1引言

　　混合型電源ICSTRF6600系列是日本Sanken電氣公司的近年產(chǎn)品,。它內(nèi)含MOSFET及控制IC部分,，是專門為反激型變換器設(shè)計的，特適用于彩色電視機(jī)開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源,。

　　該混合IC可工作于準(zhǔn)諧振" title="準(zhǔn)諧振">準(zhǔn)諧振方式以及脈沖占空比控制（PRC——PulseRatioControl)方式,。它具有常規(guī)第二代SMPSIC的特點，即采用次級輸出采樣及光耦反饋穩(wěn)壓,、準(zhǔn)諧振,、高效率、寬輸入范圍,、良好的輸入電壓調(diào)整率和負(fù)載輸出特性,，還有過流、過壓及熱保護(hù)" title="熱保護(hù)">熱保護(hù)等,。相對于同類型的其它廠家IC,，它多了一個熱保護(hù)以及開關(guān)電噪聲較小，可簡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(chǔ)上描述怎樣利用它設(shè)計制造一個34″彩色電視機(jī)開關(guān)電源。文中給出樣機(jī)電源電路,，變壓器設(shè)計以及實驗結(jié)果,。實驗表明,，該電源完全符合電視機(jī)電氣要求,，它外圍元件少，設(shè)計容易,，穩(wěn)定度高,。在高溫,、低溫、EMI,、短路和開路等環(huán)境和安全實驗中均符合國家標(biāo)準(zhǔn),，是一個不可多得的簡單和高效能的電視機(jī)實用開關(guān)電源。

2混合型開關(guān)電源控制器STRF6600系列原理和特性簡介

　　圖1給出了STRF6600系列的原理方框圖,。這是一個有一個引出腳的塑料封裝IC,，其每腳功能簡述見表1。

表1STRF6600系列每腳功能

　　21起動電路

　　當(dāng)AC電源在t0加入時,，由圖2可知,，在半個周期內(nèi)，A點對地峰值電壓VA≈Vd（整流電壓）,，VA經(jīng)過R902向C909充電,，使IC腳④上電壓Vin近似線性上升（見圖3）。當(dāng)Vin上升到閾值電壓Vin(ON)=16V

圖1STRF6600系列方框圖

圖2起動電路

圖3起動時Vin端口電壓的波形

時,，IC內(nèi)的控制電路開始起動,，Vin端口上的輸入電流Iin由100μA突升到30mA，電容C909來不及供電而使Vin下降,。如果此時由驅(qū)動繞組D1所提供的DC電壓足夠的話,，Vin將不致于掉到仃振閾值11V以下，則IC繼續(xù)工作起動成功,。驅(qū)動繞組D1的圈數(shù)須保證經(jīng)整流后在C909上電壓超過11V,，同時又要低于20.5V。因為Vin大于20.5V則過壓保護(hù)電路起作用,，Vin小于10V時則欠壓保護(hù)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(dāng),。R902,、C909太大均會使IC起動時間t1t0延長。但C909亦不能過小,，否則在驅(qū)動繞組電壓到來之前它已不能維持IC動作,，這樣就不能順利起動。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(dāng)R902=82kΩ，C909=47μF，輸入電壓為90V時,，其開機(jī)起動時間為1.3μs左右,。

22內(nèi)部振蕩器，穩(wěn)壓原理和過流保護(hù)

　?。?）內(nèi)部振蕩器

　　IC內(nèi)部振蕩器是通過對C1的充放電而形成振蕩脈沖的,，放電時間常數(shù)C1R1(≈50μs)決定了MOSFET的關(guān)斷時間。在PRC運用模式中,，穩(wěn)壓是由固定toff而變化ton來達(dá)到的,。圖4示出了當(dāng)沒有穩(wěn)壓控制信號輸入時，內(nèi)部振蕩器的工作波形,。由圖5波形可見,，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時，電容C1被充電到6.5V,。同時漏極電流ID逐步上升,，在R5上形成一鋸齒形狀電壓VR5。VR5通過R4后幾乎無損失地加到IC的①腳OCP/FB端口,。當(dāng)①腳電壓V1達(dá)到閾值Vth1≈0.73V時,，比較器1開始動作，它使振蕩器輸出反相,，并通過驅(qū)動級將MOSFET關(guān)斷,。此后C1通過電阻R1放電，C1兩端電壓按恒定的放電時間常數(shù)C1R1線性下降,。當(dāng)它降到3.7V左右時,，振蕩器輸出再次反相，使MOSFET重新導(dǎo)通,，C1電壓再次跳升到6.5V,。如此不斷重復(fù)上述過程。

