大屏及8K電視3DR高效節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

0   引言

近年來，隨著顯示技術(shù)的日益發(fā)展，以及國家大力推進(jìn)消費升級和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，大屏化和8K 顯示技術(shù)已成為電視的發(fā)展趨勢，越來越受消費者的青睞！但是，目前大屏以及8K 模組存在功率大、整機能耗高的問題，不符合節(jié)能減排、綠色環(huán)保的理念，亟待攻關(guān)解決。針對匹配大屏及8K 電視，若采用傳統(tǒng)電源架構(gòu)，如升壓（boost）或降壓（buck）拓?fù)?sup>[1]，電源及背光電路需經(jīng)兩級能量轉(zhuǎn)換，且由于通道數(shù)多、燈條電壓高、燈條電流大，使得傳統(tǒng)電路效率低，系統(tǒng)極其復(fù)雜，恒流模塊器件多、成本高，不利于大屏及8K 電視的普及和推廣。同時，隨著國家倡導(dǎo)的“碳達(dá)峰”、“碳中和”觀念的不斷深入，降低大屏及8K 電視能耗也成為電視發(fā)展的必然趨勢。因此，在研究如何匹配大屏及8K 電視的電源及恒流系統(tǒng)基礎(chǔ)上，提出一種雙直驅(qū)式諧振網(wǎng)絡(luò)（dual-direct-driver resonance）技術(shù)，簡稱3DR 技術(shù)，大大提高了大屏及8K 電視背光轉(zhuǎn)換效率，降低整機能耗和系統(tǒng)成本，同時在TV 行業(yè)內(nèi)積極倡導(dǎo)節(jié)能減排、綠色環(huán)保理念，具有極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

1   傳統(tǒng)技術(shù)方案

在LED 電視及顯示行業(yè)，傳統(tǒng)采用升壓（boost）或降壓（buck）恒流驅(qū)動方式匹配背光模組燈條。電源系統(tǒng)經(jīng)過AC/DC 轉(zhuǎn)換后輸出DC 電壓，DC 電壓再經(jīng)過降壓或升壓電路實現(xiàn)LED 燈條所需的燈條電壓，同時與系統(tǒng)匹配實現(xiàn)恒流輸出。不論是升壓（boost）還是降壓（buck）恒流系統(tǒng)，從交流輸入到LED 燈條均需經(jīng)兩級能量轉(zhuǎn)換^[2]，以應(yīng)用較多的升壓拓?fù)錇槔?，如圖1a所示。

采用傳統(tǒng)技術(shù)方案匹配8CH 大屏及8K 電視，電源系統(tǒng)架構(gòu)如圖1b 所示。從圖1b 可以看出，傳統(tǒng)電源架構(gòu)經(jīng)兩級能量轉(zhuǎn)換，匹配8CH 屏體，需8 路獨立的恒流驅(qū)動電路，效率低，系統(tǒng)復(fù)雜，恒流模塊器件多，系統(tǒng)成本高。為了簡化電源架構(gòu)，提高電源及恒流的轉(zhuǎn)換效率，降低整機功耗和系統(tǒng)成本，提出一種3DR 技術(shù)新架構(gòu)，可大大提高大屏及8K 電視背光轉(zhuǎn)換效率，降低整機功耗和系統(tǒng)成本。

2   3DR技術(shù)

3DR 技術(shù)是針對目前大屏及8K 電視的背光模組燈條匹配提高背光轉(zhuǎn)換效率的一種新的電源及恒流架構(gòu)系統(tǒng)技術(shù)，其包含2 個關(guān)鍵技術(shù)：3DR 半周期分流技術(shù)，3DR 通道倍增技術(shù)，分別說明如下。

2.1 3DR半周期分流技術(shù)

AC 接通系統(tǒng)后，燈條分配網(wǎng)絡(luò)通過諧振網(wǎng)絡(luò)半周期分流技術(shù)將橋式整流的正負(fù)半周（t1、t2）分成兩組電流通道，形成兩個燈條并聯(lián)輸出，如圖2a 紅色和藍(lán)色電流通路所示。采用電容均流技術(shù)確保每組燈條電流相等，使在燈條電壓不等的情況下也能實現(xiàn)均流，從而實現(xiàn)模組背光燈條對稱或非對稱設(shè)計。

圖2a 3DR半周期分流技術(shù)原理

圖2b 3DR通道倍增技術(shù)原理圖

2.2 3DR通道倍增技術(shù)

當(dāng)大屏及8K 電視背光模組燈條通道數(shù)增加時，通過燈條正負(fù)壓通道倍增技術(shù)將兩組并聯(lián)燈條變換成兩組正負(fù)壓串聯(lián)燈條，最終形成兩并兩串的四通道設(shè)計，如圖2b 所示。通過模塊級聯(lián)方式靈活實現(xiàn)通道的擴(kuò)展，以滿足大屏及8K 模組背光燈條多通道設(shè)計的要求。

