近年來,，液晶電視(LCD TV)市場快速發(fā)展,。市場研究機構DisplaySearch預計,，2008年到2012年間的年復合增長率(CAGR)高達16%,，其中2009年的付運總量預計達1.4億臺，而這一數(shù)字到2012年將超過2億,。
在市場規(guī)模迅速擴大的同時,，在規(guī)范標準及綠色營銷的壓力下，液晶電視的工作及待機能耗也越來越低,。如“能源之星”4.0版規(guī)范及5.0版規(guī)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78 W,、115 W和210 W下降到不超過55 W,、81 W和108 W，相當于兩年時間內(nèi)降低能耗約50%,。
在液晶電視的總能耗中,，統(tǒng)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來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(jù)支配地位,，但這個技術能耗高，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,，故LED背光在液晶電視中極具應用潛力。據(jù)統(tǒng)計,，2009年采用LED背光源的液晶電視比例為3%,，預計未來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,，并在這之后進一步取代CCFL背光。
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,，目前市場上銷量最大的是32英寸液晶電視,。在這類液晶電視中，采用標準24 V逆變器電源的方案在市場上仍占據(jù)多數(shù),，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(xiàn)出并存的態(tài)勢。采用標準24 V逆變器的傳統(tǒng)液晶電視在接受110/220 Vac市電輸入后,，經(jīng)過整流,、PFC及濾波，轉(zhuǎn)換為200/400 Vdc的直流高壓,。由于傳統(tǒng)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會經(jīng)過降壓轉(zhuǎn)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DC-AC轉(zhuǎn)換為超過1,000 V甚至達2,000 V的交流高壓,，去驅(qū)動液晶面板的CCFL陣列,。安森美半導體為這類傳統(tǒng)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(tǒng)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，會直接將這輸出電壓作為逆變器的輸入,，再通過DC-AC轉(zhuǎn)換為驅(qū)動CCFL陣列所需的超過1,000 Vac甚至達2,000 Vac的高壓,，這就消除了24 V轉(zhuǎn)換段，減少大量功率損耗及降低底盤發(fā)熱量，提升系統(tǒng)總能效,，并降低系統(tǒng)成本,，還符合“能源之星”等相關能效規(guī)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。這參考設計采用簡單直接的CrM PFC段,，且無額外待機開關電源,，性價比極高。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(zhuǎn)換控制器,，以及Microsemi的LX6503背光控制器等關鍵IC。這完整液晶電視LIPS電源參考設計功能框圖見圖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,，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關全橋拓撲結構的先進背光控制器，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,。客戶利用這高能效先進參考設計,，可縮短開發(fā)周期,，加快產(chǎn)品上市進程。
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，參見圖3,。
這電源參考采用的關鍵安森美半導體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(zhuǎn)換控制器或NCP1252固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)控制器、NCP1053A高能效,、低待機能耗開關電源,，用于僅關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(xù)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點的當今,，電源設計面臨更嚴格的挑戰(zhàn)，如需要使用低高度的變壓器,、線圈或散熱片,，及將多個部件串聯(lián)或?qū)λ桨惭b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(zhuǎn)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(nèi)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(shù)及變壓器耦合/交叉穩(wěn)壓,。
而在待機電源方面，有兩種方案,，一種是專用ECO待機開關電源,，采用集成高壓開關穩(wěn)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,，開關頻率及IC功率消耗更低；低頻模式支持DCM模式,，降低開關損耗,；電流受限，減免可能的噪聲問題,。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/關閉開關”，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型的背光方案,，包括單獨及專用的背光方案。例如,，提供高壓LIPS用于CCFL/EEFL背光,，其中采用2個高端驅(qū)動器NCP5111及Microsemi背光控制器。也可采用新的NCP1397準諧振反激轉(zhuǎn)換器或CAT4026側光式LED驅(qū)動器(詳見后文),，提供高直流輸出電壓半橋LLC,，用于LED背光驅(qū)動器。還可采用已獲市場證明的NCP1392/NCP1392控制器,，用于傳統(tǒng)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(zhuǎn)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(qū)動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(見黃色背景部分)
而在LED背光方面,，市場上常見的背光單元包括側光式及直下式兩種類型,，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鍵IC包括帶高端驅(qū)動器的NCP1397初級側控制器,，以及新的6通道線性LED驅(qū)動器控制器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),，參見圖4。
其中,， NCP1397作為LLC段控制器,，在背光應用中提供眾多優(yōu)勢，如不需要驅(qū)動器變壓器,，帶來成本及安裝優(yōu)勢,；又如簡單應用跳周期模式,，適合調(diào)光所需；以及簡單應用過渡保護,，幫助節(jié)省成本 等,。故NCP1397是高性價比及高安全性的方案。
另一方面,，市場上現(xiàn)有的6通道側光式LED驅(qū)動器背光方案中,，各通道均含專用驅(qū)動器IC、電感型DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器及開關,；相比較而言,，安森美半導體的CAT4026作為多通道LED線性驅(qū)動器，以單顆IC支持6通道,，且易于分級為多達12個或18個通道(相應采用2個或3個控制器),，是一種高性價比的方案，目標能效高于90%,，典型能效達94%,。此外，這驅(qū)動器還提供正向電壓監(jiān)測功能,，可以限制總體功率耗散,；還能應用LED開路及過多LED短路等不同LED串故障。
總結
本文分析了液晶電視的市場及技術發(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(tǒng)及高壓LIPS液晶電視的電源參考設計、適合任何背光類型的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,，幫助客戶加速設計進程,，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》,，AC-DC%20LCD%20TV%20Power%20Architecture%20-%20bilingual.rev1.pdf">www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/LCD%20-%20AC-DC%20LCD%20TV%20Power%20Architecture%20-%20bilingual.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