一种等离子显示系统专用电源

摘要：设计了一个用于多屏拼接等离子显示系统的专用电源。该电源采用两级变换，前级AC／DC变换采用Boost型有源功率因数校正电路，后级变换器对于不同的回路根据功率的大小分别采用全桥变换器和单端反激变换器。对传统Boost型功率因数校正电路提出了一点改进，有效抑制了传统Boost型功率因数校正电路中大功率时开关管开通时二极管上瞬时大电流。后级变换器中主回路采用一种次级无源箝位ZVZCS全桥变换器，适宜大功率的输出且有效降低了开关损耗。
关键词：等离子屏；开关电源；功率因数校正；全桥变换器；零电压零电流软开关

0 引言
等离子体显示技术是利用氦、氖、氮等混合气体在密闭空间加压放电产生等离子体生成紫外线使荧光屏成像的技术。等离子显示屏(Plasma Display Panel)作为平板显示器的佼佼者，它的厚度只有普通显像管电视的1／10，重量仅为普通显像管电视的1／6，观看视角达到160°以上，画面不受磁场影响，具有较高亮度和对比度。等离子显示屏中，电源担负着所有电路和显示屏的供电。包括向驱动电路提供维持电压和扫描电压，以及控制板、接口板等部件的+5 V，+15 V电压。同时，电源还应具有针对显示屏故障的过压过流保护功能，为了保护显示屏和扫描电路，电源必须有严格的工作时序。所以对于等离子显示屏而言，电源的设计是其中举足轻重的一部分。

1 PDP屏专用电源的参数要求
PDP电源是一种具有保护功能的大功率电源。本设计电源用于一种由多块显示屏拼接而成的显示系统中，每块屏的大小为16英寸，整个屏幕由5×4块屏组成。每块屏的功率约为80 W，整个屏幕的功率约为1 600 W。本设计的专用电源设计输出负载要在2 kW左右。专用电源的输入电压为85～260V，频率为50／60Hz。
等离子显示屏有多种工作方式，这里不做赘述。本文中的显示屏为三电极表面放电方式。其驱动电压比较复杂，显示一幅画面需要经过3个时期：准备期、寻址期、维持显示期。准备期负责擦除所有点的残余壁电荷，寻址期负责在需要发光的点上积累壁电荷，到了维持期有壁电荷的点就会持续发光，形成一幅图像。其驱动波形如图1所示。

但本文设计的电源只为显示系统提供大功率180 V高压和+5 V逻辑电压及+15 V驱动电压。显示屏需要的其他高压又每块显示屏的控制电路产生。表1为各种输出电压及负载能力表。

控制电源与数字电路CPU通过6针端子相连，如表2所示。

2 PDP电源的工作时序
PDP电源在工作时，具有严格的开机时序和关机时序。当插上整机电源插头后，输出待机电源VSB，同时交流信号检测ACOK=1。此时按下开关。数字电路CPU向电源发出电源控制信号，使VRL=1，电源向各种逻辑电路、控制电路、保护电路提供+5 V，+15 V电源，然后将V5_ok置1。当电源检测信号V5_ok=1时，数字电路CPU向电源发出VS_on=1。PDP电源向显示系统提供180 V高压。关机时，先关掉高压电源，然后再关掉+5 V，+15 V电压。工作时序如图2所示。

3 电源电路设计
交流输入电压经过EMI滤波器和浪涌电流抑制电路后，送往待机电源和PFC电路，交流输入经过PFC电路后产生400 V的直流电压。其余的电路均基于此PFC电路的输出。
3．1 PFC电路的设计
全桥整流加滤波电容的AC／DC变换电路由于只有整流桥输出电压高于电容电压时才有电流给电容充电，导致输入电流波形畸变严重，使功率因数降低。
为解决这个问题，本设计中前级AC／DC变换采用BoostPFC变换器。该结构电路具有输出电流连续，电流波形畸变小，输入电流脉动小的特点。输出电压可以高于输入电压。输入电压范围为交流85～260 V，功率因数可达0．99。其拓扑结构图3所示。
电流很大。为了解决这个问题，在二极管与开关管之间串联了一个小电感。这个小电感可以有效的抑制由于二极管反向恢复时间变长而导致的开关管导通瞬时大电流。
改进的主电路PFC拓扑结构采用了FA5502功率因数控制芯片，当输入电压在85～260 V之间变化时，输出电压可保持稳定。FA5502采用推拉输出级，输出电流可达1 A以上，因此输出的固定频率PWM脉冲可直接驱动大功率MOSFET。
3．2 开关变压器电路设计
PWM技术是指在开关变换过程中通过改变开关时间的长短来保证负载变化时负载上的电压保持不变。PWM技术以其结构简单，控制方便获得广泛应用，但是传统的开关技术中，开关管的通断控制与开关管上流过的电流和器件两端的电压无关，开关管的开通和关断是在器件上的电压和电流不为零的状态下强迫进行的，称之为“硬开关”。由于功率器件并不是理想的开关器件，器件开关时电压和电流会有一个交叠区，产生开关损耗。当器件工作频率越高，开关损耗就会越严重。为了解决开关损耗问题，必须保证开关管零电压、零电流开关，同时由于本变压器功率较大，所以采用次级无源箝位ZVZCS全桥变换器。变压器副边采用中央抽头结构，全波整流方式。高压电源的电路图如图4所示。