專利名稱：等離子顯示屏高頻開關電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用于等離子顯示屏上的專用高頻開關電源。
背景技術：
等離子顯示屏的原理主要是利用氣體(惰性氣體)放電，產生紫外線激發管壁上的熒光粉發光以取得影像。該顯示屏清晰度高，無需數模轉換即可實現數字圖像信號的顯示，因此不僅可用于接受普通電視信號，而且是數字電視的理想顯示設備。
等離子顯示屏的專用高頻開關電源，技術指標復雜，開發難度大，一直以來全部由日本和韓國制造生產，而且因為輸出功率較大，而在主要電路模塊中均采用半橋電路結構。
在開關電源領域，眾所周知半橋電路結構，使用的元器件的數量多。因為元器件數量多，產生不可靠性因素也多了，可靠性難以提高到更高層次的水平；也因為元器件數量多，成本居高不下，價格昂貴。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種可以有效克服上述問題發生的新型等離子顯示屏高頻開關電源，在滿足等離子顯示屏使用的前提下，合理的精簡和優化電路結構，減少元器件數量，在提升可靠性的同時大幅度的降低成本。
本實用新型的目的是這樣實現的它包括輸入待機單元A、功率因數校正單元B、輔助電壓輸出單元C、高壓輸出單元D、輸出過欠壓保護單元E、輔助電壓輸出檢測單元F和高壓輸出放電單元G七個部分；連接外接交流源的輸入待機單元A的輸出與功率因數校正單元B相連，功率因數校正單元B與用來給等離子顯示屏供電的輔助電壓輸出單元C和高壓輸出單元D相連；輔助電壓輸出單元C和高壓輸出單元D由輸出過欠壓單元E進行輸出過欠壓保護，輔助電壓輸出檢測單元F對輔助電壓輸出單元C進行檢測，高壓輸出放電單元G則對高壓輸出單元D進行所需要的輸出電容放電；上述結構中，輸入待機單元A由輸入濾波模塊、待機電源模塊、輸入過欠壓過溫檢測模塊及開機軟啟動模塊四部分組成，具體為
a.入濾波模塊采用兩級濾波，還有抗雷擊壓敏電阻等；b.待機電源模塊采用高可靠性、低功耗的TRY268集成芯片和單管反激電路；c.輸入過欠壓過溫檢測模塊采用集成運算放大器LM358和高精度的溫度開關；d.開機軟啟動模塊采用兩個常開繼電器搭配合適阻值的大功率電阻，以減小輸入啟動沖擊電流和提高工作效率；上述結構中，功率因數校正單元B由有源功率因數校正模塊構成，它采用MC33262芯片和升壓電路，兩開關管并聯使用；上述結構中，輔助電壓輸出單元C由輔助電壓模塊構成，它采用UC38系列芯片、MOS-FET管和優化了的高頻變壓器等構建單管反激電路；上述結構中，高壓輸出單元D由地址電壓模塊、維持電壓模塊、激活電壓模塊和掃屏電壓模塊四部分組成，具體為a.地址電壓模塊采用UC38系列芯片、MOS-FET管和優化了的高頻變壓器等構建單管反激電路；b.維持電壓模塊采用UC38系列芯片、MOS-FET管和優化了的高頻變壓器等構建雙管反激電路；c.激活電壓模塊采用UC38系列芯片、MOS-FET管和優化了的高頻變壓器等構建單管反激電路；d.掃屏電壓模塊采用UC38系列芯片、MOS-FET管和優化了的高頻變壓器等構建單管反激電路；上述結構中，輸出過欠壓保護單元E、輔助電壓輸出檢測單元F和高壓輸出放電單元G等三個單元分別使用下列相應的電路模塊，具體如下a、輸出過欠壓保護模塊采用集成運算放大器LM324，以實現精確的對等離子顯示屏保護為主；b、輔助電壓檢測模塊采用TL431電路，以配合等離子顯示屏主板的功能要求為主；c、高壓放電回路模塊采用合適阻值的大功率電阻搭配IGBT管，可控的實現在電源關機及類似的情況下，快速的給高壓輸出路放電，保證輔助電壓模塊的輸出電路在時序上的要求為主；其中考慮高壓輸出中有正、負電壓的情況，于是使用光耦對正、負電壓輸出的放電回路之間進行電氣隔離。
