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液晶電視綠色電源解決方案

發(fā)布時(shí)間:2011-02-21

中心議題:
  • 綠色電源解決方案
解決方案:
  • 采用兩個(gè)控制回路
  • 采用高壓MOSFET
相對(duì)于CRT電視,中等尺寸和大尺寸平板液晶電視的功耗要高很多。這增加了液晶電視使用成本,限制了液晶電視的普及。能源之星3.0針對(duì)不同尺寸的電視機(jī)制定了全新的功耗規(guī)范。待機(jī)輸入功耗,輸入諧波和平均效率也必須符合這些規(guī)定。例如,表1所示為不同尺寸電視機(jī)在開機(jī)模式下的功耗要求。因此,要想滿足該要求,必須利用高效率開關(guān)電源。

除開機(jī)功耗外,在待機(jī)模式下,輸入功率應(yīng)低于1W。待機(jī)功率要求是開關(guān)電源設(shè)計(jì)者面臨的又一挑戰(zhàn)。此外,大多數(shù)尺寸的電視機(jī)的輸入功率高于75W,因此需要功率因數(shù)校正(PFC)電路以符合ICE61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)要求。要獲得高效率和高功率因數(shù),需要采用有源PFC調(diào)節(jié)器??傊?,典型的液晶電視開關(guān)電源通常由待機(jī)功率轉(zhuǎn)換器、PFC預(yù)調(diào)節(jié)器和主轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。

本文將探討如何應(yīng)對(duì)不同功率級(jí)的挑戰(zhàn)。表1不同尺寸電視機(jī)的平均開機(jī)功率水平要求功率級(jí)PFC預(yù)調(diào)節(jié)器升壓轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用最為廣泛的拓?fù)洹?br />
對(duì)于傳統(tǒng)的PFCCCM解決方案而言,需要采用兩個(gè)控制回路(電流回路與電壓回路)??刂齐娐份^為復(fù)雜,同時(shí)采樣輸入電壓信號(hào)也將額外增加待機(jī)損耗。為了解決這些問題,采用8管腳CCMPFC、ICE2PCS02G,控制器可降低設(shè)計(jì)難度。采用該控制器只需連接少數(shù)器件,這使PFC級(jí)的設(shè)計(jì)變得輕而易舉。這種IC采用BiCMOS工藝制成,因此輸出電壓采樣管腳的輸入阻抗非常高。例如,采用6MΩ電阻分壓器,待機(jī)模式下功耗僅為27mW。這有助于滿足待機(jī)功率要求。除控制器部分外,具備最低導(dǎo)通電阻和較低寄生電容的全新CP系列CoolMOS也是提升效率的最佳選擇。

主功率級(jí)就液晶電視而言,典型輸入電壓為24V的背光單元消耗絕大部分功率。對(duì)于這些輸出功率范圍為60W~180W,輸入電壓為400V的應(yīng)用而言,準(zhǔn)諧振(谷值開關(guān))反激式轉(zhuǎn)換器是非常經(jīng)濟(jì)合算的解決方案。相對(duì)于硬開關(guān)反激式轉(zhuǎn)換器,它具備更出色的效率和EMI性能。對(duì)于未加限頻電路,自由運(yùn)行的準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器而言,如果系統(tǒng)的工作負(fù)載在50%至70%之間(測(cè)量開機(jī)功耗的負(fù)載范圍),開關(guān)頻率就會(huì)增大許多。大多數(shù)情況下,這需要設(shè)計(jì)者付出更大的努力和成本來優(yōu)化設(shè)計(jì)。英飛凌準(zhǔn)諧振控制器ICE2QS02G采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字降頻模式,有效解決了此問題。根據(jù)負(fù)載情況,IC將在不同的谷值點(diǎn)開通MOSFET。例如,在滿負(fù)載條件下,轉(zhuǎn)換器將在第一谷值點(diǎn)運(yùn)行,提供最大功率,如果負(fù)載降至70%時(shí),轉(zhuǎn)換器將在第二或第三谷值點(diǎn)運(yùn)行。在這種情況下,轉(zhuǎn)換器的開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗始終保持平衡,轉(zhuǎn)換器獲得最高的運(yùn)行效率。明MOSFET在第一谷值點(diǎn)和第七谷值點(diǎn)導(dǎo)通。(a)在第一谷值點(diǎn)完成谷值開關(guān)(b)在第七谷值點(diǎn)完成谷值開關(guān)

