中心議題：

• 液晶電視的市場及技術發展趨勢
• 液晶電視電源構架

解決方案：

• 220 W液晶電視電源GreenPoint參考設計
• 高壓LIPS方案將AC-DC
  、DC-DC和逆變器結合在同一塊電路板上

近年來，液晶電視(LCD TV)市場快速發展。市場研究機構DisplaySearch預計，2008年到2012年間的年複合增長率(CAGR)高達16%，其中2009年的付運總量預計達1.4億台，而這一數字到2012年將超過2億。

在市場規模迅速擴大的同時，在規範標準及綠色營銷的壓力下
，液晶電視的工作及待機能耗也越來越低。如“能源之星”4.0版規範及5.0版規範相繼將於2010年5月及2012年5月生效，其中5.0版要求可視屏幕對角尺寸為32英寸、42英寸和60英寸的平板電視平均工作能耗從4.0版的不超過78 W、115 W和210 W下降到不超過55 W、81 W和108 W，相當於兩年時間內降低能耗約50%。

在液晶電視的總能耗中
，統計顯示，背光所消耗的電能比例高達2/3。故液晶電視的另一項重要趨勢是采用新技術來提升背光及麵板能效
，降低能耗。在液晶電視背光源方麵
，目前冷陰極熒光燈(CCFL)背光源占據支配地位

，但這個技術能耗高，包含劇毒物質汞不利於環保，燈管呈條型或U型，使用壽命短
；相比較而言，新興的發光二極管(LED)背光耗電量更小，不含汞
，尺寸更易於配置為更均勻的背光，使用壽命更長
，故LED背光在液晶電視中極具應用潛力。據統計
，2009年采用LED背光源的液晶電視比例為3%，預計未來幾年這一比例將迅速提高，到2014年將達到50%，完全可與CCFL背光分庭抗禮，並在這之後進一步取代CCFL背光。

液晶電視電源包含功率因數校正(PFC)、信號電源、背光電源及ECO待機等多個組成部分

，不同部分往往包含不同的架構可供選擇，參見圖1。以PFC段為例，可以選擇如臨界導電模式(CrM)、連續導電模式(CCM)或交錯式頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM)等不同的PFC控製器。選擇何種電源架構
，需結合應用的屏幕尺寸、功率等級及背光源等因素。另外，作為重要賣點的纖薄設計也影響著電源方案的選擇。 1) 采用CCFL背光源的32英寸液晶電視電源架構
例如，目前市場上銷量最大的是32英寸液晶電視。在這類液晶電視中
，采用標準24 V逆變器電源的方案在市場上仍占據多數
，但新興的高壓液晶電視集成電源(HV-LIPS)的應用也在不斷增多

，總體上呈現出並存的態勢。采用標準24 V逆變器的傳統液晶電視在接受110/220 Vac市電輸入後，經過整流、PFC及濾波，轉換為200/400 Vdc的直流高壓。由於傳統高壓逆變器的輸入電壓要求是24 Vdc
，故PFC的輸出電壓200/400 Vdc會經過降壓轉換
，產生多路輸出電壓，其中一路24 Vdc電壓提供給高壓逆變器
，再經過DC-AC轉換為超過1,000 V甚至達2,000 V的交流高壓，去驅動液晶麵板的CCFL陣列。安森美半導體為這類傳統液晶電視推出了220 W液晶電視電源GreenPoint參考設計，其中采用的關鍵元器件包括NCP1606 CrM PFC控製器、NCP1396諧振半橋控製器及NCP1027待機控製器等。

與這種采用標準24 V逆變器架構的傳統電源不同，高壓LIPS方案將AC-DC、DC-DC和逆變器結合在同一塊電路板上，在獲得200/400 Vdc的PFC輸出後，會直接將這輸出電壓作為逆變器的輸入

，再通過DC-AC轉換為驅動CCFL陣列所需的超過1,000 Vac甚至達2,000 Vac的高壓，這就消除了24 V轉換段
，減少大量功率損耗及降低底盤發熱量，提升係統總能效
，並降低係統成本，還符合“能源之星”等相關能效規範。 針對高壓LIPS架構的液晶電視需求，安森美半導體與Microsemi公司合作
，推出了用於32英寸液晶電視的比高壓LIPS參考設計。這參考設計采用簡單直接的CrM PFC段，且無額外待機開關電源，性價比極高。這參考設計采用了安森美半導體的NCP1607 PFC控製器、NCP1351或NCP1219帶低待機能耗模式的反激轉換控製器
，以及Microsemi的LX6503背光控製器等關鍵IC。這完整液晶電視LIPS電源參考設計功能框圖見圖2。

值得一提的， 這參考設計架構具有高度的靈活性，而隻需對原理圖及所用元件作出極小改動，即可支持多種電壓/電流配置。而且由於使用了采用零電壓開關全橋拓撲結構的先進背光控製器

，逆變器電源能夠輕易地擴展
，支持26英寸到42英寸的多種液晶電視尺寸。客戶利用這高能效先進參考設計

，可縮短開發周期

，加快產品上市進程。

2) 46英寸液晶電視電源架構
安森美半導體還針對更高功率的液晶電視推出了46英寸液晶電視電源參考，這電源參考適合任何類型的背光方案，能擴展支持40/42英寸或52/55英寸液晶電視，參見圖3。

