盡管所有努力都在著手LED電視的新特性，但均價(jià)不斷下降迫使電視制造商擠壓任何電子成本，電源模塊也是他們所關(guān)注的。這是LED電視停止采用專用待機(jī)電源的原因之一，以滿足越來(lái)越嚴(yán)格的待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)今電源轉(zhuǎn)換器在輕載條件下提升的能效已有助于設(shè)計(jì)人員省去這額外電源，縮減整體大小和成本。最終，信號(hào)處理在待機(jī)模式下降低的功耗加強(qiáng)了這趨勢(shì)，但如今的新特性如互聯(lián)網(wǎng)連接的電視抵消這趨勢(shì)并產(chǎn)生新的挑戰(zhàn)。
如果這樣的修改對(duì)于反激式轉(zhuǎn)換器用于達(dá)42寸屏電視中有限的功率(<100 W)相對(duì)簡(jiǎn)單，這對(duì)用于更高輸出功率的諧振LLC轉(zhuǎn)換器變得復(fù)雜的多。本文旨在幫助開關(guān)電源(SMPS)設(shè)計(jì)人員盡可能獲得最佳的整體性能，當(dāng)他們?nèi)皂氂锚?dú)特的SMPS設(shè)計(jì)LED電視以符合待機(jī)要求。
在進(jìn)入待機(jī)模式前，有必要看看額定功率(導(dǎo)通模式)定義整個(gè)概念。這獨(dú)特的SMPS必須為L(zhǎng)ED電視的兩個(gè)分離功能的電源提供能量：
信號(hào)處理和音頻放大器現(xiàn)在普遍使用13 V，直接由全橋 D類音頻放大器(提供約2 x 10 W @ 8?)和多個(gè)DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器使用，DC-DC降壓轉(zhuǎn)換器提供信號(hào)處理所需的穩(wěn)定的5 V、3.3 V和其它任何電壓。
LED背光需要比以往24 V更高的電壓以縮減下行轉(zhuǎn)換器的尺寸和成本。在大多數(shù)LED電視中，這電壓在80 V至300 V之間，供給單(或雙)LED串升壓或降壓LED驅(qū)動(dòng)器。
兩個(gè)輸出之間的功率比在電視范圍內(nèi)幾乎是恒定的，1/3用于13 V信號(hào)和音頻，2/3用于高壓背光。13 V總是由初級(jí)端控制器調(diào)節(jié)，避免由于音頻調(diào)制和/或LED背光低頻PWM DIM的任何變化。LED下行轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)LED電流和管理80至300 V軌上輸入電壓的變化。初級(jí)端控制器限制傳輸?shù)酱渭?jí)端的總功率到所需功率的120%，避免任何打嗝(hiccup)，但在由固定的定時(shí)器定義的給定的時(shí)間后能停止以防功率過(guò)限。
設(shè)計(jì)人員所面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是安全測(cè)試和保護(hù)。當(dāng)13 V在電源電平 (在整流二極管后)對(duì)地短路，極低的阻抗令初級(jí)保護(hù)能被立即激活，避免在安全標(biāo)準(zhǔn)要求內(nèi)有任何嚴(yán)重?fù)p壞的元件。但同樣的測(cè)試應(yīng)當(dāng)在這電源線上的任何部分進(jìn)行，特別是在信號(hào)處理模塊(在長(zhǎng)電纜和銅走線后)和在LED背光關(guān)閉時(shí)。在這種情況下，在初級(jí)端控制器任何開關(guān)關(guān)斷前，在單13 V上可提供總共功率的120%。這很有可能導(dǎo)致極高的電流流過(guò)13 V線的所有元件，如變壓器、二極管和PCB走線。這電流可超過(guò)導(dǎo)通模式最大電流的4倍，產(chǎn)生過(guò)熱和可能損毀元件，不符合安全標(biāo)準(zhǔn)。為避免這樣的災(zāi)難性故障的發(fā)生，元件尺寸必須超大，這將對(duì)物料單(BOM)成本產(chǎn)生負(fù)面影響。
