投影燈泡的投影電視產(chǎn)品的電源方案

引言

　　在目前流行的超大型視頻顯示產(chǎn)品中，采用投影燈泡的投影電視產(chǎn)品以其獨(dú)特的高分辨率、高畫質(zhì)、超大尺寸的顯示優(yōu)勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用。這種投影產(chǎn)品可作為大型會(huì)議中心專用視頻顯示設(shè)備或者大中小學(xué)校的教學(xué)設(shè)備，以及高檔娛樂場(chǎng)所的視頻播放設(shè)備，也可用于酒店、商場(chǎng)、企業(yè)商務(wù)大廳等場(chǎng)所，以視頻畫面的形式播放廣告或展示企業(yè)形象。投影電視產(chǎn)品按投影方式可分為背投電視和前投影機(jī)。目前小屏幕背投電視已逐步退出國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，只有大屏幕背投電視作為商用顯示設(shè)備其市場(chǎng)仍在大幅增長(zhǎng)。前投影機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)以進(jìn)口品牌為主，我國(guó)自主研發(fā)目前才剛剛起步，許多國(guó)內(nèi)廠商都在嘗試自主開發(fā)投影機(jī)芯、投影光機(jī)等關(guān)鍵部件。電源設(shè)計(jì)、光機(jī)開發(fā)、整機(jī)散熱設(shè)計(jì)等都是投影電視產(chǎn)品研發(fā)的難點(diǎn)。本文就以Fairchild公司的電源IC為例，提出采用投影燈泡的投影電視產(chǎn)品的電源設(shè)計(jì)方案。

投影產(chǎn)品電源的基本要求

　　不管是大屏幕背投電視，還是前投方式的高亮度投影機(jī)，其電源組成基本一樣。這類投影產(chǎn)品最大的特點(diǎn)是其光源采用投影燈泡。

　　為采用投影燈泡的投影電視產(chǎn)品設(shè)計(jì)電源，必須考慮下列特殊因素：

　　· 目前常用的投影燈泡的功率為100W~350W，這就要求電源必須能提供150 W~450W左右的輸出功率；
　　· 對(duì)于大功率電源，按國(guó)標(biāo)要求必須加功率因數(shù)校正(PFC)電路；
　　· 同時(shí)為節(jié)省能源又要求其待機(jī)功耗必須低于5W，未來要求低于3W或1W以下；
　　· 投影電視的開關(guān)機(jī)比較復(fù)雜，投影燈泡供電、散熱風(fēng)扇供電、信號(hào)處理部分供電等都必須按特定的時(shí)序完成開關(guān)。

　　基于以上原因，本方案的投影電視產(chǎn)品的電源由三部分組成：功率因數(shù)校正(PFC)電路，提升整機(jī)功率因數(shù)達(dá)0.9以上，同時(shí)為投影燈泡的點(diǎn)燈器供電；副電源，也叫待機(jī)電源，為散熱風(fēng)扇和系統(tǒng)控制部分供電；主電源，為光機(jī)驅(qū)動(dòng)、信號(hào)處理部分及其它電路供電。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　電源電路是直接影響整機(jī)性能和可靠性的關(guān)鍵，根據(jù)投影產(chǎn)品的供電特點(diǎn)和有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，并從性能和成本的綜合考慮，投影產(chǎn)品的電源電路宜采用主副電源的形式，其框圖見圖1。

圖1  投影電視電源系統(tǒng)框圖

　　投影電視產(chǎn)品的電源一般由EMC濾波器、PFC電路、A C-DC轉(zhuǎn)換電路、DC-DC轉(zhuǎn)換電路等四部分組成。本文只針對(duì)電路比較復(fù)雜的PFC電路、A C-DC轉(zhuǎn)換電路提出電路方案。

　　功率因數(shù)校正(PFC)電路
　　為了得到更高的功率因數(shù)，本方案選用有源PFC電路FAN7527。FAN7527是Fairchild公司的一種低功耗簡(jiǎn)單高效的動(dòng)態(tài)功率因數(shù)校正控制器(PFC)，作為典型應(yīng)用時(shí)工作在臨界傳導(dǎo)模式。

