關(guān)于LCD-TV電源的幾個(gè)基本知識

問(wèn)：LCD-TV POWER主要有反激式，正激式，諧振半橋式3種方式，想咨詢(xún)一下37"以上的主要采用的那種結構，為什么？

答：反激式開(kāi)關(guān)電源在控制開(kāi)關(guān)接通期間不向負載提供功率輸出，僅在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間才把存儲能量轉化成反電動(dòng)勢向負載提供輸出；當控制開(kāi)關(guān)的占空比為0.5時(shí)，變壓器次級線(xiàn)圈輸出電壓的平均值Ua約等于電壓最大值Up（用半波平均值Upa代之）的二分之一；而流過(guò)負載的電流Io（平均電流）正好等于流過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈最大電流的四分之一。

當反激式開(kāi)關(guān)電源當控制開(kāi)關(guān)的占空比為0.5時(shí)，電壓脈動(dòng)系數Sv約等于2或大于2，而電流脈動(dòng)系數Si約等于4。反激式開(kāi)關(guān)電源的電壓脈動(dòng)系數與正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電壓脈動(dòng)系數基本相同，但電流脈動(dòng)系數比正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電流脈動(dòng)系數大兩倍。由此可知，反激式開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流輸出特性要比正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源差。特別是，反激式開(kāi)關(guān)電源使用的時(shí)候，為了防止電源開(kāi)關(guān)管過(guò)壓擊，其占空比一般都取得小于0.5，此時(shí)，流過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈的電流會(huì )出現斷流，電壓和電流的脈動(dòng)系數都會(huì )增加，其電壓和電流的輸出特性將變得更差。

由于反激式開(kāi)關(guān)電源僅在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間才向負載提供能量輸出，當負載電流出現變化時(shí)，開(kāi)關(guān)電源不能立刻對輸出電壓或電流產(chǎn)生反應，而需要等到下個(gè)工作周期時(shí)，通過(guò)輸出電壓取樣和調寬控制電路的作用，開(kāi)關(guān)電源才開(kāi)始對已經(jīng)過(guò)去了的事件進(jìn)行反應（即改變占空比），因此，反激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來(lái)說(shuō)比較差。有時(shí)，當負載電流變化的頻率或相位正好與取樣、調寬控制電路輸出電壓的延時(shí)特性在相位保持一致的時(shí)候，反激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓可能會(huì )產(chǎn)生抖動(dòng)。這種情況在電視機開(kāi)關(guān)電源中最容易出現。

反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的鐵心一般都需要留一定的氣隙，一方面是為了防止變壓器的鐵心因流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈的電流過(guò)大，容易產(chǎn)生磁飽和；另一方面是因為變壓器的輸出功率大小，需要通過(guò)調整變壓器鐵心的氣隙和初級線(xiàn)圈的匝數，來(lái)調整變壓器初級線(xiàn)圈的電感量大小。因此，反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級線(xiàn)圈的漏感都比較大，從而會(huì )降低開(kāi)關(guān)電源變壓器的工作效率，并且漏感還會(huì )產(chǎn)生反電動(dòng)勢，容易把開(kāi)關(guān)管擊穿。

反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是電路比較簡(jiǎn)單，比正反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源少用一個(gè)大儲能濾波電感，以及一個(gè)續流二極管，因此，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的體積要比正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的體積小，且成本也要降低。此外，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓受占空比的調制幅度，相對于正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)要高很多。因此，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源要求調控占空比的誤差信號幅度比較低，誤差信號放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較小。由于這些優(yōu)點(diǎn)，目前，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源在家電領(lǐng)域中還是被廣泛使用。

正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源正好是在變壓器的初級線(xiàn)圈被直流電壓激勵時(shí)，變壓器的次級線(xiàn)圈向負載提供功率輸出，并且輸出電壓的幅度是基本穩定的，此時(shí)盡管輸出功率不停地變化，但輸出電壓的幅度基本還是不變，這說(shuō)明正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對來(lái)說(shuō)比較好；只有在控制開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷期間，功率輸出才全部由儲能電感和儲能電容兩者同時(shí)提供，此時(shí)輸出電壓雖然受負載電流的影響，但如果儲能電容的容量取得比較大，負載電流對輸出電壓的影響也很小。

另外，由于正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源一般都是選取變壓器輸出電壓的一周平均值，儲能電感在控制開(kāi)關(guān)接通和關(guān)斷期間都向負載提供電流輸出，因此，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的負載能力相對來(lái)說(shuō)比較強，輸出電壓的紋波比較小。如果要求正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓有較大的調整率，在正常負載的情況下，控制開(kāi)關(guān)的占空比最好選取在0.5左右，或稍大于0.5，此時(shí)流過(guò)儲能濾波電感的電流才是連續電流。當流過(guò)儲能濾波電感的電流為連續電流時(shí)，負載能力相對來(lái)說(shuō)比較強。

