近幾年來，全球電視機(jī)行業(yè)由顯像管電視逐步過渡到薄形化的LCD TV時(shí)代，并且每年以飛快的速度在增長。香港以及部分中國電器店中已經(jīng)沒有顯像管電視的展銷。然而，到目前為止沒有任何一家中國電視機(jī)整機(jī)廠家能夠開發(fā)制作液晶電視屏。所以從成本控制上只能從屏以外的電源、主板等控制成本，提高性能來實(shí)現(xiàn)個(gè)性化。本文就中小尺寸液晶電視機(jī)用電源的性能特點(diǎn)出發(fā)，如何開發(fā)出高效率、低成本、超低待機(jī)功耗、薄形化的液晶用開關(guān)電源以滿足日益劇烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求。
一．該方案的特點(diǎn)
該方案是根據(jù)市場(chǎng)對(duì)液晶電視電源的幾大指標(biāo)要求設(shè)計(jì)而成。目前市場(chǎng)上針對(duì)32inch以下LCD TV用電源開發(fā)出了各種方案，其中較為常見的有QR(準(zhǔn)共振)方式、電流共振/諧振方式、PWM等方式。QR方式工作的電源IC種類繁多，前幾年使用較多的單純的QR方式IC已經(jīng)被所謂的擁有頻率限制的IC代替。而所謂的輕載時(shí)頻率限制大多是通過對(duì)開關(guān)電流大小的檢測(cè)而實(shí)現(xiàn)，檢測(cè)過程中雖然帶有回環(huán)遲滯，但是當(dāng)液晶電視機(jī)的節(jié)能模式切換以及Audio部分負(fù)載瞬間大幅度變化時(shí),通過跳出一個(gè)或多個(gè)波峰的方式實(shí)現(xiàn)限頻目的，從而使得開關(guān)頻率大幅度變化，開關(guān)變壓器不斷發(fā)出聲音。電流共振/諧振方式開關(guān)電源雖然擁有輸出端交叉調(diào)整率好、EMI處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但是針對(duì)32inch以下功率不是很大的系統(tǒng)而言，成本偏高(市場(chǎng)現(xiàn)有的幾款電流共振IC都要求前端為有源PFC輸入)，同時(shí)單個(gè)DC變換器實(shí)現(xiàn)不了待機(jī)功耗在1W以下的要求。PWM方式開關(guān)電源雖然最近基本都帶有頻率抖動(dòng)功能，但是PWM模式的開關(guān)電源打開時(shí)為硬開關(guān)，開關(guān)損耗較大,電源整體效率較低。本方案中使用的STR-Y6476 IC，工作模式為反激方式，它克服了上述電源的不足之處，實(shí)現(xiàn)高效率、低噪音、低成本、超低待機(jī)功耗、薄形化、豐富的保護(hù)功能等要求。
1．高效率、低噪音
STR-Y6476電源IC是一款內(nèi)置850V高耐壓功率MOSFET的厚膜IC，導(dǎo)通電阻(Max)為1.3歐姆。本身的高耐壓MOSFET內(nèi)置使得反激電壓VFlyback可以設(shè)置到200V~300V之間，內(nèi)置MOSFET打開時(shí)可以實(shí)現(xiàn)零開關(guān)動(dòng)作，同時(shí)MOSFET關(guān)段時(shí)由于準(zhǔn)共振電容較大，關(guān)段時(shí)的損耗也可以近似為零。所以開關(guān)損耗很低。同時(shí)由于Bottom Skip功能的搭載，即使負(fù)載減輕開關(guān)頻率也不會(huì)上升很高。該功能的存在可以實(shí)現(xiàn)高效率。一款36W(14inch LCD TV :12V/3.0A)~155W(32inch LCD TV: 24V/5.0A;12V/2.5A;5V/1.0A)的電源可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍電源效率在90%以上。由于開關(guān)動(dòng)作基本接近零開關(guān),所以EMI處理非常簡(jiǎn)單。輸出端負(fù)載變化時(shí)通過同時(shí)檢測(cè)內(nèi)置功率MOSFET的漏極電流和FB(Feedback)端子電壓的大小，即使液晶電視出現(xiàn)節(jié)能模式切換和Audio負(fù)載的大幅度變化也不會(huì)有開關(guān)變壓器的聲音出現(xiàn)。見以下4個(gè)實(shí)測(cè)波形。
下述4個(gè)波形圖為負(fù)載由無負(fù)載變化到最大負(fù)載(80W)時(shí)，動(dòng)作模式的確認(rèn)。
(1：STR-Y6476的漏極對(duì)地電壓； 2：輸出負(fù)載電流； 3：STR-Y6476的漏極電流； A：1的放大)
