引言

隨著人們對大屏幕彩電的需求不斷增加，等離子顯示器(PDP)由于其體積小、視角寬、主動發(fā)光、亮度高、環(huán)境適應性好等獨特的優(yōu)點，在競爭中占有相當?shù)膬?yōu)勢，隨著價格的降低，它必將進入家庭，有著巨大的市場需求。等離子顯示器主要由顯示屏、屏蔽玻璃、電源、數(shù)字電路、驅動電路、外殼等部件組成，其中電源擔負著屏內(nèi)所有電路和顯示屏的供電，其技術含量高，功能復雜，為滿足等離子顯示器的安全要求，需要進行精心設計和嚴格測試。

電源輸出特性

為了適應全球輸入電壓范圍，交流輸入電壓為85～276V，經(jīng)過EMI濾波、整流后采用有源PFC作電壓預調整，共有8路輸出電壓:地址驅動電源Va，屏驅動電源Vs，邏輯控制電源Vcc，輔助電源(3路)，風扇電源，待機電源Vsb，其主要輸出特性如下:

屏驅動電源(Vs)輸出：165～185Vdc(可控)，自動設置，Vs=165+10×Vrs，Vrs為參考電壓，在0～2V之間，由PDP提供，平均電流Is為1.5A，瞬時最大電流Isp為12.0A；

地址驅動電源(Va)輸出：55～65Vdc(可控)，自動設置，Va=55+5×Vra，Vra為參考電壓，在0～2V之間，由PDP提供，平均電流Ia為1.8A，瞬時最大電流Iap為3.0A；

邏輯電路電源(Vcc)輸出：5Vdc(可控)，瞬時最大電流Icp為5.0A;輔助電源輸出:+5V，3.5A;+12V，1A;-5V，0.5A;12V風扇電源(Vfan):電流為0.5～1.0A;5V待機電源(Vsb):電流為0.5～1.0A。

地址驅動電源Va和屏驅動電源Vs分別受PDP控制，而且有時序要求，所以采用兩個獨立DC/DC變換器;對于待機電源Vsb，在PDP不工作即其他所有輸出均關斷時仍然工作，所以Vsb采用一個獨立的DC/DC變換器;Vcc與Vs和Va是共地的，為避免地線上的干擾，輔助電源組采用單獨一組DC/DC變換器，輸出內(nèi)部共地，同時為了避免差頻干擾，對大功率的Va和Vs變換器采用頻率同步的工作方式(同步于PFC電路)。各變換器的邏輯關系及工作時序如下:

a.交流上電后，待機電源Vsb開始工作；

b.遙控開機后，先吸合繼電器，PFC輸出直流電壓，輔助電源、PDP邏輯控制電源Vcc工作；

c.屏控電路初始化后，發(fā)出可啟動高壓驅動開啟電平Vrr到PDP電源，Va和Vs啟動工作；

d.遙控關機時，屏控電路先關閉Vs和Va，后關Vcc和輔助電源；

e.遙控關機后，待機電源仍然工作，以便下一次的啟動。

其開關機時序如圖1(a)、(b)所示。

(a) 開機時序

(b)　關機時序

圖1　開關機時序圖

圖1中的t1為PDP電源內(nèi)部高低壓之間的啟動延時，大約為110ms，Vrr是高壓封鎖信號，在Vrr為高電平之后即有高壓輸出，圖中的t3表示Vs(165V)的軟啟動時間，大約為300～800ms，而Va(65V)無軟啟動。t4和t5僅代表關機時的先后順序，其本身數(shù)值的大小和負載的情況密切相關，在滿載情況下t4大約為450ms，t5大約為260ms。Vs和Va變換器是一起開機、一起關機，當前兩路中有1路保護(過流、過壓、過熱)時，則將該兩路變換器全部關斷，但不關Vcc變換器。當Vcc變換器發(fā)生故障時，將Vs和Va變換器與Vcc變換器同時關斷，整個電源的結構框圖如圖2所示。

圖2　結構框圖

電路設計

為了滿足PDP電源的上述特性要求，每種電源都需要不同的電路結構，下面詳細論述各個電路的設計。

EMI電路、有源功率因數(shù)校正電路和待機電源

為了滿足全球化需要，PDP電源必須滿足各個組織的EMI測試要求，根據(jù)阻抗匹配采用了如圖3所示拓撲結構的EMI濾波器，經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化和PCB優(yōu)化，其傳導輻射通過了CLASS B標準，有源功率因數(shù)校正電路采用了UC3854作為主控芯片，功率因數(shù)達到99%，待機電源采用PI公司的專用待機電源芯片構成單端反激變換器。

圖3　交流輸入濾波電路拓撲

輔助電源

輔助電源采用UC3844組成單端反激變換器，電壓分別為一組5V/3.5A、-5V/0.5A，一路12V/0.5A，一路12V/1.0A，5V主控。

地址驅動電源Va和屏驅動電源Vs

此兩路電源功率都比較大而且受控，因此采用兩路相同結構的獨立雙管雙正激變換器。我們以地址驅動電源Va為例進行設計，該路功率為120W，輸出55～65Vdc(可控)，自動設置，Va=55+5×Vra，Vra為參考電壓，在0～2V之間，由PDP提供。當Vra為2V時，對應Va的輸出為65V。其控制電路采用SG3525芯片，把Vra電壓經(jīng)過分壓和濾波處理后加到SG3525的1腳上對輸出電壓控制。主拓撲采用雙管雙正激變換器，特點是器件應力小，不存在剩磁問題，電路簡單，避免直通問題，圖4為雙管雙正激變換器的原理電路。

