例如，美國環保署(EPA) 2.0版“能源之星”外部電源規範(簡稱EPA 2.0)在1.1版基礎上進一步提高了效能要求(見表1)，其中L_n為額定輸出功率的自然對數。

表1：美國環保署“能源之星”外部電源的1.1及2.0版規範。

不同適配器的功率等級相差較大，而根據IEC61000-3-2等標準的要求，功率大於75 W的電源需要增加功率因數校正(PFC)，低於75 W則無此要求。本文着重討論功率低於75 W適配器滿足EPA 2.0新規範所需要的功能，以及能夠提供展示所需功能的安森美半導體高性能、高效能控制器。

滿足效能規範的途徑

要滿足上述規範對外部電源工作效能及待機能耗的要求，我們首先需要分析清楚損耗的來源。事實上，就工作時的損耗來說，主要包括兩個方面，分別是開關損耗和由泄漏電感導致的損耗，此兩類損耗分別可以用等式(1)和等式(2)來量化：

等式(1)

等式(2)

從此兩個等式中可以看出，要提升工作效能，有兩種途徑：一是降低開關頻率(F_SW)，即在輕載時採用頻率反走技術；二是降低關閉時的漏極電壓(V_{DRAIN(turn-off)})，相應地可以採用谷底開關技術。

而就待機模式而言，一個重要的損耗來源於啟動電路的靜態損耗，即啟動電阻持續地從大電容消耗電流，造成功率損耗。而降低啟動電路損耗的途徑有多種，如採用具有極低啟動電流的控制器、採用關斷時泄漏電流極低的整合啟動電流源，以及連接啟動電路至半波整流交流輸入等。

NCP1237/38/87/88控制器的關鍵功能

NCP1237、NCP1238、NCP1287和NCP1288是安森美半導體推出的新一代固定頻率脈衝寬調變(PWM)控制器，用於需要高性價比、可靠性、設計彈性和低待機能耗的應用，如筆記型電腦、LCD顯示器、遊戲機和印表機的交流-直流(AC-DC)適配器，以及DVD和機上盒(STB)等消費性電子應用。

此系列元件包含一系列關鍵功能，幫助提升適配器的效能及降低待機能耗。例如，一般控制器需要啟動電阻來從整流交流線路電壓啟動控制器，而在正常工作期間，此啟動電阻還持續消耗功率。相比較而言，NCP1237/38/87/88系列控制器內置啟動場效電晶體(FET)，此FET用作高壓電流源。輸入交流電壓施加在適配器上時，此電流源為控制器的V_CC電容供電。此高壓啟動電路在正常工作條件下關閉(此時由反激輔助繞組提供偏置電壓以省電)，消耗的功率極低；同時，控制器無需啟動電阻(參見圖1)，幫助降低待機能耗，減少元件數量及節省電路板空間。

圖1：帶啟動電阻與不帶啟動電阻(內置電壓啟動電流源)對比。

此系列控制器還採用輕載時頻率反走技術和跳周期模式，降低輕載時的開關頻率，從而提升效能；同時，開關頻率在25 kHz時鉗位，從而消除可聽噪聲。此外，此系列元件提供多種保護功能，如雙啟動電流電平、輸入欠壓及主電源過壓保護、過載保護、雙過渡保護閾值、軟啟動和閂鎖保護等。此系列元件還提供可選的動態自供電(DSS)功能，從而無需輔助繞組； 並內嵌斜坡補償，不需要外部設定。以NCP1238為例，此元件的典型應用電路圖如圖2所示。

圖2：NCP1238典型應用電路圖。

應用設計步驟及要點

1) 電源段設計

要在設計中應用NCP1237/38/87/88系列控制器，首先要設計電源段。由於功率小於75 W，此功率等級常見採用反激轉換器。相應地，需要計算出此反激轉換器相關元件參數，選擇好恰當的元件。例如，根據輸出電壓和輸出電流可以計算出輸出功率，再根據EPA相關標準來預估效能，結合輸出功率和效能來預估輸入功率，隨後可以計算出平均輸入電流，並計算出大電容值。有關電源段設計中電容、變壓器、電感和MOSFET等參數的詳細計算過程，參見參考資料(1)或(2)。

值得一提的是，在電源的次級端，可以考慮採用同步整流技術來顯著提升效能。在此方面，可以採用安森美半導體的NCP4302同步整流控制器。諸如適配器、充電器和機上盒等空間敏感型反激應用中使用NCP4302這樣的同步整流控制器，能夠顯著提升效能，而額外成本極低。NCP4302已經上市，新的NCP4303同步整流控制器也將於2010年上市。

