第十一章 电视机电源电路.ppt

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1、第十一章 电视机电源电路 11.1串联型稳压电源串联型稳压电源 11.2 开关型稳压电源原理开关型稳压电源原理11.3 开关型稳压电源电路实例开关型稳压电源电路实例复习思考题复习思考题 11.1串联型稳压电源串联型稳压电源串联型稳压电源在黑白电视机和早期彩色电视机中应用较多,其工作原理已在电子技术课程中作过分析,这里仅简要地分析串联型稳压电源的工作过程。电路组成框图如图11-1,取样环节对输出电压Uo取样,然后与基准电压进行比较,得出的误差经放大后去调节电压调整管的导通程度,使输出电压Uo得到稳定。在36cm(14英寸)以下的黑白电视机中,输出电压Uo一般为12 V,视放、显像管等所需的中、高

2、压都是在行输出级由行逆程脉冲升压和整流滤波后供给。一些大屏幕黑白电视机和某些采用串联型稳压电源的彩色电视机Uo取值较高,直接作为行、场扫描电路的电源(有利于线性),而通道等其它电路的低压电源和显像管等的高压电源也由行输出级提供。图 11-1 串联型稳压电源框图图 11-2 东芝X-53P电视机稳压电源图11-2为东芝X-53P机芯彩色电视机采用的串联型稳压电源,输入未稳定直流电压为130 V,输出电压稳定在112V。调整管Q801采用高的NPN型硅功率管2SC1829,故可省去推动管。Q803为比较放大器,稳压管D805产生基准电压(约6.2 V),Q803基极电压由取样电路R805、R806

3、、R807和R851分压后馈入,调节半可变电阻R851可调整输出电压以达到112 V。电路的调节过程如下:若某种原因使输出电压Uo降低,则Q803基极电位降低,由于其发射极电位几乎不变,故Q803集电极电位上升,经D806等耦合使Q801导通程度加大,Q801管压降减小,从而补偿了Uo的减小。反之,若Uo上升,则调节结果使Uo下降。R813、R801等既是Q803的集电极负载,又为Q801提供偏置,关机后C806上电荷将通过R813、R801和R802泄放。R813、C811、R801和C807还构成RC滤波电路,使Q801基流的纹波更小,故输出端的滤波电容C810可用较小容量(仅3.3 F)

4、。R810与R811并联在调整管两端对其起分流作用,可降低调整管Q801的功耗。Q804与R812、R803、R814组成过流保护电路,R812是保护电路取样电阻,负载电流在其上产生压降R812,Q804基-射极间电压Ube4=U812-U803。正常输出电流状态U812较小,Q804截止当出现负截短路等情况时负载电流增大,U812也增大。当U812-U803 0.6 V时Q804导通,其集电极电流通过R813、R801、R804及D806使Q801基极电位下降,则Q801集电极电流下降导致输出电压、电流下降,Q801趋向截止时就无输出,从而保护了电路。输出端短路时,由于过流保护电路的作用使调

5、整管Q801电流突然减小,输出电压接近于零。这样,输入电压130V将全部加到Q801集-射极两端,流过R810、R811的电流很大,保险丝F803熔断,切断了Q801基极偏置,可防止稳压电路被损坏。由于输出端短路后无输出电压,为使Q804保持导通设置了R814支路,由它与R808、R809和D805等分压,确保Q804基极取得正向偏压。二极管D806起保护调整管的作用,避免当Q801截止时输出电容储存的电荷反向加在Q801的射-基极间,由于发射结反向耐压较低而被击穿。因此反向电压对D806反偏而使其截止,大部分电压就降在D806上,从而保护了调整管Q801。11.2 开关型稳压电源原理11.2

6、.1 并联型开关稳压电源组成开关型稳压电源按开关调整管的连接方式分类可分成串联型和并联型,两类电路在工作原理上基本相同,电压调整范围和工作效率也大致相同。并联型电路在可靠性和安全保护方面较串联型电路要好一些,所以目前多采用并联型开关稳压电源,本书着重分析此类电路。图11-3是并联型开关电源的方框图,交流市电经整流滤波后加到高频脉冲变压器初级,开关调整管串接脉冲变压器初级后并接在输入端。在行频脉冲作用下,开关管周期性地导通截止使初级未稳压的直流电源变换成了行频矩形脉冲,由脉冲变压器耦合到次级,再经整流滤波后就获得直流输出电压Uo。与串联型稳压电源类似,它也对输出取样,再与基准电压比较得出误差电压