圖4　雙管雙正激變換器的原理電路

在圖4中，PFCout為功率因數(shù)校正的輸出，為400V。每路正激變換器由兩只MOSFET構成，這種雙管正激可降低開關管耐壓要求。與單正激變換器相比，雙正激變換器在使輸出功率增大的同時還帶來如下好處:①輸出濾波電感工作頻率為兩倍開關頻率，這使得其大小相對減小;②變壓器原副邊變比為單正激的兩倍，可選用低耐壓的輸出整流二極管。實際使用的開關頻率為80kHz，開關管驅動采用脈沖變壓器耦合隔離方式，這樣可減小主電路對控制電路的干擾。每只MOSFET附近的RCD電路為吸收緩沖電路，可以有效吸收開關過沖，其參數(shù)值由開關頻率和實際電路決定。當Po(單路)=65W時，其磁性元件設計如下：

設整流管最大壓降Vsr≤0.7V，電感繞組的最大電阻壓降VL≤0.1V，其他線路最大壓降Vr≤0.1V，原邊MOFET及線路壓降Vsw≤0.3V，變壓器效率η≥98%。其他參數(shù)為：

Vs：變壓器副邊電壓
Vp：變壓器原邊電壓
輸入電壓：Vin=390～400V
輸出電流：Io=1A
輸出電壓范圍：Vo=50～70V
輸出功率：Pomax=70W
最大占空比：Dmax=0.45
開關頻率：f=80kHz
導線的電流密度：J=4A/mm2
鐵芯磁通密度變化量：ΔB=0.2T
(1)計算匝數(shù)比

(2)計算總視在功率

(3)計算鐵芯窗口面積乘積

Kw：變壓器窗口系數(shù)，窗口系數(shù)先粗略取0.4，本設計中原副邊繞組均采用銅線； Kf對于雙管正激電路可由以下公式算出：

(4)選擇磁芯

根據(jù)Ap查磁芯手冊，確定磁芯結構為EE42/21/15，磁芯材料為西門子N67材料，有效截面:Ae=234mm2，窗口面積:AW=250mm2，Ae×AW=5.85cm2>Ap。

(5)計算原邊、副邊繞組匝數(shù)

原邊開關管為MTP4N80，額定電流4A，耐壓800V。輸出整流二極管D1～D4采用4只快恢復二極管DSEI1206A，其中2只并聯(lián)使用作為續(xù)流二極管。DSEI1206A的反向軟恢復特征使得輸出尖峰電壓減小外，反向恢復電流折算到原邊也小，使得原邊MOS2FET開通損耗減小。在輸出電壓65V，輸出電流1A時，變壓器溫升小于30℃，效率為93%。

測試結果

PDP電源設計完成后需要進行高低溫沖擊試驗、負載特性、功率因數(shù)、EMC等測試，其滿載功率因數(shù)測試為>98%，以下為其他各個測試項。

基本性能指標

PDP電源基本性能指標表如表1所示。

環(huán)境測試

A.低溫測試:-5℃時，電源能啟動且可以正常工作，測試負載調整率、電壓調整率、穩(wěn)壓精度、輸出過流保護點、輸出過壓保護點、設置精度、峰峰雜音等項目。

B.高溫測試:50℃時，電源能啟動且可以正常工作，測試負載調整率、電壓調整率、穩(wěn)壓精度、輸出過流保護點、輸出過壓保護點、設置精度、峰峰雜音等項目。

EMC測試

A.電壓暫降、跌落與短期電壓變化測試用三相ACSOURCE模擬電網(wǎng)，電壓暫降、跌落與短期電壓變化時電源能正常工作。

B.電網(wǎng)特殊波形測試：

1)用三相ACSOURCR模擬電網(wǎng)諧波輸入，樣機能正常工作；

2)用單相ACSOURCR模擬電網(wǎng)尖峰、毛刺輸入，樣機能正常工作;尖峰電壓大于400V時，關機保護。

C.噪聲抗擾性測試

在電源輸入端口耦合3kV共模噪聲電壓，樣機能正常工作。

D.符合ANSIIEEEC62.41-1991、B3等級，1.2/50μs和8/20μs混合波，6kV/3kA。

元器件溫升測試

在滿載情況下所有元件溫升低于40℃。

結論

PDP等離子顯示屏是近幾年在國際上出現(xiàn)的新產(chǎn)品，其電源設計比較復雜，要求輸出路數(shù)多、體積小、電壓調節(jié)范圍寬、電壓高、紋波小、噪聲低、EMI低，開關機有嚴格的時序限制。這里設計的PDP電源已經(jīng)成功應用在某知名品牌的42英寸等離子顯示上，經(jīng)過上萬臺等離子顯示屏兩年的使用驗證，返修率小于0.05%，證明其設計的可靠性非常高。