本論文為結合兩段式功率因數修正交流-直流轉換器和直流-交流換流器之研制，其中交流-直流轉換器部分，製作兩段式昇壓功率因數修正器，以150Vac輸入時為臨界點，於90~150Vac輸入時僅昇壓至230Vdc，150~264Vac輸入時才昇壓至400Vdc，以提昇傳統單段昇壓功率因數修正器在較低交流電壓輸入時之效率，並降低主要功率元件之溫度，本論文採用ST公司出產的邊界導通模式L6561 IC製作兩段式昇壓功率因數修正器以降低高頻電流諧波並提高額定功率及電力品質，搭配SG公司出產的SG6841 IC和PI公司出產的TOP263 IC以返馳式架構製作主電源直流-直流轉換器和待機電源直流-直流轉換器，設計待機電源於待機功率小於1瓦，以降低待機時之功率損耗。另外直流-交流換流器採用O2 Micro公司出產的OZ9939 IC，並將此IC適用的推挽式架構轉換為全橋式架構搭配串並聯諧振電路以降低切換開關之溫度，提昇整體效能，並嘗試採用1顆變壓器驅動3隻燈管搭配平衡電感做燈管電流平衡控制。
最後將交流-直流轉換器和直流-交流換流器整合於一PCB板以節省板材損耗和空間，並搭配奇美20吋6燈管的液晶電視面板作量測及探討，其中電源供應器輸入電壓為90~264Vac，燈管電流為6mA，交流-直流轉換器效率最高為83%，直流-交流轉換器效率最高為86%，整體最高效率為71.5%。

This thesis presents the results of study and implement action to integrate two subsystems of (1) two-stage power factor correction ac-dc converter and (2) dc-ac inverter. To enhance the efficiency of low utlity-line and reduce the temperature of main components such as MOSFETs, ICs and transformers, the two-stage power factor correction subsystem bootsts up to 230 V on low utlity-line and 400 V on high utlity-line separats by a line reference voltage 150 V. This power factor correction subsystem reduces the total harmonic distortions of input current and enhances the rated power and efficiency by using the boundary-conduction-mode (BCM) operated L6561 IC of ST, this main power dc-dc converter and standby power dc-dc converter subsystem is both using the flyback topology, are used with SG6841 IC of SG and TOP 263 IC of TI. This thesis also covers the standby mode design with the resulting standby power being under 1 watt to reduce the power distortion of standby mode. The dc-ac inverter subsystem using the OZ9939 IC of O2 Micro, is the “push pull” instead of the “full bridge” topology to reduce the temperature of switches, and enhance the total efficiency.

This thesis tries to use one transformer to control the lamp current equivalently with a balance choke. Then, the proposed circuit integrats the ac-dc converter and dc-ac inverter subsystems on the same PCB board for saving the materials and space, and it is tested with a 20-inches 6 lamps TV panel. According the experiment reveals the optimum efficiency of the ac-dc converter being at 83% during the voltages from 90 to 264, and the optimum efficiency of inverter is at 86% with lamp current of 6mA. The optimum total system efficiency of the integrated power supply is at 71.5%, with an above average performance.

目 錄
書 名 頁 I
口試委員審定書 II
授 權 書 III
中文摘要 IV
英文摘要 VI
誌 謝 VIII
目 錄 X
圖 目 錄 XIV
表 目 錄 XIX
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 內容大綱 5
第二章 液晶平面顯示器簡介與未來發展 7
2.1 前言 7
2.2 液晶平面顯示器介紹 7
2.2.1 液晶的起源 10
2.3 液晶顯示器顯示模式與種類 11
2.3.1 TFT-LCD介紹 12
2.3.2 液晶顯示器組成 14
2.4 背光模組 14
2.4.1 冷陰極燈管特性介紹 17
2.4.2 冷陰極燈管驅動電路設計要領 20
2.5 LCD TV未來發展與趨勢剖析 22
第三章 交流-直流轉換器 25
3.1 目的 25
3.2 返馳式直流-直流轉換器 26
3.2.1 工作模式之穩態分析 29
3.2.2 工作模式公式推導 30
3.2.3 返馳式直流-直流電源轉換器各點波形 33
3.3 緩震電路 36
3.4 功率因數修正器 39
3.4.1 功率因數之討論 40
3.4.2 功率因數修正器介紹 42
3.4.3 昇壓型功率因數修正器 43
3.4.4 功率因數修正器控制模式分析 45
第四章 直流-交流換流器 51
4.1 目的 51
4.2 推挽式直流-直流轉換器 52
4.2.1 推挽式轉換器工作模式 52
4.3 全橋式直流-直流轉換器 56
4.3.1 全橋式轉換器工作模式 56
4.3.2 各點電壓電流波形圖 60
4.4 諧振電路 61
4.4.1 串聯諧振串聯負載電路 62
4.4.2 串聯諧振並聯負載電路 64
4.4.3 串聯諧振串並聯負載電路 66
第五章 系統架構及參數設計 68
5.1 液晶電視整合型電源供應器系統架構 68
5.2 返馳式直流-直流轉換器之主電源設計 70
5.3 返馳式直流-直流轉換器之待機電源設計 76
5.4 昇壓型功率因數修正器設計 82
5.5 直流-交流換流器設計 89
5.6 整合型電源供應器實測波形 93
第六章 結論和未來展望 105
6.1 結論 105
6.2 未來展望 106
參考文獻 108


