有关LCD-TV电源的几个基本知识

有关LCD-TV电源的几个基本知识

　　问：LCD-TV POWER主要有反激式，正激式，谐振半桥式3种方式，想咨询一下37"以上的主要采用的那种结构，为什么?

　　答：反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化成反电动势向负载提供输出;当控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出电压的平均值Ua约等于电压最大值Up(用半波平均值Upa代之)的二分之一;而流过负载的电流Io(平均电流)正好等于流过变压器次级线圈最大电流的四分之一。

　　当反激式开关电源当控制开关的占空比为0.5时，电压脉动系数Sv约等于2或大于2，而电流脉动系数Si约等于4。反激式开关电源的电压脉动系数与正激式变压器开关电源的电压脉动系数基本相同，但电流脉动系数比正激式变压器开关电源的电流脉动系数大两倍。由此可知，反激式开关电源的电压和电流输出特性要比正激式变压器开关电源差。特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，其占空比一般都取得小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断流，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将变得更差。

　　由于反激式开关电源仅在控制开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立刻对输出电压或电流产生反应，而需要等到下个工作周期时，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事件进行反应(即改变占空比)，因此，反激式开关电源输出电压的瞬态控制特性相对来说比较差。有时，当负载电流变化的频率或相位正好与取样、调宽控制电路输出电压的延时特性在相位保持一致的时候，反激式开关电源输出电压可能会产生抖动。这种情况在电视机开关电源中最容易出现。

　　反激式开关电源变压器的铁心一般都需要留一定的气隙，一方面是为了防止变压器的铁心因流过变压器初级线圈的电流过大，容易产生磁饱和;另一方面是因为变压器的输出功率大小，需要通过调整变压器铁心的气隙和初级线圈的匝数，来调整变压器初级线圈的电感量大小。因此，反激式开关电源变压器初、次级线圈的漏感都比较大，从而会降低开关电源变压器的工作效率，并且漏感还会产生反电动势，容易把开关管击穿。

　　反激式变压器开关电源的优点是电路比较简单，比正反激式变压器开关电源少用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管，因此，反激式变压器开关电源的体积要比正激式变压器开关电源的体积小，且成本也要降低。此外，反激式变压器开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式变压器开关电源来说要高很多。因此，反激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较低，误差信号放大器的增益和动态范围也比较小。由于这些优点，目前，反激式变压器开关电源在家电领域中还是被广泛使用。

　　正激式变压器开关电源正好是在变压器的初级线圈被直流电压激励时，变压器的次级线圈向负载提供功率输出，并且输出电压的幅度是基本稳定的，此时尽管输出功率不停地变化，但输出电压的幅度基本还是不变，这说明正激式变压器开关电源输出电压的瞬态控制特性相对来说比较好;只有在控制开关处于关断期间，功率输出才全部由储能电感和储能电容两者同时提供，此时输出电压虽然受负载电流的影响，但如果储能电容的容量取得比较大，负载电流对输出电压的影响也很小。

　　另外，由于正激式变压器开关电源一般都是选取变压器输出电压的一周平均值，储能电感在控制开关接通和关断期间都向负载提供电流输出，因此，正激式变压器开关电源的负载能力相对来说比较强，输出电压的纹波比较小。如果要求正激式变压器开关电源输出电压有较大的调整率，在正常负载的情况下，控制开关的占空比最好选取在0.5左右，或稍大于0.5，此时流过储能滤波电感的电流才是连续电流。当流过储能滤波电感的电流为连续电流时，负载能力相对来说比较强。

　　当控制开关的占空比为0.5时，正激式变压器开关电源输出电压uo的幅值正好等于电压平均值Ua的两倍，流过滤波储能电感电流的最大值Im也正好是平均电流Io(输出电流)的两倍，因此，正激式变压器开关电源的电压和电流的脉动系数S都约等于2，而与反激式变压器开关电源的电压和电流的脉动系数S相比，差不多小一倍，说明正激式变压器开关电源的电压和电流输出特性要比反激式变压器开关电源好很多。

　　正激式变压器开关电源的缺点也是非常明显的。其中一个是电路比反激式变压器开关电源多用一个大储能滤波电感，以及一个续流二极管。此外，正激式变压器开关电源输出电压受占空比的调制幅度，相对于反激式变压器开关电源来说要低很多。因此，正激式变压器开关电源要求调控占空比的误差信号幅度比较高，误差信号放大器的增益和动态范围也比较大。

　　另外，正激式变压器开关电源为了减少变压器的励磁电流，提高工作效率，变压器的伏秒容量一般都取得比较大。并且为了防止变压器初级线圈产生的反电动势把开关管击穿，正激式变压器开关电源的变压器要比反激式变压器开关电源的变压器多一个反电动势吸收绕组，因此，正激式变压器开关电源的变压器的体积要比反激式变压器开关电源的变压器的体积大。

　　正激式变压器开关电源还有一个更大的缺点是在控制开关关断时，变压器初级线圈产生的反电动势电压要比反激式变压器开关电源产生的反电动势电压高。因为一般正激式变压器开关电源工作时，控制开关的占空比都取在0.5左右，而反激式变压器开关电源控制开关的占空比都取得比较小，大多数都在0.25左右。

　　半桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样，由于两个开关管轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。因此，半桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流或全波整流后，输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，仅需要很小的滤波电感和电容，其输出电压纹波和电流纹波就可以达到非常小。

　　半桥式变压器开关电源最大的优点是，对两个开关管的耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关管的耐压要求可以降低一半。因为，半桥式变压器开关电源两个开关管的工作电压只有输入电源Ui的一半，其最高耐压等于工作电压与反电动势之和，大约是电源电压的两倍，这个结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关管耐压的一半。因此，半桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高的场合，一般电网电压为交流220伏供电的大功率开关电源大部分都是用半桥式变压器开关电源。

