中心議題：

• PDP屏專用電源的參數要求解讀
• PDP電源的工作時序分析
• PDP專用電源電路設計

解決方案：

• PFC電路的設計
• 開關變壓器電路設計
• 次級箝位ZVZCS電路設計

本文設計了一個用於多屏拚接等離子顯示係統的專用電源。該電源采用兩級變換
，前級AC/DC變換采用Boost型有源功率因數校正電路，後級變換器對於不同的回路根據功率的大小分別采用全橋變換器和單端反激變換器。對傳統Boost型功率因數校正電路提出了一點改進
，有效抑製了傳統Boost型功率因數校正電路中大功率時開關管開通時二極管上瞬時大電流。後級變換器中主回路采用一種次級無源箝位ZVZCS全橋變換器，適宜大功率的輸出且有效降低了開關損耗。

0 引 言

等離子體顯示技術是利用氦、氖、氮等混合氣體在密閉空間加壓放電產生等離子體生成紫外線使熒光屏成像的技術。等離子顯示屏（Plasma Display Panel）作為平板顯示器的佼佼者，它的厚度隻有普通顯像管電視的1/10,重量僅為普通顯像管電視的1/6,觀看視角達到160°以yi上shang
，畫hua麵mian不bu受shou磁ci場chang影ying響xiang，具ju有you較jiao高gao亮liang度du和he對dui比bi度du。等deng離li子zi顯xian示shi屏ping中zhong，電dian源yuan擔dan負fu著zhe所suo有you電dian路lu和he顯xian示shi屏ping的de供gong電dian。包bao括kuo向xiang驅qu動dong電dian路lu提ti供gong維wei持chi電dian壓ya和he掃sao描miao電dian壓ya，以yi及ji控kong製zhi板ban
、接口板等部件的+5V,+15Vdianya。tongshi，dianyuanhaiyingjuyouzhenduixianshipingguzhangdeguoyaguoliubaohugongneng，weilebaohuxianshipinghesaomiaodianlu，dianyuanbixuyouyangedegongzuoshixu。suoyiduiyudenglizixianshipingeryan，dianyuandeshejishiqizhongjuzuqingzhongdeyibufen。

1 PDP屏專用電源的參數要求

PDP電源是一種具有保護功能的大功率電源。本設計電源用於一種由多塊顯示屏拚接而成的顯示係統中，每塊屏的大小為16英寸
，整個屏幕由5×4塊屏組成。每塊屏的功率約為80 W,整個屏幕的功率約為1 600W.本設計的專用電源設計輸出負載要在2kW左右。專用電源的輸入電壓為85~260 V,頻率為50/60Hz.

等離子顯示屏有多種工作方式，這裏不做贅述。本文中的顯示屏為三電極表麵放電方式。其驅動電壓比較複雜，顯示一幅畫麵需要經過3個時期：準備期
、尋址期、維wei持chi顯xian示shi期qi。準zhun備bei期qi負fu責ze擦ca除chu所suo有you點dian的de殘can餘yu壁bi電dian荷he
，尋xun址zhi期qi負fu責ze在zai需xu要yao發fa光guang的de點dian上shang積ji累lei壁bi電dian荷he
，到dao了le維wei持chi期qi有you壁bi電dian荷he的de點dian就jiu會hui持chi續xu發fa光guang，形xing成cheng一yi幅fu圖tu像xiang。

但本文設計的電源隻為顯示係統提供大功率180V高壓和+5V 邏輯電壓及+15V 驅動電壓。顯示屏需要的其他高壓又每塊顯示屏的控製電路產生。表1為各種輸出電壓及負載能力表。

表1 輸出電壓和負載能力

控製電源與數字電路CPU 通過6針端子相連
，如表2所示。

表2 接口端子

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2 PDP電源的工作時序

PDP電源在工作時，具有嚴格的開機時序和關機時序。當插上整機電源插頭後，輸出待機電源VSB,同時交流信號檢測ACOK=1.此時按下開關。數字電路CPU向電源發出電源控製信號，使VRL =1,電源向各種邏輯電路
、控製電路
、保護電路提供+5V,+15V電源
，然後將V5_ok置1.當電源檢測信號V5_ok=1時，數字電路CPU向電源發出VS_on=1.PDP電源向顯示係統提供180V高壓。關機時，先關掉高壓電源，然後再關掉+5 V,+15 V 電壓。工作時序如圖2所示。

圖2 PDP電源時序圖

3 電源電路設計

交流輸入電壓經過EMI濾波器和浪湧電流抑製電路後，送往待機電源和PFC電路，交流輸入經過PFC電路後產生400V的直流電壓。其餘的電路均基於此PFC電路的輸出。

3.1 PFC電路的設計
全橋整流加濾波電容的AC/DC變換電路由於隻有整流橋輸出電壓高於電容電壓時才有電流給電容充電，導致輸入電流波形畸變嚴重，使功率因數降低。

為解決這個問題，本設計中前級AC/DC變換采用Boost PFC變換器。該結構電路具有輸出電流連續
，電流波形畸變小，輸入電流脈動小的特點。輸出電壓可以高於輸入電壓。輸入電壓範圍為交流85~260V,功率因數可達0.99.其拓撲結構圖3所示。

