近年(nian)來(lai)，液晶電視(shi)(LCD TV)市場(chang)(chang)快速發展。市場(chang)(chang)研(yan)究機構(gou)DisplaySearch預(yu)計，2008年(nian)到2012年(nian)間的年(nian)復合增長(chang)率(CAGR)高(gao)達(da)16%，其中(zhong)2009年(nian)的付運(yun)總量預(yu)計達(da)1.4億(yi)臺(tai)，而這一數字到2012年(nian)將超過2億(yi)。
在市場規模迅速擴(kuo)大的同時，在規范(fan)標準及(ji)綠(lv)色營銷的壓力下，液晶電視的工(gong)作(zuo)及(ji)待機能(neng)耗也越(yue)(yue)來越(yue)(yue)低。如(ru)“能(neng)源之星”4.0版(ban)規范(fan)及(ji)5.0版(ban)規范(fan)相繼(ji)將于2010年(nian)5月(yue)及(ji)2012年(nian)5月(yue)生效，其(qi)中5.0版(ban)要(yao)求可視屏幕對角(jiao)尺寸為32英寸、42英寸和60英寸的平板電視平均工(gong)作(zuo)能(neng)耗從4.0版(ban)的不超(chao)過78 W、115 W和210 W下降到不超(chao)過55 W、81 W和108 W，相當于兩年(nian)時間內(nei)降低能(neng)耗約50%。
在(zai)液晶電(dian)(dian)(dian)視的總能耗(hao)中，統(tong)計顯示，背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)所(suo)消(xiao)耗(hao)的電(dian)(dian)(dian)能比(bi)(bi)例高(gao)達2/3。故液晶電(dian)(dian)(dian)視的另一(yi)項重(zhong)要趨勢是采用(yong)新技術(shu)來提(ti)(ti)升(sheng)背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)及(ji)面(mian)板能效，降低能耗(hao)。在(zai)液晶電(dian)(dian)(dian)視背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)方面(mian)，目前冷(leng)陰極(ji)熒光(guang)(guang)(guang)(guang)燈(deng)(CCFL)背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)占據支(zhi)配地位(wei)，但這(zhe)個技術(shu)能耗(hao)高(gao)，包(bao)含劇毒物質(zhi)汞(gong)不利于環(huan)保，燈(deng)管(guan)(guan)呈條型(xing)或U型(xing)，使用(yong)壽命短(duan)；相比(bi)(bi)較而(er)言，新興的發光(guang)(guang)(guang)(guang)二極(ji)管(guan)(guan)(LED)背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)耗(hao)電(dian)(dian)(dian)量更(geng)小(xiao)，不含汞(gong)，尺寸更(geng)易于配置為(wei)更(geng)均勻的背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)，使用(yong)壽命更(geng)長，故LED背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)在(zai)液晶電(dian)(dian)(dian)視中極(ji)具(ju)應用(yong)潛力。據統(tong)計，2009年采用(yong)LED背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan)的液晶電(dian)(dian)(dian)視比(bi)(bi)例為(wei)3%，預計未來幾年這(zhe)一(yi)比(bi)(bi)例將(jiang)迅速提(ti)(ti)高(gao)，到(dao)2014年將(jiang)達到(dao)50%，完全可與CCFL背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)分庭抗禮，并在(zai)這(zhe)之后進一(yi)步取代CCFL背(bei)(bei)光(guang)(guang)(guang)(guang)。