2) 設定過載補償

過載補償(OPP)會影響初級峰值電流。我們可以根據相關公式計算出初級峰值電流，然後計算出過載補償電阻值(R_OPP)。安森美半導體已經創建過載補償電子設計表格，方便用戶恰當地選擇R_OPP及其對峰值電流(I_peak)、瞬態電流(I_TRAN)、輸出功率(P_out)及瞬態功率(P_TRAN)的影響。

3) 降低空載輸入能耗

在降低空載(待機)輸入能耗方面，除了採用前述內置啟動高壓電流源的無啟動電阻設計和NCP1237/38/87/88這樣的帶有頻率反走及跳周期模式的控制器，還可以採取其它眾多途徑或訣竅，如降低變壓器泄漏電感、不允許動態自供電工作、減小V_CC鉗位電阻值、降低開關損耗、優化鉗位電路、藉反饋電阻分壓器減小渦流、為所有負載電流設定穩定的工作、降低TL431偏置電路損耗、降低次級整流器及其緩沖器的損耗和不使用輸出電壓顯示LED等。

4) 磁學設計

磁性元件磁通密度應該以峰值電流來設計，並提供一些裕量(5%)，以防止飽和。另外，需要結合具體設計要求看是否需要100%的輸出電流，若不是，就減小磁芯尺寸。例如，假定最大輸出電流是3.5 A，但只在瞬態條件下需要此大電流，其長期的均方根(RMS)值僅1.75 A，負載係數僅為0.5(而非1)。設計人員減小磁芯尺寸後，就可以減小磁芯及銅損耗。變壓器磁芯尺寸、繞組設計及氣隙長度等計算同樣參見參考資料(1)或(2)。

5) 改善電磁干擾

在適配器設計中，交流線路濾波、二極管緩沖器、直流輸出濾波器、驅動器鉗位、鉗位環路和電源開關環路等可能會出現電磁干擾(EMI)，故改善EMI同樣是設計工程師面臨的重要任務。相應地可以採取一些設計技巧或方法，如所有帶射頻電流的開關環路的面積均應較小，以兩個扼流圈來分隔輸入交流濾波器以減小寄生電容耦合影響，以及關閉通過變壓器注入射頻電流的電路環路等。就二極管緩沖器而言，緩沖器電阻應當接近振鈴電路的特征阻抗，且緩沖器的RC(電阻電容)時間常數應當相對於開關周期較小，但與電壓上升時間相比應當較長。還可從電路板布線方面着手，進一步改善EMI。

典型65 W筆記型電腦適配器展示板效能測試結果

>安森美半導體以NCP1237控制器為基礎建構了一款典型65 W筆記型電腦適配器(輸出電壓為19 V)的展示板，並針對EPS 2.0版規範優化。相關效能測試結果見表2。

表2：搭載NCP1237的65 W筆記型電腦適配器工作效能及待機能耗測試結果。

需要指出的是，此效能測試結果是在長度為1.05米、銅截面積為0.75平方毫米的直流線纜上所測得的，更接近於真實世界中的效能測試結果。此展示板在115 Vac時的平均效能高達87.32，230 Vac時平均效能也達87.21%，均符合EPA 2.0工作模式的效能要求。從表2右側可以看出，此展示板在極輕載時也具有很高效能，且在空載(待機)模式下的能耗遠優於於EPA 2.0不高於0.5 W的規範要求。

總結

“能源之星”2.0版外部電源規範對筆記型電腦、LCD顯示器、印表機和機上盒等應用的工作效能和待機能耗提出了更高的要求。安森美半導體新的NCP1237/38/87/88系列控制器帶輕載時頻率反走和跳周期等重要功能，設計工程師能夠採用以搭載此系控制器的經典反激轉換器來滿足“能源之星”效能規範要求。搭載NCP1237的65 W適配器展示板效能測試結果顯示，平均效能高於87%，並有可能提供低於300 mW的空載(待機)能耗，且在整個電源設計中盡力減少功率浪費的條件下，能夠實現低於100 mW的空載能耗，滿足並超越“能源之星”的要求。

供稿：安森美半導體

参考资料：

1、《功率低於75 W、待機能耗極低的固定頻率適配器設計及應用》，www.onsemi.com/pub/Collateral/ADAP1%20-%20Fixed%20Frequency%20Adapter%20with%20Very%20Low%20Power%20Consumption%20-%20bilingual.rev0.pdf，安森美半導體<

