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认识开关电源:低频输入与整流滤波电路、脉冲振荡过程

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:彩色电视机普遍采用稳压性能好、稳压范围宽、效率高、体积小、有多路直流电压输出的开关稳压电源。图2-13开关电源电路原理图一、低频输入与整流滤波电路220V50Hz低频交流电,经电源开关S901和具有延时功能的保险管F901,电容C901和C902与共模滤波器L901组成LCπ型滤波器,消除开关电源的特有的开关干扰,达到消除电磁干扰的目的。

认识开关电源:低频输入与整流滤波电路、脉冲振荡过程

彩色电视机普遍采用稳压性能好、稳压范围宽、效率高、体积小、有多路直流电压输出的开关稳压电源

开关电源的工作过程是:首先是AC—DC变换,将220V、50Hz的低频交流电整流成300V作用的直流电;然后是DC—AC变换,利用脉冲振荡器,将300V左右的直流电,转换成10kHz至100kHz的脉冲交流电;最后是AC—DC变换,利用开关变压器将脉冲交流电变压,由脉冲整流电路,将其变成直流电;利用输出电压的波动,去控制开关调整管的基极或者栅极脉冲宽度,改变储能绕组的储能,从而稳定输出电压,而且开关电源都有过流与过压保护电路。

康佳21英寸SA系列机芯采用了场效应管作为开关管的并联自激式开关稳压电源,如图2-13所示。

图2-13 开关电源电路原理图

一、低频输入与整流滤波电路

220V50Hz低频交流电,经电源开关S901和具有延时功能的保险管F901,电容C901和C902与共模滤波器L901组成LCπ型滤波器,消除开关电源的特有的开关干扰,达到消除电磁干扰的目的。然后将220V交流电送给V901—V904组成的桥式整流电路整流,由C910滤波,得到300V左右的直流电。正温度系数的热敏电阻(也叫消磁电阻)和由X902连接置于相关四周的消磁线圈组成消磁电路(ADC电路),在每次开机时消除显像管的剩磁,避免色纯度不良。

二、脉冲振荡过程

T901为开关变压器,它的作用主要有两个方面,其一是利用绕组⑩、⑪、⑫、⑬和绕组⑮、⑰与开关管V901、驱动管V903、V908构成振荡电路;其二是作为储能元件,在开关管饱和导通期间,将电能储存为磁能,在V901截止期间,又将磁能转化为电能,并通过次级绕组向负载释放,输出次级电流

在电源开关接通期间,市电(220V、50Hz)经VD901~VD904整流,经抗浪涌电流的负温度系数电阻R901限流,再经C910滤波,得到约300V平滑直流电。300V直流电经开关变压器初级绕组⑩~⑬输送到V901漏极,V901源极通过L904、R917连接到电源负端(热地),构成回路

与此同时,+300V电源经R902、R916输送到V903C极,并通过R913给V903提供b极电流,使V903导通,V901G极得到一个正电压,此电压使流经V901的漏极电流ID迅速增大。由于流过T901⑬~⑩绕组的电流从无到有、从小到大,电流的突变使T901内磁场发生变化,从而产生自感电动势e1,其方向是⑬正⑩负,同时绕组⑰~⑮产生互感电动势e2,其方向是⑮正⑰负,e2从T901⑮脚输出,一路经L911→VD905→R904→给光耦N902④脚补充供电;另一路流经L911→C912→R905→V903的b、e极→R914→R915→L904→R917→热地,对C912充电,其结果是使V903的b极电位上升,增大V903基极电流,促使V901G极电位上升,起到正反馈的作用,使V901迅速进入饱和。此时,流过开关管的电流处于平顶阶段,ID流过绕组⑬~⑩将电能转变为磁能存储在电感线圈中。由于V901的漏极电流ID趋于平稳不变,则互感电动势e2也趋于为零,电容C912上所充电荷开始通过VD905→R904→R916→R913→R905放电,其结果是使V903的b极电位下降,导致V901的G极电位下降,使V901漏极电流ID减少,V901退出饱和区。由于ID由大变小,开关变压器内磁通发生由强变弱的变化,又促使绕组⑰~⑮产生互感电动势—e2,使V901迅速截止。在V901截止期间,T901中存储的磁能转变为电能,通过次级绕组及整流二极管VD955、VD953、VD951和VD950向负载释放,于是在次级得到+19V、+25V、+12V、和+105V(B+)电压。在V901截止期间,ID电流趋于零,T901中磁场变化率也趋于零,互感电动势随之消失,C912上所充满的反向电荷(左负右正)放电,加上+300V通过R916、R913对V903的作用,又促使V901从截止开始导通,进入新一轮循环过程。V901从截止→饱和→截止→饱和轮番变化,形成振荡,相当于一个开关断→通→断→通的变化,只要适当控制V901的导通及截止的时间,就可以控制次级输出电压。

