CN102523406B - 电源电路结构以及led液晶电视 - Google Patents

电源电路结构以及led液晶电视 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电源电路结构以及采用该种电源电路结构的LED液晶电视。其中，电源电路结构包括整流电路、PFC背光驱动电路、PF值校正电感以及反激电路。整流电路接收交流输入并进行整流后输出第一直流电压。PFC背光驱动电路电性连接整流电路以接收第一直流电压，对第一直流电压进行功率因素校正以输出第二直流电压向背光源供电并对背光源进行恒流控制。PF值校正电感电性连接整流电路以接收第一直流电压并输出第三直流电压。反激电路电性连接PF值校正电感以接收第三直流电压，并输出第四直流电压以向功率低于背光源的功率之负载供电。如此，本发明在保证PF值和谐波因数的同时可降低系统成本、提高系统的效率和可靠性。

Description

电源电路结构以及LED液晶电视
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种电源电路结构以及采用该种电源电路结构的LED液晶电视。
背景技术
如图1所示，传统的LED液晶电视100，其包括由整流滤波电路11、PFC电路(power factor correction circuit)13、待机电路15、LCC电路 17与LED驱动电路19构成的电源电路结构，以及电视主板22及液晶屏24。在此，LCC电路17为串并联谐振电路(series-parallel resonance circuit)的一种电路形式，电视主板22包括音视频解码器等电路，液晶屏24包括LED背光源及液晶面板。此外，整流滤波电路11接收交流输入并进行整流滤波后输出直流电压至PFC电路13，由PFC电路13对输入的直流电压进行功率因数校正后分两路输出，一路供给待机电路15，另一路则供给LLC电路17，借此确保整个电源电路结构较高的功率因数(PF)值并保证谐波因数(harmonic wave factor)。其中，待机电路15向电视主板22提供专用的待机电源，以降低待机功耗；LLC电路17向电视主板22和LED驱动电路19提供所需的电源电压，并由LED驱动电路19对液晶屏24中的LED背光源进行驱动控制。
由上可知，由于传统的LED液晶电视100的电源电路结构采用PFC电路+LLC电路+LED驱动电路+待机电路的多级电路模式，每级电路都有一定的损耗，因而导致整机电源效率低，系统成本较高。
随着LED背光技术的改进，现今的LED液晶电视的整机功率明显降低；因此，改善传统的LED液晶电视电源效率低、系统成本高等问题已成为可能。
发明内容
因此，本发明的目的之一是提供一种新型的电源电路结构，其能够在保证原有电源性能的前提下提高整机效率，降低系统成本。
本发明的另一目的是提供一种LED液晶电视，其具有较高的整机效率以及较低的系统成本。
具体地，本发明实施例提供的一种电源电路结构，其包括：整流电路、PFC背光驱动电路、PF值校正电感以及反激电路。整流电路接收交流输入并进行整流后输出第一直流电压。PFC背光驱动电路电性连接整流电路以接收第一直流电压，对第一直流电压进行功率因素校正以输出第二直流电压向背光源供电并对背光源进行恒流控制。PF值校正电感电性连接整流电路以接收第一直流电压并输出第三直流电压。反激电路电性连接PF值校正电感以接收第三直流电压，并输出第四直流电压以向功率低于背光源的功率之负载供电。
本发明实施例提供的一种LED液晶电视，其包括：液晶屏、电视主板、整流电路、PFC背光驱动电路、PF值校正电感以及反激电路。其中，液晶屏包括LED背光源。整流电路接收交流输入并进行整流后输出第一直流电压。PFC背光驱动电路电性连接整流电路以接收第一直流电压，对第一直流电压进行功率因数校正以输出第二直流电压向LED背光源供电并对LED背光源进行恒流控制。PF值校正电感电性连接整流电路以接收第一直流电压并输出第三直流电压。反激电路电性连接PF值校正电感以接收第三直流电压，并输出第四直流电压以向电视主板供电。
