

由于扫描信号控制模块,各种检测电路模块等均是小信号处理电路,需要功耗小于15 W。从能量的变换效率和输入电压适应性考虑,建议采用电流模式、准谐振、反激式反馈型能量变换拓扑架构,并采用同步整流技术。以NCP1207 控制器为例设计模组辅助电源模块如图4 所示:

1) 该电源从Vbulk 总线上吸收电能, 直流电压范围为+120~+400 V;
2)主开关管VQ2开通时,“变压器”初级绕组储存能量,VQ2关闭时,将能量传送到次级绕组;
3)初级的辅助绕组,一方面整流向NCP1207 和PFC 回路芯片供电, 另一方向NCP1207 的引脚提供一个退磁信号;
4)电阻R4限制开关管导通的最大电流值;
5)变压器次级输出电压+5 V 是输出主回路,用于信号扫描模块的供电,采用同步整流的技术,从而减少了整流二极管的反向恢复损耗;
6)变压器次级输出电压+12 V 是副输出回路,用于监控电路和其他功能模块的供电,同样采用同步整流的技术,减少了损耗;
7)接收信号控制板来的控制信号通过光耦耦合到初级,用于控制NCP1653 的+15 V 的供电,实现控制PFC 电路启动和关断的功能。
实际工程应用中, 关断和开启PFC 功能(通过改变给NCP1653 供电来实现)具有重要意义。当led显示屏仅仅在进行系统维护时, 不需要LED 点阵模块点亮时, 可以关闭PFC 矫正功能及分布式开关电源模块, 从而达到节能的目的;在LED 显示屏开启和关断时,可以接收控制系统开闭命令信号,实现整个LED 显示屏的各个模组分时依次开启或关断, 大大降低整个LED 显示屏工程在开关机时的浪涌尖峰值,避免了对电网中设备的危险冲击。如图4 中,VQ8的开断控制着PFC 电路的开启和停止。
3 模组点阵模块所需电源设计
本拓扑设计的模组内由若干LED 点阵模块组成,相应地有若干LED 电源模块对应供电。
3.1 LED 点阵模块的可变电压设计
全彩LED 点阵模块,一般是由红、绿、蓝LED 构成,而这3 种LED 的电压导通特性是有差异的,一般蓝、绿LED 导通电压接近,建议将蓝、绿LED 采用同一路电压供电。所以,电源模块采用两路可调电压输出V红、V蓝绿供电,如图5 所示。

3.2 LED 点阵模块电源原理图设计
选用NCP1207[2]为主控制器件设计的LED 点阵模块的开关电源如图6 所示:1) 该电源从Vbulk 总线上吸收电能,直流电压范围为370~400 V,R23、R25和R28组成的分压电路采样输入电压总线上的电压值,然后反馈给NCP1207 从而实现控制;2)主开关管VQ14开通时,“变压器”初级绕组储存能量,VQ14关闭时,将能量传送到次级绕组;3)初级的辅助绕组,一方面整流为NCP1207 供电, 另一方向NCP1207 的引脚提供一个退磁信号;4)电阻R31限制开关管导通的最大电流值;5)反馈信号是由(VDC 蓝绿)输出回路获得,从而保持了(VDC蓝绿LED)稳定电压输出,变压器次级(VDC 蓝绿)输出电压采用同步整流技术, 减少了整流二极管的反向恢复损耗;6)变压器次级副输出回路,同样采用同步整流技术,减少了损耗,然后经过一个输出可调Buck 变换电路(以U5 为调整核心),输出稳定的实际所需的供电电压(VDC 红LED)。
如图6 所示,当输入电压Vbulk 低于+370 V(可根据具体情况设置恰当值),分压所得电压使VQ12A 导通到地,从而关闭了NCP1207 的输出脉冲,NCP1207 停止工作, 电源停止给LED 点阵模块供电;相反,当总线电压上升至大于+370 V时,PFC 电路正常工作,VQ12A 关断,NCP1207 正常工作, 电源重新给LED 点阵模块供电。

提高LED 点阵模块电源的电能转换效率是本拓扑设计中重要一环。所以,采用了零电压导通和零电流关断的准谐振软开关技术, 降低了开关电源的主开关管的开关损耗;采用同步整流技术,降低了输出整流管的反向恢复损耗。同时,LED 点阵模块电源要求电源模块变压器设计小型化,这就要求必须提高磁元件的功率密度。而平面变压器在减小漏感、交流阻抗等方面有着非常大的优点,并且因为体积的小巧使其成为一种优异的磁性元件, 极大改进了开关电源的工作状态。因此这里的开关电源模块使用平面变压器。
4 结论
通过交流电源滤波和PFC 校正模块, 将后续若干DCDC变换电路与电网隔开,并进行了PFC 有源校正,从而洁净了电源,对电网无谐波污染;同时采用400 V 高压总线传输,从而减少了传输损耗,提高了转换效率;采用辅助电源模块给信号控制模块、PFC 调整电路和其他功能电路供电, 并提供控制接口, 可以方便系统更有效地对模组电源功率的管理;同时,电源系统在给LED 点阵模块供电时,各路输出电压任意可调,能够满足LED 负载的实际需要,从而降低了同一电压带来的LED 点阵模块的无用功耗。
