PDP控制電源的設計分析
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隨著(zhù)人們對大屏幕彩電的需求不斷增加，等離子顯示器(PDP)由于其體積小、視角寬、主動(dòng)發(fā)光、亮度高、環(huán)境適應性好等獨特的優(yōu)點(diǎn)，在競爭中占有相當的優(yōu)勢，隨著(zhù)價(jià)格的降低，它必將進(jìn)入家庭，有著(zhù)巨大的市場(chǎng)需求。等離子顯示器主要由顯示屏、屏蔽玻璃、電源、數字電路、驅動(dòng)電路、外殼等部件組成，其中電源擔負著(zhù)屏內所有電路和顯示屏的供電，其技術(shù)含量高，功能復雜，為滿(mǎn)足等離子顯示器的安全要求，需要進(jìn)行精心設計和嚴格測試。
電源輸出特性
為了適應全球輸入電壓范圍，交流輸入電壓為85～276V，經(jīng)過(guò)EMI濾波、整流后采用有源PFC作電壓預調整，共有8路輸出電壓:地址驅動(dòng)電源Va，屏驅動(dòng)電源Vs，邏輯控制電源Vcc，輔助電源(3路)，風(fēng)扇電源，待機電源Vsb，其主要輸出特性如下:
屏驅動(dòng)電源(Vs)輸出：165～185Vdc(可控)，自動(dòng)設置，Vs=165+10×Vrs，Vrs為參考電壓，在0～2V之間，由PDP提供，平均電流Is為1.5A，瞬時(shí)最大電流Isp為12.0A；
地址驅動(dòng)電源(Va)輸出：55～65Vdc(可控)，自動(dòng)設置，Va=55+5×Vra，Vra為參考電壓，在0～2V之間，由PDP提供，平均電流Ia為1.8A，瞬時(shí)最大電流Iap為3.0A；
邏輯電路電源(Vcc)輸出：5Vdc(可控)，瞬時(shí)最大電流Icp為5.0A;輔助電源輸出:+5V，3.5A;+12V，1A;-5V，0.5A;12V風(fēng)扇電源(Vfan):電流為0.5～1.0A;5V待機電源(Vsb):電流為0.5～1.0A。
地址驅動(dòng)電源Va和屏驅動(dòng)電源Vs分別受PDP控制，而且有時(shí)序要求，所以采用兩個(gè)獨立DC/DC變換器;對于待機電源Vsb，在PDP不工作即其他所有輸出均關(guān)斷時(shí)仍然工作，所以Vsb采用一個(gè)獨立的DC/DC變換器;Vcc與Vs和Va是共地的，為避免地線(xiàn)上的干擾，輔助電源組采用單獨一組DC/DC變換器，輸出內部共地，同時(shí)為了避免差頻干擾，對大功率的Va和Vs變換器采用頻率同步的工作方式(同步于PFC電路)。各變換器的邏輯關(guān)系及工作時(shí)序如下:
a.交流上電后，待機電源Vsb開(kāi)始工作；
b.遙控開(kāi)機后，先吸合繼電器，PFC輸出直流電壓，輔助電源、PDP邏輯控制電源Vcc工作；
c.屏控電路初始化后，發(fā)出可啟動(dòng)高壓驅動(dòng)開(kāi)啟電平Vrr到PDP電源，Va和Vs啟動(dòng)工作；
d.遙控關(guān)機時(shí)，屏控電路先關(guān)閉Vs和Va，后關(guān)Vcc和輔助電源；
e.遙控關(guān)機后，待機電源仍然工作，以便下一次的啟動(dòng)。
其開(kāi)關(guān)機時(shí)序如圖1(a)、(b)所示。
(a) 開(kāi)機時(shí)序 
(b) 關(guān)機時(shí)序
圖1 開(kāi)關(guān)機時(shí)序圖
圖1中的t1為PDP電源內部高低壓之間的啟動(dòng)延時(shí)，大約為110ms，Vrr是高壓封鎖信號，在Vrr為高電平之后即有高壓輸出，圖中的t3表示Vs(165V)的軟啟動(dòng)時(shí)間，大約為300～800ms，而Va(65V)無(wú)軟啟動(dòng)。t4和t5僅代表關(guān)機時(shí)的先后順序，其本身數值的大小和負載的情況密切相關(guān)，在滿(mǎn)載情況下t4大約為450ms，t5大約為260ms。Vs和Va變換器是一起開(kāi)機、一起關(guān)機，當前兩路中有1路保護(過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱)時(shí)，則將該兩路變換器全部關(guān)斷，但不關(guān)Vcc變換器。當Vcc變換器發(fā)生故障時(shí)，將Vs和Va變換器與Vcc變換器同時(shí)關(guān)斷，整個(gè)電源的結構框圖如圖2所示。
圖2 結構框圖
電路設計
為了滿(mǎn)足PDP電源的上述特性要求，每種電源都需要不同的電路結構，下面詳細論述各個(gè)電路的設計。
EMI電路、有源功率因數校正電路和待機電源
