關(guān)于LCD-TV電源的幾個基本知識

問：LCD-TV POWER主要有反激式，正激式，諧振半橋式3種方式，想咨詢一下37"以上的主要采用的那種結(jié)構(gòu)，為什么？

答：反激式開關(guān)電源在控制開關(guān)接通期間不向負(fù)載提供功率輸出，僅在控制開關(guān)關(guān)斷期間才把存儲能量轉(zhuǎn)化成反電動勢向負(fù)載提供輸出；當(dāng)控制開關(guān)的占空比為0.5時，變壓器次級線圈輸出電壓的平均值Ua約等于電壓最大值Up（用半波平均值Upa代之）的二分之一；而流過負(fù)載的電流Io（平均電流）正好等于流過變壓器次級線圈最大電流的四分之一。

當(dāng)反激式開關(guān)電源當(dāng)控制開關(guān)的占空比為0.5時，電壓脈動系數(shù)Sv約等于2或大于2，而電流脈動系數(shù)Si約等于4。反激式開關(guān)電源的電壓脈動系數(shù)與正激式變壓器開關(guān)電源的電壓脈動系數(shù)基本相同，但電流脈動系數(shù)比正激式變壓器開關(guān)電源的電流脈動系數(shù)大兩倍。由此可知，反激式開關(guān)電源的電壓和電流輸出特性要比正激式變壓器開關(guān)電源差。特別是，反激式開關(guān)電源使用的時候，為了防止電源開關(guān)管過壓擊，其占空比一般都取得小于0.5，此時，流過變壓器次級線圈的電流會出現(xiàn)斷流，電壓和電流的脈動系數(shù)都會增加，其電壓和電流的輸出特性將變得更差。

由于反激式開關(guān)電源僅在控制開關(guān)關(guān)斷期間才向負(fù)載提供能量輸出，當(dāng)負(fù)載電流出現(xiàn)變化時，開關(guān)電源不能立刻對輸出電壓或電流產(chǎn)生反應(yīng)，而需要等到下個工作周期時，通過輸出電壓取樣和調(diào)寬控制電路的作用，開關(guān)電源才開始對已經(jīng)過去了的事件進行反應(yīng)（即改變占空比），因此，反激式開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較差。有時，當(dāng)負(fù)載電流變化的頻率或相位正好與取樣、調(diào)寬控制電路輸出電壓的延時特性在相位保持一致的時候，反激式開關(guān)電源輸出電壓可能會產(chǎn)生抖動。這種情況在電視機開關(guān)電源中最容易出現(xiàn)。

反激式開關(guān)電源變壓器的鐵心一般都需要留一定的氣隙，一方面是為了防止變壓器的鐵心因流過變壓器初級線圈的電流過大，容易產(chǎn)生磁飽和；另一方面是因為變壓器的輸出功率大小，需要通過調(diào)整變壓器鐵心的氣隙和初級線圈的匝數(shù)，來調(diào)整變壓器初級線圈的電感量大小。因此，反激式開關(guān)電源變壓器初、次級線圈的漏感都比較大，從而會降低開關(guān)電源變壓器的工作效率，并且漏感還會產(chǎn)生反電動勢，容易把開關(guān)管擊穿。

反激式變壓器開關(guān)電源的優(yōu)點是電路比較簡單，比正反激式變壓器開關(guān)電源少用一個大儲能濾波電感，以及一個續(xù)流二極管，因此，反激式變壓器開關(guān)電源的體積要比正激式變壓器開關(guān)電源的體積小，且成本也要降低。此外，反激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對于正激式變壓器開關(guān)電源來說要高很多。因此，反激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號幅度比較低，誤差信號放大器的增益和動態(tài)范圍也比較小。由于這些優(yōu)點，目前，反激式變壓器開關(guān)電源在家電領(lǐng)域中還是被廣泛使用。

正激式變壓器開關(guān)電源正好是在變壓器的初級線圈被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈向負(fù)載提供功率輸出，并且輸出電壓的幅度是基本穩(wěn)定的，此時盡管輸出功率不停地變化，但輸出電壓的幅度基本還是不變，這說明正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來說比較好；只有在控制開關(guān)處于關(guān)斷期間，功率輸出才全部由儲能電感和儲能電容兩者同時提供，此時輸出電壓雖然受負(fù)載電流的影響，但如果儲能電容的容量取得比較大，負(fù)載電流對輸出電壓的影響也很小。

另外，由于正激式變壓器開關(guān)電源一般都是選取變壓器輸出電壓的一周平均值，儲能電感在控制開關(guān)接通和關(guān)斷期間都向負(fù)載提供電流輸出，因此，正激式變壓器開關(guān)電源的負(fù)載能力相對來說比較強，輸出電壓的紋波比較小。如果要求正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓有較大的調(diào)整率，在正常負(fù)載的情況下，控制開關(guān)的占空比最好選取在0.5左右，或稍大于0.5，此時流過儲能濾波電感的電流才是連續(xù)電流。當(dāng)流過儲能濾波電感的電流為連續(xù)電流時，負(fù)載能力相對來說比較強。

