基于NCP1927的平板電視開(kāi)關(guān)電源設計

　　隨著(zhù)平板電視的迅速發(fā)展，中國平板電視市場(chǎng)已進(jìn)入成熟期，平板電視的高效且功能強大的開(kāi)關(guān)電源需求也在顯著(zhù)增加。安森美半導體提供的NCP1927功率因數校正(PFC)及反激組合控制器電源管理芯片，能夠用于開(kāi)發(fā)緊湊及高能效平板電視開(kāi)關(guān)電源，配合纖薄平板電視設計潮流及幫助推動(dòng)節能降耗。

　　配合平板電視開(kāi)關(guān)電源設計要求從行業(yè)的發(fā)展來(lái)看，CRT向平板電視的轉變意味著(zhù)能源消耗的增加。以液晶電視為例，液晶屏本身不發(fā)光，必須要用后面無(wú)數的燈管(背光模組)均勻照亮整個(gè)熒屏，再通過(guò)信號和液晶物質(zhì)的流動(dòng)顯示出影像。要驅動(dòng)這些燈管，并且讓熒屏保持較高的亮度和分布，就需要消耗大量的電力。

　　在國內，目前彩電行業(yè)沿用的節能標準是《彩色電視廣播接收機能效限定值及節能評價(jià)值》，該標準只要求達到待機狀態(tài)下的節能要求。然而工作(開(kāi)機)能 耗才是決定平板電視耗電量的主導因素。因為沒(méi)有相關(guān)標準，也就難以衡量平板電視真正的能耗水平。因此，人們關(guān)注的焦點(diǎn)是如何開(kāi)發(fā)更具能源效率的電源設計， 同時(shí)還要滿(mǎn)足外型、成本方面的要求。

　　以研發(fā)緊湊及高能效方案著(zhù)稱(chēng)的安森美半導體提供的NCP1927集成的PFC控制器采用臨界導電模式(CrM)工作時(shí)可實(shí)現接近1的功率因數，包含 了構建強固及緊湊PFC段所需的全部特性，且將外部元器件數量減至了最少。該器件集成的固定頻率電流模式反激控制器采用專(zhuān)有的“軟跳周期(Soft- SkipTM)”待機模式，且結合輕載時(shí)的頻率反走功能，提供了極低的待機能耗。

　　安森美半導體的PFC及反激組合控制器NCP1927功能詳解NCP1927是集成了臨界導電模式功率因數校正及反激控制器和時(shí)序電路的組合控制器，適合開(kāi)發(fā)緊湊的高能效平板電視電源。其獨特特性包括逆變器啟用引 腳、進(jìn)入待機狀態(tài)控制引腳、頻率反走及軟跳周期，體現了通知背光逆變器PFC輸出已就緒、關(guān)閉PFC控制器，以及完整負載范圍內的高能效優(yōu)勢。

　　NCP1927還具有其它特性，如極低啟動(dòng)電流消耗(最大值20 μA)、包含關(guān)閉IC的關(guān)閉引腳、快速主電源/負載瞬態(tài)補償、可編程PFC過(guò)壓/欠壓保護、帶內置斜坡補償的65 kHz固定頻率、削弱EMI信號的頻率抖動(dòng)特性、帶自動(dòng)恢復的基于定時(shí)器的過(guò)流保護，以及提供針對繞組短路的保護、4 ms軟啟動(dòng)等。

　　簡(jiǎn)化系統設計：NCP1927設計適用于背光逆變器采用 PFC 段供電而信號處理及音頻放大器采用反激段供電的系統。從圖1的 NCP1927框圖中 看到，在電壓高于1 V 時(shí)，NCP1927可關(guān)閉 PFC 及反激電路;拉高時(shí) PFC 啟用;在 PFC 就緒時(shí)通知背光逆變器導通。這樣，NCP1927就為平板電視電源提供了一個(gè)簡(jiǎn) 單、緊湊及可靠的方案。

　　啟動(dòng)序列/待機/啟用逆變器：圖2是 NCP1927的啟動(dòng)序列，其順序是 VCC 充電直至 VCC(on)、反激段啟用、反激段到達穩壓狀態(tài)、PFC 段啟用、PFC 段到達穩壓狀態(tài)、逆變器啟用。

