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T2588B/X、T2987B/X、T3477B、T3877N系列大屏幕彩电开关稳压电源电路(一)
T2588B/X、T2987B/X、T3477B、下3877N系列机芯96年8月以来作为康佳彩电的主力机芯年产量超过100万台套,其开关稳压电源结构简单,性能优良,特别是它的可靠性已得到考验和公认,该机芯开关稳压电源具有下述特点:
1、开关稳压电源电路组成 (1)由开关管V401和VD407//C410、R406、R417//C462 组成正反馈驱动电路。 (3)V48Q、VD484、VD489、RP401、R486、R485与N410组成取样、放大电路(冷底板部分)。而N410中的光敏三极管及V402、V403组成放大和控制电路(热底板部分),用于稳定输出电压。 (4)VD405、R409和V406组成防止;中击电流电路(即动态限压电路),以保证开关电源在很宽的输入电压范围内正常工作。 (5)V450、N401、V406和V411组成遥控开关机电路。 (9)副方有四路稳压输出 除上述电路外,稳压电源的输入端还有桥式整流、滤波电路及共轭滤波(互感滤波器)、电源开关、保险丝(F401)等元器件及冷、热底板之间静电耦合抗干扰电路R421// C416等。
2.1开关管的自激振荡过程 1)开机状态:由桥式整流器BR401整流后在C401上充有约+300V的直流电压(未稳压),在开机状态下CPU (M37210M3—902SP)的21脚(P0W)为低电平(0V),通过接插件XS201的①针、R235到V450的基极,使其Ub=0而截止。N401(光耦合器)中的发光二极管截止(不发光),光敏三极管亦处于截止状态,N401③、④脚间开路。+300V 电源通过R404(82K/2w)、R405(6.8K/2w)为开关管V401基极提供约3.3mA的启动电流fbl 使V401开始导通。V401集电极电流通过T401原方主绕组在Ic增长期间使T401正反馈绕组产生约10V的脉)中峰值电压U2,U2通过VD407、R406、R417向开关管V401基极提供约0.37A的电流I2 <I2=(U2-0.7)/(R406+R417)=0.372A>,与此同时,V406吸收了部分电流I3,<I3=(U2—7.5V)÷R409xB=(10—7.5)÷6.8K x 200=73。6mA>,因此开关管实际基极电流约为Ib=I2-I3=0.372-0.074=0.298A=298mA 2)由于正反馈的结果,V401基极得到近于300mA的饱和导通电流,开关管V401饱和导通,V401集电极电流Ic1将随时间线性增长。当Icl的峰值接近3A时,T401磁通饱和,U2↓V401退出饱和而进入放大区,并使正反馈绕组L2上感生电压U2反相导致Ib1减小,从而促使V401集电极电流Ic1减小,集电极电压Uc1即上升,这个正反馈过程使Ib1迅速降为0,开关管V401截止。 3)当V401截止瞬间其集电极出现尖峰自感电压并被C'2所吸收。(C2’≈ 4)因负截的单向导通特性和V401处于截止期,此时V401集电极负截电路可等效为L1'//C2'的并联谐振回路(参见图2C),在V401截止瞬间C2'上充有约150V的电压,经1/4个谐振周期(△t=1/(4x 2 L1'C2')≈5mSC2'开始通过L1'放电,再经1/4周期后,C2'反向放电(电流自上而下),使正反馈绕组又得到正向电压U2,此时U2值较小,但U2与C410上充的电压相叠加,形成I2电流,使V410基极又得到一定的Ib1(远大于超始的3mA),V401正偏导通,形成集电极电流Ic上升…再继续开关管V401的饱和导通与截止(即开-关)过程,周而复始,不断循环。 2.2稳压原理 稳压是通过对输出电压B+的取样、放大,使原方产生调节电流L4,改变开关管V401的基极电流Ib1来达到的。V401电感L的储能电流Ic1和V401导通时间△t(储能时间 )都发生变化,从而使次级输出电压得到动态稳定的效果。从次级B+通过R486、RP401、R485电压取样网络的RP401中点为取样放大管V489的基极电压,V489的射极接VD484串VD489得11.3V的稳定电压,集电极通过N410②—①(内部为发光二极管),R487接B+,N410①—②脚电位差正常值为1.0V左右,当某种原因使B+电压升高时;B+↑→V489基极电压↑→b-e间电位差↑→Ic409↑→Uc489↓→通过发光二极管的电流↑→发光二极管光强↑→N410④—③脚等效电阻rce↓→Vb402基极电压↓→V402集电极电流↑(V402为PNP管)→V403基极电流↑→V403集电极电流↑→(V403的rce减小)即L4↑→Ib1↓→V401饱和导通时间↓←T40l原方储能↓→B+↓。 