圖3 典型Boost PCF電路結構

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圖3中的二極管應該采用超快回複二極管
，但當PFC電dian路lu功gong率lv較jiao大da時shi
，二er極ji管guan結jie溫wen升sheng高gao會hui使shi得de二er極ji管guan反fan向xiang恢hui複fu時shi間jian變bian長chang
，導dao致zhi開kai關guan管guan導dao通tong瞬shun時shi電dian流liu很hen大da。為wei了le解jie決jue這zhe個ge問wen題ti，在zai二er極ji管guan與yu開kai關guan管guan之zhi間jian串chuan聯lian了le一yi個ge小xiao電dian感gan。這zhe個ge小xiao電dian感gan可ke以yi有you效xiao的de抑yi製zhi由you於yu二er極ji管guan反fan向xiang恢hui複fu時shi間jian變bian長chang而er導dao致zhi的de開kai關guan管guan導dao通tong瞬shun時shi大da電dian流liu。

改進的主電路PFC拓撲結構采用了FA5502功率因數控製芯片

，當輸入電壓在85~260V之間變化時，輸出電壓可保持穩定。FA5502采用推拉輸出級，輸出電流可達1A以上，因此輸出的固定頻率PWM 脈衝可直接驅動大功率MOSFET.

3.2 開關變壓器電路設計
PWM 技術是指在開關變換過程中通過改變開關時間的長短來保證負載變化時負載上的電壓保持不變。

PWM 技ji術shu以yi其qi結jie構gou簡jian單dan，控kong製zhi方fang便bian獲huo得de廣guang泛fan應ying用yong，但dan是shi傳chuan統tong的de開kai關guan技ji術shu中zhong，開kai關guan管guan的de通tong斷duan控kong製zhi與yu開kai關guan管guan上shang流liu過guo的de電dian流liu和he器qi件jian兩liang端duan的de電dian壓ya無wu關guan，開kai關guan管guan的de開kai通tong和he關guan斷duan是shi在zai器qi件jian上shang的de電dian壓ya和he電dian流liu不bu為wei零ling的de狀zhuang態tai下xia強qiang迫po進jin行xing的de

，稱cheng之zhi為wei"硬開關".由(you)於(yu)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)並(bing)不(bu)是(shi)理(li)想(xiang)的(de)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)，器(qi)件(jian)開(kai)關(guan)時(shi)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)會(hui)有(you)一(yi)個(ge)交(jiao)疊(die)區(qu)，產(chan)生(sheng)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)。當(dang)器(qi)件(jian)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)
，開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)就(jiu)會(hui)越(yue)嚴(yan)重(zhong)。

為了解決開關損耗問題，必須保證開關管零電壓、零電流開關，同時由於本變壓器功率較大

，所以采用次級無源箝位ZVZCS全橋變換器。變壓器副邊采用中央抽頭結構，全波整流方式。高壓電源的電路圖如圖4所示。

圖4 次級無源箝位ZVZCS全橋變換器原理電路

該電路超前臂和傳統的移相控製ZVS-PWM 變換器一樣實現零電壓開關
，由於輸出電感參與了超前橋臂的諧振，所以在原邊漏感很小的情況下也可以給超前橋臂開關管S1,S3並聯電容C1,C3來實現零電壓開關。

輔助電路在輸出濾波電感磁芯上加一個繞組，當原邊向副邊傳送能量時
，由增加的繞組經輔助回路給箝位電容Ch充電。其後當S1關斷，原邊電壓過零期間，Ch經過二極管Dh放電，把電壓折射到原邊，通過箝位電容的放電，流經變壓器原邊的電流下降到0,為滯後橋臂提供零電流開關條件。SW1~SW4為IGBT的驅動信號。各開關管的時序和整個電路的工作狀態如圖5所示。

圖5 次級無源箝位ZVZCS變換器工作波形圖

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3.3 關於次級箝位ZVZCS電路的幾點考慮

3.3.1 關於超前橋臂的零電壓開關條件分析
對(dui)於(yu)超(chao)前(qian)橋(qiao)臂(bi)而(er)言(yan)，隻(zhi)要(yao)與(yu)開(kai)關(guan)管(guan)並(bing)聯(lian)的(de)電(dian)容(rong)足(zu)夠(gou)大(da)就(jiu)可(ke)以(yi)很(hen)好(hao)的(de)保(bao)證(zheng)開(kai)關(guan)管(guan)零(ling)電(dian)壓(ya)關(guan)斷(duan)。為(wei)了(le)實(shi)現(xian)超(chao)前(qian)橋(qiao)臂(bi)的(de)零(ling)電(dian)壓(ya)開(kai)通(tong)
，要(yao)求(qiu)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)能(neng)量(liang)來(lai)使(shi)超(chao)前(qian)橋(qiao)臂(bi)的(de)開(kai)關(guan)管(guan)外(wai)部(bu)並(bing)聯(lian)的(de)電(dian)容(rong)充(chong)
、放電，從而讓即將開通的開關管的反並聯二極管自然導通。

