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功率电感:LCD TV中的电源转换链与开关电源拓扑(下)

来源:    作者:     发布时间:2014-11-02 19:22:09     点击数:
 较大尺寸平板电视:37英寸

  这种尺寸的LCD TV功耗最高达220W。在这种情况下,必须使用PFC技术,并强烈推荐使用有源PFC。在这个功率等级,可以考功率电感生产厂虑三种备选拓扑,分别是临界导电模式(CRM)、固定频率非连续导电模式(FF DCM)和连续导电模式(CCM)。

  NCP1605中采用了固定频率非连续导电模式。这种模式结合了临界导电模式的一些优点,如从输入正弦电压的顶端开始减小峰值电流,还结合了固定频率解决方案的长处,也就是当输入电压通过零电压时可对开关频率进行钳位,从而可对EMI信号进行更好的控制。

 

  

  图5 NCP1605结合了固定频率非连续导电模式和临界导电模式的优点

 

  在CCM模式下工作的紧凑型8引脚PFC控制器近期已经推出,如安森美半导体推出的NCP1653和NCP1654器件。

  与尺寸介于26~32英寸之间的面板相似,在37英寸面板市场,有两种架构:

  ● 双开关电源架构:其中一个开关电源专用于背光,另一个电源器件专用于CAVIO板,并支持待机模式。

  ● 单一主开关电源架构:主开关电源提供24V和12V电压,另加一个专用的待机开关电源。在待机模式下,主开关电源被切断。

  虽然双开关电源架构拥有明显优势,但在高达200W的功率范围下,设计人员必须考虑到轻载性能变得越来越重要,因为CAVIO的功率容量增加了。不仅如此,采用反激等传统拓扑能够实现的功率密度在这里则成为一个问题。其他能够提高能效、减小尺寸和改善交互调节状况的拓扑必须予以考虑。例如,大多数设计人员已经选择半桥谐振LLC解决方案来实现这些性能改善目标。

  大尺寸平板电视:40英寸及更大尺寸

  40/42英寸LCD TV的功耗可能高达300W,46英寸的更是高达330W。在这个功率等级,连续导电模式(CCM)拓扑对PFC而言最为适用。此外,最少需要两个开关电源来满足背光和信号处理的功率需求,以及遵从待机能耗要求。在这个功率等级,传统的反激拓扑不再适用,设计人员必须考虑新的拓扑电感,如单/双开关前向拓扑或半桥拓扑。这两种拓扑都需要在连续导电模式下工作,而该模式会导致出现硬开关和EMI信号挑战,以及滋生在紧凑型消费导向应用中不受欢迎的电磁问题。对于功率等级较低的LCD TV而言,它们通常采用的是准谐振模式,这种模式凭借减小开关损耗而能够提高能效。而在功率等级更高的大屏幕平板电视中,采用谐振拓扑的优势十分突出,这种模式会引导设计人员采用半桥谐振LLC,而后者是谐振转换器系列中的一员。半桥谐振LLC的优势体现在:

  ● 基于完整负载范围的零电压开关(ZVS):在零漏极电压条件下进行开关切换。通电损耗因此接近于零,与半桥相比EMI信号质量更佳,而半桥拓扑是工作在硬开关条件下。

  ● 低关断电流:开关在低电流条件下关断,因此关断损耗也比半桥拓扑更低。

  ● 副二极管可进行零电流关断:当转换器工作在满载条件下时,输出整流器会在零电流时关断,从而减少EMI信号问题。

  ● 无需增加元件数量:元件数量基本上与传统半桥拓扑相当。

  ● 良好的交互调节功能:尽管事实上采用单个开关电源器件来同时为面板提供24V电压和为CAVIO板提供插件电感厂家12V电压,但背光的数字调光并不会与两路输出电压的调制产生干扰。

  在这个功率等级,最常见的电源转换链包含一个主开关电源及一个待机专用开关电源,其中主开关电源采用半桥谐振拓扑,能够同时输出24V和12V电压。

  图6所示为该谐振转换器的结构。一个50%负载周期半桥提供了在零到输入电压VIN再到谐振电路之间摇摆的高压方波。通过采用压控振荡器(VCO)来调节频率,反馈回路能够根据功率需求来调节输出等级。

  该谐振电路由电容Cs,以及两个功率电感Ls和Lm串联组成。其中的Lm电感代表的是变压器磁化电感,它与Ls和Cs一起,会构成一个谐振点。这个功率电感上的负载产生的反射要么会令谐振点从电路上消失(在大负载电流条件下,Lm会被电阻值较小的、发生了反射的负载电阻RL所完全短路),要么会使其在轻载条件下继续与串联电感Ls串联。其结果是,根据负载条件的不同,谐振频率会在最小与最大之间变动。 1

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