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如何提升LED背光系統的轉換器效率?
點擊次數:1300 發布時間:2011-10-27
 

高電壓范圍升壓轉換器通常用作具有90V至270V AC輸入和約400V DC輸出的PFC轉換器,在這些應用中,傳導損耗并不像在低電壓升壓轉換器中那么重要,需要更多地考慮開關損耗和抗噪聲能力。因而PFC控制器通常采用某些特別的設計要素如臨界導通 (CRM)工作模式、更高的電流感測電壓。PFC控制器由于市場巨大而被廣泛使用。

低電壓范圍升壓轉換器通常用于移動設備,以便將電池電壓(1.2V 至4.2V)提升到較高的電壓水平(如1.5至20V),從而為應用電路供電。在這個電壓范圍里,傳導損耗是主要的考慮因素。市面上存在許多專門設計用于這些應用的器件,連續傳導模式(CCM)是這些器件的主要工作模式。LED背光顯示系統能運用到干燥箱的顯示屏上。

LED TV背光應用需要24V DC輸入、 180V DC 0.4A輸出升壓轉換器,相比前面提到的低電壓和高電壓范圍升壓轉換器,這類中等電壓升壓轉換器很少用于消費電子產品。在這種電壓和額定功率值范圍中,傳導損耗、開關損耗和抗噪聲能力均需予以考慮,很難找到一款適合的較廉價的器件。

拓撲和器件選擇考慮事項

考慮到用于移動設備的升壓控制器具有高PWM頻率 (通常為500 KHz 至6MHz)和低噪聲兼容性(電壓模式或低電流感測電壓)。用于AC/DC電源的PWM控制器似乎更合適,因其具有高柵極驅動電壓 (超過10V)和高電流感測電壓(通常為0.5V-1.2V)。但是,大多數 AC/DC PWM控制器的工作頻率為50 kHz至100 kHz。這種頻率范圍對于90-270VAC輸入的電源是合適的,因為它能夠平衡開關損耗和電感元件尺寸。不過,對于24VDC輸入電源,該頻率有些低,因為低工作頻率需要使用大電感器。

在設計消費產品解決方案時,始終需要避免使用昂貴的拓撲和器件。而且,由于DC輸入節點和輸出節點(LED陣列)均位于次級端,因而LED背光照明級無需進行隔離。即便我們還有軟開關諧振半/全橋拓撲等其它選擇,升壓(boost)拓撲是LED TV背光照明電源應用的佳核心拓撲。

CRM PFC控制器是佳的選擇,因為它不僅具備AC/DC PWM控制器的優勢(高柵極驅動電壓和高電流感測電壓),還能夠通過選擇電感將工作頻率設置為佳數值(200 kHz)。即便CRM PFC控制器的反饋回路在電壓模式下工作,但是其鋸齒波發生器和比較器內置在芯片中,并具有足夠大的振幅。因而,在噪聲兼容性方面不會出現問題。

提高效率

低電壓范圍升壓轉換器通常用于移動設備,以便將電池電壓(1.2V 至4.2V)提升到較高的電壓水平(如1.5至20V),從而為應用電路供電。在這個電壓范圍里,傳導損耗是主要的考慮因素。市面上存在許多專門設計用于這些應用的器件,連續傳導模式(CCM)是這些器件的主要工作模式。

使用標準CRM PFC控制器來實現升壓轉換器,因為具有相對較低的輸入/輸出電壓和臨界導通模式工作方式,開關損耗并不是問題,其問題在于傳導損耗。圖1所示為升壓轉換器中的主要傳導損耗來源。

高電壓范圍升壓轉換器通常用作具有90V至270V AC輸入和約400V DC輸出的PFC轉換器,在這些應用中,傳導損耗并不像在低電壓升壓轉換器中那么重要,需要更多地考慮開關損耗和抗噪聲能力。因而PFC控制器通常采用某些特別的設計要素如臨界導通 (CRM)工作模式、更高的電流感測電壓。PFC控制器由于市場巨大而被廣泛使用。

LED TV背光應用需要24V DC輸入、 180V DC 0.4A輸出升壓轉換器,相比前面提到的低電壓和高電壓范圍升壓轉換器,這類中等電壓升壓轉換器很少用于消費電子產品。在這種電壓和額定功率值范圍中,傳導損耗、開關損耗和抗噪聲能力均需予以考慮,很難找到一款適合的較廉價的器件。

拓撲和器件選擇考慮事項

在設計消費產品解決方案時,始終需要避免使用昂貴的拓撲和器件。而且,由于DC輸入節點和輸出節點(LED陣列)均位于次級端,因而LED背光照明級無需進行隔離。即便我們還有軟開關諧振半/全橋拓撲等其它選擇,升壓(boost)拓撲是LED TV背光照明電源應用的佳核心拓撲。

考慮到用于移動設備的升壓控制器具有高PWM頻率 (通常為500 KHz 至6MHz)和低噪聲兼容性(電壓模式或低電流感測電壓)。用于AC/DC電源的PWM控制器似乎更合適,因其具有高柵極驅動電壓 (超過10V)和高電流感測電壓(通常為0.5V-1.2V)。但是,大多數 AC/DC PWM控制器的工作頻率為50 kHz至100 kHz。這種頻率范圍對于90-270VAC輸入的電源是合適的,因為它能夠平衡開關損耗和電感元件尺寸。不過,對于24VDC輸入電源,該頻率有些低,因為低工作頻率需要使用大電感器。

CRM PFC控制器是佳的選擇,因為它不僅具備AC/DC PWM控制器的優勢(高柵極驅動電壓和高電流感測電壓),還能夠通過選擇電感將工作頻率設置為佳數值(200 kHz)。即便CRM PFC控制器的反饋回路在電壓模式下工作,但是其鋸齒波發生器和比較器內置在芯片中,并具有足夠大的振幅。因而,在噪聲兼容性方面不會出現問題。

提高效率

使用標準CRM PFC控制器來實現升壓轉換器,因為具有相對較低的輸入/輸出電壓和臨界導通模式工作方式,開關損耗并不是問題,其問題在于傳導損耗。圖1所示為升壓轉換器中的主要傳導損耗來源。

 
 
 
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