當控制開(kāi)關(guān)的占空比為0.5時(shí)，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo的幅值正好等于電壓平均值Ua的兩倍，流過(guò)濾波儲能電感電流的最大值Im也正好是平均電流Io（輸出電流）的兩倍，因此，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流的脈動(dòng)系數S都約等于2，而與反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流的脈動(dòng)系數S相比，差不多小一倍，說(shuō)明正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電壓和電流輸出特性要比反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源好很多。

正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)也是非常明顯的。其中一個(gè)是電路比反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源多用一個(gè)大儲能濾波電感，以及一個(gè)續流二極管。此外，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓受占空比的調制幅度，相對于反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)要低很多。因此，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源要求調控占空比的誤差信號幅度比較高，誤差信號放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較大。

另外，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源為了減少變壓器的勵磁電流，提高工作效率，變壓器的伏秒容量一般都取得比較大。并且為了防止變壓器初級線(xiàn)圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢把開(kāi)關(guān)管擊穿，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的變壓器要比反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的變壓器多一個(gè)反電動(dòng)勢吸收繞組，因此，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的變壓器的體積大。

正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源還有一個(gè)更大的缺點(diǎn)是在控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器初級線(xiàn)圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢電壓要比反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的反電動(dòng)勢電壓高。因為一般正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，控制開(kāi)關(guān)的占空比都取在0.5左右，而反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源控制開(kāi)關(guān)的占空比都取得比較小，大多數都在0.25左右。

半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源與推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源一樣，由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管輪流交替工作，相當于兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源同時(shí)輸出功率，其輸出功率約等于單一開(kāi)關(guān)電源輸出功率的兩倍。因此，半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，輸出電壓的電壓脈動(dòng)系數Sv和電流脈動(dòng)系數Si都很小，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波和電流紋波就可以達到非常小。

半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源最大的優(yōu)點(diǎn)是，對兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的耐壓要求比推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源對兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的耐壓要求可以降低一半。因為，半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的工作電壓只有輸入電源Ui的一半，其最高耐壓等于工作電壓與反電動(dòng)勢之和，大約是電源電壓的兩倍，這個(gè)結果正好是推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源兩個(gè)開(kāi)關(guān)管耐壓的一半。因此，半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源主要用于輸入電壓比較高的場(chǎng)合，一般電網(wǎng)電壓為交流220伏供電的大功率開(kāi)關(guān)電源大部分都是用半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源。

半橋式開(kāi)關(guān)電源的變壓器初級線(xiàn)圈只需要一個(gè)繞組，這也是它的優(yōu)點(diǎn)，這對小功率開(kāi)關(guān)電源變壓器的線(xiàn)圈繞制多少帶來(lái)一些方便。但對于大功率開(kāi)關(guān)電源變壓器的線(xiàn)圈繞制沒(méi)有優(yōu)勢，因為，大功率開(kāi)關(guān)電源變壓器的線(xiàn)圈需要用多股線(xiàn)來(lái)繞。

半橋式開(kāi)關(guān)電源最大的缺點(diǎn)是，當兩個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1和Q2處于交替轉換工作狀態(tài)的時(shí)候，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管會(huì )同時(shí)出現一個(gè)很短時(shí)間的半導通區域，即兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)同時(shí)處于接通狀態(tài)。這是因為開(kāi)關(guān)管在開(kāi)始導通的時(shí)候，相當于對電容充電，它從截止狀態(tài)到完全導通狀態(tài)需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程；而開(kāi)關(guān)管從導通狀態(tài)轉換到截止狀態(tài)的時(shí)候，相當于對電容放電，它從導通狀態(tài)到完全截止狀態(tài)也需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。另外，半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管連接沒(méi)有公共地，與驅動(dòng)信號連接比較麻煩。

當兩個(gè)開(kāi)關(guān)管分別處于導通和截止過(guò)渡過(guò)程時(shí)，即兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都處于半導通狀態(tài)時(shí)半導通狀態(tài)時(shí)，相當于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導通，它們會(huì )造成對電源電壓產(chǎn)生短路；此時(shí)，在兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的串聯(lián)回路中將出現很大的電流，而這個(gè)電流并沒(méi)有通過(guò)變壓器負載。因此，在兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)管Q1和Q2同時(shí)處于過(guò)渡過(guò)程期間，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管將會(huì )產(chǎn)生很大的功率損耗。為了降低開(kāi)關(guān)管過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生的損耗，一般在半橋式開(kāi)關(guān)電源電路中，都有意讓兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的接通和截止時(shí)間錯開(kāi)一小段時(shí)間，但對控制電路來(lái)說(shuō)，難度比較大。

諧振半橋式開(kāi)關(guān)電源的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都是在0電流或0電壓的時(shí)刻關(guān)斷或導通，因此，不存在兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導通和開(kāi)關(guān)損耗的問(wèn)題，即：兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗相對比較低。但開(kāi)關(guān)變壓器的初級線(xiàn)圈與次級線(xiàn)圈之間不能耦合得太緊，必須留出一定的漏感（大約在20%左右）。這樣，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗降低了，但開(kāi)關(guān)變壓器的工作效率卻也同時(shí)降低了，特別是開(kāi)關(guān)變壓器周?chē)嬖诮饘俨牧系臅r(shí)候，很容易產(chǎn)生渦流損耗，并且，由于開(kāi)關(guān)變壓器的漏感很大，很容易產(chǎn)生電磁干擾，EMI/EMC指標比較難過(guò)關(guān)。

