PDP控制电源的设计分析(1)

    随着人们对大屏幕彩电的需求不断增加，等离子显示器(PDP)由于其体积小、视角宽、主动发光、亮度高、环境适应性好等独特的优点，在竞争中占有相当的优势，随着价格的降低，它必将进入家庭，有着巨大的市场需求。等离子显示器主要由显示屏、屏蔽玻璃、电源、数字电路、驱动电路、外壳等部件组成，其中电源担负着屏内所有电路和显示屏的供电，其技术含量高，功能复杂，为满足等离子显示器的安全要求，需要进行精心设计和严格测试。 
    
     电源输出特性 
    
    为了适应全球输入电压范围，交流输入电压为85～276V，经过EMI滤波、整流后采用有源PFC作电压预调整，共有8路输出电压:地址驱动电源V_a，屏驱动电源V_s，逻辑控制电源V_cc，辅助电源(3路)，风扇电源，待机电源V_sb，其主要输出特性如下: 
    
    屏驱动电源(V_s)输出：165～185V_dc(可控)，自动设置，V_s=165+10×V_rs，V_rs为参考电压，在0～2V之间，由PDP提供，平均电流I_s为1.5A，瞬时最大电流I_sp为12.0A；
    
    地址驱动电源(V_a)输出：55～65V_dc(可控)，自动设置，V_a=55+5×V_ra，V_ra为参考电压，在0～2V之间，由PDP提供，平均电流I_a为1.8A，瞬时最大电流I_ap为3.0A；
    
    逻辑电路电源(V_cc)输出：5V_dc(可控)，瞬时最大电流I_cp为5.0A;辅助电源输出:+5V，3.5A;+12V，1A;-5V，0.5A;12V风扇电源(V_fan):电流为0.5～1.0A;5V待机电源(V_sb):电流为0.5～1.0A。 
    
    地址驱动电源V_a和屏驱动电源V_s分别受PDP控制，而且有时序要求，所以采用两个独立DC/DC变换器;对于待机电源V_sb，在PDP不工作即其他所有输出均关断时仍然工作，所以V_sb采用一个独立的DC/DC变换器;V_cc与V_s和V_a是共地的，为避免地线上的干扰，辅助电源组采用单独一组DC/DC变换器，输出内部共地，同时为了避免差频干扰，对大功率的V_a和V_s变换器采用频率同步的工作方式(同步于PFC电路)。各变换器的逻辑关系及工作时序如下:
    a.交流上电后，待机电源V_sb开始工作；
    b.遥控开机后，先吸合继电器，PFC输出直流电压，辅助电源、PDP逻辑控制电源V_cc工作；
    c.屏控电路初始化后，发出可启动高压驱动开启电平V_rr到PDP电源，V_a和V_s启动工作；
    d.遥控关机时，屏控电路先关闭V_s和V_a，后关V_cc和辅助电源；
    e.遥控关机后，待机电源仍然工作，以便下一次的启动。 
    
    其开关机时序如图1(a)、(b)所示。
    
    (a)　开机时序
    
    (b)　关机时序
    图1　开关机时序图 
    
    图1中的t₁为PDP电源内部高低压之间的启动延时，大约为110ms，V_rr是高压封锁信号，在V_rr为高电平之后即有高压输出，图中的t₃表示V_s(165V)的软启动时间，大约为300～800ms，而V_a(65V)无软启动。t₄和t₅仅代表关机时的先后顺序，其本身数值的大小和负载的情况密切相关，在满载情况下t₄大约为450ms，t₅大约为260ms。V_s和V_a变换器是一起开机、一起关机，当前两路中有1路保护(过流、过压、过热)时，则将该两路变换器全部关断，但不关V_cc变换器。当V_cc变换器发生故障时，将V_s和V_a变换器与V_cc变换器同时关断，整个电源的结构框图如图2所示。
    
    图2　结构框图 
    
     电路设计 
    
    为了满足PDP电源的上述特性要求，每种电源都需要不同的电路结构，下面详细论述各个电路的设计。
    
         EMI电路、有源功率因数校正电路和待机电源
            为了满足全球化需要，PDP电源必须满足各个组织的EMI测试要求，根据阻抗匹配采用了如图3所示拓扑结构的EMI滤波器，经过参数优化和PCB优化，其传导辐射通过了CLASS B标准，有源功率因数校正电路采用了UC3854作为主控芯片，功率因数达到99%，待机电源采用PI公司的专用待机电源芯片构成单端反激变换器。
    
    图3　交流输入滤波电路拓扑 
    
       辅助电源 
    辅助电源采用UC3844组成单端反激变换器，电压分别为一组5V/3.5A、-5V/0.5A，一路12V/0.5A，一路12V/1.0A，5V主控。 
    
     地址驱动电源V_a和屏驱动电源V_s 
            此两路电源功率都比较大而且受控，因此采用两路相同结构的独立双管双正激变换器。我们以地址驱动电源V_a为例进行设计，该路功率为120W，输出55～65V_dc(可控)，自动设置，V_a=55+5×V_ra，V_ra为参考电压，在0～2V之间，由PDP提供。当V_ra为2V时，对应V_a的输出为65V。其控制电路采用SG3525芯片，把V_ra电压经过分压和滤波处理后加到SG3525的1脚上对输出电压控制。主拓扑采用双管双正激变换器，特点是器件应力小，不存在剩磁问题，电路简单，避免直通问题，图4为双管双正激变换器的原理电路。
    
    图4　双管双正激变换器的原理电路 
    
    在图4中，PFC_out为功率因数校正的输出，为400V。每路正激变换器由两只MOSFET构成，这种双管正激可降低开关管耐压要求。与单正激变换器相比，双正激变换器在使输出功率增大的同时还带来如下好处:①输出滤波电感工作频率为两倍开关频率，这使得其大小相对减小;②变压器原副边变比为单正激的两倍，可选用低耐压的输出整流二极管。实际使用的开关频率为80kHz，开关管驱动采用脉冲变压器耦合隔离方式，这样可减小主电路对控制电路的干扰。每只MOSFET附近的RCD电路为吸收缓冲电路，可以有效吸收开关过冲，其参数值由开关频率和实际电路决定。当P_o(单路)=65W时，其磁性元件设计如下：