PDP控制電源的設(shè)計(jì)分析引言隨著人們對(duì)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(dòng)發(fā)光、亮度高、環(huán)境適應(yīng)性好等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在競(jìng)爭(zhēng)中占有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，隨著價(jià)格的降低，它必將進(jìn)入家庭，有著巨大的市場(chǎng)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(qū)動(dòng)電路、外殼等部件組成，其中電源擔(dān)負(fù)著屏內(nèi)所有電路和顯示屏的供電，其技術(shù)含量高，功能復(fù)雜，為滿足等離子顯示器的安全要求，需要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和嚴(yán)格測(cè)試。電源輸出特性為了適應(yīng)全球輸入電壓范圍，交流輸入電壓為85276V，經(jīng)過(guò)EMI濾波、整流后采用有源PFC作電壓預(yù)調(diào)整，共有8路輸出電壓地址驅(qū)動(dòng)電源VA，屏驅(qū)動(dòng)電源VS，邏輯控制電源VCC，輔助電源3路，風(fēng)扇電源，待機(jī)電源VSB，其主要輸出特性如下屏驅(qū)動(dòng)電源VS輸出165185VDC可控，自動(dòng)設(shè)置，VS16510VRS，VRS為參考電壓，在02V之間，由PDP提供，平均電流IS為15A，瞬時(shí)最大電流ISP為120A；地址驅(qū)動(dòng)電源VA輸出5565VDC可控，自動(dòng)設(shè)置，VA555VRA，VRA為參考電壓，在02V之間，由PDP提供，平均電流IA為18A，瞬時(shí)最大電流IAP為30A；邏輯電路電源VCC輸出5VDC可控，瞬時(shí)最大電流ICP為50A輔助電源輸出5V，35A12V，1A5V，05A12V風(fēng)扇電源VFAN電流為0510A5V待機(jī)電源VSB電流為0510A。地址驅(qū)動(dòng)電源VA和屏驅(qū)動(dòng)電源VS分別受PDP控制，而且有時(shí)序要求，所以采用兩個(gè)獨(dú)立DC/DC變換器對(duì)于待機(jī)電源VSB，在PDP不工作即其他所有輸出均關(guān)斷時(shí)仍然工作，所以VSB采用一個(gè)獨(dú)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(dú)一組DC/DC變換器，輸出內(nèi)部共地，同時(shí)為了避免差頻干擾，對(duì)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(guān)系及工作時(shí)序如下A交流上電后，待機(jī)電源VSB開(kāi)始工作；B遙控開(kāi)機(jī)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(dòng)高壓驅(qū)動(dòng)開(kāi)啟電平VRR到PDP電源，VA和VS啟動(dòng)工作；D遙控關(guān)機(jī)時(shí)，屏控電路先關(guān)閉VS和VA，后關(guān)VCC和輔助電源；E遙控關(guān)機(jī)后，待機(jī)電源仍然工作，以便下一次的啟動(dòng)。其開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)序如圖1A、B所示。A開(kāi)機(jī)時(shí)序B關(guān)機(jī)時(shí)序圖1開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)序圖圖1中的T1為PDP電源內(nèi)部高低壓之間的啟動(dòng)延時(shí)，大約為110MS，VRR是高壓封鎖信號(hào)，在VRR為高電平之后即有高壓輸出，圖中的T3表示VS165V的軟啟動(dòng)時(shí)間，大約為300800MS，而VA65V無(wú)軟啟動(dòng)。T4和T5僅代表關(guān)機(jī)時(shí)的先后順序，其本身數(shù)值的大小和負(fù)載的情況密切相關(guān)，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(kāi)機(jī)、一起關(guān)機(jī)，當(dāng)前兩路中有1路保護(hù)過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱時(shí)，則將該兩路變換器全部關(guān)斷，但不關(guān)VCC變換器。當(dāng)VCC變換器發(fā)生故障時(shí)，將VS和VA變換器與VCC變換器同時(shí)關(guān)斷，整個(gè)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。圖2結(jié)構(gòu)框圖電路設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)，下面詳細(xì)論述各個(gè)電路的設(shè)計(jì)。EMI電路、有源功率因數(shù)校正電路和待機(jī)電源為了滿足全球化需要，PDP電源必須滿足各個(gè)組織的EMI測(cè)試要求，根據(jù)阻抗匹配采用了如圖3所示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的EMI濾波器，經(jīng)過(guò)參數(shù)優(yōu)化和PCB優(yōu)化，其傳導(dǎo)輻射通過(guò)了CLASSB標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)到99，待機(jī)電源采用PI公司的專用待機(jī)電源芯片構(gòu)成單端反激變換器。