7、,经放大后去脉冲调宽电路,以改变脉冲宽度的方式调整输出电压的大小。图 11-3 并联型开关电源组成框图开关型稳压电源按其激励方式分类,可分成他激控制式和自激控制式。他激式电路需附加一个振荡器来产生开关脉冲,开关脉冲作用于开关管使电源电路有输出,待电视机正常工作后可由行频脉冲作为开关脉冲,振荡器就可以停振。自激式电路是利用开关管、脉冲变压器等构成正反馈环路形成自激振荡,使开关稳压电源有电压输出,电视机正常工作时自激振荡受行频脉冲的同步,解决了开关电源的独立工作能力。自激式电源即使在行扫描电路发生故障时,电源电路仍能自激振荡而有直流电压输出,这对电视机的维修与调整是较为方便的。开关型稳压电源按稳压

8、控制方式来分,可分成脉冲宽度控制方式和频率控制方式两类。电视机中采用脉宽控制方式较多,其电源工作频率与行频同步(15 625 Hz),以改变开关管导通时间Ton的方法来调节输出电压使Uo稳定。频率控制方式则是保持开关管导通时间Ton(或截止时间Toff)不变,通过控制开关脉冲频率(周期),相应调节脉冲占空比使输出电压达到稳定。11.2.2 并联型开关电源工作原理脉冲变压器耦合并联型开关稳压电源在彩色电视机中应用较多,本节对这种电路作较详细的分析。其基本电路组成如图11-4(a)所示,V为开关调整管T又称为储能变压器),由于工作频率较高,故采用铁氧体材料的铁芯,同名端如图中所标VD为脉冲整流二极

9、管C是滤波电容器,也起储能作用 RL为电源的负载。电路的工作过程类似于行输出电路,设V为理想开关管,则电路的工作电压、电流波形如图11-4(b)所示。图 11-4 并联型开关电源基本电路及工作波形在t0t1期间,正脉冲作用到开关管V基极使其饱和导通,Uce=0,故初级线圈L1上电压为上正下负,(11-1)即 (11-2)上式中I1(0)由初始状态决定。由(11-2)式可见,初级线圈电流i1线性上升,脉冲变压器次级感应的电压UL2为上负下正,二极管VD截止。在开关管V导通期间,随着i1的上升,变压器中磁能增大,在t1时刻达最大值L1 I21m/2。当t1t2期间,负脉冲作用到开关管V基极,V截止

10、 初级感应电压为上负下正,i1=0。由同名端连接可知此时次级感应的电压为上正下负,二极管VD导通,脉冲变压器储存的磁能开始释放使电容C被充电并取得输出直流电压Uo。t-1时刻,忽略变压器损耗,初级所有能量转移到次级,则初、次级能量关系满足(11-3)由此可得(11-4)在t-1t-2期间里,次级电流i2从I2m开始线性下降,该电流的能源就是V导通时由变压器中储存的能量提供的。t2时刻,开关管又导通,二极管VD截止,脉冲变压器又储存能量。当然,次级能量并未耗完,又将转移到初级,使i1从I1(0)开始上升。在V导通、VD截止期间,负载所需的电流就由电容器C放电来供给。为讨论方便,我们仅看电路工作在

11、平衡状态以后的稳态情况。开关管V导通时脉冲变压器储存能量,设能量的增加量为W1 当V截止时二极管VD导通,脉冲变压器储存的能量被负载消耗,设能量减小了W2。平衡状态时一周期内增加的能量应与消耗的能量相等,即有W1=W2。因I1为脉冲变压器初级电流增加量,由(11-2)式可得(11-5(a)(11-5(a)(11-6)式中Ton为开关管V导通时间。同样,次级电流为线性下降的波形,I2为次级电流在开关管V截止期间(Toff)线性减小量,因此有由(11-5)式至(11-7)式可导得 上式说明,输出电压Uo与输入电压Ui成正比,与变压器匝数比成正比,与开关晶体管导通时间和截止时间比值Ton/Toff成