液晶(jing)電(dian)視電(dian)源(yuan)(yuan)包含(han)(han)功率因數校正(PFC)、信號(hao)電(dian)源(yuan)(yuan)、背光(guang)電(dian)源(yuan)(yuan)及ECO待機等(deng)多(duo)個組成(cheng)部分，不(bu)同(tong)部分往(wang)往(wang)包含(han)(han)不(bu)同(tong)的(de)(de)架構(gou)可(ke)供(gong)選(xuan)(xuan)擇，參(can)見圖(tu)1。以(yi)PFC段(duan)為(wei)例，可(ke)以(yi)選(xuan)(xuan)擇如(ru)臨界導(dao)電(dian)模(mo)式(shi)(CrM)、連續(xu)導(dao)電(dian)模(mo)式(shi)(CCM)或交錯(cuo)式(shi)頻(pin)率鉗位臨界導(dao)電(dian)模(mo)式(shi)(FCCrM)等(deng)不(bu)同(tong)的(de)(de)PFC控(kong)制(zhi)器。選(xuan)(xuan)擇何種(zhong)電(dian)源(yuan)(yuan)架構(gou)，需結(jie)合應用的(de)(de)屏(ping)幕(mu)尺(chi)寸(cun)、功率等(deng)級(ji)及背光(guang)源(yuan)(yuan)等(deng)因素。另外，作為(wei)重要(yao)賣點(dian)的(de)(de)纖薄設(she)計(ji)也影響著電(dian)源(yuan)(yuan)方(fang)案(an)的(de)(de)選(xuan)(xuan)擇。
圖1：液晶電視電源(yuan)架(jia)構多種(zhong)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(shi)場上銷量最大的(de)(de)(de)是(shi)32英寸液(ye)(ye)晶電(dian)視。在(zai)(zai)這類(lei)(lei)液(ye)(ye)晶電(dian)視中(zhong)，采用(yong)標準24 V逆(ni)(ni)變(bian)器(qi)電(dian)源的(de)(de)(de)方(fang)案(an)在(zai)(zai)市(shi)場上仍占據多數，但新興的(de)(de)(de)高(gao)壓(ya)(ya)液(ye)(ye)晶電(dian)視集成電(dian)源(HV-LIPS)的(de)(de)(de)應用(yong)也在(zai)(zai)不斷增多，總體上呈現出并(bing)存的(de)(de)(de)態勢。采用(yong)標準24 V逆(ni)(ni)變(bian)器(qi)的(de)(de)(de)傳(chuan)統液(ye)(ye)晶電(dian)視在(zai)(zai)接受(shou)110/220 Vac市(shi)電(dian)輸入后，經(jing)(jing)過整流、PFC及濾波，轉(zhuan)(zhuan)換為(wei)200/400 Vdc的(de)(de)(de)直流高(gao)壓(ya)(ya)。由(you)于(yu)傳(chuan)統高(gao)壓(ya)(ya)逆(ni)(ni)變(bian)器(qi)的(de)(de)(de)輸入電(dian)壓(ya)(ya)要求(qiu)是(shi)24 Vdc，故PFC的(de)(de)(de)輸出電(dian)壓(ya)(ya)200/400 Vdc會經(jing)(jing)過降壓(ya)(ya)轉(zhuan)(zhuan)換，產(chan)生(sheng)多路輸出電(dian)壓(ya)(ya)，其(qi)中(zhong)一(yi)路24 Vdc電(dian)壓(ya)(ya)提(ti)供給高(gao)壓(ya)(ya)逆(ni)(ni)變(bian)器(qi)，再經(jing)(jing)過DC-AC轉(zhuan)(zhuan)換為(wei)超過1,000 V甚至(zhi)達2,000 V的(de)(de)(de)交流高(gao)壓(ya)(ya)，去驅(qu)動液(ye)(ye)晶面板(ban)的(de)(de)(de)CCFL陣(zhen)列。安(an)森美半導(dao)體為(wei)這類(lei)(lei)傳(chuan)統液(ye)(ye)晶電(dian)視推(tui)出了220 W液(ye)(ye)晶電(dian)視電(dian)源GreenPoint?參考設計，其(qi)中(zhong)采用(yong)的(de)(de)(de)關鍵元器(qi)件包括NCP1606 CrM PFC控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)、NCP1396諧振半橋控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)及NCP1027待機控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)等。
與(yu)這種(zhong)采用標準24 V逆(ni)變(bian)器(qi)架構(gou)的(de)傳統(tong)電源不同(tong)(tong)，高(gao)壓(ya)LIPS方案將(jiang)AC-DC、DC-DC和逆(ni)變(bian)器(qi)結合(he)(he)在同(tong)(tong)一塊電路板上(shang)，在獲得(de)200/400 Vdc的(de)PFC輸出后，會直接將(jiang)這輸出電壓(ya)作為逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)輸入，再通過DC-AC轉換為驅動(dong)CCFL陣列所需的(de)超過1,000 Vac甚至(zhi)達2,000 Vac的(de)高(gao)壓(ya)，這就(jiu)消除了24 V轉換段，減少(shao)大量(liang)功率損耗及(ji)降低底(di)盤發熱量(liang)，提升系統(tong)總能效，并降低系統(tong)成本，還符(fu)合(he)(he)“能源之星(xing)”等相(xiang)關能效規(gui)范。
