高壓LIS液晶電視電源參考設(shè)計

高壓LIPS液晶電視電源參考設(shè)計2023-07-0832英寸及更大尺寸的主流液晶電視電源要求產(chǎn)生多個電壓軌來為音頻、背光及信號處理等不同系統(tǒng)模塊供電。其中，信號處理板上使用本地線性及DC-DC轉(zhuǎn)換器來提供不同的低壓軌。對于制造商而言，通常使用通用電源，支持90至265Vac電壓。這就使基于特定電視尺寸的單個電源設(shè)計能夠用于一系列的不同型號，滿足不同區(qū)域市場需求，簡化物流及降低開發(fā)成本。如果某型號液晶電視面對全球市場且其功率高于75W，就需要遵從歐洲有關(guān)減少諧波的IEC61000-3-2標準，從而需要使用有源功率因數(shù)校正器。通常來說，液晶電視內(nèi)最耗電的子系統(tǒng)是背光模塊。當(dāng)今的大多數(shù)液晶電視使用冷陰極熒光管(CCFL)陣列作為背光源。這些燈管需要采用交流高電壓驅(qū)動，而且需要對燈管電流進行穩(wěn)流。傳統(tǒng)上逆變器是一個單獨模塊，采用額定電壓為24V的直流電源供電。在這種途徑下，背光要求與LCD面板相關(guān)聯(lián)，而且一個電源設(shè)計能夠用于多個不同供應(yīng)商提供的面板，從而簡化了液晶電視設(shè)計，但這種途徑效率較低，而且增加了額外的電源部分(指24V輸出)。例如，液晶電視的交流輸入電壓在PFC段被升壓至400Vdc，然后又采用諧振(LLC)半橋轉(zhuǎn)換為24Vdc。此24Vdc然后提供給逆變器模塊，從直流低壓轉(zhuǎn)換為高于1,000V的交流高壓以驅(qū)動CCFL燈。這種多段轉(zhuǎn)換流程產(chǎn)生較大損耗，并會增加系統(tǒng)成本。本參考設(shè)計中使用的高壓LIPS(HV-LIPS)架構(gòu)旨在消除400Vdc至24Vdc轉(zhuǎn)換段，直接從高壓功率因數(shù)校正(PFC)輸入段為逆變器供電，從而改善系統(tǒng)總效率。這要求以高壓直接變換的方式在液晶電視內(nèi)融合傳統(tǒng)電源功能，優(yōu)化總體系統(tǒng)方案。傳統(tǒng)上，全球眾多志愿性及規(guī)范機構(gòu)的標準都著眼于降低電子產(chǎn)品的待機能耗，美國、歐盟等地的眾多國際規(guī)范對電視產(chǎn)品的待機能耗要求為1W，而中國中標認證中心(CSC)要求為3W。而隨著液晶電視尺寸越來越大，其能耗也越來越高。由于液晶電視市場份額越來越大，規(guī)范機構(gòu)也越來越關(guān)注平板電視工作狀態(tài)下的能耗對電網(wǎng)的累積影響。如“能源之星”發(fā)布了電視產(chǎn)品第3版工作能耗要求(見表1)。關(guān)鍵設(shè)計目標輸入電壓：通用輸入85-265Vac,47-63Hz系統(tǒng)電源有源功率因數(shù)校正(ActivePFC)，符合IEC61000-3-2規(guī)范最大穩(wěn)態(tài)能耗50W，峰值60W12V/4A峰值5V/2.5A峰值24V–MOSFE門驅(qū)動偏置能夠靈活修改，支持其它電壓/電流配置50mW負載時，待機輸入能耗(Pin)<400mW(5V@10mA)逆變器電源支持100W功率啟動電壓(Strikevoltage)>1,500Vac，工作電壓>800Vac固定頻率逆變器，可在40-80kHz范圍調(diào)節(jié)支持數(shù)字及模擬調(diào)光能夠同步至視頻時鐘源PFC段設(shè)計高壓LIPS架構(gòu)的核心就是有源PFC前端升壓段。首先，對于輸入功率高于75W的電源而言，它使設(shè)計符合IEC61000-3-2規(guī)范的諧波含量要求。其次，它為逆變器段提供經(jīng)過穩(wěn)壓的400Vdc高壓。除了為背光供電，PFC段還提供電能給隔離型反激開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，此反激轉(zhuǎn)換器提供所有需要的電源，為執(zhí)行液晶電視內(nèi)的控制、接口、信號處理及音頻放大等功能的數(shù)字及模擬電路供電。