能效规范促进LED电视放量，LED背光方案主打效率牌

关键字： LED电视 LED背光 驱动 CCFL

LED电视红遍2010年各大家电卖场，进驻电视主流市场，但众厂商一哄而上，难免鱼龙混杂，造成市场混乱。各LED电视品牌技术实力参差不齐，纷纷标榜节能效果突出，叫人难辨高下。LED电视混战的局面有望在2010年12月1日终结，因为《平板电视能效限定值及能效等级》即将从12月1日起执行，届时不符合能效要求的电视将被强制退市。

《平板电视能效限定值及能效等级》严格规范了平板电视的节能标准，将平板电视的能效分为3个等级，其中能效最高的为1级，并在产品上以能效标识的标贴加以区分。另外，该标准还规定平板电视的被动待机功率在2012年1月1日以前低于1W，到2012年以后就必须降到0.5W以下。

不仅在中国市场，从全球范围来看各国也是通过各种标准的实施促进电子行业向更环保、节能的方向发展。2010年5月1日生效的能源之星(Energy Star)4.0版将比现行规范降低约40%%左右的功耗。能源效率是平板电视内销和出口制造商所共同的问题，而改善能效表现的重任自然落在半导体的肩上。

能效规范推波助澜，LED背光渗透率飞升

张三岭：CCFL 功耗超过液晶电视总体功耗的65%%，显然无法达到能源之星4.0的要求。

LED背光比传统CCFL有明显的节能优势，在电视应用领域逐渐呈现取代CCFL的趋势。飞兆半导体(上海)有限公司技术行销部首席经理张三岭就指出，LED背光照明与传统CCFL背光源的分别在于，前者具有更好图像质量、更纤薄设计、低功耗以及环保的优点，而这些正是LED背光方案快速获得采纳并取代CCFL方案的原因所在。

再加上能效规范的推波助澜，更进一步压缩了系统功耗，从而加快了LED背光取代CCFL的进程。“能源之星4.0对液晶电视耗的限制，体现在电源管理方面主要是在较小的功耗下面做到高效率，同时与系统结合优化待机和工作效率。”TI半导体事业部高性能模拟产品业务拓展经理刘学超指出，LED TV的主要优势体现在节能、环保、高寿命、色域广、同时易于超薄化等。“对于电源来说，需要高可靠的LED驱动方案，并实现高效超薄化。”

郑兆雄：于2012年生效的5.0版规范更将要求42英寸电视平均能耗降到81W。

“新的规范对平均工作能耗的要求更加严格。”安森美半导体电源及便携产品全球销售及营销高级总监郑兆雄一针见血地指出，“就以42英寸电视为例，4.0版的平均功耗要求由3.0版规范的208W调至115W，后续预计于2012年生效的5.0版规范更将要求42英寸电视平均能耗降到81W。”能源之星每升级一版几乎就要求电视机的功耗减少将近一半!原本功耗看不见摸不着，容易被色彩表现力、3D显示等花哨功能抢尽风头。如今，统一的能效规范令功耗变得可视化，提供一个直观地衡量电视功耗的标尺，如同给电视机制造商戴上了紧箍咒，对电视机的节能表现而言是一个有力的监督。

因此，平板电视开始转向采用LED背光以降低整个系统的功耗。据张三岭观察，现在的CCFL背光单元的功耗超过液晶电视总体功耗的65%%，采用CCFL背光单元将无法达到能源之星4.0的功耗要求，因此相关能效规范将驱动高端电视加速从CCFL背光单元向LED背光单元转换。

来自调研机构的报告也反映了LED背光在液晶电视市场的渗透率呈上升趋势。DisplaySearch指出，2010年第二季有950万台液晶电视采用了LED背光，占液晶电视市场的18.5%%，较前一季增长110%%。该机构预计2010年第四季LED面板的市场渗透率达到40%%，且在2011年第二季将超过50%%，显然DisplaySearch对LED背光持乐观态度。

背光方案不一，直下式、侧光式各展所长

随着《平板电视能效限定值及能源等级》执行日的临近，掀起了LED背光电源管理芯片的研发热潮。各厂商各出绝招，在不牺牲产品其他性能和功能的前提下，试图最大限度地减少产品的能源消耗。

