2009年初國內(nèi)外多家媒體上曾出現(xiàn)關(guān)于歐盟要禁售等離子電視的報(bào)道。歐盟電視產(chǎn)業(yè)研究協(xié)會(huì)的負(fù)責(zé)人Paul Gray否認(rèn)了這一說法,但同時(shí)也提到該協(xié)會(huì)有以下的規(guī)劃。
● 將設(shè)定平板電視能量效率的最低標(biāo)準(zhǔn),并且根據(jù)屏幕的不同尺寸設(shè)定能耗的最大限定值
● 將會(huì)強(qiáng)制性要求電視的待機(jī)能耗低于1W,這個(gè)要求會(huì)給生產(chǎn)廠家大約1年的時(shí)間來達(dá)成
可以看到,盡管歐盟目前并未真正提出要求禁止銷售等離子電視的議案,但是對于該類產(chǎn)品的功耗,包括待機(jī)功耗和平均功耗,依然將有明確的限制。這就迫使我們必須花大力就如何降低功耗、提高功率因數(shù)、提高發(fā)光效率進(jìn)行不懈地改良和研究。
那么,在哪些方面可以著手進(jìn)行優(yōu)化和改善,以有效降低PDP整機(jī)的功耗呢?下面我們對此進(jìn)行定性的分析。
1 電源部分
電源作為PDP的重要組成部分,要求效率高、體積小、能夠提供較大的瞬態(tài)輸出功率,并且具有保護(hù)功能和不同輸出電壓按順序啟動(dòng)的功能。
傳統(tǒng)的PDP電源一般采用兩級(jí)方案,即功率因數(shù)校正(PFC)級(jí)+DC/DC變換的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它們分別有各自的開關(guān)器件和控制電路。盡管其能夠獲得很好的性能,但體積過大,成本高,電路比較復(fù)雜。因此,對其進(jìn)行優(yōu)化改造也成了PDP電源技術(shù)研究的一個(gè)方向。
分析可知,不管從傳輸能量角度還是從所占體積的角度,PFC模塊和掃描驅(qū)動(dòng)電極DC/DC變換模塊都占有相當(dāng)大的比例。因此,對這兩部分的改造就成為PDP開關(guān)電源優(yōu)化改造的一個(gè)切入點(diǎn)。
目前的優(yōu)化方案有以下兩種。
● 單級(jí)功率因數(shù)校正電路(SSPFC)
如圖1所示,SSPFC體積小、電路簡單的特點(diǎn)使其成為PDP開關(guān)電源小型化改造的一個(gè)首選方案。其基本原理是:采用單級(jí)功率因數(shù)校正變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),單相交流電經(jīng)全波整流后,通過串聯(lián)兩個(gè)感性ICS接到雙管反激的DC/DC變換單元。在半個(gè)工頻周期內(nèi),只有一部分時(shí)間電感LB的電流連續(xù)工作,當(dāng)輸入電壓為交流正弦波時(shí),其輸入電流為一含有高頻紋波的近似正弦波。兩者相位基本相同,從而提高了輸入端的功率因數(shù)。
圖1 單級(jí)功率因數(shù)校正電路
● 采用功率因數(shù)控制芯片
如圖2所示,可采用MC34262等功率因數(shù)控制芯片來進(jìn)行有源功率因數(shù)校正。
圖2 采用MC34262的功率因數(shù)校正電路
交流市電經(jīng)過全波整流后的直流電壓經(jīng)分壓,輸入控制芯片內(nèi)乘法器的一個(gè)輸入端,而誤差放大器輸出電壓加到乘法器另一個(gè)輸入端。在較大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi),乘法器的傳輸曲線為線性。乘法器輸出電壓控制電流取樣比較器的門限電壓,當(dāng)電壓大于此門限電壓時(shí),電感釋放能量。此門限電壓近似與輸入電壓成正比,即與交流市電經(jīng)過全波整流后的直流電壓近似成正比關(guān)系。當(dāng)電感中電流降為零,此時(shí)電感開始儲(chǔ)能。其平均電流呈現(xiàn)與市電電壓同相位的正弦波,可使得功率因數(shù)接近于“1”。
2 驅(qū)動(dòng)電路部分
在PDP的總功耗中,并非只有氣體放電功耗,因?yàn)樵赑DP的驅(qū)動(dòng)電路中,需要大功率、高頻開關(guān)電路來為PDP提供氣體放電所需要的各種高壓脈沖,雖然PDP顯示屏的寄生電容并不消耗能量,但是它們的充電與放電將導(dǎo)致在電路的電阻及電極引線電阻中的能量耗損。
