CN101685599A - 用于等离子显示面板的小功率开关电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于等离子显示面板的小功率开关电源装置，包括：变压器，用于将从外部施加的输入电压转换为扫描电压和负电压并将扫描电压和负电压施加给等离子显示面板，负电压的绝对值随着等离子显示面板所需功率的增大而减小；反馈单元，与变压器连接，用于对负电压进行采样而得到采样电压，以及对采样电压的变化量进行反向放大输出给控制单元；以及控制单元，与变压器和反馈单元连接，接收反馈单元的输出电压，并根据输出电压的变化来控制变压器，使变压器输出随等离子显示面板所需功率的增大而增大的输出功率。通过本发明，实现了利用低损耗开关电源装置为等离子显示面板供电。

Description

用于等离子显示面板的小功率开关电源装置

技术领域

本发明涉及电源领域，尤其涉及一种用于等离子显示面板的小功率开关电源装置。

背景技术

在PDP驱动电路中，负电源输出是必不可少的，是驱动电路所需的重要电源，在以前的设计中也采用开关电源的形式，但主控制芯片不同相应工作方式有些区别，原所用开关电源采用连续变压器工作控制方式，就是在整个电源工作过程中一直对变压器的进行输出脉宽调制，不论轻负载与重负载，这样在变压器开关的过程中包括变压器、开关管、整流管及其它配套电路都要进行功率的损耗，另外原电路方案还要附加配套保护电路，主要是输出过流及短路保护电路、输入过流保护电路、启动电路等。此电源主要是在以前的电路上进行了优化，减少了电源在工作时本身元器件等消耗的功率，这样使得整个PDP消耗的功率相应有所减少，另外此电源控制芯片还能实现各种形式的电路保护，无需在另做很多辅助电路对电源电路进行保护，简单方便，节省和很多器件和线路空间。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提出了一种用于等离子显示面板的小功率开关电源装置，目的在于有效地降低使用过程中变换电路中各种功率器件的消耗，从而实现低损耗的小功率开关电源装置为等离子显示面板供电。

本发明提出了一种用于等离子显示面板的小功率开关电源装置，包括：变压器，用于将从外部施加的输入电压转换为扫描电压和负电压并将扫描电压和负电压施加给等离子显示面板，负电压的绝对值随着等离子显示面板所需功率的增大而减小；反馈单元，与变压器连接，用于对负电压进行采样而得到采样电压，以及对采样电压的变化量进行反向放大输出给控制单元；以及控制单元，与变压器和反馈单元连接，接收反馈单元的输出电压，并根据输出电压的变化来控制变压器，使变压器输出随等离子显示面板所需功率的增大而增大的输出功率。

其中，控制单元根据采样电压的变化而自动在轻载控制模式和重载控制模式之间切换：在轻载控制模式下，控制单元可以将间断的脉宽调制控制信号输出给变压器以使变压器输出较低的输出功率，在重载控制模式下，控制单元可以将连续的脉宽调制控制信号输出给变压器以使变压器输出较高的输出功率。

其中，在轻载控制模式下，控制单元控制变压器在时间段A内在开通状态和关断状态之间不停切换，在时间段B内处于关断状态，时间段A和时间段B交替出现；在重载控制模式下，控制单元控制变压器在开通状态和关断状态之间不停切换。其中，时间段A和时间段B的时长比例是可调的。

其中，变压器可以包括：原边绕组，被施加以输入电压，用于在接收到间断的脉宽调制控制信号的情况下，在时间段A内在开通状态和关断状态之间不停切换，在时间段B内处于关断状态，时间段A和时间段B交替出现；以及用于在接收到连续的脉宽调制控制信号的情况下，在开通状态和关断状态之间不停切换；第一感应单元，用于感应输入电压而将扫描电压施加给等离子显示面板；以及第二感应单元，用于感应输入电压而将负电压施加给等离子显示面板。

其中，第一感应单元可以包括：第一绕组，用于感应输入电压并将感应出的第一电压施加给第一整流单元；以及第一整流单元，用于将扫描电压施加给等离子显示面板。

第二感应单元可以包括：第一绕组，用于感应输入电压并将感应出的第二电压施加给第二整流单元；以及第二整流单元，用于将负电压施加给等离子显示面板。

其中，本开关电源装置还可以包括：第三感应单元，用于感应输入电压而将感应出的工作电压施加给控制单元作为其电源。

其中，第三感应单元可以包括：第三绕组，用于感应输入电压并将感应出的第三电压施加给第三整流单元；以及第三整流单元，用于将工作电压施加给控制单元作为其电源。

其中，本开关电源装置还可以包括：缓冲单元，用于在原边绕组在接通状态和关断状态之间不停切换时，防止关断高电压损坏控制单元。光耦，连接在控制单元和反馈单元之间，用于在传递反馈单元发送给控制单元的采样电压的同时对控制单元和反馈单元进行光电隔离。检测电阻，连接在控制单元和地之间，用于在输入电压和负电压波动的时候以电流反馈的形式加快负电压的稳定调整时间，并具有输入限流的作用。

