T03开关稳压电源电路原理

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T03开关稳压电源电路原理

作者：power 来源：网络点击：日期：2007-09-03

T03开关稳压电源电路原理
    大屏幕彩色电视机的开关稳压电源和中小屏幕彩电开关电源比较有许多不同。例如，电源供给功率增大，要特别重视提高电源效率；一般要求对市电的适应范围要为110～260V，频率50HZ或60HZ均适用，为了和录像机、影碟机，卫星接收机等AV设备连接，要求机芯为冷底板设计；具有良好的过流、过压、短路等保护功能，使用更安全可靠；开关电源工作频率高于行频一般可在16～76KHZ，这样可减小开关变压器的体积和滤波电容的容量。
      T03型机芯采用自激式并联型调频一调宽开关稳压电源，可为整机提供250W以上的功率，对市电的适应范围宽，在交流电压90～270V、频率5HZ或60HZ情况下均能正常工作。机芯采用冷底盘设计，由开关变压器和光电耦合器隔离，使用和维修安全，该机保护功能齐全，设有过压、过流、欠压、负载短路、防“开机冲击电流等保护电路，一旦出现故障，开关电源停止工作，故障范围不致扩大，起到保护作用。
    T03机型有一个显著的特点，就是将主机开关电源与遥控系统待机电源合二为一，待机工作时，主电源为低频间歇振荡，工作在小功率欠压输出状态，经稳压后为遥控系统提供待机工作电源，从而去掉了遥控系统待机电源电路。一般彩电遥控电源电路是一组单独的电源电路，主电源的通断受遥控电源电路的控制。T03电路这样设计，既降低了电源电路的成本，也消除了遥控待机电源因稳压范围不够造成不能适应市电波动范围大的弊端。不过，该机电源电路结构比较复杂，分析和调试都比较严格，稍有不当，电路就不能正常工作。
    一、开关稳压电源的组成
    开关稳压电源主要由输入整流电路、开关变压器、开关调整管、脉宽调制、待机控制及各种保护电路等组成。  开关稳压电源经次级整流、滤波后，提供以下电压：
    二、开关稳压电源整流电路
      1、整流滤波电路
    接通电源开关S501后，输入交流220V经保险丝管F501，进入由T501、C501、C502组成的第一组共模低通滤波器，所谓“共模”是指T501两个绕组的绕向一致，流过两个绕组的电流相位相反，对进线端的双线对称干扰形成的磁场相互抵消。这样，即使对非对称高频干扰，亦有很好的抑制作用。R501是以C501的泄放电阻，以避免电源插头拨下后在C501上有残留电压。  T502、C530、C599、C531、c504～C507组成第二组共模低通滤波器，其作用仍在于提高电源的抗干扰能力。采用两组共模滤波器，可防止电网各种谐波干扰进入电视机，又可防止开关电源产生的高次谐波对电网的污染。
    滤掉干扰后的交流220V市电，经R504进入全波桥式整流器VD501，经全波整流和C508平滑滤波，在C508两端得到约300V不稳定电压经开关变压器T503向开关调整管V509供电。
    由于C508  （330UF  ／  450V）的容量很大，在开机瞬间有很大的涌浪电流，可能损坏整流器VID501，因此接入了由R504、R506组成的限流电路。在电源稳定工作后，整机电流要通过R504和R506造很大的功率损耗，使电源效率降低。为此，在限流电路中增加了由继电器、V501组成的限流控制电路，继电器的一对常开触点并接在R504两端。开机瞬间，继电器不工作限流电阻R504接入整流电路，起到限流的作用：在电源稳定工作后，开关电源VD517、C527整流滤波，在电容C527两端有电压约12V，使V501饱和导通，继电器线包得电，继电器常开触点闭合，将R504短路，减少了电源的功率损耗。
    2、消磁电路
    彩色显像管的荫罩受到地磁场或机外杂散磁场的影响时，会使彩色图像出现异常，因此彩色电视机都设有自动消磁电路。消磁线圈和具有正温度系数的热敏电阻R503组成消磁电路。刚开机时，  R503冷电阻很小（约为12～18Ω），流过消磁线圈的电流很大，产生很强的磁场，同时电流也流过R503，使R503温度上升，其阻值逐渐增大，电流逐渐减小，磁场逐渐减弱起到消磁的作用。
    三、开关稳压电源的工作原理
    1、自激振荡电路
    T03型开关稳压电源的自激振荡简化如图：
在接通电源开关S501时，经整流滤波后的不稳定直流电压Vi（约300V）经开关变压器T503初级绕组（6）一（1）加到开关管V509的集电极，同时通过启动电阻R517给V509提供一个很小的基极电流Ib，使V509进入放大状态。其集电极电流Ic经T503的（6）一（1），当电流1c增大时，在绕组（6）一（1）上产生（6）端为正，（1）端为负的反电动势V1，反馈绕组（7）一（9）上产生（9）端为正（7）端为负的感应电动势Vp，此感应电动势Vp经R520、C514反馈到V509的基极，使基极电流Ib增大，于是电路产生如下反馈过程：
Ib     Ic     VI    Vp

