1．前言

　　信息高速公路和高清晰度電視的發(fā)展，對顯示技術和顯示器件都提出了更高的要求。PDP（Plasma Display Panel）以其大屏幕，超薄結構，高質量畫面成為現(xiàn)在顯示器件的重要研究方向之一。而電源作為AC-PDP的重要組成部分，要求效率高、體積小、能夠提供較大的瞬態(tài)輸出功率，并且具有保護功能和不同輸出電壓按順序啟動的功能。


2．AC-PDP電源設計

2.1概述

　　常用的直流穩(wěn)壓電源按照工作原理的不同，分為線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源。兩者相比較，線性穩(wěn)壓電源效率低，體積和重量大，而且瞬態(tài)響應慢，不能滿足AC-PDP在顯示動態(tài)圖像時輸出功率大幅度迅速變化的要求。而開關電源效率高，相同輸出功率條件下體積小，重量輕，穩(wěn)壓范圍寬，負載大幅度變化時，電源調整率好，輸出靈活，可方便地多組輸出，而且響應速度快[1]。因此AC-PDP中更適合采用開關電源。　　　　　　　　

　　傳統(tǒng)的從220V交流電網通過非控整流獲取直流電壓，在電力電子技術及電子儀器儀表中獲得了廣泛的應用。但這種非控整流使得輸入電流波形發(fā)生嚴重畸變，并呈脈沖狀。這樣，一方面對電網造成嚴重污染，干擾其它電子設備的正常工作；另一方面大大降低了輸入電路的功率因數(shù)，如在中、大型非控整流設備中，輸入電路的功率因數(shù)大致在0.5～0.7左右，有的甚至更低。因此，必須采取有效的技術措施來減少輸入電流波形的畸變，提高輸入電路的功率因數(shù)[2]。在設計中我們采用MOTOROLA的功率因數(shù)控制芯片MC34262來進行有源功率因數(shù)校正。根據(jù)42-inch AC-PDP電路系統(tǒng)的要求，必須考慮電源整體結構及尺寸大小，以及不同輸出之間的相互隔離和電源不同輸出電壓的啟動順序。

圖1.　PDP電源系統(tǒng)

　　圖1所示即為所設計的AC-PDP電源電路的結構示意圖。在電源開關閉合后，交流市電經過整流濾波、功率因數(shù)校正（PFC），首先啟動DC/DC模塊1，給接口電路、存儲控制電路提供電源，為整個電路系統(tǒng)的工作做好準備，同時給其它DC/DC模塊提供開啟電壓或PWM芯片電源電壓。

　　DC/DC變換將380V轉換為下列直流電壓輸出，分別給PDP接口電路、存儲控制電路和驅動電路供電：

　　12V ：接口電路供電電壓，最大輸出電流2.5A，脈動幅值0.1V

　　5V(1)：存儲控制電路供電電壓，驅動電路中集成MOS管驅動器供電電壓，A尋址電極驅動芯片邏輯塊供電電壓,最大輸出電流4A，脈動幅值0.05A

　　200V：Y掃描電極供電電壓，調壓范圍160V～240V，最大輸出電流1.5A，脈動幅值0.5V

　　200V：X驅動電極供電電壓，指標同上

　　17V ：集成MOS管驅動器輸出端作供電電壓，最大輸出電流2.5A，脈動幅值0.1V

　　5V（2）：Y掃描電極驅動芯片邏輯塊供電電壓，最大輸出電流0.3A，脈動幅值0.03A

　　90V ：Y掃描驅動芯片驅動塊供電電壓，調壓范圍60V～120V，最大輸出電流0.08A，脈動幅值0.1V

　　-100V：Y掃描電極懸浮電壓, 調壓范圍-60V～-120V，最大輸出電流0.08A，脈動幅值0.3V

　　65V ：A尋址驅動電極驅動芯片驅動塊供電電壓，調壓范圍50V～90V，最大輸出電流1.8A，脈動幅值0.3V

2.2 不同直流電壓啟動輸出的時序設計

圖2. X電極驅動示意圖

　　如圖2所示即為X電極驅動示意圖。顯然當200V加在T1的漏端時候，T1、T2管不可同時導通，那么由存儲控制電路送來的信號in_1、in_2不能同時為高電平，而且集成MOS管驅動器M12處于工作狀態(tài)，即+5V、+17V電源已經加在芯片上[3]。由此可見，必須滿足以下條件才能啟動電源的高壓輸出：

