能效規(guī)范促進(jìn)LED電視放量，LED背光方案主打效率牌

LED電視紅遍2010年各大家電賣(mài)場(chǎng)，進(jìn)駐電視主流市場(chǎng)，但眾廠商一哄而上，難免魚(yú)龍混雜，造成市場(chǎng)混亂。各LED電視品牌技術(shù)實(shí)力參差不齊，紛紛標(biāo)榜節(jié)能效果突出，叫人難辨高下。LED電視混戰(zhàn)的局面有望在2010年12月1日終結(jié)，因?yàn)椤?strong>平板電視能效限定值及能效等級(jí)》即將從12月1日起執(zhí)行，屆時(shí)不符合能效要求的電視將被強(qiáng)制退市。

《平板電視能效限定值及能效等級(jí)》嚴(yán)格規(guī)范了平板電視的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，將平板電視的能效分為3個(gè)等級(jí)，其中能效最高的為1級(jí)，并在產(chǎn)品上以能效標(biāo)識(shí)的標(biāo)貼加以區(qū)分。另外，該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定平板電視的被動(dòng)待機(jī)功率在2012年1月1日以前低于1W，到2012年以后就必須降到0.5W以下。

不僅在中國(guó)市場(chǎng)，從全球范圍來(lái)看各國(guó)也是通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施促進(jìn)電子行業(yè)向更環(huán)保、節(jié)能的方向發(fā)展。2010年5月1日生效的能源之星(Energy Star)4.0版將比現(xiàn)行規(guī)范降低約40%左右的功耗。能源效率是平板電視內(nèi)銷(xiāo)和出口制造商所共同的問(wèn)題，而改善能效表現(xiàn)的重任自然落在半導(dǎo)體的肩上。

　　能效規(guī)范推波助瀾，LED背光滲透率飛升

LED背光比傳統(tǒng)CCFL有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，在電視應(yīng)用領(lǐng)域逐漸呈現(xiàn)取代CCFL的趨勢(shì)。飛兆半導(dǎo)體(上海)有限公司技術(shù)行銷(xiāo)部首席經(jīng)理張三嶺就指出，LED背光照明與傳統(tǒng)CCFL背光源的分別在于，前者具有更好圖像質(zhì)量、更纖薄設(shè)計(jì)、低功耗以及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，而這些正是LED背光方案快速獲得采納并取代CCFL方案的原因所在。

再加上能效規(guī)范的推波助瀾，更進(jìn)一步壓縮了系統(tǒng)功耗，從而加快了LED背光取代CCFL的進(jìn)程。“能源之星4.0對(duì)液晶電視耗的限制，體現(xiàn)在電源管理方面主要是在較小的功耗下面做到高效率，同時(shí)與系統(tǒng)結(jié)合優(yōu)化待機(jī)和工作效率。”TI半導(dǎo)體事業(yè)部高性能模擬產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理劉學(xué)超指出，LED TV的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在節(jié)能、環(huán)保、高壽命、色域廣、同時(shí)易于超薄化等。“對(duì)于電源來(lái)說(shuō)，需要高可靠的LED驅(qū)動(dòng)方案，并實(shí)現(xiàn)高效超薄化。”

“新的規(guī)范對(duì)平均工作能耗的要求更加嚴(yán)格。”安森美半導(dǎo)體電源及便攜產(chǎn)品全球銷(xiāo)售及營(yíng)銷(xiāo)高級(jí)總監(jiān)鄭兆雄一針見(jiàn)血地指出，“就以42英寸電視為例，4.0版的平均功耗要求由3.0版規(guī)范的208W調(diào)至115W，后續(xù)預(yù)計(jì)于2012年生效的5.0版規(guī)范更將要求42英寸電視平均能耗降到81W。”能源之星每升級(jí)一版幾乎就要求電視機(jī)的功耗減少將近一半！原本功耗看不見(jiàn)摸不著，容易被色彩表現(xiàn)力、3D顯示等花哨功能搶盡風(fēng)頭。如今，統(tǒng)一的能效規(guī)范令功耗變得可視化，提供一個(gè)直觀地衡量電視功耗的標(biāo)尺，如同給電視機(jī)制造商戴上了緊箍咒，對(duì)電視機(jī)的節(jié)能表現(xiàn)而言是一個(gè)有力的監(jiān)督。