圖2：安森(sen)美半導體32英寸(cun)高壓LIPS液晶電視(shi)電源GreenPoint?參考設計功能框圖
針對(dui)高(gao)壓LIPS架構的液(ye)晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視需求，安(an)(an)森美半導(dao)體與Microsemi公司合作，推出了(le)用于32英(ying)寸液(ye)晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視的比高(gao)壓LIPS參考設計。這參考設計采用簡(jian)單(dan)直接的CrM PFC段(duan)，且無額外待機開(kai)關(guan)電(dian)(dian)源，性價比極高(gao)。這參考設計采用了(le)安(an)(an)森美半導(dao)體的NCP1607 PFC控制器、NCP1351或(huo)NCP1219帶低待機能(neng)耗模(mo)式的反激轉換控制器，以及Microsemi的LX6503背光控制器等關(guan)鍵IC。這完整液(ye)晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視LIPS電(dian)(dian)源參考設計功能(neng)框圖見(jian)圖2。
值得一提(ti)的(de)， 這參(can)(can)考設計架構具有高(gao)度(du)的(de)靈活性，而只需對原理圖及所用(yong)元件作出極小(xiao)改動，即(ji)可(ke)支持多(duo)種電(dian)(dian)(dian)壓/電(dian)(dian)(dian)流配(pei)置。而且由(you)于使用(yong)了采用(yong)零電(dian)(dian)(dian)壓開(kai)關全橋拓撲結構的(de)先(xian)進背光控制器，逆(ni)變器電(dian)(dian)(dian)源能夠輕易地擴展，支持26英寸(cun)(cun)到42英寸(cun)(cun)的(de)多(duo)種液(ye)晶電(dian)(dian)(dian)視尺(chi)寸(cun)(cun)。客(ke)戶利用(yong)這高(gao)能效先(xian)進參(can)(can)考設計，可(ke)縮短開(kai)發周期，加快產(chan)品(pin)上市進程。
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(lv)的液晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視推出(chu)了46英(ying)寸(cun)液晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視電(dian)(dian)源參(can)(can)考(kao)，這電(dian)(dian)源參(can)(can)考(kao)適合任何(he)類型的背(bei)光方案，能擴展支持(chi)40/42英(ying)寸(cun)或52/55英(ying)寸(cun)液晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視，參(can)(can)見(jian)圖3。
圖3：安(an)森美半導(dao)體46英(ying)寸(cun)液晶電視電源參考功(gong)能框圖
這電源(yuan)(yuan)參(can)考采(cai)用的(de)關鍵安森美(mei)半導體IC包括新的(de)交(jiao)錯式FCCrM PFC器(qi)NCP1631、帶谷(gu)底鎖定(ding)功能(neng)的(de)新NCP1379準(zhun)諧(xie)振(zhen)反激(ji)轉換控(kong)制器(qi)或NCP1252固定(ding)頻率脈寬調制(PWM)控(kong)制器(qi)、NCP1053A高能(neng)效、低待機能(neng)耗(hao)開關電源(yuan)(yuan)，用于(yu)僅關注電源(yuan)(yuan)段的(de)性能(neng)主導型項(xiang)目。在第一階段，這電源(yuan)(yuan)參(can)考的(de)電路(lu)板高度(du)低于(yu)13 mm，液晶電視(shi)總高度(du)低于(yu)17.5 mm；后續第二階段還將使電路(lu)板高度(du)降到低于(yu)8 mm，總高度(du)低于(yu)12.5 mm。
在纖薄設(she)計成為液(ye)晶電(dian)(dian)視重要(yao)賣(mai)點的(de)當(dang)今(jin)，電(dian)(dian)源(yuan)設(she)計面臨更嚴(yan)格的(de)挑戰，如需要(yao)使用低高(gao)(gao)度(du)的(de)變壓器、線(xian)圈或(huo)散(san)熱片，及(ji)將(jiang)(jiang)多(duo)個部件串聯或(huo)對水(shui)平安裝等。就PFC控制(zhi)(zhi)器而言(yan)，盡管安森美(mei)半導(dao)體的(de)NCP1606或(huo)NCP1654等已經可(ke)以將(jiang)(jiang)電(dian)(dian)路(lu)板高(gao)(gao)度(du)降到很低，但要(yao)支持更低厚度(du)的(de)液(ye)晶電(dian)(dian)視設(she)計，則可(ke)以采用安森美(mei)半導(dao)體新的(de)單(dan)芯片交(jiao)錯(cuo)式PFC控制(zhi)(zhi)器NCP1631，用于(yu)(yu)(yu)高(gao)(gao)達300 W功(gong)(gong)率應用，同(tong)時也(ye)提供(gong)140至(zhi)264 Vac的(de)窄電(dian)(dian)壓范(fan)圍版本，用于(yu)(yu)(yu)功(gong)(gong)率大于(yu)(yu)(yu)200 W及(ji)注(zhu)重纖薄設(she)計的(de)應用。