使用次級(jí)端電流控制器能以更好的方式解決這問(wèn)題。避免13 V過(guò)流，提升安全性能，無(wú)需超大的元件。安森美半導(dǎo)體全集成的電流控制及電壓控制(CCCV) TSOP-5 IC NCP4328，專門設(shè)計(jì)用于這樣的功能，取代現(xiàn)有的TL431，可降低整體成本而無(wú)需過(guò)大的二極管和增添大的低厚度散熱片增加整體PCB表面。得益于這器件，在13 V輸出上傳輸?shù)碾娏饕恢北粶y(cè)量以不超過(guò)規(guī)定值。盡管這方案不常采用反激式轉(zhuǎn)換器(<100 W)，但它簡(jiǎn)化了至關(guān)重要的安全測(cè)試，并簡(jiǎn)化整體設(shè)計(jì)及縮減總方案成本。
待機(jī)模式現(xiàn)在可能是焦點(diǎn)，但為了簡(jiǎn)化，我們將重點(diǎn)放在兩種架構(gòu)
反激無(wú)功率因數(shù)校正(PFC)(<100 W)
LLC，帶PFC(>100 W)
當(dāng)今反激式轉(zhuǎn)換器(PWM固定頻率或準(zhǔn)諧振)，在設(shè)計(jì)時(shí)采用頻率返走和跳周期模式，易于支持輕載/待機(jī)模式，提供好的穩(wěn)壓輸出，即使輸出功率極低。然而，要保持在功耗要求以下(< 300 mW @ 230 V)并仍然提供足夠的功率以支持新的高電平特性，有必要提升相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體能效。
第一個(gè)改進(jìn)是根據(jù)電視模式改變輸出電壓調(diào)節(jié)。如果導(dǎo)通模式需要13 V輸出，這電壓太高而無(wú)法為DC-DC降壓提供3.3 V待機(jī)。降至額定值的50%左右提供一些優(yōu)勢(shì)，如：提升降壓能效、次級(jí)穩(wěn)壓電路降低功耗、由于較低的Vcc，初級(jí)IC降低功耗、初級(jí)緩沖電路功率耗散降低和背光電源較低的漏電流。安森美半導(dǎo)體新的全集成的CCCV TSOP-6 IC “ECO 模式” NCP4352(在NCP4328 CCCV之上)，能以自動(dòng)輕載檢測(cè)提供這雙穩(wěn)壓電平，通過(guò)深度跳周期模式檢測(cè)將導(dǎo)通的輸出穩(wěn)壓改變至待機(jī)模式。當(dāng)功率再次升高時(shí)，該IC自動(dòng)強(qiáng)制系統(tǒng)以相應(yīng)的穩(wěn)壓值回到導(dǎo)通模式。當(dāng)可用時(shí)，“待機(jī)/導(dǎo)通”控制線可被添加或甚至取代這自動(dòng)檢測(cè)。
圖1：?jiǎn)味薖WM反激式SMPS，帶ECO模式
第二個(gè)對(duì)于初級(jí)端可能的改進(jìn)，在初級(jí)控制器沒(méi)有嵌入高壓?jiǎn)?dòng)時(shí)與X2 電容放電和啟動(dòng)電阻有關(guān)。為符合IEC-65(或同類法規(guī))，用于EMI濾波器中的X2 電容在100 V以下放電應(yīng)少于1 s，以避免任何客戶的電軸承座。為降低整體方案成本和避免大的共模線圈，通常采用較大的X2 電容解決傳導(dǎo)EMI問(wèn)題，盡管令它們?cè)诮o定的時(shí)間限制內(nèi)放電越來(lái)越重要。例如，兩個(gè)330 nF 的電容放電將需要1.2 M?的電阻對(duì)應(yīng)230 V時(shí)的44 mW。這些損耗已占300 mW 總功耗預(yù)算(300 mW限制)的15%。僅在電源關(guān)斷檢測(cè)后激活，IC將很快將X2電容放電，在電源導(dǎo)通時(shí)幾乎沒(méi)有損耗。
