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平板電視與開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)

作者: 時(shí)間:2009-02-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的電源設(shè)計(jì)總是給外型、成本以及效率指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。市場(chǎng)就是一個(gè)很好的例子。它正在經(jīng)歷從臃腫的,基于CRT的解決方案向使用液晶顯示器(LCD)和等離子顯示器的的巨大轉(zhuǎn)變。目前LCD主宰市場(chǎng),其2008年的預(yù)期銷售量將超過1億臺(tái)。與此同時(shí),內(nèi)容已經(jīng)從模擬轉(zhuǎn)變到數(shù)字制式,且新功能也急劇增多,比如用于畫中畫功能的多調(diào)諧器、全高清畫質(zhì)(1080p)、增強(qiáng)型,甚至是因特網(wǎng)訪問。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/167077.htm


此外,CRT所存在的屏幕尺寸限制問題將不復(fù)存在。目前,32英寸的寬屏電視最受歡迎,40~42英寸的電視緊隨其后。雖然采用新技術(shù)促進(jìn)了銷售量的增長(zhǎng)并改善了電視用戶的觀看體驗(yàn),但是它也造成了功耗的顯著增加。

節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)
在歷史上,用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn),比如美國(guó)能源之星和歐盟生態(tài)標(biāo)簽,主要關(guān)注的是靜態(tài)功耗的影響。但是,隨著向電視的轉(zhuǎn)變,人們需要關(guān)心的問題擴(kuò)展到了工作(活動(dòng)模式)功耗。


實(shí)際測(cè)試表明,42英寸平板電視的功耗在180~500W之間,具體數(shù)值與技術(shù)(LCD或等離子顯示),特性集以及設(shè)計(jì)選擇有關(guān)。比較而言,29英寸CRT電視的功耗大約是100W。


顯然,增加的功耗中,一部分直接與屏幕尺寸的增加有關(guān),但這并不是唯一的原因。例如,LCD電視顯示屏需要背光子系統(tǒng);這部分功耗不容忽視而且直接與屏幕尺寸有關(guān)。平均功率的增加,再加上游戲、收看音樂節(jié)目、網(wǎng)頁瀏覽以及家庭影院等活動(dòng)造成的使用小時(shí)數(shù)的增多,增加了家庭用電量。


規(guī)范及政府機(jī)構(gòu)正在著手應(yīng)對(duì)這種轉(zhuǎn)變。用于電視的能源之星標(biāo)準(zhǔn)剛經(jīng)過修訂并推出了3.0版本(自2008年11月啟用),它將包括工作功率限制。這些限制是基于屏幕面積和分辨率(高清晰度或標(biāo)準(zhǔn)清晰度)的,與顯示技術(shù)(LCD、等離子或背投)無關(guān)。

計(jì)算功率限制
根據(jù)屏幕尺寸和分辨率,有多種算法可以計(jì)算功率限制。例如,對(duì)屏幕面積在680~1068平方英寸(4387~6890cm2)范圍內(nèi)的高清電視而言,公式如下:


Pmax=(0.240×面積+27)W


注意:面積的單位是平方英寸。


因此,32英寸高清電視的工作功率限制是120W,而42英寸高清電視的限制則是208W。這些限制是基于對(duì)多家廠商的多種產(chǎn)品的實(shí)際測(cè)試而制定的。在測(cè)試樣本中,有27.4%通過了目標(biāo)的工作和靜態(tài)功耗要求。靜態(tài)功耗要求保持不變:自2005年7月以來就一直是最大值1W的限制。


用于32英寸LCD電視的典型電源(見圖1)產(chǎn)生幾種電壓軌來為各種系統(tǒng)模塊供電,比如,背光和信號(hào)處理模塊。主電源并不提供所需的所有電壓值,相反,各種低電壓軌是由本地線性和DC/DC變換器提供的。

圖1 常見的32英寸LCD電視


在信號(hào)處理板上可能有5個(gè)或更多個(gè)線性或低壓差穩(wěn)壓器,此外還有幾個(gè)降壓變換器用于為深亞微米數(shù)字信號(hào)處理模塊產(chǎn)生低電壓電源軌。如圖所示,廠商使用支持90~265V交流電壓的統(tǒng)一供電電源的做法相當(dāng)普遍。這種做法,使得根據(jù)電視尺寸對(duì)不同地區(qū)一系列模塊使用單電壓設(shè)計(jì)成為可能,簡(jiǎn)化了物流并降低了開發(fā)成本。