　　半桥式开关电源的变压器初级线圈只需要一个绕组，这也是它的优点，这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。但对于大功率开关电源变压器的线圈绕制没有优势，因为，大功率开关电源变压器的线圈需要用多股线来绕。

　　半桥式开关电源最大的缺点是，当两个开关管Q1和Q2处于交替转换工作状态的时候，两个开关管会同时出现一个很短时间的半导通区域，即两个控制开关同时处于接通状态。这是因为开关管在开始导通的时候，相当于对电容充电，它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程;而开关管从导通状态转换到截止状态的时候，相当于对电容放电，它从导通状态到完全截止状态也需要一个过渡过程。另外，半桥式变压器开关电源中的两个开关管连接没有公共地，与驱动信号连接比较麻烦。

　　当两个开关管分别处于导通和截止过渡过程时，即两个开关管都处于半导通状态时半导通状态时，相当于两个开关管同时导通，它们会造成对电源电压产生短路;此时，在两个开关管的串联回路中将出现很大的电流，而这个电流并没有通过变压器负载。因此，在两个控制开关管Q1和Q2同时处于过渡过程期间，两个开关管将会产生很大的功率损耗。为了降低开关管过渡过程产生的损耗，一般在半桥式开关电源电路中，都有意让两个开关管的接通和截止时间错开一小段时间，但对控制电路来说，难度比较大。

　　谐振半桥式开关电源的两个开关管都是在0电流或0电压的时刻关断或导通，因此，不存在两个开关管同时导通和开关损耗的问题，即：两个开关管的开关损耗相对比较低。但开关变压器的初级线圈与次级线圈之间不能耦合得太紧，必须留出一定的漏感(大约在20%左右)。这样，两个开关管的开关损耗降低了，但开关变压器的工作效率却也同时降低了，特别是开关变压器周围存在金属材料的时候，很容易产生涡流损耗，并且，由于开关变压器的漏感很大，很容易产生电磁干扰，EMI/EMC指标比较难过关。

　　总的来说，反激式，正激式，谐振半桥式，三种开关电源的负载能力(或输出功率)，一个比一个大。一般，输出功率在120W以下时，最好选用反激式开关电源;输出功率在120～180W之间时，可选用正激式开关电源;输出功率在180W以上时，必须选用半桥式或谐振半桥式开关电源。

　　37"以上的LCD-TV POWER一般损耗功率都在180W以上，因此，必须选用半桥式或谐振半桥式开关电源。

　　问：去买LCD-TV，促销的给我说电源采用了动态调节节省功耗模式，想咨询一下是如何处理的，主要是降低CCFL的电压还是，变频处理?另外想问一下平时说的变频空调是不是调整逆变器的开关频率啊?

　　答：电源采用了动态调节节省功耗模式，是指当电视图像的对比度比较低时，可以降低背光灯的亮度，以节省电源功率。但目前的大屏幕LCD-TV一般对比度比都很低，如果是对整个屏幕的对比度都通过调节背光灯的亮度来进行控制，这种动态调节节省功耗模式毫无意义，它会降低显示图像的透亮度;只有对背光灯的亮度采取分区控制时，动态调节节省功耗模式才有意义。这种对背光灯的亮度采取分区控制技术必须采用LED作为背光灯，并且要做成点阵式，即矩阵排列结构，并与图像扫描同步进行亮度控制，才会产生增大对比度的效果，只有对比度的控制范围足够大的时候，采用了动态调节节省功耗模式才有使用意义。

　　降低CCFL的电压或LED的电压主要是调整开关电源的占空比。平时说的变频空调调整输出功率也是调整开关电源的占空比，当开关电源的占空比改变时，开关电源的工作频率也会跟着改变。

　　问：针对EMI/EMC，像LCD-TV POWER这类AC-DC的SMPS电源主要要考虑哪些问题?平时我们在电源端加TVS防雷击浪涌是不是也属于EMC啊?另外顺便问一下大家做电源设计一般加TVS处理不?

　　答：LCD-TV POWER开关电源输出功率比较大，并且一般都采用PFC开关电源功率因数矫正和谐振半桥式开关电源，因此传导干扰和辐射干扰都很大，特别是辐射干扰要比一般开关电源大，解决辐射干扰最好的方法就是进行屏蔽，把开关电源安装在金属盒中或利用散热片进行电磁屏蔽。但进行屏蔽时也要注意金属片不要离开关变压器太近，或要避开磁力线最大的方向，否则会产生涡流损耗，降低开关电源工作效率。

　　一般的EMC滤波电路中Y电容和X电容都具有防止雷击或电路开关突然断路产生的浪涌电压冲击。Y电容可耐最高脉冲冲击电压为5000V，X电容可耐最高脉冲冲击电压为2500V。一般X电容都取得比较大，对浪涌电压冲击能量吸收也比较大;但Y电容因受漏电电流大小的限制，不能取得很大，因此，如果从安全方面考虑，最好在与火线连接的Y电容的两端另外再并联一个放电管。另外，有线电视的天线也是雷击的输入端，有线电视信号线插座的外壳一定要与大地连接可靠(注意这里的大地不是一般的机壳或机内地线)。

　　做电源设计时要不要加TVS处理，如果三端电源线的插座不是直接安装在你的开关电源PCB板上，在没有特别要求的时候，一般不需要另加TVS电路。TVS电路一定要加在电源线输入端或有线电视天线的输入端。