CN2638326Y - 等离子显示屏高频开关电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种等离子显示屏高频开关电源，它包括输入待机单元A、功率因数校正单元B、辅助电压输出单元C、高压输出单元D、输出过欠压保护单元E、辅助电压输出检测单元F和高压输出放电单元G七个部分；连接外接交流源的输入待机单元A的输出与功率因数校正单元B相连，功率因数校正单元B与用来给等离子显示屏供电的辅助电压输出单元C和高压输出单元D相连；辅助电压输出单元C和高压输出单元D由输出过欠压单元E进行输出过欠压保护，辅助电压输出检测单元F对辅助电压输出单元C进行检测，高压输出放电单元G则对高压输出单元D进行放电。它在提升可靠性的同时，又大幅度的降低了成本，适宜在等离子显示屏上广泛推广使用。

Description

等离子显示屏高频开关电源

技术领域

本实用新型涉及一种应用于等离子显示屏上的专用高频开关电源。

背景技术

等离子显示屏的原理主要是利用气体(惰性气体)放电，产生紫外线激发管壁上的荧光粉发光以取得影像。该显示屏清晰度高，无需数模转换即可实现数字图像信号的显示，因此不仅可用于接受普通电视信号，而且是数字电视的理想显示设备。

等离子显示屏的专用高频开关电源，技术指标复杂，开发难度大，一直以来全部由日本和韩国制造生产，而且因为输出功率较大，而在主要电路模块中均采用半桥电路结构。

在开关电源领域，众所周知半桥电路结构，使用的元器件的数量多。因为元器件数量多，产生不可靠性因素也多了，可靠性难以提高到更高层次的水平；也因为元器件数量多，成本居高不下，价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可以有效克服上述问题发生的新型等离子显示屏高频开关电源，在满足等离子显示屏使用的前提下，合理的精简和优化电路结构，减少元器件数量，在提升可靠性的同时大幅度的降低成本。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括输入待机单元A、功率因数校正单元B、辅助电压输出单元C、高压输出单元D、输出过欠压保护单元E、辅助电压输出检测单元F和高压输出放电单元G七个部分；连接外接交流源的输入待机单元A的输出与功率因数校正单元B相连，功率因数校正单元B与用来给等离子显示屏供电的辅助电压输出单元C和高压输出单元D相连；辅助电压输出单元C和高压输出单元D由输出过欠压单元E进行输出过欠压保护，辅助电压输出检测单元F对辅助电压输出单元C进行检测，高压输出放电单元G则对高压输出单元D进行所需要的输出电容放电；

上述结构中，输入待机单元A由输入滤波模块、待机电源模块、输入过欠压过温检测模块及开机软启动模块四部分组成，具体为：

a.入滤波模块：采用两级滤波，还有抗雷击压敏电阻等；

b.待机电源模块：采用高可靠性、低功耗的TRY268集成芯片和单管反激电路；

c.输入过欠压过温检测模块：采用集成运算放大器LM358和高精度的温度开关；

d.开机软启动模块：采用两个常开继电器搭配合适阻值的大功率电阻，以减小输入启动冲击电流和提高工作效率；

上述结构中，功率因数校正单元B由有源功率因数校正模块构成，它采用MC33262芯片和升压电路，两开关管并联使用；

上述结构中，辅助电压输出单元C由辅助电压模块构成，它采用UC38系列芯片、MOS-FET管和优化了的高频变压器等构建单管反激电路；

上述结构中，高压输出单元D由地址电压模块、维持电压模块、激活电压模块和扫屏电压模块四部分组成，具体为：

a.地址电压模块：采用UC38系列芯片、MOS-FET管和优化了的高频变压器等构建单管反激电路；

b.维持电压模块：采用UC38系列芯片、MOS-FET管和优化了的高频变压器等构建双管反激电路；

c.激活电压模块：采用UC38系列芯片、MOS-FET管和优化了的高频变压器等构建单管反激电路；

d.扫屏电压模块：采用UC38系列芯片、MOS-FET管和优化了的高频变压器等构建单管反激电路；

上述结构中，输出过欠压保护单元E、辅助电压输出检测单元F和高压输出放电单元G等三个单元分别使用下列相应的电路模块，具体如下：

a、输出过欠压保护模块：采用集成运算放大器LM324，以实现精确的对等离子显示屏保护为主；

b、辅助电压检测模块：采用TL431电路，以配合等离子显示屏主板的功能要求为主；

c、高压放电回路模块：采用合适阻值的大功率电阻搭配IGBT管，可控的实现在电源关机及类似的情况下，快速的给高压输出路放电，保证辅助电压模块的输出电路在时序上的要求为主；其中考虑高压输出中有正、负电压的情况，于是使用光耦对正、负电压输出的放电回路之间进行电气隔离。

