憑借著大屏幕、低厚度和高清晰等眾多優(yōu)勢,液晶電視(LCD TV)在市場上的滲透率快速提升,有市場研究預計,2009年液晶電視的總體市場占有率將達到50%.而隨著屏幕尺寸不斷突破,液晶電視的功率也水漲船高.較高的功率消耗會直接增加消費者的電費開支,并與節(jié)能環(huán)保的趨勢相背離.因此,各國政府及規(guī)范機構(gòu)紛紛出臺或更新針對電視的能效規(guī)范,如美國環(huán)保署(EPA)發(fā)布的“能源之星”3.0版電視規(guī)范自2008年11月1日開始生效.

　　LIPS解決方案取代傳統(tǒng)液晶電視電源為了降低較大尺寸液晶電視的電能消耗,使其符合各種能效規(guī)范,并幫助降低系統(tǒng)成本及減小解決方案尺寸,使液晶電視更受消費者歡迎,就液晶電視電源而言,我們可以采取通過多種途徑.

　　傳統(tǒng)液晶電視電源主要包括交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換、直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換及高壓逆變器這幾個部分.AC-DC和DC-DC位于同一塊電路板,而逆變器為獨立電路板,通常與液晶面板一起提供.其中,AC-DC電源部分,市電110 Vac/220 Vac電壓經(jīng)過整流、功率因數(shù)校正(PFC)和濾波,轉(zhuǎn)換為200 V/400 V的直流高壓.由于傳統(tǒng)逆變器的輸入電壓要求是24 V,所以PFC的輸出電壓200 V/400 V電壓須經(jīng)過降壓轉(zhuǎn)換,產(chǎn)生多路的輸出電壓,其中一路24 V電壓提供給逆變器,即再經(jīng)過直流-交流(DC-AC)轉(zhuǎn)換為超過1,000 V甚至達2,000 V的高壓,去驅(qū)動液晶面板的CCFL背光燈.這種標準24 V逆變器液晶電視開關(guān)電源的功能框圖所示.

　　目前市場上的液晶電視電源中,這種傳統(tǒng)的電源仍然占多數(shù).值得一提的是,在各種尺寸的液晶電視型號中,大于26英寸特別是32英寸及更大尺寸的液晶電視在市場中占據(jù)主導地位.而針對26英寸及以上尺寸的液晶電視,近年來涌現(xiàn)出一種新的逆變器概念——高壓液晶顯示集成電源(LCD Integrated Power Supply,縮寫為LIPS).與逆變器位于獨立電路板的傳統(tǒng)電源不同,這種LIPS解決方案將AC-DC、DC-DC和逆變器結(jié)合在同一塊電路板上,在經(jīng)過對市電進行整流、PFC和濾波并獲得200 V/400 V直流電壓后,會直接采用200 V/400 V電壓作為逆變器的輸入,通過DC-AC升壓轉(zhuǎn)換為液晶面板所需的超過1,000 V甚至達2,000 V的高壓.這樣就消除24 V轉(zhuǎn)換段,減少了先降壓至24 V再大幅升壓背光源用一兩千伏高壓過程中存在的大量功率損耗,從而提升系統(tǒng)能效,減少底盤發(fā)熱量,并降低總成本.

　　在這方面,安森美半導體與Microsemi公司合作,結(jié)合雙方專長,提供適合多種功率等級的高壓LIPS整套解決方案.目前,已合作開發(fā)針對32英寸液晶電視的LIPS解決方案(如圖2志示).在系統(tǒng)主板電源方面,這解決方案采用了安森美半導體的NCP1606 PFC控制器,以及充當輔助開關(guān)電源的NCP1351 PWM控制器;而在LIPS逆變器部分,采用了Microsemi使用軟開關(guān)技術(shù)的LX6503移相全橋驅(qū)動器,它可以在固定工作頻率進行零電壓開關(guān)(ZVS).與半橋架構(gòu)相比,這種全橋逆變器解決方案具有顯著優(yōu)勢,如減少電磁干擾(EMI)和功率損耗,同時改善背光燈的驅(qū)動電流波形,橋上無需使用額外的功率二極管,這全橋結(jié)構(gòu)所采用的4個MOSFET和變壓器中的電流規(guī)格是半橋結(jié)構(gòu)的一半,它能夠通過隔離變壓器直接驅(qū)動功率MOSFET,更易于實現(xiàn)初級端過流保護(OCP)等.