在探讨LED电源管理的话题之前，有必要先理清头绪，找出LED背光与CCFL背光在供电上的差异。郑兆雄将其差异简要地概括为：传统液晶电视采用冷阴极荧光灯(CCFL)背光，一般是将PFC电压经过(传统电源)或不经过24 V(LIPS电源)转换后升压至超过1000 V甚至2000 V的交流高压来驱动呈条型或U型的CCFL灯管;而LED背光液晶电视采用若干条LED光条，主要以侧光式或直下式方案来背光。

直下式背光将LED晶粒均匀地配置在液晶面板的后方作为发光源，这种方式发射的光可均匀照射整个屏幕，画面细节更细腻而富有表现力。但大尺寸液晶电视需要上千颗LED，成本较高。侧光式LED背光则通过液晶屏幕四周的LED晶粒和导光板的组合，将边缘发射的光传导到屏幕中央，这种方式不仅可以节省成本，而且屏幕后方不需要配置LED模块，可以减少屏幕的厚度，打造出轻薄的机身。目前，在液晶电视厂商中，大部分采用侧光式设计，Sharp是唯一专注在直下式LED背光的厂商。

与直下式、侧光式背光相对应的是两种LED背光电源方案。安森美半导体同时提供了侧光式和直下式LED背光方案。以侧光式方案为例，安森美半导体提供高性价比的多通道线性LED侧光方案，这方案在半桥转换段采用安森美半导体的NCP1397初级侧控制器和500 V高压MOSFET NDF05N50，同时采用安森美半导体的6通道线性LED驱动器CAT4026。CAT4026的目标能效高于90%%，典型能效达94%%，提供<±2%%的极佳电流匹配精度及<1%%的400 Hz PWM调光范围，并采用外部功率双极结晶体管来提供散热，更好地处理散热问题。此外，这方案还能应对LED开路及过多LED短路等故障条件。

王裕仁：电视纤薄化风潮所引发的电源板薄型化极大地挑战了变压器设计和热设计。

除了上述提供的基于NCP1397、NDF05N50和CAT4026的线性侧光式方案，安森美也提供基于NCP1397、NDF05N50和NCP1034的直下式降压驱动方案。NCP1034采用高达500 kHz的可编程开关频率驱动一对外部N沟道MOSFET，能够灵活地调节集成电路的工作，符合系统级要求。另外，使用内部1.25V参考电压便能对输出电压精密稳压，用于低压应用。这器件的预防电气故障的保护特性，如欠压锁定和断续(hiccup)电流限制，在发生故障事件时提供所须的系统级安全性。

LED与CCFL的不同之处在于LED光条由发光颗粒组成，而不是传统的灯管。因而，不同LED组合方式决定了电源驱动方案。上海新进半导体制造有限公司副总裁王裕仁总结了两种常见的LED组合以及相应的驱动电路。“串多并少”的方式采用高压LIPS方案，有利于热设计，BOM成本比较低，容易跟前级AC/DC电源整合;但背光采用高压驱动，对LED模组设计要求高，且当一个LED断路时，整个灯条会灭掉，冗余性略差。王裕仁推荐大尺寸LED电视更适合选用该方案，小尺寸LED电视更适合“串少并多”的方式。“串少并多”的方式采用低压恒流源驱动方案，标准的24V输入，易于搭配标准AC/DC电源，但恒流源电路难兼顾热设计和低BOM 的成本。

寻找提高LED电视效率的DNA

推动业界从CCFL转向LED背光的根源在于能效，所以高能效是LED电视电源管理的重点。王裕仁指出，目前电视行业最突出的趋势就是电视纤薄化风潮所引发的电源板薄型化，这极大地挑战了变压器设计和热设计，电源成本压力也很大，这些挑战需要高效率的LED背光电源管理方案。高效的LED背光技术降低了整机的功率，减少热耗散，为纤薄化设计提供了可能。