當(dāng)控制開關(guān)的占空比為0.5時，正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓uo的幅值正好等于電壓平均值Ua的兩倍，流過濾波儲能電感電流的最大值Im也正好是平均電流Io（輸出電流）的兩倍，因此，正激式變壓器開關(guān)電源的電壓和電流的脈動系數(shù)S都約等于2，而與反激式變壓器開關(guān)電源的電壓和電流的脈動系數(shù)S相比，差不多小一倍，說明正激式變壓器開關(guān)電源的電壓和電流輸出特性要比反激式變壓器開關(guān)電源好很多。

正激式變壓器開關(guān)電源的缺點也是非常明顯的。其中一個是電路比反激式變壓器開關(guān)電源多用一個大儲能濾波電感，以及一個續(xù)流二極管。此外，正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對于反激式變壓器開關(guān)電源來說要低很多。因此，正激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號幅度比較高，誤差信號放大器的增益和動態(tài)范圍也比較大。

另外，正激式變壓器開關(guān)電源為了減少變壓器的勵磁電流，提高工作效率，變壓器的伏秒容量一般都取得比較大。并且為了防止變壓器初級線圈產(chǎn)生的反電動勢把開關(guān)管擊穿，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器多一個反電動勢吸收繞組，因此，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積大。

正激式變壓器開關(guān)電源還有一個更大的缺點是在控制開關(guān)關(guān)斷時，變壓器初級線圈產(chǎn)生的反電動勢電壓要比反激式變壓器開關(guān)電源產(chǎn)生的反電動勢電壓高。因為一般正激式變壓器開關(guān)電源工作時，控制開關(guān)的占空比都取在0.5左右，而反激式變壓器開關(guān)電源控制開關(guān)的占空比都取得比較小，大多數(shù)都在0.25左右。

半橋式變壓器開關(guān)電源與推挽式變壓器開關(guān)電源一樣，由于兩個開關(guān)管輪流交替工作，相當(dāng)于兩個開關(guān)電源同時輸出功率，其輸出功率約等于單一開關(guān)電源輸出功率的兩倍。因此，半橋式變壓器開關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，輸出電壓的電壓脈動系數(shù)Sv和電流脈動系數(shù)Si都很小，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波和電流紋波就可以達到非常小。

半橋式變壓器開關(guān)電源最大的優(yōu)點是，對兩個開關(guān)管的耐壓要求比推挽式變壓器開關(guān)電源對兩個開關(guān)管的耐壓要求可以降低一半。因為，半橋式變壓器開關(guān)電源兩個開關(guān)管的工作電壓只有輸入電源Ui的一半，其最高耐壓等于工作電壓與反電動勢之和，大約是電源電壓的兩倍，這個結(jié)果正好是推挽式變壓器開關(guān)電源兩個開關(guān)管耐壓的一半。因此，半橋式變壓器開關(guān)電源主要用于輸入電壓比較高的場合，一般電網(wǎng)電壓為交流220伏供電的大功率開關(guān)電源大部分都是用半橋式變壓器開關(guān)電源。

半橋式開關(guān)電源的變壓器初級線圈只需要一個繞組，這也是它的優(yōu)點，這對小功率開關(guān)電源變壓器的線圈繞制多少帶來一些方便。但對于大功率開關(guān)電源變壓器的線圈繞制沒有優(yōu)勢，因為，大功率開關(guān)電源變壓器的線圈需要用多股線來繞。

半橋式開關(guān)電源最大的缺點是，當(dāng)兩個開關(guān)管Q1和Q2處于交替轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的時候，兩個開關(guān)管會同時出現(xiàn)一個很短時間的半導(dǎo)通區(qū)域，即兩個控制開關(guān)同時處于接通狀態(tài)。這是因為開關(guān)管在開始導(dǎo)通的時候，相當(dāng)于對電容充電，它從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通狀態(tài)需要一個過渡過程；而開關(guān)管從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)的時候，相當(dāng)于對電容放電，它從導(dǎo)通狀態(tài)到完全截止?fàn)顟B(tài)也需要一個過渡過程。另外，半橋式變壓器開關(guān)電源中的兩個開關(guān)管連接沒有公共地，與驅(qū)動信號連接比較麻煩。

當(dāng)兩個開關(guān)管分別處于導(dǎo)通和截止過渡過程時，即兩個開關(guān)管都處于半導(dǎo)通狀態(tài)時半導(dǎo)通狀態(tài)時，相當(dāng)于兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通，它們會造成對電源電壓產(chǎn)生短路；此時，在兩個開關(guān)管的串聯(lián)回路中將出現(xiàn)很大的電流，而這個電流并沒有通過變壓器負(fù)載。因此，在兩個控制開關(guān)管Q1和Q2同時處于過渡過程期間，兩個開關(guān)管將會產(chǎn)生很大的功率損耗。為了降低開關(guān)管過渡過程產(chǎn)生的損耗，一般在半橋式開關(guān)電源電路中，都有意讓兩個開關(guān)管的接通和截止時間錯開一小段時間，但對控制電路來說，難度比較大。