如果LCD電視面向全球市場(chǎng)且功率超過75W,那么這種電視必須符合歐洲用于降低諧波的標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-3-2。在這種情況下,需要使用工作功率因數(shù)控制級(jí)。

背光功率
對(duì)26英寸以上的電視而言,背光是功耗最大的部分。24V電壓軌為逆變器級(jí)供電,而后者則驅(qū)動(dòng)背光冷陰極熒光燈(CCFL)。逆變器將24V直流電壓轉(zhuǎn)換為高電壓、低電流的交流信號(hào),用于啟動(dòng)并驅(qū)動(dòng)這些熒光燈。


2個(gè)主逆變器單元的結(jié)構(gòu)很常見:一個(gè)用于為背光逆變器供電,而另一個(gè)用于控制/視頻以及信號(hào)處理。在歷史上,級(jí)的功率電平是根據(jù)單開關(guān)準(zhǔn)諧振(QR)或固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來制定的。根據(jù)電視的特性集以及對(duì)12V和5V電壓軌功率要求的不同,電路中可能存在專用的用于提供靜態(tài)功率以及滿足1W的靜態(tài)功率限制。

實(shí)際的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
隨著屏幕面積的增加,24V直流電壓軌所需的功率將繼續(xù)增加,直至無法再使用反激式拓?fù)鋪韺?shí)現(xiàn)開關(guān)電源。因此,許多功率較大的拓?fù)?,包括半橋雙電感加單電容(LLC)拓?fù)?,都被考慮用于在緊湊的空間內(nèi)以低電磁干擾來實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。


半橋LLC拓?fù)浔豢醋饕环N串聯(lián)諧振變換器。如圖2所示,LLC指的是電感-電感-電容結(jié)構(gòu)。第1個(gè)電感串聯(lián)在電路中,變壓器代表第2個(gè)電感,而電容連接在變壓器的輸出端。

圖2 簡(jiǎn)單的LLC半橋功率級(jí)


這種方法的基本思想是:半橋場(chǎng)效應(yīng)管(FET)是由50%占空比的波形驅(qū)動(dòng)的,而功率是通過改變頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的。通常,這樣設(shè)計(jì)的目的是為了讓開關(guān)頻率超出電路的諧振頻率。


在這個(gè)區(qū)域,電流通過開關(guān)對(duì)電壓進(jìn)行延遲,因此開關(guān)在零電壓開關(guān)區(qū)域呈開啟狀態(tài),幾乎消除了電容開關(guān)損耗。因?yàn)檫@是一個(gè)諧振式拓?fù)?,所以它在很寬的電壓范圍?nèi)的效率都很高。


圖3顯示了基于半橋LLC結(jié)構(gòu)的完整電源的示例。在這個(gè)示例中,HB-LLC級(jí)產(chǎn)生了多路輸出。這種設(shè)計(jì)是安森美半導(dǎo)體公司所開發(fā)的一系列Greenpoint參考設(shè)計(jì)中的一部分,展示了高效率的電源拓?fù)?。在這個(gè)示例中,對(duì)115或230V交流主電源而言,在90~220W的范圍內(nèi),總體效率都大于88%。

圖3 完整的220WLCD電視電源的框圖


除了實(shí)現(xiàn)總體效率高之外,這個(gè)電源的外形也較小,只有25mm高。對(duì)于平板電視而言,電源的高度是很重要的,因?yàn)樗鼤?huì)影響電視的總厚度。人們對(duì)于設(shè)計(jì)能夠很容易地掛在墻上的超薄平板電視的興趣正日益增長(zhǎng)。這種對(duì)電源提出了進(jìn)一步的挑戰(zhàn),因?yàn)轶w積需要減小,而通過電源的氣流可能會(huì)受到更多限制。


設(shè)計(jì)高密度、高效率電源的挑戰(zhàn)正推動(dòng)著電源設(shè)計(jì)人員采取創(chuàng)新的電源架構(gòu)來支持這些快速的消費(fèi)類應(yīng)用。半橋諧振LLC可以滿足平板電視所要求的效率和體積目標(biāo),同時(shí)仍然提供消費(fèi)類電子產(chǎn)品所需要的成本低廉的解決方案。


隨著新的工作功率標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái),以及消費(fèi)者逐漸認(rèn)識(shí)到轉(zhuǎn)換到大屏幕數(shù)字電視所帶來的能源消耗,對(duì)高效節(jié)能方案的關(guān)注將與日俱增。這不僅僅需要轉(zhuǎn)而使用高效的電源方案,而且需要?jiǎng)?chuàng)造新的系統(tǒng)體系以降低信號(hào)處理和LCD面板的功耗。



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