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近年來(lái)，液晶電視(LCD TV)市場(chǎng)快速發(fā)展。市場(chǎng)研究機構DisplaySearch預計，2008年到2012年間的年復合增長(cháng)率(CAGR)高達16%，其中2009年的付運總量預計達1.4億臺，而這一數字到2012年將超過(guò)2億。 在市場(chǎng)規模迅速擴大的同時(shí)，在規范標準及綠色營(yíng)銷(xiāo)的壓力下，液晶電視的工作及待機能耗也越來(lái)越低。如“能源之星”4.0版規范及5.0版規范相繼將于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，相當于兩年時(shí)間內降低能耗約50%。 在液晶電視的總能耗中，統計顯示，背光所消耗的電能比例高達2/3。故液晶電視的另一項重要趨勢是采用新技術(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(cháng)，故LED背光在液晶電視中極具應用潛力。據統計，2009年采用LED背光源的液晶電視比例為3%，預計未來(lái)幾年這一比例將迅速提高，到2014年將達到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校正(PFC)、信號電源、背光電源及ECO待機等多個(gè)組成部分，不同部分往往包含不同的架構可供選擇，參見(jiàn)圖1。以PFC段為例，可以選擇如臨界導電模式(CrM)、連續導電模式(CCM)或交錯式頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM)等不同的PFC控制器。選擇何種電源架構，需結合應用的屏幕尺寸、功率等級及背光源等因素。另外，作為重要賣(mài)點(diǎn)的纖薄設計也影響著(zhù)電源方案的選擇。 
圖1：液晶電視電源架構多種多樣 1) 采用CCFL背光源的32英寸液晶電視電源架構 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，采用標準24 V逆變器電源的方案在市場(chǎng)上仍占據多數，但新興的高壓液晶電視集成電源(HV-LIPS)的應用也在不斷增多，總體上呈現出并存的態(tài)勢。采用標準24 V逆變器的傳統液晶電視在接受110/220 Vac市電輸入后，經(jīng)過(guò)整流、PFC及濾波，轉換為200/400 Vdc的直流高壓。由于傳統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轉換為超過(guò)1,000 V甚至達2,000 V的交流高壓，去驅動(dòng)液晶面板的CCFL陣列。安森美半導體為這類(lèi)傳統液晶電視推出了220 W液晶電視電源GreenPoint®參考設計，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待機控制器等。 與這種采用標準24 V逆變器架構的傳統電源不同，高壓LIPS方案將AC-DC、DC-DC和逆變器結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轉換為驅動(dòng)CCFL陣列所需的超過(guò)1,000 Vac甚至達2,000 Vac的高壓，這就消除了24 V轉換段，減少大量功率損耗及降低底盤(pán)發(fā)熱量，提升系統總能效，并降低系統成本，還符合“能源之星”等相關(guān)能效規范。
圖2：安森美半導體32英寸高壓LIPS液晶電視電源GreenPoint®參考設計功能框圖 針對高壓LIPS架構的液晶電視需求，安森美半導體與Microsemi公司合作，推出了用于32英寸液晶電視的比高壓LIPS參考設計。這參考設計采用簡(jiǎn)單直接的CrM PFC段，且無(wú)額外待機開(kāi)關(guān)電源，性?xún)r(jià)比極高。這參考設計采用了安森美半導體的NCP1607 PFC控制器、NCP1351或NCP1219帶低待機能耗模式的反激轉換控制器，以及Microsemi的LX6503背光控制器等關(guān)鍵IC。這完整液晶電視LIPS電源參考設計功能框圖見(jiàn)圖2。 值得一提的， 這參考設計架構具有高度的靈活性，而只需對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)全橋拓撲結構的先進(jìn)背光控制器，逆變器電源能夠輕易地擴展，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)參考設計，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 安森美半導體還針對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)鍵安森美半導體IC包括新的交錯式FCCrM PFC器NCP1631、帶谷底鎖定功能的新NCP1379準諧振反激轉換控制器或NCP1252固定頻率脈寬調制(PWM)控制器、NCP1053A高能效、低待機能耗開(kāi)關(guān)電源，用于僅關(guān)注電源段的性能主導型項目。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。 在纖薄設計成為液晶電視重要賣(mài)點(diǎn)的當今，電源設計面臨更嚴格的挑戰，如需要使用低高度的變壓器、線(xiàn)圈或散熱片，及將多個(gè)部件串聯(lián)或對水平安裝等。就PFC控制器而言，盡管安森美半導體的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計，則可以采用安森美半導體新的單芯片交錯式PFC控制器NCP1631，用于高達300 W功率應用，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及注重纖薄設計的應用。