V489射极接有6.2V和5.1V两只串联稳压管,两只稳压管的温度系数相反而互补,保证稳压电源温漂极小,同时5.1V稳压管上端接V411遥控关机控制管的集电极,因此不能用一只稳压管取代,另外,在正常开机整个期间N410①—②电位差约在0.8V~1.2V之间变动,通过的电流约为1.5mA,因此两只稳压管上端无需接提供稳定电流的电阻,也能始终保持6.2十5.1=11.3V的稳压值。 RP401为次级输出电压微调电位器,可调范围可达额定值±10%左右。 2.3负载短路和开路保护 从上述原理分析可知,当负载短路时L'1等效并联了电阻,而且阻值较小,L'1,与C'1不可能产生谐振,即不能产生稳定的开关工作状态,必须由起动电路提供基极电流来再次进行一个导通—截止周期,但起动电路R404、 当负载开路时,副方各路输出电压均增高,由于B+ 上升进而使V402、V403接近饱和导通,吸收开关管V401的基极电流而使V401占空比下降。当因调压失败(稳压系统有故障,例如光电藕合器开路)而引起次级电压升高时,过压检测电路通过VD405使V406饱和导通,从而吸收开关管V401的基极电流并使V401趋于截止,电源停止工作,但过压检测电路亦会因此失去作用而重复以上过程,为此在B+输出回路VD409的阴极(输出端)接有R455、R452、VD420等组成的B+过压保护回路,以确保大屏幕彩电的开关稳压电源万无一失,避免B+突然升高,x射线保护电路延时动作造成高压过高损坏显像管、行输出管、行输出变压器等器件的可能性。 2.4遥控开关机的电路 遥控开关机功能主要由V450、N401、V411等元器件实现;遥控开关机指令信号来自CPU(M37210M3-902SP或M37210M4-705SP)的第21脚(低电平0V开机,高电平5V关机),通过R237(100
负压驱动电路由V403、C405//C411、VD403等元器件组成,其主要功能是可以保证开关管(V401)的集电极反向电压工作在Ucbo状态(Ucbo>Uceo),并且可以有效的减少开关管退出饱和到完全截止的时间,使大功率开关管温升降低,提高了开关稳压电源的可靠性。 (注:一般彩电大功率电源开关管,例如2SD1545或 2SD4111的BUcbO>1500V,而BUceo>1000V)。 因为增加了负压驱动电源,使V402、V403工作的动态范围增大,也就是使它们的控制范围增大,提高了输入电网电压变动的适应能力,增加了开关电源的安全性能。VD402的作用是;从正反馈绕组取出负脉冲电压叠加在-6V的直流电平上,使得V403退出饱和状态转向截止,与此同时V402饱和导通,保证了开关管V401能迅速由截止状态再次转入饱和状态。
这里所说的动态范围是指;不引起次级输出电压明显降低(欠激励)的 大负载电流和不致引起自激 小负载电流之间的差。一般来说,动态范围越宽,电压稳定性将变差。 在反馈环增益固定的情况下,C413(V403b-e间的外接电容)决定了I4的上升速度,从图5中可以看出,在 大负载电流时,I4的上升速度变慢,幅值小,Ib1的脉宽就越宽幅值大。反之,在 小负载电流时,I4的上升速度变快且幅值大,Ib1的脉宽越小。Ib1的脉宽越宽就意味着Ib1越大,即开关管V401饱和导通时间长,T401储能越大。 通过实验,选择C413为10nF,既能保持良好的电压稳定性,又可以有足够的动态范围(随机附图中C413为22nF,实际电路中C413为10nF。
在彩电开关电源电路中,大功率开关管是 容易损坏的元件,开关管饱和导通时的电流很大,截止时集电极的电压很高,开关管在状态转换瞬间存在着开启损耗和关断损耗。 在电路中,开关管V401的集电极通过电容C409(220/2kV接+300V点(接地效果相同),其作用是吸收 另外C402(330pF)(V406be间的外接电容),可以使V406的吸收电流I3的产生滞后于I2从而使开关管V401迅速导通,C414上吸收的反峰电荷,主要释放在R419上,避免了开关管在饱和导通时,因消耗C414上的电荷而过热。与开关管V401射极电阻R418(0.68/2w)并联的一只VD412(稳压值6.2V。功耗1w),它在开关电源正常工作时并无任何作用,但如果开关管V401c-e击穿损坏时,往往R418发热将底板烧焦成两个孔状,印制板因较大面积炭化而无法修复。加装VD412后,如果发生V401c-e击穿故障,就会使VD412击穿短路导通,立即烧断保险丝F401,必需开机检查维修,而不会使故障扩大,造成难以修复的情况。 