準諧振模式開(kāi)關(guān)控制器在電視機電源中的應用

開(kāi)關(guān)電源應用在電視機中已經(jīng)有多年的歷史。為了方便電視機設計人員，半導體生產(chǎn)商不斷推出高集成度低待機能耗的開(kāi)關(guān)控制器。安森美半導體新推出的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)
傳統開(kāi)關(guān)控制器必須在高壓直流軌線(xiàn)與其Vcc之間連接一個(gè)電阻以便于啟動(dòng)。憑借專(zhuān)有的高壓技術(shù)，NCP1207的高壓引腳可以直接連到高壓軌線(xiàn)上，不但確保了簡(jiǎn)潔、無(wú)損耗的啟動(dòng)序列，而且可以不依賴(lài)輔助繞組而工作。當次級重構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保持了電視機內的mP或MCU的正常工作電壓。

準諧振工作
NCP1207有一個(gè)退磁引腳用于檢測變壓器磁芯的復位。一旦退磁信號低于50mV，經(jīng)過(guò)適當的延遲，在漏電壓最低處(漏極振鈴波形的波谷)功率MOSFET便開(kāi)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(kāi)關(guān)的dV/dt值，減小開(kāi)關(guān)噪聲對屏幕的影響。

跳躍周期工作
在輕負載時(shí)NCP1207以跳躍周期工作，因此它能達到市場(chǎng)上最嚴格的待機能耗的要求。一旦電視機進(jìn)入待機狀態(tài)，控制器將跳過(guò)幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期但仍然保持閉環(huán)調整。由于跳躍周期是在低初級峰值電流時(shí)出現，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(guò)壓保護
假如光耦合器或反饋回路受到破壞，輸出電壓將會(huì )達到危險值。在功率MOSFET關(guān)斷4.5ms后，NCP1207通過(guò)采樣退磁信號檢測到過(guò)電壓。延遲時(shí)間保證了退磁信號出現明顯的平臺，并真實(shí)反映輸出電壓的狀態(tài)。一旦發(fā)現過(guò)電壓，控制器將進(jìn)入長(cháng)時(shí)間的閂鎖狀態(tài)，等待用戶(hù)拔掉電線(xiàn)插頭，重新啟動(dòng)變換器。

過(guò)載及短路保護
通過(guò)連續監測反饋線(xiàn)路的電壓值，NCP1207在電源出現過(guò)負載或短路時(shí)馬上進(jìn)入告警狀態(tài)，并保證系統不出現損害性的熱失控現象。一旦故障排除，電源將回復到正常工作狀態(tài)。

電路描述
圖1描述NCP1207應用于29英寸彩電底盤(pán)中的實(shí)用電路?？梢钥吹?，控制器周?chē)脑的糠浅Ｉ?。變壓器的初級電流循環(huán)始終由讀出電阻R9監控，阻止了大于1V / 0.22W的峰值電流流入變壓器。假如出現故障，內部的電流比較器能夠在小于100ns(典型值)快速反應，為異常情況提供很好的保護。跳躍周期電平值可以根據系統要求通過(guò)R10方便地調節。在引腳1和地之間加入電容C5是為了在磁芯復位檢測時(shí)引入一個(gè)小延遲。這個(gè)延遲確保完善的波谷切換，測試結果如圖2所示。
在正常的情況下，+B輸出電壓由NCP1027來(lái)調節。輸出電壓反饋是由TL431 (U5) 通過(guò)光耦合器U2來(lái)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mP 或者 MCU 的+5V輸出電壓是由L2繞組來(lái)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的匝數要比L2多得多。此處便于解釋?zhuān)渌妮敵隼@組就省略了。
當mP或者M(jìn)CU接收來(lái)自遙控裝置的待機信號時(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(guò)R11和C11產(chǎn)生柵極觸發(fā)信號使X1導通。然后＋5V輸出從L1而非L2上獲得能量。由于次級繞組重構做成匝數比的改變，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仍然向次級提供電源。這時(shí),L1繞線(xiàn)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狀態(tài)。反饋環(huán)路通過(guò)12V齊納管D11完成，電容C12被調節到大約13V。在這種輕負載的情況下，NCP1207自動(dòng)進(jìn)入跳躍周期模式來(lái)減少待機能耗。至此電視機電源完滿(mǎn)地進(jìn)入待機工作狀態(tài)。根據變壓器結構的不同以及mP消耗電流的大小，可能聽(tīng)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)電路周期性地驅動(dòng)一個(gè)大電流通過(guò)光耦合器并制止NCP1207的切換。
Q3開(kāi)啟時(shí)，電視機重新進(jìn)入正常模式?？煽毓?X1不能再導通，電源進(jìn)入啟動(dòng)序列。+B電壓慢慢升高直至達到額定電壓。
欠壓保護電路
所述的電視機電源電路在90~270VAC范圍內正常工作，并且可以經(jīng)受住大多數的系統故障。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。與固定頻率脈寬調制(PWM)架構不同的是，準諧振模式控制器沒(méi)有最大占空比的保護。在很低的交流輸入電壓下，會(huì )使MOSFET開(kāi)啟時(shí)間變得很長(cháng)。在這種狀態(tài)持續情況下，功率MOSFET有可能處于電過(guò)載的狀態(tài)。加入一個(gè)低電壓保護電路可以大大地增強電源的可靠性。
圖3為加入選用的欠壓保護電路在內的最終電路。R1和R2設置成作為電壓探測，一旦A點(diǎn)上電壓低于Vcc-Vbe(PNP)，PNP管Q1將開(kāi)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，從而對電容C1充電。同時(shí)D1可保證退磁信號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(guò)程中發(fā)生錯誤的過(guò)壓保護跳閘。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(xiàn)電壓重新提高到85V AC以上時(shí)電源恢復工作。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置點(diǎn)，退磁引腳被拉到地以上的電平。因為沒(méi)有探測到退磁信號(零交叉信號)，NCP1207會(huì )停止輸出柵極驅動(dòng)，所有輸出以及Vcc會(huì )開(kāi)始下降。由于失去了電壓調節, 反饋引腳FB電壓會(huì )錯誤地反映輸出過(guò)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(guò)HV引腳對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(xiàn)電壓達到一個(gè)使D3導通的電平為止。

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