LED以及ACDC电源架构

现在大街上随处可见的LED显示屏，还有装饰用的LED彩灯以及LED车灯，处处可见LED灯的身影，LED已经融入到生活中的每一个角落。液晶电视电源包含功率因数校正(PFC)、信号电源、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，需结合应用的屏幕尺寸、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。

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英寸液晶电视。在这类液晶电视中，采用标准24V逆变器电源的方案在市场上仍占据多数，但新兴的高压液晶电视集成电源(HV-LIPS)的应用也在不断增多，总体上呈现出并存的态势。采用标准24V逆变器的传统液晶电视在接受110/220Vac市电输入后，经过整流、PFC及滤波，转换为200/400Vdc的直流高压。由于传统高压逆变器的输入电压要求是24Vdc，故PFC的输出电压200/400Vdc会经过降压转换，产生多路输出电压，其中一路24Vdc电压提供给高压逆变器，再经过DC-AC转换为超过1,000V甚至达2,000V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220W液晶电视电源GreenPoint®参考设计，其中采用的关键元器件包括NCP1606CrMPFC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24V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200/400Vdc的PFC输出后，会直接将这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1,000Vac甚至达2,000Vac的高压，这就消除了24V转换段，减少大量功率损耗及降低底盘发热量，提升系统总能效，并降低系统成本，还符合“能源之星”等相关能效规范。

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英寸液晶电视的比高压LIPS参考设计。这参考设计采用简单直接的CrMPFC段，且无额外待机开关电源，性价比极高。这参考设计采用了安森美半导体的NCP1607PFC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。

值得一提的，这参考设计架构具有高度的灵活性，而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先进背光控制器，逆变器电源能够轻易地扩展，支持26英寸到42英寸的多种液晶电视尺寸。客户利用这高能效先进参考设计，可缩短开发周期，加快产品上市进程。

2)46英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英寸液晶电视电源参考，这电源参考适合任何类型的背光方案，能扩展支持40/42英寸或52/55英寸液晶电视。

这电源参考采用的关键安森美半导体IC包括新的交错式FCCrMPFC器NCP1631、带谷底锁定功能的新NCP1379准谐振反激转换控制器或NCP1252固定频率脉宽调制(PWM)控制器、NCP1053A高能效、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，这电源参考的电路板高度低于13mm，液晶电视总高度低于17.5mm;后续第二阶段还将使电路板高度降到低于8mm，总高度低于12.5mm。

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300W功率应用，同时也提供140至264Vac的窄电压范围版本，用于功率大于200W及注重纤薄设计的应用。

在信号电源方面，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70W(32英寸设计为50W)，最多提供3路输出电压能力(与32英寸相当)，最大输出电流为4A。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能效。NCP1252提供50kHz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，采用集成高压开关稳压器NCP1053A，非常适合最大功率小于5W的小型心用待机电视微处理器，提供低于90mW的极低待机能耗。这器件带磁滞模式，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，减免可能的噪声问题。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230Vac条件下空载输入能耗低于20mW。

3)46英寸液晶电视参电源考背光方案

上述46英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24V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英寸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能效及减小全桥500V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13mm，从而支持低厚度设计。

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%的能效，在市场上备受欢迎。而在46英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8mm，总高度低于12.5mm)。

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;相比较而言，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，目标能效高于90%，典型能效达94%。此外，这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。现在的LED灯或许会有一些问题，但是我们相信随着科学技术的快速发展，在我们科研人员的努力下，这些问题终将呗解决，未来的LED一定是高效率，高质量的。