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液晶电视设计趋势 - 英飞凌面向液晶电视SMPS的整体解决方案

来源:英飞凌公司 作者:Mao Mingping2014年07月16日 10:26
[导读] 液晶电视设计趋势。

  5 液晶电视电源设计趋势

  5.1 液晶电视集成电源(LIPS)解决方案

  图2已经简要介绍了液晶电视的传统电源系统架构。电源单元是个AC/DC转换器,而DC/AC逆变器部分则被单独隔离开来。这个电源系统主要由三个系统块构成:首先是前端PFC预调节器;第二个是DC/DC级,负责将400V PFC输出电压转换成24V(12V)。第三个是DC/AC逆变器,负责将24V(12V)电压转换成高交流电压(如1200Vac),为背光灯供电。

  液晶电视

  图3. 液晶电视集成电源解决方案

    图3所示的LIPS解决方案省去了图2中所示的DC/DC级(400V/24V),400V PFC输出电压直接馈入后面的DC/AC逆变器,而且PFC级和DC/AC逆变器被集成在一个电源单元里面。LIPS方案中的DC/DC(400V/20V、12V、5V、3.3V)级的功率额定值要远远小于在传统液晶电视电源中的功率额定值。

  相对于传统的电源解决方案,LIPS解决方案的DC/AC逆变器由于具备更高的输入直流电压,因此能实现更高的能效;同时,DC/DC级的功率损耗也远远低于在传统解决方案中的功率损耗。因此,LIPS解决方案可实现更高的总能效。另外,由于减少了组件数量,因此降低了尺寸和成本(高达30%)。

  尽管如此,LIPS解决方案依然面临几个障碍:

  液晶电视面板供应商通常将面板的销售与逆变器电路板捆绑起来。因此,在这种情况下,面板供应商便成了逆变器架构决策者。SMPS厂商如果想开发LIPS解决方案,必须要按照面板供应商提供的规范设计逆变器。此外,必须重新调整电视机市场以往的价值链,电视机面板供应商不会轻易将他们的利润与电源供应商分享;

  目前存在一些有关背光灯电流平衡电路的专利,电源供应商必须与专利所有者协商,解决专利问题;

  不同的面板型号对逆变器有不同的要求,因此电源供应商必须采用不同逆变器规范设计LIPS电源,这大大增加了产品所需的研发成本。

  尽管LIPS面临上述的几个障碍,但由于具备较低的成本、简单的结构和更高的能效,LIPS解决方案依然成为了液晶电视电源的主要发展趋势。如今,LIPS解决方案正逐渐被越来越多的领先电源厂商和液晶电视厂商(例如三星、索尼、LG等)所采用。这些厂商有能力采购到LCD面板(不带逆变器电路板),所以他们在决定采用什么电源架构上具备了较高的决定权。在某些地区,例如在韩国,LIPS被相信将在今后若干年内占据主导地位。

  图3所示的LIPS解决方案和图2所示的传统解决方案相比,对原DC/DC级的输出功率要求大大降低;因此,可建议采用准谐振或固定频率反激式拓扑,用于执行DC/DC级功能,获得较高的性能价格比。

  5.2 待机输入功率要求

  如今,待机性能正日益成为液晶电视电源设计的关键要素。

  通常情况下,多数液晶电视厂商可完全接受100mW 的待机输入功率。此外,在一些典型的轻负载条件下也对输入功率提出了要求,例如当5V输出电压产生20mA电流时,输入功率应低于0.3W。

  为了满足日益严格的待机功率要求,LIPS解决方案中多路输出转换器(multi converter)和待机转换器(standby)可通过两个独立的转换器实现,例如多路输出转换器采用固定频率或准谐振反激式拓扑,而另一个固定频率反激式拓扑则用于实现待机转换器。

  5.3 液晶电视功率要求

  如今,消费者都越来越关注能源成本的飞速上涨。领先的液晶电视厂商也在持续不断地开发全新技术,进一步降低电视的总功率,同时确保电视图像质量与音质不受影响。

  例如,液晶电视领先厂商索尼推出了全新的“BRAVIA” JE1系列(KDL-32JE1)。该系列产品具备业界32英寸数字液晶电视最高的能效。通过改善背光灯光发射效率和光学膜的光传导效率,索尼实现了领先业界的能效,年功耗仅为86千瓦小时(这意味着平均功耗仅为53W),最大功耗不到89W。

  因此,建议采用准谐振反激式拓扑代替LLC,用于传递电源功率,原因是它能够在性能与成本之间取得更好的平衡。

  5.4 LED背光

  尽管CCFL作为背光源已经为电视产品服务了数十年,但LED等全新技术已向CCFL的主导地位发起挑战。实际上,几家领先的液晶电视厂商已经推出采用LED背光灯的液晶电视。LED背光灯相对于CCFL背光灯的优势概括如下:

  LED背光可调节亮度,改善黑电平(通过降低亮度),因此可提高整体对比度。这相对于原来的强制性方法是一种更加高效的方法。LCD面板供应商原来只能通过提高整体亮度来提升对比度。

  LED具备更宽的色域,达到超过100%的NTSC色域值,而CCFL仅能达到92%(最新进展)或 72%(传统)。

  LED液晶电视使用寿命是典型CCFL液晶电视使用寿命的两倍。CCFL的亮度会慢慢退化,使用寿命约为50,000小时。而LED在50,000小时的使用周期内亮度几乎不变,超过100,000小时后,亮度减半。

  LED背光液晶电视的电源系统架构

  图4. LED背光液晶电视的电源系统架构

   如图4所示,从CCFL到LED的变化不会对液晶电视的电源设计造成太大影响。LLC谐振转换器可用于执行主DC/DC功率级的功能,为LED驱动器电路、音频系统和系统电路板供电。同样,微控制器和待机部件也需要一个额外的DC/DC级供电。此外,该DC/DC级也可用来为音频系统和系统电路板供电。

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