本发明具有如下技术效果：

由于本发明采用的控制模块具有两种控制波形产生方式，在重载时，所产生波形和控制方式是连续的PWM波输出，与传统的控制方式一样；在轻载时，控制方式是间断的PWM波输出控制，减小了功率器件及变压器消耗。因而，本发明可以实现低损耗的小功率开关电源装置以为等离子显示面板供电。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的实施例的用于等离子显示面板的小功率开关电源装置的功能框图；

图2是根据本发明的实施例的用于等离子显示面板的小功率开关电源装置的两种控制模式下的输出PWM波形图；

图3是根据本发明的实施例的用于等离子显示面板的小功率开关电源装置的电路图；

图4是根据本发明的实施例的控制模块的***连接电路；以及

图5是根据本发明的实施例的控制芯片ICE1565电压反馈端波形变化示意图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

图1是根据本发明的实施例的用于等离子显示面板的小功率开关电源装置的功能框图。参照图1，根据本发明实施例的用于等离子显示面板的小功率开关电源装置，包括：变压器102，用于将从外部施加的输入电压转换为扫描电压和负电压并将扫描电压和负电压施加给等离子显示面板，负电压的绝对值随着等离子显示面板所需功率的增大而减小；检测及放大电路(反馈单元)104，与变压器102连接，用于对负电压进行采样而得到采样电压，以及对采样电压的变化量进行反向放大输出给开关及控制电路(控制单元)106；以及开关及控制电路106，与变压器102和检测及放大电路104连接，接收反馈单元的输出电压，并根据输出电压的变化来控制变压器102，使变压器102输出随等离子显示面板所需功率的增大而增大的输出功率。

其中，开关及控制电路106根据采样电压的变化而自动在轻载控制模式和重载控制模式之间切换：在轻载控制模式下，开关及控制电路106可以将间断的脉宽调制控制信号输出给变压器102以使变压器102输出较低的输出功率，在重载控制模式下，开关及控制电路106可以将连续的脉宽调制控制信号输出给变压器102以使变压器102输出较高的输出功率。

其中，在轻载控制模式下，开关及控制电路106控制变压器102在时间段A内在开通状态和关断状态之间不停切换，在时间段B内处于关断状态，时间段A和时间段B交替出现；在重载控制模式下，开关及控制电路106控制变压器102在开通状态和关断状态之间不停切换。其中，时间段A和时间段B的时长比例是可调的。

其中，变压器102可以包括：原边绕组102-2，被施加以输入电压，用于在接收到间断的脉宽调制控制信号的情况下，在时间段A内在开通状态和关断状态之间不停切换，在时间段B内处于关断状态，时间段A和时间段B交替出现；以及用于在接收到连续的脉宽调制控制信号的情况下，在开通状态和关断状态之间不停切换；第一感应单元102-4，用于感应输入电压而将扫描电压施加给等离子显示面板；以及第二感应单元102-6，用于感应输入电压而将负电压施加给等离子显示面板。

其中，第一感应单元102-4可以包括：第一绕组102-4-2，用于感应输入电压并将感应出的第一电压施加给第一整流单元102-4-4；以及第一整流单元102-4-4，用于将扫描电压施加给等离子显示面板。

第二感应单元102-6可以包括：第一绕组102-6-2，用于感应输入电压并将感应出的第二电压施加给第二整流单元102-6-4；以及第二整流单元102-6-4，用于将负电压施加给等离子显示面板。

其中，本开关电源装置还可以包括：第三感应单元102-8，用于感应输入电压而将感应出的工作电压施加给开关及控制电路106作为其电源。

其中，第三感应单元102-8可以包括：第三绕组102-8-2，用于感应输入电压并将感应出的第三电压施加给第三整流单元102-8-4；以及第三整流单元102-8-4，用于将工作电压施加给开关及控制电路106作为其电源。

