- 液晶電視的市場(chǎng)及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
- 液晶電視電源構(gòu)架
- 220 W液晶電視電源GreenPoint參考設(shè)計(jì)
- 高壓LIPS方案將AC-DC、DC-DC和逆變器結(jié)合在同一塊電路板上
近年來(lái),液晶電視(LCD TV)市場(chǎng)快速發(fā)展。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)DisplaySearch預(yù)計(jì),2008年到2012年間的年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)高達(dá)16%,其中2009年的付運(yùn)總量預(yù)計(jì)達(dá)1.4億臺(tái),而這一數(shù)字到2012年將超過(guò)2億。
在市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大的同時(shí),在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及綠色營(yíng)銷(xiāo)的壓力下,液晶電視的工作及待機(jī)能耗也越來(lái)越低。如“能源之星”4.0版規(guī)范及5.0版規(guī)范相繼將于2010年5月及2012年5月生效,其中5.0版要求可視屏幕對(duì)角尺寸為32英寸、42英寸和60英寸的平板電視平均工作能耗從4.0版的不超過(guò)78 W、115 W和210 W下降到不超過(guò)55 W、81 W和108 W,相當(dāng)于兩年時(shí)間內(nèi)降低能耗約50%。
在液晶電視的總能耗中,統(tǒng)計(jì)顯示,背光所消耗的電能比例高達(dá)2/3。故液晶電視的另一項(xiàng)重要趨勢(shì)是采用新技術(shù)來(lái)提升背光及面板能效,降低能耗。在液晶電視背光源方面,目前冷陰極熒光燈(CCFL)背光源占據(jù)支配地位,但這個(gè)技術(shù)能耗高,包含劇毒物質(zhì)汞不利于環(huán)保,燈管呈條型或U型,使用壽命短;相比較而言,新興的發(fā)光二極管(LED)背光耗電量更小,不含汞,尺寸更易于配置為更均勻的背光,使用壽命更長(zhǎng),故LED背光在液晶電視中極具應(yīng)用潛力。據(jù)統(tǒng)計(jì),2009年采用LED背光源的液晶電視比例為3%,預(yù)計(jì)未來(lái)幾年這一比例將迅速提高,到2014年將達(dá)到50%,完全可與CCFL背光分庭抗禮,并在這之后進(jìn)一步取代CCFL背光。
液晶電視電源包含功率因數(shù)校正(PFC)、信號(hào)電源、背光電源及ECO待機(jī)等多個(gè)組成部分,不同部分往往包含不同的架構(gòu)可供選擇,參見(jiàn)圖1。以PFC段為例,可以選擇如臨界導(dǎo)電模式(CrM)、連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)或交錯(cuò)式頻率鉗位臨界導(dǎo)電模式(FCCrM)等不同的PFC控制器。選擇何種電源架構(gòu),需結(jié)合應(yīng)用的屏幕尺寸、功率等級(jí)及背光源等因素。另外,作為重要賣(mài)點(diǎn)的纖薄設(shè)計(jì)也影響著電源方案的選擇。
例如,目前市場(chǎng)上銷(xiāo)量最大的是32英寸液晶電視。在這類(lèi)液晶電視中,采用標(biāo)準(zhǔn)24 V逆變器電源的方案在市場(chǎng)上仍占據(jù)多數(shù),但新興的高壓液晶電視集成電源(HV-LIPS)的應(yīng)用也在不斷增多,總體上呈現(xiàn)出并存的態(tài)勢(shì)。采用標(biāo)準(zhǔn)24 V逆變器的傳統(tǒng)液晶電視在接受110/220 Vac市電輸入后,經(jīng)過(guò)整流、PFC及濾波,轉(zhuǎn)換為200/400 Vdc的直流高壓。由于傳統(tǒng)高壓逆變器的輸入電壓要求是24 Vdc,故PFC的輸出電壓200/400 Vdc會(huì)經(jīng)過(guò)降壓轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生多路輸出電壓,其中一路24 Vdc電壓提供給高壓逆變器,再經(jīng)過(guò)DC-AC轉(zhuǎn)換為超過(guò)1,000 V甚至達(dá)2,000 V的交流高壓,去驅(qū)動(dòng)液晶面板的CCFL陣列。安森美半導(dǎo)體為這類(lèi)傳統(tǒng)液晶電視推出了220 W液晶電視電源GreenPoint參考設(shè)計(jì),其中采用的關(guān)鍵元器件包括NCP1606 CrM PFC控制器、NCP1396諧振半橋控制器及NCP1027待機(jī)控制器等。
