基于NCP1927的平板電視開關(guān)電源設(shè)計(jì)

　　隨著平板電視的迅速發(fā)展，中國(guó)平板電視市場(chǎng)已進(jìn)入成熟期，平板電視的高效且功能強(qiáng)大的開關(guān)電源需求也在顯著增加。安森美半導(dǎo)體提供的NCP1927功率因數(shù)校正(PFC)及反激組合控制器電源管理芯片，能夠用于開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源，配合纖薄平板電視設(shè)計(jì)潮流及幫助推動(dòng)節(jié)能降耗。

　　配合平板電視開關(guān)電源設(shè)計(jì)要求從行業(yè)的發(fā)展來看，CRT向平板電視的轉(zhuǎn)變意味著能源消耗的增加。以液晶電視為例，液晶屏本身不發(fā)光，必須要用后面無數(shù)的燈管(背光模組)均勻照亮整個(gè)熒屏，再通過信號(hào)和液晶物質(zhì)的流動(dòng)顯示出影像。要驅(qū)動(dòng)這些燈管，并且讓熒屏保持較高的亮度和分布，就需要消耗大量的電力。

　　在國(guó)內(nèi)，目前彩電行業(yè)沿用的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)是《彩色電視廣播接收機(jī)能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》，該標(biāo)準(zhǔn)只要求達(dá)到待機(jī)狀態(tài)下的節(jié)能要求。然而工作(開機(jī))能 耗才是決定平板電視耗電量的主導(dǎo)因素。因?yàn)闆]有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也就難以衡量平板電視真正的能耗水平。因此，人們關(guān)注的焦點(diǎn)是如何開發(fā)更具能源效率的電源設(shè)計(jì)， 同時(shí)還要滿足外型、成本方面的要求。

　　以研發(fā)緊湊及高能效方案著稱的安森美半導(dǎo)體提供的NCP1927集成的PFC控制器采用臨界導(dǎo)電模式(CrM)工作時(shí)可實(shí)現(xiàn)接近1的功率因數(shù)，包含 了構(gòu)建強(qiáng)固及緊湊PFC段所需的全部特性，且將外部元器件數(shù)量減至了最少。該器件集成的固定頻率電流模式反激控制器采用專有的“軟跳周期(Soft- SkipTM)”待機(jī)模式，且結(jié)合輕載時(shí)的頻率反走功能，提供了極低的待機(jī)能耗。

　　安森美半導(dǎo)體的PFC及反激組合控制器NCP1927功能詳解NCP1927是集成了臨界導(dǎo)電模式功率因數(shù)校正及反激控制器和時(shí)序電路的組合控制器，適合開發(fā)緊湊的高能效平板電視電源。其獨(dú)特特性包括逆變器啟用引 腳、進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)控制引腳、頻率反走及軟跳周期，體現(xiàn)了通知背光逆變器PFC輸出已就緒、關(guān)閉PFC控制器，以及完整負(fù)載范圍內(nèi)的高能效優(yōu)勢(shì)。

　　NCP1927還具有其它特性，如極低啟動(dòng)電流消耗(最大值20 μA)、包含關(guān)閉IC的關(guān)閉引腳、快速主電源/負(fù)載瞬態(tài)補(bǔ)償、可編程PFC過壓/欠壓保護(hù)、帶內(nèi)置斜坡補(bǔ)償?shù)?5 kHz固定頻率、削弱EMI信號(hào)的頻率抖動(dòng)特性、帶自動(dòng)恢復(fù)的基于定時(shí)器的過流保護(hù)，以及提供針對(duì)繞組短路的保護(hù)、4 ms軟啟動(dòng)等。

　　簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)：NCP1927設(shè)計(jì)適用于背光逆變器采用 PFC 段供電而信號(hào)處理及音頻放大器采用反激段供電的系統(tǒng)。從圖1的 NCP1927框圖中 看到，在電壓高于1 V 時(shí)，NCP1927可關(guān)閉 PFC 及反激電路;拉高時(shí) PFC 啟用;在 PFC 就緒時(shí)通知背光逆變器導(dǎo)通。這樣，NCP1927就為平板電視電源提供了一個(gè)簡(jiǎn) 單、緊湊及可靠的方案。

　　啟動(dòng)序列/待機(jī)/啟用逆變器：圖2是 NCP1927的啟動(dòng)序列，其順序是 VCC 充電直至 VCC(on)、反激段啟用、反激段到達(dá)穩(wěn)壓狀態(tài)、PFC 段啟用、PFC 段到達(dá)穩(wěn)壓狀態(tài)、逆變器啟用。