2、Design and Implementation of a Fixed-Frequency Adapter with Very Low Power Consumption，www.onsemi.com/pub/Collateral/TND376-D.PDF，安森美半導體

3、www.psma.com，電源制造商協會效能數據庫

在市場規模迅速擴大的同時，在規範標準及綠色營銷的壓力下，液晶電視的工作及待機能耗也越來越低。如“能源之星”4.0版規範及5.0版規範相繼將於2010年5月及2012年5月生效，其中5.0版要求螢幕對角尺寸32吋、42吋和60吋的平板電視平均工作能耗從4.0版不超過78 W、115 W和210 W，下降到不超過55 W、81 W和108 W，相當於兩年時間內降低能耗約50%。

在液晶電視的總能耗中，統計顯示，背光所消耗的電能比例高達2/3。故液晶電視的另一項重要趨勢是採用新技術來提升背光及面板效能，降低能耗。在液晶電視背光源方面，目前冷陰極熒光燈(CCFL)背光源占據支配地位，但此技術不但能耗高，且包含劇毒物質汞不利於環保，燈管呈條型或U型，使用壽命短；相較而言，新興的發光二極體(LED)背光耗電量更小，不含汞，尺寸更易於配置為更均勻的背光，使用壽命更長，故LED背光在液晶電視中極具應用潛力。據統計，2009年採用LED背光源的液晶電視比例為3%，預計未來幾年此一比例將迅速提高，到2014年將達到50%，完全可與CCFL背光分庭抗禮，並進一步取代CCFL背光。

液晶電視電源包含功率因數校正(PFC)、訊號電源、背光電源及ECO待機等多個組成部分，不同部分往往包含不同的架搆可供選擇，參見圖1。以PFC段為例，可以選擇如臨界導電模式(CrM)、連續導電模式(CCM)或交錯式頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM)等不同的PFC控制器。選擇何種電源架搆，需結合應用的螢幕尺寸、功率等級及背光源等因素。另外，作為重要賣點的纖薄設計也影響着電源方案的選擇。

圖1：液晶電視電源架搆多種多樣

1) 採用CCFL背光源的32英寸液晶電視電源架搆

例如，目前市場上銷量最大的是32吋液晶電視。在這類液晶電視中，採用標準24 V逆變器電源的方案在市場上仍占多數，但新興的高壓液晶電視整合電源(HV-LIPS)的應用也不斷增多，總體上呈現出並存的態勢。採用標准24 V逆變器的傳統液晶電視在接受110/220 Vac市電輸入後，經過整流、PFC及濾波，轉換為200/400 Vdc的直流高壓。由於傳統高壓逆變器的輸入電壓要求是24 Vdc，故PFC的輸出電壓200/400 Vdc會經過降壓轉換，產生多路輸出電壓，其中一路24 Vdc電壓提供給高壓逆變器，再經過DC-AC轉換為超過1,000 V甚至達2,000 V的交流高壓，去驅動液晶面板的CCFL陣列。安森美半導體為這類傳統液晶電視推出了220 W液晶電視電源GreenPoint®參考設計，其中採用的關鍵元器件包括NCP1606 CrM PFC控制器、NCP1396諧振半橋控制器及NCP1027待機控制器等。

與這種採用標準24 V逆變器架搆的傳統電源不同，高壓LIPS方案將AC-DC、DC-DC和逆變器結合在同一塊電路板上，在獲得200/400 Vdc的PFC輸出後，會直接將此輸出電壓作為逆變器的輸入，再通過DC-AC轉換為驅動CCFL陣列所需的超過1,000 Vac甚至達2,000 Vac的高壓，這就消除了24 V轉換段，減少大量功率損耗及降低底盤發熱量，提升系統總效能，並降低系統成本，更符合“能源之星”等相關效能規範。

圖2：安森美半導體32英吋高壓LIPS液晶電視電源GreenPoint®參考設計功能方塊圖

針對高壓LIPS架搆的液晶電視需求，安森美半導體與Microsemi公司合作，推出了用於32吋液晶電視的高壓LIPS參考設計。這參考設計採用簡單直接的CrM PFC段，且無額外待機開關電源，性價比極高。此參考設計採用了安森美半導體的NCP1607 PFC控制器、NCP1351或NCP1219帶低待機能耗模式的反激轉換控制器，以及Microsemi的LX6503背光控制器等關鍵IC。此完整液晶電視LIPS電源參考設計功能方塊圖見圖2。