　　當 GTS(進(jìn)入待機，Go To Standby)引腳電壓降至低于 VSTANDBY 時(shí)，PFC 關(guān)閉，且保持待機狀態(tài)，直至電壓增加到高于 VSTANDBY+VSTANDBY(HYS)。 PFC 可以通過(guò)反激電路 FB引腳自動(dòng)關(guān)閉，或以光耦直接控制，如圖 3所示，方法1是根據反激段 FB 引腳電壓來(lái)觸發(fā)GTS;方法2是使用次級端信號來(lái)觸發(fā) GTS。

　　啟用逆變器：NCP1927監測 PFC 誤差放大器電流，一旦此電流降低至0 μA，就會(huì )通知逆變器導通。如圖4(a)所示;當 PFC 處于穩態(tài)穩壓時(shí)，IENABLE 引腳提供5 V 輸出。如圖4(b)所示。

　　輕載能效特性：NCP1927提供三種工作模式：第一種是正常的65 kHz 固定頻率工作;第二種是頻率反走，即在輕載時(shí)振蕩器頻率線(xiàn)性降低至26 kHz;第三種是輕載時(shí)軟跳周期模式，即驅動(dòng)停止，跳開(kāi)關(guān)周期。這三種工作模式結合在一起，優(yōu)化完整負載范圍內的能效。

　　反激段軟跳周期模式：圖6給出了電壓模式到電流模式工作的過(guò)程。FB 信號與內置斜坡信號比較;內置斜坡信號允許在電流模式控制開(kāi)始前出現一些短脈 沖。在該模式下 VFFB 上升時(shí)，驅動(dòng)器又開(kāi)始開(kāi)關(guān)，占空比逐漸從0%上升。該模式可降低可聽(tīng)噪聲風(fēng)險，同時(shí)支持在鉗位網(wǎng)絡(luò )中使用廉價(jià)變壓器及電容。

　　PFC 跳周期模式：在該模式下，Pcontrol 電壓降至低于可編程跳周期電平時(shí)，PFC 停止開(kāi)關(guān);在穩壓電壓自然地回升至高于跳周期電平時(shí)(增加了延遲特性)，PFC 恢復開(kāi)關(guān)。跳周期電平用 RPSKIP 來(lái)調節，見(jiàn)圖7。

　　保護特性：在 PFC 段，有過(guò)流保護(OCP)、過(guò)壓保護(OVP)、欠壓保護(UVP)功能;在反激段，有過(guò)載保護(帶80 ms 故障定時(shí)器)、繞組短路保護和過(guò)熱關(guān)閉。器件設有 PFC 過(guò)壓保護(OVP)及欠壓保護(UVP)專(zhuān)用引腳。在出現浮動(dòng)引腳時(shí)，IUVP 電流源激活 UVP，見(jiàn)圖8。帶專(zhuān)用 POVUV 引腳的雙反饋配置提供更高的安全等級，即使雙反饋配置中某個(gè)故障，也可確保提供保護。

　　故障管理：即 VCC 斷續(Hiccup)功能。在非閂鎖故障(關(guān)閉模式、過(guò)熱關(guān)閉及反激過(guò)載)條件下，門(mén)驅動(dòng)器關(guān)閉，內部 IC 電流功耗導致 VCC 降低至 VCCOFF。一旦 VCC 上升至 VCCON，故障復位，IC 電流消耗降至啟動(dòng)電流電平，使器件重啟。

　　NCP1927控制器具體應用

　　圖10是使用 NCP1927的140 W 液晶電視的開(kāi)關(guān)電源的實(shí)物照片。其輸出1為390 V，250 mA;輸出2為5 V，2 A;輸出3為12 V，2.5 A。平均能效大于82%;滿(mǎn)載能效大于85%;空載輸入功率小于150 mW;功率因數大于0.95;啟動(dòng)時(shí)間小于2秒。圖11是其電路圖。

　　從圖12、13、14中可以分別看出140 W 液晶電視的待機能耗小于50 mW，輕載能效極佳;平均能效及滿(mǎn)載能效很高;功率因數超越了要求，令人滿(mǎn)意。

　　結論

　　安森美半導體的 NCP1927提供緊湊及強固的平板電視電源所需的所有特性，由于采用了專(zhuān)用逆變器啟用、PFC 關(guān)閉(GTS)及關(guān)閉控制，大幅簡(jiǎn)化了系統 設計;頻率反走、反激段軟跳周期及 PFC 跳周期模式優(yōu)化了能效。它同時(shí)提供了包括過(guò)載保護及專(zhuān)用欠壓和過(guò)壓保護引腳等強固的保護特性，是開(kāi)發(fā)緊湊及高能效 平板電視開(kāi)關(guān)電源不可多得的理想器件。