近幾年來，全球電視機行業由顯像管電視逐步過渡到薄形化的LCD TV時代，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整機廠家能夠開發制作液晶電視屏。所以從成本控制上只能從屏以外的電源、主板等控制成本，提高性能來實現個性化。本文就中小尺寸液晶電視機用電源的性能特點出發，如何開發出高效率、低成本、超低待機功耗、薄形化的液晶用開關電源以滿足日益劇烈的市場競爭要求。
一．該方案的特點
該方案是根據市場對液晶電視電源的幾大指標要求設計而成。目前市場上針對32inch以下LCD TV用電源開發出了各種方案，其中較為常見的有QR(準共振)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已經被所謂的擁有頻率限制的IC代替。而所謂的輕載時頻率限制大多是通過對開關電流大小的檢測而實現，檢測過程中雖然帶有回環遲滯，但是當液晶電視機的節能模式切換以及Audio部分負載瞬間大幅度變化時,通過跳出一個或多個波峰的方式實現限頻目的，從而使得開關頻率大幅度變化，開關變壓器不斷發出聲音。電流共振/諧振方式開關電源雖然擁有輸出端交叉調整率好、EMI處理簡單等優點,但是針對32inch以下功率不是很大的系統而言，成本偏高(市場現有的幾款電流共振IC都要求前端為有源PFC輸入)，同時單個DC變換器實現不了待機功耗在1W以下的要求。PWM方式開關電源雖然最近基本都帶有頻率抖動功能，但是PWM模式的開關電源打開時為硬開關，開關損耗較大,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，實現高效率、低噪音、低成本、超低待機功耗、薄形化、豐富的保護功能等要求。
1．高效率、低噪音
STR-Y6476電源IC是一款內置850V高耐壓功率MOSFET的厚膜IC，導通電阻(Max)為1.3歐姆。本身的高耐壓MOSFET內置使得反激電壓VFlyback可以設置到200V~300V之間，內置MOSFET打開時可以實現零開關動作，同時MOSFET關段時由于準共振電容較大，關段時的損耗也可以近似為零。所以開關損耗很低。同時由于Bottom Skip功能的搭載，即使負載減輕開關頻率也不會上升很高。該功能的存在可以實現高效率。一款36W(14inch LCD TV :12V/3.0A)~155W(32inch LCD TV: 24V/5.0A;12V/2.5A;5V/1.0A)的電源可以實現全負載范圍電源效率在90%以上。由于開關動作基本接近零開關,所以EMI處理非常簡單。輸出端負載變化時通過同時檢測內置功率MOSFET的漏極電流和FB(Feedback)端子電壓的大小，即使液晶電視出現節能模式切換和Audio負載的大幅度變化也不會有開關變壓器的聲音出現。見以下4個實測波形。
下述4個波形圖為負載由無負載變化到最大負載(80W)時，動作模式的確認。
(1：STR-Y6476的漏極對地電壓； 2：輸出負載電流； 3：STR-Y6476的漏極電流； A：1的放大)
從上圖可以看出，負載即使發生急劇變化，一定時間內工作模式仍工作在準共振工作模式，電流沒有發生突變，所以變壓器沒有嘯叫聲。
2．低成本
由于IC內部集成很多功能，所以外圍電路非常簡單。另外，滿足低待機功耗(AC輸入功率低于1W)要求不需要專用的待機電源,使得電源整體成本很低。
3．超低待機功耗
由于起動電路的內置和Audio Burst的待機功能實現超低待機功耗，無負載條件下能夠實現輸入功率低于0.1W的目標。普通液晶電視待機時CPU負載大致為5V/70～100mA，在該條件下能夠實現AC輸入功率在1W以下。同時待機不需要開關元件(如光藕)切換，根據負載條件可以自動進入待機。
4．薄形化
STR-Y6476 IC本身高度只有13mm，同時擁有跟STR-Y6476功能完全相同，但高度更低的STR-L6476，其高度僅為9mm，所以可以實現液晶電視的更加薄型化要求。見下圖示
5．豐富的保護功能
STR-Y6456擁有豐富的保護功能，能夠滿足電源在異常狀態下起到豐富的保護作用。
①過電流保護(OCP)：每個工作周期進行檢測。
②過負載保護(OLP)：根據不同的要求，進入過負載保護狀態后可以實現鎖定(Latch)或自動復位(Auto Reset)模式的選擇。
③過電壓保護(OVP)：當變壓器副邊控制輸出端定電壓檢測電路開路或光藕等元件損壞時,可以實現OVP保護。
④TSD保護：當環境溫度或其他異常狀態導致STR-Y6476過度發熱，可以自動進入過熱保護狀態，進入鎖定(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輸入高時相同的過負載條件下進入到過負載保護狀態，以避免在AC輸入電壓高、電源異常狀態(如短路、過負載等)下，輸出整流二極管以及內置的MOSFET因負載過大而發熱導致最終損壞。如下圖所示。
二．典型應用電路圖和變壓器參數
1．14-21inch LCD TV用電源電路圖
2．14-20inch LCD TV用變壓器參數
(1) 使用變壓器PQ26/20(TDK Core)
(2) 最低振蕩頻率設置：45kHz；變壓器原邊電感量：672uH;
(3) 變壓器原副邊匝數、使用繞線以及繞制結構圖(如下所示)
3．26-32inch LCD TV用電源電路圖(具體參數見下圖中標稱值)
注意:該電源方案按照寬電源AC90~AC264V設計，面向中國或歐洲市場可以在AC整流后添加扼流圈
(Reactor)以滿足功率因數較正要求。面向北美市場可以將上圖中扼流圈(Reactor)省去。
4．26-32inch LCD TV用變壓器參數(即上圖中變壓器參數)
(1) 使用變壓器EER-40(TDK Core)(臥式)(如果需要實現更薄型化的要求，可以通過采用高度更低的開關變壓器實現)
(2) 最低振蕩頻率設置：50kHz；變壓器原邊電感量：250uH;
(3) 變壓器原副邊匝數、使用繞線以及繞制結構圖(如下所示)
三．總結
通過使用該方案可以省去待機電源、降低整體成本的同時滿足全球低待機功耗要求(1W以下)。實現非常高的電氣性能的同時大大降低電源成本。電源工程師在短時間內根據該方案可以設計出非常有競爭力的中小尺寸液晶電視用電源。 |