12、正比。调 宽 型 开 关 稳 压 电 源 受 行 频 同 步,即 周 期T=Ton+Toff=TH为64s是固定不变的,所以输出电压Uo通过控制Ton/Toff比值,即控制脉宽来调节。而保持Ton或Toff不变,改变T来调整Ton/Toff,这是频率控制方式的原理。从上述工作过程可以看出,开关管V和二极管VD是反极性激励方式,V导通时VD截止,而V截止时VD导通,电源Ui供出的瞬时功率是比较小的。另外,开关管仅工作在导通和截止两种状态,管耗很小,再加上脉冲变压器损耗也不大,故电源效率比串联型稳压电源高得多,可达8090%。并联型开关稳压电源有以下一些特点:(1)由于输出直流电压是依靠变压器初级

13、线圈L1所储存的能量提供的,故L1必须足够大(有足够的匝数)。若L1值太小,在开关管V导通时储存的能量就少,V截止期间供给负载的电流就会感到不足。下次导通时初级电流再从零开始上升,就使输出的纹波较大,电源特性变坏。当然,L1也不能太大,否则晶体管开关状态转换瞬间将产生很高的感应电压,容易使管子和电路元件损坏。(2)由于脉冲变压器使负载与输入电网隔离,可省去电源隔离变压器。(3)脉冲变压器的次级可有几组不同匝数的线圈,以获得几组不同数值的直流电压,并且可以是降压,也可以是升压。(4)开关晶体管所承受最高电压出现在从导通变为截止时刻,其值由输入直流电压Ui加上次级脉冲电压耦合到初级的值决定 (11

14、-9)开关晶体管的反向耐压必须大于Ucmax。11.3 开关型稳压电源电路实例一、电路的工作过程电路的工作过程如下:开关电路等效为一间歇振荡器,如图11-6所示。接通电源时,先由电源通过R910、R907、R908供给开关管Q901基极一个很小的正向偏置电流,使Q901开始导通而形成集电极电流Ic。Ic流过脉冲变压器T901初级,产生的感应电压为上正下负,则次级感应电压为上负下正。以3、4端而言,3为地,4为正。这个正电压经R902、R909和C908等回授到Q01基极,使基极电流大大增加,集电极电流也大大增加。这是一个强烈的正反馈过程,使开关管Q901迅速进入饱和状态。图 11-5 日立CT

15、P-236D电视机电源与此同时,二极管D906、D907处于反偏状态。Q901饱和后,加在初级线圈的输入直流电压使初级线圈电流按线性规律增大(储存磁能),而基极电流流过R902、R909和C908,对C908充电,极性如图11-7。此电压对基极是反偏的,故使Q901基极电位越来越低,基极电流越来越小。当C908上充的电压达一定值时,Q901脱离饱和进入放大区。图 11-6 开关电路等效图 图 11-7 脉宽控制等效电路 当Q901进入放大区,基极电流减小导致集电极电流Ic减小,初级感应电压变为上负下正,相应次级4端感应电压比地还负,通过R902、R909、C908反馈到开关管Q901基极,使Q

16、901基极电位更负,基极电流、集电极电流更进一步下降。这也是一个正反馈雪崩过程,使开关管Q901由饱和导通迅速转向截止。Q901截止后,C908上所充电荷通过R902、R909、T901次级3、4绕组和D905回路很快放完,再由未稳直流电源经R910、R907、R908向电容C908反向充电至基极电位为正时,重新有基流产生,形成正反馈使Q901饱和,进入下一周期振荡。开关管Q901截止期间,脉冲变压器T901次级7、8端的感应电压使D906、D907导通,贮存在T901中的磁能以电能形式向负载放电,并向贮能电容C909、C910充电。为了稳定开关重复频率和减小开关电路对图像的干扰,当行扫描电路

