采用NCP1927組合控制器開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源

近年來，平板電視的發(fā)展非常迅速，而中國平板電視市場經(jīng)過連續(xù)數(shù)年的快速增長現(xiàn)已進入成熟期。得益于銷售價格的回落，3D、智能、互聯(lián)網(wǎng)電視市場的顯著增長，并隨著三網(wǎng)融合的推進，預計IPTV、互動數(shù)字電視、智能互聯(lián)網(wǎng)電視業(yè)務(wù)的用戶數(shù)量將在幾年內(nèi)都達到千萬級規(guī)模。這同時預示著，用于平板電視的高效且功能強大的開關(guān)電源需求也在顯著增加。

安森美半導體提供的NCP1927功率因數(shù)校正(PFC)及反激組合控制器電源管理芯片，能夠用于開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源，配合纖薄平板電視設(shè)計潮流及幫助推動節(jié)能降耗。

配合平板電視開關(guān)電源設(shè)計要求

從行業(yè)的發(fā)展來看，CRT向平板電視的轉(zhuǎn)變意味著能源消耗的增加。以液晶電視為例，液晶屏本身不發(fā)光，必須要用后面無數(shù)的燈管（背光模組）均勻照亮整個熒屏，再通過信號和液晶物質(zhì)的流動顯示出影像。要驅(qū)動這些燈管，并且讓熒屏保持較高的亮度和分布，就需要消耗大量的電力。

在國內(nèi)，目前彩電行業(yè)沿用的節(jié)能標準是《彩色電視廣播接收機能效限定值及節(jié)能評價值》，該標準只要求達到待機狀態(tài)下的節(jié)能要求。然而工作(開機)能耗才是決定平板電視耗電量的主導因素。因為沒有相關(guān)標準，也就難以衡量平板電視真正的能耗水平。因此，人們關(guān)注的焦點是如何開發(fā)更具能源效率的電源設(shè)計，同時還要滿足外型、成本方面的要求。

以研發(fā)緊湊及高能效方案著稱的安森美半導體提供的NCP1927集成的PFC控制器采用臨界導電模式(CrM)工作時可實現(xiàn)接近1的功率因數(shù)，包含了構(gòu)建強固及緊湊PFC段所需的全部特性，且將外部元器件數(shù)量減至了最少。該器件集成的固定頻率電流模式反激控制器采用專有的“軟跳周期(Soft-SkipTM)”待機模式，且結(jié)合輕載時的頻率反走功能，提供了極低的待機能耗。

安森美半導體的PFC及反激組合控制器NCP1927功能詳解

NCP1927是集成了臨界導電模式功率因數(shù)校正及反激控制器和時序電路的組合控制器，適合開發(fā)緊湊的高能效平板電視電源。其獨特特性包括逆變器啟用引腳、進入待機狀態(tài)控制引腳、頻率反走及軟跳周期，體現(xiàn)了通知背光逆變器PFC輸出已就緒、關(guān)閉PFC控制器，以及完整負載范圍內(nèi)的高能效優(yōu)勢。

NCP1927還具有其它特性，如極低啟動電流消耗(最大值<20 μA)、包含關(guān)閉IC的關(guān)閉引腳、快速主電源/負載瞬態(tài)補償、可編程PFC過壓/欠壓保護、帶內(nèi)置斜坡補償?shù)?5 kHz固定頻率、削弱EMI信號的頻率抖動特性、帶自動恢復的基于定時器的過流保護，以及提供針對繞組短路的保護、4 ms軟啟動等。

·簡化系統(tǒng)設(shè)計：NCP1927設(shè)計適用于背光逆變器采用PFC段供電而信號處理及音頻放大器采用反激段供電的系統(tǒng)。從圖1的NCP1927框圖中看到，在電壓高于1 V時，NCP1927可關(guān)閉PFC及反激電路；拉高時PFC啟用；在PFC就緒時通知背光逆變器導通。這樣，NCP1927就為平板電視電源提供了一個簡單、緊湊及可靠的方案。

圖1：NCP1927框圖

·啟動序列/待機/啟用逆變器：圖2是NCP1927的啟動序列，其順序是VCC充電直至VCC(on)、反激段啟用、反激段到達穩(wěn)壓狀態(tài)、PFC段啟用、PFC段到達穩(wěn)壓狀態(tài)、逆變器啟用。