值得一提的，此參考設計架搆具有高度的彈性，只需對原理圖及所用元件作出極小改動即可支持多種電壓/電流配置。而且由於使用了採用零電壓開關全橋拓撲結搆的進階背光控制器，逆變器電源能夠輕易地擴展，支持26吋到42吋的多種液晶電視尺寸。客戶利用這高效能先進參考設計，可縮短開發周期，加快產品上市進程。

2) 46吋液晶電視電源架搆

安森美半導體還針對更高功率的液晶電視推出了46吋液晶電視電源參考，此電源參考適合任何類型的背光方案，能擴展支持40/42吋或52/55吋液晶電視，參見圖3。

此電源參考採用的關鍵安森美半導體IC包括新的交錯式FCCrM PFC器NCP1631、帶谷底鎖定功能的新NCP1379准諧振反激轉換控制器或NCP1252固定頻率脈衝寬調變(PWM)控制器、NCP1053A高效能、低待機能耗開關電源，用於僅關注電源段的性能主導型項目。在第一階段，此電源參考的電路板高度低於13 mm，液晶電視總高度低於17.5 mm；後續第二階段還將使電路板高度降到低於8 mm，總高度低於12.5 mm。

在纖薄設計成為液晶電視重要賣點的當今，電源設計面臨更嚴格的挑戰，如需要使用低高度的變壓器、線圈或散熱片，及將多個部件串聯或對水平安裝等。就PFC控制器而言，儘管安森美半導體的NCP1606或NCP1654等已經可以將電路板高度降到很低，但要支持更低厚度的液晶電視設計，則可以採用安森美半導體新的單芯片交錯式PFC控制器NCP1631，用於高達300 W功率應用，同時也提供140至264 Vac的窄電壓範圍版本，用於功率大於200 W及注重纖薄設計的應用。

圖3：安森美半導體46吋液晶電視電源參考功能方塊圖

在訊號電源方面，如上所述，採用的是新的NCP1379准諧振反激轉換控制器或NCP1252固定頻率反激控制器。其中，NCP1379最大功率達70 W(32吋設計為50 W)，最多提供3路輸出電壓能力(與32吋相當)，最大輸出電流為4 A。NCP1379提供可變頻率模式，用於超低待機能耗模式，在寬功率範圍內保持高效能。NCP1252提供50 kHz的固定頻率PWM，支持自然的CCM，為多路輸出方案改善電流因數及變壓器耦合/交叉穩壓。

而在待機電源方面，有兩種方案，一種是專用ECO待機開關電源，採用整合高壓開關穩壓器NCP1053A，非常適合最大功率小於5 W的小型專用待機電視微處理器，提供低於90 mW的極低待機能耗。此元件帶磁滯模式，提升ECO性能，開關頻率及IC功率消耗更低；低頻模式支持DCM模式，降低開關損耗；電流受限，減少可能的噪音問題。另一種方案是採用待機繼電器，由電視機微處理器直接控制(待機/導通)，並提供可選的ECO“導通/關閉開關”，在230 Vac條件下空載輸入能耗低於20 mW。

3) 46吋液晶電視參電源考背光方案

上述46吋液晶電視參考電源適合任意類型的背光方案，包括單獨及專用的背光方案。例如，提供高壓LIPS用於CCFL/EEFL背光，其中採用2個高端驅動器NCP5111及Microsemi背光控制器。也可採用新的NCP1397准諧振反激轉換器或CAT4026側光式LED驅動器(詳見後文)，提供高直流輸出電壓半橋LLC，用於LED背光驅動器。還可採用已獲市場證明的NCP1392/NCP1392控制器，用於傳統的24 V逆變器方案，為CCFL背光供電。而為了適應等離子電視(PDP)應用，也可採用NCP1397控制器，並增加降壓或升壓轉換器。

其中，在CCFL/EEFL背光的46吋LIPS逆變器方面，所採用的安森美半導體NCP5111高端驅動器能夠提升效能及減小全橋500 V功率MOSFET的尺寸，且在修改高壓變壓器設計條件下，電路板上高度低於13 mm，從而支持低厚度設計。

圖4：安森美半導體46吋側光式液晶電視背光方案(見黃色背景部分)

而在LED背光方面，市場上常見的背光單元包括側光式及直下式兩種類型，各有其優勢和不足；但相對而言，側光式LED背光提供高於90%的效能，在市場上備受歡迎。而在46吋電源參考的側光式LED背光單元方面，可以採用的安森美半導體關鍵IC包括帶高端驅動器的NCP1397初級側控制器，以及新的6通道線性LED驅動器控制器CAT4026，適合超薄液晶電視設計(電路板上高度低於8 mm，總高度低於12.5 mm)，參見圖4。

