32英寸及更大尺寸的主流液晶電視電源要求產(chǎn)生多個電壓軌來為音頻、背光及信號處理等不同系統(tǒng)模塊供電。其中，信號處理板上使用本地線性及DC-DC轉(zhuǎn)換器來提供不同的低壓軌。對于制造商而言，通常使用通用電源，支持90至265 Vac電壓。這就使基于特定電視尺寸的單個電源設(shè)計能夠用于一系列的不同型號，滿足不同區(qū)域市場需求，簡化物流及降低開發(fā)成本。
如果某型號液晶電視面對全球市場且其功率高于75 W，就需要遵從歐洲有關(guān)減少諧波的IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)，從而需要使用有源功率因數(shù)校正器。通常來說，液晶電視內(nèi)最耗電的子系統(tǒng)是背光模塊。當(dāng)今的大多數(shù)液晶電視使用冷陰極熒光管(CCFL)陣列作為背光源。這些燈管需要采用交流高電壓驅(qū)動，而且需要對燈管電流進(jìn)行穩(wěn)流。傳統(tǒng)上逆變器是一個單獨(dú)模塊，采用額定電壓為24 V的直流電源供電。在這種途徑下，背光要求與LCD面板相關(guān)聯(lián)，而且一個電源設(shè)計能夠用于多個不同供應(yīng)商提供的面板，從而簡化了液晶電視設(shè)計，但這種途徑效率較低，而且增加了額外的電源部分（指24V輸出）。例如，液晶電視的交流輸入電壓在PFC段被升壓至400 Vdc，然后又采用諧振(LLC)半橋轉(zhuǎn)換為24 Vdc。此24 Vdc然后提供給逆變器模塊，從直流低壓轉(zhuǎn)換為高于1,000 V的交流高壓以驅(qū)動CCFL燈。這種多段轉(zhuǎn)換流程產(chǎn)生較大損耗，并會增加系統(tǒng)成本。
本參考設(shè)計中使用的高壓LIPS(HV-LIPS)架構(gòu)旨在消除400 Vdc至24 Vdc轉(zhuǎn)換段，直接從高壓功率因數(shù)校正(PFC)輸入段為逆變器供電，從而改善系統(tǒng)總效率。這要求以高壓直接變換的方式在液晶電視內(nèi)融合傳統(tǒng)電源功能，優(yōu)化總體系統(tǒng)方案。
傳統(tǒng)上，全球眾多志愿性及規(guī)范機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)都著眼于降低電子產(chǎn)品的待機(jī)能耗，美國、歐盟等地的眾多國際規(guī)范對電視產(chǎn)品的待機(jī)能耗要求為1 W，而中國中標(biāo)認(rèn)證中心(CSC)要求為3 W。而隨著液晶電視尺寸越來越大，其能耗也越來越高。由于液晶電視市場份額越來越大，規(guī)范機(jī)構(gòu)也越來越關(guān)注平板電視工作狀態(tài)下的能耗對電網(wǎng)的累積影響。如“能源之星”發(fā)布了電視產(chǎn)品第3版工作能耗要求(見表1)。
表1：“能源之星”3.0版電視規(guī)范對工作模式的能耗要求
關(guān)鍵設(shè)計目標(biāo)
輸入電壓：通用輸入85-265 Vac, 47-63 Hz
系統(tǒng)電源
·有源功率因數(shù)校正(Active PFC)，符合IEC61000-3-2規(guī)范
·最大穩(wěn)態(tài)能耗50 W，峰值60 W
·12 V / 4 A峰值
·5 V / 2.5 A峰值
·24 V – MOSFE門驅(qū)動偏置
·能夠靈活修改，支持其它電壓/電流配置
·50 mW負(fù)載時，待機(jī)輸入能耗(Pin) < 400 mW (5 V@10 mA)
逆變器電源
·支持100 W功率
·啟動電壓(Strike voltage) > 1,500 Vac，工作電壓> 800 Vac
·固定頻率逆變器，可在40-80 kHz范圍調(diào)節(jié)
·支持?jǐn)?shù)字及模擬調(diào)光
·能夠同步至視頻時鐘源
PFC段設(shè)計
高壓LIPS架構(gòu)的核心就是有源PFC前端升壓段。首先，對于輸入功率高于75 W的電源而言，它使設(shè)計符合IEC61000-3-2規(guī)范的諧波含量要求。其次，它為逆變器段提供經(jīng)過穩(wěn)壓的400 Vdc高壓。除了為背光供電，PFC段還提供電能給隔離型反激開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器，此反激轉(zhuǎn)換器提供所有需要的電源，為執(zhí)行液晶電視內(nèi)的控制、接口、信號處理及音頻放大等功能的數(shù)字及模擬電路供電。根據(jù)液晶電視特性集及功能的不同，這個模塊的功率可能介于30至60 W之間。為了簡化設(shè)計，及降低這個電源轉(zhuǎn)換段的總體復(fù)雜度，本參考設(shè)計選用了安森美半導(dǎo)體專有的高能效反激控制器NCP1351，此器件使大多數(shù)液晶電視應(yīng)用無需專用的待機(jī)電源。選擇NCP1351是因為它采用準(zhǔn)諧振固定導(dǎo)通時間(FON)控制原理，在負(fù)載要求變小時降低反激轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率。兩個(置于次級端的)額外開關(guān)會在待機(jī)模式斷開主電源負(fù)載，從而免除待機(jī)模式下的寄生損耗。