中心議題：
??? * LCDTV電源模塊設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)
??? * LCDTV傳統(tǒng)方案分析及存在的問題
??? * LCDTV整體電源方案
解決方案：
??? * 采用專用的電源管理模塊
??? * 采用雙邊驅(qū)動的方式來解決變壓器所面臨的耐壓問題

隨著成本及售價的不斷下降，LCDTV憑借其顯示效果和輕薄體積的優(yōu)勢，正逐步取代傳統(tǒng)CRT成為家用市場的主流產(chǎn)品，2007年全球LCDTV出貨量達(dá) 到8600萬臺，較2006年成長58%。根據(jù)市場調(diào)研公司iSuppli的預(yù)測，2008年全球LCDTV出貨量將突破1億臺，并在2011年之前達(dá)到 1.7億臺，除了價格因素之外，現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，也將在很大程度上刺激LCDTV的銷售。

LCDTV電源模塊設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

與相同尺寸傳統(tǒng)CRT相比，中大尺寸LCDTV無論是功耗還是成本都顯著高于前者。因此，要想取代CRT成為主流產(chǎn)品，LCDTV必須合理降低功耗和制造成本，因為節(jié)能降耗已經(jīng)成為時代主題，而作為消費類電子產(chǎn)品，價格始終會是用戶考慮的主要因素。

從功耗角度來看，ENERGYSTAR(EPAV3.0)已經(jīng)明確規(guī)范電視產(chǎn)品的最大功耗，這一標(biāo)準(zhǔn)將于2008年11月1日正式生效。在EPAV3.0規(guī)范中電視產(chǎn)品允許的最大功耗與其尺

寸大小相對應(yīng)(表2)，其中32英寸LCDTV的最大功耗要求低于120W，目前市面上銷售的LCDTV產(chǎn)品的功耗普遍高于新標(biāo)準(zhǔn)的上限。為通過 ENERGYSTAR的認(rèn)證，設(shè)計工程師只有兩個選擇：對現(xiàn)有電源系統(tǒng)設(shè)計思路做根本性變革，降低電源轉(zhuǎn)換過程中的功率損失；或者降低背光亮度并減小音響 系統(tǒng)的輸出功率，以減小LCDTV的耗電量。顯然后者是以犧牲用戶的視覺和聽覺感受為代價，前者才是最佳選擇，這是電源設(shè)計工程師所面臨的一大挑戰(zhàn)，即如 何降低LCDTV的耗電量且不降低視聽效果。


表1：ENERGYSTARV3.0版本對高清電視最大功耗的定義。

從成本角度來看，根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)DisplaySearch的最新預(yù)測報告，未來3年LCDTV的整機(jī)制造成本將以10%到16%的比例逐步下滑，而 42英寸以上的大尺寸產(chǎn)品成本降幅甚至要達(dá)到20%以上。電源模塊(包括背光電源)占整機(jī)成本相當(dāng)大的比重，因此工程師需要通過簡化電源模塊的設(shè)計來幫助 降低成本。


表2：根據(jù)ENERGYSTARV3.0標(biāo)準(zhǔn)計算各尺寸LCDTV最大允許功耗。

為解決以上問題，昂寶電子運用自身的電源行業(yè)經(jīng)驗及系統(tǒng)研發(fā)能力，對傳統(tǒng)LCDTV電源架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，整合自主開發(fā)的PFC、QR、Flyback、 Inverter等產(chǎn)品線的控制芯片，成功開發(fā)出了應(yīng)用于大尺寸LCDTV的整體電源解決方案，能夠節(jié)省約10%的能耗，并大幅降低電源模塊的制造成本。


圖1：昂寶電子針對23英寸以下LCD產(chǎn)品開發(fā)的62WLIPS電源。

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LCDTV傳統(tǒng)方案分析及存在的問題

由于負(fù)載的多樣性，LCDTV的電源設(shè)計也變得相對復(fù)雜，需要如AC功率因數(shù)校正、隔離式電源轉(zhuǎn)換、非隔離式負(fù)載點電源轉(zhuǎn)換以及各種各樣的電源監(jiān)測保護(hù)功能，LCDTV產(chǎn)品正越來越多地依靠電源管理領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新來確立其在市場上的競爭力。

23英寸及以下的小尺寸LCDTV由于整機(jī)功率通常小于75W，不需要配置PFC線路，其供電模塊的設(shè)計和制造已經(jīng)相對成熟，早期分立的AC/DC主電源 板和DC/AC逆變電源板出于降低制造成本的考慮已經(jīng)被整合到一塊PCB板上，即目前主流的 LIPS(LCDIntegratedPowerSystem)結(jié)構(gòu)，昂寶電子針對此類應(yīng)用開發(fā)了多款LIPS電源，AC/DC部分轉(zhuǎn)換電路主要使用 OB2263、OB2269和OB2202等芯片，DC/AC部分逆變器電路主要采用OB3316、OB3318和OB494P等芯片，小尺寸LCDTV 內(nèi)部只有電源板和信號處理主板兩塊PCB，而對于32英寸以上大尺寸LCDTV而言，其內(nèi)部會相對復(fù)雜。