正反馈
    开关管V509进入饱和状态。由于绕组（6）一（1）的电感效应，电流Ic不可能突然变大，而按非线性增大，在这过程中，向稳压电路提供能量，并以磁能的形式贮存于变压器T503中。与此同时，变压器T503次级绕组感应电动势（12）端为正（15）端为负，使二极管VD521反向截止，次级无输出。
    在V509饱和导通期间，反馈电压继续通过R520、C514和V509的基一射极对C514反向充电使C514下端电压越来越高，上端电压越来越负，  v509基极电流Ib逐渐减小，当Ib减小到使开关管V509退出饱和区而进入放大状态时，基极电流Ib又恢复对集电极电流Ic的控制作用，电路发生反向变化的正反馈过程：
Ib     Ic     VI    Vp

正反馈
正反开关管V509很快进入截止状态。在V509截止期间，  T503初级绕组（6）一（1）上产生（6）端为负（1）端为正的反电动势V1在反馈绕组（7）一（9）上产生（9）端为负（7）端为正韵感应电动势Vp。次级绕组（15）一（12）上产生（12）端为负（15）端为正的感应电动势v2，使整流二极管VD521正偏导通，把原来贮存在变压器初级绕组的能量转移给负载并给电容C546充电（贮能）。如果V509再次导通，  VD521截止，电容C546向负载放电，负载上便可得到平滑的直流电压VO。
    在开关管V509截止后，输入直流电压Vi和反馈绕组（7）一（9）改变方向后的感应电动势，经R517、R520、C514充电，使V509基极电压按指数规律上升，当C514充电到基极电压达到基一射极导通阀值电压时，  v509再次饱和导通，电路完成一个周期的变化。如此周而复始，形成自激振荡。
    由以上分析可知，V509的导通时间Ton由C514的放电时间常数决定，而V509的截止时间Toff由C514的充电时间常数决定因此电路的自激振荡周期 T＝Ton十Toff。
    对变压器耦合并联型开关电源，设T503初级绕组（6）一（1）的匝数为n1，次级绕组（15）一（12）的匝数为n2，反馈绕组（9）-（7）的匝数为n3，则不难得到如下关系：
    （1）Vp=n3Vl／nl≈n3Vi／n1
                Ton       n2         δ       n2
      （2）Vo= ———— ? —— ? vi = ———— ? —— ? vi
               T一Ton    nl        l一δ     nl
    正反馈电压vp和输出电压vo均与整流后的输入直流电压vi有关，如交流电网电压为90～280V，整流后的直流输入电压vi为118~367V，从最小值到最大值相差3倍。显然，开关管激励电压VP变化3倍，其基极激励功率会相差9倍，给设计带来困难，如果在最小值满足驱动要求，当电压上升到最大值时，会使开关管饱和，出现过激励现象；若最大值满足驱动要求，当电压下降到最小值时，激励功率不足，开关管便不能可靠饱和。
