液晶电视功耗新标准

新一代LCD TV电源整体解决方案概述

更新于2008-12-08 15:05:48

新一代电源

LCD TV

LCD TVCRT

对中大尺寸而言，与相同尺寸传统相比，无论是功耗还是成本，都要显

著高于前者，要取代成为主流产品，必须要实现合理降低功耗，并降低制造成

CRTLCD TV

本，因为节能降耗已经成为时代主题，而作为消费类电子产品，价格始终亦会是用户考虑的

主要因素。

从功耗角度来看，为实现节能环保，对于不同功率范围及不同应用场合，各国政府及

能源机构纷纷制定各种新的能耗标准，与此同时，更加严格的规范也在制定之中。

ENERGY

STAR(EPA V3.0)(1)2008111

已经明确规范电视产品的最大功耗表，这一标准将于年月

日正式生效。

表：版本对高清晰电视最大功耗的定义。

1ENERGY STAR V3.0

EPA V3.0(2)

另外，在规范中电视产品允许的最大功耗与其尺寸大小相对应表，其中

32??LCD TV120WLCD TV

的最大功耗要求低于，目前市面上销售的产品功耗普遍高于新

标准的上限，那么，要通过的认证，设计工程师只有两个选择：对现有电源

ENERGY STAR

系统设计考虑做根本性变革，降低电源转换过程中的功率损失；或是降低背光亮度并减小音

响系统的输出功率，以减小的耗电量。

LCD TV

表：根据标准计算各尺寸最大允许功耗。

2ENERGY STAR V3.0LCD TV

表：对成本的近年资料统计及未来走势预测。

3DisplaySearchLCD TV

表：传统电源方案与昂宝电子方案优缺点之比较。

4LCD TV

表：传统电源方案与昂宝电子方案功耗之比较。

5LCD TV

表：传统电源方案与昂宝电子电源方案主要零件之比较。

6LCD TV

显然，后者是以牺牲用户的视觉和听觉感受为代价，前者才是最佳选择，这是电源设

计工程师所面临的一大挑战，即如何降低的耗电量且不降低视听效果。

LCD TV

图：昂宝电子针对英寸以下产品开发的电源。

123LCD62W LIPS

LCD TV

电源方案分析

LCD TVAC

的电源由于负载的多样性，其设计也变得相对复杂，需要比如功率因子校

正、隔离式电源转换、非隔离式负载点电源转换以及各种各样的电源监测保护功能，

LCD

TV

产品正越来越多的依靠电源管理领域的技术创新来确立其在市场上的竞争力。

LCD TV75WPFC

由于整机功率通常小于，不需要配置线路，其供电模块的设计和制

造已经相对成熟，早期分立的主电源板和逆变电源板出于降低制造成本的考

AC/DCDC/AC

虑已经被整合到一块板上，即目前主流的整合电源系统

PCBLCD(LCD Integrated Power

SystemLIPS)

，结构。

LIPSAC/DCOB22

昂宝电子已针对此类应用开发了多款电源，部分转换电路主要使用

63OB2269OB2202DC/ACOB3316OB3318O

、和等芯片，部分逆变器电路主要采用、和

B494PLCD TVPCB32?

等芯片，小尺寸内部只有电源板和讯号处理主板两块，而对于家陨

系拇蟪叽而言，其内部会相对复杂。

?LCD TV

232??LCD TV3PCB1.