使用本實用新型時，輸入待機單元A對外加交流電進行濾波、檢測等處理后，輸出檢測結果ACOK信號給等離子顯示屏的主板，并等待等離子顯示屏主板發來的信號RLY，若RLY表示開機，則啟動功率因數校正單元B，經過有源功率因數校正后，再啟動輔助電壓輸出單元C，輸出等離子顯示屏主板所需的低壓直流，這時輔助電壓輸出檢測單元F對單元C的輸出電壓進行檢測，并輸出檢測結果5VOK信號；當等離子顯示屏主板判斷5VOK信號為正常后，使用信號Vason來開啟高壓輸出單元D，從而單元D輸出多路高壓直流，供等離子顯示屏所需；為了功能的完備，對單元C和單元D配置了輸出過欠壓保護單元E，還有，等離子顯示屏的特有需要，為單元D配置了受單元D控制的高壓輸出放電單元G，在關機掉電時迅速的對高壓輸出電容進行安全放電。
綜上所述，本實用新型在滿足電磁兼容的要求下為等離子顯示屏提供大功率的苛刻的多路輸出(輸出功率可達580W)，合理的采用反激電路結構，有效的減少了元器件數量，相應的減少不可靠因素，在提升可靠性的同時，又大幅度的降低成本；此外，它還有諸多有益效果，如采用了有源功率校正升壓電路結構，既把輸入功率因素提高到9.2以上，又可滿足全電壓輸入電壓范圍(90Vac～264Vac)，適用于全球電網電壓；在輸入待機單元A中采用有跳頻功能的集成芯片(TNY268)，以及相應的優化的反激電路結構，從而待機功耗小于2.5W；優化的電路結構參數，減少了電路中的損耗，使全電壓輸入范圍下，滿載工作效率大于83％；還提供輸入輸出過欠壓、輸出過流、過溫等全方位的保護功能等。
以下結合附圖詳述本實用新型的具體結構
圖1為本實用新型等離子顯示屏高頻開關電源原理方框圖；圖2為本實用新型輸入濾波模塊、待機電源模塊、輸入過欠壓過溫檢測模塊、開機軟啟動模塊、有源功率因數校正模塊的電路原理圖；圖3為本實用新型輔助電壓模塊的電路原理圖；圖4為本實用新型地址電壓模塊的電路原理圖；圖5為本實用新型維持電壓模塊的電路原理圖；圖6為本實用新型激活電壓模塊和掃屏電壓模塊的電路原理圖；圖7為本實用新型輸出過欠壓保護模塊、輔壓檢測模塊和高壓放電回路模塊的電路原理圖；圖8為本實用新型輸出接口連接方式電路原理圖。
具體實施方式
以下列舉一個適用于采用LG產的42英寸等離子顯示屏的具體實例進行說明。
如圖1所示，它包括輸入待機單元A、功率因數校正單元B、輔助電壓輸出單元C、高壓輸出單元D、輸出過欠壓保護單元E、輔助電壓輸出檢測單元F和高壓輸出放電單元G等七個互相密切聯系的單元。連接外接交流源的輸入待機單元A的輸出與功率因數校正單元B相連，功率因數校正單元B與用來向給等離子顯示屏供電的輔助電壓輸出單元C和高壓輸出單元D相連；輔助電壓輸出單元C和高壓輸出單元D由輸出過欠壓單元E進行輸出過欠壓保護，輔助電壓輸出檢測單元F對輔助電壓輸出單元C進行檢測，高壓輸出放電單元G則對高壓輸出單元D進行所需要的輸出電容放電。