圖2：NCP1927的啟動序列

當GTS(進入待機，Go To Standby)引腳電壓降至低于VSTANDBY時，PFC關(guān)閉，且保持待機狀態(tài)，直至電壓增加到高于VSTANDBY+VSTANDBY(HYS)。PFC可以通過反激電路FB引腳自動關(guān)閉，或以光耦直接控制，如圖3所示，方法1是根據(jù)反激段FB引腳電壓來觸發(fā)GTS；方法2是使用次級端信號來觸發(fā)GTS。

圖3：進入待機的兩種方法

·啟用逆變器：NCP1927監(jiān)測PFC誤差放大器電流，一旦此電流降低至0 μA，就會通知逆變器導通。如圖4(a)所示；當PFC處于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)壓時，IENABLE引腳提供5 V輸出。如圖4(b)所示。

圖4：啟用引腳序列

·輕載能效特性：NCP1927提供三種工作模式：第一種是正常的65 kHz固定頻率工作；第二種是頻率反走，即在輕載時振蕩器頻率線性降低至26 kHz；第三種是輕載時軟跳周期模式，即驅(qū)動停止，跳開關(guān)周期。這三種工作模式結(jié)合在一起，優(yōu)化完整負載范圍內(nèi)的能效。

圖5：VFFB下降時的開關(guān)頻率

反激段軟跳周期模式：圖6給出了電壓模式到電流模式工作的過程。FB信號與內(nèi)置斜坡信號比較；內(nèi)置斜坡信號允許在電流模式控制開始前出現(xiàn)一些短脈沖。在該模式下VFFB上升時，驅(qū)動器又開始開關(guān)，占空比逐漸從0%上升。該模式可降低可聽噪聲風險，同時支持在鉗位網(wǎng)絡(luò)中使用廉價變壓器及電容。

圖6：軟跳架構(gòu)的跳周期

·PFC跳周期模式：在該模式下，Pcontrol電壓降至低于可編程跳周期電平時，PFC停止開關(guān)；在穩(wěn)壓電壓自然地回升至高于跳周期電平時(增加了延遲特性)，PFC恢復開關(guān)。跳周期電平用RPSKIP來調(diào)節(jié)，見圖7。

圖7：PSKIP引腳電路

保護特性：在PFC段，有過流保護(OCP)、過壓保護(OVP)、欠壓保護(UVP)功能；在反激段，有過載保護(帶80 ms故障定時器)、繞組短路保護和過熱關(guān)閉。器件設(shè)有PFC過壓保護(OVP)及欠壓保護(UVP)專用引腳。在出現(xiàn)浮動引腳時，IUVP電流源激活UVP，見圖8。帶專用POVUV引腳的雙反饋配置提供更高的安全等級，即使雙反饋配置中某個故障，也可確保提供保護。

圖8：POVUV引腳框圖

故障管理：即VCC斷續(xù)(Hiccup)功能。在非閂鎖故障(關(guān)閉模式、過熱關(guān)閉及反激過載)條件下，門驅(qū)動器關(guān)閉，內(nèi)部IC電流功耗導致VCC降低至VCCOFF。一旦VCC上升至VCCON，故障復位，IC電流消耗降至啟動電流電平，使器件重啟。

圖9：VCC斷續(xù)時的VCC

NCP1927控制器具體應(yīng)用

圖10是使用NCP1927的140 W液晶電視的開關(guān)電源的實物照片。其輸出1為390 V，250 mA；輸出2為5 V，2 A；輸出3為12 V，2.5 A。平均能效大于82%；滿載能效大于85%；空載輸入功率小于150 mW；功率因數(shù)大于0.95；啟動時間小于2秒。圖11是其電路圖。

圖10：140 W液晶電視開關(guān)電源實物照片

圖11：140 W液晶電視電路圖

從圖12、13、14中可以分別看出140 W液晶電視的待機能耗小于50 mW，輕載能效極佳；平均能效及滿載能效很高；功率因數(shù)超越了要求，令人滿意。

圖12：空載能耗

圖13：能效

圖14：功率因數(shù)

結(jié)論

安森美半導體的NCP1927提供緊湊及強固的平板電視電源所需的所有特性，由于采用了專用逆變器啟用、PFC關(guān)閉(GTS)及關(guān)閉控制，大幅簡化了系統(tǒng)設(shè)計；頻率反走、反激段軟跳周期及PFC跳周期模式優(yōu)化了能效。它同時提供了包括過載保護及專用欠壓和過壓保護引腳等強固的保護特性，是開發(fā)緊湊及高能效平板電視開關(guān)電源不可多得的理想器件。