關于LCD-TV電源的幾個基本知識

問：LCD-TV POWER主要有反激式，正激式，諧振半橋式3種方式，想咨詢一下37"以上的主要采用的那種結構，為什么？

答：反激式開關電源在控制開關接通期間不向負載提供功率輸出，僅在控制開關關斷期間才把存儲能量轉化成反電動勢向負載提供輸出；當控制開關的占空比為0.5時，變壓器次級線圈輸出電壓的平均值Ua約等于電壓最大值Up（用半波平均值Upa代之）的二分之一；而流過負載的電流Io（平均電流）正好等于流過變壓器次級線圈最大電流的四分之一。

當反激式開關電源當控制開關的占空比為0.5時，電壓脈動系數Sv約等于2或大于2，而電流脈動系數Si約等于4。反激式開關電源的電壓脈動系數與正激式變壓器開關電源的電壓脈動系數基本相同，但電流脈動系數比正激式變壓器開關電源的電流脈動系數大兩倍。由此可知，反激式開關電源的電壓和電流輸出特性要比正激式變壓器開關電源差。特別是，反激式開關電源使用的時候，為了防止電源開關管過壓擊，其占空比一般都取得小于0.5，此時，流過變壓器次級線圈的電流會出現斷流，電壓和電流的脈動系數都會增加，其電壓和電流的輸出特性將變得更差。

由于反激式開關電源僅在控制開關關斷期間才向負載提供能量輸出，當負載電流出現變化時，開關電源不能立刻對輸出電壓或電流產生反應，而需要等到下個工作周期時，通過輸出電壓取樣和調寬控制電路的作用，開關電源才開始對已經過去了的事件進行反應（即改變占空比），因此，反激式開關電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較差。有時，當負載電流變化的頻率或相位正好與取樣、調寬控制電路輸出電壓的延時特性在相位保持一致的時候，反激式開關電源輸出電壓可能會產生抖動。這種情況在電視機開關電源中最容易出現。

反激式開關電源變壓器的鐵心一般都需要留一定的氣隙，一方面是為了防止變壓器的鐵心因流過變壓器初級線圈的電流過大，容易產生磁飽和；另一方面是因為變壓器的輸出功率大小，需要通過調整變壓器鐵心的氣隙和初級線圈的匝數，來調整變壓器初級線圈的電感量大小。因此，反激式開關電源變壓器初、次級線圈的漏感都比較大，從而會降低開關電源變壓器的工作效率，并且漏感還會產生反電動勢，容易把開關管擊穿。

反激式變壓器開關電源的優(yōu)點是電路比較簡單，比正反激式變壓器開關電源少用一個大儲能濾波電感，以及一個續(xù)流二極管，因此，反激式變壓器開關電源的體積要比正激式變壓器開關電源的體積小，且成本也要降低。此外，反激式變壓器開關電源輸出電壓受占空比的調制幅度，相對于正激式變壓器開關電源來說要高很多。因此，反激式變壓器開關電源要求調控占空比的誤差信號幅度比較低，誤差信號放大器的增益和動態(tài)范圍也比較小。由于這些優(yōu)點，目前，反激式變壓器開關電源在家電領域中還是被廣泛使用。

正激式變壓器開關電源正好是在變壓器的初級線圈被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈向負載提供功率輸出，并且輸出電壓的幅度是基本穩(wěn)定的，此時盡管輸出功率不停地變化，但輸出電壓的幅度基本還是不變，這說明正激式變壓器開關電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較好；只有在控制開關處于關斷期間，功率輸出才全部由儲能電感和儲能電容兩者同時提供，此時輸出電壓雖然受負載電流的影響，但如果儲能電容的容量取得比較大，負載電流對輸出電壓的影響也很小。

另外，由于正激式變壓器開關電源一般都是選取變壓器輸出電壓的一周平均值，儲能電感在控制開關接通和關斷期間都向負載提供電流輸出，因此，正激式變壓器開關電源的負載能力相對來說比較強，輸出電壓的紋波比較小。如果要求正激式變壓器開關電源輸出電壓有較大的調整率，在正常負載的情況下，控制開關的占空比最好選取在0.5左右，或稍大于0.5，此時流過儲能濾波電感的電流才是連續(xù)電流。當流過儲能濾波電感的電流為連續(xù)電流時，負載能力相對來說比較強。

