一個(gè)簡(jiǎn)易型115VAC供電的彩色電視機(jī)開關(guān)電源

1 引言

圖1所示為220VAC供電的三洋80P機(jī)芯電源，它早年曾廣泛使用在一些國(guó)內(nèi)電視機(jī)中，其特點(diǎn)是：采用常規(guī)雙極型功率管，全分立元器件，電路簡(jiǎn)單，成本低，但

卻能滿足電視機(jī)基本穩(wěn)壓要求，而且EMI噪音特少。其缺點(diǎn)是：動(dòng)態(tài)反應(yīng)較慢，AC/DC轉(zhuǎn)換效率稍低（最高只有80％），穩(wěn)壓范圍較窄（只有VI10％），而對(duì)負(fù)載變化的調(diào)整特性也沒有含光耦的第二代開關(guān)電源那么好。但作為全分立元器件的第一代開關(guān)電源，它的成本卻比第二代低15～20元左右，因此從性能/價(jià)格比看，在某些場(chǎng)合它還是很有用的。

最近為了適應(yīng)北美彩電市場(chǎng)開發(fā)大路貨的要求，我們?cè)噷?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/一個(gè)">一個(gè)用于14″～21″CTV的三洋80P機(jī)芯電源改為用115V供電，同時(shí)又根據(jù)美國(guó)對(duì)STANDBY功耗6W的要求適當(dāng)修改了原電路，試驗(yàn)結(jié)果表明，新電路完全符合予定的設(shè)計(jì)要求。

2 電路原理和特點(diǎn)

圖1實(shí)際上是一個(gè)單管反激型變換器，它由自激振蕩器，二次整流及穩(wěn)壓反饋回路組成。

（1）自激振蕩器

圖2示出自激振蕩器電路部分。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此振蕩器正反饋系數(shù)極強(qiáng)，當(dāng)VI為30V時(shí)便起振，隨著VI升高到80V左右，VO1在額定負(fù)載下很快達(dá)到設(shè)計(jì)值110V，如果不小心再提升VI，則會(huì)立即燒管。在實(shí)用上由于加入C912，Q901～Q903等穩(wěn)壓反饋回路，它們同時(shí)分流了一部分Q904的激勵(lì)電流，從而保證了該電路穩(wěn)定地工作在220VAC10％輸入電壓范圍內(nèi)。如果要改在115VAC工作，則首先要將偏置電阻R913適當(dāng)減少，以保證Q904有足夠起振和負(fù)載能力。

（2）穩(wěn)壓反饋機(jī)理

這里有三個(gè)穩(wěn)壓反饋機(jī)理存在，它們是：

①變壓器初級(jí)穩(wěn)壓繞組N3的作用。當(dāng)輸出電壓VO1升高時(shí)，N3的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也升高，經(jīng)過D901，C910整流濾波后引起Q902Vb下降，Q902，Q903提前導(dǎo)通，C912的負(fù)壓并在Q904基極上，促使ton變小，抵消了VO1的升高，但由于C910存在，這是一個(gè)慢調(diào)整過程。

②變壓器反饋繞組N2的作用。當(dāng)輸出電壓VO1升高時(shí)，N2的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也升高，使C912上的充電電壓略有提升，也會(huì)引起Q902Ve升高，其效果也促使ton變小，VO1下降。

③R902，R905，C909的作用。這是一個(gè)快速的一周接著一周的穩(wěn)壓過程。當(dāng)VO1升高時(shí)，鋸齒形初級(jí)電流峰值加大，在R902上生成的負(fù)向鋸齒形電壓更負(fù)，并通過R905，C909支路耦合到Q902基極，使Vb下降（見圖3）。當(dāng)Vb降到低于Ve約0.7V時(shí)，Q902，Q903提前導(dǎo)通，ton變小，有效地補(bǔ)償VO1的升高。

3 電路修改過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）按照輸入范圍為100V～130VAC供電的要求，重新設(shè)計(jì)開關(guān)變壓器，其步驟如下：

●確定最大和最小直流輸入電壓VImax，VImin：

其中系數(shù)0.93，0.89是考慮橋式整流二極管以及輸入槽路中的損耗而加入的。

●確定輸出功率PO：

因已知次級(jí)第一繞組輸出為：

VO1=106V，IO1=0.58A

第二繞組輸出為：

VO2=13V，IO2=0.5A

所以

PO=1060.58＋130.5=61.5＋6.5≈68W

●確定輸入功率Pi：

假定效率η=80％,則有Pi=PO/η=85W

●選定最低工作頻率fmin及最大占空比Dmax

選fmin=22kHzDmax=0.47

●求初級(jí)電流峰值I1p

I1p=(2Po)/[(Vlmin)(Dmax)]=(268)/(1250.47)=2.3A

●求初級(jí)電感值Lp

Lp=(VlminDmax)/(Ilp)(fmin)=(1250.47)/(2.322103)=1.16mH

●確定磁芯型號(hào)