本发明实施例针对传统功率较高的背光驱动部分，采用单级PFC技术实现背光驱动功能，也即采用PFC电路模块输出高压直接为背光源供电并采用电流反馈的控制方式实现背光源恒流控制，保证背光驱动部分拥有较高的PF值并保证谐波因数；针对传统功率较低的电视主板和待机部分则采用被动PFC控制技术中的电感补偿法，在电源的输入端串联PF值校正电感以提高此部分的PF值，可以保证整机电源的PF值并保证谐波因数(谐波因数是由PFC背光驱动电路和PF值校正电感来实现的)。此外，电视主板供电和待机部分则采用低成本的反激电路取代待机电源部分，保证电视主板供电的同时提供较低的待机功率。如此，在保证 PF值和谐波因数的同时去除了LLC电路部分，降低了系统成本，提高了系统的效率和可靠性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1示意出传统的LED液晶电视的结构框图。
图2示意出相关于本发明实施例的一种LED液晶电视的结构框图。
图3示意出图2中所示的PF值校正电感的电路图。
图4示意出图2中所示的反激电路的电路图。
图5示意出图2中所示的PFC背光驱动电路的电路图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电源电路结构以及LED液晶电视其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及功效,详细说明如后。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
请参阅图2至图5，图2示意出相关于本发明实施例的一种LED液晶电视的结构框图，图3示意出图2中所示的PF值校正电感的电路图，图4示意出图2中所示的反激电路的电路图，以及图5示意出图2中所示的PFC背光驱动电路的电路图。
如图2所示，LED液晶电视300包括电视主板22、液晶屏24以及电源电路结构。其中，电源电路结构主要包括整流电路31、PF值校正电感33、反激电路35以及PFC背光驱动电路37。在此，电视主板22例如包括音视频解码器等电路；液晶屏24例如包括LED背光源240及液晶面板。
具体地，整流电路31接收交流输入进行整流后输出脉动直流电压Vin。通常，整流电路31例如包括半波整流器或全波桥式整流器。本实施例中，整流电路31输出的直流电压Vin分两路，一路供给PF值校正电感33进行PF值校正后再经由反激电路35向电视主板22提供电源电压，另一路供给PFC背光驱动电路37以向液晶屏24的LED背光源240提供电源电压。
如图3所示，PF值校正电感33也即LPF的一端电性连接至整流电路31以接收整流电路31输出的直流电压Vin作为输入，并输出直流电压Vin1对滤波电容C1进行充电。本实施例中，利用PF值校正电感LPF上电流不能突变的特性来平滑滤波电容C1充电强脉冲的波动，改善电流波形的畸变，并且利用PF值校正电感LPF上电压超前电流的特性也补偿滤波电容C1电流超前电压的特性，使功率因数(PF)值得以改善。
如图4所示，反激电路35主要包括控制器U1、电源开关例如晶体管Qs1、二极管D1、变压器T1、输出二极管D2~D3、光电耦合器U2以及稳压器U3。其中，PF值校正电感33(也即LPF)输出的直流电压Vin1经滤波电容C1滤波后输入至变压器T1的原边绕组的一端，而变压器T1的原边绕组的另一端依序经晶体管Qs1及感测电阻Rs1接地。晶体管Qs1的栅极电性连接至控制器U1的DRI引脚，而控制器U1的CS引脚电性连接晶体管Qs1与感测电阻Rs1之间的节点以感测代表流过晶体管Qs1的电流大小的电压信号。变压器T1的原边辅助绕组的一端经二极管D1电性连接至控制器U1的VCC引脚以向控制器U1提供电源电压Vcc，而变压器T1的原边辅助绕组的另一端接地。变压器T1的副边绕组的一端经输出二极管D2输出直流电压V1，变压器T1的副边绕组的另一端经输出二极管D3输出直流电压V2，而变压器T1的副边绕组的中心抽头接地。此外，电阻R1~R4与稳压器U3构成电压误差检测电路以提供代表输出的直流电压例如V1的状态之输出电压误差信号并通过光电耦合器U2的光电耦合作用提供至控制器U1的FB引脚(也即反馈输入端)，借此控制晶体管Qs1的切换频率，实现恒压控制。 
