基于ICE2QS02G的液晶電視開(kāi)關(guān)電源設計

　　4 主DC/DC 級解決方案：

　　目前，在提高主DC/DC 級的效率方面，準諧振（QR）模式是最佳解決方案。QR 模式對負載變化的反應快，非常適合負載從最低（甚至為零）變到最大額定功率的情況，它可以實(shí)現開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，從而有效地降低開(kāi)通時(shí)的電流尖峰， 減少開(kāi)通時(shí)電流尖峰引起的EMI 噪聲，提高了效率。

　　在QR 理論中，當功率額定值小于200 W 時(shí)，建議在DC/DC 級采用準諧振反激式拓撲； 當功率額定值超過(guò)200 W，可使用LLC 諧振轉換器。但是在實(shí)際應用中，為了更好地在性能和成本之間取得平衡，設計者常常采用準諧振反激式變換器配上適當的控制芯片作為主DC/DC 級的首選解決方案。

　　目前， 常用的準諧振反激式變換器控制芯片有安森美的NCP1337、意法半導體公司的L6566、昂寶公司的OB2202 和OB2203 和英飛凌的ICE2QS02G。其中，NCP1337，L6566，OB2202 和OB2203 應用在小功率LCDTV 開(kāi)關(guān)電源中，它們的性?xún)r(jià)比相仿。而ICE2QS02G 不但可應用于小功率場(chǎng)合，還可以應用于中高功率場(chǎng)合，另外從性?xún)r(jià)比方面看，它也優(yōu)于其他幾種芯片。為此，在準諧振反激式變換器方案中，筆者選用ICE2QS02G 作為控制芯片。

　　ICE2QS02G 擁有數字降頻技術(shù)，使得開(kāi)關(guān)頻率隨著(zhù)負載的降低而降低，同時(shí)在整個(gè)負載范圍內，控制器能根據負載情況在不同的谷底點(diǎn)導通MOSFET， 使得轉換器的開(kāi)關(guān)損耗和傳導損耗始終保持平衡， 轉換器獲得最高運行效率，系統平均效率得到大幅度的提高。此情況下，就可以解決傳統的準諧振反激式轉換器（僅具備最大頻率限制）在自由運行工作時(shí)所出現的如下問(wèn)題：當系統負載在滿(mǎn)載范圍（50%~70%）時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率將會(huì )增大許多，使得設計者必須付出很大的努力來(lái)取得成本與優(yōu)化設計的平衡。此外，ICE2QS02G 還具備多種用戶(hù)可調的保護功能， 旨在保護系統并使得該IC 適用于不同的應用場(chǎng)合。在故障模式下，例如開(kāi)環(huán)控制回路/過(guò)載、輸出過(guò)壓和變壓器繞組短路等， 該器件將切換至自動(dòng)重啟模式或栓鎖模式。通過(guò)采用逐周期峰值電流限制和折返校正等方法，可降低變壓器尺寸，優(yōu)化次級二極管的電流等級，從而提高設計的成本效率。

　　綜上所述，主DC/DC 級采用準諧振反激式轉換器以及對應的控制芯片ICE2QS02G 是很好的解決方案。另外，在準諧振反激式轉換器中選用高壓MOSFET 開(kāi)關(guān)管（例如全新的800 V CoolMOS C3 系列開(kāi)關(guān)管）， 可以降低主傳導損耗和MOSFET 的導通損耗，可使效率再提高1%～3%，很好地改善了主DC/DC 級的效率。

　　5 待機轉換器解決方案：

　　在全新的功耗規范標準下， 要求LCD TV 開(kāi)關(guān)電源待機功耗應低于1 W。在此情況下，輸出功率很低甚至為零，系統的輸出電流接近于零，MOSFET 和二極管的導通損耗以及鐵芯損耗可以忽略， 二次測二極管的關(guān)斷損耗、MOSFET 的開(kāi)啟損耗也可以忽略， 待機狀態(tài)下的主要損耗是MOSFET 關(guān)斷損耗和啟動(dòng)電阻損耗。因此，降低這兩方面的損耗是降低待機功耗和設計待機轉換器的關(guān)鍵點(diǎn)。目前，設計者的首選解決方案是：設計獨立的待機轉換器，在待機轉換器中采用固定頻率反激式拓撲結構及其相應的控制芯片。

　　在降低啟動(dòng)電阻損耗方面，傳統的方法多為降低啟動(dòng)電流同時(shí)增大啟動(dòng)電阻， 但實(shí)踐證明該方法的功效不明顯。為此，英飛凌提出了用一個(gè)開(kāi)關(guān)電路替代電阻的方法，在啟動(dòng)過(guò)程中，啟動(dòng)電路開(kāi)通，而當IC 被激活后，啟動(dòng)電路關(guān)閉。實(shí)踐證明該方法可消除啟動(dòng)電阻的損耗。英飛凌的CoolSET F3 芯片就集成了這樣的電路以降低電源的損耗。

　　在降低MOSFET 關(guān)斷損耗方面， 由于MOSFET 關(guān)斷損耗與開(kāi)關(guān)頻率成比例，因而頻率越低損耗越小。然而，從開(kāi)關(guān)電源基本原理可知：在正常工作模式下，需要利用高頻來(lái)減小變壓器和濾波器等器件的尺寸， 而在待機模式下，低頻率有利于減小損耗。所以在待機轉換器解決方案中應選用具有自動(dòng)降頻技術(shù)的集成功率IC。在一般的負載范圍，IC 工作在高頻， 當輸出功率下降到某一特定閾值時(shí)，IC 將會(huì )自動(dòng)減小開(kāi)關(guān)頻率。

　　在“自動(dòng)降頻技術(shù)”方面，目前較為普遍的有脈沖跳躍模式、突變模式及非導通時(shí)間調變等方式。在這些方式中，以英飛凌推出的主動(dòng)突變模式性能最優(yōu)越，該模式能在系統結束待機時(shí)保持輸出調節并為負載波動(dòng)做好準備。從這方面考慮，再結合設計的復雜程度和成本等因素，待機轉換器選擇英飛凌最新推出的ICE3BR4765J是很好的解決方案。ICE3BR4765J 具備獨有的主動(dòng)突變模式，加上還應用了Bi-CMOS 生產(chǎn)制程，使產(chǎn)品實(shí)現了一個(gè)極低的待機功耗，例如可實(shí)現在12 W/5 V 的產(chǎn)品上僅有25 mW 的待機功耗。ICE3BR4765J在固定的開(kāi)關(guān)頻率上，加入了±4%的頻率抖動(dòng)功能，使整體EMI 水平降低， 從而減小用戶(hù)對額外的濾波器的要求和生產(chǎn)成本。ICE3BR4765J 內部集成了650 V 的啟動(dòng)單元，大大簡(jiǎn)化了外圍電路的設置，從而降低了系統成本。

　　綜合以上分析，優(yōu)化的待機轉換器方案是：獨立設計反激式待機轉換器，并采用英飛凌最新推出的集成功率IC 芯片ICE3BR4765J。

　　基于上述PFC 級、主DC/DC 級和待機轉換器的解決方案， 可設計出圖3 所示的LCD TV 開(kāi)關(guān)電源解決方案框圖。