英飞凌面向液晶电视SMPS的整体解决方案

上网时间: 2009年06月01日? 作者:Mao Mingping, He Yi, Jeoh Meng Kiat,英飞凌科技亚太有限公司? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:LED背光? CoolSET? PFC控制器?

1 摘要

相对于传统的阴极射线管电视,液晶电视凭借其高清晰度、大屏幕尺寸和超薄面板等优势,已被越来越多的用户所接受和喜爱。而液晶电视的电源设计者则在设计方面至少面临4大挑战:高能效、高功率密度、低EMI辐射和低成本。此外,整个系统在待机模式下的功耗应保持在1.0W以下(负载0.5W)。另外值得一提的是,由于对不同尺寸屏幕的液晶电视的功率等级、能效和成本敏感度的要求不同,设计者应相应地选用不同的电源拓扑结构。英飞凌拥有众多AC/DC IC产品,包括8引脚半桥LLC控制器ICE1HS01G、准谐振反激式控制器ICE2QS0X、准谐振CoolSET ICE2QRXX65(集成式功率IC)、CoolSET F3R系列、DCM PFC控制器TDA4863-2和CCM PFC控制器ICE2PCS0X,可帮助电源设计者轻松满足所有这些严格的要求。本文将简要介绍这些产品的特性和设计指南。

2 液晶电视电源典型架构

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图1. 32英寸液晶电视面板(后视图)

图1为一个典型的32英寸液晶电视面板,其背面安装有三个电路板,分别为电源单元、低压逆变器以及声音与图像控制电路板。电源单元电路板用于将交流输入电压(85Vac~265Vac)转换成较低的直流输出电压(24V/12V/5V/3.3V),这些较低的直流输出电压为背光、音频与信号处理等各种系统供电。输入功率因数校正(PFC)也由电源单元完成;低压逆变器电路板用于将低直流输入电压(24V或12V)转换成高交流输出电压(1200Vac@50kHz),用于驱动CCFL背光灯;声音与图像控制电路板用于控制和处理声音与图像信号,另外还负责控制整个系统。

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图2 液晶电视传统电源系统架构。

图2 概括介绍了液晶电视传统电源系统构架,包含一个电源单元和一个独立的DC/AC逆变器。

由于输入功率常常高于75W,因此经常需要使用前端PFC级。后续两级为主DC/DC级和待机功率级。

主DC/DC级用于为背光逆变器、系统电路板和音频系统供电。当功率额定值小于200W时,由于能够更好地在性能和成本之间取得平衡,建议在DC/DC级采用准谐振反激式拓扑。若功率额定值超过200W,可使用LLC谐振转换器,因为它具备更加出色的效率和EMI性能。

待机级用于提供待机部件和微控制器所需的电源。开关集成式反激式电源往往是设计者的首选解决方案。

DC/AC逆变器是一个独立的单元,负责将24V(12V)直流电压转换成高交流电压(例如1200Vac),为背光灯供电。

3 液晶电视功率等级要求

在家用电器设备中,电视机的耗电量较大。根据电视机能源之星3.0规定,需要实现1W的待机输入功率。

此外,还对主动模式下的效率提出了要求。为了符合能源之星计划的要求,电视机不得超过表1中根据原生垂直分辨率和可视屏幕尺寸计算得出的最大开机功耗。

英飞凌面向液晶电视SMPS的整体解决方案_表1. 电视机开机功率水平要求_3
表1. 电视机开机功率水平要求

作为示例,表2提供了各种不同尺寸电视机的最大允许功耗。

英飞凌面向液晶电视SMPS的整体解决方案_表2. 不同尺寸电视机的开机功率要求_4
表2. 不同尺寸电视机的开机功率要求

例如,根据IEC 62087标准(“声频、视频和相关设备功率消耗量的测量方法”)进行测试时,一台32英寸高清电视功耗不得超过120W,一台42英寸高清电视功耗不得超过208W。

实际上,市场上现有的多数液晶电视都无法满足表2所列的功率要求。主要解决方案之一是进一步提高现有液晶电视的电源效率。

4 液晶电视电源设计挑战

· 液晶电视的电源单元厚度需要比阴极射线管电视的电源薄很多。液晶电视采用的标准电源单元的厚度通常需要低于25mm。超薄型液晶电视甚至需要电源单元的厚度低于13mm。

· 液晶电视的电源单元功率密度远高于阴极射线管电视的电源单元的功率密度。

· 需要实现更高的能效不仅是由于相关计划对能效的要求越来越严格,而且也是因为缺少改善热环境的风扇。

· 如图1所示,液晶电视的声音与图像控制电路板、电源单元和屏幕面板相互紧靠,因此,毫无疑问需要较低的EMI辐射,否则声音与图像质量可能会受到影响。

· 液晶电视被看作是消费类电子设备,因此成本始终是关键要素。液晶电视电源设计者时刻面临这种挑战。

5 液晶电视电源设计趋势

5.1 液晶电视集成电源(LIPS)解决方案

图2已经简要介绍了液晶电视的传统电源系统架构。电源单元是个AC/DC转换器,而DC/AC逆变器部分则被单独隔离开来。这个电源系统主要由三个系统块构成:首先是前端PFC预调节器;第二个是DC/DC级,负责将400V PFC输出电压转换成24V(12V)。第三个是DC/AC逆变器,负责将24V(12V)电压转换成高交流电压(如1200Vac),为背光灯供电。

英飞凌面向液晶电视SMPS的整体解决方案_图3. 液晶电视集成电源解决方案_5
图3. 液晶电视集成电源解决方案

图3所示的LIPS解决方案省去了图2中所示的DC/DC级(400V/24V),400V PFC输出电压直接馈入后面的DC/AC逆变器,而且PFC级和DC/AC逆变器被集成在一个电源单元里面。LIPS方案中的DC/DC(400V/20V、12V、5V、3.3V)级的功率额定值要远远小于在传统液晶电视电源中的功率额定值。

相对于传统的电源解决方案,LIPS解决方案的DC/AC逆变器由于具备更高的输入直流电压,因此能实现更高的能效;同时,DC/DC级的功率损耗也远远低于在传统解决方案中的功率损耗。因此,LIPS解决方案可实现更高的总能效。另外,由于减少了组件数量,因此降低了尺寸和成本(高达30%)。


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