满足日渐严格的全高清电视能效规范

关键词： 高清电视 , 规范 , 能效

全高清(Full HD)电视已开始赢得消费者的青睐。目前，24或26英寸以上尺寸的液晶电视已可以支持全高清，而从实用角度来看，只有达到37英寸以上的全高清电视才能带给消费者更佳的显示效果和观赏体验。因此，更大尺寸的液晶电视会引领未来的全高清市场。
然而，对更佳视觉效果的追求也带来了大大超过以往的功耗挑战。较高的功率消耗不仅会增加消费者的电费开支，而且不配合各国节能降耗的宏观推动。各国政府都出台了各种绿色能效指令，如美国“能源之星”3.0版电视规范、功率因数校正(PFC)规范等；消费者也越来越关注小尺寸、多功能、节能省电等问题。在能效规范和环保意识的推动下，电源设计也在不断推陈出新。本文针对未来将占据全高清电视最大市场份额的较大尺寸液晶电视，探讨有关的电源方案。
传统电源方案的弊端

传统液晶电视电源主要由交流-直流(AC-DC)转换、直流-直流(DC-DC)转换及高压逆变器几部分组成。AC-DC和DC-DC在同一块电路板上，逆变器在另一块电路板上，通常与液晶面板在一起。其中，AC-DC电源部分将市电110Vac/220Vac电压进行整流、PFC和滤波，再转换为200V/400V的直流高压。由于传统逆变器的输入电压要求为24V，所以200V/400V的PFC的输出电压要经过降压转换，以产生多路输出电压，其中一路24V电压提供给逆变器，即再经过直流-交流(DC-AC)转换为超过1,000V甚至达2,000V的高压，以便驱动液晶面板的CCFL背光灯。这种标准24V逆变器液晶电视开关电源的功能框图如图1所示。

图1 采用标准直流24V逆变器的传统液晶电视开关电源框图。

取代传统电源方案的LIPS解决方案

目前，上述传统电源仍然占市场上的液晶电视电源的大多数。为了符合各种能效规范，降低较大尺寸液晶电视的电能消耗，降低系统成本及减小解决方案尺寸，使之更受消费者青睐，可以通过多种途径设计液晶电视电源。
针对26英寸及以上尺寸的液晶电视，近年来出现了一种新的逆变器概念——高压液晶显示集成电源(LCD Integrated PowerSupply，缩写为LIPS)。与采用位于独立电路板上逆变器的传统电源不同，这种LIPS解决方案将AC-DC、DC-DC和逆变器整合在同一块电路板上，在经过对市电的整流、PFC和滤波并获得200V/400V直流电压后，将直接采用200V/400V作为逆变器的输入电压，通过DC-AC升压转换为液晶面板所需的1,000V以上，甚至高达2,000 V的电压。这样就省去了24 V转换段，减少了先降压至24V再大幅升压背光源用一两千伏高压过程中的大量功率损耗，从而提升了系统能效，减少底盘发热量，并降低了总成本。

图2 安森美半导体针对32英寸液晶电视的全桥高压LIPS解决方案功能框图。

在这方面，安森美半导体与Microsemi公司充分发挥各自专长合作开发了适合多种功率等级的高压LIPS整套解决方案。针对32英寸液晶电视的LIPS解决方案如图2所示。在系统主板电源方面，这个解决方案采用了安森美半导体的NCP1606PFC控制器，以及作为辅助开关电源的NCP1351PWM控制器；在LIPS逆变器部分，采用了Microsemi使用软开关技术的LX6503移相全桥驱动器，它可以在固定工作频率进行零电压开关(ZVS)。与半桥架构相比，这种全桥逆变器解决方案具有显著优势，如减少电磁干扰(EMI)和功率损耗，同时改善背光灯的驱动电流波形，无需在桥上使用额外的功率二极管。这个全桥结构所采用的4个MOSFET和变压器中的电流规格是半桥结构的一半，这样就可以通过隔离变压器直接驱动功率MOSFET，更易于实现初级端过流保护(OCP)等功能。
为了更好应对市场对更大尺寸LIPS液晶电视的需求，安森美半导体计划于2009年推出下一代46英寸的参考设计，在LIPS逆变器部分将采用与32英寸方案相同的全桥逆变器和背光控制器LX6503，但会大幅提高输出功率，以驱动更多的CCFL灯。而在系统主板电源方面，可以根据具体设计要求来灵活选择安森美半导体的解决方案，如NCP1601、NCP1606或NCP1631等PFC控制器，以及NCP1351或NCP1379等PWM控制器。这个新方案采用带继电器的专用待机开关电源，支持低至150mW的超低待机能耗，而电路板上的元件高度则低于16mm(系统总度度低于20mm)，支持更纤薄液晶电视设计。
此外，针对北美、中国及欧盟等不同区域市场电源的不同要求，安森美半导体针还可以提供符合相应规范的电源方案，以优化设计、缩小系统尺寸并降低成本。
超薄全高清电视设计的先进PFC架构

如今，液晶电视的厚度已经越来越薄，最新的趋势是电子模块部分的厚度接近10mm以下。如此纤薄的厚度，给电源设计带来了更严峻的挑战，通常需要使用低高度的变压器(这对要考虑隔离和漏电的高压LIPS特别关键)或将多个部件(PFC线圈)串联起来，并采用低高度的散热片，对部件进行水平安装，还要将垂直插入的所有电容的高度限制在10mm以下。
而在PFC方面，采用安森美半导体的NCP1606和NCP1654等PFC控制器，已经可以将液晶电视厚度降到较低；为了支持低至10mm的极纤薄设计，可以采用两颗相对较小的NCP1601芯片，用交错式架构来来实现，如图3所示。交错式PFC是在原来放置单个较大PFC的地方并行放置两个功率为一半的较小PFC。这两个较小PFC以180°的相移交替工作，在输入端或输出端累加时，它们可以抵消每相电流纹波的主要部分。