圖2所示為傳統(tǒng)32英寸LCDTV，內(nèi)部主要包括3塊PCB板，即：信號處理主板，用于音頻視頻處理及系統(tǒng)控制等功能；AC/DC電源板，將市電的 220V@50Hz或110V@60Hz交流輸入轉(zhuǎn)換成音頻系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等所需要的24V/18V/12V/5V/3.3V等直流電壓，并實 現(xiàn)功率因數(shù)校正、與輸入電網(wǎng)安全隔離等功能；DC/AC電源板，用于將AC/DC電源板輸出的24V或12V直流電壓再逆變升壓得到1000V@50Hz 的交流電壓，以此高壓高頻正弦交流電壓來驅(qū)動背光CCFL燈管，并實現(xiàn)背光亮度調(diào)節(jié)等功能。


圖2：傳統(tǒng)式LCDTV內(nèi)置信號處理、AC/DC電源、DC/AC電源三塊PCB板。

圖3是傳統(tǒng)式LCDTV電源的結(jié)構(gòu)框圖，按照功能通?？蓪⑵鋭澐譃?大模塊，即：PFC模塊、DC/DC主電源模塊、DC/AC逆變電源模塊。


圖3：傳統(tǒng)式LCDTV電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

由于離線式開關(guān)電源不可避免會產(chǎn)生帶高諧波含量的非正弦輸入電流，這會對電網(wǎng)產(chǎn)生一定污染，并影響到連接在同一電源線的其它電子設(shè)備，為滿足歐盟 IEC61000-3-2的D類標(biāo)準(zhǔn)或類似的區(qū)域性諧波含量規(guī)范，通常需要在輸入功率大于75W的開關(guān)電源設(shè)計中加入PFC模塊。大尺寸LCDTV的輸入 功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于75W，因此PFC模塊也是LCDTV電源中不可缺少的部分，PFC模塊通過Boost線路將電網(wǎng)輸入的交流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的400V直流電 壓供給后級DC/DC電源使用。


圖4：傳統(tǒng)式LCDTV主電源功率范圍及架構(gòu)選擇。

DC/DC主電源模塊負(fù)責(zé)將PFC輸出的400V直流電壓轉(zhuǎn)換成各種負(fù)載所需的低壓直流電平，來滿足DC/AC逆變電源輸入、音響系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、控制系 統(tǒng)等模塊的工作需要，常見電壓包括24V/18V/12V/5V/3.3V等。國際能源署(IEA)和歐盟制定的“1W”計劃要求在2010年將所有產(chǎn)品 的待機(jī)功耗降低到1W以內(nèi)，為符合1W待機(jī)功耗規(guī)范，DC/DC主電源模塊之外通常還需要設(shè)計一塊獨立的待機(jī)電源，用于在待機(jī)模式下維持遙控接收器模塊的 工作，并將PFC和DC/DC主電源模塊關(guān)閉，以最大限度降低待機(jī)功耗。

根據(jù)LCDTV尺寸及功率的大小，DC/DC主電源的常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：反激(包括準(zhǔn)諧振)、雙管反激、雙管正激、諧振半橋(HBLLC)等幾種。對于 50W～100W的功率范圍，單開關(guān)的反激或準(zhǔn)諧振反激拓?fù)涫亲罴堰x擇，其中準(zhǔn)諧振控制通過減小開關(guān)損耗來提高轉(zhuǎn)換效率并改善開關(guān)造成的EMI干擾。而對 于更大功率的100W～200W范圍，可以通過雙開關(guān)反激的方式來應(yīng)對。正激結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于200W～300W的功率范圍，但由于需在連續(xù)導(dǎo)電模式下工作， 解決由于硬開關(guān)所帶來的EMI問題是一項挑戰(zhàn)。諧振半橋結(jié)構(gòu)適用于150W以上的功率應(yīng)用，該結(jié)構(gòu)在高功率級的LCDTV應(yīng)用中性能優(yōu)勢十分明顯，全負(fù)載 范圍的零電壓開關(guān)(ZVS)及低電流關(guān)斷控制可幫助最大限度降低開關(guān)損耗及減小EMI干擾。