總的來(lái)說(shuō)，反激式，正激式，諧振半橋式，三種開(kāi)關(guān)電源的負載能力（或輸出功率），一個(gè)比一個(gè)大。一般，輸出功率在120W以下時(shí)，最好選用反激式開(kāi)關(guān)電源；輸出功率在120～180W之間時(shí)，可選用正激式開(kāi)關(guān)電源；輸出功率在180W以上時(shí)，必須選用半橋式或諧振半橋式開(kāi)關(guān)電源。

37"以上的LCD-TV POWER一般損耗功率都在180W以上，因此，必須選用半橋式或諧振半橋式開(kāi)關(guān)電源。

問(wèn)：去買(mǎi)LCD-TV，促銷(xiāo)的給我說(shuō)電源采用了動(dòng)態(tài)調節節省功耗模式，想咨詢(xún)一下是如何處理的，主要是降低CCFL的電壓還是，變頻處理？另外想問(wèn)一下平時(shí)說(shuō)的變頻空調是不是調整逆變器的開(kāi)關(guān)頻率??？

答：電源采用了動(dòng)態(tài)調節節省功耗模式，是指當電視圖像的對比度比較低時(shí)，可以降低背光燈的亮度，以節省電源功率。但目前的大屏幕LCD-TV一般對比度比都很低，如果是對整個(gè)屏幕的對比度都通過(guò)調節背光燈的亮度來(lái)進(jìn)行控制，這種動(dòng)態(tài)調節節省功耗模式毫無(wú)意義，它會(huì )降低顯示圖像的透亮度；只有對背光燈的亮度采取分區控制時(shí)，動(dòng)態(tài)調節節省功耗模式才有意義。這種對背光燈的亮度采取分區控制技術(shù)必須采用LED作為背光燈，并且要做成點(diǎn)陣式，即矩陣排列結構，并與圖像掃描同步進(jìn)行亮度控制，才會(huì )產(chǎn)生增大對比度的效果，只有對比度的控制范圍足夠大的時(shí)候，采用了動(dòng)態(tài)調節節省功耗模式才有使用意義。

降低CCFL的電壓或LED的電壓主要是調整開(kāi)關(guān)電源的占空比。平時(shí)說(shuō)的變頻空調調整輸出功率也是調整開(kāi)關(guān)電源的占空比，當開(kāi)關(guān)電源的占空比改變時(shí)，開(kāi)關(guān)電源的工作頻率也會(huì )跟著(zhù)改變。

問(wèn)：針對EMI/EMC，像LCD-TV POWER這類(lèi)AC-DC的SMPS電源主要要考慮哪些問(wèn)題?平時(shí)我們在電源端加TVS防雷擊浪涌是不是也屬于EMC??？另外順便問(wèn)一下大家做電源設計一般加TVS處理不？

答：LCD-TV POWER開(kāi)關(guān)電源輸出功率比較大，并且一般都采用PFC開(kāi)關(guān)電源功率因數矯正和諧振半橋式開(kāi)關(guān)電源，因此傳導干擾和輻射干擾都很大，特別是輻射干擾要比一般開(kāi)關(guān)電源大，解決輻射干擾最好的方法就是進(jìn)行屏蔽，把開(kāi)關(guān)電源安裝在金屬盒中或利用散熱片進(jìn)行電磁屏蔽。但進(jìn)行屏蔽時(shí)也要注意金屬片不要離開(kāi)關(guān)變壓器太近，或要避開(kāi)磁力線(xiàn)最大的方向，否則會(huì )產(chǎn)生渦流損耗，降低開(kāi)關(guān)電源工作效率。

一般的EMC濾波電路中Y電容和X電容都具有防止雷擊或電路開(kāi)關(guān)突然斷路產(chǎn)生的浪涌電壓沖擊。Y電容可耐最高脈沖沖擊電壓為5000V，X電容可耐最高脈沖沖擊電壓為2500V。一般X電容都取得比較大，對浪涌電壓沖擊能量吸收也比較大；但Y電容因受漏電電流大小的限制，不能取得很大，因此，如果從安全方面考慮，最好在與火線(xiàn)連接的Y電容的兩端另外再并聯(lián)一個(gè)放電管。另外，有線(xiàn)電視的天線(xiàn)也是雷擊的輸入端，有線(xiàn)電視信號線(xiàn)插座的外殼一定要與大地連接可靠（注意這里的大地不是一般的機殼或機內地線(xiàn)）。

做電源設計時(shí)要不要加TVS處理，如果三端電源線(xiàn)的插座不是直接安裝在你的開(kāi)關(guān)電源PCB板上，在沒(méi)有特別要求的時(shí)候，一般不需要另加TVS電路。TVS電路一定要加在電源線(xiàn)輸入端或有線(xiàn)電視天線(xiàn)的輸入端。