準(zhǔn)諧振模式開關(guān)控制器在電視機(jī)電源中的應(yīng)用

開關(guān)電源應(yīng)用在電視機(jī)中已經(jīng)有多年的歷史。為了方便電視機(jī)設(shè)計(jì)人員，半導(dǎo)體生產(chǎn)商不斷推出高集成度低待機(jī)能耗的開關(guān)控制器。安森美半導(dǎo)體新推出的NCP1207就是很好的例子，它的主要優(yōu)點(diǎn)如下文所述。

動(dòng)態(tài)自供電 (DSS)
傳統(tǒng)開關(guān)控制器必須在高壓直流軌線與其Vcc之間連接一個(gè)電阻以便于啟動(dòng)。憑借專有的高壓技術(shù)，NCP1207的高壓引腳可以直接連到高壓軌線上，不但確保了簡(jiǎn)潔、無損耗的啟動(dòng)序列，而且可以不依賴輔助繞組而工作。當(dāng)次級(jí)重構(gòu)引起輔助繞組損壞時(shí)，DSS是非常有用的，它維持了NCP1207的Vcc供電，從而讓該IC保持了電視機(jī)內(nèi)的mP或MCU的正常工作電壓。

準(zhǔn)諧振工作
NCP1207有一個(gè)退磁引腳用于檢測(cè)變壓器磁芯的復(fù)位。一旦退磁信號(hào)低于50mV，經(jīng)過適當(dāng)?shù)难舆t，在漏電壓最低處(漏極振鈴波形的波谷)功率MOSFET便開啟。此外，在MOSFET漏和源之間可以加上一個(gè)電容，也不會(huì)造成很大的損耗。添加的電容降低了MOSFET開關(guān)的dV/dt值，減小開關(guān)噪聲對(duì)屏幕的影響。

跳躍周期工作
在輕負(fù)載時(shí)NCP1207以跳躍周期工作，因此它能達(dá)到市場(chǎng)上最嚴(yán)格的待機(jī)能耗的要求。一旦電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，控制器將跳過幾個(gè)開關(guān)周期但仍然保持閉環(huán)調(diào)整。由于跳躍周期是在低初級(jí)峰值電流時(shí)出現(xiàn)，可以控制音頻噪聲在非常低的水平。為了進(jìn)一步降低音頻噪聲，可以修改反饋環(huán)路，使NCP1207工作在受控的突發(fā)脈沖狀態(tài)。

過壓保護(hù)
假如光耦合器或反饋回路受到破壞，輸出電壓將會(huì)達(dá)到危險(xiǎn)值。在功率MOSFET關(guān)斷4.5ms后，NCP1207通過采樣退磁信號(hào)檢測(cè)到過電壓。延遲時(shí)間保證了退磁信號(hào)出現(xiàn)明顯的平臺(tái)，并真實(shí)反映輸出電壓的狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)過電壓，控制器將進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)間的閂鎖狀態(tài)，等待用戶拔掉電線插頭，重新啟動(dòng)變換器。

過載及短路保護(hù)
通過連續(xù)監(jiān)測(cè)反饋線路的電壓值，NCP1207在電源出現(xiàn)過負(fù)載或短路時(shí)馬上進(jìn)入告警狀態(tài)，并保證系統(tǒng)不出現(xiàn)損害性的熱失控現(xiàn)象。一旦故障排除，電源將回復(fù)到正常工作狀態(tài)。