為了滿(mǎn)足全球化需要，PDP電源必須滿(mǎn)足各個(gè)組織的EMI測試要求，根據阻抗匹配采用了如圖3所示拓撲結構的EMI濾波器，經(jīng)過(guò)參數優(yōu)化和PCB優(yōu)化，其傳導輻射通過(guò)了CLASS B標準，有源功率因數校正電路采用了UC3854作為主控芯片，功率因數達到99%，待機電源采用PI公司的專(zhuān)用待機電源芯片構成單端反激變換器。
圖3 交流輸入濾波電路拓撲
輔助電源
輔助電源采用UC3844組成單端反激變換器，電壓分別為一組5V/3.5A、-5V/0.5A，一路12V/0.5A，一路12V/1.0A，5V主控。
地址驅動(dòng)電源Va和屏驅動(dòng)電源Vs
此兩路電源功率都比較大而且受控，因此采用兩路相同結構的獨立雙管雙正激變換器。我們以地址驅動(dòng)電源Va為例進(jìn)行設計，該路功率為120W，輸出55～65Vdc(可控)，自動(dòng)設置，Va=55+5×Vra，Vra為參考電壓，在0～2V之間，由PDP提供。當Vra為2V時(shí)，對應Va的輸出為65V。其控制電路采用SG3525芯片，把Vra電壓經(jīng)過(guò)分壓和濾波處理后加到SG3525的1腳上對輸出電壓控制。主拓撲采用雙管雙正激變換器，特點(diǎn)是器件應力小，不存在剩磁問(wèn)題，電路簡(jiǎn)單，避免直通問(wèn)題，圖4為雙管雙正激變換器的原理電路。
圖4 雙管雙正激變換器的原理電路 在圖4中，PFCout為功率因數校正的輸出，為400V。每路正激變換器由兩只MOSFET構成，這種雙管正激可降低開(kāi)關(guān)管耐壓要求。與單正激變換器相比，雙正激變換器在使輸出功率增大的同時(shí)還帶來(lái)如下好處:①輸出濾波電感工作頻率為兩倍開(kāi)關(guān)頻率，這使得其大小相對減小;②變壓器原副邊變比為單正激的兩倍，可選用低耐壓的輸出整流二極管。實(shí)際使用的開(kāi)關(guān)頻率為80kHz，開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)采用脈沖變壓器耦合隔離方式，這樣可減小主電路對控制電路的干擾。每只MOSFET附近的RCD電路為吸收緩沖電路，可以有效吸收開(kāi)關(guān)過(guò)沖，其參數值由開(kāi)關(guān)頻率和實(shí)際電路決定。當Po(單路)=65W時(shí)，其磁性元件設計如下：
設整流管最大壓降Vsr≤0.7V，電感繞組的最大電阻壓降VL≤0.1V，其他線(xiàn)路最大壓降Vr≤0.1V，原邊MOFET及線(xiàn)路壓降Vsw≤0.3V，變壓器效率η≥98%。其他參數為：
Vs：變壓器副邊電壓
Vp：變壓器原邊電壓
輸入電壓：Vin=390～400V
輸出電流：Io=1A
輸出電壓范圍：Vo=50～70V
輸出功率：Pomax=70W
最大占空比：Dmax=0.45
開(kāi)關(guān)頻率：f=80kHz
導線(xiàn)的電流密度：J=4A/mm2
鐵芯磁通密度變化量：ΔB=0.2T
(1)計算匝數比
(2)計算總視在功率
(3)計算鐵芯窗口面積乘積
Kw：變壓器窗口系數，窗口系數先粗略取0.4，本設計中原副邊繞組均采用銅線(xiàn)； Kf對于雙管正激電路可由以下公式算出：
(4)選擇磁芯
根據Ap查磁芯手冊，確定磁芯結構為EE42/21/15，磁芯材料為西門(mén)子N67材料，有效截面:Ae=234mm2，窗口面積:AW=250mm2，Ae×AW=5.85cm2>Ap。
(5)計算原邊、副邊繞組匝數
原邊開(kāi)關(guān)管為MTP4N80，額定電流4A，耐壓800V。輸出整流二極管D1～D4采用4只快恢復二極管DSEI1206A，其中2只并聯(lián)使用作為續流二極管。DSEI1206A的反向軟恢復特征使得輸出尖峰電壓減小外，反向恢復電流折算到原邊也小，使得原邊MOS2FET開(kāi)通損耗減小。在輸出電壓65V，輸出電流1A時(shí)，變壓器溫升小于30℃，效率為93%。
測試結果
PDP電源設計完成后需要進(jìn)行高低溫沖擊試驗、負載特性、功率因數、EMC等測試，其滿(mǎn)載功率因數測試為>98%，以下為其他各個(gè)測試項。
基本性能指標
PDP電源基本性能指標表如表1所示。
環(huán)境測試
A.低溫測試:-5℃時(shí)，電源能啟動(dòng)且可以正常工作，測試負載調整率、電壓調整率、穩壓精度、輸出過(guò)流保護點(diǎn)、輸出過(guò)壓保護點(diǎn)、設置精度、峰峰雜音等項目。
B.高溫測試:50℃時(shí)
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