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

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