其中，本开关电源装置还可以包括：缓冲电路(缓冲单元)108，用于在原边绕组102-2在接通状态和关断状态之间不停切换时，防止关断高电压损坏开关及控制电路106。光耦110，连接在开关及控制电路106和检测及放大电路104之间，用于在传递检测及放大电路104发送给开关及控制电路106的采样电压的同时对开关及控制电路106和检测及放大电路104进行光电隔离。检测电阻，连接在开关及控制电路106和地之间，用于在输入电压和负电压波动的时候以电流反馈的形式加快负电压的稳定调整时间，并具有输入限流的作用。

根据本发明实施例，提出了一种用于产生PDP所用-Vy(负电压)和Vsc(扫描电压)的小功率开关电源装置，采用降功耗的电路设计形式，减少电源功率消耗，同时还能起到各种保护作用，防止电子器件的损坏。

由于是小功率电源，因此本电源采用反激变压器的形式，采用这种主电路形式能有效的减小变压器的消耗。同时在控制电路采用具有多重保护功能和具有两种控制模式的驱动芯片来产生PWM控制波形，有效的降低使用过程中变换电路中各种器件的损耗。另外它的强大保护功能防止器件的损坏。

还参照图1，根据本发明实施例的小功率的开关电源装置，用于产生PDP驱动电路所用的-Vy和Vsc，主电路采用反激式的结构。

其中，本电源通过对Vs的变换产生需要的Vsc和-Vy。原边绕组102-2是变压器102的原边绕组，第一绕组102-4-2、第二绕组102-6-2、第三绕组102-8-2是变压器102的副边绕组。

其中缓冲电路108用于对开关管的保护，有效减小瞬时关断高压，防止损坏开关管。

开关和控制电路用于控制变压器102的原边绕组102-2的接通与关断，通过变压器102传递能量。

第一绕组102-4-2、第二绕组102-6-2、第三绕组102-8-2是输出绕组，第三绕组102-8-2的输出经整流为开关及控制电路106部分提供供电电源，第一绕组102-4-2经整流后输出为Vsc电压，第二绕组102-6-2输出经整流后为Vy电压。

检测及放大电路104采样Vy的输出电压，并经过放大输出。

光耦110对检测及放大电路104的输出进行光电隔离提供给开关及控制电路106作为输出电压的反馈信号。因为输入与输出是不共地的，所以需要进行信号隔离。

开关及控制电路106检测反馈回来的输出电压信号，通过输出电压的变化调节变压器102开通时间的占空比，这样形成负反馈稳定输出电压。在开关的后端即在变压器102原边主回路中还串接了一个检测电阻，此检测电阻检测主电路中的输入电流，与内部比较器进行比较控制PWM波形的输出，形成电流负反馈，稳定输出。

开关及控制电路106是此电源电路中的主要控制元器件，它有两种控制模式，分别为轻载控制模式和重载控制模式，两种模式之间随着输出电压的变化自动切换。在重载时，控制器输出连续的PWM控制信号，也即变压器102的原边绕组102-2不停的开通关断，输出能量；在轻载时，控制器的输出是间断的PWM波形输出，就是在一段时间内输出连续的PWM波形，另一段时间内无输出，变压器102不工作。两个时间段交替产生，这样在一段时间内变压器102和电路是不工作的，相应减小了电路的损耗。两种模式下相应的输出波形如图2所示。等离子面板的显示有三原色构成，分别是红绿蓝，等离子显示面板由很多这样的红绿蓝荧光粉小单元构成，在显示图像时这些小单元的放电强度决定发光小单元的发光亮度，所有单元不同的发光亮度组合产生需要显示的图像，所以在显示不同图像的时候每个发光单元的放电强度是不同的，因此消耗的能量就不一样，总显示面板消耗的能量也就不一样，当面板全黑的时候消耗的能量最小，当全部放电单元都最大放电的时候显示全白消耗的能量最大。此电源用于显示面板的波形驱动，提供其中的部分功率，当面板消耗功率大时，此电源需要输出能量大，当面板消耗能量小时，此电源需要输出能量小，所以此电源在工作的时候根据图像的变化需要输出的功率相应变化。

根据本发明实施例，另外，此开关及控制电路106还能实现电路的软启动，防止启动瞬间电网电流的冲击；实现自动重启功能，当故障消除后自动重启工作。

参照图3，根据本发明实施例，反激式开关电源就是利用变压器原、副边的电感实现能量的传递的，当开关开通时输入电源对原边电感进行充电，当开关关断的时候，储存在原边电感中的能量通过副边绕组的电感传递给负载，这就是反激式变压器的基本工作原理，这个电路就采用的这种工作方式，它的优点是变压器利用率高，损耗小，适合于小功率电源的应用。

