【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)傳導和輻射對其他電子設備造成干擾。 ，開關電源的電壓、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，又有一定的強度。 開關電源功率變換器中的功率半導體器件的開關頻率通常較高，功率開關器件在高頻下的通、斷過程中不可避免地要產(chǎn) 生強大的電磁干擾。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 待機輸出電壓 — 5 Vdc 待機輸出電流 0 A 總輸出功率 0 W 總的在 無負載消耗輸出 — 1 W 2 開關電源電磁干擾濾波器 電磁干擾 EMI的結(jié)構(gòu) 和特點 開關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，廣泛地應用于計算機、通信等各類電子設 備。如圖所示，安森美半導體可以提供 LCD TV 電源中每個模塊所需的器件，另外通過合理的設計折衷決策，安森美半導體可幫助以最低成本實現(xiàn)最佳性能 。 總的來看，這參考設計所選擇的架構(gòu)允許對設計進行優(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雜程度。 而在待機輸出電路方面，通過使用 NCP1027 使得更高集成度成為可能。NCP1396 可以外部設定最低開關頻率且精度高，通過專有高電壓技術支持，這款控制器應用在能夠接受高達 600 V本體電壓半橋式應用的自舉 MOSFET 驅(qū)動電路上。在這種架構(gòu)中， NCP1396 用于實現(xiàn)半橋諧振 LLC 轉(zhuǎn)換器的最有效控制方案。 在開關電源段，使用的是半橋諧振雙電感加單電容（ LLC）拓撲結(jié)構(gòu)。最后， NCP1605 指在提供這兩種模式的優(yōu)點但沒有它們各自的缺點。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 前端的實現(xiàn)可以通過使用 PFC專用控制芯片 NCP1605 來進行。 采用 NCP1605/NCP1396/NCP1027來克服傳統(tǒng) 拓撲結(jié)構(gòu) 局限 1）架構(gòu)概覽。 * 在消費電子領域，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鍵差異化特色就是其機殼的厚度 越薄越好。值得一提的是，液晶顯示（ LCD）和等離子技術本身的能效較低 因為在同等亮度設定條件下，這兩種技術的背光源所消耗的電量與顯示的圖像內(nèi)容無關，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%，相關電力消耗非常驚人。即便這些措施還沒有成為標準，但大多數(shù)的制造商 已在其產(chǎn)品設計中運用了這些節(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，電視機能耗是其中一個極為顯著的因素。將待機模式下的功耗降到最低，這是一項關鍵要求。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。當前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆 Hz 的變換器的實用化研究。這種開關方式稱為諧振式開關。其中，為防止隨開關啟 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，雖已實用化，但其頻率有待進一步提高。到了 1969 年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復時間的縮短等元器件改善，終于做成了 25 千赫的開關電源。另外開關電源的發(fā)展與應用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。開關電源 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 隨著電力電子技術的高速發(fā)展，電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入 80 年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入 90 年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電力檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關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上，反而高于開關電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點 開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產(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年美國科學家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關電源的設想，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，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備等幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。要提高開關頻率，就要減少開關損耗，而要減少開關損耗，就需要有高速開關元器件。這樣，不僅會影響周圍電子設備，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，以使開關上的電壓或通過開關的電流呈正弦波，這樣既可減少開關損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。目前對這種 開關電源 的研究很活躍，因為采用這種方式不需要大幅度提高開關速度就可以在理論上把開關損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關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 機領域取得了長足的發(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，新技術的發(fā)展，正催生著無窮的機遇 ”。 FPD既包括液晶顯示（ LCD）技術，也包括等離子技術。本文將探討的就是一款采用安森美半導體 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計。 1 液晶電視開關電源的介紹 液晶電視對開關電源的要求 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 200 W到600W。 由于輸入功率高于 75 W，應用就需要遵從 IEC 100032 D 類標準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。大多數(shù)液晶電視電源設計用于接受交流 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中，平均有 5%至 10%的電能是由消費類電子設備及其它裝置在待機模式下所消耗的。 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）的預測，到 2021 年，（消費類）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、數(shù) 字視頻錄像機等相關外設開啟時導致電視機隨同開機耗 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一步延長。二者能耗差異中的很大一部分原因，要歸結(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)境保護局的能源之星（ Energy Star）項目打算制訂電視機能效規(guī)范，而該規(guī)范在電視機的性能指標和所用技術問題上保持中立態(tài)度。但是，我們應當注意的是： * 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)上消費者會將電視擺放在客廳，電視機機身的噪聲傳播開來，可能會釀成一個問題；如果 因此在電視機設計中增添冷 卻風扇，可能不會受到消費者歡迎。 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)的拓撲結(jié)構(gòu)很少能夠同時滿足這些需求： * 反激式拓撲結(jié)構(gòu)：變壓器的使用遠未達到最優(yōu)化； * 正向拓撲結(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)校正技術就可對系統(tǒng)進行優(yōu)化，因 為 PFC 輸出電壓經(jīng)過了很好的穩(wěn)壓。 NCP1605 是安森美半導體推出的一款能夠采用固定非連續(xù)導電模式（ DCM）或臨界導電模式（ CRM）工作的增強型高壓、高能效待機模式功率因數(shù)控制器。在最緊迫的條件下，臨界導電模式第 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，可將待機能耗降至最低。這種拓撲結(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的問題，同時確保初級開關在所有負載情況下的零電壓轉(zhuǎn)換（ ZVS），并輕松實現(xiàn)跳周期模式來改善待機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 MOSFET，以在同一個封裝中提供開關電源的所有功能。 下圖 提供了本參考設計的完整電路圖。 這篇文獻提供液晶電視開關電源運行的一個詳細描述，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。但是隨著開關電源的小型化，開關就要高頻 化，這種高頻化，其基波本身也就構(gòu)成了一個干擾源，發(fā)出一種更強的傳導干擾波，此外通過改進元器件達到高頻化的同時，也會因輻射干擾波而導致一種超標準值的雜散的信號。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，使之符合有關電磁兼容 (EMC)標準或規(guī)范，這已經(jīng)成為電子產(chǎn)品設計者越來越關注的問題。與數(shù)字電路相比，開關電源 EMI 呈第 6 頁 共 51 頁 現(xiàn)出鮮明的特點： EMI 干擾源的位置比較清楚，主要集中在功率開關器件、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 電磁線圈在開關電源中另一個重要用途是作為差模與共模扼流線圈開關電源中 ,整流器與開 關三極管的電流、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寬 , 從幾百赫到兆赫等。同時 , 還能防止外部用電設備對開關電源的干擾。 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 , 應限制在 48dBμ V(250μ V)以下。所謂 A 級、 B 級標準等 , 超標準時不發(fā)認證。對開關電源兩根進線而言 , 存在共模干擾 ( 兩根進線上受干擾的信號相對參考點大小方向相同 ) 和差 模 ( 又稱常模 ) 干擾