淺談彩色電視機開(kāi)關(guān)電源的工程設計

摘要：在扼要闡明單管反激型變換器的原理、特點(diǎn)基礎上，著(zhù)重討論了它在彩電方面的重要應用；指出彩色電視機電源對反激型變換器的特殊要求、技術(shù)難點(diǎn)和對策，介紹了設計范例并給出了工廠(chǎng)研制開(kāi)發(fā)電視機電源的全流程。

關(guān)鍵詞：彩色電視機開(kāi)關(guān)電源；反激型變換器；設計

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

據統計,目前開(kāi)關(guān)電源已有約14種拓撲形式之多[1]，而每一種拓撲都有其合適的應用場(chǎng)合。作為CRT彩電和監視器一類(lèi)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(kāi)，這為電視機用戶(hù)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，現在次級無(wú)需接入耐高壓的輸出扼流圈及價(jià)格不菲的續流二極管，這既節省了空間又降低了成本；

3）次級可多繞組輸出，其主繞組可很輕易地做到數百伏直流輸出并具有良好的輸入電壓和負載變化調整率，至于各副繞組除了對主繞組的負載變化調整率稍低一點(diǎn)外，其余輸入電壓調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(guò)對變壓器初/次級匝數比及各繞組位置安排的精心設計和調整，有可能使反激型變換器在A(yíng)C85～270V寬市電范圍內都能保持接收圖像質(zhì)量不下降,這就解決了電視機電源的世界適用問(wèn)題；

5）只使用單功率管作開(kāi)關(guān)，比起其它拓撲變換器是最節省的。

當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到200W左右，但作為彩電用途已足夠，因為即使含有重低音WOOFER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，現在多數電視機廠(chǎng)家都樂(lè )于采用此類(lèi)變換器。

作者曾多年從事彩電開(kāi)關(guān)電源研制，本文結合過(guò)去的工作經(jīng)驗，試圖從彩色電視機電源應用角度，談?wù)劮醇ば妥儞Q器基本原理和工作方式，電視機對反激變換器的獨特要求，以及單管反激變換器的工程設計方法及調試經(jīng)驗等。祈望有助于業(yè)界人士和廣大電視機維修人員的工作。

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Q1被輸入脈沖驅動(dòng)而導通時(shí)，流過(guò)Np繞組的初級電流會(huì )以斜率為VDC/Lp線(xiàn)性上升，在導通時(shí)間（ton）結束時(shí)刻，初級電流i1已升到峰值

I1P=×ton (1)

圖1 基 本 電 路 及 波 形

同時(shí)磁芯內存儲有能量

E= (2)

當Q1截止時(shí)，磁芯內儲能向次級釋放，因為電感內的電流不能突變，所以在截止開(kāi)始瞬間，初級電流傳遞到次級并使次級電流峰值為

I2P=I1P (3)

這個(gè)電流會(huì )直接向輸出電容充電。經(jīng)過(guò)幾個(gè)周期后，次級直流電壓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(xiàn)性下降的，它反映了磁芯儲能釋放情形。根據磁芯儲能是否全部釋放可導出反激型變換器的連續與不連續兩種工作方式，事實(shí)上隨著(zhù)輸入市電電壓或者電視機接收負載(例如音量，輝度)的變化，電視機電源都有可能經(jīng)歷這兩種工作方式。

1）不連續工作方式如果市電電壓較低或者電視機接收負載過(guò)重，就使次級電流i2在Q1的下一次導通之前已下降到零，這表明所有磁芯儲能已傳送到負載，此后Q1的每一次導通，相應的初級電流i1及磁通 都要從零開(kāi)始上升。這種工作狀態(tài)叫不連續方式，其波形如圖2所示。

圖2 不 連 續 方 式 波 形

現時(shí)，在一個(gè)周期T內從電源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(shuō)明：

（1）如果圖1電路工作在不連續方式，若不小心將負載RL開(kāi)路，則有可能因輸出電壓VO過(guò)大而燒壞管子，這種情況在調試時(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(zhù)輸入電壓VDC和負荷RL的變化而變化，極不穩定。為了得到穩定的輸出電壓，需要象圖3那樣加入一個(gè)反饋穩壓電路，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(jiàn)，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 壓 電 路 的 變 換 器

功率管Q1所承受的最大電壓應力的計算：

在Q1截止期間因有次級電流i2流過(guò)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(xiàn)損耗)，此電壓反映在初級繞組NP上產(chǎn)生感應電動(dòng)勢VNP：

VNP=VO (8)

因此截止時(shí)功率管Q1所承受的最大電壓應力為

VDSmax=VDCmax＋VNP=VDCmax＋VO (9)

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