为了更加的减少损耗，在这个电路中采用了具有轻载和重载两种控制模式的ICE1565，电路中的主电路，输入缓冲电路108和输出采样放大电路均是典型的应用电路。

缓冲电路108采用电阻与电容并联经过二极管与变压器102原边连接的方式，当开关管关断的时候，原边变压器102产生的电压尖峰被电容和电阻的并联电路吸收，减小寄生参数产生的尖峰对开关管的应力。

采样放大电路采样Vy电压的分压，然后通过TL431对采样电压进行反向放大，输出给光耦110，这样当输出电压有轻微变化的时候能反馈一个比较大的差值，驱动控制芯片能很好的根据这个反馈的差值电压对输出的PWM波形进行调整，稳定输出电压。

根据本发明实施例，开关及驱动控制芯片是电路中的核心芯片，它在电路中的连接如图4所示：

当电源上电开始工作的时候，控制芯片ICE1565对电源电路进行软启动，软启动的过程中，控制芯片输出固定占空比的输出脉冲，这样意味着输出的电压是缓慢的上升的，如果不采取软启动措施，那么在刚开始工作的时候由于输出电压很小，反馈的电压很大，控制芯片将以最大占空比输出，这样会引起电网电流的冲击。开关电源软启动的时间由连接在ICE1565的1脚电容决定，上电时1脚内部的电路对电容进行充电，当电容上的电压达到某个值的时候控制芯片退出软启动模式，进入正常的工作过程，电容的大小决定充电时间的长短，也就决定了软启动的时间。

控制芯片的7脚是芯片电源脚，在启动瞬间控制芯片通过原边绕组获得电能工作。当电源工作后由辅助绕组电压输出经过整流后给芯片供电，这样实现芯片的自供电。

芯片的5脚和4脚是一样的，是芯片集成开关管的输入脚，连接到原边绕组，当芯片内部开关管开通的时候，主回路的电流通过原边绕组流入到芯片的4、5脚，然后从芯片的3脚输出，3脚接检测电阻对地。

芯片3脚上通过检测电阻检测的电压值反馈给芯片内部，因为有原边电感的作用，采样的电压值是缓升的，这个采样电压作为产生PWM波形的内部比较信号，也就是电流反馈，属于是内环反馈，电压反馈是外环反馈，当检测的电流值大于内部产生基准的时候开关管关断，另一个开关周期开始的时候开关管开通。当输入电压突然增大的时候，那么在采样电阻上电压上升的时间就会加快，这样达到基准电压的时间就会缩短，相应的就是开关时间缩短，能量输出基本保持不变。输入电压减小同理，所以形成了电流的负反馈，抑制输入电压的改变

控制芯片的2脚是输出电压的反馈脚，也是芯片的关键采样脚，如果输出电压升高，那么芯片的采样电压会相应减小很多，这样由它产生的内部基准变化使得输出脉冲的占空比减小，保持输出能量的恒定。反之如此，反馈使得输出稳定。另外由采样的电压值决定控制芯片工作在那种工作模式下，当采样的电压值低于某一个值的时候，也即是输出电压增高到一定值的时候，控制芯片开始进入轻负载控制模式，这样间歇的输出PWM波形，同样输出电压也会相应的有幅度很小的增大和减小，2脚采样端电压也在一定范围内波动。这种模式下控制器及电路在一段时间内是不工作的，所以相应的器件功率消耗也减小很多。当由于负载的加重使得输出电压减小很多的时候，采样电压会增大很多，采样电压高于某一个值的时候控制器退出轻负载的工作模式，进入重载工作模式，这时需要输出的能量很大，所以在重载模式下产生的是连续的PWM波形。而且波形开通占空比会明显增加。进入轻负载模式的电压下限和退出轻载模式的电压上限有一定的差值。

图5是根据本发明的实施例的控制芯片ICE1565电压反馈端波形变化示意图。参考图5，控制芯片ICE1565的2脚反馈端在两种模式下的电压波形变化情况如图所示。

根据本发明的实施例，此控制芯片ICE1565还具有输出电压过压保护，输入电流过流保护，电路故障排除后的自动重启动等功能，功能比较强大，同时集成开关管在芯片内部，并且***连接电路很简单。