在信號電源方(fang)面，如上所述，采用的是(shi)新的NCP1379準諧振反激轉換控(kong)制器或NCP1252固(gu)定頻率(lv)反激控(kong)制器。其(qi)中，NCP1379最大功(gong)率(lv)達70 W(32英(ying)寸設計為50 W)，最多(duo)提供(gong)3路輸出(chu)電壓(ya)能(neng)力(li)(與32英(ying)寸相當)，最大輸出(chu)電流(liu)(liu)為4 A。NCP1379提供(gong)可變頻率(lv)模(mo)式，用于超(chao)低待機能(neng)耗模(mo)式，在寬功(gong)率(lv)范圍內保持高能(neng)效。NCP1252提供(gong)50 kHz的固(gu)定頻率(lv)PWM，支持自然的CCM，為多(duo)路輸出(chu)方(fang)案改(gai)善電流(liu)(liu)因數及變壓(ya)器耦合/交叉穩壓(ya)。
而在(zai)待(dai)機(ji)電(dian)(dian)源方(fang)面，有兩種方(fang)案，一種是專(zhuan)用(yong)ECO待(dai)機(ji)開(kai)(kai)關(guan)電(dian)(dian)源，采用(yong)集(ji)成高壓(ya)開(kai)(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器NCP1053A，非常適合最大功率(lv)(lv)小于5 W的小型心用(yong)待(dai)機(ji)電(dian)(dian)視微處理器，提供低(di)于90 mW的極低(di)待(dai)機(ji)能耗。這(zhe)器件(jian)帶磁滯模式，提升ECO性(xing)能，開(kai)(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)(lv)及IC功率(lv)(lv)消耗更低(di)；低(di)頻(pin)模式支(zhi)持DCM模式，降低(di)開(kai)(kai)關(guan)損(sun)耗；電(dian)(dian)流受限，減免可能的噪聲問(wen)題。另(ling)一種方(fang)案是采用(yong)待(dai)機(ji)繼電(dian)(dian)器，由電(dian)(dian)視機(ji)微處理器直接控制(待(dai)機(ji)/導通)，并提供可選的ECO“導通/關(guan)閉開(kai)(kai)關(guan)”，在(zai)230 Vac條件(jian)下空載輸入能耗低(di)于20 mW。
3) 46英寸液晶電視參電源考背光方案
上述46英寸(cun)液晶電(dian)(dian)視參考電(dian)(dian)源適(shi)合任(ren)意類型的背(bei)光(guang)(guang)(guang)方(fang)案，包括單獨及專用(yong)的背(bei)光(guang)(guang)(guang)方(fang)案。例如，提(ti)供高壓(ya)LIPS用(yong)于CCFL/EEFL背(bei)光(guang)(guang)(guang)，其中采用(yong)2個高端驅動器(qi)NCP5111及Microsemi背(bei)光(guang)(guang)(guang)控制器(qi)。也可(ke)采用(yong)新的NCP1397準諧振(zhen)反激轉(zhuan)換器(qi)或CAT4026側光(guang)(guang)(guang)式LED驅動器(qi)(詳見后(hou)文(wen))，提(ti)供高直流輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)半橋(qiao)LLC，用(yong)于LED背(bei)光(guang)(guang)(guang)驅動器(qi)。還可(ke)采用(yong)已獲市場(chang)證(zheng)明的NCP1392/NCP1392控制器(qi)，用(yong)于傳統的24 V逆變器(qi)方(fang)案，為CCFL背(bei)光(guang)(guang)(guang)供電(dian)(dian)。而為了適(shi)應(ying)等(deng)離子電(dian)(dian)視(PDP)應(ying)用(yong)，也可(ke)采用(yong)NCP1397控制器(qi)，并增加(jia)降壓(ya)或升壓(ya)轉(zhuan)換器(qi)。
其(qi)中，在CCFL/EEFL背光(guang)的46英(ying)寸LIPS逆變(bian)器(qi)方面，所(suo)采用的安森美半導體NCP5111高端(duan)驅(qu)動器(qi)能夠(gou)提升能效及減小全(quan)橋(qiao)500 V功率(lv)MOSFET的尺(chi)寸，且在修改高壓變(bian)壓器(qi)設計條件下，電(dian)路板上高度低(di)于13 mm，從而支持低(di)厚度設計。
