大屏及8K電視3DR高效節能技術應用

胡向峰 楊寄桃

摘 要：針對大屏及8K電視屏體玻璃透過率低、T-CON功率及模組功率大等問題，提出一種高效電源3DR技術新架構，與傳統升壓（boost）或降壓（buck）背光恒流架構相比，具有背光電路轉換效率高、匹配性及通用性強、系統成本低等特點，適合于匹配大屏及8K電視背光模組，同時對還可推廣至其他顯示領域，如商業顯示、廣告機及戶外大屏，具有重要的借鑒和參考意義。

關鍵詞：大屏及8K電視；高效節能；3DR

0 引言

近年來，隨著顯示技術的日益發展，以及國家大力推進消費升級和數字化轉型，大屏化和8K顯示技術已成為電視的發展趨勢，越來越受消費者的青睞！但是，目前大屏以及8K模組存在功率大、整機能耗高的問題，不符合節能減排、綠色環保的理念，亟待攻關解決。

針對匹配大屏及8K電視，若采用傳統電源架構，如升壓（boost）或降壓（buck）拓撲[1]，電源及背光電路需經兩級能量轉換，且由于通道數多、燈條電壓高、燈條電流大，使得傳統電路效率低，系統極其復雜，恒流模塊器件多、成本高，不利于大屏及8K電視的普及和推廣。同時，隨著國家倡導的“碳達峰”、“碳中和”觀念的不斷深入，降低大屏及8K電視能耗也成為電視發展的必然趨勢。因此，在研究如何匹配大屏及8K電視的電源及恒流系統基礎上，提出一種雙直驅式諧振網絡（dual-direct-driver resonance）技術，簡稱3DR技術，大大提高了大屏及8K電視背光轉換效率，降低整機能耗和系統成本，同時在TV行業內積極倡導節能減排、綠色環保理念，具有極大的經濟和社會效益。

1 傳統技術方案

在LED電視及顯示行業，傳統采用升壓（boost）或降壓（buck）恒流驅動方式匹配背光模組燈條。電源系統經過AC/DC轉換后輸出DC電壓，DC電壓再經過降壓或升壓電路實現LED燈條所需的燈條電壓，同時與系統匹配實現恒流輸出。不論是升壓（boost）還是降壓（buck）恒流系統，從交流輸入到LED燈條均需經兩級能量轉換[2]，以應用較多的升壓拓撲為例，如圖1a所示。

采用傳統技術方案匹配8CH大屏及8K電視，電源系統架構如圖1b所示。從圖1b可以看出，傳統電源架構經兩級能量轉換，匹配8CH屏體，需8路獨立的恒流驅動電路，效率低，系統復雜，恒流模塊器件多，系統成本高。為了簡化電源架構，提高電源及恒流的轉換效率，降低整機功耗和系統成本，提出一種3DR技術新架構，可大大提高大屏及8K電視背光轉換效率，降低整機功耗和系統成本。

2 3DR技術

3DR技術是針對目前大屏及8K電視的背光模組燈條匹配提高背光轉換效率的一種新的電源及恒流架構系統技術，其包含2個關鍵技術：3DR半周期分流技術，3DR通道倍增技術，分別說明如下。

2.1 3DR半周期分流技術

AC接通系統后，燈條分配網絡通過諧振網絡半周期分流技術將橋式整流的正負半周（t1、t2）分成兩組電流通道，形成兩個燈條并聯輸出，如圖2a紅色和藍色電流通路所示。采用電容均流技術確保每組燈條電流相等，使在燈條電壓不等的情況下也能實現均流，從而實現模組背光燈條對稱或非對稱設計。

2.2 3DR通道倍增技術

當大屏及8K電視背光模組燈條通道數增加時，通過燈條正負壓通道倍增技術將兩組并聯燈條變換成兩組正負壓串聯燈條，最終形成兩并兩串的四通道設計，如圖2b所示。通過模塊級聯方式靈活實現通道的擴展，以滿足大屏及8K模組背光燈條多通道設計的要求。

2.3 3DR技術應用

由于大屏及8K電視屏體玻璃透過率低、T-CON功率大，模組功率較普通產品增加約30%。在整機系統中，特別是大屏及8K電視，模組功耗占比達到80%以上，為了降低整機功耗，需要提升模組背光電路的轉換效率。以匹配8CH大屏及8K電視為例，3DR新系統架構原理如圖3所示。

從圖3a和3b可以看出，3DR技術省去了背光轉換電路，省去一級能量轉換，由燈條分配網絡直接給模組燈條供電，大大提高背光模組的轉換效率。根據3DR技術原理，模組燈條可選擇諧振網絡和諧振網絡匹配不同燈條通道的模組，同時，諧振網絡還可以分別匹配2CH或4CH的背光模組燈條，因此整個新系統架構可實現靈活匹配2/4/6/8CH背光模組燈條。且根據3DR技術原理，當背光模組燈條電壓不一致時，由于存在均流電容，如圖2b中的電容，可分擔燈條不對稱的壓差，因此，該架構也可直接匹配，實現燈條的對稱與非對稱設計。由于該系統省去一級電路轉換，恒流器件少，大大降低了電源及恒流系統成本。因此，基于3DR技術的高效節能諧振網絡是目前匹配大屏及8K電視的新的電源及恒流系統架構，應用性及可推廣性強。

3 3DR技術實驗結果

根據實際設計的一款86英寸8CH 8K LED電視電源及恒流，分別對傳統升壓恒流方案和3DR技術方案進行對比。

1）電源及恒流系統效率對比

P1為傳統升壓方案電源輸入功率，P2為3DR技術方案的電源輸入功率，數據對比如下。

2）測試條件

輸入：220 V AC，50 Hz，570 W（P1），515 W（P2）

輸出：①LED燈條電壓130.2 V（CH1/CH2/CH5/ CH6/CH7/CH8）和167.4 V（CH3/CH4）

②LED燈條電流360 mA

③+12 V/3 A，+20 V/1 A

3）實驗結果

從以上實際測試數據計算結果看，采用3DR技術方案相比普通方案電源轉換效率提高約8.6%，此外，該方案匹配的模組功率越大，整機功耗降低越大。

4）器件數對比

從表1可以看出，以86英寸（注：1英寸=2.54 cm） 8K電視（8CH）為例，電路元器件數量減少約30%。一方面節省了系統成本，另一方面節省的器件可有效減少對自然資源的損耗，實現節能降耗和綠色環保。

4 結束語

本文詳細介紹了3DR技術工作原理，對比了傳統技術方案與3DR技術電源及恒流架構的差異，并結合實際案例和應用，比較傳統拓撲架構和3DR技術架構背光系統的轉換效率和節省的器件數。實際結果顯示，以86英寸整機為例，效率提升約8.6%，節省器件數約上百個。該方案一方面通過提升整機效率實現節能降耗，另一方面通過節省電子元器件來減少對資源的損耗，實現真正的節能環保。同時，3DR技術可降低整機系統成本，大量推廣后可產生明顯的經濟和社會效益，此外，該技術的實施對大屏及8K電視的節能減排起著巨大推動作用。

參考文獻：

[1] 張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京：電子工業出版社，2004.

[2] WINDER S. LED驅動電路設計[M].謝運祥，王曉剛，譯.北京：人民郵電出版社，2009.

1085501705241