pdp控制电源的设计分析

PDP控制电源的设计分析引言随着人们对大屏幕彩电的需求不断增加，等离子显示器PDP由于其体积小、视角宽、主动发光、亮度高、环境适应性好等独特的优点，在竞争中占有相当的优势，随着价格的降低，它必将进入家庭，有着巨大的市场需求。等离子显示器主要由显示屏、屏蔽玻璃、电源、数字电路、驱动电路、外壳等部件组成，其中电源担负着屏内所有电路和显示屏的供电，其技术含量高，功能复杂，为满足等离子显示器的安全要求，需要进行精心设计和严格测试。电源输出特性为了适应全球输入电压范围，交流输入电压为85276V，经过EMI滤波、整流后采用有源PFC作电压预调整，共有8路输出电压地址驱动电源VA，屏驱动电源VS，逻辑控制电源VCC，辅助电源3路，风扇电源，待机电源VSB，其主要输出特性如下屏驱动电源VS输出165185VDC可控，自动设置，VS16510VRS，VRS为参考电压，在02V之间，由PDP提供，平均电流IS为15A，瞬时最大电流ISP为120A；地址驱动电源VA输出5565VDC可控，自动设置，VA555VRA，VRA为参考电压，在02V之间，由PDP提供，平均电流IA为18A，瞬时最大电流IAP为30A；逻辑电路电源VCC输出5VDC可控，瞬时最大电流ICP为50A辅助电源输出5V，35A12V，1A5V，05A12V风扇电源VFAN电流为0510A5V待机电源VSB电流为0510A。地址驱动电源VA和屏驱动电源VS分别受PDP控制，而且有时序要求，所以采用两个独立DC/DC变换器对于待机电源VSB，在PDP不工作即其他所有输出均关断时仍然工作，所以VSB采用一个独立的DC/DC变换器VCC与VS和VA是共地的，为避免地线上的干扰，辅助电源组采用单独一组DC/DC变换器，输出内部共地，同时为了避免差频干扰，对大功率的VA和VS变换器采用频率同步的工作方式同步于PFC电路。各变换器的逻辑关系及工作时序如下A交流上电后，待机电源VSB开始工作；B遥控开机后，先吸合继电器，PFC输出直流电压，辅助电源、PDP逻辑控制电源VCC工作；C屏控电路初始化后，发出可启动高压驱动开启电平VRR到PDP电源，VA和VS启动工作；D遥控关机时，屏控电路先关闭VS和VA，后关VCC和辅助电源；E遥控关机后，待机电源仍然工作，以便下一次的启动。其开关机时序如图1A、B所示。A开机时序B关机时序图1开关机时序图图1中的T1为PDP电源内部高低压之间的启动延时，大约为110MS，VRR是高压封锁信号，在VRR为高电平之后即有高压输出，图中的T3表示VS165V的软启动时间，大约为300800MS，而VA65V无软启动。T4和T5仅代表关机时的先后顺序，其本身数值的大小和负载的情况密切相关，在满载情况下T4大约为450MS，T5大约为260MS。VS和VA变换器是一起开机、一起关机，当前两路中有1路保护过流、过压、过热时，则将该两路变换器全部关断，但不关VCC变换器。当VCC变换器发生故障时，将VS和VA变换器与VCC变换器同时关断，整个电源的结构框图如图2所示。图2结构框图电路设计为了满足PDP电源的上述特性要求，每种电源都需要不同的电路结构，下面详细论述各个电路的设计。EMI电路、有源功率因数校正电路和待机电源为了满足全球化需要，PDP电源必须满足各个组织的EMI测试要求，根据阻抗匹配采用了如图3所示拓扑结构的EMI滤波器，经过参数优化和PCB优化，其传导辐射通过了CLASSB标准，有源功率因数校正电路采用了UC3854作为主控芯片，功率因数达到99，待机电源采用PI公司的专用待机电源芯片构成单端反激变换器。图3交流输入滤波电路拓扑辅助电源辅助电源采用UC3844组成单端反激变换器，电压分别为一组5V/35A、5V/05A，一路12V/05A，一路12V/10A，5V主控。