當控制開關的占空比為0.5時，正激式變壓器開關電源輸出電壓uo的幅值正好等于電壓平均值Ua的兩倍，流過濾波儲能電感電流的最大值Im也正好是平均電流Io（輸出電流）的兩倍，因此，正激式變壓器開關電源的電壓和電流的脈動系數S都約等于2，而與反激式變壓器開關電源的電壓和電流的脈動系數S相比，差不多小一倍，說明正激式變壓器開關電源的電壓和電流輸出特性要比反激式變壓器開關電源好很多。

正激式變壓器開關電源的缺點也是非常明顯的。其中一個是電路比反激式變壓器開關電源多用一個大儲能濾波電感，以及一個續(xù)流二極管。此外，正激式變壓器開關電源輸出電壓受占空比的調制幅度，相對于反激式變壓器開關電源來說要低很多。因此，正激式變壓器開關電源要求調控占空比的誤差信號幅度比較高，誤差信號放大器的增益和動態(tài)范圍也比較大。

另外，正激式變壓器開關電源為了減少變壓器的勵磁電流，提高工作效率，變壓器的伏秒容量一般都取得比較大。并且為了防止變壓器初級線圈產生的反電動勢把開關管擊穿，正激式變壓器開關電源的變壓器要比反激式變壓器開關電源的變壓器多一個反電動勢吸收繞組，因此，正激式變壓器開關電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開關電源的變壓器的體積大。

正激式變壓器開關電源還有一個更大的缺點是在控制開關關斷時，變壓器初級線圈產生的反電動勢電壓要比反激式變壓器開關電源產生的反電動勢電壓高。因為一般正激式變壓器開關電源工作時，控制開關的占空比都取在0.5左右，而反激式變壓器開關電源控制開關的占空比都取得比較小，大多數都在0.25左右。

半橋式變壓器開關電源與推挽式變壓器開關電源一樣，由于兩個開關管輪流交替工作，相當于兩個開關電源同時輸出功率，其輸出功率約等于單一開關電源輸出功率的兩倍。因此，半橋式變壓器開關電源輸出功率很大，工作效率很高，經橋式整流或全波整流后，輸出電壓的電壓脈動系數Sv和電流脈動系數Si都很小，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波和電流紋波就可以達到非常小。

半橋式變壓器開關電源最大的優(yōu)點是，對兩個開關管的耐壓要求比推挽式變壓器開關電源對兩個開關管的耐壓要求可以降低一半。因為，半橋式變壓器開關電源兩個開關管的工作電壓只有輸入電源Ui的一半，其最高耐壓等于工作電壓與反電動勢之和，大約是電源電壓的兩倍，這個結果正好是推挽式變壓器開關電源兩個開關管耐壓的一半。因此，半橋式變壓器開關電源主要用于輸入電壓比較高的場合，一般電網電壓為交流220伏供電的大功率開關電源大部分都是用半橋式變壓器開關電源。

半橋式開關電源的變壓器初級線圈只需要一個繞組，這也是它的優(yōu)點，這對小功率開關電源變壓器的線圈繞制多少帶來一些方便。但對于大功率開關電源變壓器的線圈繞制沒有優(yōu)勢，因為，大功率開關電源變壓器的線圈需要用多股線來繞。

半橋式開關電源最大的缺點是，當兩個開關管Q1和Q2處于交替轉換工作狀態(tài)的時候，兩個開關管會同時出現一個很短時間的半導通區(qū)域，即兩個控制開關同時處于接通狀態(tài)。這是因為開關管在開始導通的時候，相當于對電容充電，它從截止狀態(tài)到完全導通狀態(tài)需要一個過渡過程；而開關管從導通狀態(tài)轉換到截止狀態(tài)的時候，相當于對電容放電，它從導通狀態(tài)到完全截止狀態(tài)也需要一個過渡過程。另外，半橋式變壓器開關電源中的兩個開關管連接沒有公共地，與驅動信號連接比較麻煩。

當兩個開關管分別處于導通和截止過渡過程時，即兩個開關管都處于半導通狀態(tài)時半導通狀態(tài)時，相當于兩個開關管同時導通，它們會造成對電源電壓產生短路；此時，在兩個開關管的串聯(lián)回路中將出現很大的電流，而這個電流并沒有通過變壓器負載。因此，在兩個控制開關管Q1和Q2同時處于過渡過程期間，兩個開關管將會產生很大的功率損耗。為了降低開關管過渡過程產生的損耗，一般在半橋式開關電源電路中，都有意讓兩個開關管的接通和截止時間錯開一小段時間，但對控制電路來說，難度比較大。