輸入待機單元A把外加交流電進行濾波、檢測等處理后，輸出檢測結果ACOK信號給等離子顯示屏的主板，并等待等離子顯示屏主板發來的信號RLY，若RLY表示開機，則啟動功率因數校正單元B，經過有源功率因數校正后，再啟動輔助電壓輸出單元C，輸出等離子顯示屏主板所需的低壓直流，這時輔助電壓輸出檢測單元F對單元C的輸出電壓進行檢測，并輸出檢測結果5VOK信號；當等離子顯示屏主板判斷5VOK信號為正常后，使用信號Vason來開啟高壓輸出單元D，從而單元D輸出多路高壓直流，供等離子顯示屏所需；為了功能的完備，對單元C和單元D配置了輸出過欠壓保護單元E，還有，等離子顯示屏的特有需要，為單元D配置了受單元D控制的高壓輸出放電單元G，在關機掉電時迅速的對高壓輸出電容進行安全放電。
根據實例的電路原理圖，其各單元的功能模塊電路分述如下輸入待機單元A如圖2所示，它由以下模塊組成a.輸入濾波模塊提供外加交流源的輸入端子JA1，以及等離子顯示屏控制的開關接口JA2和JA3；用兩個共模電感LA2和LA3與兩個X電容CA3和CA4配合，構造π型濾波結構，既可利用共模電感對高頻干擾進行抑制，也可利用構造的π型濾波結構對低頻干擾進行抑制，從而達到合適的濾波效果；從電氣安全等角度考慮使用了熔斷器FA1和壓敏電阻RA1等；b.待機電源模塊通過整流橋GBL08(BDA2)和電解電容CA21實現對輸入交流的整流濾波，形成一個高壓直流；讓可以跳頻的集成芯片TNY268(UA5)工作在132K±4KHz的開關頻率下，與符合安規要求的電氣隔離高頻變壓器TA1，配合成單管反激電路結構，加上一個利用光耦NEC2501(UA7)進行了電氣隔離的電壓反饋電路，實現一個電氣隔離的輸出電壓閉環控制的高頻開關穩壓電源，從而輸出一個輔助電壓模塊f中需要的12V，以及等離子顯示屏主板需要的一個電壓Vsb；為了給輸入過欠壓過溫檢測模塊c中的運算放大器LM358(UA1)提供一個2.5V的基準電壓，從提供芯片TNY268(UA5)的電源電壓處，使用TL431(UA6)獲取；還從提供芯片TNY268(UA5)的電源電壓處，輸出一個開機軟啟動模塊d中的繼電器所需要的電壓；其中，使用了集成芯片TNY268(UA5)集成的短路、過溫保護功能；還有，為了保證輸入過欠壓過溫檢測模塊的正常運行，本模塊按輸入電壓范圍70Vac到300Vac來設計；c.輸入過欠壓過溫檢測模塊使用集成運算放大器LM358(UA1)對從待機電源模塊b取來的電壓(VAC_OK)進行采樣，再與待機電源模塊b提供的2.5V基準電壓進行比較，如果輸入過壓或者欠壓，集成運算放大器LM358(UA1)則通過光耦NEC2501(UA2)輸出表示“輸入電壓不正常或者溫度過高”意思的信號(ACOK)，給等離子顯示屏的主板，等離子顯示屏主板會在合適的時間里輸出表達了軟關機意思的信號RLY給模塊d，從而實現安全軟關機，進入待機狀態；而過溫檢測到過溫時，輸出也是使用這個信號(ACOK)來告訴等離子顯示屏主板，實現安全軟關機的；其中使用精密常閉溫度開關67L085(TKA1)檢測溫度；d.開機軟啟動模塊使用光耦NEC2501(UA3)進行電氣隔離的接收等離子顯示屏主板發來的信號RLY來啟動后級電路；采用三個大功率電阻RA3、RA4和RA5串成合適阻值后與一個常開繼電器KA1并聯，然后再與一個常開繼電器KA2串聯；以至于在接受有效的信號RLY后，繼電器KA2先閉合，從而利用那串大功率電阻消減輸入啟動沖擊電流；在經電容CA12充電完成時間后，使繼電器KA1閉合，旁路掉那串大功率電阻。
