專家點*:鑒于以上缺點,,并聯(lián)式開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源除了由啟動電路,、振蕩電路、誤差取樣放大電路和脈寬調(diào)節(jié)電路組成的常規(guī)電路外,,為了保證開關(guān)電源和負載電路可靠地工作,,還設(shè)置了許多附屬電路。例如:①為防止開關(guān)管" title="開關(guān)管">開關(guān)管因開啟損耗大或關(guān)斷損耗大而損壞,,設(shè)置了開關(guān)管恒流激勵電路,;②為防止負載短路使開關(guān)管因過電流損壞,而設(shè)置了開關(guān)管過電流保護電路,;③為防止開關(guān)管和負載元器件因過電壓損壞,,而設(shè)置了過電壓保護電路;④為防止開關(guān)管因“二次”擊穿損壞,,而設(shè)置了尖峰吸收電路,;⑤為防止市電過低,使開關(guān)管因開啟損耗大而損壞,,設(shè)置了欠電壓保護電路,。
這些附屬電路的加入使電源電路工作的安全性及可靠性大大提高,但同時也使電路的結(jié)構(gòu)更加復雜,,元器件數(shù)量大大增多,,從而導致檢修難度加大。
(2)按激勵脈沖產(chǎn)生方式分
不管何種開關(guān)電源,,開關(guān)管必須工作在開關(guān)狀態(tài),,所以開關(guān)管基極所加的激勵電壓是脈沖電壓,按激勵脈沖的產(chǎn)生分類,,有自激式和他激式兩種,。自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源是:利用電源電路中的開關(guān)管、高頻變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路,,來完成自激振蕩,。這種振蕩電路雖然簡單,但不易控制,,因此,,PDP 彩電一般不采用自激式開關(guān)電源,而采用他激式開關(guān)電源,。圖5 所示的并聯(lián)式開關(guān)電源采用的就是他激式振蕩電路(圖見上期),,因此,也稱為他激式并聯(lián)開關(guān)電源,。
他激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路的開關(guān)管不參與激勵脈沖的振蕩過程,,必須附加有啟動電路和振蕩器。振蕩器產(chǎn)生開關(guān)脈沖,,來控制電源開關(guān)管的導通與截止,,讓電源電路開關(guān)工作而有直流輸出電壓,。在實際電路中,振蕩器一般集成在電源控制IC 中(電源控制IC,,一般具有:振蕩,、脈寬調(diào)制、過電流保護,、過電壓保護,、欠電壓保護等功能;有些還集成有開關(guān)管),。
專家點撥:對于開關(guān)管激勵脈沖,,要求有足夠的驅(qū)動功率。也就是說,,在開關(guān)管飽和期間,,要求有足夠大的基極電流,以維持開關(guān)管的飽和導通,,這時基極電流應滿足Ib>Icp>β(Icp 為開關(guān)管集電極的峰值電流)的條件,,否則,開關(guān)管就會因激勵不足而不能完全飽和,,而壓降增大,,功耗增大,開關(guān)管過熱,,容易造成損壞,;而在開關(guān)管由飽和變?yōu)榻刂箷r,基極必須加反向電壓,,形成足夠的基極反向電流,,使開關(guān)管急劇地截止,以縮短開關(guān)管截止轉(zhuǎn)換時間,,減小其關(guān)斷損耗,。
( 3) 按穩(wěn)壓控制方式分
一般開關(guān)電源都要經(jīng)過穩(wěn)壓措施,來保證開關(guān)電源輸出端電壓的穩(wěn)定,。否則,,當市電電壓或負載電流發(fā)生變化時,將導致輸出端電壓發(fā)生變化,,穩(wěn)壓控制電路最終是通過控制開關(guān)管的導通時間來實現(xiàn)穩(wěn)壓控制的。按穩(wěn)壓控制方式分,,開關(guān)電源可分為脈沖調(diào)寬式,、脈沖調(diào)頻式、脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種,。
通過計算可以得出,,開關(guān)電源輸出電壓UO 的計算公式為:
由公式可知,,改變Ton 或T,就可以控制輸出直流電壓的大小,。若只改變Ton,,而保持T 不變,稱為“脈沖調(diào)寬式調(diào)制法”,;若只改變T,而保持Ton 不變,,稱為“脈沖調(diào)頻式調(diào)制法”;若同時改變Ton 和T,,則稱為“脈沖調(diào)頻—調(diào)寬式調(diào)制法”,。