與這種采用標(biāo)準(zhǔn)24 V逆變器架構(gòu)的傳統(tǒng)電源不同,高壓LIPS方案將AC-DC、DC-DC和逆變器結(jié)合在同一塊電路板上,在獲得200/400 Vdc的PFC輸出后,會(huì)直接將這輸出電壓作為逆變器的輸入,再通過(guò)DC-AC轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)CCFL陣列所需的超過(guò)1,000 Vac甚至達(dá)2,000 Vac的高壓,這就消除了24 V轉(zhuǎn)換段,減少大量功率損耗及降低底盤(pán)發(fā)熱量,提升系統(tǒng)總能效,并降低系統(tǒng)成本,還符合“能源之星”等相關(guān)能效規(guī)范。
值得一提的, 這參考設(shè)計(jì)架構(gòu)具有高度的靈活性,而只需對(duì)原理圖及所用元件作出極小改動(dòng),即可支持多種電壓/電流配置。而且由于使用了采用零電壓開(kāi)關(guān)全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的先進(jìn)背光控制器,逆變器電源能夠輕易地?cái)U(kuò)展,支持26英寸到42英寸的多種液晶電視尺寸??蛻?hù)利用這高能效先進(jìn)參考設(shè)計(jì),可縮短開(kāi)發(fā)周期,加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
2) 46英寸液晶電視電源架構(gòu)
安森美半導(dǎo)體還針對(duì)更高功率的液晶電視推出了46英寸液晶電視電源參考,這電源參考適合任何類(lèi)型的背光方案,能擴(kuò)展支持40/42英寸或52/55英寸液晶電視,參見(jiàn)圖3。
這電源參考采用的關(guān)鍵安森美半導(dǎo)體IC包括新的交錯(cuò)式FCCrM PFC器NCP1631、帶谷底鎖定功能的新NCP1379準(zhǔn)諧振反激轉(zhuǎn)換控制器或NCP1252固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)控制器、NCP1053A高能效、低待機(jī)能耗開(kāi)關(guān)電源,用于僅關(guān)注電源段的性能主導(dǎo)型項(xiàng)目。在第一階段,這電源參考的電路板高度低于13 mm,液晶電視總高度低于17.5 mm;后續(xù)第二階段還將使電路板高度降到低于8 mm,總高度低于12.5 mm。
在纖薄設(shè)計(jì)成為液晶電視重要賣(mài)點(diǎn)的當(dāng)今,電源設(shè)計(jì)面臨更嚴(yán)格的挑戰(zhàn),如需要使用低高度的變壓器、線圈或散熱片,及將多個(gè)部件串聯(lián)或?qū)λ桨惭b等。就PFC控制器而言,盡管安森美半導(dǎo)體的NCP1606或NCP1654等已經(jīng)可以將電路板高度降到很低,但要支持更低厚度的液晶電視設(shè)計(jì),則可以采用安森美半導(dǎo)體新的單芯片交錯(cuò)式PFC控制器NCP1631,用于高達(dá)300 W功率應(yīng)用,同時(shí)也提供140至264 Vac的窄電壓范圍版本,用于功率大于200 W及注重纖薄設(shè)計(jì)的應(yīng)用。
而在待機(jī)電源方面,有兩種方案,一種是專(zhuān)用ECO待機(jī)開(kāi)關(guān)電源,采用集成高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器NCP1053A,非常適合最大功率小于5 W的小型心用待機(jī)電視微處理器,提供低于90 mW的極低待機(jī)能耗。這器件帶磁滯模式,提升ECO性能,開(kāi)關(guān)頻率及IC功率消耗更低;低頻模式支持DCM模式,降低開(kāi)關(guān)損耗;電流受限,減免可能的噪聲問(wèn)題。另一種方案是采用待機(jī)繼電器,由電視機(jī)微處理器直接控制(待機(jī)/導(dǎo)通),并提供可選的ECO“導(dǎo)通/關(guān)閉開(kāi)關(guān)”,在230 Vac條件下空載輸入能耗低于20 mW。
