一種新型LED顯示模組供電拓撲
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2 PFC調整電路和輔助開關電源模塊
2．1 電源濾波和PFC調整電路
目前的PFC有兩大類，一類為被動式PFC(也稱無源PFC)，主要包括“電感補償式”和“填谷電路式(Valley Fill Circuit)”兩種；另一類為主動式PFC(也稱有源式PFC)。主動式PFC電路由電感、電容及有源電子元器件(二極管、MOS管和PFC控制器等)組成，通過閉環控制電路調整輸入電流的波形，并對電流電壓間的相位差進行補償。主動式PFC輸出直流電壓的紋波很小，不必采用大容量的濾波電容；并且主動式PFC可達到較高的功率因數(通常達98％以上)。
IECl000-3-2標準規定了PFC電路矯正后，從電網中吸收電流時產生的諧波失真的最小值，規定矯正后的電流近似為一個正弦波，且相位與輸入市電一致。升壓模式的電路結構拓撲非常巧妙地實現了PFC的矯正。如圖3所示，輸入電壓的幅度和相位輸入到PFC控制器的內部比較器的一個輸入端，以此來控制進入L中的電流與輸入電壓相位同步；同時Bulk電容上的電壓反饋輸入，來控制PFC電路輸出電壓值；L、VD和SW組成了一個基本的升壓電路，在L內產生一個相位跟隨輸入電壓相位的三角波電流，三角波波形變化的電流在輸入整流橋堆的濾波電容的濾波作用下，變成了一個正弦波電流：三角波的電流幅度受控制器的限流電阻的采樣值的控制限制。因此，通過PFC電路校正后，從市電吸收的電
流近似為與輸入電壓同相位的正弦波形，可表示為：K×1．414xVacxsin(ωt)，其中，Kxl．414是常數，Vac是輸入交流電壓整流后電壓振幅值，sin(ωt)是與輸入電壓同相變化的電流正弦函數。由此公式可知，矯正后的電流波形與輸入電壓一致，很好地矯正了電流諧波失真的問題。
因此，最新LED顯示模組供電拓撲建議PFC矯正電路采用有源主動式矯正技術，如圖3所示。有源矯正的電路(PFC部分)插在輸入整流橋和電源變換供電電路之間。這種插入的預處理裝置能提供恒定的電壓輸出，同時以正弦波的方式從市電網吸收電流。它實際上是一種升壓變換的拓撲結構。當調整模塊正常工作時，PFC矯正電路將輸入市電電壓升壓到400 V左右，并將輸出能量存儲在大電容(Bulk)。本文引用地址：http://www.104case.com/article/169149.htm
NCPl653為一款集成PFC調整控制器，其具有如下特點：兼容IECl000-3-2；連續導電模式(CCM)；平均電流模式或峰值電流模式可選；固定電壓輸出或跟隨升壓操作；極少的外圍元件；固定開關頻率；軟啟動；VCC低電壓鎖定(遲滯電壓范圍為8．7～13．25 V)；低電壓保護或關閉；可編程過流保護：可編程最大功率限值；熱保護(遲滯溫度范圍為120～150℃)；無鉛封裝。
采用NCPl653按照圖3所示拓撲結構組成的PFC校正電路，在交流110 V輸入情況之下的諧波失真與功耗、輸出電壓、輸出電流、PF比值、諧波總失真率和變換效率的測量比較列表如表l所示。在220 V輸入情況之下的諧波失真與功耗、輸出電壓、輸出電流、PF比值、諧波總失真率和變換效率的測量比較列表如表2所示。
從測試數據來看。本文拓撲電路中的PFC部分可以在LED模組負載變化的情況下實現有效的諧波校正，達到很高的PF值。同時利用對NCP-l653電源引腳的控制，實現PFC電路的使能和電源旁路的功能：當電源引腳達到13．25 V時，PFC功能啟動：當電源引腳供電低于8．7 V時，PFC功能停止，橋式整流后電壓直接旁路輸出到Bulk電容。
2．2 輔助開關電源的設計
LED顯示模組里除了LED點陣模塊外，還有掃描信號控制模塊、各種檢測電路模塊和降溫處理模塊等，而且這些模塊工作狀態是常態的，顯示屏點陣點亮時和熄滅時均可能在工作。所以這就要求其供電回路也是24 h供電。甚至有的系統設計采用電池作為斷電時信號處理模塊的備用電源。這里設計一個輔助電源為各個功能模塊供電。
NCPl207控制器具有如下特點：內置700 V耐壓的MOSFET，在接溫25℃時導通電阻是5．8 Ω；電流模式的固定頻率是65 kHz和100 kHz；固定峰值電流是800 mA；在低峰值電流進行Skip-Cycle的操作模式；內置電流源用于清潔、無功耗啟動時序；具有短路保護的自動恢復的時基檢測電路；輔助繞組的過電壓自動恢復功能；可編程輸入電壓的低電壓檢測Brown-Out輸入功能；可編程最大功率限制；內部頻率用于提高EMI的信號；占空比擴展到80％；在無負載的輸入待機功耗是85 mW@265 Vac；500 mW負載的輸入待機功耗是715 mW@230 Vac；該器件是無鉛封裝。
由于掃描信號控制模塊，各種檢測電路模塊等均是小信號處理電路，需要功耗小于15 W。從能量的變換效率和輸入電壓適應性考慮，建議采用電流模式、準諧振、反激式反饋型能量變換拓撲架構，并采用同步整流技術。以NCPl207控制器為例設計模組輔助電源模塊如圖4所示：1)該電源從Vbulk總線上吸收電能，直流電壓范圍為+120～+400 V；2)主開關管V02開通時，“變壓器”初級繞組儲存能量，V02關閉時，
將能量傳送到次級繞組；3)初級的輔助繞組，一方面整流向NCPl207和PFC回路芯片供電，另一方向NCPl207的引腳提供一個退磁信號；4)電阻R4限制開關管導通的最大電流值；5)變壓器次級輸出電壓+5 V是輸出主回路，用于信號掃描模塊的供電，采用同步整流的技術，從而減少了整流二極管的反向恢復損耗；6)變壓器次級輸出電壓+12V是副輸出回路，用于監控電路和其他功能模塊的供電，同樣采用同步整流的技術，減少了損耗；7)接收信號控制板來的控制信號通過光耦耦合到初級，用于控制NCPl653的+15 V的供電，實現控制PFC電路啟動和關斷的功能。
實際工程應用中，關斷和開啟PFC功能(通過改變給NCPl653供電來實現)具有重要意義。當LED顯示屏僅僅在進行系統維護時，不需要LED點陣模塊點亮時，可以關閉PFC矯正功能及分布式開關電源模塊，從而達到節能的目的：在LED顯示屏開啟和關斷時，可以接收控制系統開閉命令信號，實現整個LED顯示屏的各個模組分時依次開啟或關斷，大大降低整個LED顯示屏工程在開關機時的浪涌尖峰值，避免了對電網中設備的危險沖擊。如圖4中，VQ8的開斷控制著PFC電路的開啟和停止。
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