基于ICE2QS02G的液晶电视开关电源设计

1 引言：

　　2 液晶电视电源管理系统结构：

　　要提高LCD TV 开关电源的能效，很重要的方面是针对液晶电视电源管理系统的结构，分析功率损耗的来源，有针对性地采取措施来降低能耗。

　　通常液晶电视电源管理系统由电源单元、DC/AC 逆变器、信号处理系统这3 部分组成， 其典型结构如图1所示。电源单元由PFC 预调节器、主DC/DC 级和待机转换器组成，用于将交流输入电压（85~265 V）转换成较低的直流输出电压（24 V，12 V，5 V 和3.3 V），其中主DC/DC 级输出的24 V 或12 V 直流电压用于为背光逆变器和信号处理系统供电， 待机转换器输出的5 V 或3.3 V直流电压为待机部件和微控制器供电。DC/AC 逆变器负责将24 V 或12 V 直流电压转换成高交流电压（例如1 200 V 交流电压），为背光灯供电。信号处理系统用于控制和处理声音与图像信号。

　　根据安森美半导体有限公司（简称“安森美”）测算，LCD TV 开关电源的PFC 级损耗和主DC/DC 级损耗为LCD TV 开关电源的主要损耗， 其中PFC 级损耗约占电源总损耗的40%， 主DC/DC 级损耗约占电源总损耗的60%。为此，笔者将优化PFC 级和主DC/DC 级的设计，以降低二者的功耗，同时进行待机转换器的设计，以满足开关电源待机功耗应低于1 W 的全新功耗规范标准要求。

　　3 PFC 预调节器解决方案：

　　为了降低PFC 级的功耗， 实现PFC 级的能效提升目标，需要考虑拓扑结构和PFC 控制器的工作模式。从设计的复杂程度和电源解决方案的总成本等方面考虑，最佳解决方案是：拓扑结构为Boost 升压结构，PFC 控制器的工作模式为连续导通（CCM）模式。针对CCM 工作模式，PFC 控制器可选择安森美或英飞凌科技股份公司（简称“英飞凌”）提供的解决方案，均能使功率因数高于93%，满足ICE61000-3-2 标准要求。但是，若综合考虑性价比、可靠性和高功率因数等多种因素，选择安森美推出的PFC 控制器NCP165 4是更合理的解决方案。采用该控制器只需极少的外围元件， 这使得PFC 级的设计更加简洁。这种控制器工作功耗极低，可以满足提升PFC级能效的要求，同时它还具有快速瞬态响应、启动电流和关闭电流极低等特点，具有众多安全保护特性，如浪涌电流检测、过压保护、用于开环检测的欠压检测、软启动、精确的过流限制、真正的过载限制等。总之，它集成了构建紧凑而稳固的PFC 所需的所有特性。除控制器部分外，选择具有低导通电阻和低寄生电容的全新CP 系列Cool-MOS 开关管以及软恢复升压二极管也是提升效率的最佳选择。综上所述，LCD TV 开关电源中的PFC 转换器电路如图2 所示。