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          PDP顯示器電源管理架構分析

          作者: 時間:2008-03-20 來源:網絡 收藏

            電漿在大尺寸的平面中,盡管在良率、可視角度等方面具有優(yōu)勢,然其倚賴,由于放電必須要有較高的,也因此電漿比起其他顯示器更為耗電。本文將介紹電漿顯示器電源耗損之主因,并分兩大層面介紹電漿顯示器之方案。

            、為何較耗電?

            在此以逐步的方式來說明,相信各位都看過打雷吧?雷電直接從云層落到地面,所經過的路徑是空氣,要讓原本不適合導電的空氣成為電流流經的導體路徑,自然要有很高的作為引力,此即是所謂的。

            在日常生活中有許多應用即是的應用,例如防身用的電擊棒,以及照明用的日光燈管(也稱螢光燈),燈管的左右端各是一個,管內注入水銀蒸汽(或稱汞蒸氣、水銀氣體),并在燈管內壁涂佈螢光物質,之后將燈管密封(以防蒸汽外洩),一旦兩端通上,就會迫使管內的水銀蒸汽成為兩端的導電體、導電路徑(電漿狀態(tài)),形成小型化的電弧放電,放電的結果會產生紫外光(UV),紫外光照射至管壁內的螢光物質,便會向管外呈現(xiàn)出可見的照明光。

            事實上霓虹燈的作法也與此相同,只是向外發(fā)散的可見光不是白光,而是各種不同的顏色,每個光管發(fā)出一種顏色,不同顏色使用不同的螢光物質。

            瞭解日光燈的道理后就能輕易地理解PDP的顯示原理,PDP其實就是將日光燈管的尺寸縮小,從長條圓管縮成極微小的立方晶格(Cell,或稱放電室),但運作方式維持不變,然后在三個緊鄰的晶格內涂佈不同的顏色的螢光質,分別可展現(xiàn)紅綠藍的三原色,如此就形成一個可全彩呈現(xiàn)的基本顯示像素(),之后再將像素進行長寬排列的擴增,組構成1280×720、1920×1080等矩陣組態(tài),如此就成為一套PDP的顯示系統(tǒng)。

            另外,在PDP中迫使放電的不一定非要用水銀蒸汽,也可以使用由氖(Ne)氙(Xe)相混或氦(He)氙(Xe)相混的惰性氣體。

            更簡單說,PDP即是由成千上萬的微小霓虹燈所組成,然其顯示原理仍舊是倚賴電弧放電,放電必須要有較高的電極電壓(如同打雷),這也是PDP較耗電的一大主因。

            不過,上述僅是容易理解的譬喻,但更正確、具體的技術細節(jié)還包括DC(直流)型放電或AC(交流)型放電,不同的方式使用的電極配置方式也不同,然而由于DC型的電路系統(tǒng)設計過于復雜,今日的銷售量產型PDP幾乎都採行AC型,使用X、Y、Z三組電極來操控放電,X、Y電極負責掃描驅動,Y、Z電極則負責定址驅動,其中Y電極同時肩負兩種工作。

            

            PDP方案

            關于PDP的,可自兩層面來談:

            (1)省電性:面對LCD的挑戰(zhàn),PDP必須讓運作用電更精??;

            (2)低廉性:以每吋成本而言PDP仍屬偏貴,如何讓整體系統(tǒng)進一步降價也是現(xiàn)有PDP研發(fā)的一大課題,其中精省系統(tǒng)電路成本也相當令人重視。

            先就省電性來說,PDP的耗電與放電電壓息息相關,然而為了達到能放電的能態(tài)也必然要使用較高的電壓,即約160V~180V以上的電位,而且必須週期性地讓電位交替(AC型PDP),即此時X電極為160V,Y電極為0V,彼時變成X電極為0V,Y電極為160V。

            為了降低PDP的用電,F(xiàn)ujitsu-Hitachi(富士通日立,富士通也是PDP的發(fā)創(chuàng)業(yè)者)提出了TERES(Technology of Reciprocal Sustainer)技術,將X、Y電極的電位交替由「0V:160V、160V:0V」改成「+80V:-80V、-80V:+80V」的方式,同時為彌補驅動電壓的改變而將交替頻率提升一倍。