而(er)(er)在(zai)LED背(bei)(bei)光(guang)(guang)方面(mian)(mian)，市場(chang)上常見的背(bei)(bei)光(guang)(guang)單元包(bao)括側(ce)光(guang)(guang)式及(ji)直下式兩種類(lei)型(xing)，各有其優勢(shi)和不足；但(dan)相對而(er)(er)言，側(ce)光(guang)(guang)式LED背(bei)(bei)光(guang)(guang)提供高(gao)于90%的能效，在(zai)市場(chang)上備受(shou)歡迎(ying)。而(er)(er)在(zai)46英寸電(dian)源(yuan)參(can)考的側(ce)光(guang)(guang)式LED背(bei)(bei)光(guang)(guang)單元方面(mian)(mian)，可(ke)以(yi)采用的安森美(mei)半導體關鍵(jian)IC包(bao)括帶高(gao)端驅動器(qi)(qi)的NCP1397初級側(ce)控制器(qi)(qi)，以(yi)及(ji)新的6通道線性LED驅動器(qi)(qi)控制器(qi)(qi)CAT4026，適合(he)超薄液晶電(dian)視設(she)計(電(dian)路(lu)板上高(gao)度(du)低于8 mm，總(zong)高(gao)度(du)低于12.5 mm)，參(can)見圖4。
圖4：安(an)森美半導體46英寸液晶電視背光方(fang)案(見黃色(se)背景部分)
其中， NCP1397作為(wei)LLC段控制器(qi)(qi)，在背光應(ying)(ying)用(yong)中提供眾(zhong)多優(you)勢，如不(bu)需要驅動器(qi)(qi)變(bian)壓器(qi)(qi)，帶來(lai)成本及安裝優(you)勢；又如簡(jian)單應(ying)(ying)用(yong)跳周期模式，適合調(diao)光所需；以(yi)及簡(jian)單應(ying)(ying)用(yong)過渡保護(hu)，幫助節省成本 等。故NCP1397是高(gao)性價比及高(gao)安全性的方案。
另一(yi)方面，市場上(shang)現有的(de)6通道(dao)側光式LED驅(qu)動器背光方案(an)中，各通道(dao)均含(han)專用驅(qu)動器IC、電(dian)(dian)感(gan)型DC-DC升壓(ya)轉(zhuan)換器及(ji)開關；相(xiang)(xiang)比(bi)較而言，安森美半導體的(de)CAT4026作為(wei)多(duo)通道(dao)LED線性驅(qu)動器，以單顆IC支持6通道(dao)，且易于分級為(wei)多(duo)達(da)12個或18個通道(dao)(相(xiang)(xiang)應采用2個或3個控制器)，是一(yi)種高性價(jia)比(bi)的(de)方案(an)，目標能(neng)效高于90%，典型能(neng)效達(da)94%。此外，這(zhe)驅(qu)動器還提供正向電(dian)(dian)壓(ya)監測功能(neng)，可以限制總體功率耗(hao)散(san)；還能(neng)應用LED開路及(ji)過多(duo)LED短路等不同(tong)LED串故障(zhang)。
總結
本文分析了(le)液(ye)晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視(shi)的市場及技(ji)術發展趨勢(shi)，介紹了(le)安(an)森美半導體完整的液(ye)晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視(shi)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)方(fang)案，包括用于32英(ying)寸(cun)并(bing)可(ke)擴(kuo)展支持26到42英(ying)寸(cun)的傳統及高壓LIPS液(ye)晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視(shi)的電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)參(can)考(kao)(kao)設(she)計(ji)、適(shi)合任(ren)何背(bei)光類(lei)型的46英(ying)寸(cun)并(bing)可(ke)擴(kuo)展到40到55尺(chi)寸(cun)應用的電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)參(can)考(kao)(kao)設(she)計(ji)，以及46英(ying)寸(cun)側光式LED背(bei)光電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)方(fang)案。這些參(can)考(kao)(kao)設(she)計(ji)具有高能效(xiao)、高靈(ling)活(huo)性等(deng)優勢(shi)，適(shi)合纖(xian)薄(bo)及超薄(bo)液(ye)晶(jing)(jing)電(dian)(dian)視(shi)設(she)計(ji)，并(bing)提供極大的協同(tong)優勢(shi)，便于復用方(fang)案，幫助客(ke)戶加速設(she)計(ji)進程，加快產品上市。
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