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大尺寸LD-TV电源整体解决方案2

大尺寸LD-TV电源整体解决方案2

点击数:7224 次   录入时间:03-04 11:59:12   整理:http://www.55dianzi.com   电子技术
LCDTV传统方案分析及存在的问题

由于负载的多样性,LCDTV的电源设计也变得相对复杂,需要如AC功率因数校正、隔离式电源转换、非隔离式负载点电源转换以及各种各样的电源监测保护功能,LCDTV产品正越来越多地依靠电源管理领域的技术创新来确立其在市场上的竞争力。

23英寸及以下的小尺寸LCDTV由于整机功率通常小于75W,不需要配置PFC线路,其供电模块的设计和制造已经相对成熟,早期分立的AC/DC主电源板和DC/AC逆变电源板出于降低制造成本的考虑已经被整合到一块PCB板上,即目前主流的LIPS(LCDIntegratedPowerSystem)结构,昂宝电子针对此类应用开发了多款LIPS电源,AC/DC部分转换电路主要使用OB2263、OB2269和OB2202等芯片,DC/AC部分逆变器电路主要采用OB3316、OB3318和OB494P等芯片,小尺寸LCDTV内部只有电源板和信号处理主板两块PCB,而对于32英寸以上大尺寸LCDTV而言,其内部会相对复杂。

图2所示为传统32英寸LCDTV,内部主要包括3块PCB板,即:信号处理主板,用于音频视频处理及系统控制等功能;AC/DC电源板,将市电的220V@50Hz或110V@60Hz交流输入转换成音频系统、视频系统、控制系统等所需要的24V/18V/12V/5V/3.3V等直流电压,并实现功率因数校正、与输入电网安全隔离等功能;DC/AC电源板,用于将AC/DC电源板输出的24V或12V直流电压再逆变升压得到1000V@50Hz的交流电压,以此高压高频正弦交流电压来驱动背光CCFL灯管,并实现背光亮度调节等功能。


图2:传统式LCDTV内置信号处理、AC/DC电源、DC/AC电源三块PCB板。

图3是传统式LCDTV电源的结构框图,按照功能通常可将其划分为3大模块,即:PFC模块、DC/DC主电源模块、DC/AC逆变电源模块。


图3:传统式LCDTV电源系统结构框图。

由于离线式开关电源不可避免会产生带高谐波含量的非正弦输入电流,这会对电网产生一定污染,并影响到连接在同一电源线的其它电子设备,为满足欧盟IEC61000-3-2的D类标准或类似的区域性谐波含量规范,通常需要在输入功率大于75W的开关电源设计中加入PFC模块。大尺寸LCDTV的输入功率远远大于75W,因此PFC模块也是LCDTV电源中不可缺少的部分,PFC模块通过Boost线路将电网输入的交流电压转换成稳定的400V直流电压供给后级DC/DC电源使用。


图4:传统式LCDTV主电源功率范围及架构选择。

DC/DC主电源模块负责将PFC输出的400V直流电压转换成各种负载所需的低压直流电平,来满足DC/AC逆变电源输入、音响系统、视频系统、控制系统等模块的工作需要,常见电压包括24V/18V/12V/5V/3.3V等。国际能源署(IEA)和欧盟制定的“1W”计划要求在2010年将所有产品的待机功耗降低到1W以内,为符合1W待机功耗规范,DC/DC主电源模块之外通常还需要设计一块独立的待机电源,用于在待机模式下维持遥控接收器模块的工作,并将PFC和DC/DC主电源模块关闭,以最大限度降低待机功耗。

根据LCDTV尺寸及功率的大小,DC/DC主电源的常见拓扑结构包括:反激(包括准谐振)、双管反激、双管正激、谐振半桥(HBLLC)等几种。对于50W~100W的功率范围,单开关的反激或准谐振反激拓扑是最佳选择,其中准谐振控制通过减小开关损耗来提高转换效率并改善开关造成的EMI干扰。而对于更大功率的100W~200W范围,可以通过双开关反激的方式来应对。正激结构可应用于200W~300W的功率范围,但由于需在连续导电模式下工作,解决由于硬开关所带来的EMI问题是一项挑战。谐振半桥结构适用于150W以上的功率应用,该结构在高功率级的LCDTV应用中性能优势十分明显,全负载范围的零电压开关(ZVS)及低电流关断控制可帮助最大限度降低开关损耗及减小EMI干扰。

DC/AC逆变电源用于驱动背光模组,其将DC/DC主电源输出的24V或12V直流电压转换为1000V左右的高压交流电压用于驱动背光CCFL灯管并实现背光亮度(灯管电流)的调节功能,LCDTV显示画面的对比度需依靠高亮度的背光来支撑,所以DC/AC逆变电源部分的输出功率通常占整机总输出功率的70%以上,且尺寸越大,背光功耗所占比重越大。

通过上述对传统LCDTV电源的结构分析,我们不难发现一个问题,即整体效率非常低,因为占70%以上功耗的背光部分电能在PFC之后经历了降压再升压的两级转换,且转换过程中的效率损失也会引起散热问题。LCDTV的超簿设计及噪音限制使得无法在机箱中添加风扇,而热量的堆积会直接导致机壳内上下部分温度不均匀,再加上CCFL亮度对温度的敏感特性,这样的设计给用户呈现出来的将是面板上下部亮度不均匀的“独特”效果。

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