改善主功率級(jí)效率的另一個(gè)可行辦法是采用高壓MOSFET。對(duì)于準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器,高壓MOSFET允許存在高反射電壓,因此降低了MOSFET的導(dǎo)通損耗。此外,采用高壓MOSFET還可降低主傳導(dǎo)損耗。例如,800VCoolMOS®C3或全新900VCoolMOS可使效率再提高1%~3%。這出色平衡了成本和效率。待機(jī)轉(zhuǎn)換器在這種功率水平,需要獨(dú)立的待機(jī)轉(zhuǎn)換器。采用集成功率IC和固定頻率反激式轉(zhuǎn)換器是當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案。除成本以外,待機(jī)功耗是最大難點(diǎn)。液晶電視SMPS待機(jī)功耗應(yīng)低于1W。在這種情況下,系統(tǒng)的輸出功率約為0.5W(來自待機(jī)轉(zhuǎn)換器)。PFC預(yù)調(diào)節(jié)器和主功率級(jí)關(guān)閉。因此,改善待機(jī)能效的關(guān)鍵點(diǎn)包括待機(jī)轉(zhuǎn)換器效率、二次側(cè)功率損耗和母線電壓采樣功率損耗。為改善待機(jī)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率,降低平均開關(guān)頻率至關(guān)重要。不過,要想在系統(tǒng)結(jié)束待機(jī)時(shí)保持輸出調(diào)節(jié)并為負(fù)載波動(dòng)做好準(zhǔn)備,需主動(dòng)進(jìn)行控制。英飛凌CoolSETF3R產(chǎn)品具備獨(dú)有的主動(dòng)突發(fā)模式,可實(shí)現(xiàn)超低的待機(jī)功耗。

其工作原理是,如果反饋信號(hào)水平降至突發(fā)進(jìn)入閾值(FB1)以下,并持續(xù)一段時(shí)間,控制IC進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式。這時(shí)開關(guān)脈沖停止,輸出電壓則會(huì)降低,然后反饋電壓升高。當(dāng)它升到突發(fā)開始水平(FB3),開關(guān)脈沖恢復(fù)。在處于突發(fā)模式期間,輸出會(huì)升高,反饋電壓開始降低。當(dāng)它降到突發(fā)結(jié)束水平(FB2),開關(guān)脈沖再次停止。這種突發(fā)交替性結(jié)束開始,構(gòu)成主動(dòng)突發(fā)模式。如果負(fù)載由輕載提高至重載,反饋電壓值將開始提高。如果反饋電壓水平超過突發(fā)退出閾值(FB4),IC將離開主動(dòng)突發(fā)模式。屏蔽時(shí)間和其他2個(gè)閾值(FB1和FB4)可有效降低錯(cuò)誤觸發(fā)突發(fā)模式的幾率。最后,如果IC進(jìn)入主動(dòng)突發(fā)模式,最大峰值電流閾值將降至原始值的三分之一或四分之一。這可大大降低變壓器電流噪音。除了待機(jī)轉(zhuǎn)換效率,還可降低輸出電壓、主總線和輸入電壓感測(cè)功率損耗。例如,在主功率級(jí)的輸入電壓采樣部分采用4MΩ電阻分壓器。系統(tǒng)性能表1推薦解決方案的技術(shù)規(guī)格


在額定線路輸入電壓條件下,不同負(fù)載情況下的系統(tǒng)效率。在110Vac條件下,滿負(fù)載效率超過87%。此外,平均效率保持在較高水平(30%負(fù)載之后)。結(jié)語(yǔ)液晶電視的高功耗給SMPS的設(shè)計(jì)造成很多困難。此外,各種不同規(guī)格的要求使設(shè)計(jì)難上加難。對(duì)于中小尺寸液晶電視而言,有源PFC預(yù)調(diào)節(jié)器、準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器和固定頻率反激式轉(zhuǎn)換器的結(jié)合應(yīng)用是非常經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。在這個(gè)解決方案中,英飛凌提供的控制器IC、集成功率IC和CoolMOS可使設(shè)計(jì)變得輕而易舉,同時(shí)具備出類拔萃的性能。
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