            如此,將電壓準位降至過往的一半可使耗電降至過往的1/4,但頻率增加一倍則又使耗電增加一倍,如此仍可讓整體用電降至過去的1/2。

            其次是低廉性,PDP的電路系統(tǒng)成本高于LCD,如今LCD也開始往高吋數(shù)領域發(fā)展,迫使PDP須比過去更積極降低電路復雜度及成本。而為何PDP的電路系統(tǒng)較貴?原因有以下幾點:

            (1)放電需要高位能,也因此須使用較能耐高壓的功率型開關,導致開關元件較貴;

            (2)須準備較多種運作電壓準位,使電路復雜度提升,進而增加成本;

            (3)開關在高壓下的導通內阻也會增加,為了讓驅動效率提升,以及讓放電更加安定,因此一個效用開關多半用數(shù)個進行并聯(lián)來實現(xiàn),如此就增加MOSFET的用量,使成本增加;

            (4)高壓、高流所連帶而來的就是高熱,因此需要更講究散熱方面的設計,使成本增加;

            (5)高壓一旦有閃失,其所造成的電路系統(tǒng)傷害也會較大,所以有時也使用光耦合器來作為隔離性開關,使傷害不至于有更大擴散,此安全設計也要增加成本。

            關于上述種種,其實在TERES技術中也多半獲得解決,由于電壓從160V降至80V,所以MOSFET的耐壓要求可以降低,如此可選用較低廉的MOSFET,電壓降低后開關的內阻減少,也就不再需要用并聯(lián)開關的設計來提升驅動效率、增加放電安定性,減少功率型MOSFET的數(shù)目也可降低成本,同時由于TERES已使整體用電減半,使得散熱設計的心力、成本也得以放寬。

            至于第二項,電壓準位類型過多、電路過于復雜,多是指PDP的Y極電路,Y極以分時多工方式飾演兩角,此時Y極要與X極一同執(zhí)行放電驅動,彼時Y極又要與Z極一同執(zhí)行掃描驅動(顯示畫面的資料刷新、更新),在放電時Y極需要使用-170V、-70V兩種電壓,在掃描時Y極則需要0V(接地)、+160V的電壓,等于需要四種電壓準位。

            Y極使用的電壓類型過多,運作電路上也過度復雜,使PDP電路成本居高,然TERES技術也對此進行改善,將運用的電壓減至三種:+80V、0V、-80V,掃描時使用0V、-80V,放電時使用0V、+80V,再加上掃描順序的改變,如此可有效簡化整體電路,使Y極電路所需的功能模組從五個減至三個,進而降低成本。

            

            結論與建議

            最后,必須瞭解:PDP的整體系統(tǒng)電路,包括顯示驅動、顯示控制、用電管理、保護電路等,現(xiàn)階段都是與PDP原制造廠高度相依的,即便有PDP驅動、控制的應用晶片,也多是由原廠自行研制,并搭配原廠自有的設計而用,除原廠外的PDP電路設計多要高度倚賴自行的客制化設計心力,不易找到可倚賴的應用晶片。

            不過,PDP整體電路中仍有些部份可直接沿用較具彈性的可組態(tài)、可程式化晶片,在電源部份可使用具彈性調設組態(tài)的電源管理晶片,以此來因應PDP所需的多種電壓準位,如Potentia Semiconductor的PS-2406晶片(具電源供應、調整、管理、保護等多重效用)即可用于PDP的電源電路設計中。又如Xilinx的CPLD、FPGA亦可運用在PDP的邏輯電路設計中。

            除這些外,PDP系統(tǒng)中的驅動電路、掃描電路、放電電路等,都還是要倚賴大比重的客制設計,且需要依據(jù)面板規(guī)格、特性表現(xiàn)來設計。

            

            

            

            圖一 Fairchild(快捷半導體)在PDP電路系統(tǒng)中所能提供的組件方案圖(深色部位)。

            

            

            

            圖二 PDP顯示原理圖(剖面結構的觀看角度)。

            陳隱志整理

            

            

            

            圖三 PDP系統(tǒng)電路的主要功能區(qū)塊圖。

            陳隱志整理

            

            

            

            圖四 富士通日立提出所謂的TERES技術,可讓PDP的用電減少一半,電路成本也減半,圖為TERES技術示意圖。



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