因此，平板電視開(kāi)始轉(zhuǎn)向采用LED背光以降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。據(jù)張三嶺觀察，現(xiàn)在的CCFL背光單元的功耗超過(guò)液晶電視總體功耗的65%，采用CCFL背光單元將無(wú)法達(dá)到能源之星4.0的功耗要求，因此相關(guān)能效規(guī)范將驅(qū)動(dòng)高端電視加速?gòu)腃CFL背光單元向LED背光單元轉(zhuǎn)換。

來(lái)自調(diào)研機(jī)構(gòu)的報(bào)告也反映了LED背光在液晶電視市場(chǎng)的滲透率呈上升趨勢(shì)。DisplaySearch指出，2010年第二季有950萬(wàn)臺(tái)液晶電視采用了LED背光，占液晶電視市場(chǎng)的18.5%，較前一季增長(zhǎng)110%。該機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)2010年第四季LED面板的市場(chǎng)滲透率達(dá)到40%，且在2011年第二季將超過(guò)50%，顯然DisplaySearch對(duì)LED背光持樂(lè)觀態(tài)度。

背光方案不一，直下式、側(cè)光式各展所長(zhǎng)

隨著《平板電視能效限定值及能源等級(jí)》執(zhí)行日的臨近，掀起了LED背光電源管理芯片的研發(fā)熱潮。各廠商各出絕招，在不犧牲產(chǎn)品其他性能和功能的前提下，試圖最大限度地減少產(chǎn)品的能源消耗。

在探討LED電源管理的話題之前，有必要先理清頭緒，找出LED背光與CCFL背光在供電上的差異。鄭兆雄將其差異簡(jiǎn)要地概括為：傳統(tǒng)液晶電視采用冷陰極熒光燈(CCFL)背光，一般是將PFC電壓經(jīng)過(guò)(傳統(tǒng)電源)或不經(jīng)過(guò)24 V(LIPS電源)轉(zhuǎn)換后升壓至超過(guò)1000 V甚至2000 V的交流高壓來(lái)驅(qū)動(dòng)呈條型或U型的CCFL燈管；而LED背光液晶電視采用若干條LED光條，主要以側(cè)光式或直下式方案來(lái)背光。

直下式背光將LED晶粒均勻地配置在液晶面板的后方作為發(fā)光源，這種方式發(fā)射的光可均勻照射整個(gè)屏幕，畫(huà)面細(xì)節(jié)更細(xì)膩而富有表現(xiàn)力。但大尺寸液晶電視需要上千顆LED，成本較高。側(cè)光式LED背光則通過(guò)液晶屏幕四周的LED晶粒和導(dǎo)光板的組合，將邊緣發(fā)射的光傳導(dǎo)到屏幕中央，這種方式不僅可以節(jié)省成本，而且屏幕后方不需要配置LED模塊，可以減少屏幕的厚度，打造出輕薄的機(jī)身。目前，在液晶電視廠商中，大部分采用側(cè)光式設(shè)計(jì)，Sharp是唯一專(zhuān)注在直下式LED背光的廠商。

與直下式、側(cè)光式背光相對(duì)應(yīng)的是兩種LED背光電源方案。安森美半導(dǎo)體同時(shí)提供了側(cè)光式和直下式LED背光方案。以側(cè)光式方案為例，安森美半導(dǎo)體提供高性?xún)r(jià)比的多通道線性LED側(cè)光方案，這方案在半橋轉(zhuǎn)換段采用安森美半導(dǎo)體的NCP1397初級(jí)側(cè)控制器和500 V高壓MOSFET NDF05N50，同時(shí)采用安森美半導(dǎo)體的6通道線性LED驅(qū)動(dòng)器CAT4026。CAT4026的目標(biāo)能效高于90%，典型能效達(dá)94%，提供<±2%的極佳電流匹配精度及<1%的400 Hz PWM調(diào)光范圍，并采用外部功率雙極結(jié)晶體管來(lái)提供散熱，更好地處理散熱問(wèn)題。此外，這方案還能應(yīng)對(duì)LED開(kāi)路及過(guò)多LED短路等故障條件。

