基于FSDM0265RNB的機(jī)頂盒開關(guān)電源與檢修

　　摘要：FSDM0265RNB是美國(guó)飛兆半導(dǎo)體公司推出的單片開關(guān)電源集成器件，它將PWM控制系統(tǒng)的全部功能集成到了一塊器件中，介紹該器件的功能特點(diǎn)，詳細(xì)分析基于該器件實(shí)現(xiàn)的機(jī)頇盒開關(guān)電源原理，并分析了檢修實(shí)例。

　　關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù);開關(guān)電源(SMPS);脈沖寬度調(diào)制(PWM);機(jī)頇盒(STB)

　　1 引言

　　中、小功率開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化一直是各器件生產(chǎn)廠商的發(fā)展目標(biāo)，FSDM0265RNB是飛兆半導(dǎo)體公司的單片低功耗離線式開關(guān)電源集成電路。結(jié)合檢修機(jī)頂盒開關(guān)電源的實(shí)例，詳細(xì)分析該集成器件的性能特點(diǎn)和應(yīng)用原理。

　　2 FSDM0265RNB簡(jiǎn)介

　　圖1為FSDM0265RNB內(nèi)部功能框圖，它將PWM控制器、功率開關(guān)管及其驅(qū)動(dòng)電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路、保護(hù)電路等集成在一個(gè)器件中。該器件在電路設(shè)計(jì)上有許多獨(dú)特之處，有“綠色器件”之稱，其主要性能特點(diǎn)如下：

　　集成有擊穿電壓為650 V的抗雪崩“敏感場(chǎng)效應(yīng)管(Sense FET)”，內(nèi)置上電啟動(dòng)電路;

　　集成了過壓(OVP)、過載(OLP)和過熱等保護(hù)功能;

　　開關(guān)頻率典型值為67 kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍是O%～67%，調(diào)制可降低EMI;

　　超低待機(jī)功耗自動(dòng)間歇工作方式;

　　內(nèi)置軟啟動(dòng)電路和自動(dòng)重新啟動(dòng)電路;

　　具有遲滯回差的欠壓鎖定(UVLO)電路(啟動(dòng)、欠壓閾值電壓典型值分別為12 V和8 V)。

　　基于器件的上述特點(diǎn)，由其實(shí)現(xiàn)的開關(guān)電源電路的外圍電路較簡(jiǎn)單，只需外接交流整流濾波電路、高頻變壓器、反饋電路、初級(jí)箝位保護(hù)電路和次級(jí)輸出電路，特別適合制作小功率高性價(jià)比的開關(guān)穩(wěn)壓電源，可廣泛用作機(jī)頂盒、DVD機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀、攝錄像機(jī)等設(shè)備的電源。

　　該器件采用DIP-8封裝，引腳1為接地端，引腳2為電源端，引腳3為反饋輸入端，引腳4為開關(guān)管極限電流調(diào)整端，引腳5為肩動(dòng)電壓輸入端，引腳6～8為內(nèi)部開關(guān)管漏極。

　　3 機(jī)頂盒開關(guān)電源工作原理

　　圖2為DVB-C2000機(jī)頂盒開關(guān)電源原理圖，核心器件是飛兆半導(dǎo)體公司的FSDM0265RNB，采用典型的單端反激式設(shè)計(jì)方案，有5路直流電壓輸出，分別為31 V，±12 V，5 V和3.3 V。

　　3.1 電路啟動(dòng)與電壓穩(wěn)定輸出

　　電源剛通電時(shí)，由于功率開關(guān)管等尚未工作，無正常輸出，因此必須借助啟動(dòng)電路為器件提供工作電壓VCC，U1(FSDM0256RNB)內(nèi)部集成高壓電流源上電啟動(dòng)電路，220 V交流市電經(jīng)整流濾波后得到的300 v直流電壓，一路從U1的引腳5直接加到啟動(dòng)電路，通過內(nèi)部高壓?jiǎn)?dòng)電流源給引腳2的外接電容C5充電。當(dāng)VCC上升至啟動(dòng)閾值電壓12 V并經(jīng)過15 ms軟啟動(dòng)時(shí)間后，欠壓鎖定電路(UVLO)立即切斷高壓電流源的供電，內(nèi)部偏置電路接通，器件轉(zhuǎn)入正常工作，一旦功率開關(guān)管進(jìn)入正常開關(guān)狀態(tài)，自饋繞組3-4上所建立的高頻感應(yīng)脈沖電壓經(jīng)VD6、C5整流濾波后，就作為器件工作電壓，至此，啟動(dòng)過程自動(dòng)結(jié)束。電路正常工作后，各次級(jí)繞組上建立的高頻感應(yīng)脈沖電壓，分別經(jīng)整流濾波后輸出不同的電壓，為后續(xù)主板電路提供工作電壓。

　　電路工作中，只要U1引腳2的電壓不低于欠壓閾值電壓8 V，電路就鎖定在正常工作狀態(tài)，一旦引腳2電壓低于8 V，UVLO關(guān)斷內(nèi)部偏置電路，保護(hù)邏輯復(fù)位禁止開關(guān)管輸出，與此同時(shí)，高壓?jiǎn)?dòng)電流源接通，再次為引腳2外接電容充電，當(dāng)VCC回升到大于12 V時(shí)，器件又轉(zhuǎn)入正常工作，U1內(nèi)部自動(dòng)重啟動(dòng)電路作用，實(shí)現(xiàn)電源的自動(dòng)重啟。