地址驱动电源VA和屏驱动电源VS此两路电源功率都比较大而且受控，因此采用两路相同结构的独立双管双正激变换器。我们以地址驱动电源VA为例进行设计，该路功率为120W，输出5565VDC可控，自动设置，VA555VRA，VRA为参考电压，在02V之间，由PDP提供。当VRA为2V时，对应VA的输出为65V。其控制电路采用SG3525芯片，把VRA电压经过分压和滤波处理后加到SG3525的1脚上对输出电压控制。主拓扑采用双管双正激变换器，特点是器件应力小，不存在剩磁问题，电路简单，避免直通问题，图4为双管双正激变换器的原理电路。图4双管双正激变换器的原理电路在图4中，PFCOUT为功率因数校正的输出，为400V。每路正激变换器由两只MOSFET构成，这种双管正激可降低开关管耐压要求。与单正激变换器相比，双正激变换器在使输出功率增大的同时还带来如下好处输出滤波电感工作频率为两倍开关频率，这使得其大小相对减小变压器原副边变比为单正激的两倍，可选用低耐压的输出整流二极管。实际使用的开关频率为80KHZ，开关管驱动采用脉冲变压器耦合隔离方式，这样可减小主电路对控制电路的干扰。每只MOSFET附近的RCD电路为吸收缓冲电路，可以有效吸收开关过冲，其参数值由开关频率和实际电路决定。当PO单路65W时，其磁性元件设计如下设整流管最大压降VSR07V，电感绕组的最大电阻压降VL01V，其他线路最大压降VR01V，原边MOFET及线路压降VSW03V，变压器效率98。其他参数为VS变压器副边电压VP变压器原边电压输入电压VIN390400V输出电流IO1A输出电压范围VO5070V输出功率POMAX70W最大占空比DMAX045开关频率F80KHZ导线的电流密度J4A/MM2铁芯磁通密度变化量B02T1计算匝数比2计算总视在功率3计算铁芯窗口面积乘积KW变压器窗口系数，窗口系数先粗略取04，本设计中原副边绕组均采用铜线；KF对于双管正激电路可由以下公式算出4选择磁芯根据AP查磁芯手册，确定磁芯结构为EE42/21/15，磁芯材料为西门子N67材料，有效截面AE234MM2，窗口面积AW250MM2，AEAW585CM2AP。5计算原边、副边绕组匝数原边开关管为MTP4N80，额定电流4A，耐压800V。输出整流二极管D1D4采用4只快恢复二极管DSEI1206A，其中2只并联使用作为续流二极管。DSEI1206A的反向软恢复特征使得输出尖峰电压减小外，反向恢复电流折算到原边也小，使得原边MOS2FET开通损耗减小。在输出电压65V，输出电流1A时，变压器温升小于30，效率为93。测试结果PDP电源设计完成后需要进行高低温冲击试验、负载特性、功率因数、EMC等测试，其满载功率因数测试为98，以下为其他各个测试项。基本性能指标PDP电源基本性能指标表如表1所示。环境测试A低温测试5时，电源能启动且可以正常工作，测试负载调整率、电压调整率、稳压精度、输出过流保护点、输出过压保护点、设置精度、峰峰杂音等项目。B高温测试50时，电源能启动且可以正常工作，测试负载调整率、电压调整率、稳压精度、输出过流保护点、输出过压保护点、设置精度、峰峰杂音等项目。EMC测试A电压暂降、跌落与短期电压变化测试用三相ACSOURCE模拟电网，电压暂降、跌落与短期电压变化时电源能正常工作。B电网特殊波形测试1用三相ACSOURCR模拟电网谐波输入，样机能正常工作；2用单相ACSOURCR模拟电网尖峰、毛刺输入，样机能正常工作尖峰电压大于400V时，关机保护。C噪声抗扰性测试在电源输入端口耦合3KV共模噪声电压，样机能正常工作。D符合ANSIIEEEC62411991、B3等级，12/50S和8/20S混合波，6KV/3KA。元器件温升测试在满载情况下所有元件