除了上述提供的基于NCP1397、NDF05N50和CAT4026的線性側(cè)光式方案，安森美也提供基于NCP1397、NDF05N50和NCP1034的直下式降壓驅(qū)動(dòng)方案。NCP1034采用高達(dá)500 kHz的可編程開(kāi)關(guān)頻率驅(qū)動(dòng)一對(duì)外部N溝道MOSFET，能夠靈活地調(diào)節(jié)集成電路的工作，符合系統(tǒng)級(jí)要求。另外，使用內(nèi)部1.25V參考電壓便能對(duì)輸出電壓精密穩(wěn)壓，用于低壓應(yīng)用。這器件的預(yù)防電氣故障的保護(hù)特性，如欠壓鎖定和斷續(xù)(hiccup)電流限制，在發(fā)生故障事件時(shí)提供所須的系統(tǒng)級(jí)安全性。

LED與CCFL的不同之處在于LED光條由發(fā)光顆粒組成，而不是傳統(tǒng)的燈管。因而，不同LED組合方式?jīng)Q定了電源驅(qū)動(dòng)方案。上海新進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司副總裁王裕仁總結(jié)了兩種常見(jiàn)的LED組合以及相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路。“串多并少”的方式采用高壓LIPS方案，有利于熱設(shè)計(jì)，BOM成本比較低，容易跟前級(jí)AC/DC電源整合；但背光采用高壓驅(qū)動(dòng)，對(duì)LED模組設(shè)計(jì)要求高，且當(dāng)一個(gè)LED斷路時(shí)，整個(gè)燈條會(huì)滅掉，冗余性略差。王裕仁推薦大尺寸LED電視更適合選用該方案，小尺寸LED電視更適合“串少并多”的方式。“串少并多”的方式采用低壓恒流源驅(qū)動(dòng)方案，標(biāo)準(zhǔn)的24V輸入，易于搭配標(biāo)準(zhǔn)AC/DC電源，但恒流源電路難兼顧熱設(shè)計(jì)和低BOM 的成本。[!--empirenews.page--]

尋找提高LED電視效率的DNA

推動(dòng)業(yè)界從CCFL轉(zhuǎn)向LED背光的根源在于能效，所以高能效是LED電視電源管理的重點(diǎn)。王裕仁指出，目前電視行業(yè)最突出的趨勢(shì)就是電視纖薄化風(fēng)潮所引發(fā)的電源板薄型化，這極大地挑戰(zhàn)了變壓器設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)，電源成本壓力也很大，這些挑戰(zhàn)需要高效率的LED背光電源管理方案。高效的LED背光技術(shù)降低了整機(jī)的功率，減少熱耗散，為纖薄化設(shè)計(jì)提供了可能。

綜上所述，LED電視電源管理需要注重高效率，特別要求電源輸入低功耗及高效率的電源轉(zhuǎn)換，并考慮LED電源超薄化的趨勢(shì)。凹凸科技(O2Micro)應(yīng)用工程資深經(jīng)理邱志誠(chéng)指出，LED電視電源管理應(yīng)著重于高效能的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整合方案，從傳統(tǒng)的線性方式做電流平衡的方案，演進(jìn)到以開(kāi)關(guān)方式做電流平衡的方案，以降低電視機(jī)輸入的功耗。

傳統(tǒng)的LED電視電源管理以線性方式做電流平衡的方案最多只能達(dá)到70%的效率，剩余30%的效能損失以熱的方式呈現(xiàn)，進(jìn)而會(huì)對(duì)LED壽命造成損傷。凹凸科技應(yīng)多樣化的LED電視面板規(guī)格市場(chǎng)需求，推出OZ9998系列產(chǎn)品，其效率高達(dá)98%，滿(mǎn)足了更高能效電源管理的需求，避免對(duì)電源損耗所產(chǎn)生的熱問(wèn)題。該系列產(chǎn)品以開(kāi)關(guān)方式做電流平衡的結(jié)構(gòu)，以極低的順向壓降線性方式做電流平衡，此項(xiàng)設(shè)計(jì)可幫助使用者提高整體效率及減低熱的問(wèn)題。

電源是電視機(jī)內(nèi)的“動(dòng)力車(chē)間”，也是最容易損壞的部件。王裕仁認(rèn)為，提供完善、可靠的保護(hù)機(jī)制是LED電視電源管理的難點(diǎn)和重點(diǎn)所在，設(shè)計(jì)中需要注意以下幾個(gè)方面：第一，高壓LIPS電源架構(gòu)，直接為L(zhǎng)ED背光供電。這樣做的好處是能夠提升能效、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、和降低成本；第二，極低待機(jī)能耗，低成本的待機(jī)設(shè)計(jì)；第三，側(cè)光式LED背光系統(tǒng)，也體現(xiàn)了高能效、和低成本的要求。針對(duì)于此，BCD公司推薦解決方案是采用直流總線架構(gòu)，以提高開(kāi)關(guān)頻率、平衡熱設(shè)計(jì)。