此外，反激电路35的工作原理大致为：控制器U1的DRI引脚输出控制信号例如方波信号；当控制信号为高电平时，晶体管Qs1导通，变压器T1储能；当控制信号为低电平时，晶体管Qs1截止，变压器T1释放能量，输出二极管D2、D3导通并分别输出直流电压V1、V2以向电视主板22供电。电阻R1、R2对变压器T1输出的直流电压例如V1进行分压取样后与稳压器U3提供的基准电压进行比较的结果决定光电耦合器U2中的发光二极管是否点亮，借此可通过光电耦合器U2的光电耦合作用向控制器U1的FB引脚提供输出电压误差信号以告知输出的直流电压V1的状态，实现闭环反馈控制。
如图5所示，PFC背光驱动电路37可大致划分为PFC电路模块371与背光驱动模块373。其中，PFC电路模块371主要包括控制器U4、电源开关例如晶体管Qs2、变压器T2以及输出二极管D4。其中，整流电路31输出的脉动直流电压Vin经滤波电容C2滤波后输入至变压器T2的原边绕组的一端，而变压器T2的原边绕组的另一端依序经晶体管Qs2及感测电阻Rs2接地。晶体管Qs2的栅极电性连接至控制器U4的OUT引脚，而控制器U4的CS引脚电性连接晶体管Qs2与感测电阻Rs2之间的节点以感测代表流过晶体管Qs2的电流大小的电压信号。变压器T2的原边辅助绕组的一端输出ZC信号至控制器U4的ZCD引脚，而变压器T2的原边辅助绕组的另一端接地。变压器T2的副边绕组的一端经输出二极管D4输出直流电压V3以向LED背光源240的电源端P1提供电源电压，变压器T2的副边绕组的另一端接地。在此，通过控制器U4的OUT引脚控制晶体管Qs2的导通/截止频率(也即切换频率)则可调节变压器T2的输出能量，达到功率因素校正之目的。
背光驱动模块373主要包括控制开关例如晶体管Q1、比较运算放大器U6、稳压器U7、二极管D5，D6以及光电耦合器U5。其中，晶体管Q1的漏极电性连接至LED背光源240的控制端P2，晶体管Q1的源极经电阻R5接地，且晶体管Q1的栅极接收电视主板22提供的调光控制信号DIM以控制晶体管Q1的导通/截止状态(也即控制晶体管Q1的漏极与源极是否导通)。晶体管Q1的源极与电阻R5之间的节点经电阻R6电性连接至比较运算放大器U6的INNA引脚以向比较运算放大器U6提供代表流过晶体管Q1的电流大小(对应流过LED背光源240的控制端P2的电流大小)的电压信号，比较运算放大器U6的INPA引脚接收基准电压Vref1，比较运算放大器U6的OUTA引脚输出INNA及INPA引脚输入的电压信号的比较结果(代表流过LED背光源240的控制端P2的电流与基准值之间的误差信号)并提供至二极管D6的负端，二极管D6的正端电性连接至光电耦合器U5中的发光二极管的负端，而光电耦合器U5中的发光二极管的正端接收反激电路35输出的直流电压V1。此外，变压器T2输出的直流电压V3则经电阻R7、R8分压取样后输入至比较运算放大器U5的INNB引脚，而比较运算放大器U6的INPB引脚接收基准电压Vref，且比较运算放大器U6输出INNB及INPB引脚输入的电压信号的比较结果(代表直流电压V3与基准值之间的误差信号)并提供至二极管D5的负端，而二极管D5的正端电性连接至光电耦合器U5中的发光二极管的负端。在此，基准电压Vref及Vref1则由稳压器U7及电阻R9~R11组成的基准电压提供电路提供，该基准电压提供电路以直流电压V1作为电源电压。另外，比较运算放大器U6输出的上述两个比较结果则经由光电耦合器U5的光电耦合作用反馈至控制器U4的INV引脚(也即反馈输入端)。
