專利名稱：用于平板電視機的開關電源裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電功率的開關變換和控制電路，尤其涉及用于平板電視機的開關型供電源。
背景技術：
以使用等離子(PDP)或液晶(LCD)顯示屏為代表的平板電視機憑借高清晰度、寬屏、超薄等諸多優(yōu)勢正成為彩電消費的時尚潮流。隨著平板電視機在數(shù)字化道路上的日益受重視，市場對適配平板電視機的專用電源也提出了較高的設計要求。
目前液晶電視機可用的電源包括內置開關電源，以及與電視機主機分離、通過電源纜線連接的外置式開關電源。所述外置式開關電源存在使用不便、整體效率低、發(fā)熱嚴重、可靠性低等缺陷，同時因為還存在嚴重的安全隱患和線路干擾、較大的待機功耗等問題，難以達到德國的“Blue Angel”環(huán)境保護標準和北美的“Energy Star”節(jié)能認證要求。因此，研發(fā)人員為平板電視機(尤其包括大屏幕液晶電視機)設計了內置式開關電源。
《電子電力技術》第37卷2003年第4期的“等離子顯示屏PDP電源的設計”就揭示了一款內置式開關電源的總體電路設計，對待機電源和功率因數(shù)校正(PFC)電路、尋址電源和邏輯電源的設計分別作了介紹。
上述設計的缺陷在于其一，未針對平板電視機薄化的顯著特點進行有效設計，由于電視機薄化對開關電源寬度及高度的尺寸限制，容易造成電源效率低，損耗嚴重，在高達40-50℃的機內環(huán)境中可靠性差等問題。
其二，該設計的待機電源僅在于滿足控制電路的基本需要，并沒有充分考慮降低待機功耗，所選用的控制芯片STRG6153在工作時自身已有較大的功耗，而影響功耗的變壓器T1也被提出具體要求。因此，該待機電路根本無法滿足Blue Angel和Energy Star等規(guī)定要求。
其三，所述PFC電路僅是功能的實現(xiàn)，并沒有在高功率因數(shù)、低諧波失真、本級高轉換效率上有所考慮。根據(jù)該電路采用芯片MC33262(IC2)的電路圖可以看出，它采用的是最簡單的不連續(xù)導電模式(DCM)，這種模式的固有電流紋波較大，因此該電路具有較高的諧波失真，較強的輻射干擾和較低的轉換效率。
實用新型內容 本實用新型要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足，而提出一種用于平板電視機的開關電源，能充分考慮到整機的超薄化設計，并能適合平板電視機的節(jié)能和電磁兼容要求，具有低待機功耗和高轉換效率。
為解決上述技術問題，本實用新型的基本構思為對開關電源中影響整體超薄設計主要部件的變壓器進行專門設計；為了能在超薄設計中保證開關電源性能，選用具有低待機功耗的控制芯片，使待機電源與主電源徹底分開；并對使用該控制芯片的電路加以改進，或進一步設計無源無損軟開關電路來提高開關電源的各指標參數(shù)。
作為實現(xiàn)本實用新型構思的技術方案是，提供一種用于平板電視機的開關電源裝置，包括電源輸入模塊，待機電路，PFC電路，時序電路和主電源輸出電路；當電源被接通經所述電源輸入模塊送往待機電路時，所述開關電源處于待機狀態(tài)并向平板電視機提供待機供電；當所述平板電視機CPU接受開機指令而輸出送往所述時序電路的控制信號，所述時序電路輸出一信號控制所述PFC電路工作并輸出一300～500伏電壓范圍的直流電源給所述主電源輸出電路，所述主電源輸出電路在所述時序電路的指令信號控制下，輸出所述平板電視機各部分電路所需的工作電壓；尤其是，所述主電源輸出電路包括一采用環(huán)形磁芯或者可忽略氣隙的C形磁芯繞制的變壓器T2。
上述方案中，所述待機電路包括專用控制集成電路ICE2A180。