其中， NCP1397作為LLC段控制器，在背光應用中提供眾多優勢，如不需要驅動器變壓器，帶來成本及安裝優勢；又如簡單應用跳周期模式，適合調光所需；以及簡單應用過渡保護，幫助節省成本 等。故NCP1397是高性價比及高安全性的方案。

另一方面，市場上現有的6通道側光式LED驅動器背光方案中，各通道均含專用驅動器IC、電感型DC-DC升壓轉換器及開關；相較而言，安森美半導體的CAT4026作為多通道LED線性驅動器，以單顆IC支持6通道，且易於分級為多達12個或18個通道(相應採用2個或3個控制器)，是一種高性價比的方案，目標效能高於90%，典型效能達94%。此外，此驅動器還提供正向電壓監測功能，可以限制總體功率耗散；還能應用LED開路及過多LED短路等不同LED串故障。

總結

本文分析了液晶電視的市場及技術發展趨勢，介紹了安森美半導體完整的液晶電視電源方案，包括用於32吋且可擴展支持26到42吋的傳統及高壓LIPS液晶電視的電源參考設計，適合任何背光型的46吋且可擴展到40到55吋應用的電源參考設計，以及46吋側光式LED背光電源方案。這些參考設計具有高效能、高靈活性等優勢，適合纖薄及超薄的液晶電視設計，並提供極大的協同優勢，便於復用方案，幫助客戶加速設計進程，加快產品上市。

供稿：安森美半導體

參考資料：

1、《液晶電視AC-DC電源架搆及LED背光》，www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/LCD%20-%20AC-DC%20LCD%20TV%20Power%20Architecture%20-%20bilingual.rev1.pdf，安森美半導體

2、《180 W高壓LIPS液晶電視電源GreenPoint®參考設計》，www.onsemi.com/pub/Collateral/TND360-D.PDF，安森美半導體

此外，就當前的1 W暖白光功率LED的流明量而言，通常需要3到4顆LED來替代1個20 W白熾燈的光輸出。而要獲得可預期及匹配的亮度和色度，也需要以恆定電流驅動LED。從架構角度來說，降壓-升壓拓撲結構符合這個要求，但它不如標準降壓或升壓拓撲結構那樣常見。但理解透徹的話，降壓-升壓拓撲結構也可以為輸入電壓(Vin)與正向電壓(Vf)有交疊的高性價比HB-LED照明應用提供許多優勢。

參考設計概覽

本參考設計文檔介紹經過精心建構及測試的GreenPoint® 1 W至5 W LED驅動器方案，用於MR16 LED替代應用。此參考設計電路適合驅動多種照明應用中的HB-LED，但其尺寸和配置針對MR16 LED替代應用。這類配置常見於12 Vac/12 Vdc軌道照明應用、汽車應用、低壓交流景觀照明應用，以及工作照明應用，像是可能採用標準現成交流電壓牆式適配器供電的櫥櫃燈及檯燈。

這參考設計的一項關鍵考慮因素，是在12 Vac輸入條件下，跨輸入線路變化及輸出電壓變化，實現平坦的電流穩流。此參考設計電路基於安森美半導體的NCP3065而建構，工作頻率約為150 kHz，採用非隔離型配置。NCP3065是一款單片開關穩壓器，支援12 Vdc或12 Vac電源輸入，設計用於為HB-LED提供恆定電流。除了NCP3065，這項參考設計還結合了自動檢測電路。此參考設計的功能方塊圖如圖1所示。

圖1：安森美半導體用於MR16 LED替代應用的1 W至5 W LED驅動器GreenPoint®參考設計方塊圖。

基本電源拓撲結構

降壓-升壓轉換器的原理非常簡單。導通狀態時，輸入電壓源直接連接至電感(L)，從而在電感中聚集能量。在這個階段，電容C為輸出負載提供能量。關閉狀態時，電感通過輸出二極體連接至輸出負載及電容，從而傳輸能量給負載。

要注意的是這是一種反向(inverting)輸出，負輸出連接至LED的陽極，而正輸出連接至LED的陰極。另外，用示波器探頭來測量時，探頭的接地端並不接地。示波濾器將需要浮置(從交流牆式電源移除接地連接)，否則，接地環路/短路將導致元件關閉。

