摘要：  PLC810PG是PI公司推出的一种带集成高压半桥驱动器的连续模式PFC与LLC控制器IC，其应用主要是面向150~600W的32~60英寸LCD TV电源、PC主电源和工作站电源及LED路灯电源。本文介绍了PLC810PG的结构和性能特点，重点阐述了采用PLC810PG的40英寸LCD TV电源电路原理。

关键字：  液晶电视，  开关电源，  平板电视

1、引言

随着液晶电视(LCD TV)和等离子电视(PPD TV)屏幕尺寸的不断增大，其工作功率也相应增加。对于32英寸的LCD TV，所消耗的功率不足150W，其离线(off-line)开关电源(SMPS)可以采用低成本的基于单开关准谐振(QR)或固定频率脉宽调制(PWM)反激式拓扑结构，如图1所示。

图1中，基于专用IC的功率因数校正(PFC)电路，是为满足75W以上的SMPS必须符合电流谐波限制标准IEC61000-3-2而设置的。

随着平板电视屏幕的增加，所要求的功率将持续增加。对于40英寸以上的高清LCD TV，SMPS功率达200W以上。这样的电源，不能再采用反激式电路拓扑，而应采用支持更大大功率的拓扑结构，其中包括双电感加单电容(LLC)半桥谐振拓扑结构。图2为LLC半桥功率级简图。图2中，半桥输出连接的电感LR、变压器初级电感LM和电容CR，形成LLC谐振槽路。在实际应用电路中，一般是将LR并入到LM之中。在此情况下，一般不称其为LC谐振拓扑，而仍然将其称为LLC拓扑结构。

美国Power Integrations公司推出一种新型控制器PLC810PG，在同一芯片上集成了连续导电模式(CCM)PFC控制器、半桥LLC(HB LLC)谐振控制器和高压(800V)MOSFET栅极驱动器，支持PFC/LLC拓扑结构，适用于150~600W的离线SMPS，应用于“32~60”的LCD TV、PC和LED路灯等。

基于控制器PLC810PG的225W 40英寸LCD TV电源

2010年07月23日 作者：毛兴武 来源：《中国电源博览》112期 编辑：ser

2、PLC810PG控制IC的结构及引脚功能

PLC810PG采用24引脚窄体塑料无铅封装，引脚排列如图3所示。

PLC810PG芯片电路主要含有CCM PFC控制电路和LLC控制电路两大部分。PFC控制电路主要由运算跨导放大器(OTA)、分立电压增益放大器(DVGA)、低通滤波器(LPF)、过电压(OV)和过电流(OC)保护电路以及PFC MOSFET栅极驱动器组成;LLC控制电路含有软启动电路、最高频率设置电路，电压反馈和电流传感电路、过电压与过电流保护电路、死区时间产生器以及半桥高/低端MOSFET栅极驱动器等。此外，芯片还内置3.3V的稳压器和供电电源电路。图4为PLC810PG的内部结构框图。

表1 PLC810PG的引脚功能

3、采用PLC810PG的40英寸LCD TV电源

采用PLC810PG的LCD TV电源电路简化图如图5所示。该SMPS电路主要由桥式全波整流器、PFC升压变换器和半桥LLC谐振变换器组成。LLC谐振电感器已被并入到变压器初级之中。PFC电路与LLC电路频率和相位同步化，减小了EMI和噪声。PFC电路支持国际通用AC输入，在连续电流模式操作，不需要对AC输入电压进行感测作参考，可以在AC输入端产生正弦电流，线路功率因数接近于1。半桥驱动一个LLC谐振拓扑，两个MOSFET在零电压开关(ZVS)，从而有最小的损耗。

实际上的40英寸LCD TV电源电路远比图5复杂，如图6(图6(a)、图6(b)和图6(c))所示。

3.1 主要性能指标

输入电压：90~265Vac

输出功率和输出DC电压

输出总功率：225W(峰值功率是286W)

输出电压(和功率)：

24V(@168W，峰值216W)，为LCD背光供电;

12V(@48W，峰值60W)，为音频供电;

5V((@9.5W)，逻辑电源;