图以传统为例，其内部主要包括块板，即：讯号处理主板，

用于音讯视讯处理及系统控制等功能；电源板，将市电的或

2. AC/DC220V@50Hz110V@

60Hz24V/18V/12V/5V/3.3V

交流输入转换成音讯系统、视讯系统、控制系统等所需要的等

直流电压，并实现功率因子校正、与输入电网安全隔离等功能；电源板，用于将

3. DC/AC

AC/DC24V12V1,000V@50KHz

电源板输出的或直流电压再逆变升压得到的交流电压，以

此高压高频正弦交流电压来驱动背光灯管，并实现背光亮度调节等功能。

CCFL

图：传统式内建讯号处理、电源、电源三块板。

2LCD TVAC/DCDC/ACPCB

图是传统式电源的结构图，依功能通常可将其划分为大模块，即：模块；

3LCD TV3PFC

DC/DCDC/AC

主电源模块；逆变电源模块。

图：传统式电源系统结构图。

3LCD TV

由于离线式开关电源不可避免会产生带高谐波含量的非正弦输入电流，这会对电网产

生一定污染，并且会影响到连接在同一电源线的其它电子设备，为满足欧盟

IEC61,000-3-2

的类标准或类似的区域性谐波含量规范，通常需要在输入功率大于之开关电源设计

D75W

中加入模块。大尺寸的输入功率远远大于，因此模块亦是

PFCLCD TV75WPFCLCD TV

电源中不可缺少的部分，模块透过线路将电网输入的交流电压转换成稳定的

PFCBoost400

VDC/DC

直流电压供给后级电源使用。

DC/DCPFC400V

主电源模块负责将输出的直流电压转换成各种负载所需要的低压直

流电平，来满足逆变电源输入、音响系统、视讯系统、控制系统等模块的工作需要，

DC/AC

常见电压包括等。国际能源署和欧盟制定的计划要求在

24V/18V/12V/5V/3.3V(IEA)1W20

101W1WDC/DC

年将所有产品的待机功耗降低到以内，为符合待机功耗之节能规范，主

电源模块之外通常还需要设计一块独立的待机电源，用于在待机模式下维持遥控接收器模块

的工作，并将和主电源模块关闭，以最大限度降低待机功耗。

PFCDC/DC

DC/DCLCD TV(

主电源根据尺寸及功率的大小，其常见拓扑结构包括：返驰包括准谐

振、双管返驰、双管正激、谐振半桥等几种。对于之功率范围，单

)(HB LLC)50W~100W

开关的返驰或准谐振返驰拓扑是最佳选择，其中准谐振控制透过减小开关损耗来提高转换效

率并改善开关造成的干扰，而对于更大功率的范围，可以透过双开关返

EMI100W~200W

驰的方式来应对。正激结构可应用于的功率范围，但由于需在连续导电模式

200W~300W

下工作，解决由于硬开关所引出的问题是一项挑战。谐振半桥结构适用于以上

EMI150W

的功率应用，其在高功率级的应用中性能优势十分明显，全负载范围的零电压开关

LCD TV

(ZVS)EMI

及低电流关断控制可帮助最大限度降低开关损耗及减小干扰。

DC/ACDC/DC24V12V

逆变电源用于驱动背光模块，其将主电源输出的或直流电压

转换为左右的高压交流电压用于驱动背光灯管并实现背光亮度灯管电流的

1,000VCCFL()

