LCD TV電源架構(gòu)的介紹

　　圖1所示為LCD TV的電源架構(gòu),，圖中架構(gòu)的輸入電壓為90-265V,，輸入頻率從47Hz到63Hz，經(jīng)過調(diào)試整流后會經(jīng)過PFC架構(gòu),，由于本文主要針對MOS，因此圖中沒有表示出調(diào)試整流部分,。PFC根據(jù)所使用的IC選擇采用DCM或者CCM,。從PFC出來后有一個PWM，如果輸出功率小于65W，則PWM端采用Flyback或QR模式?，F(xiàn)在LCD TV常用的是半橋共振和LLC架構(gòu),。5V一側(cè)有備用電源，目前LCD TV的備用電源通常采用的是IC綁定MOS,。所不同的是逆變器部分,，傳統(tǒng)輸出是24V，此處采用的則是LIPS架構(gòu),，并從PFC端將400V電壓直接加到此處,。電壓從24V增加到400V的好處是：電流相對變小，因此效率更好,；而且24V逆變器采用的是全橋式架構(gòu),，需4個MOS，而如果采用LIPS架構(gòu)則采用半橋架構(gòu),，只需要兩個MOS,，隨著MOS量的減少，成本也隨之降低,。

　　圖2所示為一個實(shí)際的TV板,。從圖1的電源架構(gòu)角度看，該電路板中有兩個STEP EMI內(nèi)核,，圖中標(biāo)記了紅色的部分有一個PFC MOSFET,，目前Vishay主推IRFP27N60KPBF，PWM的MOSFET采用的是半橋LLC架構(gòu),，這一部分用500V MOS即可,，該電路板使用的是IRFB840APBF。此外還有3組輸出,，即5V,、12V和24V，以及一個5V的備用電源,。

　　拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及工作原理

　　PFC即Power Factor Correction,，是一個升壓式架構(gòu)。當(dāng)PFC控制器的電源大于70W小于200W時,，通常會采用DCM結(jié)構(gòu),，這種結(jié)構(gòu)電壓比較高，通常需要選擇600或650V的MOS,。當(dāng)電源大于200W時,，通常采用CCM結(jié)構(gòu)。對于一次側(cè)PWM拓?fù)浼軜?gòu),，如圖3所示,，一般采用的是Flyback架構(gòu),。電源為65W或90W以下的適配器會采用Flyback架構(gòu)，26"和32"電視也可能采用Flyback架構(gòu),。半橋結(jié)構(gòu)需要兩個MOS,，而全橋結(jié)構(gòu)需要4個MOS。其實(shí)半橋和全橋式架構(gòu)比較適用于大電源中,。目前廣為接受的TV電源主要是LLC架構(gòu),，是由兩個MOS Q1和Q2串聯(lián)Cr、Lr和Lm,，以及一個變壓器組成,，如圖3中右下圖所示。還有一些情況采用Forward和Double Forward構(gòu)架,，由于Forward電壓非常大,，可能達(dá)到900-1000V，因此電壓選擇要謹(jǐn)慎,。而對于Double Forward而言,，500V電壓足矣。

　　零電壓切換

　　由于共振切換方式中電壓電流交叉面積變小,，相對開關(guān)損耗變小,，效率變高，溫度降低,，因此通常采用共振切換的方式,，目前最常用的是零電壓切換。由于采用LC架構(gòu),，其共振頻率為 f_{r}=frac{1}{2πsqrt{L_{r}C_{r}}},，當(dāng)操作頻率大于共振頻率時，則操作在ZVS（零電壓切換）架構(gòu)上,。從圖4中可以看到,，當(dāng)電流增加時電壓為零，電壓增加時電流為零,。只有在電流減小電壓增加的瞬間才有小小的切換損耗,，而大部分時間無損耗，相對于共振損耗來講,，這種情況損耗更小,，因此ZVS架構(gòu)效率更好。

　　LLC共振轉(zhuǎn)換器

　　圖5所示為半橋共振LLC共振轉(zhuǎn)換器,，這種架構(gòu)根據(jù) f_{r}=frac{1}{2πsqrt{L_{r}C_{r}}}計(jì)算出共振頻率的第一個點(diǎn)和第二個點(diǎn),。一般情況下希望將LLC共振設(shè)計(jì)在ZVS區(qū)域內(nèi)。如果在ZCS區(qū)域內(nèi)損耗比較大,，只需將開關(guān)頻率設(shè)計(jì)成大于共振頻率即可實(shí)現(xiàn),。圖5中右上角的圖表示了開關(guān)頻率隨著電壓增益變換關(guān)系圖,。共振LLC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于LCD TV時的優(yōu)點(diǎn)有：

　　1）高效率：初級MOS零電壓切換幾乎沒有損耗,，而且次級整流二極管為ZCS切換,，損耗較少，因此整體效率得到提升,； 　　　　　　
　　2）高電源密度,；
　　3）良好的EMI（低dV/dt和dI/dt）；
　　4）更好的交叉調(diào)整率,；
　　5）較低的輸出紋波噪聲,；
　　6）低熱擾動
　　7）節(jié)約成本

　　LLC拓?fù)涞墓ぷ髟?br />
　　圖6所示為LLC拓?fù)涞墓ぷ髟怼,？梢钥吹阶筮厼閮蓚€MOS（高壓MOS和低壓MOS）串聯(lián)兩個電感,，一個電容和一個變壓器。二次側(cè)部分有兩個整流二極管,，為非同步整流方式,。圖的右側(cè)為電流與電壓變化分段示意圖。在T0-T1階段,，兩個MOS沒有導(dǎo)通,，電流通過MOS的二極管逆流回去；在T1-T2階段,，高壓側(cè)MOS導(dǎo)通,，電流從VDC流到地，在二次側(cè)部分的二極管導(dǎo)通,；T2-T3唯一改變的是二次側(cè)的二極管關(guān)斷,，電流從Vout流出，兩邊為隔離狀態(tài),，高壓側(cè)MOS還是導(dǎo)通,，低壓側(cè)MOS還是關(guān)閉的；T3-T4階段高壓MOS關(guān)掉,，低壓MOS沒有導(dǎo)通,，但是電流通過低壓側(cè)MOS的二極管，二次側(cè)的二極管也導(dǎo)通,；T4-T5階段低壓MOS完全導(dǎo)通,，二次側(cè)的二極管也完全導(dǎo)通；T5-T6階段二次側(cè)二極管關(guān)斷,，低壓MOS導(dǎo)通,。

　　Vishay目前擁有的LCD TV電源的產(chǎn)品

　　Vishay目前主推的LCD TV高壓MOS為Gen6，是一種比較新的技術(shù),，以6"晶圓制造,，其中包括K-Series與L-Series,，可以從器件命名的最后一個字母看到。K-Series比較適用于PFC AC/DC SMPS以及電機(jī)驅(qū)動,，或者硬開關(guān)全橋的初級開關(guān),、半橋、正向式轉(zhuǎn)換器等,。L-Series很適合AC/DC SMPS ZVS全橋中的初級開關(guān),。圖7和圖8列出了1M的電壓產(chǎn)品。

　　應(yīng)用實(shí)例

　　圖9所示為一個采用LLC的LCD TV應(yīng)用,，其中用紅色圈起來的部分為針對PFC的MOS和半橋共振的MOS所推薦的型號,。在半橋共振部分，實(shí)際應(yīng)用中選擇500V的MOS即可,。