2.3 3DR技術(shù)應(yīng)用

由于大屏及8K 電視屏體玻璃透過率低、T-CON功率大，模組功率較普通產(chǎn)品增加約30%。在整機系統(tǒng)中，特別是大屏及8K 電視，模組功耗占比達(dá)到80%以上，為了降低整機功耗，需要提升模組背光電路的轉(zhuǎn)換效率。以匹配8CH 大屏及8K 電視為例，3DR 新系統(tǒng)架構(gòu)原理如圖3 所示。

從圖3a 和3b 可以看出，3DR 技術(shù)省去了背光轉(zhuǎn)換電路，省去一級能量轉(zhuǎn)換，由燈條分配網(wǎng)絡(luò)直接給模組燈條供電，大大提高背光模組的轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)3DR技術(shù)原理，模組燈條可選擇諧振網(wǎng)絡(luò)和諧振網(wǎng)絡(luò)匹配不同燈條通道的模組，同時，諧振網(wǎng)絡(luò)還可以分別匹配2CH 或4CH 的背光模組燈條，因此整個新系統(tǒng)架構(gòu)可實現(xiàn)靈活匹配2/4/6/8CH 背光模組燈條。且根據(jù)3DR 技術(shù)原理，當(dāng)背光模組燈條電壓不一致時，由于存在均流電容，如圖2b 中的電容，可分擔(dān)燈條不對稱的壓差，因此，該架構(gòu)也可直接匹配，實現(xiàn)燈條的對稱與非對稱設(shè)計。由于該系統(tǒng)省去一級電路轉(zhuǎn)換，恒流器件少，大大降低了電源及恒流系統(tǒng)成本。因此， 基于3DR 技術(shù)的高效節(jié)能諧振網(wǎng)絡(luò)是目前匹配大屏及8K 電視的新的電源及恒流系統(tǒng)架構(gòu)，應(yīng)用性及可推廣性強。

圖3a 3DR電源架構(gòu)原理

3   3DR技術(shù)實驗結(jié)果

根據(jù)實際設(shè)計的一款86 英寸8CH 8K LED 電視電源及恒流，分別對傳統(tǒng)升壓恒流方案和3DR 技術(shù)方案進(jìn)行對比。

1）電源及恒流系統(tǒng)效率對比

P1 為傳統(tǒng)升壓方案電源輸入功率，P2 為3DR 技術(shù)方案的電源輸入功率，數(shù)據(jù)對比如下。

表1 86英寸8CH電路元器件數(shù)量對比

2）測試條件

輸入：220 V AC，50 Hz，570 W（P1），515 W（P2）

輸出：① LED 燈條電壓130.2 V（CH1/CH2/CH5/CH6/CH7/CH8）和167.4 V（CH3/CH4）

② LED 燈條電流360 mA

③ +12 V/3 A，+20 V/1 A

3）實驗結(jié)果

①若電源及恒流系統(tǒng)采用傳統(tǒng)升壓恒流架構(gòu)，計算結(jié)果如下：

η1（電源及恒流效率）=×100%=×81%

② 3DR 技術(shù)方案電源效率計算結(jié)果如下：

η2（電源及恒流效率）=×100%=×100%=89.6%

從以上實際測試數(shù)據(jù)計算結(jié)果看，采用3DR 技術(shù)方案相比普通方案電源轉(zhuǎn)換效率提高約8.6%，此外，該方案匹配的模組功率越大，整機功耗降低越大。

4）器件數(shù)對比

從表1 可以看出，以86 英寸（注：1 英寸=2.54 cm）8K 電視（8CH）為例，電路元器件數(shù)量減少約30%。一方面節(jié)省了系統(tǒng)成本，另一方面節(jié)省的器件可有效減少對自然資源的損耗，實現(xiàn)節(jié)能降耗和綠色環(huán)保。

4   結(jié)束語

本文詳細(xì)介紹了3DR 技術(shù)工作原理，對比了傳統(tǒng)技術(shù)方案與3DR 技術(shù)電源及恒流架構(gòu)的差異，并結(jié)合實際案例和應(yīng)用，比較傳統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)和3DR 技術(shù)架構(gòu)背光系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和節(jié)省的器件數(shù)。實際結(jié)果顯示，以86 英寸整機為例，效率提升約8.6%，節(jié)省器件數(shù)約上百個。該方案一方面通過提升整機效率實現(xiàn)節(jié)能降耗，另一方面通過節(jié)省電子元器件來減少對資源的損耗，實現(xiàn)真正的節(jié)能環(huán)保。同時，3DR 技術(shù)可降低整機系統(tǒng)成本，大量推廣后可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)和社會效益，此外，該技術(shù)的實施對大屏及8K 電視的節(jié)能減排起著巨大推動作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張占松,蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[2] WINDER S. LED驅(qū)動電路設(shè)計[M].謝運祥,王曉剛,譯.北京:人民郵電出版社,2009.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年11月期）