DC/AC逆變電源用于驅(qū)動背光模組，其將DC/DC主電源輸出的24V或12V直流電壓轉(zhuǎn)換為1000V左右的高壓交流電壓用于驅(qū)動背光CCFL燈管并 實現(xiàn)背光亮度(燈管電流)的調(diào)節(jié)功能，LCDTV顯示畫面的對比度需依靠高亮度的背光來支撐，所以DC/AC逆變電源部分的輸出功率通常占整機(jī)總輸出功率 的70%以上，且尺寸越大，背光功耗所占比重越大。

通過上述對傳統(tǒng)LCDTV電源的結(jié)構(gòu)分析，我們不難發(fā)現(xiàn)一個問題，即整體效率非常低，因為占70%以上功耗的背光部分電能在PFC之后經(jīng)歷了降壓再升壓的 兩級轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換過程中的效率損失也會引起散熱問題。LCDTV的超簿設(shè)計及噪音限制使得無法在機(jī)箱中添加風(fēng)扇，而熱量的堆積會直接導(dǎo)致機(jī)殼內(nèi)上下部分溫 度不均勻，再加上CCFL亮度對溫度的敏感特性，這樣的設(shè)計給用戶呈現(xiàn)出來的將是面板上下部亮度不均勻的“獨特”效果。

為解決上述問題，業(yè)界一直在探論400V高壓輸入逆變電源方案。昂寶電子通過整合自身豐富的產(chǎn)品線，已經(jīng)將這一構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實，即DC/AC逆變電源的輸入不再采用DC/DC主

電源的24V電壓，而是直接取自PFC的400V輸出。這樣背光部分的電能可減少一級能量轉(zhuǎn)換，從而節(jié)省一級效率損失，并且DC/DC主電源的設(shè)計功率可 大幅降低，同時解決了DC/DC主電源的散熱問題，最重要的是DC/DC主電源的制造成本大幅降低。在不具備高壓輸入DC/AC逆變電源方案的條件下，人 們往往通過優(yōu)化AC/DC主電源的方式來降低整機(jī)功耗，如通過半橋諧振LLC架構(gòu)來優(yōu)化LCDTV電源，但與之相對應(yīng)的是昂貴的制造成本，而采用昂寶電子 開發(fā)的LCDTV整體電源方案，利用便宜的單開關(guān)反激或準(zhǔn)諧振反激就能滿足大尺寸LCDTV中背光以外的功率需求。


表3：DisplaySearch對LCDTV成本的近年數(shù)據(jù)統(tǒng)計及未來走勢預(yù)測。

與傳統(tǒng)LCDTV電源方案相比，昂寶電子的方案在效率和成本上都具有優(yōu)勢，并且借助在電源管理領(lǐng)域的全面產(chǎn)品覆蓋，LCDTV電源板上全部IC都可由昂寶 電子提供，包括PFC控制芯片、Flyback/QR控制芯片、Standby開關(guān)器、Inverter控制芯片等。這對LCDTV電源制造商的采購與渠 道管理提供了相當(dāng)大的便捷性，技術(shù)支持的快速響應(yīng)也得到了保證，由此帶來的研發(fā)及運營成本的降低同樣不容忽視。

圖6以150WLCDTV電源為例來對比傳統(tǒng)方案與昂寶電子方案，假設(shè)背光滿載消耗100W，其它部分滿載消耗50W，按照常規(guī)架構(gòu)及各模塊轉(zhuǎn)換效率來推 算，運用傳統(tǒng)方案來設(shè)計，其理論輸入功率將達(dá)到197W左右，整體效率為76%，而使用昂寶電子的方案來設(shè)計，理論輸入功率只需要174W左右，整體效率 高達(dá)86%。


圖5：150WLCDTV電源系統(tǒng)傳統(tǒng)方案與昂寶電子方案的功率比較。

另一方面，傳統(tǒng)方案需要設(shè)計168W的DC/DC主電源，而使用昂寶電子的方案設(shè)計，則只需要設(shè)計50W的DC/DC主電源，根本不需要采用價格昂貴的半橋諧振LLC方案。

LCDTV整體電源方案

針對300W以下的LCDTV所開發(fā)的整體電源解決方案主要由以下四部分組成：PFC模塊，使用OB6563控制芯片。DC/DC主電源模塊，使用 OB2202控制芯片，QRflyback結(jié)構(gòu)。Standby電源模塊，使用OB2358開關(guān)器，flyback結(jié)構(gòu)。DC/AC逆變電源模塊，使用 OB3316控制芯片，400V高壓輸入半橋結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。