上述方案中，所述PFC電路包括一無源無損開關BOOST交換器，該變換器包括PFC主電感L7；與該主電感L7串聯(lián)的附加電感L9；一包括D114、D115、C155、C161的附加電路；所述二極管D114的陽極接所述電感L7和L9的連接端，陰極接二極管D115的陽極；所述電容C155與C161并聯(lián)，一端接所述二極管D114的陰極，另一端連接與所述電感L7串聯(lián)的所述電感L9的另一端；一包括D132、C162、R253的附加電路，所述二極管D132的陽極接所述二極管D114的陽極，陰極通過所述電容C162接地，該陰極還通過電阻R253連接所述二極管D115的陰極；一漏極接所述二極管D114陽極、源極接地的開關管Q3，所述電容C155和電感L9的連接端通過二極管D113連接二極管D115的陰極和一電容E7的正端，當開關管Q3開通，電感L7、L9接到整流橋D103輸出的+和-端，流經L4、L9的電流線性增加；當Q3關斷，L4、L9連接于整流輸出的+端和電容E7的正端，L4、L9中電流流向E7；由于Q3高頻工作，E7電壓被充到一預定電壓值；一包括電阻R153的反饋回路通過連續(xù)檢測所述E7上的電壓來相應調節(jié)Q3的開通時間，使所述E7直流電壓保持所述預定值。
上述方案中，所述PFC電路還包括一大功率開關驅動電路，該開關驅動電路包括一npn型晶體三極管Q1和一pnp型晶體三極管Q2，二者的基極相連，一電容E9的正極連接所述三極管Q1的集電極，電阻R146與R148的串聯(lián)支路一端接所述三極管Q1的發(fā)射極、另一端接所述三極管Q2的發(fā)射極；所述三極管Q2的集電極接地；所述電阻R146與R148的連接端還連接一電阻R149的一端，該電阻R149用來連接所述開關管Q3的柵極和源極，以向所述開關管Q3提供“開通-關斷”信號。該開關驅動電路連接在驅動芯片IC1和所述開關管Q3之間。
采用上述技術方案，均可以使開關電源的設計超薄化，適應全范圍交流電源輸入，并具有低待機功耗和高轉換效率的優(yōu)點。


圖1是本實用新型開關電源結構的示意框圖圖2是待機電路的原理框圖圖3是待機電路和PFC電路的電原理圖圖4是主電源輸出和過流、過壓保護電路原理圖圖5是過流、過壓保護電路的原理框圖圖6是變壓器T2的外形示意圖具體實施方式
下面，結合附圖所示之最佳實施例進一步闡述本實用新型。
如圖1所示，本實用新型開關電源包括電源輸入模塊1，待機電路4，PFC電路2，時序電路3和主電源輸出電路5；當電源被接通經所述電源輸入模塊1送往待機電路時，所述開關電源處于待機狀態(tài)并向平板電視機提供待機供電；當所述平板電視機CPU接受開機指令而輸出送往所述時序電路3的控制信號，所述時序電路3輸出一信號控制所述PFC電路2工作并輸出一300～500伏電壓范圍的直流電源給所述主電源輸出電路5，所述主電源輸出電路5在所述時序電路3的指令信號控制下，輸出所述平板電視機各部分電路所需的工作電壓。所述主電源輸出電路包括至少兩路主電源輸出，如+24V和+12V，通過一采用環(huán)形磁芯(如圖6所示)或者可忽略氣隙的C形磁芯繞制的變壓器T2來實現(xiàn)電壓轉換。這樣可以避免普通E形磁芯不可避免存在的氣隙而造成功率損耗，同時因具有較大散熱面積，易于實現(xiàn)開關電路的超薄化設計。所述磁芯或者是卷繞硅鋼帶磁芯，或者是鐵氧體磁芯。(因屬于現(xiàn)有技術，不再贅述)。
圖2是本實用新型實施例待機電路的原理框圖。該電路采用與主電源徹底分離的單獨設計，包括專用控制芯片。電源上電時，輸入電源分兩路，一路經一啟動電路給所述控制芯片提供啟動電壓，另一路送所述變壓器T1，該變壓器T1不同的耦合繞組輸出分別經輔助電路和吸收保護電路支路送往所述控制芯片；所述變壓器T1又一耦合繞組的輸出經整流濾波電路輸出所述向平板電視機提供的待機電源，所述整流濾波電路還輸出送往反饋電路的取樣信號，再經穩(wěn)壓電路輸出送往所述控制芯片的反饋信號，使所述控制芯片調節(jié)控制電路振蕩來保持所述待機電源的穩(wěn)定。
所述待機電路的具體實現(xiàn)如圖3所示所述專用控制芯片采用英飛凌公司的ICE2A180，僅需極低的啟動電流，由R105、R106、R107、R108等組成所述啟動電路。在90～265V交流電源輸入開關電源時，整流橋D103的輸出經R180送往所述啟動電路，所述待機電路僅需0.02～0.15W的啟動功耗；啟動完成后轉由變壓器T1的N2耦合繞組，及D104、E1等組成的輔助電源向所述控制芯片供電，也僅需0.1～0.2W的功耗。因此，該待機電路功耗特低，并因該選用的控制芯片將開關模式控制系統(tǒng)的所有功能合并在一起及特殊設計了功率MOSFET管，而減小了熱耗及提高了效率。
