基于ICE2QS02G的液晶電視開關電源設計

　　4 主DC/DC 級解決方案：

　　目前，在提高主DC/DC 級的效率方面，準諧振（QR）模式是最佳解決方案。QR 模式對負載變化的反應快，非常適合負載從最低（甚至為零）變到最大額定功率的情況，它可以實現(xiàn)開關管的零電壓開通，從而有效地降低開通時的電流尖峰， 減少開通時電流尖峰引起的EMI 噪聲，提高了效率。

　　在QR 理論中，當功率額定值小于200 W 時，建議在DC/DC 級采用準諧振反激式拓撲； 當功率額定值超過200 W，可使用LLC 諧振轉(zhuǎn)換器。但是在實際應用中，為了更好地在性能和成本之間取得平衡，設計者常常采用準諧振反激式變換器配上適當?shù)目刂菩酒鳛橹鱀C/DC 級的首選解決方案。

　　目前， 常用的準諧振反激式變換器控制芯片有安森美的NCP1337、意法半導體公司的L6566、昂寶公司的OB2202 和OB2203 和英飛凌的ICE2QS02G。其中，NCP1337，L6566，OB2202 和OB2203 應用在小功率LCDTV 開關電源中，它們的性價比相仿。而ICE2QS02G 不但可應用于小功率場合，還可以應用于中高功率場合，另外從性價比方面看，它也優(yōu)于其他幾種芯片。為此，在準諧振反激式變換器方案中，筆者選用ICE2QS02G 作為控制芯片。

　　ICE2QS02G 擁有數(shù)字降頻技術(shù)，使得開關頻率隨著負載的降低而降低，同時在整個負載范圍內(nèi)，控制器能根據(jù)負載情況在不同的谷底點導通MOSFET， 使得轉(zhuǎn)換器的開關損耗和傳導損耗始終保持平衡， 轉(zhuǎn)換器獲得最高運行效率，系統(tǒng)平均效率得到大幅度的提高。此情況下，就可以解決傳統(tǒng)的準諧振反激式轉(zhuǎn)換器（僅具備最大頻率限制）在自由運行工作時所出現(xiàn)的如下問題：當系統(tǒng)負載在滿載范圍（50%~70%）時，開關頻率將會增大許多，使得設計者必須付出很大的努力來取得成本與優(yōu)化設計的平衡。此外，ICE2QS02G 還具備多種用戶可調(diào)的保護功能， 旨在保護系統(tǒng)并使得該IC 適用于不同的應用場合。在故障模式下，例如開環(huán)控制回路/過載、輸出過壓和變壓器繞組短路等， 該器件將切換至自動重啟模式或栓鎖模式。通過采用逐周期峰值電流限制和折返校正等方法，可降低變壓器尺寸，優(yōu)化次級二極管的電流等級，從而提高設計的成本效率。

　　綜上所述，主DC/DC 級采用準諧振反激式轉(zhuǎn)換器以及對應的控制芯片ICE2QS02G 是很好的解決方案。另外，在準諧振反激式轉(zhuǎn)換器中選用高壓MOSFET 開關管（例如全新的800 V CoolMOS C3 系列開關管）， 可以降低主傳導損耗和MOSFET 的導通損耗，可使效率再提高1%～3%，很好地改善了主DC/DC 級的效率。

　　5 待機轉(zhuǎn)換器解決方案：

　　在全新的功耗規(guī)范標準下， 要求LCD TV 開關電源待機功耗應低于1 W。在此情況下，輸出功率很低甚至為零，系統(tǒng)的輸出電流接近于零，MOSFET 和二極管的導通損耗以及鐵芯損耗可以忽略， 二次測二極管的關斷損耗、MOSFET 的開啟損耗也可以忽略， 待機狀態(tài)下的主要損耗是MOSFET 關斷損耗和啟動電阻損耗。因此，降低這兩方面的損耗是降低待機功耗和設計待機轉(zhuǎn)換器的關鍵點。目前，設計者的首選解決方案是：設計獨立的待機轉(zhuǎn)換器，在待機轉(zhuǎn)換器中采用固定頻率反激式拓撲結(jié)構(gòu)及其相應的控制芯片。

　　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阻， 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關電路替代電阻的方法，在啟動過程中，啟動電路開通，而當IC 被激活后，啟動電路關閉。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耗。

　　在降低MOSFET 關斷損耗方面， 由于MOSFET 關斷損耗與開關頻率成比例，因而頻率越低損耗越小。然而，從開關電源基本原理可知：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寸， 而在待機模式下，低頻率有利于減小損耗。所以在待機轉(zhuǎn)換器解決方案中應選用具有自動降頻技術(shù)的集成功率IC。在一般的負載范圍，IC 工作在高頻， 當輸出功率下降到某一特定閾值時，IC 將會自動減小開關頻率。

　　在“自動降頻技術(shù)”方面，目前較為普遍的有脈沖跳躍模式、突變模式及非導通時間調(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最優(yōu)越，該模式能在系統(tǒng)結(jié)束待機時保持輸出調(diào)節(jié)并為負載波動做好準備。從這方面考慮，再結(jié)合設計的復雜程度和成本等因素，待機轉(zhuǎn)換器選擇英飛凌最新推出的ICE3BR4765J是很好的解決方案。ICE3BR4765J 具備獨有的主動突變模式，加上還應用了Bi-CMOS 生產(chǎn)制程，使產(chǎn)品實現(xiàn)了一個極低的待機功耗，例如可實現(xiàn)在12 W/5 V 的產(chǎn)品上僅有25 mW 的待機功耗。ICE3BR4765J在固定的開關頻率上，加入了±4%的頻率抖動功能，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 內(nèi)部集成了650 V 的啟動單元，大大簡化了外圍電路的設置，從而降低了系統(tǒng)成本。

　　綜合以上分析，優(yōu)化的待機轉(zhuǎn)換器方案是：獨立設計反激式待機轉(zhuǎn)換器，并采用英飛凌最新推出的集成功率IC 芯片ICE3BR4765J。

　　基于上述PFC 級、主DC/DC 級和待機轉(zhuǎn)換器的解決方案， 可設計出圖3 所示的LCD TV 開關電源解決方案框圖。