采用NCP1927組合控制器開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源.doc_第1頁
采用NCP1927組合控制器開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源.doc_第2頁
采用NCP1927組合控制器開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源.doc_第3頁
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文檔簡介

近年來,平板電視的發(fā)展非常迅速,而中國平板電視市場經(jīng)過連續(xù)數(shù)年的快速增長現(xiàn)已進(jìn)入成熟期。得益于銷售價格的回落,3D、智能、互聯(lián)網(wǎng)電視市場的顯著增長,并隨著三網(wǎng)融合的推進(jìn),預(yù)計IPTV、互動數(shù)字電視、智能互聯(lián)網(wǎng)電視業(yè)務(wù)的用戶數(shù)量將在幾年內(nèi)都達(dá)到千萬級規(guī)模。這同時預(yù)示著,用于平板電視的高效且功能強(qiáng)大的開關(guān)電源需求也在顯著增加。 安森美半導(dǎo)體提供的NCP1927功率因數(shù)校正(PFC)及反激組合控制器電源管理芯片,能夠用于開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源,配合纖薄平板電視設(shè)計潮流及幫助推動節(jié)能降耗。 配合平板電視開關(guān)電源設(shè)計要求 從行業(yè)的發(fā)展來看,CRT向平板電視的轉(zhuǎn)變意味著能源消耗的增加。以液晶電視為例,液晶屏本身不發(fā)光,必須要用后面無數(shù)的燈管(背光模組)均勻照亮整個熒屏,再通過信號和液晶物質(zhì)的流動顯示出影像。要驅(qū)動這些燈管,并且讓熒屏保持較高的亮度和分布,就需要消耗大量的電力。 在國內(nèi),目前彩電行業(yè)沿用的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)是彩色電視廣播接收機(jī)能效限定值及節(jié)能評價值,該標(biāo)準(zhǔn)只要求達(dá)到待機(jī)狀態(tài)下的節(jié)能要求。然而工作(開機(jī))能耗才是決定平板電視耗電量的主導(dǎo)因素。因?yàn)闆]有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),也就難以衡量平板電視真正的能耗水平。因此,人們關(guān)注的焦點(diǎn)是如何開發(fā)更具能源效率的電源設(shè)計,同時還要滿足外型、成本方面的要求。 以研發(fā)緊湊及高能效方案著稱的安森美半導(dǎo)體提供的NCP1927集成的PFC控制器采用臨界導(dǎo)電模式(CrM)工作時可實(shí)現(xiàn)接近1的功率因數(shù),包含了構(gòu)建強(qiáng)固及緊湊PFC段所需的全部特性,且將外部元器件數(shù)量減至了最少。該器件集成的固定頻率電流模式反激控制器采用專有的“軟跳周期(Soft-SkipTM)”待機(jī)模式,且結(jié)合輕載時的頻率反走功能,提供了極低的待機(jī)能耗。 安森美半導(dǎo)體的PFC及反激組合控制器NCP1927功能詳解 NCP1927是集成了臨界導(dǎo)電模式功率因數(shù)校正及反激控制器和時序電路的組合控制器,適合開發(fā)緊湊的高能效平板電視電源。其獨(dú)特特性包括逆變器啟用引腳、進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)控制引腳、頻率反走及軟跳周期,體現(xiàn)了通知背光逆變器PFC輸出已就緒、關(guān)閉PFC控制器,以及完整負(fù)載范圍內(nèi)的高能效優(yōu)勢。 NCP1927還具有其它特性,如極低啟動電流消耗(最大值20 A)、包含關(guān)閉IC的關(guān)閉引腳、快速主電源/負(fù)載瞬態(tài)補(bǔ)償、可編程PFC過壓/欠壓保護(hù)、帶內(nèi)置斜坡補(bǔ)償?shù)?5 kHz固定頻率、削弱EMI信號的頻率抖動特性、帶自動恢復(fù)的基于定時器的過流保護(hù),以及提供針對繞組短路的保護(hù)、4 ms軟啟動等。 簡化系統(tǒng)設(shè)計:NCP1927設(shè)計適用于背光逆變器采用PFC段供電而信號處理及音頻放大器采用反激段供電的系統(tǒng)。