淺析LCD TV中的電源改進(jìn)方案

標簽：電源 LCD PFC 架構 LLC

0 引言

液晶顯示器，簡(jiǎn)稱(chēng)LCD。世界上第一臺液晶顯示設備出現在20世紀70年代初，被稱(chēng)之為扭曲向列液晶顯示器。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計算器等領(lǐng)域。80年代，超扭曲向列液晶顯示器出現，同時(shí)薄膜晶體管液晶顯示器技術(shù)被研發(fā)出來(lái)，但液晶技術(shù)仍未成熟，難以普及。80年代末90年代初，日本掌握了STN-LCD及TFT-LCD生產(chǎn)技術(shù)，LCD工業(yè)開(kāi)始高速發(fā)展。液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，是具有規則性分子排列的有機化合物，如果把它加熱會(huì )呈現透明狀的液體狀態(tài)，把它冷卻則會(huì )出現結晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。

1 LCD TV電源架構的介紹

圖1所示為L(cháng)CD TV的電源架構，圖中架構的輸入電壓為90-265V，輸入頻率從47Hz到63Hz，經(jīng)過(guò)調試整流后會(huì )經(jīng)過(guò)PFC架構，由于本文主要針對MOS，因此圖中沒(méi)有表示出調試整流部分。PFC根據所使用的IC選擇采用DCM或者CCM。從PFC出來(lái)后有一個(gè)PWM，如果輸出功率小于65W，則PWM端采用Flyback或QR模式?，F在LCD TV常用的是半橋共振和LLC架構。5V一側有備用電源，目前LCD TV的備用電源通常采用的是IC綁定MOS。

圖2所示為一個(gè)實(shí)際的TV板。從圖1的電源架構角度看，該電路板中有兩個(gè)SteP EMI內核，圖中標記了紅色的部分有一個(gè)PFC MOSFET，目前Vishay主推IRFP27N60KPBF，PWM的MOSFET采用的是半橋LLC架構，這一部分用500V MOS即可，該電路板使用的是IRFB840APBF。此外還有3組輸出，即5V、12V和24V，以及一個(gè)5V的備用電源。

2 拓撲結構及工作原理

PFC即Power Factor CorrectiON，是一個(gè)升壓式架構。當PFC控制器的電源大于70W小于200W時(shí)，通常會(huì )采用DCM結構，這種結構電壓比較高，通常需要選擇600或650V的MOS。當電源大于200W時(shí)，通常采用CCM結構。對于一次側PWM拓撲架構，如圖3所示，一般采用的是Flyback架構。電源為65W或90W以下的適配器會(huì )采用Flyback架構，26“和32”電視也可能采用Flyback架構。半橋結構需要兩個(gè)MOS，而全橋結構需要4個(gè)MOS。其實(shí)半橋和全橋式架構比較適用于大電源中。目前廣為接受的TV電源主要是LLC架構，是由兩個(gè)MOS Q1和Q2串聯(lián)Cr、Lr和Lm，以及一個(gè)變壓器組成，如圖3中右下圖所示。

3 零電壓切換

由于共振切換方式中電壓電流交叉面積變小，相對開(kāi)關(guān)損耗變小，效率變高，溫度降低，因此通常采用共振切換的方式，目前最常用的是零電壓切換。由于采用LC架構，其共振頻率為 f_{r}=frac{1}{2πsqrt{L_{r}C_{r}}}，當操作頻率大于共振頻率時(shí)，則操作在ZVS(零電壓切換)架構上。從圖4中可以看到，當電流增加時(shí)電壓為零，電壓增加時(shí)電流為零。

4 LLC共振轉換器

圖5所示為半橋共振LLC共振轉換器，這種架構根據 f_{r}=frac{1}{2πsqrt{L_{r}C_{r}}}計算出共振頻率的第一個(gè)點(diǎn)和第二個(gè)點(diǎn)。一般情況下希望將LLC共振設計在ZVS區域內。如果在ZCS區域內損耗比較大，只需將開(kāi)關(guān)頻率設計成大于共振頻率即可實(shí)現。圖5中右上角的圖表示了開(kāi)關(guān)頻率隨著(zhù)電壓增益變換關(guān)系圖。共振LLC轉換器應用于LCD TV時(shí)的優(yōu)點(diǎn)有：

1)高效率：初級MOS零電壓切換幾乎沒(méi)有損耗，而且次級整流二極管為ZCS切換，損耗較少，因此整體效率得到提升;

2)高電源密度;

3)良好的EMI(低dV/dt和dI/dt);

4)更好的交叉調整率;

5)較低的輸出紋波噪聲;

6)低熱擾動(dòng)

7)節約成本