為了獲得超前橋臂的零電壓開通，諧振時間和死區時間應滿足：

為了保證有足夠的能量來使超前橋臂的開關管外部並聯的電容充、放電。則（3）式中：

即必須要保證超前橋臂關斷時：

雖然超前橋臂的開關管並聯電容越大
，零電壓關斷效果越好，但是過大又限製了零電壓開關的負載範圍。所以Ceq選擇應該在開關損耗和負載兩者之間折中。同時
，減小K、VH,增大Llk都有利於零電壓的實現，但增大Llk有惡化副邊占空比的丟失。

3.3.2 關於滯後橋臂的零電流開關條件分析
要想保證滯後橋臂的零電流開關，要求在滯後橋臂關斷之前原邊電流下降到0.原邊電流的下降主要發生在次級箝位節段，所以在次級開始箝位時Ch中的能量要能夠使Llk上的儲能得到全部釋放。即：

此時原邊電流值為：

由式（6），式（7）式可得：

所以Ch的大小要滿足式（8），但Ch過大又增加了給Ch充電的環流
，而且Ch要保證在原邊向副邊傳送能量結束之前充電結束。所以Ch應該在保證零電流開關情況下盡可能小。

在滯後橋臂關斷之前，要保證ip能夠下降到0,則應該滿足：

所以，增大VH有利於滯後橋臂零電流的實現，但是VH不能超過輸入電壓折算到副邊的值VIK,而且VH增大又不利於超前橋臂零電壓的實現。
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3.3.3 耦合輸出電感及輸出濾波電感與耦合電感的變比
要保證輔助電路的二極管Dc的軟開關，則Ch應該在原邊向副邊傳送能量之前充電完成。

在Ch充電時Llks與Ch諧振，諧振頻率：


充電時間為半個諧振周期
，在忽略原邊漏感的情況下，充電時間要小於2TSDmin,即：

所以，耦合電感的漏感Llks應該滿足上式要求。但Llks增大又可以減少變壓器原邊電流、輸出電壓電流的紋波，所以Llks應該在滿足上式的情況下盡量大。

箝位電容Ch的充電電壓值滿足如下關係式：

式中：m 為濾波電感與其耦合電感的變比。

為保證二極管Dh在非箝位是不導通，要求VH不能大於VI/K,則：

這種次級無源箝位ZVZCS全(quan)橋(qiao)變(bian)換(huan)器(qi)，由(you)於(yu)采(cai)用(yong)了(le)零(ling)電(dian)壓(ya)和(he)零(ling)電(dian)流(liu)軟(ruan)開(kai)關(guan)有(you)效(xiao)的(de)抑(yi)製(zhi)了(le)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)，提(ti)高(gao)了(le)變(bian)換(huan)效(xiao)率(lv)。采(cai)用(yong)了(le)全(quan)橋(qiao)變(bian)換(huan)器(qi)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)，可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)大(da)功(gong)率(lv)的(de)需(xu)求(qiu)。但(dan)這(zhe)種(zhong)電(dian)路(lu)結(jie)構(gou)複(fu)雜(za)，成(cheng)本(ben)高(gao)，並(bing)且(qie)由(you)於(yu)器(qi)件(jian)多(duo)
，其(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)也(ye)降(jiang)低(di)。對(dui)於(yu)本(ben)係(xi)統(tong)的(de)待(dai)機(ji)電(dian)源(yuan)和(he)邏(luo)輯(ji)及(ji)控(kong)製(zhi)電(dian)源(yuan)功(gong)率(lv)比(bi)較(jiao)小(xiao)，可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)單(dan)端(duan)反(fan)激(ji)式(shi)變(bian)換(huan)器(qi)，以(yi)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。由(you)於(yu)篇(pian)幅(fu)限(xian)製(zhi)這(zhe)裏(li)不(bu)再(zai)對(dui)單(dan)端(duan)反(fan)激(ji)變(bian)換(huan)器(qi)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。

4 結 語

denglizixianshiqiyuqitaxianshiqixiangbi
，juyoutijixiao，gaoliangduhegaoduibidudetedian。dandenglizixianshipingyuqitaxianshipingxiangbidianyaqudongbijiaofuza，suoyiduidianyuandeyaoqiubijiaogao。

對於等離子顯示屏而言
，電源是其中關鍵的一部分
，要求輸出電壓高
、輸出功率大

、紋波係數小和噪聲低。本文所設計的PDP電源滿足了以上要求。