淺談彩色電視機(jī)開關(guān)電源的工程設(shè)計(jì)

摘要：在扼要闡明單管反激型變換器的原理、特點(diǎn)基礎(chǔ)上，著重討論了它在彩電方面的重要應(yīng)用；指出彩色電視機(jī)電源對(duì)反激型變換器的特殊要求、技術(shù)難點(diǎn)和對(duì)策，介紹了設(shè)計(jì)范例并給出了工廠研制開發(fā)電視機(jī)電源的全流程。

關(guān)鍵詞：彩色電視機(jī)開關(guān)電源；反激型變換器；設(shè)計(jì)

A Talkon Engineering Designof SMPS for Color TV

FENG Zhen-ye

Abstract:The special requests on flyback converter for TV sets,some technique ticklers and countermeasures were discussed. A design example and the procedures for research and development of TV power supplies are also given.

Keywords:SMPS for color TV; Flyback converter; Design 　

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì),目前開關(guān)電源已有約14種拓?fù)湫问街郲1]，而每一種拓?fù)涠加衅浜线m的應(yīng)用場(chǎng)合。作為CRT彩電和監(jiān)視器一類電源,人們已把反激型變換器看作成它的主流形式,究其原因大致有以下幾點(diǎn):

1）反激型變換器使用變壓器作耦合,它能將‘熱地’與‘冷地’分開，這為電視機(jī)用戶提供了使用安全性；

2）與同樣帶有變壓器的正激型變換器相比，現(xiàn)在次級(jí)無需接入耐高壓的輸出扼流圈及價(jià)格不菲的續(xù)流二極管，這既節(jié)省了空間又降低了成本；

3）次級(jí)可多繞組輸出，其主繞組可很輕易地做到數(shù)百伏直流輸出并具有良好的輸入電壓和負(fù)載變化調(diào)整率，至于各副繞組除了對(duì)主繞組的負(fù)載變化調(diào)整率稍低一點(diǎn)外，其余輸入電壓調(diào)整率卻能與主繞組持平，這是正激型變換器所做不到的；

4）通過對(duì)變壓器初/次級(jí)匝數(shù)比及各繞組位置安排的精心設(shè)計(jì)和調(diào)整，有可能使反激型變換器在AC85～270V寬市電范圍內(nèi)都能保持接收?qǐng)D像質(zhì)量不下降,這就解決了電視機(jī)電源的世界適用問題；

5）只使用單功率管作開關(guān)，比起其它拓?fù)渥儞Q器是最節(jié)省的。

當(dāng)然反激型變換器也有它的限制，就是受目前的功率器件以及磁芯元件的性能所限，其單管輸出功率最大只能達(dá)到200W左右，但作為彩電用途已足夠，因?yàn)榧词购兄氐鸵鬢OOFER功能的34即篤聊徊實(shí)紓其電源輸出功率也不外是145W左右。因此從性能價(jià)格比考慮，現(xiàn)在多數(shù)電視機(jī)廠家都樂于采用此類變換器。

作者曾多年從事彩電開關(guān)電源研制，本文結(jié)合過去的工作經(jīng)驗(yàn)，試圖從彩色電視機(jī)電源應(yīng)用角度，談?wù)劮醇ば妥儞Q器基本原理和工作方式，電視機(jī)對(duì)反激變換器的獨(dú)特要求，以及單管反激變換器的工程設(shè)計(jì)方法及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)等。祈望有助于業(yè)界人士和廣大電視機(jī)維修人員的工作。

2 反激型變換器原理和兩種工作方式

單管反激型變換器電路及其工作波形如圖1所示。當(dāng)Q1被輸入脈沖驅(qū)動(dòng)而導(dǎo)通時(shí)，流過Np繞組的初級(jí)電流會(huì)以斜率為VDC/Lp線性上升，在導(dǎo)通時(shí)間（ton）結(jié)束時(shí)刻，初級(jí)電流i1已升到峰值

