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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:2015-01-10 19:11:15     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一体成型电感器制造商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。一体电感厂

 

  

  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,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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