圖3：安森美半導體46英寸液晶電視電源參考功能框圖 在信號電源方面，如上所述，采用的是新的NCP1379準諧振反激轉換控制器或NCP1252固定頻率反激控制器。其中，NCP1379最大功率達70 W(32英寸設計為50 W)，最多提供3路輸出電壓能力(與32英寸相當)，最大輸出電流為4 A。NCP1379提供可變頻率模式，用于超低待機能耗模式，在寬功率范圍內保持高能效。NCP1252提供50 kHz的固定頻率PWM，支持自然的CCM，為多路輸出方案改善電流因數及變壓器耦合/交叉穩壓。 而在待機電源方面，有兩種方案，一種是專(zhuān)用ECO待機開(kāi)關(guān)電源，采用集成高壓開(kāi)關(guān)穩壓器NCP1053A，非常適合最大功率小于5 W的小型心用待機電視微處理器，提供低于90 mW的極低待機能耗。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繼電器，由電視機微處理器直接控制(待機/導通)，并提供可選的ECO“導通/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)高端驅動(dòng)器NCP5111及Microsemi背光控制器。也可采用新的NCP1397準諧振反激轉換器或CAT4026側光式LED驅動(dòng)器(詳見(jiàn)后文)，提供高直流輸出電壓半橋LLC，用于LED背光驅動(dòng)器。還可采用已獲市場(chǎng)證明的NCP1392/NCP1392控制器，用于傳統的24 V逆變器方案，為CCFL背光供電。而為了適應等離子電視(PDP)應用，也可采用NCP1397控制器，并增加降壓或升壓轉換器。 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體NCP5111高端驅動(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計條件下，電路板上高度低于13 mm，從而支持低厚度設計。
圖4：安森美半導體46英寸液晶電視背光方案(見(jiàn)黃色背景部分) 而在LED背光方面，市場(chǎng)上常見(jiàn)的背光單元包括側光式及直下式兩種類(lèi)型，各有其優(yōu)勢和不足；但相對而言，側光式LED背光提供高于90%的能效，在市場(chǎng)上備受歡迎。而在46英寸電源參考的側光式LED背光單元方面，可以采用的安森美半導體關(guān)鍵IC包括帶高端驅動(dòng)器的NCP1397初級側控制器，以及新的6通道線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器控制器CAT4026，適合超薄液晶電視設計(電路板上高度低于8 mm，總高度低于12.5 mm)，參見(jiàn)圖4。 其中， NCP1397作為L(cháng)LC段控制器，在背光應用中提供眾多優(yōu)勢，如不需要驅動(dòng)器變壓器，帶來(lái)成本及安裝優(yōu)勢；又如簡(jiǎn)單應用跳周期模式，適合調光所需；以及簡(jiǎn)單應用過(guò)渡保護，幫助節省成本 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)上現有的6通道側光式LED驅動(dòng)器背光方案中，各通道均含專(zhuān)用驅動(dòng)器IC、電感型DC-DC升壓轉換器及開(kāi)關(guān)；相比較而言，安森美半導體的CAT4026作為多通道LED線(xiàn)性驅動(dòng)器，以單顆IC支持6通道，且易于分級為多達12個(gè)或18個(gè)通道(相應采用2個(gè)或3個(gè)控制器)，是一種高性?xún)r(jià)比的方案，目標能效高于90%，典型能效達94%。此外，這驅動(dòng)器還提供正向電壓監測功能，可以限制總體功率耗散；還能應用LED開(kāi)路及過(guò)多LED短路等不同LED串故障。 總結 本文分析了液晶電視的市場(chǎng)及技術(shù)發(fā)展趨勢，介紹了安森美半導體完整的液晶電視電源方案，包括用于32英寸并可擴展支持26到42英寸的傳統及高壓LIPS液晶電視的電源參考設計、適合任何背光類(lèi)型的46英寸并可擴展到40到55尺寸應用的電源參考設計，以及46英寸側光式LED背光電源方案。這些參考設計具有高能效、高靈活性等優(yōu)勢，適合纖薄及超薄液晶電視設計，并提供極大的協(xié)同優(yōu)勢，便于復用方案，幫助客戶(hù)加速設計進(jìn)程，加快產(chǎn)品上市。 供稿：安森美半導體 參考資料： 1、《液晶電視AC-DC電源架構及LED背光》，www.onsemi.cn/pub_link/Collatera ... 0bilingual.rev1.pdf，安森美半導體 2、《180 W高壓LIPS液晶電視電源GreenPoint®參考設計》，www.onsemi.com/pub/Collateral/TND360-D.PDF，安森美半導體 |