PFC背光驱动电路37的工作原理大致为：控制器U4的OUT引脚输出控制信号例如方波信号；当控制信号为高电平时，晶体管Qs2导通，变压器T2储能；当控制信号为低电平时，晶体管Qs2截止，变压器T2释放能量，输出二极管D4导通并输出直流电压V3，该直流电压V3直接给LED背光源240供电。电视主板22发出调光控制信号DIM来控制晶体管Q1的导通/截止状态而实现背光控制。流过晶体管Q1的电流(对应流过LED背光源240的控制端P2的电流)通过电阻R5转成电压信号反馈给比较运算放大器U6的INNA引脚，与INPA引脚输入的基准电压Vref1比较后，控制OUTA引脚的输出电压，再通过二极管D6与光电耦合器U5将OUTA引脚的输出电压反馈至控制器U4的INV引脚，实现了LED背光源240所需的恒流控制。电阻R7及R8对变压器T2输出的直流电压V3进行分压取样后输入至INNB引脚，再与INPB引脚输入的基准电压Vref比较后，控制OUTB引脚的输出电压，再通过二极管D5和光电耦合器U5将OUTB引脚的输出电压反馈至控制器U4的INV脚，实现了恒压控制。
变压器T2输出ZC信号给控制器U4的ZCD脚，控制器U4通过对ZC信号的检测调整OUT引脚输出的控制信号频率，获得正弦输入电流波形，实现电流波形与电压波形同步，保证了这部分电路具有较高的功率因数值并保证谐波因数。
简而言之，针对传统的电源电路结构所区分的两部分，一部分是占整机功率比例较高的背光驱动部分，另一部分是占整机功率比例较低的电视主板和待机部分；在本发明实施例提供的新型电源电路结构中，(1)对于功率较高的背光驱动部分，采用单级PFC技术实现背光驱动功能，也即采用PFC电路模块输出高压直接为LED背光源供电并采用电流反馈的控制方式实现LED恒流控制，保证背光驱动部分拥有较高的PF值并保证谐波因数；(2)对于功率较低的电视主板和待机部分则采用被动PFC控制技术中的电感补偿法，在电路中串联一个电感，使交流输入的基波电流与电压间的相位差减小来提高功率因数值，因而在电源的输入端串联PF值校正电感以提高此部分的PF值，可以保证整机电源的PF值并保证谐波因数(谐波因数是由PFC背光驱动电路和PF值校正电感来实现的)。电视主板供电和待机部分可以采用低成本的反激电路取代待机电源部分，保证电视主板供电的同时提供较低的待机功率。
与传统电源电路结构相比，新型的电源电路结构的最大优点是在保证 PF值和谐波因数的同时去除了LLC电路部分，降低了系统成本，提高了系统的效率和可靠性。
需要说明的是，本发明上述实施例中的电源电路结构是以应用在LED液晶电视中为例进行说明，但本发明并不以此为限，其也可应用于其他带有背光源的电子装置中。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电源电路结构，其特征在于，包括：
整流电路，接收交流输入并进行整流后输出第一直流电压；
PFC背光驱动电路，电性连接该整流电路以接收该第一直流电压，对该第一直流电压进行功率因数校正以输出第二直流电压向背光源供电并对该背光源进行恒流控制；
PF值校正电感，该PF值校正电感的一端电性连接该整流电路以接收该第一直流电压并在该PF值校正电感的另一端电性连接滤波电容而输出第三直流电压；以及
反激电路，电性连接该PF值校正电感的该另一端以接收该第三直流电压，并输出第四直流电压以向功率低于该背光源的功率之负载供电。
2.如权利要求1所述的电源电路结构，其特征在于，该PFC背光驱动电路包括：
PFC电路模块，电性连接该整流电路以接收该第一直流电压，并对该第一直流电压进行功率因数校正后输出该第二直流电压至该背光源的电源端；以及
背光驱动模块，电性连接该背光源的控制端，控制该背光源点亮与否并将流过该背光源的控制端的电流反馈至该PFC电路模块以实现对该背光源进行恒流控制。
