摘 要:开关稳压电路由于其工作原理较为复杂,电路形式多样,老师在讲授、学生在学习该内容时,都会感到难度很大。本文根据自己多年的讲课体会,针对这一问题,谈谈分析开关稳压电路的方法,并以TCL超单片机芯大屏幕彩色电视机的稳压电路为例,具体分析开关稳压电路的工作原理。
关键词:开关稳压电路 分析方法 工作原理
中图分类号:TM44文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)07(b)-0149-02
开关稳压电源的应用非常广,在彩电中应用到,在电脑主机、显示器、手机充电器等许多电子产品中都有应用,故在彩色电视机课程中,都有专门的章节介绍开关稳压电路的工作原理。但由于开关稳压电路原理相对复杂,且电路形式多样,这些因素给初学者、维修人员、授课老师都会带来很多困难。其实不管哪一个厂家设计、生产的开关稳压电源,其基本原理与组成结构都是类同的,只要我们掌握了分析开关稳压电路的方法和要领,再去分析与维修一个开关稳压电路,就不会感到很困难。
1 开关稳压电路的分析方法
性能优良的开关稳压电路,都是由启动电路、振荡电路、稳压取样电路、过压过流保护电路等这些电路组成的,只要我们熟悉上述各部分电路的结构与特点,一个一个去进行分析与研究,就不难掌握一个开关稳压电路的工作原理,进而准确快速的把其维修好。根据本人的体会,要分析一个开关稳压电路的工作原理,应从如下几个方面去分析。
(1)该电路是如何启动的？开关稳压电路的启动元件有两个特点,一是电阻元件的阻值大,二是与电网电压有关。即电网电压整流滤波后(约有300V),通过阻值很大的一个或两个电阻与稳压电路的启动端相连。
(2)该电路的振荡电路(元件)在何处？有振荡正反馈元件吗？传统的开关稳压电路振荡正反馈元件的特点是,通过开关变压器其中的一个绕组,取出反馈信号,送回振荡电路。但有的开关稳压电路是逻辑振荡,电路的起振,并不需要专门的正反馈绕组提供正反馈信号,这一点是要引起注意的。
(3)该电路工作时,主要元件如集成电路,其工作电压是如何提供的？任何集成电路、三极管等有源器件,工作时都是需要供电的,稳压电路的有源器件也不例外。开关稳压电路中集成电路的供电特点是,一方面与启动元件有关,另一方面又由专门的分立元件构成的稳压电路来提供。
(4)该电路是如何对输出电压的变化进行取样与控制的？从取样的对象来看,开关稳压电路要对负载电压的变化进行取样,要对电网电压的变化进行取样。从取样的方式来看,有直接取样与间接取样两种方式。对电网电压的取样一般采用直接取样,这种电路的特点是与电网电压整流滤波电路有关联;对负载的取样如果是通过光耦器件与稳压主输出相关联的,属于直接取样;如果是通过开关变压器其中的一个绕组来取样的,属于间接取样。
(5)该电路的过流、过压保护电路是如何工作的？过流保护一般是对稳压电路的开关管而言的,其电路的特点是,通过检测串联在开关管e极回路中的电阻上的压降来进行的。过压保护可分为电网过压保护与负载过压保护两种,电网过压保护电路与电网电压整流滤波电路有关联,负载过压保护一般与负载电压变化取样电路有关联。
(6)该电路遥控开关机是如何进行控制的？彩色电视机遥控开关机的方式有多种,目前最流行的方法是,通过微处理器的开关机控制端子输出一个高低变化的电平,控制光耦器的发光情况,降低开关稳压电路的振荡频率,从而降低开关稳压电路输出的电压来实现控制的。
逐一从上述几个方面去分析与研究,要弄清楚一个开关稳压电路的工作原理或检修稳压电路的故障,就会变得容易。
2 超单片机芯开关稳压电路工作原理分析
TCL超单片机芯大屏幕彩色电视机的稳压电路,以最新研制的STR-W6856厚膜集成电路为核心,构成性能优良的稳压电路。
该电路的优点是,有过压、过流、过热保护功能;遥控关机通过降低开关电源振荡频率的方法来实现,且开关管为场效应管,开关电源本身消耗的功率大为降低;稳压取样直接对主输出电压进行取样,通过光电耦合器件反馈回振荡电路中,稳压控制灵敏度大大提高,代表了目前彩电开关电源发展的主流。电路的工作原理分析如下。STR—W6856为单列直播七脚封装,其各引脚功能,如表1所示。
由STR—W6856组成的稳压电路原理图,如图1所示。
2.1 电路的启动元件及启动过程
(1)电路的启动元件是R803。(2)电路的启动过程。电网电压经全波整流、滤波后,通过开关变压器T803的1、5脚,加到IC801的1脚。同时电网电压经桥堆半波整流,经过启动电阻R803串联分压,C813滤波后加到IC801的4脚,电路开始启动。