5V(待机或备用，@0.5W)。

满载下的效率

yPFC>92%;

yLLC>93%;

y总>yPFC·yLLC>0.92×0.93=85.56%。

3.2 输入电路和PFC功率级

40” LCD TV电源输入级和PFC功率级电路如图6(a)所示。

3.2.1 输入级电路

电容C1、C5、C3、C4、C2、C6和共模电感器L1、L2等组成EMI滤波器。C1、C5用作控制30MHz以上的共模噪声，L3对高于30MHz的噪声起衰减作用。L1和L2在低频和中间频带(约为10MHz)上控制EMI。C2、C6在中间频带(约10MHz)控制谐振峰值。

RV1用作过电压保护。NTC热敏电阻RT1用于限制在系统启动期间因对PFC输出电容C9充电引起的浪涌电流。在系统正常操作期间，RT1被继电器短路，从而使系统效率提高1%~1.5%。

BR1为桥式整流器。二极管D14、D15为电压过低(brownout)电路提供全波整流信号。二极管D1在启动时为充电C9提供通路，使充电电流不经过PFC升压电感器L4。

3.2.2 PFC功率级

输入小电容C7、Q1、Q3、Q2、L4、升压二极管D2和输出电容C9等，组成PFC升压变换器功率级。Q1、Q3、R4、R9和铁氧体磁珠，组成PFC开关Q2(MOSFET)的驱动电路。R6/R8为PFC电流传感电阻，D3、D4将R6和R8两端电压箝位在约1.4V(2×0.7V)上，以在故障期间保护PLC810PG的电流传感输入。Q2栅极和漏极串接了磁珠1和2，有利于改善EMI和效率。

PFC升压变换器在C9两端的升压输出(B+与B-之间，约385V)，作为后面级联的半桥LCC级的DC总线电压。

3.3 PFC控制电路和半桥LLC级

40”LCD TV电源的PFC控制电路和半桥LLC谐振转换器电路如图6(b)所示。

3.3.1 PFC控制电路

PFC升压级输出电压(VB+)经电阻R39~40、R43、R46和R50采样，经C25滤波输入到U6(PLC810PG)的反馈端FBP引脚，履行输出电压调节和过电压保护。在电流传感电阻(R6/R8)上的感测信号，经R45、C24滤波，输入到U6的ISP引脚，执行PFC控制算法，并提供逐周电流限制，在万一发生短路时保护PFC MOSFET(Q2)。U6在引脚GATEP上的输出PWM信号，经R44驱动Q2。U6引脚VCOMP外部C26、C28和R48，为PFC提供频率补偿。在大信号情况下晶体管Q16导通，将C26旁路，在负载发生大的阶跃时，能使PFC控制环路相应进行快速转换。

3.3.2 PLC810PG(U6)电源

U6引脚VCC启动门限是9.1V，欠电压关闭门限是8.1V。VCC偏置电压经R37和R38将U6的模拟和数字电源分开。C29、C32和C31分别为模拟和数字电源(VCC/VCCL)提供退耦和旁路。D8、R42和C23为U6半桥高端驱动器提供自举电源。

R59和铁氧体磁珠L7在PFC和LLC之间提供地(GND、GNDL)隔离，磁珠L6在半桥LLC高端MOSFET回复与控制器IC之间提供高频隔离。

3.3.3 半桥LLC谐振转换器

U6引脚VREF外部C27为LLC级软启动电容，软启动时间由C27和R49、R51共同决定。LLC正常开关频率设定在100KHz，最高频率由U6引脚FMAX与VREF之间的电阻R52设定(可达300KHz)。LLC工作频率可以在50KHz与300KHz之间变化。R52同时还设置U2半桥两个驱动器之间的死区(即非交迭)时间。

Q10和Q11为半桥高/低端开关，半桥输出驱动C39和变压器T2初级组成的LLC谐振槽路(谐振电感已并入T2初级)。R59为T2初级提供电流感测。R59上的电流感测信号经R47和C35滤波输入到U6的ISL引脚，提供快速/慢速两电平过电流保护。

T2次级输出经D9、D10、C37、C38和C53整流滤波，产生24 V和12V的DC输出。L8和C52为12V的输出提供附加滤波。

MOSFET Q12用作将5V的待机电源输出(5V-STBY)转换为5V的逻辑主输出(5V Main)。高频AC信号从12V输出整流二极管的阳极引出，经R60、R61、D11和C43导通Q12。C44为5V逻辑电源输出提供滤波。

24V和12输出经R64、R66和R68组成的分压器检测，通过U8(TL431)、光耦合器U7及R54、D16、R53反馈到U6的FBL引脚。R49、R51和R53设置LLC级低频限制，R52设定LLC上限频率。灌入引脚FBL中的电流越大，LLC开关频率也就越高。