從圖1的NCP1927框圖中看到,在電壓高于1 V時,NCP1927可關(guān)閉PFC及反激電路;拉高時PFC啟用;在PFC就緒時通知背光逆變器導(dǎo)通。這樣,NCP1927就為平板電視電源提供了一個簡單、緊湊及可靠的方案。圖1:NCP1927框圖 啟動序列/待機(jī)/啟用逆變器:圖2是NCP1927的啟動序列,其順序是VCC充電直至VCC(on)、反激段啟用、反激段到達(dá)穩(wěn)壓狀態(tài)、PFC段啟用、PFC段到達(dá)穩(wěn)壓狀態(tài)、逆變器啟用。圖2:NCP1927的啟動序列 當(dāng)GTS(進(jìn)入待機(jī),Go To Standby)引腳電壓降至低于VSTANDBY時,PFC關(guān)閉,且保持待機(jī)狀態(tài),直至電壓增加到高于VSTANDBY+VSTANDBY(HYS)。PFC可以通過反激電路FB引腳自動關(guān)閉,或以光耦直接控制,如圖3所示,方法1是根據(jù)反激段FB引腳電壓來觸發(fā)GTS;方法2是使用次級端信號來觸發(fā)GTS。圖3:進(jìn)入待機(jī)的兩種方法 啟用逆變器:NCP1927監(jiān)測PFC誤差放大器電流,一旦此電流降低至0 A,就會通知逆變器導(dǎo)通。如圖4(a)所示;當(dāng)PFC處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)壓時,IENABLE引腳提供5 V輸出。如圖4(b)所示。圖4:啟用引腳序列 輕載能效特性:NCP1927提供三種工作模式:第一種是正常的65 kHz固定頻率工作;第二種是頻率反走,即在輕載時振蕩器頻率線性降低至26 kHz;第三種是輕載時軟跳周期模式,即驅(qū)動停止,跳開關(guān)周期。這三種工作模式結(jié)合在一起,優(yōu)化完整負(fù)載范圍內(nèi)的能效。圖5:VFFB下降時的開關(guān)頻率 反激段軟跳周期模式:圖6給出了電壓模式到電流模式工作的過程。FB信號與內(nèi)置斜坡信號比較;內(nèi)置斜坡信號允許在電流模式控制開始前出現(xiàn)一些短脈沖。在該模式下VFFB上升時,驅(qū)動器又開始開關(guān),占空比逐漸從0%上升。該模式可降低可聽噪聲風(fēng)險,同時支持在鉗位網(wǎng)絡(luò)中使用廉價變壓器及電容。圖6:軟跳架構(gòu)的跳周期 PFC跳周期模式:在該模式下,Pcontrol電壓降至低于可編程跳周期電平時,PFC停止開關(guān);在穩(wěn)壓電壓自然地回升至高于跳周期電平時(增加了延遲特性),PFC恢復(fù)開關(guān)。跳周期電平用RPSKIP來調(diào)節(jié),見圖7。圖7:PSKIP引腳電路 保護(hù)特性:在PFC段,有過流保護(hù)(OCP)、過壓保護(hù)(OVP)、欠壓保護(hù)(UVP)功能;在反激段,有過載保護(hù)(帶80 ms故障定時器)、繞組短路保護(hù)和過熱關(guān)閉。器件設(shè)有PFC過壓保護(hù)(OVP)及欠壓保護(hù)(UVP)專用引腳。在出現(xiàn)浮動引腳時,IUVP電流源激活UVP,見圖8。帶專用POVUV引腳的雙反饋配置提供更高的安全等級,即使雙反饋配置中某個故障,也可確保提供保護(hù)。圖8:POVUV引腳框圖 故障管理:即VCC斷續(xù)(Hiccup)功能。在非閂鎖故障(關(guān)閉模式、過熱關(guān)閉及反激過載)條件下,門驅(qū)動器關(guān)閉,內(nèi)部IC電流功耗導(dǎo)致VCC降低至VCCOFF。一旦VCC上升至VCCON,故障復(fù)位,IC電流消耗降至啟動電流電平,使器件重啟。圖9:VCC斷續(xù)時的VCC NCP1927控制器具體應(yīng)用 圖10是使用NCP1927的140 W液晶電視的開關(guān)電源的實(shí)物照片。其輸出1為390 V,250 mA;輸出2為5 V,2 A;輸出3為12 V,2.5 A。平均能效大于82%;滿載能效大于85%;空載輸入功率小于150 mW;功率因數(shù)大于0.95;啟動時間小于2秒。圖11是其電路圖。圖10:140 W液晶電視開關(guān)電源實(shí)物照片圖11:140W液晶電視電路圖 從圖12、13、14中可以分別看出140 W液晶電視的待機(jī)能耗小于50 mW,輕載能效極佳;平均能效及滿載能效很高;功率因數(shù)超越了要求,令人滿意。圖12:空載能耗圖13:能效圖14:功率因數(shù)結(jié)論 安森美半導(dǎo)體的NCP1927提供緊湊及強(qiáng)固的平板電視電源所需的所有特性,由于采用了專用逆變器啟

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