如果適配器/充電器應(yīng)用中的高端反激式控制器嵌入高壓?jiǎn)?dòng)以減少啟動(dòng)時(shí)間和避免增加待機(jī)功耗，“總是”處于待機(jī)模式在電視應(yīng)用中是不常見的。啟動(dòng)時(shí)間對(duì)于電視不太重要，它可采用X2 電容放電電阻用于初級(jí)控制器啟動(dòng)，避免增加功耗和支持簡(jiǎn)單的低壓控制器。兩個(gè)X2 電容放電電阻從每一段連接至Vcc，現(xiàn)在將有雙重功能。
對(duì)于一些高端應(yīng)用，具備高壓(HV)啟動(dòng)和有源X2 電容放電特性是很有用的。NCP1249峰值功率PWM控制器提供這兩大功能實(shí)現(xiàn)更高性能和集成度。
作為簡(jiǎn)短總結(jié)，對(duì)于單端反激式方案，次極端ECO模式CCCV控制器提供更強(qiáng)的安全水平和更好的待機(jī)性能。初級(jí)端可以是下面列出的任何組合：
低壓控制器如NCP1256，集成啟動(dòng)電阻和X2 放電電容
高壓?jiǎn)?dòng)控制器如NCP1239，帶無(wú)源或有源X2 放電電容
高端控制器如NCP1249，集成高壓?jiǎn)?dòng)和有源X2 放電電容，提供增添的峰值功率漂移和關(guān)斷模式功能
在中低功率反激式應(yīng)用后，我們現(xiàn)在將考慮采用PFC和LLC SMPS支持待機(jī)模式的更高功率的應(yīng)用。在以前的反激式應(yīng)用中，在13 V信號(hào)處理輸出和背光電源(現(xiàn)達(dá)到1/4和3/4之間)之間的功率比要求添加CCCV功能以解決安全顧慮和避免過(guò)大元件和大的散熱片。然而，如果ECO模式看起來(lái)是用于反激式SMPS的好的方案，LLC性能將需要不同的方案。
在反激式轉(zhuǎn)換器中，存儲(chǔ)在系統(tǒng)中的總能量將被傳遞至次極端用于為信號(hào)處理供電。如果有一些優(yōu)勢(shì)降低跳周期模式頻率，它們主要對(duì)每一跳周期的軟啟動(dòng)產(chǎn)生影響，對(duì)整體性能的影響有限。
采用LLC轉(zhuǎn)換器，諧振電容必須被充電用于正確的行為，這充電能量將不會(huì)被傳遞到次級(jí)端(功率損耗)。在跳周期模式時(shí)，諧振電容在周期開始時(shí)被充電，然后在結(jié)束時(shí)放電，將對(duì)待機(jī)性能有直接影響。為盡量減少諧振電容能量損失的影響，LLC轉(zhuǎn)換器應(yīng)以盡可能低的跳周期模式頻率工作。
ECO模式以有限的/傳統(tǒng)的跳周期模式工作，輸出電容紋波需要大的輸出電容以實(shí)現(xiàn)LLC配置中極低的跳周期模式頻率。這將增加尺寸和成本。另一種方案是在待機(jī)模式中以更大的和控制的輸出電壓擺幅工作，由于DC-DC降壓功能在大輸入電源電壓范圍穩(wěn)壓。
安森美半導(dǎo)體全集成的CCCV SOIC-8 IC“關(guān)斷模式”NCP4354/55，支持在兩個(gè)電壓電平間有這大的輸出電壓擺幅，具有自動(dòng)輕載檢測(cè)，通過(guò)深度跳周期模式檢測(cè)從導(dǎo)通到關(guān)斷模式改變電壓調(diào)節(jié)。當(dāng)這功率再次增加，IC將自動(dòng)強(qiáng)制系統(tǒng)以相應(yīng)的額定穩(wěn)壓值回到導(dǎo)通模式。當(dāng)可用時(shí)，“待機(jī)/導(dǎo)通”控制線可被添加以強(qiáng)制調(diào)節(jié)到這高電平和安全啟動(dòng)，盡管關(guān)斷模式IC已被設(shè)計(jì)以支持強(qiáng)負(fù)載瞬態(tài)。有兩種“關(guān)斷模式”IC，但我們推薦采用“有源導(dǎo)通”型(NCP4355)，因?yàn)樗鄬?duì)NCP4354“有源關(guān)斷”型以有限的成本(+1光耦)提供最佳性能。下面的框圖顯示典型的應(yīng)用。