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

　?。?）穩(wěn)壓原理

　　如圖5所示,，為了控制輸出，光耦合器的誤差信

圖4無穩(wěn)壓控制信號輸入時之振蕩波形

圖5有穩(wěn)壓控制信號作用下的振蕩波形

圖6導(dǎo)通期間的V1波形

圖7截止期間的準(zhǔn)諧振信號

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(dá)到穩(wěn)壓的目的,。這屬于電流控制方式,。一般說來，在電流控制方式中,，輕載時VR4會升高，有可能使MOSFET導(dǎo)通時的浪涌電流所引起的噪聲對比較器1帶來誤觸發(fā),。為了解決這個問題,，在MOSFET關(guān)斷期間插入一個有源低通濾波器，它是由C5和一個1.35mA恒流源組成,，旁接于①腳和地之間,。在MOSFET導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)該指出的是,，現(xiàn)在ton的控制是通過改變VR4的直流電壓達(dá)到（見圖6），這與過去傳統(tǒng)方法不同,，過去的STRS6700和STRM6800系列是靠改變充電電壓的斜率而達(dá)到改變ton的,。

　　（3）過流保護(hù)

　　這是一個脈沖連著脈沖的過流檢測電路,。由圖5中的波形可見,，比較器1起著過流保護(hù)作用。只要正比于Id的電壓V1峰值超過限值0.73V時,，就會強(qiáng)迫振蕩器輸出反相,，使MOSFET關(guān)斷，ton變小,，達(dá)到了限制輸出電流和輸出功率的目的,。

23準(zhǔn)諧振運用

　　上面討論了純光耦反饋電路的PRC工作情況，實際的應(yīng)用電路應(yīng)包括從變壓器驅(qū)動繞組D1來的反饋支路（它包括D903,，R908,，C913，D904等元器件）,，由于這個支路的存在,，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(zhǔn)諧振信號（見圖7）,。根據(jù)準(zhǔn)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(zhǔn)諧振方式,。

　　在MOSFET關(guān)斷期間如果準(zhǔn)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(zhǔn)諧振信號V1超過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(xiàn)時功率管的關(guān)斷時間不取決于此值，而是比它大得多,。事實上只要V1保持大于0.73V,，則MOSFET仍然維持關(guān)斷，什么時候開始轉(zhuǎn)導(dǎo)通,，則由準(zhǔn)諧振方式?jīng)Q定,。準(zhǔn)諧振方式就是使MOSFET在VDS的諧振周期的半周處導(dǎo)通，這樣可保證較低的開關(guān)電應(yīng)力和減少開關(guān)損耗,，為達(dá)此目的,，需要滿足以下二條件：

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

　?。?）柵極驅(qū)動中要有合適的延遲以保證當(dāng)準(zhǔn)諧振信號V1下降到0.73V以下,，MOSFET開始導(dǎo)通時恰好對應(yīng)于VDS波形的最低處。在具體調(diào)整時,，可用一功率表監(jiān)測電源輸入端,，在固定輸出負(fù)載下，調(diào)整R908,、C913大小,，以獲得最小輸入功率，此時可判斷延遲時間為最合適,。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，電路仍會有某些延遲,。

24驅(qū)動電路,，鎖定觸發(fā)器，熱保護(hù)和過壓保護(hù)