　　為了更好應對市場對更大尺寸LIPS液晶電視的需求,安森美半導體正在開發(fā)下一代的LIPS液晶電視參考設(shè)計,并計劃于2009年中推出46/47英寸參考設(shè)計.在LIPS逆變器部分,采用與32英寸方案相同的全橋逆變器和背光控制器LX6503,但輸出功率大幅提高,可以驅(qū)動更多的CCFL燈.而在系統(tǒng)主板電源方面,可以根據(jù)具體設(shè)計要求來靈活選擇安森美半導體的解決方案,如NCP1601、NCP1606或NCP1631等PFC控制器,以及NCP1351或NCP1379等PWM控制器.這新的解決方案采用帶有繼電器的專用待機開關(guān)電源,支持低至150 mW的超低待機能耗.這解決方案電路板上的元件高度低于16 mm(系統(tǒng)總度度低于20 mm),支持更纖薄液晶電視設(shè)計.

　　值得一提的是,美國/北美和中國/歐盟等不同區(qū)域市場對電源的要求不盡相同,安森美半導體針對世界上不同區(qū)域的不同電源要求,提供相應的電源解決方案,旨在優(yōu)化設(shè)計、縮小系統(tǒng)尺寸及降低成本.

　　針對輸出電流需求對音視頻信號處理電源采用不同的穩(wěn)壓器配置對于音視頻信號處理而言,輸入電壓通常為+ 5 V或+12 V,在穩(wěn)壓器或控制器的配置方面,可以根據(jù)輸出電流要求來配置.通常而言,低壓降穩(wěn)壓器(LDO)用于較低的輸出電流,范圍一般在0.1至1.5 A之間;而大電流LDO、偏置輸入LDO控制器和集成降壓轉(zhuǎn)換器用于提供1.5 A至5 A的輸出電流.在更大電流方面,可以采用帶外部開關(guān)和同步整流器的同步降壓控制器來提供大于5 A的電流輸出.安森美半導體提供一系列的高性能LDO穩(wěn)壓器,如NCP699/633、NCP5500/5501、NCP3334/3335A、NCP5661/5662/5663、NCP605/606和NCP3520/3521等.

　　從發(fā)展趨勢來看,隨著更多音視頻處理方面的芯片組的集成度越來越高,單顆IC可能需要多個輸出電壓 (如3.3 V I/O和1.25 V內(nèi)核所需),使得線性方案(LDO)的選擇正在增加.另外,由于電路板尺寸趨向更小,使其能夠分配給LDO功率耗散的板空間減小,相應地,可以采用DFN封裝的LDO來提高功率密度,而集成MOSFET和LDO控制器可以幫助減小PCB占用面積.

　　另一方面,為了提升電源轉(zhuǎn)換效率及支持大電流操作和異相操作,一些輸出需要從LDO轉(zhuǎn)換為開關(guān)穩(wěn)壓器.開關(guān)穩(wěn)壓器和控制器正趨向采用更高開關(guān)頻率,如從50 kHz向150 kHz、350 kHz、500 kHz乃至700 k Hz方向發(fā)展,從而允許減小外部電感和電容的尺寸,方便制造體積更纖薄的液晶電視.且為了幫助減小系統(tǒng)尺寸及降低成本,開關(guān)穩(wěn)壓器趨向于集成多路輸出,如雙路穩(wěn)壓器等.此外,某些電壓輸入端上的電流要求越來越高,甚至大于5 A,這就催生了具有更大電流能力的集成開關(guān)穩(wěn)壓器,以及開關(guān)頻率更高的分立控制器+場效應管(FET)組合,并促進同步整流技術(shù)的應用.

