2022年彩色电视机开关电源电路设计方案 .pdf

彩色电视机开关电源设计摘要随着电视机产品多样化的发展，越来越多的新款式，在扼要阐明单管反激型变换器的原理、特点基础上，着重讨论了它在彩电方面的重要应用；指出彩色电视机电源对反激型变换器的特殊要求、技术难点和对策新机型出现在我们的身边，从五六十年代的黑白电视机到现在的纯屏彩电，等离子彩电，日新月异的新花样丰富了我们的生活，同样越来越多，而且越来越复杂的维修问题摆在我们的面前。所以电视机维修也应运而生，其中就有对开关稳压电路的维修，所以在日常生活中备一个开关稳压电源是必要的。本文介绍了开关稳压电源的一些基本电路，详细地分析开关稳压电源的稳压电路、开关变压器、保护电路和振荡电路等问题。关键词：彩电；开关稳压电源；开关变压器；保护电路；振荡电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 14 页目录1 开关电源电路的工作原理 . . 1 1.1 开关电源的功能 . . .2 1.2 开关电源的基本组成 . . . .2 2 开关电源电路实例分析 .2 2.1 长虹 CH-6型彩色电视机开关电源电路分析2 2.2 起动电路 .2 2.3 内部振荡器，稳压原理和过流保护4 2.4 准谐振运用6 2.5 驱动电路，锁定触发器，热保护和过压保护7 总结9致谢10 参考文献 11精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 14 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 14 页1 开关电源的工作原理1.1 开关电源电路的功能在彩色电视接收机中，开关电源电路220V，50HZ 的交流电转换成电压稳定的直流电源，供给电视机各个功能电路使用。它的性能好坏直接影响到整机的电路的工作质量，因此对开关电源电路提出了较高的要求，可以概括以下几点。（1） 有良好的稳压特性，电网电压在一定范文内变化或电源负载变化时，输出的电压应基本不变。（2） 纹波电压小，输进的交流电压经整流，滤波和稳压后，纹波越小越好，一般要求纹波小于 510mV。（3） 电源内阻小。电源内阻越小，负载能力越强，即输出电压受负载变动的影响越小，一般要求电源内阻应小于3欧姆。（4） 受环境温度影响小。输出电压不应随使用时间及环境温度而变化。（5） 有较好的保护措施，避免因负载短路或过流等故障而损坏电源。（6） 损耗较小，效率高。1.2 开关电源的基本组成（1） 效率高。开关型稳压电源的调整管工作在开关状态，功耗很小，效率可大大提高，其效率通常可达80%90%。（2） 重量轻。开关型稳压电源常采用电网输进的交流电压直接整流，省去了笨重的工频变压器。（3） 稳压范围宽。输进交流电压在130260V 之间变化时，输出电压的变化在2%之下。（4） 安全可靠。在开关型稳压电路中，可附加过压，过流保护电路，自我保护功能强。（5） 滤波电容量小。由于开关信号频率高，滤波电容量可大大减小。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 14 页 v 图 1 开关稳压电源的基本组成2 开关电源的实例分析 2.1 长虹 CH-6型彩色电视机开关电源电路分析长虹 CH-6 型彩色电视机开关电源采用日本三洋公司生产的彩色电视机开关电源专用集成电路 STR-F6656，能在 150260V交流电压范围内正常工作，输出功率大，可提供 150W 以上的功率，设计有过流，过压，过热保护电路。长虹 CH-16 机芯开关电源工作在两种状态：待机工作状态和正常工作状态。正常工作状态指开关电源满负荷工作，输出端电压到标准值。电源工作在待机状态时，电源的振荡电路处于间歇振荡状态，此时，开关电源不仅输出电压低，此时输出的低电压有经过二次稳压电路稳压后，供给其他电路。2.2 起动电路当 AC 电源在t0 加入时，由图3 可知，在半个周期内，A 点对地峰值电压VA Vd（整流电压）， VA经过 R902向 C909充电，使 IC 脚上电压 Vin 近似线性上升（见图 3）。