亚搏竞技二打一软件|LED电视高效电源恒流系统设计

序论

近年来,随着LED TV行业竞争的日益激烈,LED TV一般采用传统的光度背光模块,灯泡数量多,模块和恒流控制系统的成本高,使用量少。相反,直背模块的特点是灯泡数量少,恒流控制系统的成本低,被广泛应用于中小规模的整个产品中。与Boost或BUCK拓扑结构相匹配的恒流控制系统被广泛用于各种大小的BOOST背光模块产品,但两种拓扑结构的背光转换效率低,电路复杂,成本高。同时,随着国家倡导的环保、节能减排观念的加深,降低整机能耗也成为电视发展的必然趋势。在此基础上,研究提高LED电视背光效率的方法,提出4通道高效电源体系结构,提高大型电视背光转换效率,降低总功耗和恒流电路成本。同时,在LED电视行业内积极应对国家提出的“资源节约和环境友好”社会,具有重大的社会意义。

1传统恒流驱动方式

在LED电视和显示行业,LED模块背光条通常采用Boost或BUCK拓扑的恒定流驱动方式。由于LED灯在恒流状态下工作,当LED灯电流大小恒定时,电压可能会有一些偏差。因此,在现有的LED背光驱动器上,所有LED背光驱动器都使用恒流驱动源。电源系统通过AC/DC转换为DC输出,然后通过恒流驱动模块的压降或升压电路系统实现LED灯的恒流输出。其中一种恒流体系结构是目前中小规模普遍使用的电源结构,背光模块的部分电力使用Boost升压电路,电路损耗大,效率低,电路复杂。另一个背光模块部分电源使用BUCK下降电路,电路损失比Boost助推器损失小,效率高,但由于BUCK电路输出电压高,通常设计为高于模块灯条10~20V的电压,由于BUCK电路的特性,有点燃开放式短路实验的危险,因此通常使用较少。因为助推器(Boost)和巴克(BUCK)恒流体系结构都需要两个阶段的能量转换处理,从交流输入到LED灯,所以现在的背光驱动程序有以下缺点:

1.1电路转换效率低

输入电压通过AC/DC处理,然后通过DC/DC处理驱动背光条。两次电路转换导致电源转换效率下降。

1.2恒流系统费用很高

恒流驱动DC/DC需要适当的电源部件来转换电路,恒流部分的系统成本会增加。

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图1现有电源和恒流模块框图

基于上述两种LED TV电源体系结构,提出了进一步提高电源和恒流转换效率、减少整体机器功耗、简化电源结构、降低电力成本、四通道高效的新体系结构LED TV恒流系统。

2 4通道高效恒流驱动技术

目前,LED电视行业通常使用助推器(Boost)或巴克(BUCK)为模块灯供电,与直背模块相匹配,可提高整机的能效,降低大型电力和恒流系统成本,目前恒流只能与2CH灯的限制相匹配。采用4CH高效恒流驱动系统体系结构,大大提高了电源。

2.1高效四通道电源及恒流系统原理

LED TV的背光功率是整个机械功率的主要部分,因此,图2特别重要的是研究如何提高4CH高效恒流系统结构图——恒流驱动部分的转换效率。

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图2四通道高效常数

流系统原理图

电路原理说明如下。

开机后,电源输出一路经LLC电路、变压器和整流滤波电路后,输出+12V和Vamp电压分别给主板(MB)和功放供电,同时经反馈电路反馈给初级LLC电路,确保输出+12V电压的稳定。另一方面,输出+12V给恒流控制器VCC供电,保证恒流控制器的正常供电需求。

进一步地,如图2所示,+12V给恒流控制器U1的VCC供电,同时主板依次发出PWM调光信号(ADJ)和使能信号(ENA)后,恒流控制器U1开始正常工作,输出驱动信号DRV1和DRV2,经驱动变压器T2后,分别依次打开上管Q1和下管Q2,经变压器T1输出绕组输出设定电压。

