大屏及8K電視3DR高效節能技術(shù)應用

0   引言

近年來(lái)，隨著(zhù)顯示技術(shù)的日益發(fā)展，以及國家大力推進(jìn)消費升級和數字化轉型，大屏化和8K 顯示技術(shù)已成為電視的發(fā)展趨勢，越來(lái)越受消費者的青睞！但是，目前大屏以及8K 模組存在功率大、整機能耗高的問(wèn)題，不符合節能減排、綠色環(huán)保的理念，亟待攻關(guān)解決。針對匹配大屏及8K 電視，若采用傳統電源架構，如升壓（boost）或降壓（buck）拓撲^[1]，電源及背光電路需經(jīng)兩級能量轉換，且由于通道數多、燈條電壓高、燈條電流大，使得傳統電路效率低，系統極其復雜，恒流模塊器件多、成本高，不利于大屏及8K 電視的普及和推廣。同時(shí)，隨著(zhù)國家倡導的“碳達峰”、“碳中和”觀(guān)念的不斷深入，降低大屏及8K 電視能耗也成為電視發(fā)展的必然趨勢。因此，在研究如何匹配大屏及8K 電視的電源及恒流系統基礎上，提出一種雙直驅式諧振網(wǎng)絡(luò )（dual-direct-driver resonance）技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)3DR 技術(shù)，大大提高了大屏及8K 電視背光轉換效率，降低整機能耗和系統成本，同時(shí)在TV 行業(yè)內積極倡導節能減排、綠色環(huán)保理念，具有極大的經(jīng)濟和社會(huì )效益。

1   傳統技術(shù)方案

在LED 電視及顯示行業(yè)，傳統采用升壓（boost）或降壓（buck）恒流驅動(dòng)方式匹配背光模組燈條。電源系統經(jīng)過(guò)AC/DC 轉換后輸出DC 電壓，DC 電壓再經(jīng)過(guò)降壓或升壓電路實(shí)現LED 燈條所需的燈條電壓，同時(shí)與系統匹配實(shí)現恒流輸出。不論是升壓（boost）還是降壓（buck）恒流系統，從交流輸入到LED 燈條均需經(jīng)兩級能量轉換^[2]，以應用較多的升壓拓撲為例，如圖1a所示。

采用傳統技術(shù)方案匹配8CH 大屏及8K 電視，電源系統架構如圖1b 所示。從圖1b 可以看出，傳統電源架構經(jīng)兩級能量轉換，匹配8CH 屏體，需8 路獨立的恒流驅動(dòng)電路，效率低，系統復雜，恒流模塊器件多，系統成本高。為了簡(jiǎn)化電源架構，提高電源及恒流的轉換效率，降低整機功耗和系統成本，提出一種3DR 技術(shù)新架構，可大大提高大屏及8K 電視背光轉換效率，降低整機功耗和系統成本。

2   3DR技術(shù)

3DR 技術(shù)是針對目前大屏及8K 電視的背光模組燈條匹配提高背光轉換效率的一種新的電源及恒流架構系統技術(shù)，其包含2 個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：3DR 半周期分流技術(shù)，3DR 通道倍增技術(shù)，分別說(shuō)明如下。

2.1 3DR半周期分流技術(shù)

AC 接通系統后，燈條分配網(wǎng)絡(luò )通過(guò)諧振網(wǎng)絡(luò )半周期分流技術(shù)將橋式整流的正負半周（t1、t2）分成兩組電流通道，形成兩個(gè)燈條并聯(lián)輸出，如圖2a 紅色和藍色電流通路所示。采用電容均流技術(shù)確保每組燈條電流相等，使在燈條電壓不等的情況下也能實(shí)現均流，從而實(shí)現模組背光燈條對稱(chēng)或非對稱(chēng)設計。

圖2a 3DR半周期分流技術(shù)原理

圖2b 3DR通道倍增技術(shù)原理圖

2.2 3DR通道倍增技術(shù)

當大屏及8K 電視背光模組燈條通道數增加時(shí)，通過(guò)燈條正負壓通道倍增技術(shù)將兩組并聯(lián)燈條變換成兩組正負壓串聯(lián)燈條，最終形成兩并兩串的四通道設計，如圖2b 所示。通過(guò)模塊級聯(lián)方式靈活實(shí)現通道的擴展，以滿(mǎn)足大屏及8K 模組背光燈條多通道設計的要求。