    从稳压性能看，由（2）式可知，当输入直流电压vi变化时，为了保持输出电压Vo稳定，可采用频率一脉宽控制方式，即在控制开关管激励脉冲宽度Ton的同时，也使激励脉冲频率f＝1／T随之变化。如果V。＝115V，设开关变压器变比n1:n2=2.5，当交流电网电压为90v时，可算出激励脉冲占空比δ=Ton/T=0.71;当交流电网为280V时，占空比δ=0.44.如此宽的占空比调节范围，仅靠R520、C820正反馈口路是难于实现的。
     为了解决上述两方面的问题，T03型电源电路中，设计了由T503（9）~（7）绕组、R511、V502，VD509组成的正反馈回路，V502是一个射极跟随器，其集电极电压取自T503附力绕组（8）-（7）经VD506整流所得电压，见图。
当市电交流电压低于160v时，整流后的直流输入电压vi较低，反馈电压Vp也较低。这时,不能用减小R520的阻值或增加T503正反馈绕组（9）-（7）的匝数来提高开关管基极激励电流，否则，市电电压升高时，会出现过激励现象。T03电源电路中，当市电电压较低时，T503正反馈绕组（9）-（7）除通过R520、C514向开关管V509提供正常激励电流外还通过R511、V502向V509提供激励电流，保证在低输入电压时开关管对正反馈量的要求。使激励脉冲宽度不变，输出电压不变。
    当市电交流电压升高到大于160V时，整流后的输入直流电压vi逐渐升高，正反馈电压Vp也逐渐升高。当T503正反馈绕组（9）一（7）的脉冲电压Vp高到一定程度时，  V502基一射极间的稳压管vD509被击穿，  v502基极电压被钳位于VD509的稳压值（稳定电压Vz = 7.5V）。如果市电交流电压继续升高，正反馈脉冲幅度超过7.5V（p-p），由于VD509的钳位作用，  v502基极电压不再受T503（9）端输出的反馈脉冲控制，失去正反馈作用。这时，V502射极电流以保持恒定，电流大小由R510决定，  v502射极电流流入开关调整管V509的基极，实现开关管的恒流激励，保证输出电压稳定。
    2，脉宽控制电路
    脉宽控制电路的作用是控制开关调整管激励脉冲的宽度，改变开关管的导通时间，使输出直流电压自动趋于稳定。
    T03型机电源稳压脉宽控制电路如图。它主要由脉宽控制管v508，误差电压取样放大器N505和光电耦合器N501等组成。
    采用变压器耦合的开关电源，误差电压取样电路有直接取样，间接取样和光电耦合取样等各种形式，它们各有优缺点。T03型机采用行扫描输出电路所需电压十117V端取样，通过光电耦合送人脉宽控制管，这种方式既实现了直接取样，瞬态响应速度快，稳压性能好，又采用光电耦合器件隔离，使电视机除开关电源底板外均不带电，安全性能好。近期生产的彩电开关电源，常采用这种方式。
    ＋117V电压进入取样误差放大器N505。N505内部电路包含R1、R2取样电路，  R3、DZ基准电路，比较放大器Q等。电路连接后，Rl和R2组成误差取样电路。（见图2）
下面介绍脉宽控制电路的工作过程。