從上圖可以看出，負(fù)載即使發(fā)生急劇變化，一定時(shí)間內(nèi)工作模式仍工作在準(zhǔn)共振工作模式，電流沒有發(fā)生突變，所以變壓器沒有嘯叫聲。
2．低成本
由于IC內(nèi)部集成很多功能，所以外圍電路非常簡(jiǎn)單。另外，滿足低待機(jī)功耗(AC輸入功率低于1W)要求不需要專用的待機(jī)電源,使得電源整體成本很低。
3．超低待機(jī)功耗
由于起動(dòng)電路的內(nèi)置和Audio Burst的待機(jī)功能實(shí)現(xiàn)超低待機(jī)功耗，無負(fù)載條件下能夠?qū)崿F(xiàn)輸入功率低于0.1W的目標(biāo)。普通液晶電視待機(jī)時(shí)CPU負(fù)載大致為5V/70～100mA，在該條件下能夠?qū)崿F(xiàn)AC輸入功率在1W以下。同時(shí)待機(jī)不需要開關(guān)元件(如光藕)切換，根據(jù)負(fù)載條件可以自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)。
4．薄形化
STR-Y6476 IC本身高度只有13mm，同時(shí)擁有跟STR-Y6476功能完全相同，但高度更低的STR-L6476，其高度僅為9mm，所以可以實(shí)現(xiàn)液晶電視的更加薄型化要求。見下圖示
5．豐富的保護(hù)功能
STR-Y6456擁有豐富的保護(hù)功能，能夠滿足電源在異常狀態(tài)下起到豐富的保護(hù)作用。
�、龠^電流保護(hù)(OCP)：每個(gè)工作周期進(jìn)行檢測(cè)。
�、谶^負(fù)載保護(hù)(OLP)：根據(jù)不同的要求，進(jìn)入過負(fù)載保護(hù)狀態(tài)后可以實(shí)現(xiàn)鎖定(Latch)或自動(dòng)復(fù)位(Auto Reset)模式的選擇。
�、圻^電壓保護(hù)(OVP)：當(dāng)變壓器副邊控制輸出端定電壓檢測(cè)電路開路或光藕等元件損壞時(shí),可以實(shí)現(xiàn)OVP保護(hù)。
�、躎SD保護(hù)：當(dāng)環(huán)境溫度或其他異常狀態(tài)導(dǎo)致STR-Y6476過度發(fā)熱，可以自動(dòng)進(jìn)入過熱保護(hù)狀態(tài)，進(jìn)入鎖定(Latch)模式。
6．輸入功率校正功能
該方案中STR-Y6476擁有輸入功率校正功能，以確保電源在AC輸入低和AC輸入高時(shí)相同的過負(fù)載條件下進(jìn)入到過負(fù)載保護(hù)狀態(tài)，以避免在AC輸入電壓高、電源異常狀態(tài)(如短路、過負(fù)載等)下，輸出整流二極管以及內(nèi)置的MOSFET因負(fù)載過大而發(fā)熱導(dǎo)致最終損壞。如下圖所示。
二．典型應(yīng)用電路圖和變壓器參數(shù)
1．14-21inch LCD TV用電源電路圖
2．14-20inch LCD TV用變壓器參數(shù)
(1) 使用變壓器PQ26/20(TDK Core)
(2) 最低振蕩頻率設(shè)置：45kHz；變壓器原邊電感量：672uH;
(3) 變壓器原副邊匝數(shù)、使用繞線以及繞制結(jié)構(gòu)圖(如下所示)
3．26-32inch LCD TV用電源電路圖(具體參數(shù)見下圖中標(biāo)稱值)
注意:該電源方案按照寬電源AC90~AC264V設(shè)計(jì)，面向中國或歐洲市場(chǎng)可以在AC整流后添加扼流圈
(Reactor)以滿足功率因數(shù)較正要求。面向北美市場(chǎng)可以將上圖中扼流圈(Reactor)省去。
4．26-32inch LCD TV用變壓器參數(shù)(即上圖中變壓器參數(shù))
(1) 使用變壓器EER-40(TDK Core)(臥式)(如果需要實(shí)現(xiàn)更薄型化的要求，可以通過采用高度更低的開關(guān)變壓器實(shí)現(xiàn))
(2) 最低振蕩頻率設(shè)置：50kHz；變壓器原邊電感量：250uH;
(3) 變壓器原副邊匝數(shù)、使用繞線以及繞制結(jié)構(gòu)圖(如下所示)
三．總結(jié)
通過使用該方案可以省去待機(jī)電源、降低整體成本的同時(shí)滿足全球低待機(jī)功耗要求(1W以下)。實(shí)現(xiàn)非常高的電氣性能的同時(shí)大大降低電源成本。電源工程師在短時(shí)間內(nèi)根據(jù)該方案可以設(shè)計(jì)出非常有競(jìng)爭(zhēng)力的中小尺寸液晶電視用電源。 |