突發模式控制

基本控制環路包含235 mV內部參考、回饋比較器及2個設定優先(Set-Dominant) RS閂鎖。基本上，NCP3065支持功率FET在降壓-升壓段導通(switch ON)，這時回饋電壓降到低於參考電壓。而在Ct下降時，功率FET將無條件地強制關閉。

電阻R8(參見圖5)用於感測輸入電感電流，並提供給NCP3065的FB引腳。這應用產生關閉時間暫態(Ivalley)電感電流控制。只有在關閉時間電感電流穿過Vref閾值時，開關導通時間週期才能開始。

由於NCP3065控制器並不提供整合的脈衝寬調變(PWM)控制，僅利用一個比較器來跟蹤(trip)回饋點，因此，峰值負載電流與平均負載電流並不像降壓轉換器那樣直接成正比，而是符合下列公式：

其中，Ivalley是最低電感電流點。將平均電流(Iave)與輸入電壓(Vin)之比繪成波特圖即可得到動態曲線(見圖2a)，可能會導致LED光輸出大幅變化。

圖2：不帶Vin補償及帶Vin補償時的平均LED電流vs. Vin曲線。

因此，使用輸入電壓前饋補償網路來減少由於Iout vs. Vin曲線的非線性回應導致的誤差。由電阻R3、R5及加法電阻R4組成的電阻分壓器網路(參見圖5)用於增加Vin比例電壓至FB引腳，從而在Vin增加時降低負載電流。這就起到使圖2a曲線平坦化的效果，並降低總體電流誤差(見圖2b)。

電阻R9和電容C6用於限制高輸入電壓外部開關的門極至源極電壓。由R9和R2組成的電阻分壓器網路用於設定最大門極至源極電壓(Vgs)：

脈衝回饋電阻

電阻R7與二極體D5用於降低跳脈衝(pulse skipping)的可能性。由於突發模式控制僅涉及一個回饋電壓及每週期交叉檢測，並不包含使用視窗比較器，有可能產生跳過的脈衝(skipped pulse)，這跳過的脈衝不會影響直流調節，但如果脈衝有低頻分量，可能會在LED應用中呈現閃爍。

R7和D5增加了流至Ct時序電容C2的電流。這有效地限制了NCP3065可提供的最大占空比。當條件允許低占空比時，R7和D5就使高於所需值的占空比不會出現。在關閉期間，需要D7來阻隔電壓，因為這是降壓-升壓拓撲結構。更多有關脈衝回饋補償的資訊參見安森美半導體的NCP3065資料表。

交流工作Vs.直流

由於有半正弦波輸入至降壓-升壓段，與純粹直流輸入相比，工作點就會不同。由於小尺寸是此設計的一項目標，因此在全橋整流器後使用了極小的輸入電容。

因此，這樣一來，根據所選擇的輸入電容，線路電壓能夠降到低至3 V。故轉換器的輸入是全波整流正弦波。由於穩壓器在電壓低於約4 V時不工作(non-functional)，故存在穩壓盲區(dead spot)。因此，我們最後穩壓的是120 Hz線路週期中約80%的有限部分，其餘約20%則沒有穩壓。採用交流輸入工作時，這會降低平均電流約20%。

當採用大於12 Vac的電壓工作時，應當考慮散熱問題。在多數應用中，這個模組會增加熱耗散。輸入電壓補償增加了額外的交流補償網路，來應對不同的工作點。

保護

齊納二極體Z1和電阻R1，以及NCP3065的限流功能用於開路保護。在出現負載開路事件時，環路將嘗試增加輸出電壓以滿足零電流回饋的電流需求。當(Vin+Vout)超過Z1的電壓時，電流會流過R1，觸發NCP3065的限流功能。

短路保護通過輸入端的熔絲F1來處理。電感型負載的浪湧保護也必須慎重考慮，特別是在變壓器饋電系統中，這類系統攜帶大量的源電感，如景觀照明應用中的磁變壓器就是如此。需要選擇恰當電壓的浪湧保護元件，其電壓不能超過功率FET門極至源極電壓，並帶有合理電壓餘量。這可能要求通過反復試驗來選擇，因為根據需要吸收能量的不同，鉗位元電壓可能會擴展。

增加輸出電流

此參考設計的配置針對的是350 mA平均LED電流。增加這參考電路板的電流調節點非常簡單，只需要將電流感測電阻R8的值減半，即由250 mΩ減至125 mΩ。此外，也必須增加輸入熔絲，以適應增大的輸入電流消耗。當轉向更高功率的設計時，根據外殼元件(housing)環境參數的不同，可能需要散熱片。