圖2：?jiǎn)味薒LC SMPS，帶關(guān)斷模式和PFC
在關(guān)斷模式時(shí)，性能與電壓擺幅有關(guān)，可根據(jù)輸出電容很容易地調(diào)諧。更高的性能只需使用相同的概念和設(shè)計(jì)的更大的電容。
關(guān)斷模式次極控制器還提供導(dǎo)通/關(guān)斷信號(hào)，經(jīng)由光耦傳輸至初級(jí)端以切斷初級(jí)控制器，從而最大限度地減少IC功耗。“有源導(dǎo)通”將在所有關(guān)斷時(shí)間內(nèi)避免任何信號(hào)和功耗，而“有源關(guān)斷”方案將強(qiáng)制關(guān)斷模式。
LLC初級(jí)端還應(yīng)專門設(shè)計(jì)以支持這低功率/關(guān)斷模式。由于次極控制線和新的NCP1399安森美半導(dǎo)體LLC控制器通過(guò)REM引腳，該控制器將在Vcc以極低功耗進(jìn)入關(guān)斷模式，避免大的Vcc電容或高壓?jiǎn)?dòng)電源功耗，即使低跳周期模式頻率。低的Vcc電容值也是確?？焖貺LC重啟，避免輸出電壓打嗝(hiccup)的關(guān)鍵。
如果有些LLC已設(shè)計(jì)為具備寬范圍能力，無(wú)需PFC用于待機(jī)模式，在低電源電壓時(shí)通過(guò)修改的匝數(shù)比以提供給次極端足夠的能量對(duì)變壓器設(shè)計(jì)的影響將影響導(dǎo)通模式/滿載能效。由于PFC模式輸出，NCP1399可直接控制PFC Vcc電源，支持PFC只在LLC跳周期模式的有源段導(dǎo)通。您可使用一個(gè)小的Vcc PFC電容以避免任何啟動(dòng)延遲。該引腳支持采用390 V進(jìn)行PFC調(diào)節(jié)，并盡可能限制LLC和PFC IC的功耗。最后，根據(jù)需要，這輸出(PFC Vcc下降)還能控制小功率高壓MOS來(lái)斷開PFC-Feedback和PFC-Brown Out的連接，進(jìn)一步降低整體功耗。
總結(jié)
得益于輕載性能的提升，現(xiàn)在可獲得好的待機(jī)性能而無(wú)需專用待機(jī)SMPS。次極CCCV控制器完美地解決安全問(wèn)題并提供實(shí)現(xiàn)極佳待機(jī)所需的“ECO模式”或“關(guān)斷模式”功能。
如果反激式轉(zhuǎn)換器仍可使用傳統(tǒng)的“ECO模式”，LCC拓?fù)鋵⒊浞掷眯碌木哂休^大輸出電壓擺幅的“關(guān)斷模式”，以保持非常低頻率的跳周期模式。
增添的關(guān)斷模式專用控制線可在跳周期模式的非有源段關(guān)斷總控制器(CCCV + LLC + PFC)，以盡可能降低功耗。
新的LLC NCP1399支持關(guān)斷模式，無(wú)需額外元件，而直接連接至光耦，提供次極端信息。通過(guò)將高壓?jiǎn)?dòng)接到電源，該IC將在電源關(guān)斷后快速停止，避免3.3 V待機(jī)和紅色LED保持太長(zhǎng)時(shí)間的導(dǎo)通。
整個(gè)系統(tǒng)集成NCP1602 PFC、NCP1399 LLC 和NCP4355 CCCV 關(guān)斷模式，被設(shè)計(jì)為一個(gè)“組合方案”，提供高性能方案，具有很好控制的轉(zhuǎn)換段、高集成度和高度靈活性，適用于任何最新的電視平臺(tái)。
在150 W應(yīng)用中實(shí)施和測(cè)試過(guò)該方案，在230 V交流電源下可提供達(dá)150 mW 的輸出，功耗低于300 mW。
最后，可添加NCP4810有源X2放電電容以進(jìn)一步降低待機(jī)功耗，并提供可能更大的X2 電容才具備的更高靈活性。
（轉(zhuǎn)載）
