液晶电视用PFC/PWM组合IC提供优化的功率密度

　业界面临的挑战

　　● 电器本身的节能问题

　　在未来几年，全球CRT彩电的数量预计将会持平，而数字电视 (DTV) 市场区间则预计将以30% 的年复合增长率增长，于2009年达到9,400万台。平板电视以两种技术为主：液晶电视 (到2009约5,800万台) 和等离子电视 (到2009年约1,200万台)。本文将着重讨论占据最大部分平板电视市场份额的液晶电视。

　　今天数字电视的屏幕尺寸越来越大，目前产量最高的是32英寸液晶电视，而尺寸最大的是61英寸。由于电视的大型屏幕需要更多功耗，结果使电视产品的功耗大幅飚升。

　　目前针对电视功耗规范的计划如“能源之星”等着眼于待机时的能耗，即自2005年7月1日起待机功耗必需低于1W。展望未来，着眼点将转移至更高的目标，即在正常运行状态下节能。现在已有E-Star的最后定稿，限定了外部电源 (如交流电源适配器) 在正常运行状态下的功耗水平，以及初步拟定计算机的效率。此外，E-Star计划也开始着手解决数字电视在正常运行时的功耗限制问题。

　　● 有效利用交流电网的电能

　　节约能源的另一方面是功率因数校正 (PFC)。PFC的规范与交流电网电能的利用质量相关。从交流电网输电的最佳状态，是当电力负载 (如电视机) 取得的电流与输入电压相位相同，且电流无波形失真 (正弦波形)。就此而言，IEC 6100-3-2版本2.2是目前欧洲推行的标准，针对不同级别的设备规定了谐波失真指标。特别是取用75W以上的个人计算机、显示器和电视机 (D类设备) 等，其谐波电流规定必须低于图1所示的限度。这意味着一台功耗轻易达到250W的40英寸液晶电视如果销往欧洲，便需要合乎这个标准。而该标准在欧洲获采纳后，世界其它地方也会陆续仿效。

　　在欧洲规范中，谐波的级次越高，容限要求越严格；不过，高次谐波的储能通常较低 (强度小)，因此较易滤除。按照这项规范，所容许的谐波电流最大值超过600A，使得在高功率下达到这项要求更加困难。

　　解决方案

　　曾经有一家主要的电视机制造商请飞兆半导体协助其设计40英寸数字电视的电源系统。当中的设计挑战是由于电视机的体型极薄，电源系统必须体积小但效率高，在正常运行状态下效率需达85%，待机时功耗并需满足“能源之星”少于1W的要求。

　　普通的40英寸液晶电视一般需要几个AC/DC隔离输出，将90V~254V的交流电转换成直流电。通常，输出1 (24V/8A， 192W) 用于驱动液晶显示器的背光逆变模块，输出2 (5V/0.5A) 用于驱动逻辑控制模块，输出3 (5V/2A) 用于驱动调谐模块，而输出4 (12V/3A) 用于驱动音频放大器模块。这样，设备的正常运行总功耗为243W，待机功耗低于1W。

　　为了满足正常运行和待机功耗的要求，我们采取的策略是将整个功率系统分成两个子系统：一个是支持正常运行的主电源子系统，另一个是支持待机的辅助电源子系统 (见图1)。

　　● 待机状态

　　在待机状态下，主电源与交流电网断开。我们使用一个继电器及仅由飞兆半导体的FSDM311 型SMPS功率开关来构建的电源向逻辑模块供电。FSDM311采用高压启动开关技术和先进的突发模式运作来降低开关损耗，因此功耗很低。

　　● 正常运行状态

　　在正常运行状态下，器件的主电源由飞兆半导体FAN4800 PFC/PWM单芯片组合控制IC来构建，这IC使用了ZVS (零电压开关) 和ASHB (非对称半桥) 电路结构及利用FAN7382作为高边MOSFET的驱动电路来实现高效率，还采用专利的LEM (脉冲前沿调制) PFC/TEM (脉冲后沿调制) PWM同步技术以减小PFC和PWM部分之间储电容的纹波电流。结果使得器件的效率更高、体积更小。由于采用了这些技术，器件在85Vac状况下的总体效率超过85% (包括PFC部分)，因此能够满足客户的要求。

　　● PFC

　　FAN4800带有高性能的平均电流模式PFC控制模块，能满足PFC技术规范要求。该器件还有一个附加特性，其电流增益调制器具有很好的抗噪性能。

　　结论

　　大尺寸平板电视的发展为功率管理和节能带来了新的挑战。截至目前，许多管理机构都着重于待机状态的节能规范，又或刚开始处理正常工作模式下的节能问题。从节能的角度看，针对液晶电视和等离子电视，由于受尺寸所限及产生的热量相对较高，迫使市场需要高效率的解决方案，而不是受到现有的任何规范所推动。应用先进的体系架构和技术，如在正常运行模式和待机状态突发模式中采用ZVS及脉冲前沿/后沿调制技术的组合，是满足现代化电器对节能要求不可或缺的一环。