測試結果

此參考設計在不同交流輸入電壓條件下的輸出電流及在不同直流電壓條件下的能效測試結果分別如圖3a及3b所示。其中，如圖3b所示，此參考設計在11至17 Vdc範圍下能效高於0.75，這個能效資料在這類低功率應用中表現亮眼。

參考設計電路圖

此參考設計電路板的實物圖見圖4，完整電路圖則見圖5。

圖4：參考設計實物圖。(尺寸11 mm x 29 mm)。

圖5：安森美半導體用於MR16 LED替代應用的1 W至5 W LED驅動器參考設計電路圖。

總結：

本文分析了驅動高亮度LED的挑戰，介紹了安森美半導體用於MR16 LED替代應用的1 W至5 W LED驅動器參考設計，包括基本的電路拓撲結構、提供平坦輸出電流的突發模式控制、脈衝回饋補償、交流與直流工作特性對比、保護特性，以及如何修改這參考設計以提供更大輸出電流等。測試結果顯示，此參考設計在不同交流電壓條件下提供較平坦的輸出電流，且在不同直流條件下提供出色的能效。

參考資料：

1、 MR16 LED用1 W至5 W LED驅動器參考設計，www.onsemi.cn/pub/Collateral/NCP3065.PDF

2、 NCP3065：12 Vac或12 Vdc MR16 Sharp ZENIGATA LED模組設計筆記， www.onsemi.com/pub/Collateral/DN06048-D.PDF

3、 NCP3065單片穩壓器資料表，www.onsemi.cn/pub/Collateral/NCP3065.PDF

供稿：安森美半導體

然而，對更佳視覺效果的追求也帶來了大大超過以往的功耗挑戰。較高的功耗不僅會增加消費者的電費開支，而且不配合各國節能降耗的宏觀推動。各國政府都推出各種綠色效能指令，如美國“能源之星”3.0版電視規範、PFC規範等；消費者也越來越關注小尺寸、多功能、節能省電等問題。在效能規範和環保意識的推動下，電源設計也在不斷推陳出新。本文針對未來將佔據Full HD電視最大市場比重的較大尺寸液晶電視，探討有關的電源方案。

傳統電源方案的缺點
傳統液晶電視電源主要由交流-直流(AC-DC)轉換、直流-直流(DC-DC)轉換及高壓逆變器等幾部分組成。AC-DC和DC-DC在同一塊電路板上，逆變器在另一塊電路板上，通常與液晶面板在一起。其中，AC-DC電源部分將市電110 Vac/220 Vac電壓進行整流、PFC和濾波，再轉換為200 V/400 V的直流高壓。由於傳統逆變器的輸入電壓要求為24 V，所以200 V/400 V 的PFC的輸出電壓要經過降壓轉換，以產生多路輸出電壓，其中一路24 V電壓提供給逆變器，即再經過直流-交流(DC-AC)轉換為超過1,000 V甚至達2,000 V的高壓，以便驅動液晶面板的CCFL背光燈。

取代傳統電源方案的LIPS解決方案
目前，上述傳統電源仍然占市場上的液晶電視電源的大多數。為了符合各種效能規範，降低較大尺寸液晶電視的電能消耗，降低系統成本及減小解決方案尺寸，使之更受消費者青睞，可以通過多種途徑設計液晶電視電源。

針對26吋及以上尺寸的液晶電視，近年來出現了一種新的逆變器概念——高壓液晶顯示整合電源(LCD Integrated Power Supply，縮寫為LIPS)。與採用位於獨立電路板上逆變器的傳統電源不同，這種LIPS解決方案將AC-DC、DC-DC和逆變器整合在同一塊電路板上，在經過對市電的整流、PFC和濾波並獲得200 V/400 V直流電壓後，將直接採用200 V/400 V作為逆變器的輸入電壓，通過DC-AC升壓轉換為液晶面板所需的1,000 V以上，甚至高達2,000 V的電壓。這樣就省去了24 V轉換段，減少了先降壓至24 V再大幅升壓背光源用一兩千伏高壓過程中的大量功率損耗，從而提升了系統效能，減少底盤發熱量，並降低了總成本。