当 Vin 上升到阈值电压Vin(ON)=16V 时，IC 内的控制电路开始起动， Vin端口上的输入电流Iin由 100A 突升到 30mA ，电容 C909来不及供电而使Vin 下降。如果此时由驱动绕组D1所提供的 DC电压足够的话， Vin 将不致于掉到仃振阈值11V以下，则 IC 继续工作起动成功。驱动绕组D1的圈数须保证经整流后在C909上电压超过整流滤波开 关 调 整管脉宽调制脉冲整形取样精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 14 页11V，同时又要低于 20.5V。因为 Vin 大于 20.5V 则过压保护电路起作用， Vin 小于 10V时则欠压保护电路起作用。一般Vin 取 18V是较合适的。关于 R902及 C909的选值要适当。 R902 、C909太大均会使 IC 起动时间延长。但 C909 亦不能过小，否则在驱动绕组电压到来之前它已不能维持IC 动作，这样就不能顺利起动。一般对宽电源(90270)VAC 电压 C909 取(47100)F，R902 取47k68k 是合适的，对窄电源（ 200VAC ），R902 可取 82k150k。在本例子中，当 R902=82k ，C909=47 F，输入电压为 90V时，其开机起动时间为1.3 s 左右。图 2 系列方框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 14 页图 3 起动电路图 4 起动时 Vin 端口电压的波形2.3 内部振荡器，稳压原理和过流保护（1）内部振荡器IC 内 部振 荡 器 是通 过对 C1 的 充 放 电而 形成 振荡 脉 冲 的， 放 电时 间常 数C1R1( 50s) 决定了 MOSFET 的关断时间。在 PRC运用模式中，稳压是由固定toff而变化 ton 来达到的。图4 示出了当没有稳压控制信号输入时，内部振荡器的工作波形。由图 5 波形可见，当 MOSFET 导通时，电容 C1被充电到 6.5V。同时漏极电流 ID 逐步上升，在 R5 上形成一锯齿形状电压VR5 。VR5通过 R4后几乎无损失地加到IC 的脚 OCP/FB端口。当脚电压V1 达到阈值 Vth10.73V 时，比较器 1 开始动作，它使振荡器输出反相，并通过驱动级将MOSFET 关断。此后 C1通过电阻 R1放电， C1两端电压按恒定的放电时间常数C1R1线性下降。当它降到3.7V 左右时，振荡器输出再次反相，使 MOSFET 重新导通， C1电压再次跳升到 6.5V。如此不断重复上述过程。由上述可知， MOSFET 的导通持续时间 ton 是由 VR5的上升斜率决定的，而toff在PRC 模式中则由 C1R1决定。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 14 页（2）稳压原理图 5 无稳压控制信号输入时之振荡图 6 有稳压控制信号作用下的振荡波形图 7 导通期间的V1波形精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 14 页图 8 截止期间的准谐振信号如图 6 所示，为了控制输出，光耦合器的误差信号输出电流在R4 上形成电压降VR4串接在 VR5上，从而使输入到脚的电压V1 波形部分受到 VR4的控制，使比较器1 提前或拖后反相，以改变MOSFET 的 ton 从而改变次级输出电压，达到稳压的目的。这属于电流控制方式。一般说来，在电流控制方式中，轻载时VR4 会升高，有可能使MOSFET 导通时的浪涌电流所引起的噪声对比较器1 带来误触发。为了解决这个问题，在 MOSFET 关断期间插入一个有源低通滤波器，它是由C5和一个 1.35mA恒流源组成，旁接于脚和地之间。在MOSFET 导通之前，该滤波器分流了从光耦输出的约一半电流量，因而使VR4 直流偏置量有效降低，防止了导通浪涌电流的叠加而引起的误触发，此外 C5的存在也加大了对噪声的吸收旁路作用。