具有低空載待機功耗的ＬＣＤ顯示器電源

摘要：本文將針對一個使用Power Integrations TOP258PN產品設計的35W LCD顯示器電源為例，了解該設計是如何達到82％的滿載效率，并可幫助設計師滿足CEC2008對帶載效率及提議中能源之星2.0標準的要求。同時，該設計可降低空載及待機功耗。

關鍵詞：LCD顯示器電源；低空載；待機功耗；TOP258PN

電路描述

圖1所示的電源是一個通用輸入的反激式電源，輸出為35 W，采用了PI的TOP258PN器件。此電路典型的應用包括LCD顯示器，但對于那些需要高效率雙輸出電源的應用場合，此設計同樣適用。

AC輸入經D1-D4整流、C4濾波然后連接到初級側功率元件(T1和U1)。EMI濾波由元件C1、C2、C3、L1、C7和C11提供。熱敏電阻RT1在交流上電時可以限制流入C4的浪涌電流。電阻R3和R4將額定欠壓(UV)鎖定和過壓(OV)關斷分別限制在103V和450 V。欠壓鎖定可防止電源在輸入低壓下出現過熱情況，并可消除在通電和斷電時的電壓擾動。過壓關斷防止電源出現輸入浪涌和電壓增大的情況。

齊納二極管VR2和電阻R5形成了一個可選的鎖存輸出過壓保護(OVP)電路。輸出端電壓的增加同時也會導致C10上的偏置繞組輸出端電壓的增加。齊納二極管VR2將擊穿，電流將流入ICU1的多功能(M)引腳，從而啟動遲滯過壓關斷保護。關斷鎖存與否取決于R5的值。

CEC標準要求電源分別在其額定負載的25％、50％、75％及100％時達到一個高的平均效率。此外，CEC及能源之星要求低的待機及空載功耗。TOPSwitch-HX產品使用了成熟的控制方案，可確保電源在所有負載下的高效率，并不增加電源額外的成本，可滿足如上節能標準的要求。TOPSwitch.HX(U1使用的是TOP258PN)使用了多模式開關拓撲技術，并且不同的控制方案間可實現無縫轉換，可在任何負載下優化效率。在高負載下，使用固定頻率的PWM控制方式；隨著負載的降低，開關損耗變得更加重要，因此TOPSwitch-HX會進入多頻率模式以維持高的效率；隨著負載的進一步降低，為避免進入噪音頻率波段，轉換器將進入一個更低的固定頻率操作模式。最后在極低輸入功率下，TOPSwitch-HX將在多周期模式下工作，以確保在待機及空載下極低的功率損耗。多模式操作如圖2所示。

由于TOPSwitch-HX具有700 V BVDSS的擊穿電壓，因此可選擇變壓器匝數比(VOR)，從而在12 V的輸出上選用低成本的60 V肖特二極管(D7)，而無需在初級電路上加上無法接受的反射電壓。

輸出電壓反饋來自兩路輸出以實現更好的交壓穩壓。電容C19和電阻R14形成相位提升網絡，提供額外的相位裕量，以確保穩定的工作電壓和改善的瞬態響應。反饋電流通過U2饋入到U1的控制引腳，這樣可以確定占空比，從而提供輸出穩壓。

設計要點

選擇二極管D1和D3作為快速二極管，實現更好的EMI性能。如果需要鎖存過壓保護功能，則應將R5的值降低到20Ω。將RCD箝位(R6、R7、C6和D5)設計為正常工作模式，使輕載時的效率達到最高。齊納二極管VR1提供預設的最大箝位電壓，通常在出現負載瞬態或過載時導通。次級側緩沖器(R11、C12、R12和C16)降低高頻次級二極管振蕩和改善高頻傳導EMI。二級濾波器(L2/C15和L3/C18)將各輸出電壓的輸出噪音和紋波降低到＜±1％。在三線制輸入的系統中，將Y電容(C1、C2)放置在相線/中線與地線之間，以降低共模EMI。軟結束電容C20確保在啟動時無輸出過沖。啟動后，二極管D9將此電容隔離在反饋環路之外，電阻R16為此電容放電到5V負載提供了路徑。當5V輸出電壓有負載，而同時12 V輸出無負載的情況下，電阻R19和VR3可提高交叉穩壓。

結語

此LCD顯示器電源電路使用的元件數目少，效率高。其可實現滿載效率＞82％并符合CEC/能源之星2008的對待機及工作模式效率的要求。該電路的輸出功率為35 w，在50℃環境下工作時無需外接散熱片。輸入功率＜1 w時，待機輸出功率為0.55W。在265 V交流輸入時的空載功耗＜300 mW。集成的安全及可靠特性包括精確的、自動恢復且具有遲滯特性的過熱關斷功能。在輸出短路及反饋環路開環時進入到自動重啟動，并可滿足EN55022及CISPR-22 Class B對傳導EMI的限制，具有＞10 dBuV的容量。