Разработка устройства активной коррекции коэффициента мощности (PFC) для ультратонких дисплеев толщиной 10 мм.

Активное устройство коррекции коэффициента мощности регулирует входной ток для соответствия напряжению сети переменного тока в строгих 10-миллиметровых корпусах телевизоров. Достижение высокой электрической эффективности при низкопрофильных механических ограничениях требует использования полупроводников с широкой запрещенной зоной, низкопрофильных планарных индукторов и специализированных методов теплоотвода.

Современные конструкции телевизоров снижают толщину шасси до рекордно низких значений. Когда глубина профиля уменьшается до менее 10 мм, стандартные электролитические конденсаторы и намотанные тороидальные дроссели больше не помещаются внутри корпуса, что вынуждает перепроектировать топологию активного устройства коррекции мощности.

Низкопрофильные магнитные и кремниевые топологии
Работа цепей в режиме непрерывной проводимости на частотах выше 300 кГц позволяет существенно уменьшить размеры компонентов. Замена кремниевых MOSFET-транзисторов на транзисторы из нитрида галлия устраняет потери обратного восстановления, что позволяет создавать компактные корпуса, которые работают с меньшим нагревом внутри плотно закрытых задних панелей дисплея без использования громоздких радиаторов.

При проектировании печатной платы основное внимание уделяется минимизации паразитных индуктивностей в высокочастотных коммутационных цепях:

Планарные магнитные структуры с E-образным сердечником заменяют высокие повышающие дроссели, устанавливаемые в отверстия.

Многослойные керамические сети подавляют пульсации до момента накопления энергии в объеме.

Низкопрофильные фольговые обмотки уменьшают потери проводимости из-за скин-эффекта.

Стратегии распределенного хранения энергии
Традиционные цилиндрические конденсаторы мгновенно превышают отметку в 10 мм по высоте. Внедрение распределенной конденсаторной батареи для улучшения коэффициента мощности распределяет энергию между параллельными низкопрофильными полимерными конденсаторами, сохраняя всю силовую схему планарной и обеспечивая достаточную емкость шины для защиты от просадки напряжения при резких скачках нагрузки.

Трассировка печатной платы требует тщательного разделения дорожек между силовыми петлями и линиями управления:

Короткие обратные пути исключают проблемы с колебаниями напряжения на земле.

Корпуса устройств для поверхностного монтажа, улучшающих коэффициент мощности, располагаются рядом с развязывающими массивами.

Многослойные внутренние медные плоскости изолируют чувствительные аналоговые драйверы затвора.

Рекомендации по теплоотводу и надежности
В тесных 10-миллиметровых корпусах недостаточно места для конвективного воздушного потока. Соединение теплоотводящей прокладки устройства коррекции коэффициента мощности непосредственно с алюминиевой рамой шасси через тонкие графитовые интерфейсные листы обеспечивает равномерное рассеивание тепла в области перехода, предотвращая локальные перегревы за чувствительными слоями OLED и LCD экранов.

Современная бытовая электроника с плоскими панелями заимствует архитектурные принципы у компактного промышленного оборудования для коррекции коэффициента мощности. Применение двухфазных повышающих преобразователей с чередующимся включением позволяет распределить тепловую нагрузку между параллельными каналами, обеспечивая при этом общий КПД более 96% во всем диапазоне входного напряжения переменного тока — от 90 до 264 В.