PDP顯示器電源管理架構(gòu)分析

等離子顯示器在大尺寸的平面顯示器中，盡管在良率、可視角度等方面具有優(yōu)勢，然其顯示原理倚賴電弧放電，由于放電必須要有較高的電極電壓，也因此等離子顯示器比起其它顯示器更為耗電。本文將介紹等離子顯示器電源耗損之主因，并分兩大層面介紹等離子顯示器之電源管理方案。

PDP的顯示原理、PDP為何較耗電？

在此以逐步的方式來說明PDP的顯示原理，相信各位都看過打雷,雷電直接從云層落到地面，所經(jīng)過的路徑是空氣，要讓原本不適合導(dǎo)電的空氣成為電流流經(jīng)的導(dǎo)體路徑，自然要有很高的電壓作為引力，此即是所謂的電弧放電。

在日常生活中有許多應(yīng)用即是電弧放電的應(yīng)用，例如防身用的電擊棒，以及照明用的日光燈管（也稱熒光燈），燈管的左右端各是一個電極，管內(nèi)注入水銀蒸汽（或稱汞蒸氣、水銀氣體），并在燈管內(nèi)壁涂布熒光物質(zhì)，之后將燈管密封（以防蒸汽外泄），一旦電極兩端通上電壓，就會迫使管內(nèi)的水銀蒸汽成為兩端的導(dǎo)電體、導(dǎo)電路徑（等離子狀態(tài)），形成小型化的電弧放電，放電的結(jié)果會產(chǎn)生紫外光（UV），紫外光照射至管壁內(nèi)的熒光物質(zhì)，便會向管外呈現(xiàn)出可見的照明光。

事實上霓虹燈的作法也與此相同，只是向外發(fā)散的可見光不是白光，而是各種不同的顏色，每個光管發(fā)出一種顏色，不同顏色使用不同的熒光物質(zhì)。
了解日光燈的道理后就能輕易地理解PDP的顯示原理，PDP其實就是將日光燈管的尺寸縮小，從長條圓管縮成極微小的立方晶格（Cell，或稱放電室），但運作方式維持不變，然后在三個緊鄰的晶格內(nèi)涂布不同的顏色的熒光質(zhì)，分別可展現(xiàn)紅綠藍的三原色，如此就形成一個可全彩呈現(xiàn)的基本顯示像素（Pixel），之后再將像素進行長寬排列的擴增，組構(gòu)成1280×720、1920×1080等矩陣組態(tài)，如此就成為一套PDP的顯示系統(tǒng)。

另外，在PDP中迫使放電的不一定非要用水銀蒸汽，也可以使用由氖（Ne）氙（Xe）相混或氦（He）氙（Xe）相混的惰性氣體。

更簡單說，PDP即是由成千上萬的微小霓虹燈所組成，然其顯示原理仍舊是倚賴電弧放電，放電必須要有較高的電極電壓（如同打雷），這也是PDP較耗電的一大主因。

不過，上述僅是容易理解的譬喻，但更正確、具體的技術(shù)細節(jié)還包括DC（直流）型放電或AC（交流）型放電，不同的方式使用的電極配置方式也不同，然而由于DC型的電路系統(tǒng)設(shè)計過于復(fù)雜，今日的銷售量產(chǎn)型PDP幾乎都實行AC型，使用X、Y、Z三組電極來操控放電，X、Y電極負責(zé)掃描驅(qū)動，Y、Z電極則負責(zé)尋址驅(qū)動，其中Y電極同時肩負兩種工作。

PDP電源管理方案

關(guān)于PDP的電源管理，可自兩層面來談：
(1)省電性：面對LCD的挑戰(zhàn)，PDP必須讓運作用電更精??；
(2)低廉性：以每吋成本而言PDP仍屬偏貴，如何讓整體系統(tǒng)進一步降價也是現(xiàn)有PDP研發(fā)的一大課題，其中精省系統(tǒng)電路成本也相當(dāng)令人重視。

先就省電性來說，PDP的耗電與放電電壓息息相關(guān)，然而為了達到能放電的能態(tài)也必然要使用較高的電壓，即約160V～180V以上的電位，而且必須周期性地讓電位交替（AC型PDP），即此時X電極為160V，Y電極為0V，彼時變成X電極為0V，Y電極為160V。

為了降低PDP的用電，F(xiàn)ujitsu-Hitachi（富士通日立，富士通也是PDP的發(fā)創(chuàng)業(yè)者）提出了TERES（Technology of Reciprocal Sustainer）技術(shù)，將X、Y電極的電位交替由「0V：160V、160V：0V」改成「+80V：-80V、-80V：+80V」的方式，同時為彌補驅(qū)動電壓的改變而將交替頻率提升一倍。