　?。?）驅(qū)動電路

驅(qū)動電路如圖8所示,。

　　這是恒壓驅(qū)動電路，它利用穩(wěn)壓二極管ZD1(8.6V)來保護(hù)恒定的驅(qū)動信號幅度,。當(dāng)驅(qū)動信號為正脈沖時,，Q1導(dǎo)通，通過電阻RG1＋RG2對MOSFET激勵使之成為軟開關(guān),。當(dāng)輸入信號為零電平時,，Q1截止，Q2導(dǎo)通,，MOSFET柵極電荷將經(jīng)過一個較小的電阻RG1而迅速放電,。穩(wěn)壓二極管ZD1的作用是保護(hù)MOSFET在截止時不致于被上沖的VDS(500V～600V）通過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(dāng)電路發(fā)生過壓或過熱時,，芯片內(nèi)有關(guān)電路會將鎖定觸發(fā)器置ON,，使④腳上電壓Vin在10V～16V之間來回擺動。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，電路完全不起振,。此時若要電源再起動,，需要關(guān)機(jī)后再開機(jī)才行,。

　?。?）熱保護(hù)電路

　　當(dāng)混合型IC的外殼溫度超過140℃時，控制IC中的熱保護(hù)電路就會起動鎖定觸發(fā)器置ON,，由于MOSFET與控制IC裝在同一塊基板上,。所以熱保護(hù)同樣包括MOSFET。

　?。?）過壓保護(hù)電路

　　當(dāng)Vin超過22.0V時,，過壓保護(hù)電路能起動觸發(fā)鎖定器。使Vin在10V～16V之間來回擺動最后會降到6.5V以下,，電源完全停止工作,，此時要關(guān)機(jī)后再開機(jī)才能重新起動。

　　過壓保護(hù)電路同時可以防止次級輸出電壓VO1過高,。例如當(dāng)控制電路開路或其它原因引起VO1大大升高時,，通過變壓器耦合，驅(qū)動繞組的感應(yīng)電壓相應(yīng)也會升高,，從而使Vin升高,。當(dāng)Vin超過22V時過壓保護(hù)同樣起作用。限制了VO1的再升高,，此時的VO1為VO1(OVP)=

例如設(shè)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(dāng)故障發(fā)生時由于過壓保護(hù)起作用,，VO1最高不會超過此值。

3調(diào)整和測試結(jié)果

　　利用上述電源安裝了三臺34英寸彩色電視樣機(jī),，最初開機(jī)時電源不工作,，后用示波器觀察Vin波形，發(fā)現(xiàn)電壓過低,，于是將驅(qū)動繞組ND1由4Ts改為5Ts,，Vin又過大,，電源起振一次又熄滅（因過壓保護(hù)起作用），后加入一個串聯(lián)電阻10Ω/1W于整流二極管D904支路上,，問題得以解決,，Vin在穩(wěn)定時達(dá)到17V，可順利開機(jī),。

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

　　實驗表明,，該電源開關(guān)噪音干擾較小,，無須加入特別的抗干擾措施，便輕易地通過EMC測試,。但在穩(wěn)態(tài)的STANDBY狀態(tài),，其輸入功耗稍大些，通過調(diào)整ND2,，以及加入第二光耦I(lǐng)C904使電源在STANDBY時工作在間歇脈沖狀態(tài),，從而減少了輸入功耗。最后得出如下實驗結(jié)果：

　　輸入電壓VMAINS：(90～264)V

　　輸出電壓VO1：130V

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

　　負(fù)載變化調(diào)整率：當(dāng)IO1=0.3A～0.6A時,，VO1=130V±0.3V

　　STANDBY輸入功耗（230V時）：12W

　　AC/DC轉(zhuǎn)換效率η=85％

　　開關(guān)頻率范圍：30kHz～110kHz

　　SB頻率：8.7kHz（間歇振蕩）

4結(jié)語

　　利用日本SANKEN公司的電源混合型ICSTRF6656成功設(shè)計和制成了34英寸彩色電視用開關(guān)電源，并通過了所有的例行測試,，包括高,，低濕測試，EMC測試和開路/短路試驗及伴音對圖像的干擾等測試,。測試結(jié)果表明,，該電源能很好地滿足大屏幕彩色電視機(jī)的要求，與其他廠家的同類型IC比較,，除穩(wěn)壓特性和效率基本相同外,，它還具有線路更簡單，干擾小,，調(diào)試容易等特點,，因此是一個不可多得的實用性強(qiáng)的電視機(jī)電源,。