諧振半橋式開關(guān)電源的兩個開關(guān)管都是在0電流或0電壓的時刻關(guān)斷或?qū)?，因此，不存在兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通和開關(guān)損耗的問題，即：兩個開關(guān)管的開關(guān)損耗相對比較低。但開關(guān)變壓器的初級線圈與次級線圈之間不能耦合得太緊，必須留出一定的漏感（大約在20%左右）。這樣，兩個開關(guān)管的開關(guān)損耗降低了，但開關(guān)變壓器的工作效率卻也同時降低了，特別是開關(guān)變壓器周圍存在金屬材料的時候，很容易產(chǎn)生渦流損耗，并且，由于開關(guān)變壓器的漏感很大，很容易產(chǎn)生電磁干擾，EMI/EMC指標(biāo)比較難過關(guān)。

總的來說，反激式，正激式，諧振半橋式，三種開關(guān)電源的負(fù)載能力（或輸出功率），一個比一個大。一般，輸出功率在120W以下時，最好選用反激式開關(guān)電源；輸出功率在120～180W之間時，可選用正激式開關(guān)電源；輸出功率在180W以上時，必須選用半橋式或諧振半橋式開關(guān)電源。

37"以上的LCD-TV POWER一般損耗功率都在180W以上，因此，必須選用半橋式或諧振半橋式開關(guān)電源。

問：去買LCD-TV，促銷的給我說電源采用了動態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)省功耗模式，想咨詢一下是如何處理的，主要是降低CCFL的電壓還是，變頻處理？另外想問一下平時說的變頻空調(diào)是不是調(diào)整逆變器的開關(guān)頻率??？

答：電源采用了動態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)省功耗模式，是指當(dāng)電視圖像的對比度比較低時，可以降低背光燈的亮度，以節(jié)省電源功率。但目前的大屏幕LCD-TV一般對比度比都很低，如果是對整個屏幕的對比度都通過調(diào)節(jié)背光燈的亮度來進行控制，這種動態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)省功耗模式毫無意義，它會降低顯示圖像的透亮度；只有對背光燈的亮度采取分區(qū)控制時，動態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)省功耗模式才有意義。這種對背光燈的亮度采取分區(qū)控制技術(shù)必須采用LED作為背光燈，并且要做成點陣式，即矩陣排列結(jié)構(gòu)，并與圖像掃描同步進行亮度控制，才會產(chǎn)生增大對比度的效果，只有對比度的控制范圍足夠大的時候，采用了動態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)省功耗模式才有使用意義。

降低CCFL的電壓或LED的電壓主要是調(diào)整開關(guān)電源的占空比。平時說的變頻空調(diào)調(diào)整輸出功率也是調(diào)整開關(guān)電源的占空比，當(dāng)開關(guān)電源的占空比改變時，開關(guān)電源的工作頻率也會跟著改變。

問：針對EMI/EMC，像LCD-TV POWER這類AC-DC的SMPS電源主要要考慮哪些問題?平時我們在電源端加TVS防雷擊浪涌是不是也屬于EMC啊？另外順便問一下大家做電源設(shè)計一般加TVS處理不？

答：LCD-TV POWER開關(guān)電源輸出功率比較大，并且一般都采用PFC開關(guān)電源功率因數(shù)矯正和諧振半橋式開關(guān)電源，因此傳導(dǎo)干擾和輻射干擾都很大，特別是輻射干擾要比一般開關(guān)電源大，解決輻射干擾最好的方法就是進行屏蔽，把開關(guān)電源安裝在金屬盒中或利用散熱片進行電磁屏蔽。但進行屏蔽時也要注意金屬片不要離開關(guān)變壓器太近，或要避開磁力線最大的方向，否則會產(chǎn)生渦流損耗，降低開關(guān)電源工作效率。

一般的EMC濾波電路中Y電容和X電容都具有防止雷擊或電路開關(guān)突然斷路產(chǎn)生的浪涌電壓沖擊。Y電容可耐最高脈沖沖擊電壓為5000V，X電容可耐最高脈沖沖擊電壓為2500V。一般X電容都取得比較大，對浪涌電壓沖擊能量吸收也比較大；但Y電容因受漏電電流大小的限制，不能取得很大，因此，如果從安全方面考慮，最好在與火線連接的Y電容的兩端另外再并聯(lián)一個放電管。另外，有線電視的天線也是雷擊的輸入端，有線電視信號線插座的外殼一定要與大地連接可靠（注意這里的大地不是一般的機殼或機內(nèi)地線）。

做電源設(shè)計時要不要加TVS處理，如果三端電源線的插座不是直接安裝在你的開關(guān)電源PCB板上，在沒有特別要求的時候，一般不需要另加TVS電路。TVS電路一定要加在電源線輸入端或有線電視天線的輸入端。