LCD TV 開關(guān)電源解決方案

【摘要】隨著電源能效規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)逐漸提高，LCD TV 開關(guān)電源也需要不斷提升能效。為此，提出了從PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器、主DC/DC 級到待機(jī)轉(zhuǎn)換器的解決方案。詳細(xì)地說明了基于NCP165 4 的PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器解決方案、基于ICE2QS02G 的準(zhǔn)諧振反激式主DC/DC 級解決方案以及基于ICE3BR4765J 的反激式待機(jī)轉(zhuǎn)換器解決方案。系統(tǒng)性能的測試結(jié)果說明解決方案是合理的。

　　1 引言：

　　目前， 在全球范圍內(nèi)，LCD TV 憑借其技術(shù)性能先進(jìn)、外型美觀時(shí)尚、工作穩(wěn)定、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)正迅速走進(jìn)家庭。預(yù)計(jì)在未來幾年，LCD TV 將是數(shù)字電視時(shí)代的主流產(chǎn)品。隨著LCD TV 應(yīng)用越來越廣泛，對電能的消耗也越來越大，節(jié)能環(huán)保壓力劇增。因此，提高LCD TV 開關(guān)電源能效的需求越來越迫切。為此，世界上多個(gè)政府機(jī)構(gòu)和行業(yè)組織紛紛針對不同尺寸的電視機(jī)制定了全新的功耗規(guī)范，如美國的“能源之星3.0”標(biāo)準(zhǔn)和德國的“藍(lán)色天使”標(biāo)準(zhǔn)，以此來提高電能的使用效率，降低電能消耗。筆者將探討如何優(yōu)化PFC 級、主DC/DC 級和待機(jī)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方案， 以便更好地提高LCD TV 開關(guān)電源的能效，滿足全新的功耗規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

　　2 液晶電視電源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

　　要提高LCD TV 開關(guān)電源的能效，很重要的方面是針對液晶電視電源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，分析功率損耗的來源，有針對性地采取措施來降低能耗。

　　通常液晶電視電源管理系統(tǒng)由電源單元、DC/AC 逆變器、信號處理系統(tǒng)這3 部分組成， 其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。電源單元由PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器、主DC/DC 級和待機(jī)轉(zhuǎn)換器組成，用于將交流輸入電壓（85~265 V）轉(zhuǎn)換成較低的直流輸出電壓（24 V，12 V，5 V 和3.3 V），其中主DC/DC 級輸出的24 V 或12 V 直流電壓用于為背光逆變器和信號處理系統(tǒng)供電， 待機(jī)轉(zhuǎn)換器輸出的5 V 或3.3 V直流電壓為待機(jī)部件和微控制器供電。DC/AC 逆變器負(fù)責(zé)將24 V 或12 V 直流電壓轉(zhuǎn)換成高交流電壓（例如1 200 V 交流電壓），為背光燈供電。信號處理系統(tǒng)用于控制和處理聲音與圖像信號。

　　根據(jù)安森美半導(dǎo)體有限公司（簡稱“安森美”）測算，LCD TV 開關(guān)電源的PFC 級損耗和主DC/DC 級損耗為LCD TV 開關(guān)電源的主要損耗， 其中PFC 級損耗約占電源總損耗的40%， 主DC/DC 級損耗約占電源總損耗的60%。為此，筆者將優(yōu)化PFC 級和主DC/DC 級的設(shè)計(jì)，以降低二者的功耗，同時(shí)進(jìn)行待機(jī)轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，以滿足開關(guān)電源待機(jī)功耗應(yīng)低于1 W 的全新功耗規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　3 PFC 預(yù)調(diào)節(jié)器解決方案：

　　為了降低PFC 級的功耗， 實(shí)現(xiàn)PFC 級的能效提升目標(biāo)，需要考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和PFC 控制器的工作模式。從設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和電源解決方案的總成本等方面考慮，最佳解決方案是：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為Boost 升壓結(jié)構(gòu)，PFC 控制器的工作模式為連續(xù)導(dǎo)通（CCM）模式。針對CCM 工作模式，PFC 控制器可選擇安森美或英飛凌科技股份公司（簡稱“英飛凌”）提供的解決方案，均能使功率因數(shù)高于93%，滿足ICE61000-3-2 標(biāo)準(zhǔn)要求。但是，若綜合考慮性價(jià)比、可靠性和高功率因數(shù)等多種因素，選擇安森美推出的PFC 控制器NCP165 4是更合理的解決方案。采用該控制器只需極少的外圍元件， 這使得PFC 級的設(shè)計(jì)更加簡潔。這種控制器工作功耗極低，可以滿足提升PFC級能效的要求，同時(shí)它還具有快速瞬態(tài)響應(yīng)、啟動(dòng)電流和關(guān)閉電流極低等特點(diǎn)，具有眾多安全保護(hù)特性，如浪涌電流檢測、過壓保護(hù)、用于開環(huán)檢測的欠壓檢測、軟啟動(dòng)、精確的過流限制、真正的過載限制等?？傊?，它集成了構(gòu)建緊湊而穩(wěn)固的PFC 所需的所有特性。除控制器部分外，選擇具有低導(dǎo)通電阻和低寄生電容的全新CP 系列Cool-MOS 開關(guān)管以及軟恢復(fù)升壓二極管也是提升效率的最佳選擇。綜上所述，LCD TV 開關(guān)電源中的PFC 轉(zhuǎn)換器電路如圖2 所示。