電路描述
圖1描述NCP1207應(yīng)用于29英寸彩電底盤中的實(shí)用電路。可以看到，控制器周圍的元件數(shù)目非常少。變壓器的初級(jí)電流循環(huán)始終由讀出電阻R9監(jiān)控，阻止了大于1V / 0.22W的峰值電流流入變壓器。假如出現(xiàn)故障，內(nèi)部的電流比較器能夠在小于100ns(典型值)快速反應(yīng)，為異常情況提供很好的保護(hù)。跳躍周期電平值可以根據(jù)系統(tǒng)要求通過R10方便地調(diào)節(jié)。在引腳1和地之間加入電容C5是為了在磁芯復(fù)位檢測(cè)時(shí)引入一個(gè)小延遲。這個(gè)延遲確保完善的波谷切換，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。
在正常的情況下，+B輸出電壓由NCP1027來調(diào)節(jié)。輸出電壓反饋是由TL431 (U5) 通過光耦合器U2來提供的。此時(shí)齊納二極管D10和D11是不起作用的。輸送給電視機(jī)mP 或者 MCU 的+5V輸出電壓是由L2繞組來保持，而NCP1207的Vcc則由輔助繞組提供。由于+B的電壓通常在100V到140V左右，L1的匝數(shù)要比L2多得多。此處便于解釋，其它的輸出繞組就省略了。
當(dāng)mP或者M(jìn)CU接收來自遙控裝置的待機(jī)信號(hào)時(shí)，它會(huì)關(guān)斷晶體管Q3。這時(shí)候二極管D9便不能保持正偏。在每一個(gè)反擊周期，L1繞組的快速上升電壓沿通過R11和C11產(chǎn)生柵極觸發(fā)信號(hào)使X1導(dǎo)通。然后＋5V輸出從L1而非L2上獲得能量。由于次級(jí)繞組重構(gòu)做成匝數(shù)比的改變，所有的輸出電壓除了＋5V外都下跌。同樣地，輔助饒組的電壓值下降到原值的幾分之一。由于NCP1207有DSS功能, NCP1207仍然向次級(jí)提供電源。這時(shí),L1繞線的所有能量都被＋5V的輸出“搶走”，＋B電壓下落到非常低的值，TL431的陰極引腳處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。反饋環(huán)路通過12V齊納管D11完成，電容C12被調(diào)節(jié)到大約13V。在這種輕負(fù)載的情況下，NCP1207自動(dòng)進(jìn)入跳躍周期模式來減少待機(jī)能耗。至此電視機(jī)電源完滿地進(jìn)入待機(jī)工作狀態(tài)。根據(jù)變壓器結(jié)構(gòu)的不同以及mP消耗電流的大小，可能聽到很小的噪聲。為了進(jìn)一步壓制噪聲，可以添加一個(gè)由D10、R14、R17、C13和Q2組成的滯后發(fā)生器。這個(gè)電路周期性地驅(qū)動(dòng)一個(gè)大電流通過光耦合器并制止NCP1207的切換。
Q3開啟時(shí)，電視機(jī)重新進(jìn)入正常模式?？煽毓?X1不能再導(dǎo)通，電源進(jìn)入啟動(dòng)序列。+B電壓慢慢升高直至達(dá)到額定電壓。
欠壓保護(hù)電路
所述的電視機(jī)電源電路在90~270VAC范圍內(nèi)正常工作，并且可以經(jīng)受住大多數(shù)的系統(tǒng)故障。一個(gè)需要考慮到的情況是電力不足，交流輸入電壓超低的情況。與固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)架構(gòu)不同的是，準(zhǔn)諧振模式控制器沒有最大占空比的保護(hù)。在很低的交流輸入電壓下，會(huì)使MOSFET開啟時(shí)間變得很長(zhǎng)。在這種狀態(tài)持續(xù)情況下，功率MOSFET有可能處于電過載的狀態(tài)。加入一個(gè)低電壓保護(hù)電路可以大大地增強(qiáng)電源的可靠性。
圖3為加入選用的欠壓保護(hù)電路在內(nèi)的最終電路。R1和R2設(shè)置成作為電壓探測(cè)，一旦A點(diǎn)上電壓低于Vcc-Vbe(PNP)，PNP管Q1將開啟而退磁引腳的電壓被拉高到地電壓以上。二極管D1用于阻止退磁電壓回到PNP管的集電極，從而對(duì)電容C1充電。同時(shí)D1可保證退磁信號(hào)在正常的工作中不會(huì)失真。6.2V齊納二極管D2避免了在瞬態(tài)過程中發(fā)生錯(cuò)誤的過壓保護(hù)跳閘。91V齊納二極管D3防止電源在欠壓電路被觸發(fā)后立即重啟。直至交流線電壓重新提高到85V AC以上時(shí)電源恢復(fù)工作。C1及C2的作用是濾波。
本電路的工作方式是，一旦體電容電壓低于設(shè)置點(diǎn)，退磁引腳被拉到地以上的電平。因?yàn)闆]有探測(cè)到退磁信號(hào)(零交叉信號(hào))，NCP1207會(huì)停止輸出柵極驅(qū)動(dòng)，所有輸出以及Vcc會(huì)開始下降。由于失去了電壓調(diào)節(jié), 反饋引腳FB電壓會(huì)錯(cuò)誤地反映輸出過載， 而一旦Vcc降到10V(UVLO電平)以下，NCP1207將會(huì)進(jìn)入告警狀態(tài)。但是此時(shí)D3不讓電流通過HV引腳對(duì)Vcc電容充電，電源不能重新起動(dòng)。這種狀態(tài)將一直保持到交流線電壓達(dá)到一個(gè)使D3導(dǎo)通的電平為止。

結(jié)論
NCP1207配合不同的MOSFET可作為14~29英寸陰極射線管電視機(jī)(CRT TV)的寬電壓電源。本文描述的29英寸電視機(jī)底盤，在有消磁繞圈連接時(shí)交流220V的功耗為2.6W。在滿負(fù)載的情況下，在整個(gè)AC輸入范圍內(nèi)電源的效率都高達(dá)84％ 以上。在看重成本和組成元件數(shù)目的決定性因素中，NCP1207是一個(gè)很好的選擇?！?