3、开关稳压电源的工作原理 3.1副方行输出(主)电源 B+过压保护电路 由于自动稳压环路故障(例如R487开路、光耦合器N410开路、V48Q开路),或动态限压电路故障(例如VD405、R409和V406开路)。开关变压器副方各路电压均会突然上升,继而会造成行输出管、行输出变压器、场输出集成电路等器件损坏,使故障进一步扩大,后果难以预料。虽然这种现象的几率很低(约万分之一),但为了开关稳压电源可靠的运行,即使出现故障也局限在少数元件损坏的范围内,为此,在B+整流管VD40Q阴极输出端接有R455、C463、R452、VD420、C464、R454、R453等组成的B+过压保护电路。在正常开机状态T3877N型机B+为135V,稳压二极管VD420的阴极电压就在8.0V ±0.2V。(R455、R452分压并考虑到C463漏电流及负载等),VD420的稳压值为9.1V,只有当B+突然上升超过15%亦即B+上升到155V(或大于155V)A点电压接近10V,VD420齐纳击穿,通过R454将此击穿电流加到可控硅保护管V604的控制栅极G,使V604雪崩击穿,V450饱和导通,彩电进入保护性关机状态。遥控器无法重复开机。 3.2 X射线保护电路 3.3束电流过流保护电路 右下方T601为行输出变压器,其副方高压绕组的下端⑦脚并不直接接地,而是通过C608)(56nF/200V)交流接地,⑦脚通过R60Q、R612、R611接B+(135V),R609为检测电阻,在R609两端的电位差反映束电流的大小,如B—C之间电位差为10V,则阳极高压电子束电流Ia=Ubc/R609=10V/10K=lmA,Ia=1mA时,A点的电位为Ua=135—Ia x R611=135v-1 x 10 x56 x 10^3=79V,只有当束电流为Ia=(135—15)/56K=2.14mA时,A点的电压为+15V。实测,显像管电子束电流在1mA—1.9mA之间,保护管V603均处于截止状态,无动作。如束电流大于2.0mA,则A点低于14.5V,由于V603射级接+16V电源,基极通过VD603接A点,因V603基极低于射极0.7V而导通,在集电极电阻R614(10Kn上将产生约+5V的电压(u=Ic·R614),只要这个电压大于1V,就有可能使可控硅保护管V604导通,接着如上节所述,彩电处于保护性关机状态,如不按压电源开关,用遥控器无法重复开机,同样,再次开机后如又频繁自动关机,必须检修。(注:38英寸彩管 大束电流Ia的限定值为1.9—2.0mA;34英寸彩管Ia的限定值为1.7mA;29英寸彩管Ia的限定值为1.6mA;25英寸彩管Ia的限定值为1.5mA,因此在设计时取样电阻R611与R612的值,应作相应的改动。应该说明,理论计算值与实测值会有偏差,应以实测值为准)。 4、小型遥控开关电源(CPU电源) 本机遥控电源(副电源)也采用开关电源电路,这样可降低功耗,增大电网电压适应范围,减轻重量,虽然电路元器件比一般50Hz交流变压器降压、整流电路复杂一些,但故障率反而下降,因为它避免了细漆线易霉断的缺点。副电源除了为遥控接收器、微处理器(CPU)和存储器提供+5V直流稳压电源外,还为遥控开关机控制管V450提供Vcc和为可控硅保护管V406提供阳极电压(十9.5V左右)。 T402为小型开关变压器,V410为开关管(25C4004), 按压电源开关K401,在C401(470/400V)电解电容上 建立约为+300V的直流电压(未稳压),通过限流保护电阻R401直流电源接入遥控开关电源(约十29OV左右),由于有R427(33K/1W)向V410基极提供约0.85mA的启动电流,此时流过V410集电极(即流过T402原方绕组)的储能电流IL=Ic≈B·Ib,使T402建立磁通。在IC上升期间正反馈绕组通过C442、R443//C412向V410提供激励电流, 在正反馈绕组(中间抽头接地)的另一端接有整流管VD415,输出负电压并由C441滤波,在正常输入电压情况下VD415的阳极,也是稳压二极管VD413的阳极有—8.5V的电压,当输入的电源电压升高时,该点负压的绝对值增大,如果此点电压绝对值接近于10V时(即—10V),VD413齐纳击穿,V410基极得到此负电压使基极电流减小(或称拉电流),使V410饱和导通时间减小,电流脉)中宽度减小,这个电路可保证遥控开关电源在很宽的电网电压范围内保持正常工作,次级整流输出电压(未稳压时约在+10V—+12V之间),通过三端稳压块N402(AN7805)④脚输出+ 5V±3% 。 |