功率因數校正單元B如圖2所示，它由有源功率因數校正模塊構成用整流橋RBV1506(BDA1)、差模電感LA4、電容CA14和CA15整流濾波，并從此提取一個輔助電壓模塊f中芯片UC3844(UB2)所需的啟動電壓ACH；使用芯片MC33262(UA4)工作在電流模式下的典型有源功率因數校正升壓電路結構，進行功率因數校正，然后經過三個電解電容CA18、CA19、CA20的濾波，為后級電路提供400V高壓直流；其中，兩個開關管FQA24N60(QA3、QA4)并聯使用，是考慮所承受的電應力的需要，提高可靠性；為了考慮時序的要求，還輸出兩個稍有差別的又均可反映本模塊工作狀態的電壓REL和PFC_OK。
輔助電壓輸出單元C如圖3所示，它由輔助電壓模塊構成由芯片UC3844(UB2)工作在電流模式下而構建的單管反激電路結構為主體，搭配用光耦NEC2501(UB5、UB6)進行了電氣隔離的輸出電壓反饋電路和PFC_OK信號接收電路，提供5V、32V、15V和12V四路穩壓直流給等離子顯示屏主板使用；其中5V為主路，15V路使用降壓型電壓調整器LM2576TADJ(UB4)從32V路獲取，而12V路是使用三端穩壓器LM7812(UB3)再從15V路獲取；還使用三端穩壓器LM7818(UB1)分別為后級模塊g、h、i和j中的芯片UC3844(UF4、UC1、UD1和UD3)等提供18V穩壓直流；輸出過流保護使用電阻RB9和RB10進行電流采樣；特別進行優化變壓器TC3與開關管SSH7N90A(QB1)以及多路輸出后級調整這個電路網絡的參數。
高壓輸出單元D由以下模塊構成a.地址電壓模塊使用光耦NEC2501(UF5)合理的利用有源功率因數校正模塊e發來的信號REL、待機電源模塊b的輸出(Vsb)和等離子顯示屏主板發來的信號Vason，與TL431(UF2、UF3)搭配，影響本模塊以及輸出電壓Va_on和Va_down影響后級模塊電路；由芯片UC3844(UF4)工作在電流模式下而構建的單管反激電路結構為主體，搭配集成運算放大器LM393(UF1)構建的輸出反饋電路，來提供等離子顯示屏地址電壓(Va)；其中，采用變壓器TF3隔離的方式驅動開關管SSH7N90A(QF1)；輸出過流保護使用電阻RF32進行電流采樣；特別進行優化變壓器TF1與開關管SSH7N90A(QF1)以及輸出整流管F20U60DN(DF2)這個電路網絡的參數；參見圖4；b.維持電壓模塊使用TL431(UC3)構建的電路來接收模塊g發來的電壓Va_on，并結合TL431(UC2)來影響由集成運算放大器LM393(UC4)構建的本模塊輸出反饋電路；由芯片UC3844(UC1)工作在電流模式下而構建的雙管反激電路結構為主體，采用變壓器TC2隔離的方式驅動開關管FQA24N60(QC3、QC4)，再搭配由集成運算放大器LM393(UC4)構建的本模塊輸出反饋電路，從而提供等離子顯示屏維持電壓(Vs)和模塊i、模塊j所需的電壓(Vsa)；輸出過流保護使用電阻RC35進行電流采樣；其中，特別進行優化變壓器TC3與開關管FQA24N60(QC3、QC4)以及輸出整流管F20U60DN(DC3、DC4)這個電路網絡的參數；參見圖5；c.激活電壓模塊由芯片UC3844(UD1)工作在電流模式下而構建的單管反激電路結構為主體，搭配由TL431(UD2)構建的輸出電流反饋電路和由可調電位器RD20構建的輸出電壓反饋電路，為等離子顯示屏提供激活電壓(Vsetup)；輸出過流保護使用電阻RD16進行電流采樣；其中，特別進行優化變壓器TD1與開關管IRF840(QD1)以及輸出整流管MUR460(DD2、DD3)這個電路網絡的參數；參見圖6；d.掃屏電壓模塊由芯片UC3844(UD3)工作在電流模式下而構建的單管反激電路結構為主體，搭配由TL431(UD4、UD5)構建的輸出反饋電路，為等離子顯示屏提供掃屏電壓(Vy)；輸出過流保護使用電阻RD32進行電流采樣；其中，特別進行優化變壓器TD2與開關管IRF840(QD2)以及輸出整流管MUR460(DD5)這個電路網絡的參數；參見圖6。
