000-3-2規(guī)范的諧波含量要求。其次，它為逆變器段提供經(jīng)過穩(wěn)壓的400 Vdc高壓。除了為背光供電，PFC段還提供電能給隔離型反激開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，此反激轉(zhuǎn)換器提供所有需要的電源，為執(zhí)行液晶電視內(nèi)的控制、接口、信號(hào)處理及音頻放大等功能的數(shù)字及模擬電路供電。根據(jù)液晶電視特性集及功能的不同，這個(gè)模塊的功率可能介于30至60 W之間。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，及降低這個(gè)電源轉(zhuǎn)換段的總體復(fù)雜度，本參考設(shè)計(jì)選用了安森美半導(dǎo)體專有的高能效反激控制器NCP1351，此器件使大多數(shù)液晶電視應(yīng)用無需專用的待機(jī)電源。選擇NCP1351是因?yàn)樗捎脺?zhǔn)諧振固定導(dǎo)通時(shí)間(FON)控制原理，在負(fù)載要求變小時(shí)降低反激轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率。兩個(gè)(置于次級(jí)端的)額外開關(guān)會(huì)在待機(jī)模式斷開主電源負(fù)載，從而免除待機(jī)模式下的寄生損耗。