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)品以其獨特的高分辨率、高畫質(zhì)、超大尺寸的顯示優(yōu)勢，得到了廣泛的應用。這種投影產(chǎn)品可作為大型會議中心專用視頻顯示設備或者大中小學校的教學設備，以及高檔娛樂場所的視頻播放設備，也可用于酒店、商場、企業(yè)商務大廳等場所，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。目前小屏幕背投電視已逐步退出國內(nèi)市場，只有大屏幕背投電視作為商用顯示設備其市場仍在大幅增長。前投影機在國內(nèi)市場以進口品牌為主，我國自主研發(fā)目前才剛剛起步，許多國內(nèi)廠商都在嘗試自主開發(fā)投影機芯、投影光機等關(guān)鍵部件。電源設計、光機開發(fā)、整機散熱設計等都是投影電視產(chǎn)品研發(fā)的難點。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)品的電源設計方案。

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，其電源組成基本一樣。這類投影產(chǎn)品最大的特點是其光源采用投影燈泡。

　　為采用投影燈泡的投影電視產(chǎn)品設計電源，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；
　　· 對于大功率電源，按國標要求必須加功率因數(shù)校正(PFC)電路；
　　· 同時為節(jié)省能源又要求其待機功耗必須低于5W，未來要求低于3W或1W以下；
　　· 投影電視的開關(guān)機比較復雜，投影燈泡供電、散熱風扇供電、信號處理部分供電等都必須按特定的時序完成開關(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，提升整機功率因數(shù)達0.9以上，同時為投影燈泡的點燈器供電；副電源，也叫待機電源，為散熱風扇和系統(tǒng)控制部分供電；主電源，為光機驅(qū)動、信號處理部分及其它電路供電。

系統(tǒng)設計

　　電源電路是直接影響整機性能和可靠性的關(guān)鍵，根據(jù)投影產(chǎn)品的供電特點和有關(guān)國家標準的要求，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。本文只針對電路比較復雜的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單高效的動態(tài)功率因數(shù)校正控制器(PFC)，作為典型應用時工作在臨界傳導模式。

　　采用本方案實現(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)成反饋補償網(wǎng)絡。分壓電阻R1/R2將3引腳的電壓限定在3.8V以下。R7為電流檢測電阻，通過4引腳為內(nèi)部過流保護電路提供電流檢測信號。升壓電感T1輔助繞組通過電阻R5提供零電流檢測輸入，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。設計的關(guān)鍵是計算和根據(jù)試驗選取關(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，采用反激式拓撲結(jié)構(gòu)。

　　采用本方案實現(xiàn)的副電源電路如圖3所示，該IC 3引腳的啟動電壓可以通過電阻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時電源啟動，小于8.8V時電源停止工作，超過27V時內(nèi)部過壓保護電路動作。反饋端4引腳的輸入電壓超過7.5V時電源停止工作。該電源設計的關(guān)鍵是設計開關(guān)變壓器、反饋回路等�？梢岳�用原廠提供的標準化軟件設計工具(FPS設計助手)完成本電源設計，然后在實驗中調(diào)節(jié)關(guān)鍵器件的參數(shù)。

圖3  用KA5M02569RN實現(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，采用反激式拓撲結(jié)構(gòu)。

　　圖4是該IC的應用在本方案時的外圍電路，3引腳的啟動電壓可以通過電阻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時電源啟動，小于9V時電源停止工作。從整流橋前的交流電源取時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時被繼電器切斷，因此設計時不用考慮待機模式(BURST模式)，可使電路更簡單，即只需把5引腳同步電壓范圍設為2.6~4.6V

圖4  用KA5Q12656R實現(xiàn)的主電源初級部分電路圖

結(jié)語

　　本文介紹的采用投影燈泡的投影電視產(chǎn)品的電源方案，已成功應用于整機功耗為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，是市場上目前流行的方案。具體到產(chǎn)品應用時，可根據(jù)產(chǎn)品要求的功能和功耗簡化電源設計，如用到數(shù)據(jù)投影機時可省掉副電源及伴音功放電源。具體設計時可借助原廠提供的軟件設計工具，計算和選用關(guān)鍵器件及設計開關(guān)變壓器，同時PCB布板時要特別注意分布參數(shù)的影響及有關(guān)安全標準對布線寬度和間距的要求。

參考文獻：

　　1. Marty Brown著，徐德鴻等譯，開關(guān)電源設計指南，機械工業(yè)出版社，2005
　　2. http://www.fairchildsemi.com