利用STR-F6656設計34彩色電視機開(kāi)關(guān)電源

摘要：介紹Sanken公司的混合型開(kāi)關(guān)電源IC STR-F6600系列的原理和應用，作為實(shí)例，介紹了使用STR-F6656設計一個(gè)34彩電用的開(kāi)關(guān)電源，并給出滿(mǎn)意的實(shí)驗結果。

關(guān)鍵詞：彩色電視機開(kāi)關(guān)電源 集成控制器

1 引言

混合型電源IC STR-F6600系列是日本Sanken電氣公司的近年產(chǎn)品。它內含MOSFET及控制IC部分，是專(zhuān)門(mén)為反激型變換器設計的，特適用于彩色電視機開(kāi)關(guān)電源。

該混合IC可工作于準諧振方式以及脈沖占空比控制（PRC——PulseRatioControl)方式。它具有常規第二代SMPSIC的特點(diǎn)，即采用次級輸出采樣及光耦反饋穩壓、準諧振、高效率、寬輸入范圍、良好的輸入電壓調整率和負載輸出特性，還有過(guò)流、過(guò)壓及熱保護等。相對于同類(lèi)型的其它廠(chǎng)家IC，它多了一個(gè)熱保護以及開(kāi)關(guān)電噪聲較小，可簡(jiǎn)化或甚至取消浪涌吸收電路。

本文介紹該系列IC的工作原理，在此基礎上描述怎樣利用它設計制造一個(gè)34″彩色電視機開(kāi)關(guān)電源。文中給出樣機電源電路，變壓器設計以及實(shí)驗結果。實(shí)驗表明，該電源完全符合電視機電氣要求，它外圍元件少，設計容易，穩定度高。在高溫、低溫、EMI、短路和開(kāi)路等環(huán)境和安全實(shí)驗中均符合國家標準，是一個(gè)不可多得的簡(jiǎn)單和高效能的電視機實(shí)用開(kāi)關(guān)電源。

2 混合型開(kāi)關(guān)電源控制器STR-F6600系列原理和特性簡(jiǎn)介

圖1給出了STRF6600系列的原理方框圖。這是一個(gè)有一個(gè)引出腳的塑料封裝IC，其每腳功能簡(jiǎn)述見(jiàn)表1。

表1 STR-F6600系列每腳功能管腳符號說(shuō)明功能

2.1 起動(dòng)電路

當AC電源在t0加入時(shí)，由圖2可知，在半個(gè)周期內，A點(diǎn)對地峰值電壓VA≈Vd（整流電壓），VA經(jīng)過(guò)R902向C909充電，使IC腳④上電壓Vin近似線(xiàn)性上升（見(jiàn)圖3）。當Vin上升到閾值電壓Vin(ON)=16V時(shí)，IC內的控制電路開(kāi)始起動(dòng)，Vin端口上的輸入電流Iin由100μA突升到30mA，電容C909來(lái)不及供電而使Vin下降。如果此時(shí)由驅動(dòng)繞組D1所提供的DC電壓足夠的話(huà)，Vin將不致于掉到仃振閾值11V以下，則IC繼續工作起動(dòng)成功。驅動(dòng)繞組D1的圈數須保證經(jīng)整流后在C909上電壓超過(guò)11V，同時(shí)又要低于20.5V。因為Vin大于20.5V則過(guò)壓保護電路起作用，Vin小于10V時(shí)則欠壓保護電路起作用。一般Vin取18V是較合適的。

關(guān)于R902及C909的選值要適當。R902、C909太大均會(huì )使IC起動(dòng)時(shí)間t1t0延長(cháng)。但C909亦不能過(guò)小，否則在驅動(dòng)繞組電壓到來(lái)之前它已不能維持IC動(dòng)作，這樣就不能順利起動(dòng)。一般對寬電源(90～270)VAC電壓C909取(47～100)μF，R902取47kΩ～68kΩ是合適的，對窄電源（200VAC），R902可取82k～150k。在本例子中，當R902=82kΩ，C909=47μF，輸入電壓為90V時(shí)，其開(kāi)機起動(dòng)時(shí)間為1.3μs左右。

2.2 內部振蕩器，穩壓原理和過(guò)流保護

（1）內部振蕩器

IC內部振蕩器是通過(guò)對C1的充放電而形成振蕩脈沖的，放電時(shí)間常數C1R1(≈50μs)決定了MOSFET的關(guān)斷時(shí)間。在PRC運用模式中，穩壓是由固定toff而變化ton來(lái)達到的。圖4示出了當沒(méi)有穩壓控制信號輸入時(shí)，內部振蕩器的工作波形。由圖5波形可見(jiàn)，當MOSFET導通時(shí)，電容C1被充電到6.5V。同時(shí)漏極電流ID逐步上升，在R5上形成一鋸齒形狀電壓VR5。VR5通過(guò)R4后幾乎無(wú)損失地加到IC的①腳OCP/FB端口。當①腳電壓V1達到閾值Vth1≈0.73V時(shí)，比較器1開(kāi)始動(dòng)作，它使振蕩器輸出反相，并通過(guò)驅動(dòng)級將MOSFET關(guān)斷。此后C1通過(guò)電阻R1放電，C1兩端電壓按恒定的放電時(shí)間常數C1R1線(xiàn)性下降。當它降到3.7V左右時(shí)，振蕩器輸出再次反相，使MOSFET重新導通，C1電壓再次跳升到6.5V。如此不斷重復上述過(guò)程。