這電源參考采用的關鍵安森美半導體IC包括新的交錯式FCCrM PFC器NCP1631、帶穀底鎖定功能的新NCP1379準諧振反激轉換控製器或NCP1252固定頻率脈寬調製(PWM)控製器
、NCP1053A高能效
、低待機能耗開關電源
，用於僅關注電源段的性能主導型項目。在第一階段，這電源參考的電路板高度低於13 mm，液晶電視總高度低於17.5 mm；後續第二階段還將使電路板高度降到低於8 mm
，總高度低於12.5 mm。

在纖薄設計成為液晶電視重要賣點的當今，電源設計麵臨更嚴格的挑戰，如需要使用低高度的變壓器
、線圈或散熱片，及將多個部件串聯或對水平安裝等。就PFC控製器而言，盡管安森美半導體的NCP1606或NCP1654等已經可以將電路板高度降到很低
，但要支持更低厚度的液晶電視設計，則可以采用安森美半導體新的單芯片交錯式PFC控製器NCP1631

，用於高達300 W功率應用，同時也提供140至264 Vac的窄電壓範圍版本，用於功率大於200 W及注重纖薄設計的應用。
在信號電源方麵
，如上所述
，采用的是新的NCP1379準諧振反激轉換控製器或NCP1252固定頻率反激控製器。其中，NCP1379最大功率達70 W(32英寸設計為50 W)，最多提供3路輸出電壓能力(與32英寸相當)


，最大輸出電流為4 A。NCP1379提供可變頻率模式，用於超低待機能耗模式，在寬功率範圍內保持高能效。NCP1252提供50 kHz的固定頻率PWM，支持自然的CCM

，為多路輸出方案改善電流因數及變壓器耦合/交叉穩壓。

而在待機電源方麵，有兩種方案，一種是專用ECO待機開關電源
，采用集成高壓開關穩壓器NCP1053A
，非常適合最大功率小於5 W的小型心用待機電視微處理器

，提供低於90 mW的極低待機能耗。這器件帶磁滯模式，提升ECO性能，開關頻率及IC功率消耗更低；低頻模式支持DCM模式
，降低開關損耗
；電流受限，減免可能的噪聲問題。另一種方案是采用待機繼電器
，由電視機微處理器直接控製(待機/導通)，並提供可選的ECO“導通/關閉開關”，在230 Vac條件下空載輸入能耗低於20 mW。

3) 46英寸液晶電視參電源考背光方案
上述46英寸液晶電視參考電源適合任意類型的背光方案
，包括單獨及專用的背光方案。例如，提供高壓LIPS用於CCFL/EEFL背光，其中采用2個高端驅動器NCP5111及Microsemi背光控製器。也可采用新的NCP1397準諧振反激轉換器或CAT4026側光式LED驅動器(詳見後文)
，提供高直流輸出電壓半橋LLC，用於LED背光驅動器。還可采用已獲市場證明的NCP1392/NCP1392控製器，用於傳統的24 V逆變器方案
，為CCFL背光供電。而為了適應等離子電視(PDP)應用
，也可采用NCP1397控製器，並增加降壓或升壓轉換器。

其中，在CCFL/EEFL背光的46英寸LIPS逆變器方麵，所采用的安森美半導體NCP5111高端驅動器能夠提升能效及減小全橋500 V功率MOSFET的尺寸，且在修改高壓變壓器設計條件下，電路板上高度低於13 mm，從而支持低厚度設計。
而在LED背光方麵，市場上常見的背光單元包括側光式及直下式兩種類型
，各有其優勢和不足
；但相對而言，側光式LED背光提供高於90%的能效，在市場上備受歡迎。而在46英寸電源參考的側光式LED背光單元方麵，可以采用的安森美半導體關鍵IC包括帶高端驅動器的NCP1397初級側控製器，以及新的6通道線性LED驅動器控製器CAT4026，適合超薄液晶電視設計(電路板上高度低於8 mm，總高度低於12.5 mm)，參見圖4。

其中， NCP1397作為LLC段控製器，在背光應用中提供眾多優勢
，如不需要驅動器變壓器
，帶來成本及安裝優勢；又如簡單應用跳周期模式，適合調光所需
；以及簡單應用過渡保護
，幫助節省成本等。故NCP1397是高性價比及高安全性的方案。
另一方麵，市場上現有的6通道側光式LED驅動器背光方案中，各通道均含專用驅動器IC、電感型DC-DC升壓轉換器及開關；相比較而言，安森美半導體的CAT4026作為多通道LED線性驅動器

，以單顆IC支持6通道，且易於分級為多達12個或18個通道(相應采用2個或3個控製器)，是一種高性價比的方案，目標能效高於90%

，典型能效達94%。此外，這驅動器還提供正向電壓監測功能，可以限製總體功率耗散；還能應用LED開路及過多LED短路等不同LED串故障。

總結
本文分析了液晶電視的市場及技術發展趨勢
，介紹了安森美半導體完整的液晶電視電源方案
，包括用於32英寸並可擴展支持26到42英寸的傳統及高壓LIPS液晶電視的電源參考設計、適合任何背光類型的46英寸並可擴展到40到55尺寸應用的電源參考設計，以及46英寸側光式LED背光電源方案。這些參考設計具有高能效
、高靈活性等優勢，適合纖薄及超薄液晶電視設計，並提供極大的協同優勢，便於複用方案

，幫助客戶加速設計進程
，加快產品上市。

參考資料：
1、《液晶電視AC-DC電源架構及LED背光》，www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/LCD%20-%20AC-DC%20LCD%20TV%20Power%20Architecture%20-%20bilingual.rev1.pdf
，安森美半導體
2
、《180 W高壓LIPS液晶電視電源GreenPoint?參考設計》
，www.onsemi.com/pub/Collateral/TND360-D.PDF，安森美半導體