使用本实用新型时，输入待机单元A对外加交流电进行滤波、检测等处理后，输出检测结果ACOK信号给等离子显示屏的主板，并等待等离子显示屏主板发来的信号RLY，若RLY表示开机，则启动功率因数校正单元B，经过有源功率因数校正后，再启动辅助电压输出单元C，输出等离子显示屏主板所需的低压直流，这时辅助电压输出检测单元F对单元C的输出电压进行检测，并输出检测结果5VOK信号；当等离子显示屏主板判断5VOK信号为正常后，使用信号Vason来开启高压输出单元D，从而单元D输出多路高压直流，供等离子显示屏所需；为了功能的完备，对单元C和单元D配置了输出过欠压保护单元E，还有，等离子显示屏的特有需要，为单元D配置了受单元D控制的高压输出放电单元G，在关机掉电时迅速的对高压输出电容进行安全放电。

综上所述，本实用新型在满足电磁兼容的要求下为等离子显示屏提供大功率的苛刻的多路输出(输出功率可达580W)，合理的采用反激电路结构，有效的减少了元器件数量，相应的减少不可靠因素，在提升可靠性的同时，又大幅度的降低成本；

此外，它还有诸多有益效果，如：

采用了有源功率校正升压电路结构，既把输入功率因素提高到9.2以上，又可满足全电压输入电压范围(90Vac～264Vac)，适用于全球电网电压；

在输入待机单元A中采用有跳频功能的集成芯片(TNY268)，以及相应的优化的反激电路结构，从而待机功耗小于2.5W；

优化的电路结构参数，减少了电路中的损耗，使全电压输入范围下，满载工作效率大于83％；还提供输入输出过欠压、输出过流、过温等全方位的保护功能等。

附图说明

下面结合附图详述本实用新型的具体结构

图1为本实用新型等离子显示屏高频开关电源原理方框图；

图2为本实用新型输入滤波模块、待机电源模块、输入过欠压过温检测模块、开机软启动模块、有源功率因数校正模块的电路原理图；

图3为本实用新型辅助电压模块的电路原理图；

图4为本实用新型地址电压模块的电路原理图；

图5为本实用新型维持电压模块的电路原理图；

图6为本实用新型激活电压模块和扫屏电压模块的电路原理图；

图7为本实用新型输出过欠压保护模块、辅压检测模块和高压放电回路模块的电路原理图；

图8为本实用新型输出接口连接方式电路原理图。

具体实施方式

以下列举一个适用于采用LG产的42英寸等离子显示屏的具体实例进行说明。

如图1所示，它包括输入待机单元A、功率因数校正单元B、辅助电压输出单元C、高压输出单元D、输出过欠压保护单元E、辅助电压输出检测单元F和高压输出放电单元G等七个互相密切联系的单元。连接外接交流源的输入待机单元A的输出与功率因数校正单元B相连，功率因数校正单元B与用来向给等离子显示屏供电的辅助电压输出单元C和高压输出单元D相连；辅助电压输出单元C和高压输出单元D由输出过欠压单元E进行输出过欠压保护，辅助电压输出检测单元F对辅助电压输出单元C进行检测，高压输出放电单元G则对高压输出单元D进行所需要的输出电容放电。

输入待机单元A把外加交流电进行滤波、检测等处理后，输出检测结果ACOK信号给等离子显示屏的主板，并等待等离子显示屏主板发来的信号RLY，若RLY表示开机，则启动功率因数校正单元B，经过有源功率因数校正后，再启动辅助电压输出单元C，输出等离子显示屏主板所需的低压直流，这时辅助电压输出检测单元F对单元C的输出电压进行检测，并输出检测结果5VOK信号；当等离子显示屏主板判断5VOK信号为正常后，使用信号Vason来开启高压输出单元D，从而单元D输出多路高压直流，供等离子显示屏所需；为了功能的完备，对单元C和单元D配置了输出过欠压保护单元E，还有，等离子显示屏的特有需要，为单元D配置了受单元D控制的高压输出放电单元G，在关机掉电时迅速的对高压输出电容进行安全放电。