由上述可知，MOSFET的導通持續時(shí)間ton是由VR5的上升斜率決定的，而toff在PRC模式中則由C1R1決定。

（2）穩壓原理

如圖5所示，為了控制輸出，光耦合器的誤差信號輸出電流在R4上形成電壓降VR4串接在VR5上，從而使輸入到①腳的電壓V1波形部分受到VR4的控制，使比較器1提前或拖后反相，以改變MOSFET的ton從而改變次級輸出電壓，達到穩壓的目的。這屬于電流控制方式。一般說(shuō)來(lái)，在電流控制方式中，輕載時(shí)VR4會(huì )升高，有可能使MOSFET導通時(shí)的浪涌電流所引起的噪聲對比較器1帶來(lái)誤觸發(fā)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在MOSFET關(guān)斷期間插入一個(gè)有源低通濾波器，它是由C5和一個(gè)1.35mA恒流源組成，旁接于①腳和地之間。在MOSFET導通之前，該濾波器分流了從光耦輸出的約一半電流量，因而使VR4直流偏置量有效降低，防止了導通浪涌電流的疊加而引起的誤觸發(fā)，此外C5的存在也加大了對噪聲的吸收旁路作用。

應該指出的是，現在ton的控制是通過(guò)改變VR4的直流電壓達到（見(jiàn)圖6），這與過(guò)去傳統方法不同，過(guò)去的STRS6700和STRM6800系列是靠改變充電電壓的斜率而達到改變ton的。

（3）過(guò)流保護

這是一個(gè)脈沖連著(zhù)脈沖的過(guò)流檢測電路。由圖5中的波形可見(jiàn)，比較器1起著(zhù)過(guò)流保護作用。只要正比于Id的電壓V1峰值超過(guò)限值0.73V時(shí)，就會(huì )強迫振蕩器輸出反相，使MOSFET關(guān)斷，ton變小，達到了限制輸出電流和輸出功率的目的。

2.3 準諧振運用

上面討論了純光耦反饋電路的PRC工作情況，實(shí)際的應用電路應包括從變壓器驅動(dòng)繞組D1來(lái)的反饋支路（它包括D903，R908，C913，D904等元器件），由于這個(gè)支路的存在，使得V1在MOSFET關(guān)斷期間含有與VDS成比例的電壓成份，它叫準諧振信號（見(jiàn)圖7）。根據準諧振信號的電平大小可決定該電源是工作在PRC方式還是準諧振方式。

在MOSFET關(guān)斷期間如果準諧振信號V1處在0.73V與1.45V之間，則比較器1起作用使電源進(jìn)入PRC方式；如果準諧振信號V1超過(guò)1.45V（V1最大值為6.0V），則比較器2起作用使toff降為1.5μs(min)左右，但現時(shí)功率管的關(guān)斷時(shí)間不取決于此值，而是比它大得多。事實(shí)上只要V1保持大于0.73V，則MOSFET仍然維持關(guān)斷，什么時(shí)候開(kāi)始轉導通，則由準諧振方式?jīng)Q定。準諧振方式就是使MOSFET在VDS的諧振周期的半周處導通，這樣可保證較低的開(kāi)關(guān)電應力和減少開(kāi)關(guān)損耗，為達此目的，需要滿(mǎn)足以下二條件：

（1）在漏極和地之間要有一個(gè)合適的電容C908存在，由它與初級電感構成LC諧振回路，以便形成漏源極之間電壓VDS的諧振波形；

（2）柵極驅動(dòng)中要有合適的延遲以保證當準諧振信號V1下降到0.73V以下，MOSFET開(kāi)始導通時(shí)恰好對應于VDS波形的最低處。在具體調整時(shí)，可用一功率表監測電源輸入端，在固定輸出負載下，調整R908、C913大小，以獲得最小輸入功率，此時(shí)可判斷延遲時(shí)間為最合適。還要指出的是延遲作用也有C910和電路分布電容的參與，所以即使不接入C913，電路仍會(huì )有某些延遲。

2.4 驅動(dòng)電路，鎖定觸發(fā)器，熱保護和過(guò)壓保護

（1）驅動(dòng)電路

驅動(dòng)電路如圖8所示。

這是恒壓驅動(dòng)電路，它利用穩壓二極管ZD1(8.6V)來(lái)保護恒定的驅動(dòng)信號幅度。當驅動(dòng)信號為正脈沖時(shí)，Q1導通，通過(guò)電阻RG1＋RG2對MOSFET激勵使之成為軟開(kāi)關(guān)。當輸入信號為零電平時(shí)，Q1截止，Q2導通，MOSFET柵極電荷將經(jīng)過(guò)一個(gè)較小的電阻RG1而迅速放電。穩壓二極管ZD1的作用是保護MOSFET在截止時(shí)不致于被上沖的VDS(500V～600V）通過(guò)DG極間電容耦合到柵極而將管子損壞。