3) 46英寸液晶電視參電源考背光方案
上述46英寸液晶電視參考電源適合任意類(lèi)型的背光方案,包括單獨(dú)及專(zhuān)用的背光方案。例如,提供高壓LIPS用于CCFL/EEFL背光,其中采用2個(gè)高端驅(qū)動(dòng)器NCP5111及Microsemi背光控制器。也可采用新的NCP1397準(zhǔn)諧振反激轉(zhuǎn)換器或CAT4026側(cè)光式LED驅(qū)動(dòng)器(詳見(jiàn)后文),提供高直流輸出電壓半橋LLC,用于LED背光驅(qū)動(dòng)器。還可采用已獲市場(chǎng)證明的NCP1392/NCP1392控制器,用于傳統(tǒng)的24 V逆變器方案,為CCFL背光供電。而為了適應(yīng)等離子電視(PDP)應(yīng)用,也可采用NCP1397控制器,并增加降壓或升壓轉(zhuǎn)換器。
其中,在CCFL/EEFL背光的46英寸LIPS逆變器方面,所采用的安森美半導(dǎo)體NCP5111高端驅(qū)動(dòng)器能夠提升能效及減小全橋500 V功率MOSFET的尺寸,且在修改高壓變壓器設(shè)計(jì)條件下,電路板上高度低于13 mm,從而支持低厚度設(shè)計(jì)。
其中, NCP1397作為L(zhǎng)LC段控制器,在背光應(yīng)用中提供眾多優(yōu)勢(shì),如不需要驅(qū)動(dòng)器變壓器,帶來(lái)成本及安裝優(yōu)勢(shì);又如簡(jiǎn)單應(yīng)用跳周期模式,適合調(diào)光所需;以及簡(jiǎn)單應(yīng)用過(guò)渡保護(hù),幫助節(jié)省成本等。故NCP1397是高性?xún)r(jià)比及高安全性的方案。
另一方面,市場(chǎng)上現(xiàn)有的6通道側(cè)光式LED驅(qū)動(dòng)器背光方案中,各通道均含專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器IC、電感型DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器及開(kāi)關(guān);相比較而言,安森美半導(dǎo)體的CAT4026作為多通道LED線性驅(qū)動(dòng)器,以單顆IC支持6通道,且易于分級(jí)為多達(dá)12個(gè)或18個(gè)通道(相應(yīng)采用2個(gè)或3個(gè)控制器),是一種高性?xún)r(jià)比的方案,目標(biāo)能效高于90%,典型能效達(dá)94%。此外,這驅(qū)動(dòng)器還提供正向電壓監(jiān)測(cè)功能,可以限制總體功率耗散;還能應(yīng)用LED開(kāi)路及過(guò)多LED短路等不同LED串故障。
總結(jié)
本文分析了液晶電視的市場(chǎng)及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),介紹了安森美半導(dǎo)體完整的液晶電視電源方案,包括用于32英寸并可擴(kuò)展支持26到42英寸的傳統(tǒng)及高壓LIPS液晶電視的電源參考設(shè)計(jì)、適合任何背光類(lèi)型的46英寸并可擴(kuò)展到40到55尺寸應(yīng)用的電源參考設(shè)計(jì),以及46英寸側(cè)光式LED背光電源方案。這些參考設(shè)計(jì)具有高能效、高靈活性等優(yōu)勢(shì),適合纖薄及超薄液晶電視設(shè)計(jì),并提供極大的協(xié)同優(yōu)勢(shì),便于復(fù)用方案,幫助客戶(hù)加速設(shè)計(jì)進(jìn)程,加快產(chǎn)品上市。
參考資料:
1、《液晶電視AC-DC電源架構(gòu)及LED背光》,www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/LCD%20-%20AC-DC%20LCD%20TV%20Power%20Architecture%20-%20bilingual.rev1.pdf,安森美半導(dǎo)體
2、《180 W高壓LIPS液晶電視電源GreenPoint?參考設(shè)計(jì)》,www.onsemi.com/pub/Collateral/TND360-D.PDF,安森美半導(dǎo)體