邱志诚：LED电视电源管理的研发热点着重在高效能的电源系统结构整合方案。

综上所述，LED电视电源管理需要注重高效率，特别要求电源输入低功耗及高效率的电源转换，并考虑LED电源超薄化的趋势。凹凸科技(O2Micro)应用工程资深经理邱志诚指出，LED电视电源管理应着重于高效能的电源系统结构整合方案，从传统的线性方式做电流平衡的方案，演进到以开关方式做电流平衡的方案，以降低电视机输入的功耗。

传统的LED电视电源管理以线性方式做电流平衡的方案最多只能达到70%%的效率，剩余30%%的效能损失以热的方式呈现，进而会对LED寿命造成损伤。凹凸科技应多样化的LED电视面板规格市场需求，推出OZ9998系列产品，其效率高达98%%，满足了更高能效电源管理的需求，避免对电源损耗所产生的热问题。该系列产品以开关方式做电流平衡的结构，以极低的顺向压降线性方式做电流平衡，此项设计可帮助使用者提高整体效率及减低热的问题。

电源是电视机内的“动力车间”，也是最容易损坏的部件。王裕仁认为，提供完善、可靠的保护机制是LED电视电源管理的难点和重点所在，设计中需要注意以下几个方面：第一，高压LIPS电源架构，直接为LED背光供电。这样做的好处是能够提升能效、简化设计、和降低成本;第二，极低待机能耗，低成本的待机设计;第三，侧光式LED背光系统，也体现了高能效、和低成本的要求。针对于此，BCD公司推荐解决方案是采用直流总线架构，以提高开关频率、平衡热设计。

除了背光的效率，LED发光效率不高是影响电视机能耗的主要因素。王裕仁提出，采用高效LED、提高背光利用率、减少LED颗数是未来的主攻方向之一。除此之外，背光板和电源板是电视机内效率最低的两部分，自然也是下一步提高整机能源利用效率最关键的部分。如何进一步提高电源转换效率，这是进一步减低电视机整机能耗的关键。“电视机主板传统采用较多的LDO进行电压转换，以满足DDR、I/O、Vcore等不同部分的电压需求;采用高效率DC/DC取代传统的LDO，也将显著降低系统能耗。”王裕仁补充说道。

老将新兵竞风流

根据DisplaySearch预测，2010年采用LED背光大尺寸面板的液晶电视出货比率将超过CCFL背光的电视，Samsung和Sharp预计2010年第四季的LED液晶电视面板出货量就将超过CCFL面板的出货量。LED背光将重构液晶电视市场的版图，取代CCFL指日可待。面对来势汹汹的LED电视，电源管理相关企业也竞相加入追逐LED电视的电源商机。

LED电视的改朝换代意味着龙头大厂把持CCFL专利的时代成为历史，来自欧美、日本、中国以及中国台湾地区的企业站在了同一起跑线上，MPS、AnalogicTech、BCD半导体、O2Micro、TI、飞兆、ON、昂宝、立锜科技……均可提供LED电视背光相关解决方案。“LED 电视背光方案的技术壁垒远低于CCFL，”正如王裕仁所说，开发LED TV背光方案的公司正如雨后春笋般涌现，包括系统厂商、电源公司、模组公司以及LED制造商。

在王裕仁看来，模组公司处于产业链上游的有利地位，直接决定了灯条的结构，极大的影响了驱动方案;而系统厂商则作为终端研发制造商，在方案开发和整合上决定了驱动方案。“对电源公司而言，我们更容易将AC/DC电源和LED背光驱动整合，降低BOM的成本，提升性能，增强可靠性。”他也毫不讳言LED制造商的优势，借助其在LED技术及供应链上的专长，驱动方案与LED“打包”容易为模组公司或系统厂商所接受。由此分析，王裕仁认为未来LED背光产业的竞争将进一步加剧。

而称霸CCFL市场的凹凸科技、MPS自然不会坐视背光新兵的觊觎，除了积极耕耘LED背光领域、凭借既有的客户群跑马圈地之外，继续延续专利保护策略。据邱志诚介绍，据今年第二季度数据统计，凹凸科技(O2Micro)目前拥有657项专利，并有数百项专利处于申请状态中，这些专利遍及消费电子、工业、汽车、通讯等产业。