根据实例的电路原理图，其各单元的功能模块电路分述如下：

输入待机单元A如图2所示，它由以下模块组成：

a.输入滤波模块：提供外加交流源的输入端子JA1，以及等离子显示屏控制的开关接口JA2和JA3；用两个共模电感LA2和LA3与两个X电容CA3和CA4配合，构造π型滤波结构，既可利用共模电感对高频干扰进行抑制，也可利用构造的π型滤波结构对低频干扰进行抑制，从而达到合适的滤波效果；从电气安全等角度考虑使用了熔断器FA1和压敏电阻RA1等；

b.待机电源模块：通过整流桥GBL08(BDA2)和电解电容CA21实现对输入交流的整流滤波，形成一个高压直流；让可以跳频的集成芯片TNY268(UA5)工作在132K±4KHz的开关频率下，与符合安规要求的电气隔离高频变压器TA1，配合成单管反激电路结构，加上一个利用光耦NEC2501(UA7)进行了电气隔离的电压反馈电路，实现一个电气隔离的输出电压闭环控制的高频开关稳压电源，从而输出一个辅助电压模块f中需要的12V，以及等离子显示屏主板需要的一个电压Vsb；为了给输入过欠压过温检测模块c中的运算放大器LM358(UA1)提供一个2.5V的基准电压，从提供芯片TNY268(UA5)的电源电压处，使用TL431(UA6)获取；还从提供芯片TNY268(UA5)的电源电压处，输出一个开机软启动模块d中的继电器所需要的电压；其中，使用了集成芯片TNY268(UA5)集成的短路、过温保护功能；还有，为了保证输入过欠压过温检测模块的正常运行，本模块按输入电压范围70Vac到300Vac来设计；

c.输入过欠压过温检测模块：使用集成运算放大器LM358(UA1)对从待机电源模块b取来的电压(VAC_OK)进行采样，再与待机电源模块b提供的2.5V基准电压进行比较，如果输入过压或者欠压，集成运算放大器LM358(UA1)则通过光耦NEC2501(UA2)输出表示“输入电压不正常或者温度过高”意思的信号(ACOK)，给等离子显示屏的主板，等离子显示屏主板会在合适的时间里输出表达了软关机意思的信号RLY给模块d，从而实现安全软关机，进入待机状态；而过温检测到过温时，输出也是使用这个信号(ACOK)来告诉等离子显示屏主板，实现安全软关机的；其中使用精密常闭温度开关67L085(TKA1)检测温度；

d.开机软启动模块：使用光耦NEC2501(UA3)进行电气隔离的接收等离子显示屏主板发来的信号RLY来启动后级电路；采用三个大功率电阻RA3、RA4和RA5串成合适阻值后与一个常开继电器KA1并联，然后再与一个常开继电器KA2串联；以至于在接受有效的信号RLY后，继电器KA2先闭合，从而利用那串大功率电阻消减输入启动冲击电流；在经电容CA12充电完成时间后，使继电器KA1闭合，旁路掉那串大功率电阻。

功率因数校正单元B：如图2所示，它由有源功率因数校正模块构成：用整流桥RBV1506(BDA1)、差模电感LA4、电容CA14和CA15整流滤波，并从此提取一个辅助电压模块f中芯片UC3844(UB2)所需的启动电压ACH；使用芯片MC33262(UA4)工作在电流模式下的典型有源功率因数校正升压电路结构，进行功率因数校正，然后经过三个电解电容CA18、CA19、CA20的滤波，为后级电路提供400V高压直流；其中，两个开关管FQA24N60(QA3、QA4)并联使用，是考虑所承受的电应力的需要，提高可靠性；为了考虑时序的要求，还输出两个稍有差别的又均可反映本模块工作状态的电压REL和PFC_OK。

