一种新型LED显示模组供电拓扑
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2 PFC调整电路和辅助开关电源模块
2．1 电源滤波和PFC调整电路
目前的PFC有两大类，一类为被动式PFC(也称无源PFC)，主要包括“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”两种；另一类为主动式PFC(也称有源式PFC)。主动式PFC电路由电感、电容及有源电子元器件(二极管、MOS管和PFC控制器等)组成，通过闭环控制电路调整输入电流的波形，并对电流电压间的相位差进行补偿。主动式PFC输出直流电压的纹波很小，不必采用大容量的滤波电容；并且主动式PFC可达到较高的功率因数(通常达98％以上)。
IECl000-3-2标准规定了PFC电路矫正后，从电网中吸收电流时产生的谐波失真的最小值，规定矫正后的电流近似为一个正弦波，且相位与输入市电一致。升压模式的电路结构拓扑非常巧妙地实现了PFC的矫正。如图3所示，输入电压的幅度和相位输入到PFC控制器的内部比较器的一个输入端，以此来控制进入L中的电流与输入电压相位同步；同时Bulk电容上的电压反馈输入，来控制PFC电路输出电压值；L、VD和SW组成了一个基本的升压电路，在L内产生一个相位跟随输入电压相位的三角波电流，三角波波形变化的电流在输入整流桥堆的滤波电容的滤波作用下，变成了一个正弦波电流：三角波的电流幅度受控制器的限流电阻的采样值的控制限制。因此，通过PFC电路校正后，从市电吸收的电
流近似为与输入电压同相位的正弦波形，可表示为：K×1．414xVacxsin(ωt)，其中，Kxl．414是常数，Vac是输入交流电压整流后电压振幅值，sin(ωt)是与输入电压同相变化的电流正弦函数。由此公式可知，矫正后的电流波形与输入电压一致，很好地矫正了电流谐波失真的问题。
因此，最新LED显示模组供电拓扑建议PFC矫正电路采用有源主动式矫正技术，如图3所示。有源矫正的电路(PFC部分)插在输入整流桥和电源变换供电电路之间。这种插入的预处理装置能提供恒定的电压输出，同时以正弦波的方式从市电网吸收电流。它实际上是一种升压变换的拓扑结构。当调整模块正常工作时，PFC矫正电路将输入市电电压升压到400 V左右，并将输出能量存储在大电容(Bulk)。本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/169149.htm
NCPl653为一款集成PFC调整控制器，其具有如下特点：兼容IECl000-3-2；连续导电模式(CCM)；平均电流模式或峰值电流模式可选；固定电压输出或跟随升压操作；极少的外围元件；固定开关频率；软启动；VCC低电压锁定(迟滞电压范围为8．7～13．25 V)；低电压保护或关闭；可编程过流保护：可编程最大功率限值；热保护(迟滞温度范围为120～150℃)；无铅封装。
采用NCPl653按照图3所示拓扑结构组成的PFC校正电路，在交流110 V输入情况之下的谐波失真与功耗、输出电压、输出电流、PF比值、谐波总失真率和变换效率的测量比较列表如表l所示。在220 V输入情况之下的谐波失真与功耗、输出电压、输出电流、PF比值、谐波总失真率和变换效率的测量比较列表如表2所示。
从测试数据来看。本文拓扑电路中的PFC部分可以在LED模组负载变化的情况下实现有效的谐波校正，达到很高的PF值。同时利用对NCP-l653电源引脚的控制，实现PFC电路的使能和电源旁路的功能：当电源引脚达到13．25 V时，PFC功能启动：当电源引脚供电低于8．7 V时，PFC功能停止，桥式整流后电压直接旁路输出到Bulk电容。
2．2 辅助开关电源的设计
LED显示模组里除了LED点阵模块外，还有扫描信号控制模块、各种检测电路模块和降温处理模块等，而且这些模块工作状态是常态的，显示屏点阵点亮时和熄灭时均可能在工作。所以这就要求其供电回路也是24 h供电。甚至有的系统设计采用电池作为断电时信号处理模块的备用电源。这里设计一个辅助电源为各个功能模块供电。
NCPl207控制器具有如下特点：内置700 V耐压的MOSFET，在接温25℃时导通电阻是5．8 Ω；电流模式的固定频率是65 kHz和100 kHz；固定峰值电流是800 mA；在低峰值电流进行Skip-Cycle的操作模式；内置电流源用于清洁、无功耗启动时序；具有短路保护的自动恢复的时基检测电路；辅助绕组的过电压自动恢复功能；可编程输入电压的低电压检测Brown-Out输入功能；可编程最大功率限制；内部频率用于提高EMI的信号；占空比扩展到80％；在无负载的输入待机功耗是85 mW@265 Vac；500 mW负载的输入待机功耗是715 mW@230 Vac；该器件是无铅封装。
由于扫描信号控制模块，各种检测电路模块等均是小信号处理电路，需要功耗小于15 W。从能量的变换效率和输入电压适应性考虑，建议采用电流模式、准谐振、反激式反馈型能量变换拓扑架构，并采用同步整流技术。以NCPl207控制器为例设计模组辅助电源模块如图4所示：1)该电源从Vbulk总线上吸收电能，直流电压范围为+120～+400 V；2)主开关管V02开通时，“变压器”初级绕组储存能量，V02关闭时，
将能量传送到次级绕组；3)初级的辅助绕组，一方面整流向NCPl207和PFC回路芯片供电，另一方向NCPl207的引脚提供一个退磁信号；4)电阻R4限制开关管导通的最大电流值；5)变压器次级输出电压+5 V是输出主回路，用于信号扫描模块的供电，采用同步整流的技术，从而减少了整流二极管的反向恢复损耗；6)变压器次级输出电压+12V是副输出回路，用于监控电路和其他功能模块的供电，同样采用同步整流的技术，减少了损耗；7)接收信号控制板来的控制信号通过光耦耦合到初级，用于控制NCPl653的+15 V的供电，实现控制PFC电路启动和关断的功能。
实际工程应用中，关断和开启PFC功能(通过改变给NCPl653供电来实现)具有重要意义。当LED显示屏仅仅在进行系统维护时，不需要LED点阵模块点亮时，可以关闭PFC矫正功能及分布式开关电源模块，从而达到节能的目的：在LED显示屏开启和关断时，可以接收控制系统开闭命令信号，实现整个LED显示屏的各个模组分时依次开启或关断，大大降低整个LED显示屏工程在开关机时的浪涌尖峰值，避免了对电网中设备的危险冲击。如图4中，VQ8的开断控制着PFC电路的开启和停止。
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