基于NCP1927的平板電視開關(guān)電源設(shè)計(jì)
隨著平板電視的迅速發(fā)展,中國平板電視市場已進(jìn)入成熟期,平板電視的高效且功能強(qiáng)大的開關(guān)電源需求也在顯著增加。安森美半導(dǎo)體提供的NCP1927功率因數(shù)校正(PFC)及反激組合控制器電源管理芯片,能夠用于開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源,配合纖薄平板電視設(shè)計(jì)潮流及幫助推動節(jié)能降耗。
配合平板電視開關(guān)電源設(shè)計(jì)要求從行業(yè)的發(fā)展來看,CRT向平板電視的轉(zhuǎn)變意味著能源消耗的增加。以液晶電視為例,液晶屏本身不發(fā)光,必須要用后面無數(shù)的燈管(背光模組)均勻照亮整個熒屏,再通過信號和液晶物質(zhì)的流動顯示出影像。要驅(qū)動這些燈管,并且讓熒屏保持較高的亮度和分布,就需要消耗大量的電力。
在國內(nèi),目前彩電行業(yè)沿用的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)是《彩色電視廣播接收機(jī)能效限定值及節(jié)能評價值》,該標(biāo)準(zhǔn)只要求達(dá)到待機(jī)狀態(tài)下的節(jié)能要求。然而工作(開機(jī))能 耗才是決定平板電視耗電量的主導(dǎo)因素。因?yàn)闆]有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),也就難以衡量平板電視真正的能耗水平。因此,人們關(guān)注的焦點(diǎn)是如何開發(fā)更具能源效率的電源設(shè)計(jì), 同時還要滿足外型、成本方面的要求。
以研發(fā)緊湊及高能效方案著稱的安森美半導(dǎo)體提供的NCP1927集成的PFC控制器采用臨界導(dǎo)電模式(CrM)工作時可實(shí)現(xiàn)接近1的功率因數(shù),包含 了構(gòu)建強(qiáng)固及緊湊PFC段所需的全部特性,且將外部元器件數(shù)量減至了最少。該器件集成的固定頻率電流模式反激控制器采用專有的“軟跳周期(Soft- SkipTM)”待機(jī)模式,且結(jié)合輕載時的頻率反走功能,提供了極低的待機(jī)能耗。
安森美半導(dǎo)體的PFC及反激組合控制器NCP1927功能詳解NCP1927是集成了臨界導(dǎo)電模式功率因數(shù)校正及反激控制器和時序電路的組合控制器,適合開發(fā)緊湊的高能效平板電視電源。其獨(dú)特特性包括逆變器啟用引 腳、進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)控制引腳、頻率反走及軟跳周期,體現(xiàn)了通知背光逆變器PFC輸出已就緒、關(guān)閉PFC控制器,以及完整負(fù)載范圍內(nèi)的高能效優(yōu)勢。
NCP1927還具有其它特性,如極低啟動電流消耗(最大值20 μA)、包含關(guān)閉IC的關(guān)閉引腳、快速主電源/負(fù)載瞬態(tài)補(bǔ)償、可編程PFC過壓/欠壓保護(hù)、帶內(nèi)置斜坡補(bǔ)償?shù)?5 kHz固定頻率、削弱EMI信號的頻率抖動特性、帶自動恢復(fù)的基于定時器的過流保護(hù),以及提供針對繞組短路的保護(hù)、4 ms軟啟動等。
簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì):NCP1927設(shè)計(jì)適用于背光逆變器采用 PFC 段供電而信號處理及音頻放大器采用反激段供電的系統(tǒng)。從圖1的 NCP1927框圖中 看到,在電壓高于1 V 時,NCP1927可關(guān)閉 PFC 及反激電路;拉高時 PFC 啟用;在 PFC 就緒時通知背光逆變器導(dǎo)通。這樣,NCP1927就為平板電視電源提供了一個簡 單、緊湊及可靠的方案。
啟動序列/待機(jī)/啟用逆變器:圖2是 NCP1927的啟動序列,其順序是 VCC 充電直至 VCC(on)、反激段啟用、反激段到達(dá)穩(wěn)壓狀態(tài)、PFC 段啟用、PFC 段到達(dá)穩(wěn)壓狀態(tài)、逆變器啟用。
