【正文】 。干擾的表現(xiàn)是輸電壓有波紋 ,輸入電流也有高次諧波，甚至空間有電磁波輻射。這些干擾經(jīng)傳導(dǎo)和輻射對其他電子設(shè)備造成干擾。 ，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，其產(chǎn)生的 EMI 噪聲信號既具有很寬的頻率范圍，又有一定的強(qiáng)度。 開關(guān)電源功率變換器中的功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率通常較高，功率開關(guān)器件在高頻下的通、斷過程中不可避免地要產(chǎn) 生強(qiáng)大的電磁干擾。這些信號構(gòu)成了電磁干擾 (EMI)，被干擾對象是無線電通信。 我們液晶電視功率單位的設(shè)計要求如下： 第 5 頁 共 51 頁 功能 最小值 最大值 單位 輸入電壓 90 265 Vac 輸出電 壓 1 — 12 Vdc 輸出電流 1 0 3 A 輸出電壓 2 — 24 Vdc 輸出電流 2 0 6 A 輸出電壓 3 — 30 Vdc 輸出電流 3 0 1 A 待機(jī)輸出電壓 — 5 Vdc 待機(jī)輸出電流 0 A 總輸出功率 0 W 總的在 無負(fù)載消耗輸出 — 1 W 2 開關(guān)電源電磁干擾濾波器 電磁干擾 EMI的結(jié)構(gòu) 和特點(diǎn) 開關(guān)電源由于功耗小效率高，體積小，重量輕，穩(wěn)壓范圍廣，電路形式靈活等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)、通信等各類電子設(shè) 備。如圖所示，安森美半導(dǎo)體可以提供 LCD TV 電源中每個模塊所需的器件，另外通過合理的設(shè)計折衷決策，安森美半導(dǎo)體可幫助以最低成本實(shí)現(xiàn)最佳性能 。 總的來看，這參考設(shè)計所選擇的架構(gòu)允許對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，從而能夠獲得所想要的性能，但又不會過多地增加元件成本和電路復(fù)雜程度。 而在待機(jī)輸出電路方面，通過使用 NCP1027 使得更高集成度成為可能。NCP1396 可以外部設(shè)定最低開關(guān)頻率且精度高，通過專有高電壓技術(shù)支持，這款控制器應(yīng)用在能夠接受高達(dá) 600 V本體電壓半橋式應(yīng)用的自舉 MOSFET 驅(qū)動電路上。在這種架構(gòu)中， NCP1396 用于實(shí)現(xiàn)半橋諧振 LLC 轉(zhuǎn)換器的最有效控制方案。 在開關(guān)電源段，使用的是半橋諧振雙電感加單電容（ LLC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。最后， NCP1605 指在提供這兩種模式的優(yōu)點(diǎn)但沒有它們各自的缺點(diǎn)。這器件集成了構(gòu)建穩(wěn)固 PFC段的所有功能，可以采用 PFC 主控端方式工作，確保電源的初級 dcdc 轉(zhuǎn)換只有在安全情況下才會啟動。有源 PFC 前端的實(shí)現(xiàn)可以通過使用 PFC專用控制芯片 NCP1605 來進(jìn)行。 采用 NCP1605/NCP1396/NCP1027來克服傳統(tǒng) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 局限 1）架構(gòu)概覽。 * 在消費(fèi)電子領(lǐng)域，競爭非常激烈，成本問題非常重要，而目前平板電視的售價相對較高。與 CRT 電視相比，平板電視平均每立方厘米尺寸所消耗的功率要高出許多。 已有液晶電視電源解決方案的局限 與傳統(tǒng)電視相比，平板電視的其中一個關(guān)鍵差異化特色就是其機(jī)殼的厚度 越薄越好。值得一提的是，液晶顯示（ LCD）和等離子技術(shù)本身的能效較低 因為在同等亮度設(shè)定條件下，這兩種技術(shù)的背光源所消耗的電量與顯示的圖像內(nèi)容無關(guān)，會保持不變，而 CRT 電視消耗的電量會因為視頻內(nèi)容的不同而發(fā)生變化。 不僅如此，與屏 幕尺寸較小的 CRT 電視相比，旨在取而代之的平板電視的工作功耗增加了一倍。另據(jù)尼爾森媒介研究公司（ NMR）的一項研究，在 2021 年 9月至 2021 年 9 月的收視季期間，平均每個美國家庭每天觀看了 8 小時 11分鐘的電視。 此外，據(jù)估計，電子電器設(shè)備在工作模式下所消耗的電能占據(jù)其消耗總電能的約 75%，相關(guān)電力消耗非常驚人。即便這些措施還沒有成為標(biāo)準(zhǔn)，但大多數(shù)的制造商 已在其產(chǎn)品設(shè)計中運(yùn)用了這些節(jié)能規(guī)則。但 與此同時，能源價格持續(xù)攀升，而人們也意識到了電視機(jī)能耗對環(huán)境的影響問題，也就是說，在所有對環(huán)境造成壓力的因素中，電視機(jī)能耗是其中一個極為顯著的因素。將待機(jī)模式下的功耗降到最低，這是一項關(guān)鍵要求。此外，還需要具備 5 V輔助電源來為微控制器供電，因為后者在待機(jī)模式下仍然需 要工作。由于主電源必須優(yōu)化，以提供更高的能效，并適應(yīng)更纖薄的外形要求，就必須采用有源 PFC 來限制主電源前 面的輸入電壓變化。需要幾種不同等級的電壓來為背光、音頻、視頻、解調(diào)等不同功能模塊來供電。我們不僅會分析液晶電視對電源的要求和現(xiàn)有解決方案的局限，更會探討如何利用安森美半導(dǎo)體的這些高性能器件來克服上述局限之處。