上述三種穩(wěn)壓控制方式,PDP 彩電的開關(guān)電源都有采用,,其中“脈寬式調(diào)制法”應用較多,。
3. 并聯(lián)式開關(guān)電源基本原理
圖6 所示為PDP 彩電并聯(lián)式開關(guān)電源的基本原理圖。當激勵脈沖為高電平時,,使V 飽和導通,,則T 的一次繞組的磁能因V 的集電極電流逐漸升高而增加,由于“二次”繞組感應電壓的極性為“上負,、下正”,,所以整流二極管VD 截止,電能便以磁能的形式儲存在T 中,。
V—開關(guān)管(NPN型晶體管或N溝道場效應管),;T—開關(guān)變壓器;
VD—整流二極管,; C—濾波電容" title="濾波電容">濾波電容,; RL—負載電路。
圖6 PDP彩電并聯(lián)式開關(guān)電源的基本原理圖,。
當V 截止期間.T 各個繞組的脈沖電壓反向,,則“二次”繞組的電壓變?yōu)?ldquo;上正、下負”,,整流二極管VD 導通,,T儲存的能量經(jīng)VD 整流后,向C 與負載釋放,,產(chǎn)生了直流電壓,,為負載電路提供供電電壓。
由以上分析可知,,并聯(lián)式開關(guān)電源是反激勵式開關(guān)電源,,即開關(guān)管導通期間,整流二極管VD 截止;在開關(guān)管V 截止期間,,整流二極管VD 導通,,向負載提供能量。所以,,不但要求開關(guān)變壓器T 的電感量,、濾波電容C 的容量大,而且開關(guān)電源的內(nèi)阻較大,。
4. 開關(guān)電源組成電路介紹
PDP 彩電的開關(guān)電源主要由交流抗干擾電路,、整流、濾波電路,、功率因數(shù)校正" title="功率因數(shù)校正">功率因數(shù)校正電路(多數(shù)機型有此電路),、啟動和振蕩電路、開關(guān)電源控制電路,、穩(wěn)壓電路,、保護電路等幾部分構(gòu)成。
(1)交流抗干擾電路
開關(guān)電源兩根交流進線上存在共模干擾(兩根交流進線上接收到的干擾信號,,相對參考點大小相等,、方向相同,如電磁感應)和差模干擾(兩根交流進線上接收到的干擾信號相對參考點大小相等,、方向相反,,如電網(wǎng)電壓瞬時波動)。兩種干擾以不同比例同時存在,。開關(guān)電源中,,整流電路、開關(guān)管的交流電壓快速上升或下降,,電感,、電容的電流也迅速變化。這些都構(gòu)成了電磁干擾源,。為了減少干擾信號通過電網(wǎng)影響其他電子設(shè)備的正常工作,,也為了減少干擾信號對本機音、視頻信號的影響,,需要在交流進線側(cè)加裝濾波器電路,,即交流抗干擾電路。常用交流抗干擾電路如圖7 所示,。
圖7 常用交流抗干擾電路圖
在圖7 電路中,,LF1、LF2 是共模扼流圈,,在一個閉合高導磁率鐵心上,,繞制兩個繞向相同的線圈,。共模電流以相同方向同時流過兩個線圈時,兩線圈產(chǎn)生的磁通是相同方向的,,有相互加強的作用,使每一線圈的共模阻抗提高,,共模電流大大減弱,,對共模干擾有強的抑制作用;在差模干擾信號作用下,,干擾電流產(chǎn)生方向相反的磁通,,在鐵心中相互抵消,使線圈電感幾乎為零,,對差模信號沒有抑制作用,。LF1、LF2 與電容CY1,、CY2 構(gòu)成共模干擾抑制網(wǎng)絡(luò),。
在圖7 電路中,L1 是差模扼流圈,在高導磁率鐵心上獨立繞線構(gòu)成,,對高頻率差模電流和浪涌電流有極高的阻抗,,對低頻(工頻)電流的阻抗極小。電容CX1,、CX2 濾去差模電流,,與L1 構(gòu)成差模干擾抑制網(wǎng)絡(luò)。R1 是CX1,、CX2 的放電電阻(安全電阻),,用于防止電源線拔插時電源線插頭長時間帶電。安全標準規(guī)定:正在工作中的電氣設(shè)備電源線拔掉時,,在2 s 內(nèi),,電源線插頭兩端的電壓(或?qū)Φ仉娢唬┍仨毿∮谠妷旱?0%。
專家提示:電容CX1,、CX2 為安全電容,,必須經(jīng)過安全檢測部門認證并標有安全認證標志。CY 電容一般采用耐壓為AC 275 V 的陶瓷電容,,但其真正的直流耐壓高達4000 V 以上,,因此,CY 電容不能隨便用AC 250 V,,或DC400 V 之類的電容來代用,。CX 電容一般采用聚丙烯薄膜介質(zhì)的無感電容,耐壓為AC 250 V 或AC 275 V,,但其真正的直流耐壓達2000 V 以上,,故不能隨便用AC 250 V或DC 400 V 之類的電容來代用。