圖3交流輸入濾波電路拓?fù)漭o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/35A、5V/05A，一路12V/05A，一路12V/10A，5V主控。地址驅(qū)動(dòng)電源VA和屏驅(qū)動(dòng)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(jié)構(gòu)的獨(dú)立雙管雙正激變換器。我們以地址驅(qū)動(dòng)電源VA為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，該路功率為120W，輸出5565VDC可控，自動(dòng)設(shè)置，VA555VRA，VRA為參考電壓，在02V之間，由PDP提供。當(dāng)VRA為2V時(shí)，對(duì)應(yīng)VA的輸出為65V。其控制電路采用SG3525芯片，把VRA電壓經(jīng)過(guò)分壓和濾波處理后加到SG3525的1腳上對(duì)輸出電壓控制。主拓?fù)洳捎秒p管雙正激變換器，特點(diǎn)是器件應(yīng)力小，不存在剩磁問(wèn)題，電路簡(jiǎn)單，避免直通問(wèn)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(gòu)成，這種雙管正激可降低開(kāi)關(guān)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(shí)還帶來(lái)如下好處輸出濾波電感工作頻率為兩倍開(kāi)關(guān)頻率，這使得其大小相對(duì)減小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(shí)際使用的開(kāi)關(guān)頻率為80KHZ，開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)采用脈沖變壓器耦合隔離方式，這樣可減小主電路對(duì)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(kāi)關(guān)過(guò)沖，其參數(shù)值由開(kāi)關(guān)頻率和實(shí)際電路決定。當(dāng)PO單路65W時(shí)，其磁性元件設(shè)計(jì)如下設(shè)整流管最大壓降VSR07V，電感繞組的最大電阻壓降VL01V，其他線路最大壓降VR01V，原邊MOFET及線路壓降VSW03V，變壓器效率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VIN390400V輸出電流IO1A輸出電壓范圍VO5070V輸出功率POMAX70W最大占空比DMAX045開(kāi)關(guān)頻率F80KHZ導(dǎo)線的電流密度J4A/MM2鐵芯磁通密度變化量B02T1計(jì)算匝數(shù)比2計(jì)算總視在功率3計(jì)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04，本設(shè)計(jì)中原副邊繞組均采用銅線；KF對(duì)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(cè)，確定磁芯結(jié)構(gòu)為EE42/21/15，磁芯材料為西門子N67材料，有效截面AE234MM2，窗口面積AW250MM2，AEAW585CM2AP。5計(jì)算原邊、副邊繞組匝數(shù)原邊開(kāi)關(guān)管為MTP4N80，額定電流4A，耐壓800V。輸出整流二極管D1D4采用4只快恢復(fù)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(fù)特征使得輸出尖峰電壓減小外，反向恢復(fù)電流折算到原邊也小，使得原邊MOS2FET開(kāi)通損耗減小。在輸出電壓65V，輸出電流1A時(shí)，變壓器溫升小于30，效率為93。測(cè)試結(jié)果PDP電源設(shè)計(jì)完成后需要進(jìn)行高低溫沖擊試驗(yàn)、負(fù)載特性、功率因數(shù)、EMC等測(cè)試，其滿載功率因數(shù)測(cè)試為98，以下為其他各個(gè)測(cè)試項(xiàng)?；拘阅苤笜?biāo)PDP電源基本性能指標(biāo)表如表1所示。環(huán)境測(cè)試A低溫測(cè)試5時(shí)，電源能啟動(dòng)且可以正常工作，測(cè)試負(fù)載調(diào)整率、電壓調(diào)整率、穩(wěn)壓精度、輸出過(guò)流保護(hù)點(diǎn)、輸出過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)、設(shè)置精度、峰峰雜音等項(xiàng)目。B高溫測(cè)試50時(shí)，電源能啟動(dòng)且可以正常工作，測(cè)試負(fù)載調(diào)整率、電壓調(diào)整率、穩(wěn)壓精度、輸出過(guò)流保護(hù)點(diǎn)、輸出過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)、設(shè)置精度、峰峰雜音等項(xiàng)目。EMC測(cè)試A電壓暫降、跌落與短期電壓變化測(cè)試用三相ACSOURCE模擬電網(wǎng)，電壓暫降、跌落與短期電壓變化時(shí)電源能正常工作。B電網(wǎng)特殊波形測(cè)試1用三相ACSOURCR模擬電網(wǎng)諧波輸入，樣機(jī)能正常工作；2用單相ACSOURCR模擬電網(wǎng)尖峰、毛刺輸入，樣機(jī)能正常工作尖峰電壓大于400V時(shí)，關(guān)機(jī)保護(hù)。C噪聲抗擾性測(cè)試在電源輸入端口耦合3KV共模噪聲電壓，樣機(jī)能正常工作。D符合ANSIIEEEC62411991、B3等級(jí)，12/50S和8/20S混合波，6KV/3KA。元器件溫升測(cè)試在滿載情況下所有元件