辅助电压输出单元C：如图3所示，它由辅助电压模块构成：由芯片UC3844(UB2)工作在电流模式下而构建的单管反激电路结构为主体，搭配用光耦NEC2501(UB5、UB6)进行了电气隔离的输出电压反馈电路和PFC_OK信号接收电路，提供5V、32V、15V和12V四路稳压直流给等离子显示屏主板使用；其中5V为主路，15V路使用降压型电压调整器LM2576TADJ(UB4)从32V路获取，而12V路是使用三端稳压器LM7812(UB3)再从15V路获取；还使用三端稳压器LM7818(UB1)分别为后级模块g、h、i和j中的芯片UC3844(UF4、UC1、UD1和UD3)等提供18V稳压直流；输出过流保护使用电阻RB9和RB10进行电流采样；特别进行优化变压器TC3与开关管SSH7N90A(QB1)以及多路输出后级调整这个电路网络的参数。

高压输出单元D由以下模块构成：

a.地址电压模块：使用光耦NEC2501(UF5)合理的利用有源功率因数校正模块e发来的信号REL、待机电源模块b的输出(Vsb)和等离子显示屏主板发来的信号Vason，与TL431(UF2、UF3)搭配，影响本模块以及输出电压Va_on和Va_down影响后级模块电路；由芯片UC3844(UF4)工作在电流模式下而构建的单管反激电路结构为主体，搭配集成运算放大器LM393(UF1)构建的输出反馈电路，来提供等离子显示屏地址电压(Va)；其中，采用变压器TF3隔离的方式驱动开关管SSH7N90A(QF1)；输出过流保护使用电阻RF32进行电流采样；特别进行优化变压器TF1与开关管SSH7N90A(QF1)以及输出整流管F20U60DN(DF2)这个电路网络的参数；参见图4；

b.维持电压模块：使用TL431(UC3)构建的电路来接收模块g发来的电压Va_on，并结合TL431(UC2)来影响由集成运算放大器LM393(UC4)构建的本模块输出反馈电路；由芯片UC3844(UC1)工作在电流模式下而构建的双管反激电路结构为主体，采用变压器TC2隔离的方式驱动开关管FQA24N60(QC3、QC4)，再搭配由集成运算放大器LM393(UC4)构建的本模块输出反馈电路，从而提供等离子显示屏维持电压(Vs)和模块i、模块j所需的电压(Vsa)；输出过流保护使用电阻RC35进行电流采样；其中，特别进行优化变压器TC3与开关管FQA24N60(QC3、QC4)以及输出整流管F20U60DN(DC3、DC4)这个电路网络的参数；参见图5；

c.激活电压模块：由芯片UC3844(UD1)工作在电流模式下而构建的单管反激电路结构为主体，搭配由TL431(UD2)构建的输出电流反馈电路和由可调电位器RD20构建的输出电压反馈电路，为等离子显示屏提供激活电压(Vsetup)；输出过流保护使用电阻RD16进行电流采样；其中，特别进行优化变压器TD1与开关管IRF840(QD1)以及输出整流管MUR460(DD2、DD3)这个电路网络的参数；参见图6；

d.扫屏电压模块：由芯片UC3844(UD3)工作在电流模式下而构建的单管反激电路结构为主体，搭配由TL431(UD4、UD5)构建的输出反馈电路，为等离子显示屏提供扫屏电压(Vy)；输出过流保护使用电阻RD32进行电流采样；其中，特别进行优化变压器TD2与开关管IRF840(QD2)以及输出整流管MUR460(DD5)这个电路网络的参数；参见图6。

输出过欠压保护单元E：如图7所示，它由输出过欠压保护模块构成。由集成运算放大器LM324(UE1、UE2和UE3)构建对模块f、模块g、模块h、模块i和模块j的输出给等离子显示屏的电压进行监测，并在有输出过压或者欠压时，若输出过欠压的是高压输出部分的，则触发并通过单向可控硅MCR100-6(QE4)来拉低模块g、h、i和j中的芯片UC3844(UF4、UC1、UD1和UD3)等所需要的由模块f提供的电压(18V)，从而关掉高压部分，起到保护作用，其中也拉低Va_on是为了使关机符合时序；若是辅压输出部分输出过欠压，则触发并通过单向可控硅MCR100-6(QE1)来拉低模块f和模块l所需要的由模块b提供的电压(12Vsb)，从而关掉辅压输出部分，起到保护作用；其中拉低模块1所需的电压(12Vsb)使其输出相应的信号(5VOK)，以及拉低Va_on和V5_on都是为了使关机符合时序；还有使用由三极管2N401(QE8、QE6、QE5)和三极管2N4403(QE7)构建的电路，是为了在启动时高压输出的建立过程中，拉掉因还未建立时的欠压情况而产生的触发可控硅MCR100-6(QE4)的电压信号，当启动建立后，这种作用就消除了，输出过欠压保护功能进入有效状态。

