- 綠色電源解決方案
- 采用兩個控制回路
- 采用高壓MOSFET
除開機功耗外，在待機模式下，輸入功率應(yīng)低于1W。待機功率要求是開關(guān)電源設(shè)計者面臨的又一挑戰(zhàn)。此外，大多數(shù)尺寸的電視機的輸入功率高于75W，因此需要功率因數(shù)校正（PFC）電路以符合ICE61000-3-2標準要求。要獲得高效率和高功率因數(shù)，需要采用有源PFC調(diào)節(jié)器。總之，典型的液晶電視開關(guān)電源通常由待機功率轉(zhuǎn)換器、PFC預(yù)調(diào)節(jié)器和主轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。
本文將探討如何應(yīng)對不同功率級的挑戰(zhàn)。表1不同尺寸電視機的平均開機功率水平要求功率級PFC預(yù)調(diào)節(jié)器升壓轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用最為廣泛的拓撲。
對于傳統(tǒng)的PFCCCM解決方案而言，需要采用兩個控制回路（電流回路與電壓回路）。控制電路較為復(fù)雜，同時采樣輸入電壓信號也將額外增加待機損耗。為了解決這些問題，采用8管腳CCMPFC、ICE2PCS02G，控制器可降低設(shè)計難度。采用該控制器只需連接少數(shù)器件，這使PFC級的設(shè)計變得輕而易舉。這種IC采用BiCMOS工藝制成，因此輸出電壓采樣管腳的輸入阻抗非常高。例如，采用6MΩ電阻分壓器，待機模式下功耗僅為27mW。這有助于滿足待機功率要求。除控制器部分外，具備最低導通電阻和較低寄生電容的全新CP系列CoolMOS也是提升效率的最佳選擇。
主功率級就液晶電視而言，典型輸入電壓為24V的背光單元消耗絕大部分功率。對于這些輸出功率范圍為60W~180W，輸入電壓為400V的應(yīng)用而言，準諧振（谷值開關(guān)）反激式轉(zhuǎn)換器是非常經(jīng)濟合算的解決方案。相對于硬開關(guān)反激式轉(zhuǎn)換器，它具備更出色的效率和EMI性能。對于未加限頻電路，自由運行的準諧振反激式轉(zhuǎn)換器而言，如果系統(tǒng)的工作負載在50%至70%之間（測量開機功耗的負載范圍），開關(guān)頻率就會增大許多。大多數(shù)情況下，這需要設(shè)計者付出更大的努力和成本來優(yōu)化設(shè)計。英飛凌準諧振控制器ICE2QS02G采用標準數(shù)字降頻模式，有效解決了此問題。根據(jù)負載情況，IC將在不同的谷值點開通MOSFET。例如，在滿負載條件下，轉(zhuǎn)換器將在第一谷值點運行，提供最大功率，如果負載降至70%時，轉(zhuǎn)換器將在第二或第三谷值點運行。在這種情況下，轉(zhuǎn)換器的開關(guān)損耗和傳導損耗始終保持平衡，轉(zhuǎn)換器獲得最高的運行效率。明MOSFET在第一谷值點和第七谷值點導通。（a）在第一谷值點完成谷值開關(guān)（b）在第七谷值點完成谷值開關(guān)
改善主功率級效率的另一個可行辦法是采用高壓MOSFET。對于準諧振反激式轉(zhuǎn)換器，高壓MOSFET允許存在高反射電壓，因此降低了MOSFET的導通損耗。此外，采用高壓MOSFET還可降低主傳導損耗。例如，800VCoolMOS®C3或全新900VCoolMOS可使效率再提高1%~3%。這出色平衡了成本和效率。待機轉(zhuǎn)換器在這種功率水平，需要獨立的待機轉(zhuǎn)換器。采用集成功率IC和固定頻率反激式轉(zhuǎn)換器是當前最經(jīng)濟實惠的解決方案。除成本以外，待機功耗是最大難點。液晶電視SMPS待機功耗應(yīng)低于1W。在這種情況下，系統(tǒng)的輸出功率約為0.5W（來自待機轉(zhuǎn)換器）。PFC預(yù)調(diào)節(jié)器和主功率級關(guān)閉。因此，改善待機能效的關(guān)鍵點包括待機轉(zhuǎn)換器效率、二次側(cè)功率損耗和母線電壓采樣功率損耗。為改善待機轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率，降低平均開關(guān)頻率至關(guān)重要。不過，要想在系統(tǒng)結(jié)束待機時保持輸出調(diào)節(jié)并為負載波動做好準備，需主動進行控制。英飛凌CoolSETF3R產(chǎn)品具備獨有的主動突發(fā)模式，可實現(xiàn)超低的待機功耗。
其工作原理是，如果反饋信號水平降至突發(fā)進入閾值（FB1）以下，并持續(xù)一段時間，控制IC進入主動突發(fā)模式。這時開關(guān)脈沖停止，輸出電壓則會降低，然后反饋電壓升高。當它升到突發(fā)開始水平（FB3），開關(guān)脈沖恢復(fù)。在處于突發(fā)模式期間，輸出會升高，反饋電壓開始降低。當它降到突發(fā)結(jié)束水平（FB2），開關(guān)脈沖再次停止。這種突發(fā)交替性結(jié)束開始，構(gòu)成主動突發(fā)模式。如果負載由輕載提高至重載，反饋電壓值將開始提高。如果反饋電壓水平超過突發(fā)退出閾值（FB4），IC將離開主動突發(fā)模式。屏蔽時間和其他2個閾值（FB1和FB4）可有效降低錯誤觸發(fā)突發(fā)模式的幾率。最后，如果IC進入主動突發(fā)模式，最大峰值電流閾值將降至原始值的三分之一或四分之一。這可大大降低變壓器電流噪音。除了待機轉(zhuǎn)換效率，還可降低輸出電壓、主總線和輸入電壓感測功率損耗。例如，在主功率級的輸入電壓采樣部分采用4MΩ電阻分壓器。系統(tǒng)性能表1推薦解決方案的技術(shù)規(guī)格
在額定線路輸入電壓條件下，不同負載情況下的系統(tǒng)效率。在110Vac條件下，滿負載效率超過87%。此外，平均效率保持在較高水平（30%負載之后）。結(jié)語液晶電視的高功耗給SMPS的設(shè)計造成很多困難。此外，各種不同規(guī)格的要求使設(shè)計難上加難。對于中小尺寸液晶電視而言，有源PFC預(yù)調(diào)節(jié)器、準諧振反激式轉(zhuǎn)換器和固定頻率反激式轉(zhuǎn)換器的結(jié)合應(yīng)用是非常經(jīng)濟有效的解決方案。在這個解決方案中，英飛凌提供的控制器IC、集成功率IC和CoolMOS可使設(shè)計變得輕而易舉，同時具備出類拔萃的性能。