根據(jù)液晶電視特性集及功能的不同，這個模塊的功率可能介于30至60W之間。為了簡化設(shè)計，及降低這個電源轉(zhuǎn)換段的總體復(fù)雜度，本參考設(shè)計選用了安森美半導(dǎo)體專有的高能效反激控制器NCP1351，此器件使大多數(shù)液晶電視應(yīng)用無需專用的待機電源。選擇NCP1351是因為它采用準諧振固定導(dǎo)通時間(FON)控制原理，在負載要求變小時降低反激轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率。兩個(置于次級端的)額外開關(guān)會在待機模式斷開主電源負載，從而免除待機模式下的寄生損耗。PFC段所采用的PFC控制器是安森美半導(dǎo)體的NCP1606B，此控制器設(shè)計用于工作在可變頻率臨界導(dǎo)電模式(CrM)，是150W功率(<180W)應(yīng)用的最適合方案。有關(guān)此PFC段的電磁干擾(EMI)設(shè)計、具體控制途徑、詳細設(shè)計過程及測試結(jié)果等更多信息，可參見參考資料[1]。用于控制、信號及音頻功能的反激轉(zhuǎn)換器段由于采用專門的直流-交流(DC-AC)轉(zhuǎn)換器來為CCFL燈供電，反激開關(guān)電源用于為控制、信號處理及音頻放大等功能的模擬及數(shù)字模塊供電。由于要求的總功率有限(<60W)，有可能考慮反激拓撲結(jié)構(gòu)，帶有待機模式，卻無需專用待機開關(guān)電源，這提高了解決方案的總體性價比。要實現(xiàn)這個目標，需要在輕載條件下能提供高能效的控制器架構(gòu)。此反激變換器使用了NCP1351PWM控制器，主要是用于功率低于60W的離線反激電源。NCP1351采用準固定導(dǎo)通時間技術(shù)，不同負載和不同輸入電壓對應(yīng)不同的關(guān)閉時間，負載變輕時降低其開關(guān)頻率，同時降低開關(guān)損耗。因此，使用這種方案的電源自然地提供極小的待機功率，并且優(yōu)化其它負載條件下的能效。隨著頻率的下降，峰值電流逐漸降低至最大峰值電流的約30%，防止變壓器機械工作共振?？陕犜肼暤娘L(fēng)險也大幅消除，同時還獲得良好的待機能耗性能。由于PWM控制器工作在準固定導(dǎo)通時間，開關(guān)頻率隨著負載而變化。在輕載條件下，此反激轉(zhuǎn)換器工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)。負載增加時，頻率也隨之增加，直到控制器進入連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)，而CCM優(yōu)化用于提供極高的效率。壘帆另外絞，在響液晶全電視激應(yīng)用鄰中，載實現(xiàn)昨良好給的交吩叉穩(wěn)偽壓是影一項稿設(shè)計濟挑戰(zhàn)伶，因廁為容五限非帽常嚴惠格警(私通常筋為棍±5采%)允，且亮由于報音頻堪放大味的大鎖動態(tài)繞范圍曉，以要及信嬌號處繳理電境源負扁載根劍據(jù)輸透入視嚷頻源尖的不嗽同而叢變化桐，動就態(tài)工刺作可據(jù)能大傭范圍拍地變管化。私本參也考設(shè)滴計基涉準型召(S百MP昨S1犬)陶的典慮型輸余出電銅壓及廢負載流范圍濕是：這l傘+5水V嬌：捏0帶至棟2.枕5論A媽l品+1稀2技V嗎：扇0庫至遺4挑A傷為了密改善膝總體攝交叉葵穩(wěn)壓懸性能災(zāi)，布+5褲V調(diào)二極睬管連多接至沒繞組舌的地誕(G歐ND葉)刮，而如+1客2發(fā)V癢繞組僵在駁5倘V壽繞組嶺之上滿。而斯在待古機模篇式下幕，開符關(guān)電羨源的賭頻率撤工作趣在聲始頻范群圍。耐因此斑，根轟據(jù)變毅壓器秩構(gòu)造挨及機冠械設(shè)脹計的高不同葉，有忠可能菜出現(xiàn)馳一些團可聽灘見的控噪聲德。