应该指出的是，现在ton 的控制是通过改变VR4的直流电压达到（见图7），这与过去传统方法不同，过去的和系列是靠改变充电电压的斜率而达到改变 ton 的。（3）过流保护这是一个脉冲连着脉冲的过流检测电路。由图6 中的波形可见，比较器1 起着过流保护作用。只要正比于Id 的电压 V1 峰值超过限值0.73V 时，就会强迫振荡器输出反相，使 MOSFET 关断， ton 变小，达到了限制输出电流和输出功率的目的。2.4 准谐振运用上面讨论了纯光耦反馈电路的PRC工作情况，实际的应用电路应包括从变压器驱动绕组 D1 来的反馈支路（它包括D903 ，R908 ，C913 ，D904 等元器件），由于这个支路的存在，使得V1 在 MOSFET 关断期间含有与VDS成比例的电压成份，它叫准谐振信号（见图 7）。根据准谐振信号的电平大小可决定该电源是工作在PRC 方式还是准谐振方式。在 MOSFET 关断期间如果准谐振信号V1 处在 0.73V 与 1.45V 之间，则比较器1 起作用使电源进入 PRC方式；如果准谐振信号V1超过 1.45V（V1最大值为 6.0V），则比较器 2 起作用使toff降为 1.5 s(min) 左右，但现时功率管的关断时间不取决于此值，而是比它大得多。事实上只要V1保持大于 0.73V，则 MOSFET 仍然维持关断，什么时候开始转导通，则由准谐振方式决定。准谐振方式就是使MOSFET 在 VDS的谐振周期精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 14 页的半周处导通，这样可保证较低的开关电应力和减少开关损耗，为达此目的，需要满足以下二条件：（1）在漏极和地之间要有一个合适的电容C908存在，由它与初级电感构成LC谐振回路，以便形成漏源极之间电压 VDS 的谐振波形；（2）栅极驱动中要有合适的延迟以保证当准谐振信号V1 下降到 0.73V 以下，MOSFET 开始导通时恰好对应于VDS波形的最低处。在具体调整时，可用一功率表监测电源输入端，在固定输出负载下，调整R908 、C913 大小，以获得最小输入功率，此时可判断延迟时间为最合适。还要指出的是延迟作用也有C910 和电路分布电容的参与，所以即使不接入 C913 ，电路仍会有某些延迟。2.5 驱动电路，锁定触发器，热保护和过压保护（1）驱动电路图 9 驱动电路这是恒压驱动电路，它利用稳压二极管ZD1(8.6V) 来保护恒定的驱动信号幅度。当驱动信号为正脉冲时， Q1导通，通过电阻RG1 RG2对 MOSFET 激励使之成为软开关。当输入信号为零电平时，Q1 截止， Q2 导通， MOSFET 栅极电荷将经过一个较小的电阻RG1而迅速放电。稳压二极管ZD1 的作用是保护MOSFET 在截止时不致于被上冲的VDS(500V 600V)通过极间电容耦合到栅极而将管子损坏。（2）锁定触发器 Latch 当电路发生过压或过热时，芯片内有关电路会将锁定触发器置ON ，使脚上电压Vin 在 10V16V之间来回摆动。 IC 间歇性地工作，阻止了电流和电压不正常的升高，直到 Vin 低于 6.5V 时，电路完全不起振。此时若要电源再起动，需要关机后再开机才行。（3）热保护电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 14 页当混合型 IC 的外壳温度超过 140时，控制 IC 中的热保护电路就会起动锁定触发器置 ON ，由于 MOSFET 与控制 IC 装在同一块基板上。所以热保护同样包括MOSFET。（4）过压保护电路当 Vin 超过 22.0V 时，过压保护电路能起动触发锁定器。使Vin 在 10V 16V 之间来回摆动最后会降到6.5V 以下，电源完全停止工作，此时要关机后再开机才能重新起动。过压保护电路同时可以防止次级输出电压VO1过高。例如当控制电路开路或其它原因引起VO1大大升高时，通过变压器耦合，驱动绕组的感应电压相应也会升高，从而使 Vin 升高。当 Vin 超过 22V 时过压保护同样起作用。