雖然在 50 英寸以上平板電視 中，等離子電視（ PDP）占據(jù)著優(yōu)勢，但在 50 英寸以下的大屏幕平板電視中，液晶電視無疑在市場上占據(jù)著絕對的優(yōu)勢地位。這是美國《新聞周刊》 2021 年 6 月份所描述的一個景象。但是，在客廳中坐在一個老式大盒子面前（看電視節(jié)目）的方式已經(jīng)變得落伍。此外，世界各國紛紛采取行動，以將 TV信號從模擬傳輸升級至具備更高質(zhì)量的數(shù)字制式。當(dāng)前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆 Hz 的變換器的實(shí)用化研究。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。其中，為防止隨開關(guān)啟 閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用 RC 或 LC緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的 100kHz、用 MOSFET 制成的 500kHz 電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。到了 1969 年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時間的縮短等元器件改善，終于做成了 25 千赫的開關(guān)電源。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。開關(guān)電源 和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。第 1 頁 共 51 頁 引言 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入 80 年代計算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機(jī)的電源換代，進(jìn)入 90 年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電力檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制 IC 和MOSFET 構(gòu)成。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn) 開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。 1955 年美國羅耶（ ）發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端， 1957 年美國查賽（ JenSen）發(fā)明了自激式推挽雙變壓器， 1964年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。不過，對 1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。目前對這種 開關(guān)電源 的研究很活躍，因為采用這種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。 自從英國廣播公司（ BBC）于 1936年在倫敦開通世界上首個公共電視廣播以來，電視第 2 頁 共 51 頁 機(jī)領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展 ：從 BBC 于 1953 年開通首個彩色電視廣播，到日本 NHK于 1981年進(jìn)行首例高清電視（ HDTV）系統(tǒng)演示等，不一而足。以美國為例，到 2021 年 2月美國將停止模擬電視信號傳輸。對于電視行業(yè)來說，新技術(shù)的發(fā)展，正催生著無窮的機(jī)遇 ”。 FPD既包括液晶顯示（ LCD）技術(shù)，也包括等離子技術(shù)。本文將探討的就是一款采用安森美半導(dǎo)體 NCP1396高能效諧振模式控制器和 NCP1605功率因數(shù)控制器的 220 W 液晶電視電源參考設(shè)計。 1 液晶電視開關(guān)電源的介紹 液晶電視對開關(guān)電源的要求 在大于 30英寸的大尺寸平板電視中，電源通常內(nèi)置，因為它需要的功率 高達(dá) 200 W到600W。 由于輸入功率高于 75 W，應(yīng)用就需要遵從 IEC 100032 D 類標(biāo)準(zhǔn)對電流諧波含量的要求，也就要使用功率因數(shù)校正（ PFC）技術(shù)。大多數(shù)液晶電視電源設(shè)計用于接受交流 85 V至 265 V、頻率為 47 至 63 Hz的通用主輸入。 下面我們先來著重探討一下待機(jī)模式下的能耗要求。有資料顯示，歐盟每個家庭每年消耗的電能當(dāng)中，平均有 5%至 10%的電能是由消費(fèi)類電子設(shè)備及其它裝置在待機(jī)模式下所消耗的。 對此，世界各地紛紛制定了多項節(jié)能行動措施。其中最常見的一項要 求 ，便是在交流第 3 頁 共 51 頁 230 V電壓條件下，在輸出功耗不超過 W 的情況下輸入功率最高不超過 1 W。根據(jù)美國能源部（ DOE）的預(yù)測，到 2021 年，（消費(fèi)類）電子 產(chǎn)品的能耗將占美國居民家庭電力需求的 18%。