大虛多數(shù)嘉人最辛敏感控的頻創(chuàng)率范尺圍是詳7鵝至冶13巷k偶Hz娘范圍暫。本儉專用懸參考援設(shè)計逝應(yīng)用壟于挖50喘至票75扇坊mW濫的額醬定待洽機負影載，異故待罪機時園的頻駁率小春于很5殊kH揮z澇。借飯本參命考設(shè)牢計提駝供充搭足的快靈活愧性，腥配合瀉多種虜輸出想配置蹄，而宵只須撓對蜻BO優(yōu)M禍作簡秩單調(diào)換整。鍵NC廟P1聰35尿1B羞反表激設(shè)狠計報能夠販靈活盾的支園持多挎達厲4窗個獨氧特電刃壓輸峰出。員本參訓(xùn)考設(shè)鍵計所否使用騎的標查準配耳置境(S明MP每S1埋)違擁有奮5塔Vd孟c悟和圓12輛芽Vd證c瞧輸入室，以室及煩24總曉Vd輪c洋電壓徹輸出墳。表材2極中列遞出了坐多種舞可選產(chǎn)配置狂，能充夠用橋于配臭合不助同的沃電源江機制蒜。辯住高壓衣背光扮逆變測器電蓬源段蜂1)雙莊半橋積與銅全橋察拓撲辦結(jié)構(gòu)繳比較川匯高壓祖逆變猜器能介夠雅采用器半橋沃或油全橋卸拓撲噸結(jié)構(gòu)蘆實現(xiàn)徹。決償定采匹用何司種拓贈撲結(jié)孝構(gòu)要豈考慮喂多項串因素努。與頑半橋棵結(jié)構(gòu)哨引轉(zhuǎn)比，孔全橋渣拓撲頃結(jié)構(gòu)寺?lián)碛姓潮姸鄬?yōu)勢葛，如鄙固定俱工作搬頻率閑時零盾電壓梢開關(guān)咐(Z丑VS玩)氏、降蕩低煙EM奮I臣及功拘率損鐮耗、調(diào)減輕票MO爽SF戲ET申開關(guān)貸應(yīng)力頌及減鎮(zhèn)少散闊熱等村。此蓋外，回在全止橋拓晃撲結(jié)棟構(gòu)下嫩，由煎于控哲制器廟工作仍在固無定頻葡率，陶有可遭能將腎開關(guān)鍵頻率液與視竭頻頻迷率同積步，灣避免生任何違可能碎的背增光子恐系統(tǒng)排干擾仙影響虜視頻含圖像窄。佛2)延L拖X6壺50囑3千背光際控制徐器借丈本參查考設(shè)栽計采炸用了濁Mi除cr田os淹em鉗i字的燈LX賴65屑03廊背光掠控制邁器。愧LX分65煩03蠶是一勸款高圾性能掙CC瞎FL采控制臣器，貢旨在擊用于隆液晶挎電視拾及其屆它多愛燈霧LC蟻D耀顯示改系統(tǒng)作。它酬經(jīng)過距了特以別優(yōu)謊化，也是用必于高況壓逆版變器她架構(gòu)栽的一框種高袋性價抖比解扇決方哨案。舍這控骨制器咬提供胡一對輸推挽裂式廢(p伸us劣h-保pu徐ll譯)厚PW否M愚驅(qū)動陸信號谷，在勤增加允簡單銅的外吧部電播路的誦情況鉗下，濫具有猴足夠旬的能逆力驅(qū)畏動推戒挽私式半未橋或獸全橋毀CC感FL添逆變植器。術(shù)3)腎C亭CF靠L棒驅(qū)動坑及電交流平宿衡褲麻必須賣仔細路考慮瘡CC捉FL居燈啟經(jīng)動框及電伐流平瑞衡，雖從而跑擁有膜可靠段的背已光系竿統(tǒng)。邀本參餃考設(shè)鳥計中列使用云的暴JI攀N卷平衡膚器始(b財al潤an艇ce益r)知解決臺方案題能夠暢提供芬極佳復(fù)的燈絹電流罰平衡速功褲能，丹同時恥還結(jié)夫合頻開率掃懂描到(f恒re負qu秒en別cy應(yīng)s倘we箱ep您in婦g)稿j慌啟動姨技術(shù)大，確傷?？梢劭康牧P燈啟傷動。充JI鄙N革平衡吸器基鴉于平談衡變胖壓器梁的電私磁耦百合原勸理，蒜產(chǎn)生塊額外模的校焰正電踏壓給周燈，辱從而瘡均衡此燈電激流。闊這平連衡器班網(wǎng)絡(luò)半的基魯本配煤置如下圖孟1獸所示假。平塞衡器縫次級喉繞組漫的串塌行回算路均率衡了朽初級菊端電餓流，楊并提必供燈藍電路逆之間禽的耦扎合機藍制。窗有了凝這樣液的耦鋸合機爺制，飼如果躺其中扛某個腳燈未佩啟動催，已頓經(jīng)啟帖動的塵燈的澡能量販將自蹦動耦配合至堵未啟吵動燈揉電路陷的初精級繞奪組，哄從而基增加派燈電撒壓，增幫助顏其啟察動。燥如圖詢1作所示團，平沾衡器禮網(wǎng)絡(luò)犁的繞種線配逗置是勻一致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