　　(1). 接口電路、存儲控制電路已經開始工作，并將正確信號送入驅動電路；

　　(2). 驅動電路中芯片的低壓電源建立。

　　Y電極驅動與X電極驅動示意圖所示類似。不同的是X電極不需要驅動芯片，而Y電極驅動高壓部分采用浮地，還要求Y驅動芯片的低壓電源5V(2)先建立，高壓電源90V才建立。

　　因此AC-PDP電源結構如前述圖1所示，當220V交流市電輸入后，PFC電路輸出380V和15V，其中15V給DC/DC模塊1和模塊2的PWM控制芯片供電。

　　模塊1中將380V變換成多路直流輸出，直流電壓5V（輔）輸出給模塊2作為啟動控制電壓。因此模塊1輸出建立后，模塊2才開始工作。

　　模塊1的直流電壓17V輸出給模塊3后，產生直流電壓5V（2）輸出給模塊3的65V/90V變換部分作為啟動控制電壓。因此當DC/DC模塊2輸出建立以及模塊3的5V(2)輸出建立后，65V/ 90V變換電路才開始工作，輸出90V。

　　在設計中，利用5V電壓來控制UC3845的3腳輸入電壓，使之下降到1.0V以下來實現(xiàn)DC/DC變換的啟動。當5V沒有建立時，待啟動的DC/DC變換的PWM控制器沒有輸出，從而使得變換器不能工作。[4]這部分內容在下文2.4節(jié)詳述。

2.3 有源功率因數(shù)（PFC）校正電路的設計

圖3. 有源功率因數(shù)校正原理簡圖

　　圖2所示即為我們采用MC34262芯片設計的功率因數(shù)校正電路的原理簡圖。

　　交流市電經過全波整流后的直流電壓經R62、R71分壓后，通過管腳3輸入控制芯片內乘法器的一個輸入端，而由管腳2監(jiān)測的誤差放大器輸出電壓加到乘法器另一個輸入端。在較大動態(tài)范圍內，乘法器的傳輸曲線為線性。乘法器輸出電壓控制電流取樣比較器的門限電壓，當管腳4的電壓大于此門限電壓時，VT9關閉，電感通過VD27釋放能量。此門限電壓近似與管腳3輸入電壓成正比，即與交流市電經過全波整流后的直流電壓近似成正比關系。當電感中電流降為零時，VT9導通，此時電感L9開始儲能。在VT9導通時電感電流等于VT9導通電流，VT9關斷時電感電流等于VD27導通電流。電感電流如圖4所示，其平均電流呈現(xiàn)與與市電電壓同相位的正弦波。使得功率因數(shù)接近1。

圖4. 電感電流和VT9柵極電壓波形

　　根據(jù)輸出電壓電流要求，最大總輸出功率為837W，留取余量，確定目標輸出功率為900W，變換器效率η＝90％，在輸入交流市電220Vac±20％條件下，計算電路元件參數(shù)。

　　峰值電感電流：

　　電感（取工作時開關周期為40us）

　　MC34262的管腳1（FB）是片內誤差放大器的一個輸入端，另一個輸入端Vref約2.5V。

　　那么

　　因此選取R66＝1.6MΩ，R65＝10KΩ，R73為0～15KΩ的可調電阻。

　　當輸入電網電壓的范圍為220Vac±20％時，令MC34262管腳4的電流取樣電壓VCS=1V且必須小于1.4V，此時：

　　取R74=0.062Ω/4W。

　　取電網最高輸入時候MC34262管腳3（片內乘法器輸入）電壓VM為3V。由

　　取R3=12KΩ，則R5=15MΩ。

　　此外，在電路中加入補償電容C58，RC濾波器R72、C65使得電路更可靠地工作。

2.4 DC/DC變換電路的設計

圖5.電流控制型電路原理圖

圖6.　200V輸出DC/DC變換電路原理圖

　　在DC/DC變換中，我們采用UC3845作為PWM控制芯片。圖1所示電源系統(tǒng)中，DC/DC模塊3中的90V和-100V輸出采用反激變換，DC/DC模塊1的15V和5V輸出分別采用三端穩(wěn)壓器件和穩(wěn)壓二極管來實現(xiàn)，DC/DC模塊3的5V輸出采用集成開關電源模塊實現(xiàn)，其它變換則采用雙管正激變換來實現(xiàn)。

