LED以及ACDC電源架構(gòu)

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。液晶電視電源包含功率因數(shù)校正(PFC)、信號(hào)電源、背光電源及ECO待機(jī)等多個(gè)組成部分，不同部分往往包含不同的架構(gòu)可供選擇，參見圖1。以PFC段為例，可以選擇如臨界導(dǎo)電模式(CrM)、連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)或交錯(cuò)式頻率鉗位臨界導(dǎo)電模式(FCCrM)等不同的PFC控制器。選擇何種電源架構(gòu)，需結(jié)合應(yīng)用的屏幕尺寸、功率等級(jí)及背光源等因素。另外，作為重要賣點(diǎn)的纖薄設(shè)計(jì)也影響著電源方案的選擇。

1)采用CCFL背光源的32英寸液晶電視電源架構(gòu)

例如，目前市場上銷量最大的是32英寸液晶電視。在這類液晶電視中，采用標(biāo)準(zhǔn)24V逆變器電源的方案在市場上仍占據(jù)多數(shù)，但新興的高壓液晶電視集成電源(HV-LIPS)的應(yīng)用也在不斷增多，總體上呈現(xiàn)出并存的態(tài)勢。采用標(biāo)準(zhǔn)24V逆變器的傳統(tǒng)液晶電視在接受110/220Vac市電輸入后，經(jīng)過整流、PFC及濾波，轉(zhuǎn)換為200/400Vdc的直流高壓。由于傳統(tǒng)高壓逆變器的輸入電壓要求是24Vdc，故PFC的輸出電壓200/400Vdc會(huì)經(jīng)過降壓轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生多路輸出電壓，其中一路24Vdc電壓提供給高壓逆變器，再經(jīng)過DC-AC轉(zhuǎn)換為超過1,000V甚至達(dá)2,000V的交流高壓，去驅(qū)動(dòng)液晶面板的CCFL陣列。

安森美半導(dǎo)體為這類傳統(tǒng)液晶電視推出了220W液晶電視電源GreenPoint®參考設(shè)計(jì)，其中采用的關(guān)鍵元器件包括NCP1606CrMPFC控制器、NCP1396諧振半橋控制器及NCP1027待機(jī)控制器等。

與這種采用標(biāo)準(zhǔn)24V逆變器架構(gòu)的傳統(tǒng)電源不同，高壓LIPS方案將AC-DC、DC-DC和逆變器結(jié)合在同一塊電路板上，在獲得200/400Vdc的PFC輸出后，會(huì)直接將這輸出電壓作為逆變器的輸入，再通過DC-AC轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)CCFL陣列所需的超過1,000Vac甚至達(dá)2,000Vac的高壓，這就消除了24V轉(zhuǎn)換段，減少大量功率損耗及降低底盤發(fā)熱量，提升系統(tǒng)總能效，并降低系統(tǒng)成本，還符合“能源之星”等相關(guān)能效規(guī)范。

針對高壓LIPS架構(gòu)的液晶電視需求，安森美半導(dǎo)體與Microsemi公司合作，推出了用于32英寸液晶電視的比高壓LIPS參考設(shè)計(jì)。這參考設(shè)計(jì)采用簡單直接的CrMPFC段，且無額外待機(jī)開關(guān)電源，性價(jià)比極高。這參考設(shè)計(jì)采用了安森美半導(dǎo)體的NCP1607PFC控制器、NCP1351或NCP1219帶低待機(jī)能耗模式的反激轉(zhuǎn)換控制器，以及Microsemi的LX6503背光控制器等關(guān)鍵IC。

值得一提的，這參考設(shè)計(jì)架構(gòu)具有高度的靈活性，而只需對原理圖及所用元件作出極小改動(dòng)，即可支持多種電壓/電流配置。而且由于使用了采用零電壓開關(guān)全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的先進(jìn)背光控制器，逆變器電源能夠輕易地?cái)U(kuò)展，支持26英寸到42英寸的多種液晶電視尺寸?？蛻衾眠@高能效先進(jìn)參考設(shè)計(jì)，可縮短開發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。

2)46英寸液晶電視電源架構(gòu)

安森美半導(dǎo)體還針對更高功率的液晶電視推出了46英寸液晶電視電源參考，這電源參考適合任何類型的背光方案，能擴(kuò)展支持40/42英寸或52/55英寸液晶電視。

這電源參考采用的關(guān)鍵安森美半導(dǎo)體IC包括新的交錯(cuò)式FCCrMPFC器NCP1631、帶谷底鎖定功能的新NCP1379準(zhǔn)諧振反激轉(zhuǎn)換控制器或NCP1252固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)控制器、NCP1053A高能效、低待機(jī)能耗開關(guān)電源，用于僅關(guān)注電源段的性能主導(dǎo)型項(xiàng)目。在第一階段，這電源參考的電路板高度低于13mm，液晶電視總高度低于17.5mm;后續(xù)第二階段還將使電路板高度降到低于8mm，總高度低于12.5mm。