I1P=×ton (1)

圖1 基 本 電 路 及 波 形

同時(shí)磁芯內(nèi)存儲(chǔ)有能量

E= (2)

當(dāng)Q1截止時(shí)，磁芯內(nèi)儲(chǔ)能向次級(jí)釋放，因?yàn)殡姼袃?nèi)的電流不能突變，所以在截止開始瞬間，初級(jí)電流傳遞到次級(jí)并使次級(jí)電流峰值為

I2P=I1P (3)

這個(gè)電流會(huì)直接向輸出電容充電。經(jīng)過幾個(gè)周期后，次級(jí)直流電壓VO已建立，此時(shí)伴隨Q1截止，I2會(huì)從NS流出，其值為

i2=I2P－t (4)

式(4)表明，在截止期間的i2是線性下降的，它反映了磁芯儲(chǔ)能釋放情形。根據(jù)磁芯儲(chǔ)能是否全部釋放可導(dǎo)出反激型變換器的連續(xù)與不連續(xù)兩種工作方式，事實(shí)上隨著輸入市電電壓或者電視機(jī)接收負(fù)載(例如音量，輝度)的變化，電視機(jī)電源都有可能經(jīng)歷這兩種工作方式。

1）不連續(xù)工作方式如果市電電壓較低或者電視機(jī)接收負(fù)載過重，就使次級(jí)電流i2在Q1的下一次導(dǎo)通之前已下降到零，這表明所有磁芯儲(chǔ)能已傳送到負(fù)載，此后Q1的每一次導(dǎo)通，相應(yīng)的初級(jí)電流i1及磁通 都要從零開始上升。這種工作狀態(tài)叫不連續(xù)方式，其波形如圖2所示。

圖2 不 連 續(xù) 方 式 波 形

現(xiàn)時(shí)，在一個(gè)周期T內(nèi)從電源VDC輸入的功率Pi為

Pi== (5)

假定電源的效率為80％，即

Pi==1.25= (6)

由式(6)得輸出電壓NO為

VO=VDCton (7)

式（7）說明：

（1）如果圖1電路工作在不連續(xù)方式，若不小心將負(fù)載RL開路，則有可能因輸出電壓VO過大而燒壞管子，這種情況在調(diào)試時(shí)是時(shí)有發(fā)生的；

（2）即使圖1能正常工作，其輸出電壓VO亦會(huì)隨著輸入電壓VDC和負(fù)荷RL的變化而變化，極不穩(wěn)定。為了得到穩(wěn)定的輸出電壓，需要象圖3那樣加入一個(gè)反饋穩(wěn)壓電路，它是由輸出電壓采樣分壓器，EA誤差放大器和一個(gè)由直流電壓控制的可變寬度脈沖發(fā)生器組成。從式(7)可見，此反饋電路必須能夠保證在VDC或RL升高時(shí)，降低ton，或者在VDC或RL下降時(shí)升高ton。

圖3 帶 反 饋 穩(wěn) 壓 電 路 的 變 換 器

功率管Q1所承受的最大電壓應(yīng)力的計(jì)算：

在Q1截止期間因有次級(jí)電流i2流過NS，在NS上產(chǎn)生的電壓幅值近似為輸出電壓VO(忽略二極管正向壓降及引線損耗)，此電壓反映在初級(jí)繞組NP上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)VNP：

VNP=VO (8)

因此截止時(shí)功率管Q1所承受的最大電壓應(yīng)力為

VDSmax=VDCmax＋VNP=VDCmax＋VO (9)

在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，Q1所承受的最大電壓應(yīng)力不僅限于VDSmax，同時(shí)還要加上由變壓器漏感所帶來的附加電壓尖峰(估計(jì)約為0.3VDC)，而且在選雙極型管時(shí)，需要注意以上二者之和應(yīng)該比所選管的額定值VCEO小30％，這樣才有足夠的安全余量。