2.2 电路的振荡元件及振荡过程
(1)电路的振荡元件在IC801内部。(2)电路的振荡过程。IC801的4脚电压正常后,其内部的脉冲振荡电路开始工作,振荡产生的脉冲经内部的输出控制器处理后,加到IC内部场效应开关管的栅极。场效应管工作于开关状态,T803次级感应出电压,经整流、滤波,二次稳压(IC802、IC803)后,向各负载送电。由上述过程可见,该稳压电路的振荡电路,在IC801内自动完成,不需要外部的绕组提供正反馈信号便能振荡,请注意这一特点。
2.3 集成电路(IC801)的供电电路
电路启动后,T803的7-8脚感应的电压经D804整流、C816滤波,Q801、R809、D803稳压,D802隔离后,送入IC801的4脚,作为IC801的供电。而T802的9-7脚感应的电压,经D808、C813后也送入IC801的4脚,作为备用电源,即Q801等稳压电路不工作时,IC801还可正常工作。
2.4 稳压取样与稳压控制过程
稳压控制是通过对主输出130V进行取样放大,经光电耦合隔离,控制IC801的6脚电流大小来实现的。当主输出130V电压上升时,通过R834、R835、VR802串联分压后,Q822的b极电压将上升,流过Q822的c极电流,即光耦器IC802的2脚电流就会上升,IC802内发光二极管发光加强,输出端3、4脚电流,即IC801的6脚电流会上升,经IC801内部进行调整,使开关管的导通时间减少,输出电压便得到稳定。若主输出130V电压下降,则变化情况相反。
2.5 过流保护、过压保护、过热保护
(1)电网电压过压保护。当电网电压上升过多,整流滤波后超过300V时,加到T803的1、5脚的电压会上升,T803的8、7脚感应的电压也会上升,这个电压经R806、D804、C816整流滤波后,一路加到Q802的e极,一路经R807、VR801加到Q803的b极。Q803因b极电压上升而导通,其c极电位下降,这样Q802将导通,Q802导通后其c极电压经R804、D810隔离,加到IC801的4脚,当IC804的4脚电压高于其保护电压的上限值25V时,IC内的开关管将停止工作,以实现电网过压保护。(2)过流保护。过流保护,主要由IC801的5脚内外电路来共同完成。当流过T803的9脚的R812、D807、R811、D806、R813的电流过大时,检测取样电阻R813上的压降会上升,电压上升到一定值时,其内部比较电路会让开关电源停止工作。(3)过热保护。温度过热检测保护电路置于IC801内,当IC801的工作温度超过150℃时,会让开关电源停止工作。
2.6 遥控开关机的工作原理
电视机正常使用时,T803的12、15脚感应的电压,经D823整流、C832滤波,由D824加到Q821的e极,e极电压约为10V;T803的10、13脚感应的电压经D825整流,C834滤波,由R827、D834稳压加到Q820的b极,由于D834的稳压值为9.1V,故Q820、Q821都截止。
当电视机处于待机状态时,IC201的64为高电平,Q007饱和,Q824截止,Q823饱和,光耦器IC802的2脚电流上升,内部发光加强,致使IC801的6脚电流上升许多,IC801内的振荡电路处于间歇振荡状态,开关管导通时间大大下降。T803各次级绕组输出电压约为原来的1/10,行场扫描电路停止工作,电视机无光栅。
此时T803的15、12脚感应的电压,经D823、C832、D824加到Q821的e极电压只有2V左右;而T803的10、13脚感应的电压,经D825、C834后,仍有13V左右,经R827、D834稳压加到Q820的b,电压为9.1V,于是Q821、Q820导通,Q821的e极输出电压约为8V。这一电压被送微处理器电路,继续向CPU供电,让CPU维持正常的工作状态。
开关稳压电路中,其它电路元件的作用如下。
IC801的7脚外的R818、C810、R814这些元件的参数,可决定电视机处于待机状态时,间歇振荡的周期,改变这些元件的参数,可以改变待机状态时T803各次级绕组输出电压的大小。
电路中,R802、D801、C808、C817等元件的作用是阻尼掉开关管截止期间,在的1、5脚产生的感应脉冲,使IC801的1脚电压不致过高,保护IC801内的开关管。
通过上述的例子可以看出,分析一个开关稳压电路的工作原理时,只要按照正确的分析方法,一个个电路来找,一个个电路来分析研究,最终都能弄懂其工作原理。这是分析开关稳压电路行之有效的好方法。
