中大尺寸液晶电视AC-DC电源架搆及最新LED背光解决计划

在市场规模敏捷扩大的同时,在尺度 模范及绿色产品的压力下,液晶电视的工作及待机能耗也越来降。如“能源之星”4.0版规范及5.0版规 范接踵将于20105月及20125月生效,此中5.0版要 求萤幕对角尺寸32寸、42寸和60寸的平板电视平均工作能耗从4.0版不超过78 W、115 W210 W, 下降到不超过55 W、81 W108 W,相当于两年光阴内低落能耗约50%。

在液晶电视的总能耗中,统计显示, 背光所消耗的电能比例高达2/3故液晶电视的另外一项重要趋向是采纳新技术 来晋升背光及面板效能,低落能耗。在液晶电视背光源方面,目 前冷阴极萤光灯(CCFL)背光源占据支配地位,但此技术不 但能耗高,且包含剧毒物质汞不利于环保,灯管呈条型或U型,应用寿命短;相较而言,新兴的发光二极体(LED)背光耗电量更小,不含汞,尺寸更易于设置设备摆设为更均匀的背光,应用寿命更长,故LED背光在液晶电视中极具应釉墼勖潜力。据统计,2009年采纳LED背光源的液晶电视比例 为3%,估计未来几年此一比例将敏捷提高,到2014年将到达50%,完全可与CCFL背光分庭抗礼,并进一步取代CCFL背光。

液晶电视电源包含功率因数校正 (PFC)、讯号电源、背光电源及ECO待机等多个构成部分,分歧部分往往包含分歧的架构可供抉择,参见图1。以PFC段为例,可以或许抉择如临 界导电情势(CrM)、连续导电情势(CCM)或交错式频率钳位临界导电情势(FCCrM)等分歧的PFC控 制器。抉择何种电源 架构,需结合应用的萤幕尺寸、功势级及背光源等因素。另外,作为重要卖点的纤薄设计也影响着电源计划的抉择。

 

 

图1: 液晶电视电源架构多种多样

 

 

1) 采纳CCFL背光 源的32英寸液晶电视电源架构

 

例如,目前市场上销量最大的是32寸液晶电视。在这类液晶电视中,采纳模范24 V逆变器电源的计划在市场上仍占多数,但新兴的高压液晶电视整合电源(HV-LIPS)的应用也赓续增多,全体上呈现出并存的态势。采纳模范24 V逆变器的传统液晶电视在接受110/220 Vac市电输入后,颠末整流、PFC及滤波,转换为200/400 Vdc的直 流高压。因为传统高压逆变器的输入电压请求是24 Vdc,故PFC的 输入电压200/400 Vdc会颠末降压 转 换,发生多路输入电压,此中一路24 Vdc电压供给给高压逆变器,再 颠末DC-AC转换为超过1,000 V甚至达2,000 V的交换高压,去驱动液晶面板的CCFL阵列。安森美半导体为这类传统液晶电视推出了220 W液晶电视电源GreenPoint®参考设计,其 中采纳的关键元器件包含NCP1606 CrM PFC节制器、NCP1396谐振半桥节制器及NCP1027机节制器等。

 

与这种采纳模范24 V逆变器架构的传统电源分歧,高压LIPS计划将AC-DCDC-DC和逆变器结合在同一块电路板上,在获得200/400 Vdc的PFC输入 后,会间接将此输入电压作为 逆变器的输入,再颠末过程DC-AC转换为驱动CCFL阵列所需的超过1,000 Vac甚至达2,000 Vac的高压,这就消除了24 V转换段,削减大批功率损耗及低落底盘发热量,晋升体底苄,并低落体系本钱,更相符能源之星等相 关效能尺度。 

 

 

2: 安森美半导体32英寸高压LIPS液 晶电视电源GreenPoint参考 设计功效方块图

 

 

针对高压LIPS架构的液晶电视必要,安森美半导体与Microsemi公司合作,推出了用于32寸液晶电视的高压LIPS参考设计。这参考 设计采纳简略间接的CrM PFC段,且无额外待机开关电源,性价比极高。此 参考设计采纳了安森美半导体的NCP1607 PFC节制器、NCP1351NCP1219带 低待机能耗情势的 反激转换节制器,和Microsemi的LX6503背光控制器等关键IC。 此完备液晶电视LIPS电源参考设计功效方 块图见图2

 

 

此参考设计架构具有高度的弹性,只 需对原理图及所用元件作出极小改动即可支撑多种电压/电流设置设备摆设。而且因为应用了采纳零电压开关全桥拓扑布局的进阶背光节制器,逆变器电源可以或许或许轻易地扩大,支 持26寸到42寸的多种液晶电视尺寸。客户利用这高效能先辈参考设计,可缩短开拓周期,加快产品上市过程。

 

2) 46寸液 晶电视电源架构

安森美半导体还针对更高功率的液晶 电视推出了46寸液晶电视电源参考,此电源参考得当任何范例的背光计划,能扩大支 持40/42寸或52/55寸液晶电视,参见图3

此电源参考采纳的关键采腊氲继 IC包含新的交错式FCCrM PFCNCP1631、带谷底锁定功效的新NCP1379准谐振反激转换节制器或NCP1252固定频率脉冲宽调变(PWM)节制器、NCP1053A高效能、低待机能目关电源,用于仅存眷电源段的机能主导型项目。在第 一阶段,此电源参考的电路板高度低 于13 mm,液晶电视总高度低于17.5 mm;后续第二阶段还将使电路板高度降到低于8 mm,总高度低于12.5 mm。