　　安森美半導體的NCP312x系列雙路2 A/2 A和3 A開關(guān)穩(wěn)壓器非常適合液晶電視信號處理板上的+5 V或+12 V輸入端應用,它們的頻率可在200 kHz至750 kHz范圍之間調(diào)節(jié),提供0.8 V±1%的電壓參考,并且支持180°異相操作,且用戶可對自動追蹤和排序功能進行控制.

　　采用新穎PFC架構(gòu)支持超薄液晶電視設(shè)計眾所周知,液晶電視的厚度如今已經(jīng)可以做到較薄,最新的趨勢是電子模塊部分厚度趨向低于10 mm.如此纖薄的厚度,給電源設(shè)計帶來更苛刻的挑戰(zhàn),如需要使用低高度的變壓器(這對要考慮隔離和漏電的高壓LIPS特別關(guān)鍵)或多個部件(PFC線圈)串聯(lián),并采用低高度的散熱片,對部件進行水平安裝,且將垂直插入的所有電容的高度限制在低于10 mm.

　　而在PFC方面,采用安森美半導體的NCP1606和NCP1654等PFC控制器,已經(jīng)可以將液晶電視厚度降到較低,而為了支持低至10 mm的極纖薄設(shè)計,可以采用兩顆相對較小的NCP1601芯片,采用交錯式架構(gòu)來予以實現(xiàn),如圖3所示.所謂交錯式PFC,其主要想法是在原本放置單個較大PFC的地方并行放置兩個功率為一半的較小PFC.這兩個較小PFC以180°的相移交替工作,它們在輸入端或輸出端累加時,每相電流紋波的主要部分將抵消.

　　為了給客戶提供更多選擇,安森美半導體還計劃于2009年推出新的交錯式PFC控制器NCP1631.這是一種單芯片解決方案,替代2顆NCP1601,但可以實現(xiàn)同樣的極低設(shè)計高度,適合10 mm厚度的極纖薄液晶電視設(shè)計,還擴展功率范圍,減少電流紋波.

　　待機能耗趨向低于100 mW?

　　液晶電視的待機能耗是另一個值得關(guān)注的點.2008年11月開始生效的“能源之星”3.0版電視規(guī)范針對待機能耗的標準是低于1 W.盡管這標準不是強制要求,但在市場上仍然具有很高的指導意義.

　　液晶電視的待機能耗未來將進一步降低.例如,在增加小型專用微處理器的條件下輸出功率為50 W時能耗低于600 mW,采用專用待機開關(guān)電源條件下能耗低于400 mW,及采用專用待機開關(guān)電源并增加繼電器(從而在待機時斷開所有PFC和開關(guān)電源)時能耗低于200 mW.如果制造商要使用更加“綠色”的技術(shù)來將產(chǎn)品差異化,樹立更高的品牌形象從而提升利潤率,就需求進一步改進設(shè)計,使得待機能耗低于100 mW可能成為下一波重要趨勢.

　　在液晶電視市場不斷發(fā)展壯大的同時,其電源消耗問題也更加受到矚目.電子制造商要在市場競爭中脫穎而出,一個重要途徑就是不斷優(yōu)化他們的液晶電視電源設(shè)計設(shè)計,使之符合最新的能效規(guī)范要求及其它重要發(fā)展趨勢,如采用LIPS方案取代傳統(tǒng)逆變器、通過創(chuàng)新PFC架構(gòu)支持超薄液晶電視設(shè)計等.本文著重分析了這些趨勢對液晶電視電源設(shè)計的影響,并結(jié)合安森美半導體的產(chǎn)品和參考設(shè)計,詳細闡釋了如何支持這些最新趨勢,從而幫助電子制造商縮短符合全球不同應用市場要求的產(chǎn)品的開發(fā)周期,加快上市進程.