中大尺寸液晶电视AC-DC电源架搆及最新LED背光解决方案

在市场规模迅速扩大的同时，在规范 标准及绿色产品的压力下，液晶电视的工作及待机能耗也越来越低。如“能源之星”4.0版规范及5.0版规 范相继将于2010年5月及2012年5月生效，其中5.0版要 求萤幕对角尺寸32寸、42寸和60寸的平板电视平均工作能耗从4.0版不超过78 W、115 W和210 W， 下降到不超过55 W、81 W和108 W，相当于两年时间内降低能耗约50%。

在液晶电视的总能耗中，统计显示， 背光所消耗的电能比例高达2/3。故液晶电视的另一项重要趋势是采用新技术 来提升背光及面板效能，降低能耗。在液晶电视背光源方面，目 前冷阴极萤光灯(CCFL)背光源占据支配地位，但此技术不 但能耗高，且包含剧毒物质汞不利于环保，灯管呈条型或U型，使用寿命短；相较而言，新兴的发光二极体(LED)背光耗电量更小，不含汞，尺寸更易于配置为更均匀的背光，使用寿命更长，故LED背光在液晶电视中极具应用潜力。据统计，2009年采用LED背光源的液晶电视比例 为3%，预计未来几年此一比例将迅速提高，到2014年将达到50%，完全可与CCFL背光分庭抗礼，并进一步取代CCFL背光。

液晶电视电源包含功率因数校正 (PFC)、讯号电源、背光电源及ECO待机等多个组成部分，不同部分往往包含不同的架构可供选择，参见图1。以PFC段为例，可以选择如临 界导电模式(CrM)、连续导电模式(CCM)或交错式频率钳位临界导电模式(FCCrM)等不同的PFC控 制器。选择何种电源 架构，需结合应用的萤幕尺寸、功率等级及背光源等因素。另外，作为重要卖点的纤薄设计也影响着电源方案的选择。

图1： 液晶电视电源架构多种多样

1)采用CCFL背光 源的32英寸液晶电视电源架构

例如，目前市场上销量最大的是32寸液晶电视。在这类液晶电视中，采用标准24 V逆变器电源的方案在市场上仍占多数，但新兴的高压液晶电视整合电源(HV-LIPS)的应用也不断增多，总体上呈现出并存的态势。采用标准24 V逆变器的传统液晶电视在接受110/220 Vac市电输入后，经过整流、PFC及滤波，转换为200/400 Vdc的直 流高压。由于传统高压逆变器的输入电压要求是24 Vdc，故PFC的 输出电压200/400 Vdc会经过降压 转 换，产生多路输出电压，其中一路24 Vdc电压提供给高压逆变器，再 经过DC-AC转换为超过1,000 V甚至达2,000 V的交流高压，去驱动液晶面板的CCFL阵列。安森美半导体为这类传统液晶电视推出了220 W液晶电视电源GreenPoint®参考设计，其 中采用的关键元器件包括NCP1606 CrM PFC控制器、NCP1396谐振半桥控制器及NCP1027待机控制器等。

与这种采用标准24 V逆变器架构的传统电源不同，高压LIPS方案将AC-DC、DC-DC和逆变器结合在同一块电路板上，在获得200/400 Vdc的PFC输出 后，会直接将此输出电压作为 逆变器的输入，再通过DC-AC转换为驱动CCFL阵列所需的超过1,000 Vac甚至达2,000 Vac的高压，这就消除了24 V转换段，减少大量功率损耗及降低底盘发热量，提升系统总效能，并降低系统成本，更符合“能源之星”等相 关效能规范。

图2： 安森美半导体32英寸高压LIPS液 晶电视电源GreenPoint参考 设计功能方块图

针对高压LIPS架构的液晶电视需求，安森美半导体与Microsemi公司合作，推出了用于32寸液晶电视的高压LIPS参考设计。这参考 设计采用简单直接的CrM PFC段，且无额外待机开关电源，性价比极高。此 参考设计采用了安森美半导体的NCP1607 PFC控制器、NCP1351或NCP1219带 低待机能耗模式的 反激转换控制器，以及Microsemi的LX6503背光控制器等关键IC。 此完整液晶电视LIPS电源参考设计功能方 块图见图2。

此参考设计架构具有高度的弹性，只 需对原理图及所用元件作出极小改动即可支持多种电压/电流配置。而且由于使用了采用零电压开关全桥拓扑结构的进阶背光控制器，逆变器电源能够轻易地扩展，支 持26寸到42寸的多种液晶电视尺寸。客户利用这高效能先进参考设计，可缩短开发周期，加快产品上市进程。

2) 46寸液 晶电视电源架构

安森美半导体还针对更高功率的液晶 电视推出了46寸液晶电视电源参考，此电源参考适合任何类型的背光方案，能扩展支 持40/42寸或52/55寸液晶电视，参见图3。

此电源参考采用的关键安森美半导体 IC包括新的交错式FCCrM PFC器NCP1631、带谷底锁定功能的新NCP1379准谐振反激转换控制器或NCP1252固定频率脉冲宽调变(PWM)控制器、NCP1053A高效能、低待机能耗开关电源，用于仅关注电源段的性能主导型项目。在第 一阶段，此电源参考的电路板高度低 于13 mm，液晶电视总高度低于17.5 mm；后续第二阶段还将使电路板高度降到低于8 mm，总高度低于12.5 mm。