PDP驅(qū)動(dòng)電路的電壓幅值為負(fù)幾十伏到正幾百伏左右,工作頻率100~233kHz,驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)選型對PDP整機(jī)系統(tǒng)的畫面質(zhì)量、工作效率等尤為重要。
在PDP的驅(qū)動(dòng)電路中,尋址驅(qū)動(dòng)電路的頻率最高,因此,除了在尋址驅(qū)動(dòng)電路中使用能量恢復(fù)技術(shù)之外,降低尋址驅(qū)動(dòng)電路的脈沖電壓也可以顯著降低尋址功耗。降低尋址電壓脈沖可采用以下幾種方法。
● AwD方法——即“尋址的同時(shí)顯示”。尋址、維持、擦除脈沖組合在一起施加,可降低尋址電壓,從而降低無用功耗。同時(shí),由于維持時(shí)間占據(jù)了一個(gè)子場的大部分時(shí)間,故維持脈沖的頻率可以降低。
● 擦除尋址方法——即初始化后即進(jìn)入維持發(fā)光階段,待灰度等級(jí)到達(dá)要求后,通過擦除尋址使這些單元熄滅。因此,每場中單個(gè)像素的尋址只有一次。而且,可以用較低的擦除電壓和電流,有效地降低尋址功耗。
● 改變脈沖電路的工作方式——即使開關(guān)元件盡量工作在開關(guān)管電壓或電流接近零時(shí)開通或關(guān)斷(ZVS或ZCS)狀態(tài),可降低器件本身的開關(guān)損耗。
在大尺寸的PDP顯示屏中,行、列驅(qū)動(dòng)IC的耗用量很多。其功耗大致分為三部分:邏輯部分、電平移位寄存器和高壓驅(qū)動(dòng)部分。正常情況下,邏輯部分功耗在20mW以下,電平移位寄存器部分在200mW以下,因屏電容部分的充放電而產(chǎn)生的高壓驅(qū)動(dòng)電路的無效功耗主要來自于回路中的寄生負(fù)載——電阻分量的損耗。這種電阻分量的存在是不可避免的,但對于電容充放電的電能,驅(qū)動(dòng)IC可以通過內(nèi)置能量回收電路的方式設(shè)法回收一部分。
為了滿足高壓器件工作性能的需求,降低高壓驅(qū)動(dòng)部分的無用功耗,PDP驅(qū)動(dòng)IC在設(shè)計(jì)和工藝上需采取如下比普通的集成電路更為嚴(yán)格的控制措施。
● 采用SOI工藝結(jié)構(gòu),與常規(guī)功率模塊相比能量損耗可大大降低
● 采用介質(zhì)隔離,使驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)部的輸出嵌位二極管可避免串?dāng)_現(xiàn)象
● 對于內(nèi)部元器件結(jié)構(gòu)和布局等給予特殊地處理,利用內(nèi)部控制可消除高壓開關(guān)時(shí)的穿透電流
3 MOS管的選型
選擇參數(shù)合適的功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)可使驅(qū)動(dòng)電路能夠高效率、穩(wěn)定地工作,且壽命滿足要求。要求MOSFET的過渡要足夠快,以便減少開關(guān)損耗;導(dǎo)通電阻足夠小,以便減少導(dǎo)通損耗;關(guān)斷電阻足夠大,以便提高隔離作用。
其中,漏源導(dǎo)通電阻Rds(on)、反向恢復(fù)時(shí)間trr、輸入電容Ciss和柵極總電荷Qg需認(rèn)真考慮。低的導(dǎo)通電阻有助于減少導(dǎo)通損耗,特別是與“能量回收電路”相關(guān)的MOS管,低的導(dǎo)通電阻有助于提高能量回收的效率,降低PDP的功耗。trr、Ciss、Qg影響MOSFET的開關(guān)速度,低的參數(shù)值能夠加快MOSFET的轉(zhuǎn)換過程,有助于減少M(fèi)OSFET的開關(guān)損耗。另外,低的Ciss和Qg參數(shù),能夠減少M(fèi)OSFET柵極的驅(qū)動(dòng)功率,簡化柵極驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。
柵極驅(qū)動(dòng)電路是影響MOS管開關(guān)損耗的外界因素,優(yōu)良的柵極驅(qū)動(dòng)電路與高性能的MOSFET相結(jié)合,才能制作出高性能的PDP驅(qū)