當(dāng) GTS(進(jìn)入待機(jī),Go To Standby)引腳電壓降至低于 VSTANDBY 時,PFC 關(guān)閉,且保持待機(jī)狀態(tài),直至電壓增加到高于 VSTANDBY+VSTANDBY(HYS)。 PFC 可以通過反激電路 FB引腳自動關(guān)閉,或以光耦直接控制,如圖 3所示,方法1是根據(jù)反激段 FB 引腳電壓來觸發(fā)GTS;方法2是使用次級端信號來觸發(fā) GTS。
啟用逆變器:NCP1927監(jiān)測 PFC 誤差放大器電流,一旦此電流降低至0 μA,就會通知逆變器導(dǎo)通。如圖4(a)所示;當(dāng) PFC 處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)壓時,IENABLE 引腳提供5 V 輸出。如圖4(b)所示。
輕載能效特性:NCP1927提供三種工作模式:第一種是正常的65 kHz 固定頻率工作;第二種是頻率反走,即在輕載時振蕩器頻率線性降低至26 kHz;第三種是輕載時軟跳周期模式,即驅(qū)動停止,跳開關(guān)周期。這三種工作模式結(jié)合在一起,優(yōu)化完整負(fù)載范圍內(nèi)的能效。
反激段軟跳周期模式:圖6給出了電壓模式到電流模式工作的過程。FB 信號與內(nèi)置斜坡信號比較;內(nèi)置斜坡信號允許在電流模式控制開始前出現(xiàn)一些短脈 沖。在該模式下 VFFB 上升時,驅(qū)動器又開始開關(guān),占空比逐漸從0%上升。該模式可降低可聽噪聲風(fēng)險,同時支持在鉗位網(wǎng)絡(luò)中使用廉價變壓器及電容。
PFC 跳周期模式:在該模式下,Pcontrol 電壓降至低于可編程跳周期電平時,PFC 停止開關(guān);在穩(wěn)壓電壓自然地回升至高于跳周期電平時(增加了延遲特性),PFC 恢復(fù)開關(guān)。跳周期電平用 RPSKIP 來調(diào)節(jié),見圖7。
保護(hù)特性:在 PFC 段,有過流保護(hù)(OCP)、過壓保護(hù)(OVP)、欠壓保護(hù)(UVP)功能;在反激段,有過載保護(hù)(帶80 ms 故障定時器)、繞組短路保護(hù)和過熱關(guān)閉。器件設(shè)有 PFC 過壓保護(hù)(OVP)及欠壓保護(hù)(UVP)專用引腳。在出現(xiàn)浮動引腳時,IUVP 電流源激活 UVP,見圖8。帶專用 POVUV 引腳的雙反饋配置提供更高的安全等級,即使雙反饋配置中某個故障,也可確保提供保護(hù)。
故障管理:即 VCC 斷續(xù)(Hiccup)功能。在非閂鎖故障(關(guān)閉模式、過熱關(guān)閉及反激過載)條件下,門驅(qū)動器關(guān)閉,內(nèi)部 IC 電流功耗導(dǎo)致 VCC 降低至 VCCOFF。一旦 VCC 上升至 VCCON,故障復(fù)位,IC 電流消耗降至啟動電流電平,使器件重啟。
NCP1927控制器具體應(yīng)用
圖10是使用 NCP1927的140 W 液晶電視的開關(guān)電源的實(shí)物照片。其輸出1為390 V,250 mA;輸出2為5 V,2 A;輸出3為12 V,2.5 A。平均能效大于82%;滿載能效大于85%;空載輸入功率小于150 mW;功率因數(shù)大于0.95;啟動時間小于2秒。圖11是其電路圖。
從圖12、13、14中可以分別看出140 W 液晶電視的待機(jī)能耗小于50 mW,輕載能效極佳;平均能效及滿載能效很高;功率因數(shù)超越了要求,令人滿意。
結(jié)論
安森美半導(dǎo)體的 NCP1927提供緊湊及強(qiáng)固的平板電視電源所需的所有特性,由于采用了專用逆變器啟用、PFC 關(guān)閉(GTS)及關(guān)閉控制,大幅簡化了系統(tǒng) 設(shè)計(jì);頻率反走、反激段軟跳周期及 PFC 跳周期模式優(yōu)化了能效。它同時提供了包括過載保護(hù)及專用欠壓和過壓保護(hù)引腳等強(qiáng)固的保護(hù)特性,是開發(fā)緊湊及高能效 平板電視開關(guān)電源不可多得的理想器件。
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