在纤薄设计成为液晶电视重要卖点的 当今，电源设计面临更严格的挑战，如需要使用低高度的变压器、线圈或散热片，及将多个部件串联或对水平安装等。就PFC控制器而言，尽管安森美半导体的NCP1606或NCP1654等已经可以将 电路板高度降到很低，但要支持更低厚度的液晶电视设计，则可以采用安森美半导体新的单芯片交错式PFC控制器NCP1631，用于高达300 W功率应用，同时也提供140至264 Vac的 窄电压范围版本，用于 功率大于200 W及 注重纤薄设计的应用。

图3： 安森美半导体46寸液晶电视电源参考功能方 块图

在讯号电源方面，如上所述，采用的 是新的NCP1379准谐振反激转换控制器或NCP1252固定频率反激控制器。其中，NCP1379最大功率达70 W(32寸设计为50 W)，最多提供3路 输出电压能力(与32寸相当)，最大输出电流为4 A。NCP1379提供可变频率模式，用于 超低待机能耗模式，在宽功率范围内保持高效能。NCP1252提供50 kHz的固定频率PWM，支持自然的CCM，为多路输出方案改善 电流因数及变压器耦合/交叉稳压。

而在待机电源方面，有两种方案，一 种是专用ECO待机开关电源，采用整合高压开关稳压器NCP1053A，非常适合最大功率小于5 W的小型专用待机电视微处理器，提供低于90 mW的极低待机能耗。此元件带磁滞模式，提升ECO性能，开关频率及IC功率消耗更低；低频模式支持DCM模式，降低开关损耗；电流受限，减少可能的噪音问 题。另一种方案是采用待机继电器，由电视机微处理器直接 控制(待机/导通)，并提供 可选的ECO“导通/关闭开关”，在230 Vac条件下空载输入能耗低于20 mW。

3) 46寸液晶电视参电源考背光方案

46寸液晶电视参考电源适合任意类型的背光方案，包括单独及专用的背光方案。例如，提供高压LIPS用于CCFL/EEFL背光，其 中采用2个高端驱动器NCP5111及Microsemi背光控制 器。也可采用新的NCP1397准谐振反激转换器或CAT4026侧光式LED驱动器(详见后文)，提供高直流输出电压半桥LLC，用于LED背 光驱动器。还可采用 已获市场证明的NCP1392/NCP1392控制器，用于 传统的24 V逆变器方案，为CCFL背光供电。而为了适应等离子电视(PDP)应用，也可采用NCP1397控制器，并增 加降压或升压转换器。

其中，在CCFL/EEFL背光的46寸LIPS逆变器方面，所采用的安森美半导体NCP5111高端驱动器能够提升效能及减小全桥500 V功 率MOSFET的尺寸，且在修改高压变压 器设计条件下，电路板上高度低于13 mm，从而支援低厚度设计。

图4： 安森美半导体46寸侧光式液晶电视背光方案(见黄色背景部分)

而在LED背光方面，市场上常见的背光单元包括侧光式及直下式两 种类型，各有其优势和不足；但相对而言，侧光式LED背光提供高于90%的效能，在市场上备受 欢迎。而在46寸电源参考的侧光式LED背光单元方面，可以采用的安森美半导体关键IC包括带高端驱动器的NCP1397初级侧控制器，以及新的6通道线性LED驱 动器控制器CAT4026，适合超薄液晶电视设计(电路板上高度低于8 mm，总高度低于12.5 mm)，参见图4。

其中，NCP1397作为LLC段控制器，在背光应用中提供众多 优势，如不需要驱动器变压器，带来成本及安装优 势；又如简单应用跳周期模式，适合调光所需；以及简单应 用过渡保护，帮助节 省成本 等。故NCP1397是高性价比及高安全性的方案。

另一方面，市场上现有的6通道侧光式LED驱动器背光方案中，各通道均含专用驱动器IC、电感型DC-DC升压转换器及开关；相较而言，安森美半导体的CAT4026作为多通道LED线性驱动器，以单颗IC支 持6通道，且易于分级为多达12个或18个通道(相应采用2个或3个控制 器)，是一种高性价比的方案，目 标效能高于90%，典型效能达94%。此外，此驱动器还提供正向电压监测功能，可以限制总体功率耗散；还能应用LED开路及过多LED短路等不同LED串故障。

总结

本文分析了液晶电视的市场及技术发 展趋势，介绍了安森美半导体完整的液晶电视电源方案，包括用于32寸且可扩展支持26到42寸的传统及高压LIPS液晶电视的电源参考设计，适合任何背光型的46寸且可扩展到40到55寸应用的电源参考设计，以及46寸 侧光式LED背光电源方案。这些参 考设计具有高效能、高灵活性等优势，适合纤薄及超薄的液 晶电视设计，并提供极大的协同优势，便于复用方案，帮助客户加速设计进程，加快产品上市。

参考资料：

1、 《液晶电视AC-DC电源架构及LED背光》，www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/LCD - AC-DC LCD TV%20Power Architecture -%20bilingual.rev1.pdf，安森美半导体

2、 《180 W高 压LIPS液晶 电视电源GreenPoint®参考设计》，www.onsemi.com/pub/Collateral/TND360-D.PDF，安森美半导体