在纤薄设计成为液晶电视重要卖点的 当今,电源设计面对更严厉的挑衅,如必要应用低高度的变压器、线圈或散热片,及将多个部件串联或对程度装配等。就PFC节制器而言,尽管安森美半导体的NCP1606或NCP1654等已经可以或许或许将 电路板高度降到很低,但要支撑更低厚度的液晶电视设计,则可以或许或许采纳安森美半导体新的单芯片交错式PFC节制器NCP1631,用于高达300 W功率应用,同时也供给140264 Vac的 窄电压规模版本,用于 功率大于200 W及 看重纤薄设计的应用。

 

 

图3: 安森美半导体46寸液晶电视电源参考功效方 块图

在讯号电源方面,如上所述,采纳的 是新的NCP1379准谐振反激转换节制器或NCP1252固定频率反激节制器。此中,NCP1379最大功率达70 W(32寸设计为50 W),至多供给3路 输入电压能力(32寸相当),最大输入电流为4 A。NCP1379供给可变频率情势,用于 超低待机能耗情势,在宽功率规模内坚持高效能。NCP1252供给50 kHz的固定频率PWM,支撑自然的CCM,为多路输入计划改良 电流因数及变压器耦合/交叉稳压。

而在待电机源方面,有两种计划,一 种是公用ECO待机开关电源,采纳整合高压开关稳压器NCP1053A,非常得当最大功率小于5 W的小型公用待电机视微处理器,供给低于90 mW的极低待机能耗。此元件带磁滞情势,晋升ECO机能,开关频率及IC功率消耗更低;低频情势支撑DCM情势,低落开关损耗;电流受限,削减可能的噪音问 题。另外一种计划是采纳待机继电器,由电视机微处理器间接 节制(待机/导通),并供给 可选的ECO“导通/关闭开关,在230 Vac条件下空载输入能耗低于20 mW

 

 

3) 46寸液晶电视参电源考背光计划

46寸液晶电视参考电源得当任意范例的背光计划,包含单独及公用的背光计划。例如,供给高压LIPS用于CCFL/EEFL背光,其 中采纳2个高端驱动器NCP5111Microsemi背光节制 器。也可采纳新的NCP1397准谐振反激转换器或CAT4026侧光式LED驱动器(详见后文),供给高直流输入电压半桥LLC,用于LED背 光驱动器。还可采纳 已获市场证明的NCP1392/NCP1392节制器,用于 传统的24 V逆变器计划,为CCFL背光供电。而为了顺应等离子电视(PDP)应用,也可采纳NCP1397节制器,并增 加降压或升压转换器。

 

此中,在CCFL/EEFL背光的46寸LIPS逆变器方面,所采纳的安森美半导体NCP5111高端驱动器可以或许或许晋升效能及减小全桥500 V功 率MOSFET的尺寸,且在修改高压变压 器设计条件下,电路板上高度低于13 mm,从而声援低厚度设计。

 

 

4: 安森美半导体46寸侧光式液晶电视背光计划(见黄色配安)

而在LED背光方面,市场上常见的背光单位包含侧光式及直下式两 种范例,各有其优势和不敷;但相对而言,侧光式LED背光供给高于90%的效能,在市场上备受 迎接。而在46寸电源参考的侧光式LED背光单位方面,可以或许或许采纳的安森美半导体关键IC包含带高端驱动器的NCP1397初级侧节制器,和新的6通道线性LED驱 动器控制器CAT4026,得背∫晶电视设计(电路板上高度低于8 mm,总高度低于12.5 mm),参见图4

此中, NCP1397作为LLC段节制器,在背光应用中供给浩繁 优势,如不必要驱动器变压器,带来本钱及装配优 势;又如简略应用跳周期情势,得当调光所需;和简略应 用过渡掩护,帮助节 省本钱 等。故NCP1397是高性价比及高平安性的计划。

另外一方面,市场上现有的6通道侧光式LED驱动器背光计划中,各通道均含公釉墼勖驱动器IC、电感型DC-DC升压转换器及开关;相较而言,采半导体的CAT4026作为多通道LED线性驱动器,以单颗IC支 持6通道,且易于分级为多达12个或18个通道(相应采纳2个或3个节制 器),是一种高性价比的计划,目 标效能高于90%,典型效能达94%。别的,此驱动器还供给正向电压监测功效,可以或许或许限制全体功率纳ⅲ还能应用LED开路及过量LED短路等分歧LED串故障。

 

总结

 

本文阐发了液晶电视的市场及技术发 展趋向,介绍了安森美半导体完备的液晶电视电源计划,包含用于32寸且可扩大支撑2642寸的传统及高压LIPS液晶电视的电源参考设计,得当任何背光型的46寸且可扩大到4055寸应用的电源参考设计,和46寸 侧光式LED背光电源计划。这些参 考设计具有高效能、高机动性等优势,得当纤薄及超薄的液 晶电视设计,并供给极大的协同优势,便于复用计划,帮助客户加快设计过程,加快产品上市。

参考资料:

1、 《液晶电视AC-DC电源架构及LED背光》,www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/LCD - AC-DC LCD TV%20Power Architecture -%20bilingual.rev1.pdf,安森美半导体

2、 《180 W高 压LIPS液晶 电视电源GreenPoint®参考设计》,www.onsemi.com/pub/Collateral/TND360-D.PDF,安森美半导体

 

 

 

 

 

 

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