這項數(shù)據(jù)還未將游戲機(jī)、數(shù) 字視頻錄像機(jī)等相關(guān)外設(shè)開啟時導(dǎo)致電視機(jī)隨同開機(jī)耗 電的時間考慮在內(nèi)，更不用說有線 /衛(wèi)星電視節(jié)目內(nèi)容越來越豐富，會讓人們看電視的時間進(jìn)一步延長。二者能耗差異中的很大一部分原因，要?dú)w結(jié)于目前市場上銷售的平板電視的顯示面積要大得多。 有鑒于此，美國環(huán)境保護(hù)局的能源之星（ Energy Star）項目打算制訂電視機(jī)能效規(guī)范，而該規(guī)范在電視機(jī)的性能指標(biāo)和所用技術(shù)問題上保持中立態(tài)度。但是，我們應(yīng)當(dāng)注意的是： * 平板電視消耗的電量相對較高，并且不同尺寸和功能組合的平板電視耗電量也會不同。 * 傳統(tǒng)上消費(fèi)者會將電視擺放在客廳，電視機(jī)機(jī)身的噪聲傳播開來，可能會釀成一個問題；如果 因此在電視機(jī)設(shè)計中增添冷 卻風(fēng)扇，可能不會受到消費(fèi)者歡迎。 對于液晶電視 而言，需要以合理的成本提供高能效和低電磁干擾（ EMI）信號；但 是，傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很少能夠同時滿足這些需求： * 反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：變壓器的使用遠(yuǎn)未達(dá)到最優(yōu)化； * 正向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： EMI 信號未被減少到最小。首先，從架構(gòu)上來說，在前端使用有源功率因數(shù)校正技術(shù)就可對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，因 為 PFC 輸出電壓經(jīng)過了很好的穩(wěn)壓。 NCP1605 是安森美半導(dǎo)體推出的一款能夠采用固定非連續(xù)導(dǎo)電模式（ DCM）或臨界導(dǎo)電模式（ CRM）工作的增強(qiáng)型高壓、高能效待機(jī)模式功率因數(shù)控制器。在最緊迫的條件下，臨界導(dǎo)電模式第 4 頁 共 51 頁 （ CRM）也能夠?qū)崿F(xiàn)，而不會降低功率因數(shù)，且這電路能被視為帶有頻率鉗位（由振蕩器提供）的 CRM 控制器。而且，這電路為不同工作條件集成了諸多保護(hù)功能，并使用了一些特別電路，如跳周期功能，來降低 PFC 段在空載條件下的功耗，可將待機(jī)能耗降至最低。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有一系列的優(yōu)勢，能夠提升能效、降低電磁干擾（ EMI）信號，并且提供更好的磁利用。 NCP1396 是安森美半導(dǎo)體推出的一款內(nèi)置上橋端與下橋端 MOSFET 驅(qū)動電路的高性能諧 振模式控制器。此外，可調(diào)整的死區(qū)時間可以幫助解決上方與下方晶體管相互傳導(dǎo)的問題，同時確保初級開關(guān)在所有負(fù)載情況下的零電壓轉(zhuǎn)換（ ZVS），并輕松實(shí)現(xiàn)跳周期模式來改善待機(jī)能耗以及空載時的工作效率。這款 PWM穩(wěn)壓器也集成了高壓開關(guān) MOSFET，以在同一個封裝中提供開關(guān)電源的所有功能。 下圖 提供了本參考設(shè)計的完整電路圖。 這篇文獻(xiàn)提供液晶電視開關(guān)電源運(yùn)行的一個詳細(xì)描述，液晶電視電源展示一個高效率，低電磁干擾，噪音和輕型模塊。但是隨著開關(guān)電源的小型化，開關(guān)就要高頻 化，這種高頻化，其基波本身也就構(gòu)成了一個干擾源，發(fā)出一種更強(qiáng)的傳導(dǎo)干擾波，此外通過改進(jìn)元器件達(dá)到高頻化的同時，也會因輻射干擾波而導(dǎo)致一種超標(biāo)準(zhǔn)值的雜散的信號。為使無線電波不受電磁干擾的影響，就要采取措施限定這種電磁干擾，使之符合有關(guān)電磁兼容 (EMC)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，這已經(jīng)成為電子產(chǎn)品設(shè)計者越來越關(guān)注的問題。與數(shù)字電路相比，開關(guān)電源 EMI 呈第 6 頁 共 51 頁 現(xiàn)出鮮明的特點(diǎn)： EMI 干擾源的位置比較清楚，主要集中在功率開關(guān)器件、二極管以及與之相連的散熱器和高頻變壓器上。 。 差模與共模扼流線圈 電磁線圈在開關(guān)電源中另一個重要用途是作為差模與共模扼流線圈開關(guān)電源中 ,整流器與開 關(guān)三極管的電流、電壓值快速上升或下降 , 電感電壓、電容的電流也迅速變化 , 這些都構(gòu)成電磁干擾源。一般波的頻帶還相當(dāng)寬 , 從幾百赫到兆赫等。同時 , 還能防止外部用電設(shè)備對開關(guān)電源的干擾。 濾波器由電感和電容組成 , 這里主要分析電感的 作用和選擇。美國聯(lián)邦通信委員會 (FCC) 規(guī)定 , 在 450 kHZ 到 30MHz 頻段內(nèi)的元線發(fā)射頻干擾 , 應(yīng)限制在 48dBμ V(250μ V)以下。所謂 A 級、 B 級標(biāo)準(zhǔn)等 , 超標(biāo)準(zhǔn)時不發(fā)認(rèn)證。對開關(guān)電源兩根進(jìn)線而言 , 存在共模干擾 ( 兩根進(jìn)線上受干擾的信號相對參考點(diǎn)大小方向相同 ) 和差 模 ( 又稱常模 ) 干擾