輸出過欠壓保護單元E如圖7所示，它由輸出過欠壓保護模塊構成。由集成運算放大器LM324(UE1、UE2和UE3)構建對模塊f、模塊g、模塊h、模塊i和模塊j的輸出給等離子顯示屏的電壓進行監測，并在有輸出過壓或者欠壓時，若輸出過欠壓的是高壓輸出部分的，則觸發并通過單向可控硅MCR100-6(QE4)來拉低模塊g、h、i和j中的芯片UC3844(UF4、UC1、UD1和UD3)等所需要的由模塊f提供的電壓(18V)，從而關掉高壓部分，起到保護作用，其中也拉低Va_on是為了使關機符合時序；若是輔壓輸出部分輸出過欠壓，則觸發并通過單向可控硅MCR100-6(QE1)來拉低模塊f和模塊l所需要的由模塊b提供的電壓(12Vsb)，從而關掉輔壓輸出部分，起到保護作用；其中拉低模塊1所需的電壓(12Vsb)使其輸出相應的信號(5VOK)，以及拉低Va_on和V5_on都是為了使關機符合時序；還有使用由三極管2N401(QE8、QE6、QE5)和三極管2N4403(QE7)構建的電路，是為了在啟動時高壓輸出的建立過程中，拉掉因還未建立時的欠壓情況而產生的觸發可控硅MCR100-6(QE4)的電壓信號，當啟動建立后，這種作用就消除了，輸出過欠壓保護功能進入有效狀態。
輔助電壓輸出檢測單元F如圖7所示，它由輔助電壓檢測模塊構成使用TL431(UE4)構建一個對模塊f輸出的主路5V電壓進行監測的電路，并從三極管2N401(QE3)的發射極輸出反映這5V路輸出電壓情況的信號(5VOK)。
高壓輸出放電單元G如圖7所示，它由高壓放電回路模塊構成；當關機或者輸出過欠壓保護時，通過信號Va_down啟動本模塊，開通IGBT管G4BC30W(QE9、QE11)，使Vsetup、Vs、Va和Vy路的輸出高壓電容分別經大功率電阻RE65、RE66、RE67、RE68和RE73進行迅速放電；因為電壓Vy是負電壓，于是使用光耦LF038(UE7)進行分離。
實例當中，各模塊的散熱器對參考地的連接方式參見其相應的模塊設計電路原理圖；實例的輸出接口的定義，如圖8所示；其他具體參數參見設計電路原理圖。
經過如上所述的充分的采用優化了的反激電路結構，合理的精簡，減少不可靠因素，各單元有機的組合，在提高可靠性的同時大幅度的降低成本，從而實現了高性價比的LG產的42英寸等離子顯示屏專用的高頻開關電源。
權利要求1.一種等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是它包括輸入待機單元(A)、功率因數校正單元(B)、輔助電壓輸出單元(C)、高壓輸出單元(D)、輸出過欠壓保護單元(E)、輔助電壓輸出檢測單元(F)和高壓輸出放電單元(G)七個部分；連接外接交流源的輸入待機單元的輸出與功率因數校正單元相連，功率因數校正單元與用來向給等離子顯示屏供電的輔助電壓輸出單元和高壓輸出單元相連；輔助電壓輸出單元和高壓輸出單元由輸出過欠壓單元進行輸出過欠壓保護，輔助電壓輸出檢測單元對輔助電壓輸出單元進行檢測，高壓輸出放電單元對高壓輸出單元進行所需要的輸出電容放電。
2.如權利要求1所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是輸入待機單元由輸入濾波模塊、待機電源模塊、輸入過欠壓過溫檢測模塊及開機軟啟動模塊四部分組成。
