大尺寸LCD TV電源整體解決方案

圖3是傳統(tǒng)式LCD TV電源的結(jié)構(gòu)框圖，按照功能通?？蓪⑵鋭澐譃?大模塊，即：PFC模塊、DC/DC主電源模塊、DC/AC逆變電源模塊。

圖3：傳統(tǒng)式LCD TV電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

由于離線式開關(guān)電源不可避免會(huì)產(chǎn)生帶高諧波含量的非正弦輸入電流，這會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生一定污染，并影響到連接在同一電源線的其它電子設(shè)備，為滿足歐盟IEC61000-3-2的D類標(biāo)準(zhǔn)或類似的區(qū)域性諧波含量規(guī)范，通常需要在輸入功率大于75W的開關(guān)電源設(shè)計(jì)中加入PFC模塊。大尺寸LCD TV的輸入功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于75W，因此PFC模塊也是LCD TV電源中不可缺少的部分，PFC模塊通過(guò)Boost線路將電網(wǎng)輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的400V直流電壓供給后級(jí)DC/DC電源使用。

圖4：傳統(tǒng)式LCD TV主電源功率范圍及架構(gòu)選擇。

DC/DC主電源模塊負(fù)責(zé)將PFC輸出的400V直流電壓轉(zhuǎn)換成各種負(fù)載所需的低壓直流電平，來(lái)滿足DC/AC逆變電源輸入、音響系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等模塊的工作需要，常見電壓包括24V/18V/12V/5V/3.3V等。國(guó)際能源署(IEA)和歐盟制定的“1W”計(jì)劃要求在2010年將所有產(chǎn)品的待機(jī)功耗降低到1W以內(nèi)，為符合1W待機(jī)功耗規(guī)范，DC/DC主電源模塊之外通常還需要設(shè)計(jì)一塊獨(dú)立的待機(jī)電源，用于在待機(jī)模式下維持遙控接收器模塊的工作，并將PFC和DC/DC主電源模塊關(guān)閉，以最大限度降低待機(jī)功耗。

根據(jù)LCD TV尺寸及功率的大小，DC/DC主電源的常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：反激(包括準(zhǔn)諧振)、雙管反激、雙管正激、諧振半橋(HB LLC)等幾種。對(duì)于50W～100W的功率范圍，單開關(guān)的反激或準(zhǔn)諧振反激拓?fù)涫亲罴堰x擇，其中準(zhǔn)諧振控制通過(guò)減小開關(guān)損耗來(lái)提高轉(zhuǎn)換效率并改善開關(guān)造成的EMI干擾。而對(duì)于更大功率的100W～200W范圍，可以通過(guò)雙開關(guān)反激的方式來(lái)應(yīng)對(duì)。正激結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于200W～300W的功率范圍，但由于需在連續(xù)導(dǎo)電模式下工作，解決由于硬開關(guān)所帶來(lái)的EMI問(wèn)題是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。諧振半橋結(jié)構(gòu)適用于150W以上的功率應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)在高功率級(jí)的LCD TV應(yīng)用中性能優(yōu)勢(shì)十分明顯，全負(fù)載范圍的零電壓開關(guān)(ZVS)及低電流關(guān)斷控制可幫助最大限度降低開關(guān)損耗及減小EMI干擾。

圖5：昂寶電子LCD TV電源方案結(jié)構(gòu)框圖。

DC/AC逆變電源用于驅(qū)動(dòng)背光模組，其將DC/DC主電源輸出的24V或12V直流電壓轉(zhuǎn)換為1000V左右的高壓交流電壓用于驅(qū)動(dòng)背光CCFL燈管并實(shí)現(xiàn)背光亮度(燈管電流)的調(diào)節(jié)功能，LCD TV顯示畫面的對(duì)比度需依靠高亮度的背光來(lái)支撐，所以DC/AC逆變電源部分的輸出功率通常占整機(jī)總輸出功率的70%以上，且尺寸越大，背光功耗所占比重越大。

通過(guò)上述對(duì)傳統(tǒng)LCD TV電源的結(jié)構(gòu)分析，我們不難發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，即整體效率非常低，因?yàn)檎?0%以上功耗的背光部分電能在PFC之后經(jīng)歷了降壓再升壓的兩級(jí)轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換過(guò)程中的效率損失也會(huì)引起散熱問(wèn)題。LCD TV的超簿設(shè)計(jì)及噪音限制使得無(wú)法在機(jī)箱中添加風(fēng)扇，而熱量的堆積會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)殼內(nèi)上下部分溫度不均勻，再加上CCFL亮度對(duì)溫度的敏感特性，這樣的設(shè)計(jì)給用戶呈現(xiàn)出來(lái)的將是面板上下部亮度不均勻的“獨(dú)特”效果。

為解決上述問(wèn)題，業(yè)界一直在探論400V高壓輸入逆變電源方案。昂寶電子通過(guò)整合自身豐富的產(chǎn)品線，已經(jīng)將這一構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，即DC/AC逆變電源的輸入不再采用DC/DC主

電源的24V電壓，而是直接取自PFC的400V輸出。這樣背光部分的電能可減少一級(jí)能量轉(zhuǎn)換，從而節(jié)省一級(jí)效率損失，并且DC/DC主電源的設(shè)計(jì)功率可大幅降低，同時(shí)解決了DC/DC主電源的散熱問(wèn)題，最重要的是DC/DC主電源的制造成本大幅降低。在不具備高壓輸入DC/AC逆變電源方案的條件下，人們往往通過(guò)優(yōu)化AC/DC主電源的方式來(lái)降低整機(jī)功耗，如通過(guò)半橋諧振LLC架構(gòu)來(lái)優(yōu)化LCD TV電源，但與之相對(duì)應(yīng)的是昂貴的制造成本，而采用昂寶電子開發(fā)的LCD TV整體電源方案，利用便宜的單開關(guān)反激或準(zhǔn)諧振反激就能滿足大尺寸LCD TV中背光以外的功率需求。

表3：DisplaySearch對(duì)LCD TV成本的近年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及未來(lái)走勢(shì)預(yù)測(cè)。

與傳統(tǒng)LCD TV電源方案相比，昂寶電子的方案在效率和成本上都具有優(yōu)勢(shì)，并且借助在電源管理領(lǐng)域的全面產(chǎn)品覆蓋，LCD TV電源板上全部IC都可由昂寶電子提供，包括PFC控制芯片、Flyback/QR控制芯片、Standby開關(guān)器、Inverter控制芯片等。這對(duì)LCD TV電源制造商的采購(gòu)與渠道管理提供了相當(dāng)大的便捷性，技術(shù)支持的快速響應(yīng)也得到了保證，由此帶來(lái)的研發(fā)及運(yùn)營(yíng)成本的降低同樣不容忽視。

圖6以150W LCD TV電源為例來(lái)對(duì)比傳統(tǒng)方案與昂寶電子方案，假設(shè)背光滿載消耗100W，其它部分滿載消耗50W，按照常規(guī)架構(gòu)及各模塊轉(zhuǎn)換效率來(lái)推算，運(yùn)用傳統(tǒng)方案來(lái)設(shè)計(jì)，其理論輸入功率將達(dá)到197W左右，整體效率為76%，而使用昂寶電子的方案來(lái)設(shè)計(jì)，理論輸入功率只需要174W左右，整體效率高達(dá)86%。

圖6：150W LCD TV電源系統(tǒng)傳統(tǒng)方案與昂寶電子方案的功率比較。