淺析LCD TV中的電源改進(jìn)方案

標(biāo)簽：電源 LCD PFC 架構(gòu) LLC

0 引言

液晶顯示器，簡(jiǎn)稱LCD。世界上第一臺(tái)液晶顯示設(shè)備出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，被稱之為扭曲向列液晶顯示器。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計(jì)算器等領(lǐng)域。80年代，超扭曲向列液晶顯示器出現(xiàn)，同時(shí)薄膜晶體管液晶顯示器技術(shù)被研發(fā)出來，但液晶技術(shù)仍未成熟，難以普及。80年代末90年代初，日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生產(chǎn)技術(shù)，LCD工業(yè)開始高速發(fā)展。液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，是具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物，如果把它加熱會(huì)呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài)，把它冷卻則會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。

1 LCD TV電源架構(gòu)的介紹

圖1所示為L(zhǎng)CD TV的電源架構(gòu)，圖中架構(gòu)的輸入電壓為90-265V，輸入頻率從47Hz到63Hz，經(jīng)過調(diào)試整流后會(huì)經(jīng)過PFC架構(gòu)，由于本文主要針對(duì)MOS，因此圖中沒有表示出調(diào)試整流部分。PFC根據(jù)所使用的IC選擇采用DCM或者CCM。從PFC出來后有一個(gè)PWM，如果輸出功率小于65W，則PWM端采用Flyback或QR模式。現(xiàn)在LCD TV常用的是半橋共振和LLC架構(gòu)。5V一側(cè)有備用電源，目前LCD TV的備用電源通常采用的是IC綁定MOS。

圖2所示為一個(gè)實(shí)際的TV板。從圖1的電源架構(gòu)角度看，該電路板中有兩個(gè)SteP EMI內(nèi)核，圖中標(biāo)記了紅色的部分有一個(gè)PFC MOSFET，目前Vishay主推IRFP27N60KPBF，PWM的MOSFET采用的是半橋LLC架構(gòu)，這一部分用500V MOS即可，該電路板使用的是IRFB840APBF。此外還有3組輸出，即5V、12V和24V，以及一個(gè)5V的備用電源。

2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理

PFC即Power Factor CorrectiON，是一個(gè)升壓式架構(gòu)。當(dāng)PFC控制器的電源大于70W小于200W時(shí)，通常會(huì)采用DCM結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)電壓比較高，通常需要選擇600或650V的MOS。當(dāng)電源大于200W時(shí)，通常采用CCM結(jié)構(gòu)。對(duì)于一次側(cè)PWM拓?fù)浼軜?gòu)，如圖3所示，一般采用的是Flyback架構(gòu)。電源為65W或90W以下的適配器會(huì)采用Flyback架構(gòu)，26“和32”電視也可能采用Flyback架構(gòu)。半橋結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)MOS，而全橋結(jié)構(gòu)需要4個(gè)MOS。其實(shí)半橋和全橋式架構(gòu)比較適用于大電源中。目前廣為接受的TV電源主要是LLC架構(gòu)，是由兩個(gè)MOS Q1和Q2串聯(lián)Cr、Lr和Lm，以及一個(gè)變壓器組成，如圖3中右下圖所示。

3 零電壓切換

由于共振切換方式中電壓電流交叉面積變小，相對(duì)開關(guān)損耗變小，效率變高，溫度降低，因此通常采用共振切換的方式，目前最常用的是零電壓切換。由于采用LC架構(gòu)，其共振頻率為 f_{r}=frac{1}{2πsqrt{L_{r}C_{r}}}，當(dāng)操作頻率大于共振頻率時(shí)，則操作在ZVS(零電壓切換)架構(gòu)上。從圖4中可以看到，當(dāng)電流增加時(shí)電壓為零，電壓增加時(shí)電流為零。

4 LLC共振轉(zhuǎn)換器

圖5所示為半橋共振LLC共振轉(zhuǎn)換器，這種架構(gòu)根據(jù) f_{r}=frac{1}{2πsqrt{L_{r}C_{r}}}計(jì)算出共振頻率的第一個(gè)點(diǎn)和第二個(gè)點(diǎn)。一般情況下希望將LLC共振設(shè)計(jì)在ZVS區(qū)域內(nèi)。如果在ZCS區(qū)域內(nèi)損耗比較大，只需將開關(guān)頻率設(shè)計(jì)成大于共振頻率即可實(shí)現(xiàn)。圖5中右上角的圖表示了開關(guān)頻率隨著電壓增益變換關(guān)系圖。共振LLC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于LCD TV時(shí)的優(yōu)點(diǎn)有：

1)高效率：初級(jí)MOS零電壓切換幾乎沒有損耗，而且次級(jí)整流二極管為ZCS切換，損耗較少，因此整體效率得到提升;

2)高電源密度;

3)良好的EMI(低dV/dt和dI/dt);

4)更好的交叉調(diào)整率;

5)較低的輸出紋波噪聲;

6)低熱擾動(dòng)

7)節(jié)約成本