17、正常工作后,将行逆程脉冲经C912耦合至开关管Q901基极,叠加在原来的Ub上,使Q901提前导通,故开关管Q901将按行周期同步地工作。由于开关电路受行频同步,周期将是不变的,稳压过程只能通过控制开关管的导通时间Ton来调整输出电压。脉宽控制电路等效如图11-7所示,晶体管Q903相当于受误差电压控制的变阻器,它并联在开关管Q901基极,对Q901基极电流起分流作用。当误差电压使Q903 基极电位上升,则Q903集电极电流也上升,对Q901基极分流增大,Q901导通时间Ton就减小。充的能量少了,自然输出直流电压就减小。反之,Q903基极电流减小,则Q901导通时间Ton就增加,输出电压就上

18、升。电路的稳压过程如下:厚膜组件CP901封装了两个电阻和一个稳压二极管,输出的108 V电压经电阻分压后加到比较放大器Q902基极,稳压管产生的基准电压加到Q902发射极。若某种原因使输出电压升高,因稳压二极管两端电压基本不变,故Q902发射极电压的上升量大于基极电压的上升量,Ube2=Ub-Ue为负值,致使Q902(PNP管)基极电流、集电极电流增加,导致Q903基极电流和集电极电流也增大,Q903的分流作用增强而使开关管Q901导通时间Ton缩短,使输出电压减小。类似地,当输出电压降低时,电路也能自动调高输出电压。由此使输出电压达到稳定。二、保护电路对于开关稳压电源来说,实现过压、过流保

19、护是相当简便而有效的。此机的过压、过流保护电路由可控硅Q705、晶体管Q704和厚膜组件CP701(型号HM9102)等组成。行、场扫描电路工作在高电压、大电流状态,特别是彩色显像管的第二阳极电压高达25 kV左右。在这样高的电压下,容易产生X射线。但正常情况辐射的X射线很弱,不会对人体造成危害。若由于某种原因,例如行逆程电容容量变小,行扫描频率降低或者稳压电源故障引起行电路直流供电电压升高,将导致行输出高压增高。这一方面会损坏元器件,另一方面高压阳极电压的升高会使X射线的辐射大大增强,这对人体是有害的。因此,电源设有高压限制电路。一旦高压升高,行逆程脉冲幅度也按比例增大,经D705、C730

20、整流、滤波后使CP7011脚电压上升,2脚和3脚电压也跟着上升。当2、3脚分压值升高到使稳压二极管击穿,则将使Q704基极电压升高,发射极电压亦随之升高,可控硅Q705控制栅有正触发信号而导通(有的机型不用Q704,而是直接驱动可控硅Q705),108 V直流电压被短路(R720只有2.2),二极管D908由截止转为导通,使开关管Q901基极偏置电压降低,再加负载短路使T901的正反馈无法形成,则间歇振荡停止,开关电源不工作。图中的R714(10)是行输出管发射极电阻,R625(2.7)是OTL场输出PNP管集电极串的电阻。当行、场扫描电路电流过大时,将导致Q704基极和发射极电压上升,可控硅

21、Q705导通而使保护电路动作。R625是保险电阻,本身也会因电流太大而熔断。并联在整流二极管D906、D907上的电容器C911、C915和串联电感L904、L906等是为防止高频辐射而加的。C901作用也一样。图11-8是海燕CS37-2型彩色电视机电源电路。从结构上看,它仍是脉冲变压器耦合并联型开关稳压电源。它采用的是频率控制方式,间歇振荡频率不受行频控制和同步,其稳压作用是通过改变开关脉冲频率(周期)、即脉冲占空比来崐完成的。由于开关频率不受行频同步,所以一般选得较高,30 kHz左右。工作脉冲频率的提高可使脉冲变压器体积缩小,效率有所提高,并使滤波电路结构简单、效果更好。图 11-8

22、海燕CS37-2型电视机电源电路下面分析此电路的工作过程:Q901为开关调整管,Q904是误差比较放大管,Q903、Q902则构成频率调制控制级。电路的自激振荡过程如下:220 V交流电经D901D904桥式整流电路整流、C907等滤波而得到300 V左右的未稳定直流电压。此电压经脉冲变压器T901初级(、12绕组)加到Q901的集电极 它同时又经R908、R909、R904和L902等给Q901基极一个小偏置,使Q901开始导通,其集电极电流开始增长。此电流流经T901初级,便在次级激励线圈、10端感应得上正下负的电压,这个电压通过D909、C909、R906、L902和R904等正反馈到Q