傳統(tǒng)LCDTV電源中，由于不同模塊運用的是不同領(lǐng)域的電源管理技術(shù)，各個模塊的控制芯片往往需要從不同的供應(yīng)商采購，這使得對于整體性要求非常高的 LCDTV電源設(shè)計變得相對復(fù)雜，其研發(fā)成本和研發(fā)周期也相應(yīng)的被提高和延長，而開發(fā)的LCDTV電源整體解決方案各個模塊的主控制IC都采用其自主研發(fā) 的綠色節(jié)能芯片。由于對不同領(lǐng)域的電源管理技術(shù)具備資源整合能力，使得原本復(fù)雜的LCDTV電源模組設(shè)計得以簡化，LCDTV制造商所看重的技術(shù)支持也得 以充分保障，這樣LCDTV產(chǎn)品可以更好的依賴電源模塊的創(chuàng)新所帶來的低功耗、低成本、短周期等優(yōu)勢，迅速確立其在市場上的核心競爭力。此外，由于該方案 的DC/AC逆變電源采用了400V高壓輸入技術(shù)，整體功率密度、零件數(shù)量和PCB尺寸都得以減小，為將原本獨立的兩快電源板(AC/DC主電源和DC /AC逆變電源)整合成一塊(LIPS電源)創(chuàng)造了條件，從而可使37英寸以下LCDTV電源進(jìn)一步降低制造成本并簡化制造流程。

37英寸以上LCDTV一般需要在面板左右兩側(cè)分別放置兩片反相位工作的逆變電源板，這主要是出于兩方面的考慮：首先，由于燈管長度的延長及漏電流問題， 高壓端和低壓斷的亮度差異趨于明顯，需要以雙邊高壓的方式來均衡左右兩側(cè)的亮度；其次，目前變壓器的耐壓能力不足以提供高于4000V的點燈電壓來點亮大 尺寸面板中使用的長燈管，需要以雙邊驅(qū)動的方式來解決單邊驅(qū)動方式中變壓器所面臨的耐壓問題。針對這類應(yīng)用，昂寶電子對LIPS結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)，將 DC/AC逆變電源的變壓器部分單獨放置到面板的左右兩側(cè)，來實現(xiàn)單支燈管的雙邊反相位高壓驅(qū)動，而功率轉(zhuǎn)換及控制部分仍然保留在原來的LIPS板上。


表4：傳統(tǒng)LCDTV電源方案與昂寶電子方案優(yōu)缺點的比較。

傳統(tǒng)方案與昂寶電子解決方案的功耗及主要用料情況對比

以某知名品牌32"與46"LCDTV進(jìn)行對比，昂寶電子所開發(fā)的LCDTV整體電源解決方案在整體功耗及關(guān)鍵零件數(shù)量方面均比傳統(tǒng)電源方案有明顯的優(yōu)勢：


圖6：昂寶電子開發(fā)的32"LCDTVLIPS電源板。

圖7：昂寶電子開發(fā)的46"LCDTVLIPS電源板+外置生壓板。

從表5及圖10的實際測試數(shù)據(jù)來看，同等輸出條件下昂寶電子的方案其輸入功率比傳統(tǒng)方案有明顯減小，且尺寸越大，差異越明顯。


表5：傳統(tǒng)LCDTV電源方案與昂寶電子方案功耗的比較。

從表6之比較來看，兩種方案的零件差異在DC/DC主電源部分表現(xiàn)的非常明顯，采用昂寶電子的方案，其DC/DC主電源部分的設(shè)計功率只需是傳統(tǒng)方案的三分之一甚至更小，大幅降低了整機(jī)電源的制造成本。


表6：傳統(tǒng)LCDTV電源方案與昂寶電子電源方案主要零件的比較。

隨著高清時代的到來，LCDTV取代CRT成為家用電視機(jī)主流產(chǎn)品已成必然之勢，而隨著出貨量的逐年攀升，LCDTV所面臨的能耗及成本壓力也不容回避， 面對這一形勢，充分利用自身對不同領(lǐng)域的電源管理技術(shù)均十分熟悉的優(yōu)勢，整合了PFC、AC/DC、DC/AC產(chǎn)品線的相關(guān)產(chǎn)品，成功開發(fā)了高效能、低成 本的LCDTV電源整體解決方案，為解決這一時代難題創(chuàng)造了條件。

傳統(tǒng)LCDTV電源由于AC/DC主電源與DC/AC逆變電源分兩塊PCB板，分別由不同供應(yīng)商提供，AC/DC主電源廠商對DC/AC逆變電源領(lǐng)域及技 術(shù)不熟悉，DC/AC逆變電源廠商亦對AC/DC主電源領(lǐng)域及技術(shù)不熟悉，各自的生產(chǎn)設(shè)備目前也不具備兼容這兩類電源產(chǎn)品的條件，要解決這一問題，需要電 源方案提供商、電源制造商、LCDTV制造商等上、中、下游企業(yè)之間通力配合，重新調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化資源配置。相信不久的將來，這一LCDTV電源整體 方案將全面取代傳統(tǒng)式電源，以幫助LCDTV產(chǎn)品降低制造成本及使用功耗。