32英寸高压LIPS液晶电视电源参考设计

32英寸及更大尺寸的主流液晶电视电源要求产生多个电压轨来为音频、背光及信号处理等不同系统模块供电。其中，信号处理板上使用本地线性及DC-DC转换器来提供不同的低压轨。对于制造商而言，通常使用通用电源，支持90至265 Vac电压。这就使基于特定电视尺寸的单个电源设计能够用于一系列的不同型号，满足不同区域市场需求，简化物流及降低开发成本。

如果某型号液晶电视面对全球市场且其功率高于75 W，就需要遵从欧洲有关减少谐波的IEC61000-3-2标准，从而需要使用有源功率因数校正器。通常来说，液晶电视内最耗电的子系统是背光模块。当今的大多数液晶电视使用冷阴极荧光管(CCFL)阵列作为背光源。这些灯管需要采用交流高电压驱动，而且需要对灯管电流进行稳流。传统上逆变器是一个单独模块，采用额定电压为24 V的直流电源供电。在这种途径下，背光要求与LCD面板相关联，而且一个电源设计能够用于多个不同供应商提供的面板，从而简化了液晶电视设计，但这种途径效率较低，而且增加了额外的电源部分（指24V输出）。例如，液晶电视的交流输入电压在PFC段被升压至400 Vdc，然后又采用谐振(LLC)半桥转换为24 Vdc。此24 Vdc然后提供给逆变器模块，从直流低压转换为高于1,000 V的交流高压以驱动CCFL灯。这种多段转换流程产生较大损耗，并会增加系统成本。

本参考设计中使用的高压LIPS(HV-LIPS)架构旨在消除400 Vdc至24 Vdc转换段，直接从高压功率因数校正(PFC)输入段为逆变器供电，从而改善系统总效率。这要求以高压直接变换的方式在液晶电视内融合传统电源功能，优化总体系统方案。

传统上，全球众多志愿性及规范机构的标准都着眼于降低电子产品的待机能耗，美国、欧盟等地的众多国际规范对电视产品的待机能耗要求为1 W，而中国中标认证中心(CSC)要求为3 W。而随着液晶电视尺寸越来越大，其能耗也越来越高。由于液晶电视市场份额越来越大，规范机构也越来越关注平板电视工作状态下的能耗对电网的累积影响。如“能源之星”发布了电视产品第3版工作能耗要求(见表1)。
 

                                                    表1：“能源之星”3.0版电视规范对工作模式的能耗要求

关键设计目标

输入电压：通用输入85-265 Vac, 47-63 Hz

系统电源

·有源功率因数校正(Active PFC)，符合IEC61000-3-2规范

·最大稳态能耗50 W，峰值60 W

·12 V / 4 A峰值

·5 V / 2.5 A峰值

·24 V – MOSFE门驱动偏置

·能够灵活修改，支持其它电压/电流配置

·50 mW负载时，待机输入能耗(Pin) < 400 mW (5 V@10 mA)

逆变器电源

·支持100 W功率

·启动电压(Strike voltage) > 1,500 Vac，工作电压> 800 Vac

·固定频率逆变器，可在40-80 kHz范围调节

·支持数字及模拟调光

·能够同步至视频时钟源

PFC段设计

高压LIPS架构的核心就是有源PFC前端升压段。首先，对于输入功率高于75 W的电源而言，它使设计符合IEC61000-3-2规范的谐波含量要求。其次，它为逆变器段提供经过稳压的400 Vdc高压。除了为背光供电，PFC段还提供电能给隔离型反激开关电源转换器，此反激转换器提供所有需要的电源，为执行液晶电视内的控制、接口、信号处理及音频放大等功能的数字及模拟电路供电。根据液晶电视特性集及功能的不同，这个模块的功率可能介于30至60 W之间。为了简化设计，及降低这个电源转换段的总体复杂度，本参考设计选用了安森美半导体专有的高能效反激控制器NCP1351，此器件使大多数液晶电视应用无需专用的待机电源。选择NCP1351是因为它采用准谐振固定导通时间(FON)控制原理，在负载要求变小时降低反激转换器的开关频率。两个(置于次级端的)额外开关会在待机模式断开主电源负载，从而免除待机模式下的寄生损耗。