调节功能，显示画面的对比度需依靠高亮度的背光来支撑，所以逆变电源

LCD TVDC/AC

部分的输出功率通常占整机总输出功率的以上，且尺寸越大，背光功耗所占比重越大。

70%

图：传统式主电源功率范围及架构选择。

4LCD TV

图：昂宝电子电源方案结构图。

5LCD TV

LCD TV

透过上述对传统电源的结构分析，我们不难发现一个问题，即其整体效率非

常低，因为占以上功耗的背光部分的电能在之后经历了降压再升压的两级转换，

70%PFC

且转换过程中的效率损失亦会引起散热问题。的超簿设计及噪音限制使得在机箱中

LCD TV

添加风扇没有可能性，则热量的堆积会直接导致机壳内上下部分温度的不均匀，再配合

CC

FL

亮度对温度的敏感特性，这样的设计给用户呈现出来的将是面板上下部亮度不均匀的独

特效果。

400V

为解决上述问题，高压输入逆变电源方案一直为业界所讨论和，而昂宝电子提议

透过整合自身丰富的产品线，已经将这一构变为现实，即逆变电源的输入不再采想

用电压，而是直接取的输出。这样背光部分的电能即减主电源的自

DC/DC24VPFC400V

少了一级能量转换，节省了一级效率损失，并且主电源的设计功率可以大幅降低，

亦顺带解决了主电源的散热问题，最重要的是主电源的制造成本大幅降低。

DC/ACAC/DC

在不具备高压输入逆变电源方案的条件下，人们往往透过最佳化主电源

的方式来降低整机功耗，如参考文献中所论的透过半桥谐振架化讨构来最佳

VLC

电源，这也是一个方法，但与之相对应的是昂贵的制造成本，而采用昂宝电子开发的

D TVLCD TV

整体方案，便宜的的单开关返驰谐振返驰就足以应付大尺寸中背光电源或准

以外的功率需求了。

6150W LCD TV

图电源为例来对比传统方案与昂宝电子之方案假设背光满载消以，

耗，它部分满载消耗，按照常规架构及各模块转换效率来，运用传统方案其推算

100W50W

来设计，其理论输入功率将达到左右体效率为，而使用昂宝电子的方案来，整

设计，其理论输入功率只需要左右，整体效率高达。

DC/DCDC/DC

2LLCLCD T

197W76%

174W86%

DC/AC

DC/DC

图：电源系统传统方案与昂宝电子方案之功率比较。

6150W LCD TV

168WDC/DC

而另外一个重点是，传统方案需要设计的主电源，而使用昂宝电子的方

案设计，则只需要设计的主电源，根本不需要采用价格昂贵的半桥谐振

50WDC/DCLLC

方案。

文章出处：家庭娱乐系统

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LCD TV

完整的电源方案

300WLCD TV

昂宝电子针对以下的所开发的整体电源解决方案主要由以下四部分组

成：模块，使用控制芯片；主电源模块，使用控制芯片，

PFCOB6563DC/DCOB2202QR

flybackStandbyOB2358flybackDC/AC

结构；电源模块，使用开关器，结构；逆变电源模

块，使用控制芯片，高压输入半桥结构。其系统结构图如下图所示：

OB3316400V

LCD TV

传统的电源由于不同模块运用的是不同领域的电源管理技术，各个模块的控制

芯片往往需要采购于不同的供货商，这使得对于整体性要求非常高的电源设计变得

LCD TV

相对复杂，其研发成本和研发周期也相应的被提高和延长。由于昂宝电子开发的方案其

DC

/AC400VPCB

逆变电源采用了高压输入技术，整个功率密度、零件数量和尺寸都得以减小，

使得原本独立的两快电源板主电源和逆变电源被整合成一块电源创

(AC/DCDC/AC)(LIPS)

造了条件，这为家韵电源进一步降低了制造成本和简化了制造流程。

37??LCD TV

LCD TV

一般需要在面板左右两侧分别放置两片反相位工作的逆变电源板，主要出于两

方面的考虑，首先由于灯管长度的延长及漏电流问题，高压端和低压断的亮度差异趋于明显，

需要以双边高压的方式来均衡左右两侧的亮度，其次以目前变压器的耐压能力，不足以提供

高于的点灯电压来点亮大尺寸面板中使用的长灯管，需要以双边驱动的方式来解决

4000V

单边驱动方式中变压器所面临的耐压问题。针对这种应用，昂宝电子对结构加以改进，

LIPS

将逆变电源的变压器部分单独放置到面板的左右两侧，来实现单支灯管的双边反相

DC/AC

位高压驱动，而功率转换及控制部分还是保留在原来的板上。

LIPS

4OB6563

在本文提及的昂宝电子整体解决方案上采用了颗主要芯片，其中是高性能的

临界模式功率因子校正器控制芯片，该产品整合了多项昂宝电子专

(Transition Mode)(PFC)

利技术，对传统的临界模式控制进行了最佳化设计，使系统易于实现接近于的功率因子和

1

极低的谐波失真，目前提供、两种封装形式，符合标准。

DIP8SOP8RoHS

OB2202(Off line)PWM

另一颗是适用于离线场合的准谐振控制芯片，透过准谐振工作

该芯片能够为系统提供超过的满载转换效率，模式，系统的开关损耗和大大降低，

90%EMI

完善的保护能够大大提高系统的可靠性，目前提供、两种封装形式，符合

DIP8SOP8RoHS

标准。

OB2358PWM

第三款是控制功率开关芯片，整合了多项保护功能，可实现简单灵活的

系统设计，减少了系统组件。独具可调内部的驱动功能，从而使系统设计

OB2358MOSFET

能够轻易满足对功率输出，及效率温升的要求。封装内建导通

EMI/OB2358 DIP8MOSFET

阻抗为奥姆，最大输出功率。

4.424W

OB3316

第四款应用于推挽式架构的逆变电源系统。此芯片整合了各种控制功能与灯管

失效保护功能，可简化系统设计，降低成本，是一款高性价比的冷阴极荧光灯管控制芯片，

目前提供、两种封装形式，符合标准。

DIP16SOP16RoHS

图：昂宝电子电源整体解决方案结构图。

7LCD TV

图：昂宝电子开发的英寸电源板。

832LCD TV LIPS

图：昂宝电子开发的英寸电源板外部生压板。

946LCD TV LIPS+

图：传统电源方案与昂宝电子电源方案输入功率对比测试英寸英寸等输

10LCD TV(32&46

出条件。

)

本文小结

LCD TVCRT

随着高清晰时代的到来，取代成为家用电视机主流产品已成必然之势，而

随着出货量的逐年攀升，所面临的能耗及成本压力亦不容回避，面对这一形势，昂

LCD TV

宝电子整合了、、产品，开发了高效能、低成本的电源整体解决

PFCAC/DCDC/ACLCD TV

方案。

LCD TVAC/DCDC/ACPCB

传统电源由于主电源与逆变电源分两块板，分别由不同供

货商提供，主电源厂商对逆变电源领域及技术不熟逆变电源厂悉，商

AC/DCDC/ACDC/AC

亦对主电源领域及技术不熟悉，各自的生产设备目前也不兼容这两类电源产品具备

AC/DC

的条件，这是目前新技术产业化所面临的问题，要解决这一问题，方案提供商、电需要电源

源制造商、制造商这上、中、下游企业之间通力配合，重调整产业结构，最佳新化

LCD TV

资源配置。相信不久的将来，这一电源整体方案将全面取代传统式电源，以帮助

LCD TVL

CD TV

产品降低制造成本及使用功耗。