（2）鎖定觸發(fā)器Latch

當電路發(fā)生過(guò)壓或過(guò)熱時(shí)，芯片內有關(guān)電路會(huì )將鎖定觸發(fā)器置ON，使④腳上電壓Vin在10V～16V之間來(lái)回擺動(dòng)。IC間歇性地工作，阻止了電流和電壓不正常的升高，直到Vin低于6.5V時(shí)，電路完全不起振。此時(shí)若要電源再起動(dòng)，需要關(guān)機后再開(kāi)機才行。

（3）熱保護電路

當混合型IC的外殼溫度超過(guò)140℃時(shí)，控制IC中的熱保護電路就會(huì )起動(dòng)鎖定觸發(fā)器置ON，由于MOSFET與控制IC裝在同一塊基板上。所以熱保護同樣包括MOSFET。

（4）過(guò)壓保護電路

當Vin超過(guò)22.0V時(shí)，過(guò)壓保護電路能起動(dòng)觸發(fā)鎖定器。使Vin在10V～16V之間來(lái)回擺動(dòng)最后會(huì )降到6.5V以下，電源完全停止工作，此時(shí)要關(guān)機后再開(kāi)機才能重新起動(dòng)。

過(guò)壓保護電路同時(shí)可以防止次級輸出電壓VO1過(guò)高。例如當控制電路開(kāi)路或其它原因引起VO1大大升高時(shí)，通過(guò)變壓器耦合，驅動(dòng)繞組的感應電壓相應也會(huì )升高，從而使Vin升高。當Vin超過(guò)22V時(shí)過(guò)壓保護同樣起作用。限制了VO1的再升高，此時(shí)的VO1為

VO1(OVP)=[Vo1(正常值）/Vin(正常值]×22.5

例如設VO1(正常值)=130V，Vin(正常值)=18V，利用上式即可算出VO1(OVP)=162.5V，這表示當故障發(fā)生時(shí)由于過(guò)壓保護起作用，VO1最高不會(huì )超過(guò)此值。

3 調整和測試結果

利用上述電源安裝了三臺34英寸彩色電視樣機，最初開(kāi)機時(shí)電源不工作，后用示波器觀(guān)察Vin波形，發(fā)現電壓過(guò)低，于是將驅動(dòng)繞組ND1由4Ts改為5Ts，Vin又過(guò)大，電源起振一次又熄滅（因過(guò)壓保護起作用），后加入一個(gè)串聯(lián)電阻10Ω/1W于整流二極管D904支路上，問(wèn)題得以解決，Vin在穩定時(shí)達到17V，可順利開(kāi)機。

在調試中，為了得到最佳的準諧振的工作狀態(tài)，可在電視機的電源線(xiàn)端接入一只交流功率表，輸入264V交流，并將畫(huà)面調至黑場(chǎng)，關(guān)掉伴音（此時(shí)開(kāi)關(guān)電源的振蕩頻率最高），在這情況下調整延遲電路元件R908，C910參數，直至功率表的讀數Pi為最小，此時(shí)表示電源的開(kāi)關(guān)損耗最小，電路工作在最佳的準諧振方式中。

實(shí)驗表明，該電源開(kāi)關(guān)噪音干擾較小，無(wú)須加入特別的抗干擾措施，便輕易地通過(guò)EMC測試。但在穩態(tài)的STANDBY狀態(tài)，其輸入功耗稍大些，通過(guò)調整ND2，以及加入第二光耦I(lǐng)C904使電源在STANDBY時(shí)工作在間歇脈沖狀態(tài)，從而減少了輸入功耗。最后得出如下實(shí)驗結果：

輸入電壓VMAINS：(90～264)V

輸出電壓VO1：130V

輸入電壓調整率：當VMAINS=90V～264V時(shí)，VO1=130V±0.2V

負載變化調整率：當IO1=0.3A～0.6A時(shí)，VO1=130V±0.3V

STANDBY輸入功耗（230V時(shí)）：12W

AC/DC轉換效率η=85％

開(kāi)關(guān)頻率范圍：30kHz～110kHz

SB頻率：8.7kHz（間歇振蕩）

4 結語(yǔ)

利用日本SANKEN公司的電源混合型ICSTRF6656成功設計和制成了34英寸彩色電視用開(kāi)關(guān)電源，并通過(guò)了所有的例行測試，包括高，低濕測試，EMC測試和開(kāi)路/短路試驗及伴音對圖像的干擾等測試。測試結果表明，該電源能很好地滿(mǎn)足大屏幕彩色電視機的要求，與其他廠(chǎng)家的同類(lèi)型IC比較，除穩壓特性和效率基本相同外，它還具有線(xiàn)路更簡(jiǎn)單，干擾小，調試容易等特點(diǎn)，因此是一個(gè)不可多得的實(shí)用性強的電視機電源。