Design, analysis and implemention of an interleaved pfc boost DC-DC converter for an LCD TV power supply

Abstract

Günümüzde yarıiletken elemanların ve buna bağlı olarak güç elektroniği cihazlarının kullanımının artmasıyla birlikte harmonik akımların şebekeye etkileri yadsınamaz hale gelmiştir. Şebekeden çekilen enerjinin kalitesizleşmesine neden olan bu akımların azaltılması ve akımın şekillendirilmesi üzerine çalışmalar yaparak güç faktörü değerinin uygun seviyelere çekilmesi bir gereksinim olmuştur. LCD TV lerde geçerli olan ve AB standartlarına göre düzenlenen IEC-61000-3-2' ye göre, eğer tasarlanan TV evrensel olarak satışa sunulacaksa ve 75W'ın üzerinde çıkış gücüne sahip ise aktif güç faktörü düzenleyicisi kullanması zorunludur. Tarihte ilk olarak büyük güçler tüketen plazma teknolojisi ile ortaya çıkan bu aktif güç faktörü düzenlemesi, düşük güç tüketimleri ile hızla plazmanın yerini alan LCD TV' lerde de uygulanmaktadır. Son yıllarda ortaya çıkan çeşitli LED arka plan uygulamaları, incelikleri sayesinde LCD'lere göre daha ince kabin yapısında kullanılmaktadır.Bu çalışmamızda tasarım aşamaları anlatılan çevirici kartın tasarımı ince kabin yapısına uygun olarak tasarlanmıştır._x000B_Bu tez çalışmamızın esas amacı yüksek performanslı anahtarlamalı güç kaynağı tasarlanması ve uygulanmasıdır. Bu çalışmada yüksek verimli, küçük boyutlarda ve ayrık mod yapısına sahip güç faktörü düzenleyicisi ile çapraz çevirici topolojisine uygun DA/DA çevirici birleştirilerek tasarlanmış ve uygulaması gerçekleştirilmiştir._x000B_Tasarlanan bu dönüştürücüde Frekans Kritik İletim Modu (FCCrM) PFC ve çapraz çeviricili denetleyici topolojileri kullanılmaktadır. Bu yapı sayesinde aktif güç tüketimi azalmasına sağlar iken genel sistem verimliliğini de arttırmaktadır._x000B_Bu tasarım için hazırlanan prototip kartın deneysel olarak 150W desteklediği doğrulanmıştır. Bu uygulamada kullanılan 180 derece faz farkı ile çalışan ayrık yapısı sayesinde 200-300W' lık güç seviyelerinden 800W' lık güç seviyelerine ulaşabilen tasarım yapılmasına olanak sağlamaktadır. Tasarlanan bu kart CCFL(Cold Cathode Fluorasent Lamp) ya da LED aydınlatmalar için kullanılabilmektedir. Bu çalışmada tasarlamış olduğumuz çeviricinin yanı sıra ayrı bir kartta tasarlanan evirici sayesinde büyük bir esneklik kazandırılarak tüm CCFL ve LED arka plan aydınlatmalarında kullanılabilmesi sağlanmıştır. Nowadays, because of the increasing use of semiconductors and power electronics devices, current harmonics effects on the electrical systems have become intolerable. Therefore, it has become essential to reduce these harmonic currents, which affect the energy system quality negatively. This also affects the shape of current to achieve a good power factor. According to the EU standard for harmonic reduction IEC 61000-3-2, an active power factor control stage should be utilized if the power consumed by an LCD-TV is above 75 W. The largest power consuming sub-system of an LCD TV is the backlight driving circuit. Plasma technology was the first historical solution; however, Cold Cathode Fluorescents Lamps (CCFL) with LCD panels previously used for note books rapidly took the leadership. These florescent lamps came into use with only medium sized screen TVs, but they are now used in every size. The LED backlight solution for LCD TVs is started to become a very popular way to allow small depth design with slim cabinets, particularly with Edge LED solutions. This thesis studies the design stages of this technology in accordance with the slim converter board._x000B_The focus of this thesis is the design and implementation of such a high performance switched?mode power supply. The work involves the design and implementation of an interleaved power Factor correction (PFC) for high performance and small size, the controller design and implementation of flyback DC/DC converter. With Frequency Clamped Critical Conduction Mode (FCCrM) PFC, the overall system efficiency is increased since the active power consumption is decreased._x000B_The design procedure, including the design of the circuit components and the control loop, is implemented and the results are verified by a 150W prototype converter. The interleaved dual Boundary Conduction Mode (BCM) PFC controller operates two parallel-connected boost power converters 180 degree out of phase, extending the maximum practical power level of this control technique from 200-300W up to 800W. The converter designed in this work can be applied to CCFL or LED backlight LCD TV application since converter circuit driving the backlight unit is placed on a different board. Flexibility and adaptation for different backlight inverter units are satisfied by this application.