当市电交流电压升高或负载电流减小使输出电压Vo升高时，经取样电阻分压后，使N505内部三极管Q的基极电压升高，和Q管射极基准电压比较后，Q管Ube电压增加，使Q管Ib、Ic增大。Ic的增大使光电耦合器N501的发光二极管电流增大，结果使N501内光敏三极管射极电流增大。V507因基极电流增大而使集电极电流增大，使R521两端压降增大，  V508进一步导通，由于分流增大使V509基极电流减小而提前截止，结果是V509导通时间Ton变短。变压器T503初级的储能相对减小．输出电压Vo也相应降低，达到自动稳定输出电压VO的目的。
    反之，当交流电压降低或负载电流增大使输出电压Vo降低时，便自动调高输出电压，保证输出电压稳定。
    3、直流电压输出
    在开关调整管V509截止期间，开关变压器T503次各独立绕组产生反电动势，将此高频脉冲整流、滤波后输出各路电压。
    开关变压器T503次级绕组（15）一（12）上的脉冲电压经VD521整流、C546滤波，产生斗117V直流电压；绕组（10）-（12）上的脉冲电压，经VD522整流、C547滤波，产生＋14.5V的直流电压；绕组（11）～（12）的脉冲电压，经VD523整流C548滤波，产生十10V的直流电压绕组（18）-（16）上的脉冲电压，经VD520整流C544滤波，产生十28V直流电压。
    4、待机／开机工作
    T03型机待机工作状态遥控系统所需十5V电源，直接由工作在低频间歇振荡状态的主电源提供，从而省去了待机辅助电源系统。开关稳压电源待机／开机两种状态受遥控系统CPU  TMP87C36控制，按一下遥控器“POWER”键，CPU  （34）脚输出电源“0N／  OFF”控制电压，控制电源待机／开机。
    开关稳压电源待机／开机控制电路如图。
当CPU  （34）脚输出“0N／OFF’’控制电压为十5V高电平时，开关稳压电源为待机工作状态。待机控制电路由两路组成，一路是由V573，  V525，N502，  V503，  V505，  V506，  V508组成；另一路是由V573，  V524，  V523，V522，  V521，  N501，  V507，  V508组成。待机工作时，  CPU（34）输出高电平→V573截止→V525，  V524截止→N502发光二极管导通→N502光电三极管导通→V503导通→V505导通→V506导通→V508进→导通分流→V509提前截止→输出电压下降在待机状态。
由于输出电压十117V下降较大，  N505误差放大器截止，己失去对电源的控制作用，  ＋28v虽然也在下降，经R559，  VD526和R560分压，使v523基极电压下降，  V523，  V522组成差动比较放大器，如果V523基极电压下降而导通饱和，  V522截止，使V521，  N501，  V507均截止，经R508的分流减小，使V509导通，开始振荡。由于V509导通，又使输出28V端电压升高，经R559，  VD526，  R506分压，使v523基极电压升高而截止，  V522导通，使V521，  N501（光电耦合），  v507均导通，  R521两端压降增大，  V508进一步导通，分流作用增加）使v509基流减小而提前截止，结果又使输出电压降低。如此周而复始，开关电源便工作在低频间歇振荡状态。
    由于开关管v509导通时间Ton减小，输出电压降低，稳压电源工作在欠压轻载输出状态。＋28v输出电压降到15V左右，经N504二次稳压得＋5V一1电压，供遥控系统CPU，存贮器，接收器等作待机工作电源，十117V输出电压降到65V左右。
    在待机工作时，由于V525截止，集电极输出高电平使V575饱和导通，  v576截止，射极电压为0V，使TA8880CN（5）行振荡电路因无10V供电而停止振荡，行扫描电路停止工作。
    当CPU（34）脚输出控制电压为0V低电平时，开关稳压电源为开机正常工作状态，由于CPU（34）脚输出低电平，V573饱和导通，射极输出＋5V一1使v524、V525饱和导通，V525集电极为低电平，使N502、V503、V505、V506均截止，第一路待机控制电路不工作，解除待机状态。同时，V524饱和后，供v523饱和，v522截止，V521也截止，第二路待机控制电路对开关电源正常工作也无影响。开关电源正常工作的脉宽控制稳压电路，由+117V取样，经N505、v507、v508来完成。开关电源正常工作后，为整机各路提供稳定的直流工作电压。
    在开机正常工作时，由于V525饱和，集电极输出低电平，使v575截止，v576导通后，由射极输出约10V电压，加到TA8880（5）行振荡电路，输出行／场激励脉冲，使扫描电路正常工作。
    四、保护电路
