LCD TV中的电源转换链与开关电源拓扑

　   这种尺寸的平板电视功耗通常低于70W。这个数值低于大多数谐波含量标准对功耗的要求，因此无须使用功率因数校正(PFC)技术。在这种情况下，通常使用一个开关电源(SMPS)。在正常模式下，开关电源必须输出额定功率，而在待机模式下，开关电源必须拥有较高的能效。

　　市场上也有不同的处理方式：如采用外部电源，适配器遵从各种不同标准和行为准则。当然，作为替代之选，电源也可被嵌在电视机内部作为开放式电源。这种电源必须满足待机能耗要求，并且在有源模式运作下的能效较高，从而减少面板内的发热量。

　　在使用内部电源单元和外部电源单元这两种方式中，通常都采用到了反激式拓扑结构。转换器既能工作在固定频率，也能工作在可变频率(特别是就准谐振模式而言)。

　　在额定负载和轻载条件下，要同时实现较高能效，关键就在于要采用能够根据负载状况调整工作模式的智能开关电源控制器。

　　针对这种情况，多家半导体公司开发出了一些备选方案，以安森美公司为例：

　　● 跳过多余周期方案：固定频率的如NCP1200/1216/1271，可变频率的如NCP1207/1337。该方案如图1所示。

　　图1 固定频率模式下电流最小时进行周期变换

　　● 频率反走方案：NCP1351

　　中等尺寸平板电视：介于26英寸至32英寸之间

　　对于这种尺寸面板的平板电视而言，功耗大幅增加，最大可达180W。由于输入功率高于75W，因此，这种应用应该遵从欧盟IEC1000-3-2 D类标准或类似区域性谐波含量标准。在这里，功率因数校正(PFC)技术也开始应用；而且，由于主电源必须进行优化，以实现更高的能效和更小的体积。因此，有源PFC能够发挥突出作用，对主电源单元输入电压的变化进行限制。在这种功率级别，临界导电模式(CRM) PFC是应用得最为广泛的拓扑。在这方面，安森美半导体公司推出的NCP1606提供了一种具有高性价比并且可靠的解决方案。[page]

　　图2 NCP1351-输出功率减小时，开关频率也随之减小

　　在这种尺寸范围面板的平板电视中，常用的有两种电源转换链。

　　第一种方法包含两个电源(如图3所示)。其中一个开关电源采用的是反激式拓扑，专门用于背光，可为面板提供24 V@5A的输出功率；另一个开关电源采用的也是反激式拓扑，负责为控制音视频输入输出信号处理(CAVIO)板供电，可以提供40W@12V的功率(某些条件下电压为5V)。后者还用于待机模式，在这种模式下，多种严格的轻载能效标准可以适用。

　　图3 采用了2个反激式电源的26～32英寸面板

　　图4 面板尺寸介于26～32英寸之间的平板电视中的电源结构

　　第二种电源转换链只包含一个主开关电源，可以为面板提供24V的电压，还可以为CAVIO板提供12V电压，这里要求的功率将在170W等级内。此外，它还包含另一个专用于待机模式的器件，该器件可在正常模式下提供10W功率，而在待机条件下的电流消耗仅为500mA。

　　为了适应更高的输出功率，主开关电源的拓扑不应该还是单开关反激，而应该采用双开关反激，尽管这个区域也采用了一个半桥谐振LLC。这种拓扑与屏幕尺寸更大的面板共用一个通用拓扑。

　　这种方法有一个显著的好处，就是优化了待机能耗，因为在这个模式下，主开关电源器件与PFC的功能会被关闭。

　　● 无需增加元件数量：元件数量基本上与传统半桥拓扑相当。

　　● 良好的交互调节功能：尽管事实上采用单个开关电源器件来同时为面板提供24V电压和为CAVIO板提供12V电压，但背光的数字调光并不会与两路输出电压的调制产生干扰。

　　在这个功率等级，最常见的电源转换链包含一个主开关电源及一个待机专用开关电源，其中主开关电源采用半桥谐振拓扑，能够同时输出24V和12V电压。

　　图6所示为该谐振转换器的结构。一个50%负载周期半桥提供了在零到输入电压VIN再到谐振电路之间摇摆的高压方波。通过采用压控振荡器(VCO)来调节频率，反馈回路能够根据功率需求来调节输出等级。

　　图6 谐振转换器的结构示意图

　　图7 LLC谐振转换器的补充示意图

　　图8 半桥LLC波形

　　该谐振电路由电容Cs，以及两个电感Ls和Lm串联组成。其中的Lm电感代表的是变压器磁化电感，它与Ls和Cs一起，会构成一个谐振点。这个电感上的负载产生的反射要么会令谐振点从电路上消失(在大负载电流条件下，Lm会被电阻值较小的、发生了反射的负载电阻ＲＬ所完全短路)，要么会使其在轻载条件下继续与串联电感Ls串联。其结果是，根据负载条件的不同，谐振频率会在最小与最大之间变动。

　　工作频率取决于功率需求。在低功率条件下，工作频率相当之高，且离谐振点相当远。但在高功率条件下，控制回路会降低开关频率，并会采用其中某个谐振频率来为负载提供必需的电流。

　　结论

　　平板电视电源转换链的设计需要考虑诸多的挑战和相互冲突的设计折中，才能设计出无需有源冷却的高性价比、高能效、小巧纤薄的解决方案。此外，为了满足不同消费者的需求，平板电视制造商需要提供众多不同的功能组合，同时要求无须对每款电源进行重新设计。系统设计和IC制造商已经合作起来探寻最佳的设计折中组合。如今，我们需要集中力量开发下一代的LCD TV，令面板背光子系统能够直接从功率因数转换段供电。