限制了VO1的再升高，此时的 VO1为VO1(OVP) 例 如 设VO1(正 常 值 )=130V ， Vin( 正 常 值 )=18V ， 利 用 上 式 即 可 算 出VO1(OVP)=162.5V ，这表示当故障发生时由于过压保护起作用，VO1 最高不会超过此值。总结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 14 页课程设计是培养学生综合运用所学知识, 来解决实际问题 , 锻炼实践能力的重要环节, 是对学生动手能力的和理论相结合的过程. 此次的彩色电视机开关电源电路设计，使我仍感慨颇多，对于彩色电视机的课我学的不太好有好多东西不懂，在这一个星期的日子里，查阅各个方面关于电视机的开关电源电路的内容，来弥补自己对这方面的不足，做这次设计同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，唯有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正提高我们自己的实际动手能力和独立思考的能力。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。在这个过程中，我真切的感到了，我又知道了很多，同时也掌握了很多以后在工作和生活中能真正用到的很多东西。但是我不会因此而骄傲，相反以后我将会更加虚心，因为我知道这只是个简单的开始，以后还有很多的路要走。在本次课程设计中，我对开关稳压电源；开关变压器；保护电路；振荡电路认真进行了分析，使我了解到电路中各元件作用及工作方式对整个电路的分析起着关键的作用，只有对各部分的作用有深刻的了解，才可以透彻的分析出电路所实现的功能。通过这次的彩色电视机开关电源电路分析和设计，我清楚地看到我在电子这个行业，还有很多的不足之处还需要在以后的工作和实践中更加努力地学习，以来提高理论和实践的和好的结合，让自己不断的处于进步之中，尽自己的一份力，让社会的资源的到更好的利用，让这个行业的未来更加美好！致谢精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 14 页虽说我在课程设计这段的日子中遇到了好多自己难以解决的问题和困难。但在这次的课程的设计中，从不知道和处下手到这次的课程设计的圆满的完成，都是在陈嘉义和司小平等老师细心地指导和督促下，在自己的同学热心的帮助下，通过自己的努力最终克服所有的难题和困难，在这次设计过程中，司老师和陈老师能够在百忙中抽出时间，不厌其烦的帮我帮我解决遇到的难题，对老师的关爱和帮助表示强烈的感谢，在理论的知识的整理中，通过陈老师指导更好的解决自己难以解决的地方，同时对我们的授课老师陈嘉义老师表示感谢。首先，陈嘉义老师一个学期以来认真授课并指导我们实验，帮我打下了坚实的理论基础。在课程设计中，也帮助我理清思路，拟定格式，使我能够按时完成这篇设计。可以说，没有陈老师和李老师的耐心辅导与帮助，我很难在规定时间内完成这样一篇论文。我向老师表示由衷的感谢！同时，在此期间，我从我的室友和同学得到了很多帮助，帮助我找资料，为我解决难题，并在我身后一直支持我，鼓励我不要放弃继续努力！我也要他们表示感谢最后，再次感谢我所有的老师们和同学们，谢谢你们！参考文献精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 14 页1 蒋秀华 .现代电视机原理 M. 北京:高等教育出版社， 2008. 2 周红锴 .彩色电视进维修技术 M. 北京:北京理工大学出版社 . 2008. 3 裴 昌 辛 . 电 视 原 理 与 现 代 电 视 系 统 M. 西 安 : 西 安 电 子 科 技 大 学 .2009. 4 余兆明，余智 .数字电视原理 M. 西安:西安电子科技大学出版社,20095 冯镇业 . STR-F6656集成电源设计 M. 广州:中山大学出版社 ,2009. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 14 页