    开关稳压电源和行扫描电路都工作在高频、高压、大电流的条件下，需要加入各种保护电路，一方面保护开关电源本身不致因过压、过流而损坏，同时也避免因开关电源故障而损坏其他功能电路。
1、过压保护电路
过压保护电路的作用是在输入市电交流电压超过280V或稳压电源脉宽控制系统失灵而稳压电源输出电压升高时，使稳压电源电路停止工作，从而保护稳压电源或负载电路，防止过压损坏。
    T03型机过压保护电路如图
    开关稳压电源正常工作时，开关变压器T503（7）一（8）绕组的脉冲电压，经D506整流、C510平滑滤波成6V左右电压，作为待机控制系统。恒流激励的工作电压和过压保护的取样电压。当输入市电交流电压超过280V或脉宽控制系统失灵时，开关电源各组输出电压会升高。开关变压器T503（8）一（7）绕组上脉冲电压升高，  VD506整流，  C510滤波后所得直流电压也会升高，当此电压超过9V（VD507的击穿电压为8.2V）时，  VD507被击穿，  V504基极正偏而饱和导通，使v509的B一E结短路，开关管V509停止自激振荡，输出直流电压全部为0V，起到过压保护作用。当市电交流电压恢复正常或脉宽控制系统恢复正常时，C510两端电压下降，VD507截止，使V509自激振荡恢复正常，电源输出电压才能正常工作。
    2、启动保护电路
    T03型机专门设置了启动保护电路，又称为软启动电路。开关电源在开机瞬间，由于输出电压来不及建立，稳压脉宽控制电路不能迅速进入正常工作状态，此时开关管往往工作在失控状态下，开启电流很大，由于导通损耗大，很容易损坏开关管。为此，在开关电源中设置了VD508、L502、C513、R518组成的启动保护电路。
    在开机瞬间，输出电压Vo和C510上的取样电压均来不及建立，主、副两路脉宽控制电路来不及进入正常工作，  v509处于失控状态，但开关变压器T03（7）～（8）绕组上的脉冲电压，经VD508整流，迅速对C513充电使V504导通，从而使V509进入受控状态，限制每次开机时开关管V509导通时间不致过长，使稳压电路能迅速进入工作状态。
    彩电中电源的开关管是最容易损坏的元件，开关管饱和导通时电流很大，而截止时集电极反峰电压很高，开启导通损耗都很大。
    为了吸收集电极出现的尖峰高压，该机中接人了C516、C520、C5门、R530等吸收回路。
      3、过流保护电路
    开关电源在开机瞬间，流过开关管的冲击电流较大，过流保护电路的作用是限制流过开关管的电流，防止开关管因过流而烧坏。
    对于自激式开关电源，如次级负载过流，会使开关变压器初级阻抗降低，正反馈量自动减少，使自激振荡停振，所以自激式开关电源次级负载短路有自动保护功能，过流保护电路一般设在初级。
    T03型机开关稳压电源过流保护电路。
    过流保护电路主要由过流检测电阻R525、R526和控制管V506组成。V506基极接人两种偏置电压：一是开关管V509射极电流在检测电阻R525、R526上产生的压降（该电压最大不超过VD511的稳压值5.6V），此电压对v506构成正向偏置；二是T503（9）-（7）绕组的脉冲电压经VD517整流、C527滤波产生的一12V电压，经R527、R524分压为V506提供反向偏置电压。正常工作时，开关管V509射极电流没有超过允许值，检测电阻R525、R526上的压降小。V506因反偏电压大于正偏电压而截止，对电源正常工作影响。在开机瞬间或脉宽控制电路失灵时，开关管V509射极电流急剧上升，检测电阻R525、R526上的压降迅速增大，而VD517整流，C527滤波产主的一12V电压还来不及建立，因此，V506因正偏电压太于反偏电压而导通，使V508导通，分流作用增强，使V509被限流或提前截止。当VD517整流、C527滤波产生12V电压以后，同时检测电阻上的压降也因冲击电流减小而减小，  V506因反偏电压大于正偏电压而截止。v508的分流作用只受脉宽控制电路V507控制，电源进入正常工作状态。
      4、欠压保护电路
    欠压保护电路的作用是在输入市电交流电压低于开关稳压电源额定最低工作电压时，欠压保护电路动作，开关电源停止振荡，起到电源自身保护的作用。
    T03型机开关稳压电源欠压保护电路如图，它主要由V510、V507组成。
      T03型机开关稳压电源的稳压范围较宽，输入市电交流电压额定范围为90～280V，经整流滤波后送人稳压电路的直流电压Vi约为126～392V。机器在正常电压范围内工作时，直流电压Vi经R533、R534分压给V510的基极电压较高，V510截止，对电源电路元影响。当输入交流电压低于90V时，整流滤波后的直流输入电压Vi低于126V，根据叠加原理，经R533和R534分压，求得A点电压：