如此，將電壓準位降至過往的一半可使耗電降至過往的1/4，但頻率增加一倍則又使耗電增加一倍，如此仍可讓整體用電降至過去的1/2。

其次是低廉性，PDP的電路系統(tǒng)成本高于LCD，如今LCD也開始往高吋數(shù)領(lǐng)域發(fā)展，迫使PDP須比過去更積極降低電路復(fù)雜度及成本。而為何PDP的電路系統(tǒng)較貴？原因有以下幾點：

(1)放電需要高位能，也因此須使用較能耐高壓的功率型MOSFET開關(guān)，導(dǎo)致開關(guān)組件較貴；
(2)須準備較多種運作電壓準位，使電路復(fù)雜度提升，進而增加成本；
(3)MOSFET開關(guān)在高壓下的導(dǎo)通內(nèi)阻也會增加，為了讓驅(qū)動效率提升，以及讓放電更加安定，因此一個效用開關(guān)多半用數(shù)個MOSFET進行并聯(lián)來實現(xiàn)，如此就增加MOSFET的用量，使成本增加；
(4)高壓、高流所連帶而來的就是高熱，因此需要更講究散熱方面的設(shè)計，使成本增加；
(5)高壓一旦有閃失，其所造成的電路系統(tǒng)傷害也會較大，所以有時也使用光耦合器來作為隔離性開關(guān)，使傷害不至于有更大擴散，此安全設(shè)計也要增加成本。

關(guān)于上述種種，其實在TERES技術(shù)中也多半獲得解決，由于電壓從160V降至80V，所以MOSFET的耐壓要求可以降低，如此可選用較低廉的MOSFET，電壓降低后開關(guān)的內(nèi)阻減少，也就不再需要用并聯(lián)開關(guān)的設(shè)計來提升驅(qū)動效率、增加放電安定性，減少功率型MOSFET的數(shù)目也可降低成本，同時由于TERES已使整體用電減半，使得散熱設(shè)計的心力、成本也得以放寬。

至于第二項，電壓準位類型過多、電路過于復(fù)雜，多是指PDP的Y極電路，Y極以分時多任務(wù)方式飾演兩角，此時Y極要與X極一同執(zhí)行放電驅(qū)動，彼時Y極又要與Z極一同執(zhí)行掃描驅(qū)動（顯示畫面的數(shù)據(jù)刷新、更新），在放電時Y極需要使用-170V、-70V兩種電壓，在掃描時Y極則需要0V（接地）、+160V的電壓，等于需要四種電壓準位。

Y極使用的電壓類型過多，運作電路上也過度復(fù)雜，使PDP電路成本居高，然TERES技術(shù)也對此進行改善，將運用的電壓減至三種：+80V、0V、-80V，掃描時使用0V、-80V，放電時使用0V、+80V，再加上掃描順序的改變，如此可有效簡化整體電路，使Y極電路所需的功能模塊從五個減至三個，進而降低成本。

結(jié)論與建議

最后，必須了解：PDP的整體系統(tǒng)電路，包括顯示驅(qū)動、顯示控制、用電管理、保護電路等，現(xiàn)階段都是與PDP原制造廠高度相依的，即便有PDP驅(qū)動、控制的應(yīng)用芯片，也多是由原廠自行研制，并搭配原廠自有的設(shè)計而用，除原廠外的PDP電路設(shè)計多要高度倚賴自行的客制化設(shè)計心力，不易找到可倚賴的應(yīng)用芯片。

不過，PDP整體電路中仍有些部份可直接沿用較具彈性的可組態(tài)、可程序化芯片，在電源部份可使用具彈性調(diào)設(shè)組態(tài)的電源管理芯片，以此來因應(yīng)PDP所需的多種電壓準位，如Potentia Semiconductor的PS-2406芯片（具電源供應(yīng)、調(diào)整、管理、保護等多重效用）即可用于PDP的電源電路設(shè)計中。又如Xilinx的CPLD、FPGA亦可運用在PDP的邏輯電路設(shè)計中。[!--empirenews.page--]

除這些外，PDP系統(tǒng)中的驅(qū)動電路、掃描電路、放電電路等，都還是要倚賴大比重的客制設(shè)計，且需要依據(jù)面板規(guī)格、特性表現(xiàn)來設(shè)計。
　

圖一　Fairchild（快捷半導(dǎo)體）在PDP電路系統(tǒng)中所能提供的組件方案圖（深色部位）。


圖二　PDP顯示原理圖（剖面結(jié)構(gòu)的觀看角度）。