除了背光的效率，LED發(fā)光效率不高是影響電視機(jī)能耗的主要因素。王裕仁提出，采用高效LED、提高背光利用率、減少LED顆數(shù)是未來(lái)的主攻方向之一。除此之外，背光板和電源板是電視機(jī)內(nèi)效率最低的兩部分，自然也是下一步提高整機(jī)能源利用效率最關(guān)鍵的部分。如何進(jìn)一步提高電源轉(zhuǎn)換效率，這是進(jìn)一步減低電視機(jī)整機(jī)能耗的關(guān)鍵。“電視機(jī)主板傳統(tǒng)采用較多的LDO進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，以滿(mǎn)足DDR、I/O、Vcore等不同部分的電壓需求；采用高效率DC/DC取代傳統(tǒng)的LDO，也將顯著降低系統(tǒng)能耗。”王裕仁補(bǔ)充說(shuō)道。

　　老將新兵競(jìng)風(fēng)流

根據(jù)DisplaySearch預(yù)測(cè)，2010年采用LED背光大尺寸面板的液晶電視出貨比率將超過(guò)CCFL背光的電視，Samsung和Sharp預(yù)計(jì)2010年第四季的LED液晶電視面板出貨量就將超過(guò)CCFL面板的出貨量。LED背光將重構(gòu)液晶電視市場(chǎng)的版圖，取代CCFL指日可待。面對(duì)來(lái)勢(shì)洶洶的LED電視，電源管理相關(guān)企業(yè)也競(jìng)相加入追逐LED電視的電源商機(jī)。

LED電視的改朝換代意味著龍頭大廠把持CCFL專(zhuān)利的時(shí)代成為歷史，來(lái)自歐美、日本、中國(guó)以及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的企業(yè)站在了同一起跑線上，MPS、AnalogicTech、BCD半導(dǎo)體、O2Micro、TI、飛兆、ON、昂寶、立锜科技……均可提供LED電視背光相關(guān)解決方案。“LED 電視背光方案的技術(shù)壁壘遠(yuǎn)低于CCFL，”正如王裕仁所說(shuō)，開(kāi)發(fā)LED TV背光方案的公司正如雨后春筍般涌現(xiàn)，包括系統(tǒng)廠商、電源公司、模組公司以及LED制造商。

在王裕仁看來(lái)，模組公司處于產(chǎn)業(yè)鏈上游的有利地位，直接決定了燈條的結(jié)構(gòu)，極大的影響了驅(qū)動(dòng)方案；而系統(tǒng)廠商則作為終端研發(fā)制造商，在方案開(kāi)發(fā)和整合上決定了驅(qū)動(dòng)方案。“對(duì)電源公司而言，我們更容易將AC/DC電源和LED背光驅(qū)動(dòng)整合，降低BOM的成本，提升性能，增強(qiáng)可靠性。”他也毫不諱言LED制造商的優(yōu)勢(shì)，借助其在LED技術(shù)及供應(yīng)鏈上的專(zhuān)長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)方案與LED“打包”容易為模組公司或系統(tǒng)廠商所接受。由此分析，王裕仁認(rèn)為未來(lái)LED背光產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)將進(jìn)一步加劇。

而稱(chēng)霸CCFL市場(chǎng)的凹凸科技、MPS自然不會(huì)坐視背光新兵的覬覦，除了積極耕耘LED背光領(lǐng)域、憑借既有的客戶(hù)群跑馬圈地之外，繼續(xù)延續(xù)專(zhuān)利保護(hù)策略。據(jù)邱志誠(chéng)介紹，據(jù)今年第二季度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，凹凸科技(O2Micro)目前擁有657項(xiàng)專(zhuān)利，并有數(shù)百項(xiàng)專(zhuān)利處于申請(qǐng)狀態(tài)中，這些專(zhuān)利遍及消費(fèi)電子、工業(yè)、汽車(chē)、通訊等產(chǎn)業(yè)。

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