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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

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

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5~10mV。
（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130~260V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。

开关调整管
整流滤波

ｕ
２２０v

取样
脉宽调制

脉冲整形

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150~260V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④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100μA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t1t0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(90～270)VAC电压C909取(47～100)μF，R902取47kΩ～68kΩ是合适的，对窄电源（200VAC），R902可取82k～150k。在本例子中，当R902=82kΩ，C909=47μF，输入电压为90V时，其开机起动时间为1.3μs左右。

图2 1STRF6600系列方框图

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(≈50μs)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①脚OCP/FB端口。当①脚电压V1达到阈值Vth1≈0.73V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。
（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

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①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①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STRS6700和STRM6800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1.5μs(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DG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④脚上电压Vin在10V～16V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
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

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
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

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