　　當(dāng) GTS(進(jìn)入待機(jī)，Go To Standby)引腳電壓降至低于 VSTANDBY 時(shí)，PFC 關(guān)閉，且保持待機(jī)狀態(tài)，直至電壓增加到高于 VSTANDBY+VSTANDBY(HYS)。 PFC 可以通過反激電路 FB引腳自動(dòng)關(guān)閉，或以光耦直接控制，如圖 3所示，方法1是根據(jù)反激段 FB 引腳電壓來觸發(fā)GTS;方法2是使用次級(jí)端信號(hào)來觸發(fā) GTS。

　　啟用逆變器：NCP1927監(jiān)測(cè) PFC 誤差放大器電流，一旦此電流降低至0 μA，就會(huì)通知逆變器導(dǎo)通。如圖4(a)所示;當(dāng) PFC 處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)壓時(shí)，IENABLE 引腳提供5 V 輸出。如圖4(b)所示。

　　輕載能效特性：NCP1927提供三種工作模式：第一種是正常的65 kHz 固定頻率工作;第二種是頻率反走，即在輕載時(shí)振蕩器頻率線性降低至26 kHz;第三種是輕載時(shí)軟跳周期模式，即驅(qū)動(dòng)停止，跳開關(guān)周期。這三種工作模式結(jié)合在一起，優(yōu)化完整負(fù)載范圍內(nèi)的能效。

　　反激段軟跳周期模式：圖6給出了電壓模式到電流模式工作的過程。FB 信號(hào)與內(nèi)置斜坡信號(hào)比較;內(nèi)置斜坡信號(hào)允許在電流模式控制開始前出現(xiàn)一些短脈 沖。在該模式下 VFFB 上升時(shí)，驅(qū)動(dòng)器又開始開關(guān)，占空比逐漸從0%上升。該模式可降低可聽噪聲風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)支持在鉗位網(wǎng)絡(luò)中使用廉價(jià)變壓器及電容。

　　PFC 跳周期模式：在該模式下，Pcontrol 電壓降至低于可編程跳周期電平時(shí)，PFC 停止開關(guān);在穩(wěn)壓電壓自然地回升至高于跳周期電平時(shí)(增加了延遲特性)，PFC 恢復(fù)開關(guān)。跳周期電平用 RPSKIP 來調(diào)節(jié)，見圖7。

　　保護(hù)特性：在 PFC 段，有過流保護(hù)(OCP)、過壓保護(hù)(OVP)、欠壓保護(hù)(UVP)功能;在反激段，有過載保護(hù)(帶80 ms 故障定時(shí)器)、繞組短路保護(hù)和過熱關(guān)閉。器件設(shè)有 PFC 過壓保護(hù)(OVP)及欠壓保護(hù)(UVP)專用引腳。在出現(xiàn)浮動(dòng)引腳時(shí)，IUVP 電流源激活 UVP，見圖8。帶專用 POVUV 引腳的雙反饋配置提供更高的安全等級(jí)，即使雙反饋配置中某個(gè)故障，也可確保提供保護(hù)。

　　故障管理：即 VCC 斷續(xù)(Hiccup)功能。在非閂鎖故障(關(guān)閉模式、過熱關(guān)閉及反激過載)條件下，門驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉，內(nèi)部 IC 電流功耗導(dǎo)致 VCC 降低至 VCCOFF。一旦 VCC 上升至 VCCON，故障復(fù)位，IC 電流消耗降至啟動(dòng)電流電平，使器件重啟。

　　NCP1927控制器具體應(yīng)用

　　圖10是使用 NCP1927的140 W 液晶電視的開關(guān)電源的實(shí)物照片。其輸出1為390 V，250 mA;輸出2為5 V，2 A;輸出3為12 V，2.5 A。平均能效大于82%;滿載能效大于85%;空載輸入功率小于150 mW;功率因數(shù)大于0.95;啟動(dòng)時(shí)間小于2秒。圖11是其電路圖。

　　從圖12、13、14中可以分別看出140 W 液晶電視的待機(jī)能耗小于50 mW，輕載能效極佳;平均能效及滿載能效很高;功率因數(shù)超越了要求，令人滿意。

　　結(jié)論

　　安森美半導(dǎo)體的 NCP1927提供緊湊及強(qiáng)固的平板電視電源所需的所有特性，由于采用了專用逆變器啟用、PFC 關(guān)閉(GTS)及關(guān)閉控制，大幅簡(jiǎn)化了系統(tǒng) 設(shè)計(jì);頻率反走、反激段軟跳周期及 PFC 跳周期模式優(yōu)化了能效。它同時(shí)提供了包括過載保護(hù)及專用欠壓和過壓保護(hù)引腳等強(qiáng)固的保護(hù)特性，是開發(fā)緊湊及高能效 平板電視開關(guān)電源不可多得的理想器件。