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等离子电视原理—三星等离子屏采用的节能低功耗待机开关电源集成电路介绍

2009年9月27日 郝铭 发表评论 阅读评论

三星等离子屏采用的节能低功耗待机开关电源集成电路介绍

郝铭

在看完电视后,采用遥控器关闭电视机非常方便。遥控关机后,电视机处于待机状态,内部待机电源仍在“全天候”的工作;电视机在待机状态下,虽然耗电已大幅下降,但是待机部分的开关电源仍在“全天候”的工作,耗电的积累也是可观的,这样就要求电视机的待机耗电量要降到最低的限度。世界各国都对家电和其它电器产品的待机损耗有严格的要求,美国和德国标准要求是小于0.5W(500mW),中国也有相关的标准,因此减小待机功耗成为各厂商,特别是面向出口的厂商需要考虑的重要课题之一(有些电视机待机耗电量是比较大的,笔者曾经因用户的纠纷测量过一台某品牌的电视机,在待机状态耗电量达到16W,几乎等于家里点了一盏长明灯)。

开关电源的功率损耗取决于两个因素,一是开关管的导通损耗,二是开关管的开关损耗。导通损耗是开关管在激励充分导通时,开关管两端产生的压降和通过电流的乘积,乘积越小越好,这就要求选用的开关管导通电阻越小越好。

开关损耗是开关管在每做一次开/关动作时,都经过一次从截止到导通,再从导通到截止的过程。在从截止到导通或从导通到截止的瞬间是有一个时间滞后的(因为开关管是一个半导体器件,并不是一个机械开关,滞后时间的长短主要取决于开关管的频率特性),在这个滞后过程的瞬间,开关管呈电阻特性,开关管两端的电压、电流的乘积是比较大的,这就要求开关的次数越少越好,其单位时间瞬间电压、电流乘积的积累就小。如果开关频率高,开关次数多,单位时间瞬间电压、电流乘积的积累就大,损耗就大。

关于导通损耗的降低,就是要选取开关管在导通时,导通电阻越小越好,这样开关管的选取很重要,作为开关管,目前的MOSFET(金属氧化物绝缘栅场效应管),具有很低的导通电阻,并且具有负的温度系数,频率特性很好,非常适合用作开关管。目前的开关电源,无论是选用厚膜块的开关电源,或分离件的开关电源,其开关元件均采用MOSFET 作为开关元件,发热量很小、损耗很低。

关于开关损耗的降低,在选用开关速度高的MOSFET 后,就是考虑降低开关管的工作频率,但是作为电视机的开关电源,频率的降低,开关电源的谐波辐射就会加重,会对电视信号接收产生干扰。当开关电源的振荡频率低于30KHz,就会对低频道信号接收形成较强的干扰,在信号较弱的情况下更为严重;所以目前生产的电视机,开关电源的频率都超过40KHz 以上。频率的提高虽然降低了干扰,但是其损耗增加,加大了耗电量;损耗的加

※技术资料※

大,开关管产生热量也加大,必须加大开关管的散热器体积,也增加产品成本。

由IT 公司推出的COOLMOS ICE2A280 系列开关电源芯片就是一种能在待机时以低振荡频率工作的器件,大大降低了待机的耗电量。在开机时,以较高的频率工作,使辐射干扰降为最低的PWM+ MOSFET 二合一低功耗集成电路,其振荡频率可以控制在待机为20KHz(不能低于20KHz,否则,人耳会听到刺耳的噪声),开机为100KHz。内部开关元件采用MOSFET,其优点是:用它做开关电源,无需加散热器,可输出 20~50W的功率;保护功能齐全,电路结构简单,能自动降低待机时的工作频率,从而降低待机状态的损耗。

ICE2A280 是采用D-DIP-7-1 封装,图1 是引脚图,图2 是外形图。

1、特点介绍:

1)内部开关元件为MOSFET,导通电阻低为<0.5Ω;