24V和12V输出出现过电压故障时，被VR6、VR7和D12、D13检测，使Q14、Q15导通，并驱动Q13导通，使偏置VCC关断，U6截止，从而实现过电压保护(OVP)。

基于控制器PLC810PG的225W 40英寸LCD TV电源

2010年07月23日 作者：毛兴武 来源：《中国电源博览》112期 编辑：ser

3.4 5V待机、初级偏置电源VCC

LCD TV的5V待机(备用)电源、偏置电源VCC、远程开/关及电压过低(brownout)关闭电路如图6(c)所示。

5V反激式待机(standby)和偏置电源初级采用U4(TNY275PN)控制和调节。TNY275PN是将PWM控制电路和700V的功率MOSFET集成在一起的TinySwitch-III系列器件之一。

3.4.1 5V反激式电源

在单端反激式电源中，利用U4提供5V输出和初级偏置。VR1、R10、C12、D5用来箝位T1初级泄露尖峰，R11将待机电源导通门限设置在约80VAC上。在环路开路故障期间，VR5、U2、R27和R33用于过电压关闭保护。U3、R13、R17、R18、R23、C18和C19，是次级输出感测和反馈元件。

3.4.2 初级偏置稳压器与远程开/关

Q4、Q5、稳压管VR2、C17、C51、R16、R20和U1、Q8、SW1构成初级偏置稳压器，并提供远程开/关功能。Q4、R14和VR2组成利用U1开关的射极跟随电压调整器。当U1关断时，C17经Q5、R20迅速放电。通过SW1、R34、R36和Q8使U1通/断。

3.4.3 电压过低关闭电路

R28~30、VR4、Q7、R24、R26用于感测AC电压。当AC电压足够时，VR4击穿、Q7导通、C22放电，并经R15充电。R35、R32和Q9感测来自U6引脚GATEL的开关驱动信号。当驱动信号为高电平时，Q9导通，C22放电。当输入电压足够低时，Q7和Q9关断，允许C22充电。当C22上的充电电压超过5.6V时，VR3击穿，Q6导通，经Q4和Q5关断初级偏置电源，从而使PFC和LLC级电路关闭。

3.5 磁性元件选择

3.5.1 PFC升压电感器L4

PFC升压电感器L4采用EE35/28E磁心和12引脚E375骨架及3股24AWG(美国线规，相当于线径0.56mm)，从引脚1到引脚6线75匝，电感量是480μH(±15%)。在绕组外面，用17mm宽的聚酯膜绕2层。在磁心外面，包裹2层12.5mm宽的聚酯膜后，再用12.5mm宽的铜皮覆盖，并将铜皮接口处用焊锡焊接，尔后用φ0.5mm的铜线将铜箔与引脚12连接起来，作屏蔽作用。

3.5.2 LLC变压器T2

LLC变压器T2采用TDK EX4841磁心和14引脚骨架。初级绕组使用70股φ0.10mm绞合线，从引脚5到引脚6绕37匝，电感值为350μH(@100KHz，0.4V)，在7到14引脚短路时的初级漏感是100μH(±10%)。T2次级有4个分绕组[见图6(b)]，每个分绕组都使用2×(100×φ0.10mm)的绞合线绕2匝。

基于控制器PLC810PG的225W 40英寸LCD TV电源

2010年07月23日 作者：毛兴武 来源：《中国电源博览》112期 编辑：ser

3.5.3 待机和偏置电源变压器T1

T1选用EE25磁心和10引脚配套骨架，电气图如图7所示，图8为其构造图。

T1的结构和绕制顺序见表2。

图2 变压器T1结构及绕制顺序

T1初级绕组电感值是4.41Mh±10%(@100KHz，0.4V)，漏感≤45μH(将引脚6~10短路)。

4、结束语

32英寸以上的平板电视功率高于150W，要求其电源采用PFC电路和相应的拓扑结构。PFC/LLC控制器PLC810PG适用于32~60英寸的LCD TV电源。采用PLC810 PG的225W(输出峰值功率是286W)40英寸LCD TV电源，符合IEC61000-3-2谐波电流限制要求和“能源之星”等规范相关规定，能提供高功率因数、高效率和过压、欠压、过电流保护，为设计大屏幕平板电视电源提供了一种解决方案。