总之，在本发明的实施中，小功率开关电源装置采用了传统的反激式开关电源的设计，适合于小功率电源的应用，减小变压器漏感的消耗。由于所用控制芯片具有两种控制波形产生方式，所以在控制波形产生方面有差异，它具有轻载和重载波形控制产生方式，在重载时，所产生波形和控制方式是连续的PWM波输出，与传统的控制方式一样；在轻载时，控制方式是间歇的PWM输出控制，减小功率器件及变压器消耗。同时此电源采用电压及电流双环的反馈控制方式，抑制输入最大电流，提高电源的输出稳定程度及实时性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于等离子显示面板的小功率开关电源装置，其特征在于，包括：

变压器，用于将从外部施加的输入电压转换为扫描电压和负电压并将所述扫描电压和所述负电压施加给所述等离子显示面板，所述负电压的绝对值随着所述等离子显示面板所需功率的增大而减小；

反馈单元，与所述变压器连接，用于对所述负电压进行采样而得到采样电压，以及对所述采样电压的变化量进行反向放大输出给控制单元；以及

所述控制单元，与所述变压器和所述反馈单元连接，接收所述反馈单元的输出电压，并根据所述输出电压的变化来控制所述变压器，使所述变压器输出随所述等离子显示面板所需功率的增大而增大的输出功率。

2.根据权利要求1所述的小功率开关电源装置，其特征在于，所述控制单元根据所述采样电压的变化而自动在轻载控制模式和重载控制模式之间切换；

其中，在所述轻载控制模式下，所述控制单元将间断的脉宽调制控制信号输出给所述变压器以使所述变压器输出较低的输出功率，在所述重载控制模式下，所述控制单元将连续的脉宽调制控制信号输出给所述变压器以使所述变压器输出较高的输出功率。

3.根据权利要求2所述的小功率开关电源装置，其特征在于，在所述轻载控制模式下，所述控制单元控制所述变压器在时间段A内在开通状态和关断状态之间不停切换，在时间段B内处于关断状态，所述时间段A和所述时间段B交替出现；在所述重载控制模式下，所述控制单元控制所述变压器在所述开通状态和所述关断状态之间不停切换。

4.根据权利要求3所述的小功率开关电源装置，其特征在于，所述时间段A和所述时间段B的时长比例是可调的。

5.根据权利要求2所述的小功率开关电源装置，其特征在于，所述变压器包括：

原边绕组，被施加以所述输入电压，用于在接收到所述间断的脉宽调制控制信号的情况下，在时间段A内在开通状态和关断状态之间不停切换，在时间段B内处于关断状态，所述时间段A和所述时间段B交替出现；以及用于在接收到所述连续的脉宽调制控制信号的情况下，在所述开通状态和所述关断状态之间不停切换；

第一感应单元，用于感应所述输入电压而将所述扫描电压施加给所述等离子显示面板；以及

第二感应单元，用于感应所述输入电压而将所述负电压施加给所述等离子显示面板。

6.根据权利要求5所述的小功率开关电源装置，其特征在于，所述第一感应单元包括：

第一绕组，用于感应所述输入电压并将感应出的第一电压施加给第一整流单元；以及

所述第一整流单元，用于将所述扫描电压施加给所述等离子显示面板。

7.根据权利要求5所述的小功率开关电源装置，其特征在于，所述第二感应单元包括：

第一绕组，用于感应所述输入电压并将感应出的第二电压施加给第二整流单元；以及

所述第二整流单元，用于将所述负电压施加给所述等离子显示面板。

8.根据权利要求5所述的小功率开关电源装置，其特征在于，所述变压器还包括：

第三感应单元，用于感应所述输入电压而将感应出的工作电压施加给所述控制单元作为其电源。

9.根据权利要求8所述的小功率开关电源装置，其特征在于，所述第三感应单元包括：

第三绕组，用于感应所述输入电压并将感应出的第三电压施加给第三整流单元；以及

所述第三整流单元，用于将工作电压施加给所述控制单元作为其电源。

10.根据权利要求5所述的小功率开关电源装置，其特征在于，还包括：

缓冲单元，用于在所述原边绕组在所述接通状态和所述关断状态之间不停切换时，防止所述关断高电压损坏所述控制单元。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的小功率开关电源装置，其特征在于，还包括：

光耦，连接在所述控制单元和所述反馈单元之间，用于在传递所述反馈单元发送给所述控制单元的所述采样电压的同时对所述控制单元和所述反馈单元进行光电隔离。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的小功率开关电源装置，其特征在于，还包括：

检测电阻，连接在所述控制单元和地之间，用于在所述输入电压和所述负电压波动的时候以电流反馈的形式加快所述负电压的稳定调整时间，并具有输入限流的作用。

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