在纖薄設(shè)計(jì)成為液晶電視重要賣點(diǎn)的當(dāng)今，電源設(shè)計(jì)面臨更嚴(yán)格的挑戰(zhàn)，如需要使用低高度的變壓器、線圈或散熱片，及將多個(gè)部件串聯(lián)或?qū)λ桨惭b等。就PFC控制器而言，盡管安森美半導(dǎo)體的NCP1606或NCP1654等已經(jīng)可以將電路板高度降到很低，但要支持更低厚度的液晶電視設(shè)計(jì)，則可以采用安森美半導(dǎo)體新的單芯片交錯(cuò)式PFC控制器NCP1631，用于高達(dá)300W功率應(yīng)用，同時(shí)也提供140至264Vac的窄電壓范圍版本，用于功率大于200W及注重纖薄設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

在信號(hào)電源方面，如上所述，采用的是新的NCP1379準(zhǔn)諧振反激轉(zhuǎn)換控制器或NCP1252固定頻率反激控制器。其中，NCP1379最大功率達(dá)70W(32英寸設(shè)計(jì)為50W)，最多提供3路輸出電壓能力(與32英寸相當(dāng))，最大輸出電流為4A。NCP1379提供可變頻率模式，用于超低待機(jī)能耗模式，在寬功率范圍內(nèi)保持高能效。NCP1252提供50kHz的固定頻率PWM，支持自然的CCM，為多路輸出方案改善電流因數(shù)及變壓器耦合/交叉穩(wěn)壓。

而在待機(jī)電源方面，有兩種方案，一種是專用ECO待機(jī)開關(guān)電源，采用集成高壓開關(guān)穩(wěn)壓器NCP1053A，非常適合最大功率小于5W的小型心用待機(jī)電視微處理器，提供低于90mW的極低待機(jī)能耗。這器件帶磁滯模式，提升ECO性能，開關(guān)頻率及IC功率消耗更低;低頻模式支持DCM模式，降低開關(guān)損耗;電流受限，減免可能的噪聲問題。另一種方案是采用待機(jī)繼電器，由電視機(jī)微處理器直接控制(待機(jī)/導(dǎo)通)，并提供可選的ECO“導(dǎo)通/關(guān)閉開關(guān)”，在230Vac條件下空載輸入能耗低于20mW。

3)46英寸液晶電視參電源考背光方案

上述46英寸液晶電視參考電源適合任意類型的背光方案，包括單獨(dú)及專用的背光方案。例如，提供高壓LIPS用于CCFL/EEFL背光，其中采用2個(gè)高端驅(qū)動(dòng)器NCP5111及Microsemi背光控制器。也可采用新的NCP1397準(zhǔn)諧振反激轉(zhuǎn)換器或CAT4026側(cè)光式LED驅(qū)動(dòng)器(詳見后文)，提供高直流輸出電壓半橋LLC，用于LED背光驅(qū)動(dòng)器。還可采用已獲市場證明的NCP1392/NCP1392控制器，用于傳統(tǒng)的24V逆變器方案，為CCFL背光供電。而為了適應(yīng)等離子電視(PDP)應(yīng)用，也可采用NCP1397控制器，并增加降壓或升壓轉(zhuǎn)換器。

其中，在CCFL/EEFL背光的46英寸LIPS逆變器方面，所采用的安森美半導(dǎo)體NCP5111高端驅(qū)動(dòng)器能夠提升能效及減小全橋500V功率MOSFET的尺寸，且在修改高壓變壓器設(shè)計(jì)條件下，電路板上高度低于13mm，從而支持低厚度設(shè)計(jì)。

而在LED背光方面，市場上常見的背光單元包括側(cè)光式及直下式兩種類型，各有其優(yōu)勢和不足;但相對而言，側(cè)光式LED背光提供高于90%的能效，在市場上備受歡迎。而在46英寸電源參考的側(cè)光式LED背光單元方面，可以采用的安森美半導(dǎo)體關(guān)鍵IC包括帶高端驅(qū)動(dòng)器的NCP1397初級(jí)側(cè)控制器，以及新的6通道線性LED驅(qū)動(dòng)器控制器CAT4026，適合超薄液晶電視設(shè)計(jì)(電路板上高度低于8mm，總高度低于12.5mm)。

其中，NCP1397作為LLC段控制器，在背光應(yīng)用中提供眾多優(yōu)勢，如不需要驅(qū)動(dòng)器變壓器，帶來成本及安裝優(yōu)勢;又如簡單應(yīng)用跳周期模式，適合調(diào)光所需;以及簡單應(yīng)用過渡保護(hù)，幫助節(jié)省成本等。故NCP1397是高性價(jià)比及高安全性的方案。

另一方面，市場上現(xiàn)有的6通道側(cè)光式LED驅(qū)動(dòng)器背光方案中，各通道均含專用驅(qū)動(dòng)器IC、電感型DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器及開關(guān);相比較而言，安森美半導(dǎo)體的CAT4026作為多通道LED線性驅(qū)動(dòng)器，以單顆IC支持6通道，且易于分級(jí)為多達(dá)12個(gè)或18個(gè)通道(相應(yīng)采用2個(gè)或3個(gè)控制器)，是一種高性價(jià)比的方案，目標(biāo)能效高于90%，典型能效達(dá)94%。此外，這驅(qū)動(dòng)器還提供正向電壓監(jiān)測功能，可以限制總體功率耗散;還能應(yīng)用LED開路及過多LED短路等不同LED串故障?，F(xiàn)在的LED燈或許會(huì)有一些問題，但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問題終將唄解決，未來的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。