選EC42，磁材用PC30，查相關(guān)手冊(cè)得知其磁芯截面積Se=1.83cm2，窗口面積S=2.0cm2，該磁芯可允許的最大輸出功率為

Pomax=[(Se)/(0.2)] 2=(1.83/0.2) 2=83.7W

可見應(yīng)用在本例PO=68W是足夠的。

●求初級(jí)主繞組匝數(shù)N1

N1={(LpIlp)/Se[(BS-BR)/2]}10 8

={(1.1610 -32.3)/1.83[(3900-300)/2]}10 8

=81匝

式中：BS為在100℃時(shí)最大飽和磁通密度，BS=3900Gs

BR為在100℃時(shí)剩磁，查資料BR應(yīng)為600Gs?？紤]磁芯需要加入空氣隙以防止磁芯飽和，此時(shí)的BR值會(huì)大為減少，假定加空氣隙后的剩磁為300Gs（即原值1/2）。

●求初級(jí)反饋繞組匝數(shù)N2

N2=V2/(VIminN1)(toff/ton)=(5.5/125)81[(1-0.47)/0.47]=4.02匝

取N2=4匝

●求初級(jí)穩(wěn)壓繞組匝數(shù)N3

N3=N3/(VIminN1)toff/ton=22/12581[(1-0.47)/0.47]=16.1匝

取N3=16匝

●求次級(jí)主輸出（高壓）繞組的匝數(shù)N4

N4=Vo1/(VIminN1)toff/ton=106/12581[(1-0.47)/0.47]=77.4匝

取N4=77匝

●求次級(jí)輔助輸出（伴音）繞組的匝數(shù)N5

N5=(Vo2/VImin)N1(toff/ton)=(13/125)81(0.53/0.47)=9.5匝

取N5=10匝

基于上述的計(jì)算得出新開關(guān)變壓器初步數(shù)據(jù)，但經(jīng)試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)次級(jí)輸出電壓過高，后來將次級(jí)主輸出（高壓）繞組的匝數(shù)N4減到72匝，N5相應(yīng)減到9匝，磁芯空隙為1.3mm（其他不變），則獲得很滿意的效果。

（2）在新開關(guān)變壓器的基礎(chǔ)上，重新調(diào)整元件數(shù)值如表1所示。

表1元器件參數(shù)調(diào)整值對(duì)照

（3）考慮到STANDBY功耗要小于6W的要求，為此加入一個(gè)小的115V/10V輔助變壓器T902，由它整流后單獨(dú)向機(jī)內(nèi)微處理器提供＋5V直流電壓。在STANDBY期間，開關(guān)電源由輸入端繼電器斷開供電，只有＋5V輔助電源在工作，從而大大減小STANDBY功耗。

新的115VAC供電的開關(guān)電源電路如圖4所示，對(duì)此電源的測(cè)試結(jié)果如下：

●測(cè)試負(fù)載：20″彩色電視機(jī)

●輸入市電范圍：100V～130VAC

●次級(jí)直流輸出：VO1=106V/0.53A，用于高壓行包等部分的供電。

VO2=13V/0.3A，用于伴音部分的供電。

●輔助電源直流輸出：5V/0.1A，用于微處理器及繼電器控制電路供電。

●輸入電壓調(diào)整率：當(dāng)輸入市電由100V→130V時(shí)，ΔVO1=1.2V

●負(fù)載變化調(diào)整率：當(dāng)畫面由白場(chǎng)轉(zhuǎn)換為黑場(chǎng)時(shí)（即IO1由0.53A→0.24A），ΔVO1=2.6V，但從面畫看，切換過程很迅速、穩(wěn)定，畫面大小基本無改變，是可以接受的。

●畫音抖動(dòng)現(xiàn)象：不明顯，可接受。

●開關(guān)工作頻率：21.7kHz～29.0kHz

●開關(guān)電源效率：η=81％

●STANBY功耗：4W（決定于輔助電源）

4 電源調(diào)整小結(jié)

開關(guān)電源是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，設(shè)計(jì)之初可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及一般性原理進(jìn)行，但真正解決問題還需要實(shí)驗(yàn)調(diào)整。在調(diào)整中遇到的現(xiàn)象是錯(cuò)綜復(fù)雜的，此時(shí)要抓主要矛盾，定出調(diào)整的先后步驟。在本例中，調(diào)整步驟如下：

（1）在規(guī)定的輸入/輸出條件下，先調(diào)整振蕩開關(guān)管Q904使之具有足夠的功率輸出。方法是逐步減小R912及R913以增強(qiáng)管子增益及電路正反饋系數(shù)，測(cè)試初級(jí)電流I1P要足夠大，因?yàn)橹挥凶銐虼蟮腎1P才能在較低的直流輸入電壓下驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

（2）調(diào)整穩(wěn)壓控制支路Q901，Q902的周邊電阻，使Q902在ton時(shí)處于截止與臨界放大狀態(tài)之間，以增加對(duì)外來變化的反應(yīng)靈敏度。

（3）加入R902，R905，C909限流反饋支路，進(jìn)一步增強(qiáng)穩(wěn)壓特性。

（4）減小R901值以適應(yīng)大電流輸入，同時(shí)加入輔助電源電路。