尤其是，所述待機電路包括一穩(wěn)壓管D107，陽極接地，陰極接ICE2A180供電源端(第7腳)，用于將電壓VCC鉗位在一個安全的范圍內，以避免因輸入電壓或反饋電壓變化造成該專用芯片工作異常而燒毀。
此外，所述待機電路還包括并聯(lián)連接的一電阻R168和一電容C106，該并聯(lián)電路的一端接地，另一端接ICE2A180反饋電壓端(第2腳)，用來改善該芯片內部的保護設置，可以在保證電路正常輸出的同時，有效地改善待機電源空載啟動的可靠性，并防止各種干擾引起的電路誤保護。
所述PFC電路2具體如圖3所示，包括一無源無損開關BOOST交換器和一大功率開關驅動電路。所述無源無損開關BOOST變換器是工作于臨界導通模式的升壓型變換器，工作在連續(xù)導電模式。該變換器包括(1)PFC主電感L7；(2)附加電感L9，與所述主電感L7串聯(lián)；(3)包括D114、D115、C155、C161的附加電路；所述二極管D114的陽極接所述電感L7和L9的連接端，陰極接二極管D115的陽極；所述電容C155與C161并聯(lián)，一端接所述二極管D114的陰極，另一端連接與所述電感L7串聯(lián)的所述電感L9的另一端；(4)包括D132、C162、R253的附加電路，所述二極管D132的陽極接所述二極管D114的陽極，陰極通過所述電容C162接地，該陰極還通過電阻R253連接所述二極管D115的陰極。該無源無損開關BOOST變換器還包括一漏極接所述二極管D114陽極、源極接地的開關管Q3，所述電容C155和電感L9的連接端通過二極管D113連接二極管D115的陰極和一電容E7的正端，具體工作過程是當開關管Q3開通，電感L7、L9接到整流橋D103輸出的+和-端，流經L4、L9的電流線性增加；當Q3關斷，L4、L9連接于整流輸出的+端和電容E7的正端(通過所述二極管D113)，L4、L9中電流流向E7；由于Q3高頻工作，E7電壓被充到一預定電壓值，比如大致400V。一包括電阻R153的反饋回路通過連續(xù)檢測所述E7上的電壓來相應調節(jié)Q3的開通時間，使所述E7直流電壓保持所述預定值。該負反饋控制過程是低速和低增益的，因此電感平均電流平滑地跟隨低頻電網電壓，從而實現(xiàn)高功率因數(shù)和低諧波失真。
所述附加電感L9、包括D114、D115、C155、C161的附加電路和包括D132、C162、R253的附加電路共同組成無源無損軟開關電路，能在不增加開關應力的基礎上實現(xiàn)零電流開通和零電壓關斷。其中L9提供主開關零電流開通條件，限制主整流二極管D113的反向恢復電流；電容C155、C161為電感L9能量恢復提供能量。
與普通硬開關及普通有源開關BOOST變換器相比，本新型無源無損軟開關BOOST變換器優(yōu)點有大功率輸出，可以運用在大于500W～3000W電路中；高功率因數(shù)，PF≥0.98；低諧波失真、低電磁輻射、高效率；可以顯著改善開關特性，減少開關管功耗和電磁干擾。
所述大功率開關驅動電路，包括一npn型晶體三極管Q1和一pnp型晶體三極管Q2，二者的基極相連，一電容E9的正極連接所述三極管Q1的集電極，電阻R146與R148的串聯(lián)支路一端接所述三極管Q1的發(fā)射極、另一端接所述三極管Q2的發(fā)射極；所述三極管Q2的集電極接地；所述電阻R146與R148的連接端還連接一電阻R149的一端，該電阻R149用來連接所述開關管Q3的柵極和源極，以向所述開關管Q3提供“開通-關斷”信號。該開關驅動電路連接在驅動芯片IC1和所述開關管Q3之間，可以減小對驅動芯片驅動能力的要求，顯著地改善開關驅動波形，使得大功率開關管的選用和使用變得簡單可靠，從而大大地增加了輸出功率。
圖3所示的所述反饋回路還包括電阻R150，所述電阻R153和R150串聯(lián)在所述E7上的電壓和地之間，所述驅動芯片IC1一引腳連接所述電阻R153和R150的連接點，從而根據(jù)取樣分壓調節(jié)送往所述開關驅動電路的信號大小。
