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新一代平板电视电源方案设计

随着超薄平板电视的出现,电视机已经成为更加重要的家居装饰物件。与此同时,不断增大的屏幕尺寸,以及高清(HD)、逐行扫描、200 Hz刷新等新技术和最新的三维(3D)技术,正在助推提供更佳观看体验。增添

跟着超薄平板电视的呈现,电视机已经成为愈加重要的家居装饰物件。与此一同,不断增大的屏幕尺度,以及高清(HD)、逐行扫描、200 Hz改写等新技能和最新的三维(3D)技能,正在助推供给更佳观看体会。增添到新技能组合中的还有支撑因特网内容及服务的智能电视,使电视成为许多人居家日子的焦点。

这样一来,电视功用遭到顾客集体和立法者亲近重视就不令人意外了;大屏幕、高功用电子产品以及运用增多,表明均匀家许能耗与全球下降二氧化碳排放的需求各走各路。

更高输出功率,更低输入功率

新的“动力之星”电视规范在此前已约束待机能耗的基础上,愈加重视下降电视作业时的能耗。此规范现在包括依据屏幕尺度核算的最大答应功率约束,其间屏幕尺度达50英寸或更大的任何电视的肯定最大功率为80 W。

业界正在经过立异来协助契合当时及后续的能耗规范。其间一项立异就是发光二极管(LED)背光,不只相较于冷阴极荧光灯(CCFL)背光灯提高能效,还支撑更纤薄的尺度。目前市场正在向LED背光高速过渡,估量到2015年业界制作的LED背光电视的数量将达传统CCFL背光电视的10倍。图1显现了电视产值趋势,其间就包括从CCFL到LED背光的过渡。


图1. 猜测显现出平板电视从CCFL背光到LED背光高速过渡

此外,更高能效的简化电源规划也正在出现。这些新规划不只减小能量损耗,还供给比第一代LED背光液晶电视电源性价比更高的计划。图2显现了北美区域的电视能耗估量数值,其间顾及了因为屏幕尺度增大及功用增多导致的能耗添加要素。如图所示,新的“动力之星”将使此添加趋势反转。假如功率半导体、转化器拓扑结构及背光电路遵从旧的“动力之星”规范进行规划,2014年的总能耗将为2008年的2倍。在改善电源规划的情况下,咱们估量2014年的总能耗将比2008年约低20%。假定一家500兆瓦(MW)火电厂相当于每年3太瓦时(TWh)的能耗,这就对经济及环境有极大影响。


图2. 估量的屏幕尺度及电视出货量能能耗的影响

传统电视电源

图3显现了当时LED背光液晶电视典型电源的原理。半桥谐振LLC转化器发生24 V及12 V直流电压轨,为音频及处理器子系统等不同的电源域供电。LED的供电电压源自经过电压转化后得来的24 V直流供电电压,此电压也为电视音频子系统供电。


图3. 当时典型的液晶电视电源战略

LED背光阵列驱动电路中总计包括4条电源段;它们的累积能耗会将背光电源总能耗降至低于65%。与之相似的是,需求3条电源段来为音频及处理子系统供电,假定每个电源段的能效为典型能效等级,总能效就约为70%。此图中还包括传统电视电源中常见的专用待机电源,此电源会进一步添加能量损耗及物料单(BOM)本钱。

下一代电源规划

多种新的电源计划正在出现,旨在协助规划人员提高包括从24英寸至46英寸乃至更大尺度的宽规模规范屏幕尺度LED背光电视的能效。某些要害立异充分利用供给高能效转化及操控的新器材技能的优势,使电源规划人员能够省去专用待机电源等电路,简化或省去LED背光升压转化器,因而节约能耗及物料单本钱。

26英寸屏幕巨细等级的典型电视额定功率足够低,不要求运用功率因数校对(PFC)。运用比如安森美半导体NCP1236这样操控器的单反激转化器能够用于为背光及音频和信号处理子系统供电。能够仅运用5 V和24 V输出来为这些子系统供电。NCP1236能够以5 V电压、高达4 A电流为电视的信号处理电路供电,一同供给24 V电压来驱动0WRMS/8Ω半桥音频放大器及背光驱动器。此器材包括高压发动电路,能够用于不要求有源X2电容放电的本钱灵敏型运用。

关于小型背光阵列而言,升压至约40 V的相对较低升压电压就足够了,然后规划就能运用集成升压转化器和驱动器。

下一代规划中也正在消除传统专用待机电源。取而代之的是运用像NCP4354/4这样的次级端封闭形式操控器来检测空载情况,操控是否进入低能耗形式,并以更低的电压为待机低压降(LDO)稳压器供电。这种办法在结合运用NCP1246反激操控器时,将待机能耗降至低于75 mW,并将空载能耗降至低于30 mW;而NCP1246带有内置自供电功用,支撑在从待机形式唤醒时操控发动电流。这两款器材经过用于反应网络的同一个光耦来彼此通讯,因而不要求额定电路。此外,NCP1246包括专用封闭形式,假如需求的话,能与NCP4353/4一同运用,由NCP4353/4告诉NCP1246进入休眠形式。这两款器材结合在一同,能够将空载输入能耗下降至优于10 mW的功用。NCP1246的另一项特性是有源X2电容放电功用,此功用在检测到设备已从交流电源拨除后触发%&&&&&%放电。在许多消费类电子运用中,这是一种有用的安全特性。

关于要求较大背光阵列并因而要求更高LED供电电压的37至42英寸电视而言,运用专用背光电源办法的能效会比提高较低直流电压办法更高。比如NCP1379这样的准谐振操控器为像CAT4024这样的一系列线性LED驱动器供电是一种有用的计划,使输出电压改变能够跟从LED因老化及发热而发生的要求。不带PFC的反激电源能够支撑从90至264 Vac的宽输入电源电压规模。

终究,在更高功率的运用中,如屏幕尺度高达46英寸的现有运用一般要求的95至120 W电源中,要求运用PFC。安森美半导体的NCP1611 PFC操控器选用电流操控频率反走(CCFF)形式作业。在大电流时,它作业在规范临界导电形式(CrM),能够减小 变压器次级线圈的尺度,并供给跟从升压特性,增强音频/处理及背光电源转化器的输出才能。在轻载时,定时器启用,依据电流需求操控下一个开关周期开端前的死区时刻。与CrM形式不同的是,在负载下降时,开关频率也下降,从而减小开关损耗。开关频率能够钳位至约高于20 kHz,消除CrM规划中一般能够听到的可听噪声。这两种形式结合在一同,在轻载时提高能效约10%,是一种更优的规划。

图4显现的是结合这些增强特性的简化电源规划的示意图。运用NCP1379及CAT4204的专用背光电源代替LED升压转化器,没有独自待机电源,而NCP1236/46一同为音频及处理子系统供电。假如要求的话,能够添加NCP1611 PFC操控器。终究规划的能效更高,因而省去了多段式电源转化,且因省去一些元器材而使尺度更小。这种办法支撑以相似的电源计划更快地开发更强固的规划,一同合作宽规模的电视屏幕尺度及功率要求。


图4. 节约转化能耗及元器材本钱的通用电源规划

定论

当今的平板电视供给惹人注目的纤薄型规划及更佳的用户体会,获得了电视具有者的重视及频频观看,但也添加了下降能耗及提高能效的顾忌。新的“动力之星”规范愈加重视电视的作业能耗,依据屏幕尺度来约束作业能耗。选用高能效拓扑结构及操控器的更简略的优化电源架构能够协助规划人员契合这些需求,并且本钱具有竞争力。

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