2)损耗极低,无需加散热器即可输出较大的功率;

3)具有过、欠压保护,过热保护及过流保护,并具有自恢复功能;

4)待机状态及空载时,能自动降低工作频率,从而降低损耗;最低工作频率为21.5KHz,开机工作频率为100KHz,干扰降至最低;

5)内部功能齐全,外部电路简单,所需外部元器件少,维修简单。

2、引脚功能:

#1 脚( SoftS)软启动设置,改变外界电容,可设置软启动的时间, 具有自动重启动功能;

#2 脚( FB)稳压控制端,外接取样比较控制电路,以控制PWM,调整占空比,最

大占空比为 0.72;

#3 脚 (Isense)MOSFET 工作电流检测脚,以达到过流保护的目的;

#4 脚 (n..c);

#5 脚 (Drain) 为MOSFET 的漏极;

#6脚 空脚;

#7 脚 (Vcc)电源,8.5~ 21V;

#8 脚 (GND)电源地。

clip_image002               图1 引脚功能                                              图2 外形P-DIP-7-1 封装

图3 是采用ICE2A280 集成电路开关电源的框图,由图可见ICE2A280 的外围电路极为简单,几乎没有什么元件,为生产、降低成本和维修提供了极大的便利。

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图3

图4 是安装在电路板上的ICE2A280,可以看到其体积就像24CXX 系列的存储器一样大小,没有散热器,减小了开关电源的体积。

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图4 ICE2A280 在线路板上(无散热器)

集成电路ICE2A280 的节能控制原理:“开机/待机”振荡频率的变换是根据负载功率的大小自动转换的,即在开机时负载电流大,振荡频率自动控制在100KHz,进入待机状态负载应变轻,振荡频率又自动切换到20KHz 左右,以达到节能的目的。

对于一般待机开关电源,它的输出一般是5V,主要是向CPU 和存储器供电,无论是开机和待机,负载的大小都是不变的;为了使“开机/待机”振荡频率变化,在电路上就必须要设置一个在开机时同时使其负载增加的电路,在待机时使其负载减小的电路。

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图5

在海信等离子电视机待机电路中,专门设计了待机电源的开机、待机负载转换电路。图5 是等离子TPW4211 的待机控制电路,图中虚线框内是待机/开机负载控制电路。

PS-ON 是CPU 送来的“开机/待机”控制脉冲(低电平是开机,高电平是待机)Q88 是倒相管,PC9S是控制“开机/待机”的光耦,PC13S是进入保护关机的光耦,Q12、R164、R163、R214是在开机或待机状态,加大负载或减轻负载的控制电路。

3、工作原理:

开机时,CPU 的开机指令(PS-ON)为低电平,此时Q88 截止,Q88 的集电极为高电平,高电平一路经过PC9S 开启整机电源,达到开机的目的;另一路经过R163、R164加到Q12的基极,此时Q12 导通,Q12 的导通导致待机电源输出的5V(STD-5V)经过R214 流通,加大了待机电源的负载,R214为56Ω,导通时约使待机电源增加500mW 的功率负载,加上开机后Q14导通向负载提供的功率,足以使ICE2A280的振荡频率由20KHz增加到100KHz。

待机时,情况正好相反,CPU 的待机(PS-ON)指令为高电平,Q88 导通,集电极为低电平,该低电平促使Q12 截止,流过R214 的电流被切断,负载减轻,振荡频率下降。

在待机时,开关电源的振荡频率为节能的20KHz,此时虽然辐射干扰严重,但是整机并未开机,不存在干扰问题。

这项待机降低待机开关电源振荡频率以达到节能的技术,在海信的系列背投影电视机上均已采用,由于背投影电视的待机电路还要向伴音电路提供电源,所以其节能的意义更大。

  1. 匿名
    2009年9月30日12:14 | #1

    谢谢郝老师开博  让我们学到更多的知识  支持

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