諧振半橋式開關電源的兩個開關管都是在0電流或0電壓的時刻關斷或導通，因此，不存在兩個開關管同時導通和開關損耗的問題，即：兩個開關管的開關損耗相對比較低。但開關變壓器的初級線圈與次級線圈之間不能耦合得太緊，必須留出一定的漏感（大約在20%左右）。這樣，兩個開關管的開關損耗降低了，但開關變壓器的工作效率卻也同時降低了，特別是開關變壓器周圍存在金屬材料的時候，很容易產生渦流損耗，并且，由于開關變壓器的漏感很大，很容易產生電磁干擾，EMI/EMC指標比較難過關。

總的來說，反激式，正激式，諧振半橋式，三種開關電源的負載能力（或輸出功率），一個比一個大。一般，輸出功率在120W以下時，最好選用反激式開關電源；輸出功率在120～180W之間時，可選用正激式開關電源；輸出功率在180W以上時，必須選用半橋式或諧振半橋式開關電源。

37"以上的LCD-TV POWER一般損耗功率都在180W以上，因此，必須選用半橋式或諧振半橋式開關電源。

問：去買LCD-TV，促銷的給我說電源采用了動態(tài)調節(jié)節(jié)省功耗模式，想咨詢一下是如何處理的，主要是降低CCFL的電壓還是，變頻處理？另外想問一下平時說的變頻空調是不是調整逆變器的開關頻率啊？

答：電源采用了動態(tài)調節(jié)節(jié)省功耗模式，是指當電視圖像的對比度比較低時，可以降低背光燈的亮度，以節(jié)省電源功率。但目前的大屏幕LCD-TV一般對比度比都很低，如果是對整個屏幕的對比度都通過調節(jié)背光燈的亮度來進行控制，這種動態(tài)調節(jié)節(jié)省功耗模式毫無意義，它會降低顯示圖像的透亮度；只有對背光燈的亮度采取分區(qū)控制時，動態(tài)調節(jié)節(jié)省功耗模式才有意義。這種對背光燈的亮度采取分區(qū)控制技術必須采用LED作為背光燈，并且要做成點陣式，即矩陣排列結構，并與圖像掃描同步進行亮度控制，才會產生增大對比度的效果，只有對比度的控制范圍足夠大的時候，采用了動態(tài)調節(jié)節(jié)省功耗模式才有使用意義。

降低CCFL的電壓或LED的電壓主要是調整開關電源的占空比。平時說的變頻空調調整輸出功率也是調整開關電源的占空比，當開關電源的占空比改變時，開關電源的工作頻率也會跟著改變。

問：針對EMI/EMC，像LCD-TV POWER這類AC-DC的SMPS電源主要要考慮哪些問題?平時我們在電源端加TVS防雷擊浪涌是不是也屬于EMC??？另外順便問一下大家做電源設計一般加TVS處理不？

答：LCD-TV POWER開關電源輸出功率比較大，并且一般都采用PFC開關電源功率因數矯正和諧振半橋式開關電源，因此傳導干擾和輻射干擾都很大，特別是輻射干擾要比一般開關電源大，解決輻射干擾最好的方法就是進行屏蔽，把開關電源安裝在金屬盒中或利用散熱片進行電磁屏蔽。但進行屏蔽時也要注意金屬片不要離開關變壓器太近，或要避開磁力線最大的方向，否則會產生渦流損耗，降低開關電源工作效率。

一般的EMC濾波電路中Y電容和X電容都具有防止雷擊或電路開關突然斷路產生的浪涌電壓沖擊。Y電容可耐最高脈沖沖擊電壓為5000V，X電容可耐最高脈沖沖擊電壓為2500V。一般X電容都取得比較大，對浪涌電壓沖擊能量吸收也比較大；但Y電容因受漏電電流大小的限制，不能取得很大，因此，如果從安全方面考慮，最好在與火線連接的Y電容的兩端另外再并聯(lián)一個放電管。另外，有線電視的天線也是雷擊的輸入端，有線電視信號線插座的外殼一定要與大地連接可靠（注意這里的大地不是一般的機殼或機內地線）。

做電源設計時要不要加TVS處理，如果三端電源線的插座不是直接安裝在你的開關電源PCB板上，在沒有特別要求的時候，一般不需要另加TVS電路。TVS電路一定要加在電源線輸入端或有線電視天線的輸入端。