该电源工作频率在100KHz左右,便于控制干扰和减小开关变压器的体积,但对开关管的要求较高,一般选用VMOS场效应管。由于VMOS场效应管工作在高频开关和大电流状态,故采用了V903、V908组成称为“图腾柱驱动”的电路来驱动,该电路由NPN和PNP管构成,两管基极联接处为输入端,两管发射极联接处为输出端。上管导通下管截止输出高电平,下管导通上管截止输出低电平,向上的推动和下拉力量很强,速度很快,它可使场效应管可靠地从饱和导通到截止状态之间的快速变换。

实测电源正常工作时,V901的G极电压约为4.2VDC,分贝档测交流电压约为6.6VAC,开关管工作频率为98~105KHz(频率调整式开关电源)。

三、稳压过程

该电源采用直接取样法,即+105V(B+)电压通过R966、RP950和R972分压取样,将取样电压送到SR950(TL431)的R极。TL431为稳压电源专用集成电路,其内部包括有比较放大器、基准电压等电路,内部框图见图2-14。其特点是当R极电位上升时,则K、A极电流增大,K极电位下降。

图2-14 TL431符号及内部框图(www.xing528.com)

开关电源VD953输出的+25V直流电压,通过R961、R962加在光电耦合器N902的①、②端,而光电耦合器的②脚接有TL431的K端,由于其分流作用,使光耦的②脚电位低于①脚电位,当由于电网电压升高,或负载电流变小而使B+电压上升时,TL431R极电位也随之上升,其K极电位下降,流过光耦内发光二极管电流增大,促使N902光敏三极管发射极电流增大,从而导致V902基极电流增大,V902集电极电流也增大,其结果是V902 C极的分流作用,使V901导通时间缩短,T901所存储磁能减少,使B+电压下降;而当电网电压下降或负载电流增大使得B+电压下降时,情况正好相反。

V903(NPN)和V908(PNP)组成图腾柱驱动电路,可得到较陡峭的脉冲前后沿,以保证场效应管V901迅速而可靠地进入饱和导通/截止状态。

C911、R912、R911、VD911为尖脉冲吸收电路,它的作用是将V901瞬间截止时,在电感线圈⑩~⑬上产生的感应电压限幅吸收,以确保V901不被过高电压击穿。

四、待机电路

待机电路由VD925、V900、V905、V955、V954、VD956及其外围电阻、电容等元件组成。电视机正常开机时,CPU(LA76931㊱脚)输出+5V开机电压,此时V900、V905饱和导通,使+12V电压通过N903获得+9V电压,通过N905获得+5V电压供给N103工作。+5V开机电压还作用于V955,V955饱和导通,V954截止,SR950正常工作,将B+误差信号输入光耦②脚,正常工作时该脚直流电压约为23V。

当电视机处于待机状态时,CPU输出0V关机电压,V905截止,N903、N905输出电压为零,N103停止工作。没有了行、场脉冲,行、场扫描电路也停止工作。而此时,V955截止,V954饱和导通,VD956接入取样电路,使光耦②脚电压下降至6.5V,开关管处于间歇振荡状态,T901次级输出电压均下降,VD955输出降至8V;VD953输出降至7.6V;VD951输出降至5V;B+降至40V,使整机电路处于低功耗状态。VD953输出电压提供给N904,输出+5V电压维持CPU和存储器正常工作。

五、保护电路

1.开关电源内部保护电路

当电网电压过高时,绕组⑩~⑬将流过很大电流,同时在绕组⑮~⑰也会产生一个较高的互感电动势,它将稳压管VD906击穿,并使V902饱和导通,从而促使V901截止,开关电源无电压输出。

2.开关电源外部保护电路

当+9V或+5V电源的负载发生严重短路性故障时,VD927或VD926负极电位下降得很低,从而将开机电压(POW)拉低,引起V900、V905、V955截止,使开关电源处于待机状态,故障排除后才能重新开机。

当行电路出现故障,使行电流大于规定值时,行输出变压器(高压包T402)⑧脚输出行逆程脉冲幅值增大(正常值在24VP—P),经VD917整流、C935滤波所得的直流电压也随之升高(正常值为19V左右,VD915阴极电压约为4.9V),当VD915阴极电压升高到≥7V,VD915反向击穿时,V906饱和导通,促使V904也饱和导通,POW电压被拉低,开关电源进入待机状态,故障排除后才能重新开机。

当电视机亮度失控,屏幕过亮而使束电流过大时,行输出变压器(T402)⑦脚ABL电压下降,当电压下降很大而导致VD916反向击穿时,V904导通,促使POW电压下降,开关电源进入待机状态,故障排除后才能重新开机。

该机还设有场保护电路,场输出偏转电流经R442取样后,除送至场线性补偿电路外,还经R421、VD421送至V904的c极和V906的b极,VD421阳极波形见图2-15。若场输出电路出现故障,N440⑤脚电位升高,促使V906、V904饱和导通,POW端会变成低电平,开关电源进入待机状态,LA76931行、场扫描电路失去+9V和+5V电压而停止工作。正常时V906基极电压约为0.1V。

图2-15 VD421阳极波形

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