圖1：安森美半導體針對32吋液晶電視的全橋高壓LIPS解決方案功能方塊圖。

在這方面，安森美半導體與Microsemi公司充分發揮各自專長合作開發了適合多種功率等級的高壓LIPS整套解決方案。針對32吋液晶電視的LIPS解決方案如圖1所示。在系統主板電源方面，這個解決方案採用了安森美半導體的NCP1606 PFC控制器，以及作為輔助開關電源的NCP1351 PWM控制器；在LIPS逆變器部分，採用了Microsemi使用軟開關技術的LX6503移相全橋驅動器，它可以在固定工作頻率進行零電壓開關(ZVS)。與半橋架構相比，這種全橋逆變器解決方案具有顯著優勢，如減少電磁干擾(EMI)和功率損耗，同時改善背光燈的驅動電流波形，無需在橋上使用額外的功率二極體。這個全橋結構所採用的4個MOSFET和變壓器中的電流規格是半橋結構的一半，這樣就可以通過隔離變壓器直接驅動功率MOSFET，更易於實現初級端過流保護(OCP)等功能。

為了更好應對市場對更大尺寸LIPS液晶電視的需求，安森美半導體計畫於2009年推出下一代46吋的參考設計，在LIPS逆變器部分將採用與32吋方案相同的全橋逆變器和背光控制器LX6503，但會大幅提高輸出功率，以驅動更多的CCFL燈。而在系統主板電源方面，可以根據具體設計要求來靈活選擇安森美半導體的解決方案，如NCP1601、NCP1606或NCP1631等PFC控制器，以及NCP1351或NCP1379等PWM控制器。這個新方案採用帶繼電器的專用待機開關電源，支援低至150 mW的超低待機功耗，而電路板上的元件高度則低於16 mm(系統總度度低於20 mm)，支援更纖薄液晶電視設計。

此外，針對北美、中國及歐盟等不同區域市場電源的不同要求，安森美半導體還可以提供符合相應規範的電源方案，使設計最佳化、縮小系統尺寸並降低成本。

超薄Full HD電視設計的先進PFC架構
如今，液晶電視的厚度已經越來越薄，最新的趨勢是電子模組部分的厚度接近10 mm以下。如此纖薄的厚度，給電源設計帶來了更嚴峻的挑戰，通常需要使用低高度的變壓器(這對要考慮隔離和漏電的高壓LIPS特別關鍵)或將多個元件(PFC線圈)串聯起來，並採用低高度的散熱片，對元件進行水準安裝，還要將垂直插入的所有電容的高度限制在10 mm以下。

而在PFC方面，採用安森美半導體的NCP1606和NCP1654等PFC控制器，已經可以將液晶電視厚度降到較低；為了支援低至10 mm的超薄設計，可以採用兩顆相對較小的NCP1601晶片，用交錯式架構來來實現，如圖2所示。交錯式PFC是在原來放置單個較大PFC的地方並行放置兩個功率為一半的較小PFC。這兩個較小PFC以180°的相移交替工作，在輸入端或輸出端累加時，它們可以抵消每相電流紋波的主要部分。

圖2：用兩顆NCP1601 PFC控制器實現交錯式PFC架構的功能方塊圖。

安森美半導體會於今年推出新的交錯式PFC控制器NCP1631，為客戶提供更多可行的選擇。這種單晶片方案，可以替代2顆NCP1601，以同樣極低的設計高度適合10 mm厚度的超薄液晶電視設計。該方案還擴展了功率範圍，以有效減少電流紋波。

待機輸入功耗低於100 mW是下一波驅勢？
另一個焦點是液晶電視的待機功耗。2008年11月開始生效的“能源之星”3.0版電視規範規定的待機功耗的標準是低於1 W。儘管不是強制要求，這個標準還是具有很高的市場指導意義。

未來，液晶電視的待機功耗將會進一步下降。例如，在增加小型專用微處理器的條件下，輸出功率為50 W時功耗低於600 mW；而在採用專用待機開關電源條件下代機功耗將低於400 mW；如果採用專用待機開關電源並增加繼電器(從而在待機時斷開所有PFC和開關電源)，功耗可低於200 mW。如製造商想使用更加“綠色”的技術來使產品差異化，就需要進一步改進設計，使待機功耗低於100 mW可能成為下一波的趨勢。

總結
利用液晶顯示整合電源(LIPS)替代傳統的24 V逆變器電源，以及採用新穎的交錯式架構減小PFC模組厚度，就可以實現非常薄的Full HD電視設計。這類方案可滿足今天消費者對1,080線逐行掃描(1,080p)垂直解析度的Full HD電視越來越青睞的需求。為了符合世界不同應用市場的要求，全球領先的高效能電源管理方案供應商安森美半導體提供高性能電源方案及參考設計，幫助電子產品製造商縮短Full HD電視產品的開發週期，將新產品更快推向市場。

供稿：安森美半導體