　　UC3845是電流控制集成芯片，其工作原理如圖5所示。它是在電壓控制型電路的基礎上增加了一個電流反饋環(huán)節(jié)，當管腳3輸入的采樣電壓Vs大于Ve(Ve不超過1.0V)時，鎖存器置零，VT截止。因此誤差信號Ve實際上控制的是電感峰值電流。

　　圖6所示為產生200V直流輸出的電路圖。虛線框內為DC/DC變換的控制部分。下面主要討論過流保護電路和5V輸入電壓啟動電路。

　　380V和15V電壓輸入后，如果5V啟動電壓未加，VT7射極電壓5V，選取合適的R49、R56使得VT7射極到集電極的電流經過R56后，輸入到MC3845的管腳3電壓大于1.0V，這樣VT3截止。DC/DC變換不工作。當5V電壓加上后，通過光耦DA52使得VT7的集電極電流增加，MC3845管腳3電壓輸入電壓低于1.0V，從而完成電路的啟動。選取合適的R24、R29、R1、R60等元件，使得當輸出電流超過所設定的最大電流Imax時，二極管VD16正端的電壓（相對于GNDH，電壓值為-Imax·R29）下降,VT5射極電壓下降，從而流過R60的電流增大，DA8的一次側電壓下降，VT7的集電極電流減小，使得MC3845管腳3的輸入電壓超過1V，從而實現(xiàn)輸出過流保護。
以上以200V直流輸出的DC/DC變換為例討論了過流保護電路和5V輸入電壓啟動電路。其它DC/DC變換的這部分電路與此相同，電源電路其它部分設計可以參閱參考文獻[1]和文獻[2]以及UC3845器件說明書。


3　結果
　　
　　在滿負載條件下測試，測得電源效率為81.5％，功率因數(shù)為0.993，直流輸出電壓：

　　200V：調節(jié)范圍152V～254V，最大輸出電流可達1.5A，脈動幅值0.3V

　　12V ：最大輸出電流2.5A時，脈動幅值0.1V

　　5V(1)：存儲控制電路供電電壓，最大輸出電流4時脈動幅值0.02A

　　17V ：最大輸出電流2.5A時脈動幅值0.05V

　　5V(2)：最大輸出電流0.3A，脈動幅值0.01A

　　90V ：調壓范圍55V～122V，最大輸出電流0.08A時，脈動幅值0.1V

　　-100V：調壓范圍-58V～-127V，最大輸出電流0.08A時，脈動幅值0.1V

　　65V ：A尋址驅動電極驅動芯片驅動塊供電電壓，調壓范圍51V～97V，最大輸出電流1.8A時，脈動幅值0.1V。

　　啟動時序設計正常，滿足設計要求。

　　整機聯(lián)調，圖像效果令人滿意，在PDP顯示屏顯示動態(tài)運動圖像時能夠提供足夠的電流和穩(wěn)定的電壓，保證了圖像的穩(wěn)定顯示。


參考文獻

[1]. 何希才. 新型開關電源及其應用. 北京：人民郵電出版社，1996： 1～3

[2]. 張占松,蔡宣三.　開關穩(wěn)壓電源的原理與設計. 北京: 電子工業(yè)出版社，1999 ：273～292

[3]. 沈思寬. 彩色AC-PDP電路系統(tǒng)關鍵技術研究[D].
西安: 西安交通大學工程與科學研究院，2000.10 ：59～63.

[4]. Masafumi Nagaya. Display Unit. US 6,388,901 B2. Jan.27,1999