         R534                   R533
Va = ——————— × Vi ＋ ——————— ×（一12V）
      R534 ＋ R533          R533十R534

    由于Vi低于126V，求得Va为V510基极电压，低于发射极电压，使v510导通，因此V507＼V508导通，分流作用增强，  V509基流减小而截止，开关电源停止振荡，起到保护作用。
    5、负载过载保护电路
    虽然自激式开关稳压电源本身具有负载过流自动保护功能，但T03型机仍在供电电路中设置了负载过载保护电路，如图：当某路负载电流过大时，电源立即停止工作，起到过流保护作用。
    （1）＋117V负载过流保护电路
    十117V电压行扫描输出级电路。当行输出级电路出现故障电流过大时，检测电阻R368上的压降增大，使V360饱和导通，稳压管VD362被击穿导通，在R361上产生触发电压，使可控硅VD360控制栅极触发而导通，等效于R360下端接地，使V574饱和导通，  ＋5V-1经V574集电极加到V573的基极，  v573截止，从而使V525、V524截止，电源相当处于待机工作状态。如前所述，控制过程分为两路：一路是V524截止→V523截止→V522导通→V521导通→N501导通→v507导通→V508导通→V509截止；另一路是V525截止→N502导通→v503导通→V505导通→V506导通→V508导通→V509截止。由于V509截止，开关电源停振，输出电压均为0V。另外V525截止→V575饱和导通→v576截止，切断TA8880CN行振荡的供电，无行／场励脉冲输出，扫描电路停止工作。可见。负载短
路保护电路，不仅保护了电源电路，也使扫描电路的故障不致扩大。
    （2）  ＋28v负载过流保护电路
    ＋28V电压主要供场扫描输出级电路。当场输出级电路出现故障而电流过大时，检测电阻R371上压降增加，使V301饱和导通，稳压管vD363被击穿而导通，可控硅VD360导通，V574饱和导通，V573截止，从而使v524、v525截止，控制过程与上述相同，开关稳压电源停止工作。
    （3）＋16V过压保护电路
+16V电压由行输出变压器T302（9）～（4）绕组脉冲电压经vD306整流。C312滤波得到，当此电压超过VD361的击穿电压16V时，vD361被击穿导通，可控硅VD360触发导通，同样V574导通，V573截止，v525、v524截止，控制过程同前。防止因此电压过高造成扫描速度调制电路故障，引起行输出级电流过大而损坏。
（4）  ＋10V短路保护电路
十10V电压负载短路时，VD527、VD528导通接地V574饱和导通，V574饱和导通，  V573、V525、V524截止，控制过程同前，使开关电源停止工作，达到短路保护目的。

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T03开关稳压电源电路原理

作者：power 来源：网络 点击： 日期：2007-09-03

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