圖 目 錄
圖2-1 平面顯示器分類 9
圖2-2 TFT LCD結構剖面圖 12
圖2-3 Thin Film Transistor三端元件圖 13
圖2-4 TFT LCD TV材料組成 14
圖2-5 背光模組分類 15
圖2-6 背光模組系統架構 15
圖2-7 冷陰極燈管結構圖 18
圖2-8 冷陰極燈管實際圖 18
圖2-9 溫度對啟動電壓影響關係圖 20
圖2-10 冷陰極燈管電流與電壓關係圖 21
圖2-11 近年液晶顯示器應用於各產品銷售比較圖 22
圖2-12 近年液晶顯示器應用於各產品銷售成長率 23
圖3-1 返馳式電源轉換器 26
圖3-2 工作步驟(1) 27
圖3-3 工作步驟(2) 28
圖3-4 工作步驟(3) 28
圖3-5 連續導通模式各電壓波形 33
圖3-6 不連續導通模式各電壓波型 34
圖3-7 各模式電流波形 35
圖3-8 緩震電路線路圖 38
圖3-9 緩震電路修正曲線圖 39
圖3-10 各負載I-V及功率變化圖 41
圖3-11 昇壓電路架構圖 43
圖3-12 功率開關(Q)導通等效電路 44
圖3-13 功率開關(Q)截止等效電路 44
圖3-14 峰值電流波形 46
圖3-15 平均電流波形 46
圖3-16 磁滯電流波形 47
圖3-17 電流各點控制波形 47
圖3-18 連續導通模式定頻率昇壓修正電路 48
圖3-19 定頻率控制電路波電感電流波形圖 49
圖3-20 不連續導通模式變頻率昇壓修正電路 50
圖3-21 變頻率控制電路波電感電流波形圖 50
圖4-1 推挽式轉換器電路圖 52
圖4-2 挽式轉換器模式(1)等效電路圖 53
圖4-3 推挽式轉換器模式(2)等效電路圖 53
圖4-4 推挽式轉換器模式(3)等效電路圖 54
圖4-5 切換功率開關和電感電壓波形圖 55
圖4-6 電感電流波形圖 55
圖4-7 全橋式轉換器電路 56
圖4-8 全橋式轉換器工作模式(1)等效電路圖 57
圖4-9 全橋式轉換器工作模式(2)等效電路圖 59
圖4-10 全橋式轉換器工作模式(3)等效電路圖 59
圖4-11 切換功率開關和電感電壓波形圖 60
圖4-12 電感電流波形圖 60
圖4-13 串聯諧振電路圖 62
圖4-14 輸出/輸入對轉移函數振幅波德圖 63
圖4-15 並聯諧振電路圖 64
圖4-16 輸出/輸入對轉移函數振幅波德圖 65
圖4-17 串並聯諧振電路圖 66
圖4-18 輸出/輸入對轉移函數振幅波德圖 67
圖5-1 直流-直流電源轉換器架構圖 69
圖5-2 SG6841 IC電路簡圖 71
圖5-3 主電源返馳式直流-直流轉換器設計圖 72
圖5-4 TNY263 IC電路簡圖 77
圖5-5 待機電源直流-直流轉換器電路圖 78
圖5-6 L6561 IC昇壓電路簡圖 83
圖5-7 功率因數昇壓電路設計圖 84
圖5-8 直流-交流換流器電路簡圖 90
圖5-9 直流-交流換流器電路設計圖 91
圖5-10 輸入為90Vac之開關波形 93
圖5-11 輸入為150Vac之開關波形 93
圖5-12 輸入為264Vac之開關波形 93
圖5-13 未加入緩震器之MOSFET開關波形 94
圖5-14 加入緩震器之MOSFET開關波形 94
圖5-15 輸入電壓為90Vac之12V輸出漣波加雜訊 95
圖5-16 輸入電壓為264Vac之12V輸出漣波加雜訊 95
圖5-17 輸入電壓為90Vac之5V輸出漣波加雜訊 95
圖5-18 輸入電壓為264Vac之5V輸出漣波加雜訊 96
圖5-19 輸入電壓為90Vac之功因修正器波形 96
圖5-20 輸入電壓為264Vac之功因修正器波形 97
圖5-21 單段PFC&兩段PFC之效率比較圖 98
圖5-22 輸入電壓為90Vac之燈管啟動電壓 100
圖5-23 輸入電壓為264Vac之燈管啟動電壓 100
圖5-24 輸入電壓為90Vac之燈管啟動時間 100
圖5-25 輸入電壓為264Vac之燈管啟動時間 101
圖5-26 輸入電壓為90Vac之工作電壓 101
圖5-27 輸入電壓為264Vac之工作電壓 101
圖5-28 燈管1輸出電流波形 102
圖5-29 燈管2輸出電流波形 102
圖5-30 燈管3輸出電流波形 102
圖5-31 燈管4輸出電流波形 103
圖5-32 燈管5輸出電流波形 103
圖5-33 燈管6輸出電流波形 103


表 目 錄
表1 各背光源比較分析表 17
表2 LCD TV&LCD Monitor主要發展尺寸 24
表3 各種諧振電路簡介 61
表4 SG6841 IC腳位功能介紹 72
表5 TNY263 IC腳位功能介紹 78
表6 L6561 IC腳位功能介紹 84
表7 OZ9939 IC腳位功能介紹 90
表8 單段與兩段PFC各輸入電壓之效率與功因值比較表 98
表9 輸入電壓為90&264Vac之主零件溫度表 99

參考文獻

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