在单板上集成适配器与逆变器，为LCD TV提供高效的一体化电源

本文介绍了如何在LCD TV电源与背光方案中实现新的适配器+逆变器的一体化方案。运用此方案，适配器部分效率可大于85%，逆变器部分效率可以大于90%，这与传统的方案相比有着显着的提高。在此基础之上，本文也将从实际应用出发，提供外部元器件选择指导以及一个针对17寸LCD TV背光板的具体设计实例。

图1：LCD TV一体化电源的系统框架图。

随着LCD 面板成本的进一步下降及性能的进一步提高，LCD显示器以其超薄、体积小、重量轻、无辐射、美观、工作稳定、可靠已逐步替代传统的CRT显示器，LCD电视也逐步进入家庭，并成为未来电视的发展方向。近几年，LCD TV成长迅速并有逐渐取代CRT电视的趋势。而设计高效率、低成本的LCD TV电源与背光板也变得越来越重要。

笔记本电脑的LCD背光板一般由外挂的适配器(Adapter，将220V交流电转变为12V直流)加逆变器(Inverter，12V直流转变到1500V)构成，这是大多数LCD显示器沿用笔记本电脑供电模式的原因。但LCD TV没有必要继续沿用笔记本电脑的模式，完全可以把适配器和逆变器集成在一块板上，这样不仅可以减少生产成本，也可让LCD TV显得非常美观。

基于此应用，飞利浦的600V CCFL驱动芯片UBA2070+GREENCHIP Ⅱ一体化解决方案有较高的性价比。它采用半桥拓朴结构(与全桥拓朴结构相比，少了两个MOSFET)和零电压开关技术，可以接受600V以内的高压输入，变压器的初级侧电流小。因此，它具有外围器件少、成本低、效率高(大于90%)、更弱的EMI等诸多好处。表1是一个传统方案与飞利浦高压方案的比较。

图2：驱动CCFL的谐振网络的电路图。

下面以一个17寸LCD TV的背光板为例，具体阐述一下UBA2070+TEA1533的解决方案。图1是这个方案的系统框架图。

从图1中可看到，系统分适配器与逆变器两个部分。适配器部分主要由飞利浦GREENCHIPⅡ的TEA1533构成。在经过变压器隔离之后,次级侧的输出为直流135V(250mA)、12V(2A)。其中135V为逆变器的输入电压；12V为LCD TV 其它部分所需的电压。TEA1533所具有的绿色特征是指：1)零电压开关，保证开关损耗最小。2)工作于准谐振模式，使系统效率高。3)在系统处于待机状态时，工作频率会降低，这样提高了系统效率。4)空载时，IC进入跳周期工作模式，可使系统的输入功率小于300mW。5)片上集成了启动电流源。另外，TEA1533还具有完备的保护功能，如具有系统错误保护重启、精确可调的过压、欠压保护、过流保护、线圈短路保护等。

表1：LCD背光板两种方案的比较。

在适配器输出135V之后，经过电阻分压可送给UBA2070。一旦UBA2070的第7脚V_DD脚的电压达到了13V，IC内部的压控振荡器(VCO)开始振荡。该振荡器可产生一个电压在OV～V_cf(IC的第3脚CF的电压)之间的锯齿状波形，其频率由与CSW脚相连的电阻与电容决定。振荡器由最高的频率F_max开始起振，之后频率逐渐下降，一直降到最小频率F_min，此最小频率由外围的电阻与电容决定。在启动状态后的第一次导通时间特别长，这样一来自举电容可以充满电荷。

UBA2070在启动之后，由最高频率F_max逐渐下降到CCFL灯的谐振频率，这样一来将在灯的两端产生一个高压降，由此点亮CCFL灯。灯的点亮电压由LVS(IC的13脚)脚来测量，如果LVS脚的电压超过了V_lvs(fail)1.25V，IC内部的点灯定时器开始启动。如果在规定的时间里灯被点亮，V_lvs下降。否则，在规定的点灯时间内灯点不亮，V_lvs就被IC稳压在1.76V，IC内部的VCO振荡器停止振荡，IC进入POWER DOWN状态。

通过采用半桥拓朴架构及外部的谐振网络，使IC的工作频率比谐振网络的频率高10K左右，以保证IC工作于感性模式下。IC内部有容性保护电路，一旦电路进入容性工作模式，IC会启动内部的保护电路，使电路迅速跳到感性工作模式。图2就是驱动CCFL的谐振网络模型。图3是驱动CCFL的谐振网络模型的简化电路图。

图3：驱动CCFL的谐振网络的简化电路图。

选择合适的主要外部元件，是外部电路设计的一个主要工作。这些元件包括变压器TR、串联电感L_s、电容C_b/C_p/C_s、CCFL灯。通过电路模型的等效电路简化(图2简化到图3)，使其工作于谐振状态，即让wresLrep=wresCrep。其中的简化过程就不再一一描述了。一些关键的参数计算公式如下:

变压器TR的匝数比为:

式中，V_ignition=1450V为CCFL灯的启动电压，V_dc为逆变器的输入电压135V。

其中I_work为CCFL的工作电流，V_ign为CCFL的启动电压，V_burn为CCFL的工作电压，F_work为IC的工作频率。

其它器件的计算过程比较复杂，所以飞利浦可提供支持这款芯片的仿真软件。通过仿真软件的设计，使IC的各个指标都接近理想状态。比如UBA2070的工作频率为40～100KHz。我们一般设计IC的工作频率为50KHz，谐振电路的频率为40KHz，这样保证整个带宽为40KHz左右。另外，还要保证在10KHz的带宽内都有足够的功率，才能点亮CCFL灯并使其正常工作。

最后介绍一下大家普遍关心的问题，就是UBA2070如何调节电流平衡的问题。由于从变压器的次级来看，相当于是一个恒流源(以图2为例)，所以CCFL灯1+灯2+灯3的电流是一个恒定值。因此，如果C_s相等的话(保证此电容的容限在5%之内)，由于C_s的容抗远大于CCFL灯的阻抗，每个CCFL灯的电流就不会有太大的变化，因此C_s的选择非常关键。另外，UB2070还可以通过每个CCFL灯的反馈端感知灯的电流变化情况，通过反馈来调节CCFL灯中的电流。图4就是这个六灯方案中所测的电流波形图。

综上所述,UBA2070+TEA1533这套整体方案，可以成功实现LCD TV背光板所要求的各项性能指标，并具有成本低、效率高、更弱EMI等诸多优点，不失为一个不错的选择。

作者: 程慧萍

飞利浦半导体