　　采用本方案實(shí)現(xiàn)的PFC電路如圖2所示。該電路屬于BOOST變換器，這就要求二極管D2負(fù)極端的輸出電壓必須大于交流電整流后的直流輸出電壓。本方案的交流電源輸入最大達(dá)AC265V，整流后直流電壓約為360V，可調(diào)節(jié)該IC的1引腳(內(nèi)接2.5V誤差比較器)所接的分壓電阻R8/R9和電位器VR1使PFC電路的輸出電壓大于360V，本方案選定的PFC輸出電壓為380V。2引腳所接電容C7構(gòu)成反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。分壓電阻R1/R2將3引腳的電壓限定在3.8V以下。R7為電流檢測(cè)電阻，通過4引腳為內(nèi)部過流保護(hù)電路提供電流檢測(cè)信號(hào)。升壓電感T1輔助繞組通過電阻R5提供零電流檢測(cè)輸入，以防止該IC 5引腳上的電壓跌至1.8V以下。

圖2  PFC電路

　　根據(jù)選用的投影燈泡功率的不同，這部分電路的輸出功率差別也比較大，一般在200W~400W之間。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是計(jì)算和根據(jù)試驗(yàn)選取關(guān)鍵器件的參數(shù)。輸入電容C5、輸出電容C8、升壓電感T1、 MOSFET Q1、二極管D2等關(guān)鍵器件的參數(shù)會(huì)隨輸出功率的不同而有所差別(見表1)。

　　副電源
　　副電源選用Fairchild的離線式開關(guān)電源控制芯片KA5M02659RN，采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　采用本方案實(shí)現(xiàn)的副電源電路如圖3所示，該IC 3引腳的啟動(dòng)電壓可以通過電阻R202從整流橋輸出的直流電源取，也可從整流橋前的交流電源取，該引腳輸入電壓大于15V時(shí)電源啟動(dòng)，小于8.8V時(shí)電源停止工作，超過27V時(shí)內(nèi)部過壓保護(hù)電路動(dòng)作。反饋端4引腳的輸入電壓超過7.5V時(shí)電源停止工作。該電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)開關(guān)變壓器、反饋回路等�？梢岳�用原廠提供的標(biāo)準(zhǔn)化軟件設(shè)計(jì)工具(FPS設(shè)計(jì)助手)完成本電源設(shè)計(jì)，然后在實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)關(guān)鍵器件的參數(shù)。

圖3  用KA5M02569RN實(shí)現(xiàn)的副電源電路圖

　　主電源
　　主電源選用Fairchild公司的離線式開關(guān)電源控制芯片KA5Q12656R，采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　圖4是該IC的應(yīng)用在本方案時(shí)的外圍電路，3引腳的啟動(dòng)電壓可以通過電阻R101和R104從整流橋輸出的直流電源取，也可從整流橋前的交流電源取，其輸入電壓必須小于40V，大于15V時(shí)電源啟動(dòng)，小于9V時(shí)電源停止工作。從整流橋前的交流電源取時(shí)R101和R104可以選用小功率的電阻。這部分電路的交流輸入在待機(jī)時(shí)被繼電器切斷，因此設(shè)計(jì)時(shí)不用考慮待機(jī)模式(BURST模式)，可使電路更簡(jiǎn)單，即只需把5引腳同步電壓范圍設(shè)為2.6~4.6V

圖4  用KA5Q12656R實(shí)現(xiàn)的主電源初級(jí)部分電路圖

結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹的采用投影燈泡的投影電視產(chǎn)品的電源方案，已成功應(yīng)用于整機(jī)功耗為350W的超大屏幕背投電視上。該方案電路成熟、性能優(yōu)越、成本低，是市場(chǎng)上目前流行的方案。具體到產(chǎn)品應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)產(chǎn)品要求的功能和功耗簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)，如用到數(shù)據(jù)投影機(jī)時(shí)可省掉副電源及伴音功放電源。具體設(shè)計(jì)時(shí)可借助原廠提供的軟件設(shè)計(jì)工具，計(jì)算和選用關(guān)鍵器件及設(shè)計(jì)開關(guān)變壓器，同時(shí)PCB布板時(shí)要特別注意分布參數(shù)的影響及有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)對(duì)布線寬度和間距的要求。

參考文獻(xiàn)：

　　1. Marty Brown著，徐德鴻等譯，開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南，機(jī)械工業(yè)出版社，2005
　　2. http://www.fairchildsemi.com