3.如权利要求2所述的电源电路结构，其特征在于，该PFC电路模块包括控制器、电源开关、变压器与输出二极管，该控制器与该电源开关电性连接至该变压器的原边绕组，该输出二极管电性连接至该变压器的副边绕组与该背光源的该电源端之间；该控制器通过控制该电源开关的切换频率控制该变压器经由该输出二极管输出的该第二直流电压。
4.如权利要求3所述的电源电路结构，其特征在于，该背光驱动模块包括控制开关、比较运算放大器以及光电耦合器；该控制开关的第一端电性连接该背光源的控制端，该控制开关的第二端通过电阻接地，且该控制开关的控制端接受调光控制信号的控制而决定是否导通该控制开关的该第一端与该第二端；该比较运算放大器电性连接该控制开关的该第二端与该电阻之间的节点以产生流过该背光源的该控制端的电流与基准值之间的误差信号并将该误差信号通过该光电耦合器反馈至该PFC电路模块中的该控制器的反馈输入端，借此实现该背光源的恒流控制。
5.如权利要求1所述的电源电路结构，其特征在于，该反激电路包括控制器、电源开关、变压器、输出二极管以及光电耦合器；该控制器与该电源开关电性连接至该变压器的原边绕组，该输出二极管电性连接至该变压器的副边绕组与该负载之间；该光电耦合器将该第四直流电压与基准值之间的误差信号反馈至该控制器以控制该电源开关的切换频率。
6.一种LED液晶电视，包括液晶屏以及电视主板，该液晶屏包括LED背光源；其特征在于，该LED液晶电视还包括：
整流电路，接收交流输入并进行整流后输出第一直流电压；
PFC背光驱动电路，电性连接该整流电路以接收该第一直流电压，对该第一直流电压进行功率因数校正以输出第二直流电压向该LED背光源供电并对该LED背光源进行恒流控制；
PF值校正电感，该PF值校正电感的一端电性连接该整流电路以接收该第一直流电压并在该PF值校正电感的另一端电性连接滤波电容而输出第三直流电压；以及
反激电路，电性连接该PF值校正电感的该另一端以接收该第三直流电压，并输出第四直流电压以向该电视主板供电。
7.如权利要求6所述的LED液晶电视，其特征在于，该PFC背光驱动电路包括：
PFC电路模块，电性连接该整流电路以接收该第一直流电压，并对该第一直流电压进行功率因数校正后输出该第二直流电压至该LED背光源的电源端；以及
背光驱动模块，电性连接该LED背光源的控制端，控制该LED背光源点亮与否并将流过该LED背光源的控制端的电流反馈至该PFC电路模块以实现对该LED背光源进行恒流控制。
8.如权利要求7所述的LED液晶电视，其特征在于，该PFC电路模块包括控制器、电源开关、变压器与输出二极管，该控制器与该电源开关电性连接至该变压器的原边绕组，该输出二极管电性连接至该变压器的副边绕组与该LED背光源的该电源端之间；该控制器通过控制该电源开关的切换频率控制该变压器经由该输出二极管输出的该第二直流电压。
9.如权利要求8所述的LED液晶电视，其特征在于，该背光驱动模块包括控制开关、比较运算放大器以及光电耦合器；该控制开关的第一端电性连接该LED背光源的该控制端，该控制开关的第二端通过电阻接地，且该控制开关的控制端接受调光控制信号的控制而决定是否导通该控制开关的该第一端与该第二端；该比较运算放大器电性连接该控制开关的该第二端与该电阻之间的节点以产生流过该LED背光源的该控制端的电流与基准值之间的误差信号并将该误差信号通过该光电耦合器反馈至该PFC电路模块中的该控制器的反馈输入端，借此实现该LED背光源的恒流控制。
10.如权利要求7所述的LED液晶电视，其特征在于，该反激电路包括控制器、电源开关、变压器、输出二极管以及光电耦合器；该控制器与该电源开关电性连接至该变压器的原边绕组，该输出二极管电性连接至该变压器的副边绕组与该电视主板之间；该光电耦合器将该第四直流电压与基准值之间的误差信号反馈至该控制器以控制该电源开关的切换频率。
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