在变压器输出的正半周,输出波形经电容C20耦合至整流二极管D20,再经滤波电容C21和C24,送至灯条LED3(1,n)的阳极,其中,LED3(1,n)表示灯条3,灯数从1到n。灯条LED3(1,n)的阴极接至电流采样电阻R23/R24/R25/R26,通过电阻R22和C27送至恒流IC的检测脚,从而设置在调光PWM占空比为100%时的灯条电流。同时,LED3(1,n)通过采样电阻R23/R24/R25/R26的地连接至LED1(1,n)的阳极,给LED1(1,n)供电,经C23滤波后,送至整流二极管D23,经整流二极管后回到变压器T1的绕组,至此变压器T1正半周工作结束。

同样地,在变压器输出的负半周,输出波形经整流二极管D22,再经滤波电容C25和C26,送至灯条LED4(1,n)的阳极,灯条LED4(1,n)的阴极接至电流采样电阻R23/R24/R25/R26,通过电阻R22和C26送至恒流IC的检测脚,从而设置在调光PWM占空比为100%时的灯条电流。同时,LED4(1,n)通过采样电阻R23/R24/R25/R26的地连接至LED2(1,n)的阳极,给LED2(1,n)供电,经C22滤波后,送至整流二极管D21,经整流二极管后回到变压器T1的绕组,至此变压器T1负半周工作结束。此后,正负半周交替工作,实现给4个LED灯条供电,从而点亮模组背光灯条。

该恒流系统架构突破了现有恒流方案只能匹配2CH灯条的限制,采用灯条“组合”搭配,利用“共地”思路,将模组内部4个分别独立的灯条,通过LED3(1,n)和LED1(1,n)经地线串联,LED4(1,n)和LED2(1,n)经地线串联的方式,组成整个系统恒流灯条连接方式,这样既降低了模组灯条内部的电压,同时又通过恒流控制器(U1)的ISEN检测脚起到灯条电流恒流的目的。

2.2 实验结果

根据实际设计的一款65英寸LED电源及恒流系统,分别针对高效四通道恒流系统和传统升压恒流系统的电源效率进行测试,其中,Pin1为四通道高效方案电源输入功率,Pin2为传统Boost升压方案电源输入功率,具体数据对比如下。

1)测试条件

输入:220VAC 50Hz,326.2W(Pin1),351.3W(Pin2)

输出:①LED灯条电压157V(CH1)、157V(CH2)、125V(CH3)、125V(CH4)

②LED灯条电流400mA

③+12.3V/4A,+19.2V/1A

2)实验结果

①四通道高效方案电源效率计算结果如下。

η1(电源及恒流效率)=1614151155695696.png×100%=1614151174115627.png×100%=90.13%

②若电源及恒流系统采用传统升压Boost恒流架构,计算结果如下:

η2(电源及恒流效率)=1614151105295153.png×100%= 1614151121492664.png×100%=83.7%。

两者电源效率对比如表1所示。

表1两者电源效率的对比

序号

测试项

传统Boost方案

四通道高效方案

1

输入功率/W

351.3

326.2

2

电源效率/%

83.7

90.13

电源效率Δη/%

6.43

从表1中可以看出,采用高效4CH LED电源方案相比普通电源转换效率提高约6.43%,如果匹配更大功率背光模组,电源效率提升更高,整机节能效果更佳。

3 结语

本文详细介绍了四通道高效电源架构设计原理,并结合具体设计案例和应用,比较了高效四通道架构电源与传统拓扑架构的背光恒流系统的效率,测试结果显示,电源效率提升约6.43%。同时,若应用整机尺寸越大,背光功率越大,较传统方案效率提升越明显。该架构电源及恒流系统具有背光电路转换效率高,成本更低的特点,适合于匹配大功率直下式LED电视的背光灯条,对大功率LED电视的电源开发具有借鉴意义。同时,该方案推广后,将对LED电视的节能减排,绿色环保起到推动作用,具有重要的社会价值和意义。

参考文献:

[1] WINDERS.LED驱动电路设计[M].谢运祥,王晓刚,译.北京:人民邮电出版社.

[2] 钟炎平.电力电子电路设计[M].武汉:华中科技大学出版社,2010.

[3] 康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2009.

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