2.3 3DR技術(shù)應用

由于大屏及8K 電視屏體玻璃透過(guò)率低、T-CON功率大，模組功率較普通產(chǎn)品增加約30%。在整機系統中，特別是大屏及8K 電視，模組功耗占比達到80%以上，為了降低整機功耗，需要提升模組背光電路的轉換效率。以匹配8CH 大屏及8K 電視為例，3DR 新系統架構原理如圖3 所示。

從圖3a 和3b 可以看出，3DR 技術(shù)省去了背光轉換電路，省去一級能量轉換，由燈條分配網(wǎng)絡(luò )直接給模組燈條供電，大大提高背光模組的轉換效率。根據3DR技術(shù)原理，模組燈條可選擇諧振網(wǎng)絡(luò )和諧振網(wǎng)絡(luò )匹配不同燈條通道的模組，同時(shí)，諧振網(wǎng)絡(luò )還可以分別匹配2CH 或4CH 的背光模組燈條，因此整個(gè)新系統架構可實(shí)現靈活匹配2/4/6/8CH 背光模組燈條。且根據3DR 技術(shù)原理，當背光模組燈條電壓不一致時(shí)，由于存在均流電容，如圖2b 中的電容，可分擔燈條不對稱(chēng)的壓差，因此，該架構也可直接匹配，實(shí)現燈條的對稱(chēng)與非對稱(chēng)設計。由于該系統省去一級電路轉換，恒流器件少，大大降低了電源及恒流系統成本。因此， 基于3DR 技術(shù)的高效節能諧振網(wǎng)絡(luò )是目前匹配大屏及8K 電視的新的電源及恒流系統架構，應用性及可推廣性強。

圖3a 3DR電源架構原理

3   3DR技術(shù)實(shí)驗結果

根據實(shí)際設計的一款86 英寸8CH 8K LED 電視電源及恒流，分別對傳統升壓恒流方案和3DR 技術(shù)方案進(jìn)行對比。

1）電源及恒流系統效率對比

P1 為傳統升壓方案電源輸入功率，P2 為3DR 技術(shù)方案的電源輸入功率，數據對比如下。

表1 86英寸8CH電路元器件數量對比

2）測試條件

輸入：220 V AC，50 Hz，570 W（P1），515 W（P2）

輸出：① LED 燈條電壓130.2 V（CH1/CH2/CH5/CH6/CH7/CH8）和167.4 V（CH3/CH4）

② LED 燈條電流360 mA

③ +12 V/3 A，+20 V/1 A

3）實(shí)驗結果

①若電源及恒流系統采用傳統升壓恒流架構，計算結果如下：

η1（電源及恒流效率）=×100%=×81%

② 3DR 技術(shù)方案電源效率計算結果如下：

η2（電源及恒流效率）=×100%=×100%=89.6%

從以上實(shí)際測試數據計算結果看，采用3DR 技術(shù)方案相比普通方案電源轉換效率提高約8.6%，此外，該方案匹配的模組功率越大，整機功耗降低越大。

4）器件數對比

從表1 可以看出，以86 英寸（注：1 英寸=2.54 cm）8K 電視（8CH）為例，電路元器件數量減少約30%。一方面節省了系統成本，另一方面節省的器件可有效減少對自然資源的損耗，實(shí)現節能降耗和綠色環(huán)保。

4   結束語(yǔ)

本文詳細介紹了3DR 技術(shù)工作原理，對比了傳統技術(shù)方案與3DR 技術(shù)電源及恒流架構的差異，并結合實(shí)際案例和應用，比較傳統拓撲架構和3DR 技術(shù)架構背光系統的轉換效率和節省的器件數。實(shí)際結果顯示，以86 英寸整機為例，效率提升約8.6%，節省器件數約上百個(gè)。該方案一方面通過(guò)提升整機效率實(shí)現節能降耗，另一方面通過(guò)節省電子元器件來(lái)減少對資源的損耗，實(shí)現真正的節能環(huán)保。同時(shí)，3DR 技術(shù)可降低整機系統成本，大量推廣后可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟和社會(huì )效益，此外，該技術(shù)的實(shí)施對大屏及8K 電視的節能減排起著(zhù)巨大推動(dòng)作用。

參考文獻：

[1] 張占松,蔡宣三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[2] WINDER S. LED驅動(dòng)電路設計[M].謝運祥,王曉剛,譯.北京:人民郵電出版社,2009.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年11月期）