　　電路使用TL431與PC817光耦構(gòu)成電氣隔離式穩(wěn)壓反饋電路，由圖2可見，反饋信號(hào)取自V0主輸出，當(dāng)某種原因?qū)е螺敵鲭妷篤0升高時(shí)，經(jīng)電阻R7、R8分壓取樣，TL431控制端電壓隨之升高，迫使TL431陰極電壓下降，經(jīng)光耦反饋使U1引腳3的電流增加，再經(jīng)U1內(nèi)部PWM比較器減小占空比，縮短開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，于是次級(jí)繞組儲(chǔ)能減小，使輸出電壓V0降低，反之亦然，總的效果是使輸出電壓V0保持穩(wěn)定。

　　PSDM0265RNB屬于電流控制型脈寬調(diào)制器，功率管的電流峰限值可通過其引腳4的外接電阻來預(yù)設(shè)，該電路未接，按其數(shù)據(jù)手冊(cè)，IPK為1.5 A。該器件在功率輸出級(jí)的電路設(shè)計(jì)上也頗具特色，使用了被稱為“敏感場(chǎng)效應(yīng)管(Sense FET)”的電流傳感式雙源極功率MOSFET，該MOSFET管兩源極S1、S2從設(shè)計(jì)上考慮，絕大部分漏極電流經(jīng)S1到地，很小部分經(jīng)S2流過檢測(cè)電阻RS到地，相比讓漏極電流全部流過檢測(cè)電阻的方案，減小了輸出級(jí)的功耗，提高了電源效率。另外，受高頻變壓器原邊繞組分布電容、副邊高頻整流管存在反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)的影響.功率開關(guān)管每次開通時(shí)都會(huì)因尖峰電流的流過而在RS上形成尖峰電壓，有可能使電流控制模式PWM控制出現(xiàn)誤操作，為此，器件內(nèi)部的前沿消隱電路可在功率管開通后封鎖PWM比較器一段短暫時(shí)間tLEB(最小值為200 ns)以克服上述參數(shù)的不利影響，保證開關(guān)電源的正常工作。

　　3.2 保護(hù)功能

　　電源一旦出現(xiàn)過壓、過載或過熱等故障，該器件立即進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)模式，功率開關(guān)管交替關(guān)斷或開通，直到故障消除，器件才脫離自啟動(dòng)狀態(tài)，恢復(fù)正常工作，過載保護(hù)是一種延遲保護(hù)，可避免瞬間過載引起的OLP誤操作。發(fā)生過載時(shí)，經(jīng)光耦反饋會(huì)引起FSDM0256RNB引腳3電壓升高，達(dá)到3 V時(shí)，U1內(nèi)部二極管VD0被阻斷，此時(shí)僅內(nèi)部5μA電流源給C4緩慢充電，充電達(dá)6 V時(shí)OLP動(dòng)作，開關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。C4電壓從3 V充到6 V的這段時(shí)間即為過載保護(hù)延遲時(shí)間，顯然C4的大小決定了這一時(shí)間的長(zhǎng)短。

　　過壓保護(hù)主要針對(duì)穩(wěn)壓反饋環(huán)路出問題時(shí)，造成輸出電壓過高而損壞二次側(cè)元件。最嚴(yán)重的情況是流經(jīng)光耦的電流為零，電路呈現(xiàn)“假過載”，此時(shí)功率管流過預(yù)設(shè)最大電流，在過載保護(hù)動(dòng)作前，過多的能量反激到輸出使各路輸出電壓過高甚至超過外接器件額定值，為避免此情形發(fā)生，當(dāng)引腳2電壓幅度超過19 V時(shí)，該器件內(nèi)部過壓保護(hù)電路啟動(dòng)，開關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。

　　該器件內(nèi)部集成有過熱檢測(cè)器，當(dāng)器件內(nèi)部溫度達(dá)到140℃，過熱保護(hù)電路動(dòng)作，開關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)。由C3、R2、VD5組成的初級(jí)保護(hù)電路，用來吸收該器件內(nèi)部開關(guān)管截止瞬間，因高頻變壓器初級(jí)繞組存在漏感而產(chǎn)生的尖峰電壓，保護(hù)內(nèi)部的功率開關(guān)管。

　　4 開關(guān)電源故障檢修

　　故障現(xiàn)象：機(jī)頂盒開機(jī)后，顯示窗口的紅燈有規(guī)律閃動(dòng)，4位數(shù)碼管閃動(dòng)顯示8888，綠燈不亮，經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間后機(jī)器才正常工作。

　　故障檢修：從故障現(xiàn)象看，初步懷疑是電源供電問題，為了排除后續(xù)主板發(fā)生故障的可能性，先拔掉開關(guān)電源板與主板連接的排捕，通電后測(cè)量主輸出電壓K0，發(fā)現(xiàn)只有1 V左右，而且讀數(shù)跳動(dòng)，V1為9～lO V。結(jié)合整理到的電路原理圖和后續(xù)主板所用電源電壓分析斷定問題就m在電源，且與主輸出和反饋電路有關(guān).決定從易壞的電解電容入手，經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)電解電容的頂部突起，幾經(jīng)替換，最終確定故障是電容C8漏電所致。

　　5 結(jié)語

　　機(jī)頂盒是常見的家用電器，不用時(shí)遙控關(guān)機(jī)可能是大多數(shù)人的習(xí)慣，殊不知機(jī)器內(nèi)部的開關(guān)電源一直處于工作狀態(tài)，長(zhǎng)期如此，電路元器件會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間工作而老化以致引發(fā)故障(如電解電容漏電失效)，所以不用時(shí)要養(yǎng)成切斷電源的習(xí)慣。