3.如權利要求2所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是輸入待機單元中待機電源模塊是由集成芯片TNY268(UA5)和高頻變壓器TA1為核心元件的單管反激電路構成。
4.如權利要求1所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是功率因數校正單元中有源功率因數校正模塊由芯片MC33262(UA4)和兩并聯MOS-FET管FQA24N60(QA3、QA4)為核心元件的升壓電路構成。
5.如權利要求1所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是輔助電壓輸出單元中輔助電壓模塊是由芯片UC3844(UB2)、MOS-FET管SSH7N90A(QB1)和高頻變壓器TB1為核心元件的單管反激電路構成。
6.如權利要求1所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是高壓輸出單元由地址電壓模塊、維持電壓模塊、激活電壓模塊和掃屏電壓模塊四部分組成。
7.如權利要求6所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是高壓輸出單元中地址電壓模塊是由芯片UC3844(UF4)、MOS-FET管SSH7N90A(QF1)和高頻變壓器TF1為核心元件的單管反激電路構成。
8.如權利要求6所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是高壓輸出單元中維持電壓模塊是由芯片UC3844(UC1)、MOS-FET管FQA24N60(QC3、QC4)和高頻變壓器TC3為核心元件的雙管反激電路構成。
9.如權利要求6所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是高壓輸出單元中激活電壓模塊是由芯片UC3844(UD1)、MOS-FET管IRF840(QD1)和高頻變壓器TD1為核心元件的單管反激電路構成。
10.如權利要求6所述的等離子顯示屏高頻開關電源，其特征是高壓輸出單元中掃屏電壓模塊是由芯片UC3844(UD3)、MOS-FET管IRF840(QD2)和高頻變壓器TD2為核心元件的單管反激電路構成。
專利摘要本實用新型提供一種等離子顯示屏高頻開關電源，它包括輸入待機單元A、功率因數校正單元B、輔助電壓輸出單元C、高壓輸出單元D、輸出過欠壓保護單元E、輔助電壓輸出檢測單元F和高壓輸出放電單元G七個部分；連接外接交流源的輸入待機單元A的輸出與功率因數校正單元B相連，功率因數校正單元B與用來給等離子顯示屏供電的輔助電壓輸出單元C和高壓輸出單元D相連；輔助電壓輸出單元C和高壓輸出單元D由輸出過欠壓單元E進行輸出過欠壓保護，輔助電壓輸出檢測單元F對輔助電壓輸出單元C進行檢測，高壓輸出放電單元G則對高壓輸出單元D進行放電。它在提升可靠性的同時，又大幅度的降低了成本，適宜在等離子顯示屏上廣泛推廣使用。
文檔編號H02M1/14GK2638326SQ0320610
公開日2004年9月1日 申請日期2003年7月23日 優先權日2002年12月9日
發明者孫莊, 朱品華, 李明杰, 黃健, 劉小波 申請人:深圳市億普泰電子有限公司