(2) 整流、濾波電路
整流,、濾波電路的作用是將交流電轉(zhuǎn)換成300 V左右的直流電壓,。開關(guān)電源電路中通常采用橋式整流和電容濾波方式,典型電路如圖8 所示,。
圖8 整流、濾波電路圖
電路中,,VD1~VD4 是整流二極管,,C 是300 V 濾波電容。通過橋式整流電路,,可以將交流電壓轉(zhuǎn)換成單向脈動的直流電壓,。通過電容濾波,可將單向脈動的直流電壓轉(zhuǎn)換為平滑的直流電壓,。
(3)功率因數(shù)校正(PFC)電路
?、俟β室驍?shù)校正電路的作用
長期以來,開關(guān)型電源都是采用橋式整流和大容量電容濾波電路來實現(xiàn)AC/DC 轉(zhuǎn)換的,。由于濾波電容的充,、放電作用,其兩端的直流電壓出現(xiàn)略呈鋸齒波的紋波,。濾波電容上電壓的最小值與最大值(紋波峰值)相差并不多,。根據(jù)橋式整流二極管的單向?qū)щ娦裕挥性贏C 電路電壓瞬時值高于濾波電容電壓時,,整流二極管才會因正向偏置而導通,;而當AC 輸入電壓瞬時值低于濾波電容電壓時,整流二極管因反向偏置而截止,。也就是說,,在AC 電路電壓的每個半周期內(nèi),只是在其峰值附近,,二極管才會導通(導通角約為70°),。雖然AC 輸入電壓仍大體保持正弦波波形,但AC 輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖,,如圖9 所示,。這種嚴重失真的電流波形含有大量的諧波成分,會危害電網(wǎng)正常工作,,使輸電線上的損耗增加,,功率因數(shù)降低,浪費電能,。
圖9 未加功率因數(shù)校正電路時輸入電流與電壓波形圖
為了提高功率因數(shù),,PDP 彩電的開關(guān)電源一般采用了功率因數(shù)校正電路,。加入此部分電路后,可以不斷調(diào)節(jié)輸入電流波形,,使其逼近正弦波,,并與輸入電網(wǎng)電壓保持同相。因此,,可使功率因數(shù)大大提高,,減小了電網(wǎng)負荷,提高了輸出功率,,并明顯降低了開關(guān)電源對電網(wǎng)的污染。
?、诠β室驍?shù)校正(PFC)電路的基本工作原理
功率因數(shù)校正(PFC)電路分為無源和有源兩種,。
無源校正電路,通常由大容量的電感,、電容和工作于工頻電源的整流器組成,。電路較簡單,但效率低,,因此PDP 彩電中一般不采用,。有源校正電路,一般由功率因數(shù)校正集成電路為核心組成,。工作于高頻開關(guān)狀態(tài),,可以得到高于0.99 的電路功率因數(shù),并具有低損耗和高可靠等優(yōu)點,。輸出不隨輸入電壓波動變化,,因此可獲得高度穩(wěn)定的輸出電壓,但有源PFC 電路較復雜,。在PDP 彩電中,,有源PFC 電路應用比較廣泛。
有源PFC 電路框圖如圖10 所示(圖見下期),。從圖中可以看出,,這是一個由儲能電感L、場效應功率開關(guān)管V,、二極管VD2 構(gòu)成的升壓式DC/DC 變換器,。
整流輸入電壓由R1、R2 分壓后,,經(jīng)輸入電壓檢測電路后,,送到乘法器;場效應開關(guān)管的源極電流經(jīng)輸入電流檢測后也加到乘法器,;輸出電壓由R3,、R4 分壓后,,送到輸出電壓檢測電路,經(jīng)與參考電壓比較和誤差放大后也送到乘法器,。
在較大動態(tài)范圍內(nèi),,模擬乘法器的傳輸特性呈線性。當正弦波交流輸入電壓從零上升至峰值期時,,乘法器將三路輸入信號處理后,,輸出相應電平去控制PWM比較器的門限值,然后與鋸齒波比較,,產(chǎn)生PWM 調(diào)制信號,,加到MOSFET 場效應管V 的柵極,調(diào)整場效應管漏,、源極導通寬度和時間,,使它同步跟蹤電網(wǎng)輸入電壓的變化,讓PFC 電路的負載相對交流電網(wǎng)呈純電阻特性,。結(jié)果,,使流過一次回路的感性電流峰值包絡(luò)線緊跟正弦交流輸入電壓變化,獲得與電網(wǎng)輸入電壓同頻,、同相的正弦波電流,。
在開關(guān)電源實際PFC 電路中,除場效應管V 和幾個分壓電阻外,,上述的大部分電路都集成在一塊集成電路上,。這塊集成電路稱為功率校正集成電路,如L6560,、SG3561,、NCP1650、ICEPCS01 等,。