辅助电压输出检测单元F：如图7所示，它由辅助电压检测模块构成：使用TL431(UE4)构建一个对模块f输出的主路5V电压进行监测的电路，并从三极管2N401(QE3)的发射极输出反映这5V路输出电压情况的信号(5VOK)。

高压输出放电单元G：如图7所示，它由高压放电回路模块构成；当关机或者输出过欠压保护时，通过信号Va_down启动本模块，开通IGBT管G4BC30W(QE9、QE11)，使Vsetup、Vs、Va和Vy路的输出高压电容分别经大功率电阻RE65、RE66、RE67、RE68和RE73进行迅速放电；因为电压Vy是负电压，于是使用光耦LF038(UE7)进行分离。

实例当中，各模块的散热器对参考地的连接方式参见其相应的模块设计电路原理图；实例的输出接口的定义，如图8所示；其他具体参数参见设计电路原理图。

经过如上所述的充分的采用优化了的反激电路结构，合理的精简，减少不可靠因素，各单元有机的组合，在提高可靠性的同时大幅度的降低成本，从而实现了高性价比的LG产的42英寸等离子显示屏专用的高频开关电源。

Claims (10)

1、一种等离子显示屏高频开关电源，其特征是：它包括输入待机单元(A)、功率因数校正单元(B)、辅助电压输出单元(C)、高压输出单元(D)、输出过欠压保护单元(E)、辅助电压输出检测单元(F)和高压输出放电单元(G)七个部分；连接外接交流源的输入待机单元的输出与功率因数校正单元相连，功率因数校正单元与用来向给等离子显示屏供电的辅助电压输出单元和高压输出单元相连；辅助电压输出单元和高压输出单元由输出过欠压单元进行输出过欠压保护，辅助电压输出检测单元对辅助电压输出单元进行检测，高压输出放电单元对高压输出单元进行所需要的输出电容放电。

2、如权利要求1所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：输入待机单元由输入滤波模块、待机电源模块、输入过欠压过温检测模块及开机软启动模块四部分组成。

3、如权利要求2所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：输入待机单元中待机电源模块是由集成芯片TNY268(UA5)和高频变压器TA1为核心元件的单管反激电路构成。

4、如权利要求1所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：功率因数校正单元中有源功率因数校正模块由芯片MC33262(UA4)和两并联MOS-FET管FQA24N60(QA3、QA4)为核心元件的升压电路构成。

5、如权利要求1所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：辅助电压输出单元中辅助电压模块是由芯片UC3844(UB2)、MOS-FET管SSH7N90A(QB1)和高频变压器TB1为核心元件的单管反激电路构成。

6、如权利要求1所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：高压输出单元由地址电压模块、维持电压模块、激活电压模块和扫屏电压模块四部分组成。

7、如权利要求6所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：高压输出单元中地址电压模块是由芯片UC3844(UF4)、MOS-FET管SSH7N90A(QF1)和高频变压器TF1为核心元件的单管反激电路构成。

8、如权利要求6所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：高压输出单元中维持电压模块是由芯片UC3844(UC1)、MOS-FET管FQA24N60(QC3、QC4)和高频变压器TC3为核心元件的双管反激电路构成。

9、如权利要求6所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：高压输出单元中激活电压模块是由芯片UC3844(UD1)、MOS-FET管IRF840(QD1)和高频变压器TD1为核心元件的单管反激电路构成。

10、如权利要求6所述的等离子显示屏高频开关电源，其特征是：高压输出单元中扫屏电压模块是由芯片UC3844(UD3)、MOS-FET管IRF840(QD2)和高频变压器TD2为核心元件的单管反激电路构成。

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