23、901基极,结果使Q901迅速饱和导通。在此过程中,次级取样绕组、也感应出上负下正的电压,二极管D911截止,端的负电压通过电容C913耦合到Q903基极,则Q903、Q902都截止。同时,次级、绕组感应得上负下正的电压,D916也截止。Q901饱和导通后电源电压降在初级线圈两端,其集电极电流Ic呈线性缓慢增长。因为Ic近似匀速上升,故次级、10端的感应电压基本不变,则正反馈形成的基极电流也基本为一恒定值Ib。那么,当Q901集电极电流增到足够大Ic/=Ib时,管子就将脱离饱和进入放大区,Ic停止增长。而Ic的停止增长又使、10端感应电压消失,Ib迅速减小导致Ic随之减小。Ic的减小将使、10

24、的感应电压变为向上负下正,通过D907、D908、D906、L902、R904等作用到Q901基极,又使Ib大大减小,这个正反馈过程使Q901迅速截止。Q901截止期间,初级的储能转移到次级、和、等绕组,向负载和C918、C916等供电。与此同时,输入电源仍经R908、R909、L902、R904等向Q901基极提供电流而进入下一周期。这个电路要注意理解Q903、Q902对Q901工作状态的影响。前面讲过,Q901导通瞬间端感应得一负脉冲使Q903、Q902截止,但随着C913被充电(极性左负右正),Q903基极电位越来越高,导致Q903和Q902导通,经C910耦合使10端电压下降,Q901

25、基极电流提前减小而致集电极电流减小,出现正反馈使Q901截止。同时,10端负、端正的感应电压使D910导通,C910充上上负下正的电压也帮助Q901的截止。在输入电源经R908、R909等向Q901基极提供偏流的同时,也经R906、D907、D908等向C910反向充电(C910通过Q902放电)。随着Q901基极电位的升高,又进入使Q904导通的正反馈过程,端的负脉冲又使Q903、Q902截止。此时,、10端感应电压不能导通D910,故不对C910充电。综上所述,电路进入平衡工作状态时,Q903、Q902的导通将影响Q901的导通时间,对截止时间没有影响。所以改变Q903、Q902的导通时刻

26、就可改变开关脉冲的频率(周期或称占空比)来控制输出电压的大小。图 11-9 Q903基极电压波形 Q903导通时刻可用图11-9来说明,、端提供的负脉冲幅度变化较小,可认为恒定,设t0时刻经C914耦合到Q903基极,使Q903截止。随后,Q903基极电位将按电路的时间常数上升,在t1点Q903导通(图中曲线)。若Q903偏置电压比平衡时的工作点高,则基极电位将按的曲线上升,在t1点就导通,使Q901提前截止 反之,若Q903偏置比平衡工作点低,基极电位就按曲线上升,在t1点导通,Q901滞后截止。电路稳压过程如下:若输出电压升高,经D911整流后的电压也升高。由于稳压管D915管压降不变,故

27、Q904射极电压升高同样数值,而基极经电阻分压取得的电压上升量要小些,则Q904导通增强,其集电极电压上升使Q903基极偏置升高。按图11-9所示,Q903截止时间将缩短使Q901导通时间减小,T901储能减少而使输出电压降低。若输出电压变低,则作用过程相反而致输出电压升高。由此达到使输出电压稳定的目的。自动保护电路由D906、可控硅Q905和稳压管D913等组成,正常时它们处于截止状态。当输出电压超过允许值时,D913负极电压将大于6.5 V而导通,故可控崐硅Q905也导通。这样,D906导通使Q902发射极电位大大降低,Q901基极的启动偏置也被短路,开关管D901被迫截止,切断供电回路并也保护了开关管。复习思考题 11.1 试分析附图(一)4D8型电视机电源的稳压调整过程。11.2 开关型稳压电源与串联型稳压电源相比具有哪些特点 11.3 试用波形说明脉宽控制方式和频率控制方式两类开关电源的调节原理。11.4 试分析图11-5日立CTP-236D型电视机电源输出电压降低时电路的调节过程。11.5 画出图11-8海燕CS37-2型彩色电视机电源电路的框图。