本實施例PFC電路2的上述設計，可以使本實用新型的開關電源適應全范圍交流電源輸入，及具有高功率因數(shù)、低諧波失真、高效率的優(yōu)點。
下表是本實用新型優(yōu)選實施例與普通BOOST變換器的滿載功率因數(shù)及本級滿載效率比較(本優(yōu)選實施例中，C155、C161＝0.1uF，C162＝0.01uF，R253＝4.7Ω/3W，L7＝900uH，L9＝3uH，Q3型號為SPW20N60S5)

圖5是本實用新型實施例的過流、過壓保護電路框圖。當開關電源為電視機工作狀態(tài)提供電壓時，主路+24V、主路+12V及輔路(+22V為例，但不限于該電壓)輸出正常電壓，各路過流、過壓、短路保護電路開始工作并監(jiān)測輸出狀況。每一路電源各包括一基準電壓和一電流取樣、一電壓取樣電路，分別輸出給一比較電路；一保護電路接收各所述比較電路對相應路電源工作判斷結果并輸出控制信號往時序控制電路，當任一路的電壓或電流超過允許范圍或出現(xiàn)短路時，由其向所述主電源輸出電路提供一個保護信號來切斷主電源。
具體見圖4的電原理圖，以+24V主路為例。所述基準電路包括5V待機電源和串聯(lián)的分壓電阻R205、R203；電流取樣電路包括電阻R195、R207和電容C145；電流比較電路包括5V待機電源和IC11、C159等，當此路的電流超過允許范圍時，或此路有短路時，由其向主保護電路提供一個保護信號(通過光耦集成電路IC15)耦合到時序控制電路，用來控制切斷主電源。
另取一包括5V待機電源和電阻R209、R237的基準電路；所述電壓取樣電路包括電阻R213、R214、R215和電容C154等；電壓比較電路包括5V待機電源和IC13、C143等，當此路的電壓超過允許范圍時，由其向主保護電路提供一個保護信號(通過光耦集成電路IC15)耦合到時序控制電路，用來控制切斷主電源。
本實用新型實施例所用的主要元器件清單如下序號電路符號型號或參數(shù)廠家1 IC1 L4981AD ST2 IC2 ICE2A180 Infineon
3D107 1N4746ASEMTECH4D113 DSEI8-06A IXYS5Q3 SPW20N60S5 Infineon6Q7 SPP11N60C2 Infineon7Q8 SPP11N60C2 Infineon8R168 6.8kΩ9C106 0.1uF所述平板電視機包括PDP屏電視機和LCD屏電視機，用于它們的開關電源具有基本一樣的待機電路、PFC電路、主輸出電路，主要區(qū)別在于時序電路中時序識別控制電路的級數(shù)、主電源輸出電路中的輔助電源輸出路數(shù)不同，以及(因對應屏的特點)PDP電源的兩路主電源輸出均為大功率高壓輸出，而LCD電源的均為大功率低壓輸出。上述區(qū)別只需借鑒現(xiàn)有技術調整變壓器、輸出整流管、電容等參數(shù)來實現(xiàn)，非本實用新型要解決的問題，不在此贅述。關于二者開關電源共有的結構均在本實用新型保護范圍內。
權利要求1.一種用于平板電視機的開關電源裝置，包括電源輸入模塊(1)，待機電路(4)，PFC電路(2)，時序電路(3)和主電源輸出電路(5)；當電源被接通經所述電源輸入模塊(1)送往待機電路時，所述開關電源處于待機狀態(tài)并向平板電視機提供待機供電；當所述平板電視機CPU接受開機指令而輸出送往所述時序電路(3)的控制信號，所述時序電路(3)輸出一信號控制所述PFC電路(2)工作并輸出一300～500伏電壓范圍的直流電源給所述主電源輸出電路(5)，所述主電源輸出電路(5)在所述時序電路(3)的指令信號控制下，輸出所述平板電視機各部分電路所需的工作電壓；其特征在于所述主電源輸出電路包括一采用環(huán)形磁芯或者可忽略氣隙的C形磁芯繞制的變壓器T2。
2.根據(jù)權利要求1所述用于平板電視機的開關電源裝置，其特征在于所述磁芯或者是卷繞硅鋼帶磁芯，或者是鐵氧體磁芯。
3.根據(jù)權利要求1所述用于平板電視機的開關電源裝置，其特征在于所述待機電路包括專用控制集成電路ICE2A180。
