大尺寸LCD TV電源整體解決方案

圖3是傳統(tǒng)式LCD TV電源的結構框圖，按照功能通?？蓪⑵鋭澐譃?大模塊，即：PFC模塊、DC/DC主電源模塊、DC/AC逆變電源模塊。

圖3：傳統(tǒng)式LCD TV電源系統(tǒng)結構框圖。

由于離線式開關電源不可避免會產(chǎn)生帶高諧波含量的非正弦輸入電流，這會對電網(wǎng)產(chǎn)生一定污染，并影響到連接在同一電源線的其它電子設備，為滿足歐盟IEC61000-3-2的D類標準或類似的區(qū)域性諧波含量規(guī)范，通常需要在輸入功率大于75W的開關電源設計中加入PFC模塊。大尺寸LCD TV的輸入功率遠遠大于75W，因此PFC模塊也是LCD TV電源中不可缺少的部分，PFC模塊通過Boost線路將電網(wǎng)輸入的交流電壓轉換成穩(wěn)定的400V直流電壓供給后級DC/DC電源使用。

圖4：傳統(tǒng)式LCD TV主電源功率范圍及架構選擇。

DC/DC主電源模塊負責將PFC輸出的400V直流電壓轉換成各種負載所需的低壓直流電平，來滿足DC/AC逆變電源輸入、音響系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等模塊的工作需要，常見電壓包括24V/18V/12V/5V/3.3V等。國際能源署(IEA)和歐盟制定的“1W”計劃要求在2010年將所有產(chǎn)品的待機功耗降低到1W以內(nèi)，為符合1W待機功耗規(guī)范，DC/DC主電源模塊之外通常還需要設計一塊獨立的待機電源，用于在待機模式下維持遙控接收器模塊的工作，并將PFC和DC/DC主電源模塊關閉，以最大限度降低待機功耗。

根據(jù)LCD TV尺寸及功率的大小，DC/DC主電源的常見拓撲結構包括：反激(包括準諧振)、雙管反激、雙管正激、諧振半橋(HB LLC)等幾種。對于50W～100W的功率范圍，單開關的反激或準諧振反激拓撲是最佳選擇，其中準諧振控制通過減小開關損耗來提高轉換效率并改善開關造成的EMI干擾。而對于更大功率的100W～200W范圍，可以通過雙開關反激的方式來應對。正激結構可應用于200W～300W的功率范圍，但由于需在連續(xù)導電模式下工作，解決由于硬開關所帶來的EMI問題是一項挑戰(zhàn)。諧振半橋結構適用于150W以上的功率應用，該結構在高功率級的LCD TV應用中性能優(yōu)勢十分明顯，全負載范圍的零電壓開關(ZVS)及低電流關斷控制可幫助最大限度降低開關損耗及減小EMI干擾。

圖5：昂寶電子LCD TV電源方案結構框圖。

DC/AC逆變電源用于驅動背光模組，其將DC/DC主電源輸出的24V或12V直流電壓轉換為1000V左右的高壓交流電壓用于驅動背光CCFL燈管并實現(xiàn)背光亮度(燈管電流)的調(diào)節(jié)功能，LCD TV顯示畫面的對比度需依靠高亮度的背光來支撐，所以DC/AC逆變電源部分的輸出功率通常占整機總輸出功率的70%以上，且尺寸越大，背光功耗所占比重越大。

通過上述對傳統(tǒng)LCD TV電源的結構分析，我們不難發(fā)現(xiàn)一個問題，即整體效率非常低，因為占70%以上功耗的背光部分電能在PFC之后經(jīng)歷了降壓再升壓的兩級轉換，且轉換過程中的效率損失也會引起散熱問題。LCD TV的超簿設計及噪音限制使得無法在機箱中添加風扇，而熱量的堆積會直接導致機殼內(nèi)上下部分溫度不均勻，再加上CCFL亮度對溫度的敏感特性，這樣的設計給用戶呈現(xiàn)出來的將是面板上下部亮度不均勻的“獨特”效果。

為解決上述問題，業(yè)界一直在探論400V高壓輸入逆變電源方案。昂寶電子通過整合自身豐富的產(chǎn)品線，已經(jīng)將這一構想變?yōu)楝F(xiàn)實，即DC/AC逆變電源的輸入不再采用DC/DC主

電源的24V電壓，而是直接取自PFC的400V輸出。這樣背光部分的電能可減少一級能量轉換，從而節(jié)省一級效率損失，并且DC/DC主電源的設計功率可大幅降低，同時解決了DC/DC主電源的散熱問題，最重要的是DC/DC主電源的制造成本大幅降低。在不具備高壓輸入DC/AC逆變電源方案的條件下，人們往往通過優(yōu)化AC/DC主電源的方式來降低整機功耗，如通過半橋諧振LLC架構來優(yōu)化LCD TV電源，但與之相對應的是昂貴的制造成本，而采用昂寶電子開發(fā)的LCD TV整體電源方案，利用便宜的單開關反激或準諧振反激就能滿足大尺寸LCD TV中背光以外的功率需求。

表3：DisplaySearch對LCD TV成本的近年數(shù)據(jù)統(tǒng)計及未來走勢預測。

與傳統(tǒng)LCD TV電源方案相比，昂寶電子的方案在效率和成本上都具有優(yōu)勢，并且借助在電源管理領域的全面產(chǎn)品覆蓋，LCD TV電源板上全部IC都可由昂寶電子提供，包括PFC控制芯片、Flyback/QR控制芯片、Standby開關器、Inverter控制芯片等。這對LCD TV電源制造商的采購與渠道管理提供了相當大的便捷性，技術支持的快速響應也得到了保證，由此帶來的研發(fā)及運營成本的降低同樣不容忽視。

圖6以150W LCD TV電源為例來對比傳統(tǒng)方案與昂寶電子方案，假設背光滿載消耗100W，其它部分滿載消耗50W，按照常規(guī)架構及各模塊轉換效率來推算，運用傳統(tǒng)方案來設計，其理論輸入功率將達到197W左右，整體效率為76%，而使用昂寶電子的方案來設計，理論輸入功率只需要174W左右，整體效率高達86%。

圖6：150W LCD TV電源系統(tǒng)傳統(tǒng)方案與昂寶電子方案的功率比較。