具有低空載待機(jī)功耗的ＬＣＤ顯示器電源

摘要：本文將針對(duì)一個(gè)使用Power Integrations TOP258PN產(chǎn)品設(shè)計(jì)的35W LCD顯示器電源為例，了解該設(shè)計(jì)是如何達(dá)到82％的滿載效率，并可幫助設(shè)計(jì)師滿足CEC2008對(duì)帶載效率及提議中能源之星2.0標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，該設(shè)計(jì)可降低空載及待機(jī)功耗。

關(guān)鍵詞：LCD顯示器電源；低空載；待機(jī)功耗；TOP258PN

電路描述

圖1所示的電源是一個(gè)通用輸入的反激式電源，輸出為35 W，采用了PI的TOP258PN器件。此電路典型的應(yīng)用包括LCD顯示器，但對(duì)于那些需要高效率雙輸出電源的應(yīng)用場(chǎng)合，此設(shè)計(jì)同樣適用。

AC輸入經(jīng)D1-D4整流、C4濾波然后連接到初級(jí)側(cè)功率元件(T1和U1)。EMI濾波由元件C1、C2、C3、L1、C7和C11提供。熱敏電阻RT1在交流上電時(shí)可以限制流入C4的浪涌電流。電阻R3和R4將額定欠壓(UV)鎖定和過(guò)壓(OV)關(guān)斷分別限制在103V和450 V。欠壓鎖定可防止電源在輸入低壓下出現(xiàn)過(guò)熱情況，并可消除在通電和斷電時(shí)的電壓擾動(dòng)。過(guò)壓關(guān)斷防止電源出現(xiàn)輸入浪涌和電壓增大的情況。

齊納二極管VR2和電阻R5形成了一個(gè)可選的鎖存輸出過(guò)壓保護(hù)(OVP)電路。輸出端電壓的增加同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致C10上的偏置繞組輸出端電壓的增加。齊納二極管VR2將擊穿，電流將流入ICU1的多功能(M)引腳，從而啟動(dòng)遲滯過(guò)壓關(guān)斷保護(hù)。關(guān)斷鎖存與否取決于R5的值。

CEC標(biāo)準(zhǔn)要求電源分別在其額定負(fù)載的25％、50％、75％及100％時(shí)達(dá)到一個(gè)高的平均效率。此外，CEC及能源之星要求低的待機(jī)及空載功耗。TOPSwitch-HX產(chǎn)品使用了成熟的控制方案，可確保電源在所有負(fù)載下的高效率，并不增加電源額外的成本，可滿足如上節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求。TOPSwitch.HX(U1使用的是TOP258PN)使用了多模式開關(guān)拓?fù)浼夹g(shù)，并且不同的控制方案間可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫轉(zhuǎn)換，可在任何負(fù)載下優(yōu)化效率。在高負(fù)載下，使用固定頻率的PWM控制方式；隨著負(fù)載的降低，開關(guān)損耗變得更加重要，因此TOPSwitch-HX會(huì)進(jìn)入多頻率模式以維持高的效率；隨著負(fù)載的進(jìn)一步降低，為避免進(jìn)入噪音頻率波段，轉(zhuǎn)換器將進(jìn)入一個(gè)更低的固定頻率操作模式。最后在極低輸入功率下，TOPSwitch-HX將在多周期模式下工作，以確保在待機(jī)及空載下極低的功率損耗。多模式操作如圖2所示。

由于TOPSwitch-HX具有700 V BVDSS的擊穿電壓，因此可選擇變壓器匝數(shù)比(VOR)，從而在12 V的輸出上選用低成本的60 V肖特二極管(D7)，而無(wú)需在初級(jí)電路上加上無(wú)法接受的反射電壓。

輸出電壓反饋來(lái)自兩路輸出以實(shí)現(xiàn)更好的交壓穩(wěn)壓。電容C19和電阻R14形成相位提升網(wǎng)絡(luò)，提供額外的相位裕量，以確保穩(wěn)定的工作電壓和改善的瞬態(tài)響應(yīng)。反饋電流通過(guò)U2饋入到U1的控制引腳，這樣可以確定占空比，從而提供輸出穩(wěn)壓。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

選擇二極管D1和D3作為快速二極管，實(shí)現(xiàn)更好的EMI性能。如果需要鎖存過(guò)壓保護(hù)功能，則應(yīng)將R5的值降低到20Ω。將RCD箝位(R6、R7、C6和D5)設(shè)計(jì)為正常工作模式，使輕載時(shí)的效率達(dá)到最高。齊納二極管VR1提供預(yù)設(shè)的最大箝位電壓，通常在出現(xiàn)負(fù)載瞬態(tài)或過(guò)載時(shí)導(dǎo)通。次級(jí)側(cè)緩沖器(R11、C12、R12和C16)降低高頻次級(jí)二極管振蕩和改善高頻傳導(dǎo)EMI。二級(jí)濾波器(L2/C15和L3/C18)將各輸出電壓的輸出噪音和紋波降低到＜±1％。在三線制輸入的系統(tǒng)中，將Y電容(C1、C2)放置在相線/中線與地線之間，以降低共模EMI。軟結(jié)束電容C20確保在啟動(dòng)時(shí)無(wú)輸出過(guò)沖。啟動(dòng)后，二極管D9將此電容隔離在反饋環(huán)路之外，電阻R16為此電容放電到5V負(fù)載提供了路徑。當(dāng)5V輸出電壓有負(fù)載，而同時(shí)12 V輸出無(wú)負(fù)載的情況下，電阻R19和VR3可提高交叉穩(wěn)壓。

結(jié)語(yǔ)

此LCD顯示器電源電路使用的元件數(shù)目少，效率高。其可實(shí)現(xiàn)滿載效率＞82％并符合CEC/能源之星2008的對(duì)待機(jī)及工作模式效率的要求。該電路的輸出功率為35 w，在50℃環(huán)境下工作時(shí)無(wú)需外接散熱片。輸入功率＜1 w時(shí)，待機(jī)輸出功率為0.55W。在265 V交流輸入時(shí)的空載功耗＜300 mW。集成的安全及可靠特性包括精確的、自動(dòng)恢復(fù)且具有遲滯特性的過(guò)熱關(guān)斷功能。在輸出短路及反饋環(huán)路開環(huán)時(shí)進(jìn)入到自動(dòng)重啟動(dòng)，并可滿足EN55022及CISPR-22 Class B對(duì)傳導(dǎo)EMI的限制，具有＞10 dBuV的容量。