4.根據(jù)權利要求2所述用于平板電視機的開關電源裝置，其特征在于所述待機電路還包括一穩(wěn)壓管D107，陽極接地，陰極接ICE2A180供電源端，用于將電壓VCC鉗位在一個預定范圍內。
5.根據(jù)權利要求2所述用于平板電視機的開關電源裝置，其特征在于所述待機電路還包括并聯(lián)連接的一電阻R168和一電容C106，該并聯(lián)電路的一端接地，另一端接ICE2A180反饋電壓端。
6.根據(jù)權利要求1所述用于平板電視機的開關電源裝置，其特征在于，所述PFC電路(2)包括一無源無損開關BOOST變換器，該變換器包括PFC主電感L7；與該主電感L7串聯(lián)的附加電感L9；一包括D114、D115、C155、C161的附加電路；所述二極管D114的陽極接所述電感L7和L9的連接端，陰極接二極管D115的陽極；所述電容C155與C161并聯(lián)，一端接所述二極管D114的陰極，另一端連接與所述電感L7串聯(lián)的所述電感L9的另一端；一包括D132、C162、R253的附加電路，所述二極管D132的陽極接所述二極管D114的陽極，陰極通過所述電容C162接地，該陰極還通過電阻R253連接所述二極管D115的陰極；一漏極接所述二極管D114陽極、源極接地的開關管Q3，所述電容C155和電感L9的連接端通過二極管D113連接二極管D115的陰極和一電容E7的正端，當開關管Q3開通，電感L7、L9接到整流橋D103輸出的+和-端，流經L4、L9的電流線性增加；當Q3關斷，L4、L9連接于整流輸出的+端和電容E7的正端，L4、L9中電流流向E7；由于Q3高頻工作，E7電壓被充到一預定電壓值；一包括電阻R153的反饋回路通過連續(xù)檢測所述E7上的電壓來相應調節(jié)Q3的開通時間，使所述E7直流電壓保持所述預定值。
7.根據(jù)權利要求1或5所述用于平板電視機的開關電源裝置，其特征在于所述PFC電路(2)還包括一大功率開關驅動電路，該開關驅動電路包括一npn型晶體三極管Q1和一pnp型晶體三極管Q2，二者的基極相連，一電容E9的正極連接所述三極管Q1的集電極，電阻R146與R148的串聯(lián)支路一端接所述三極管Q1的發(fā)射極、另一端接所述三極管Q2的發(fā)射極；所述三極管Q2的集電極接地；所述電阻R146與R148的連接端還連接一電阻R149的一端，該電阻R149用來連接所述開關管Q3的柵極和源極，以向所述開關管Q3提供“開通-關斷”信號。該開關驅動電路連接在驅動芯片IC1和所述開關管Q3之間。
8.根據(jù)權利要求6所述用于平板電視機的開關電源裝置，其特征在于所述反饋回路還包括電阻R150，所述電阻R153和R150串聯(lián)在所述電容E7上的電壓和地之間，所述驅動芯片IC1一引腳連接所述電阻R153和R150的連接點，從而根據(jù)取樣分壓調節(jié)送往所述開關驅動電路的信號大小。
9.根據(jù)權利要求1所述用于平板電視機的開關電源裝置，其特征在于所述時序電路(3)還包括至少一組過流過壓保護電路監(jiān)測主電源輸出；所述過流過壓保護電路包括一基準電壓電路、一電流取樣電路和一電壓取樣電路，分別輸出給一比較電路；一保護電路接收所述比較電路對所述主電源工作判斷結果并輸出控制信號往時序控制電路，當該路主電源的電壓或電流超過允許范圍或出現(xiàn)短路時，由所述時序控制電路向所述主電源輸出電路提供一個保護信號來切斷主電源。
專利摘要一種用于平板電視機的開關電源裝置，包括電源輸入模塊，待機電路，PFC電路，時序電路和主電源輸出電路；尤其是，所述主電源輸出電路包括一采用環(huán)形磁芯或者可忽略氣隙的C形磁芯繞制的變壓器T2；所述待機電路包括專用控制集成電路ICE2A180。本實用新型方案可以使開關電源設計超薄化，適應全范圍交流電源輸入，并具有低待機功耗和高轉換效率的優(yōu)點。
文檔編號H04N5/63GK2829251SQ200520061679
公開日2006年10月18日 申請日期2005年7月25日 優(yōu)先權日2005年7月25日
發(fā)明者陳春榮 申請人:深圳市跨宏科技有限公司