新型彩电典型电源电路剖析
新型彩电中的谐振式电源(上)

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谐振式电源以稳压范围宽、带负载能力强、效率高而开始应用于高档大屏幕彩电中。目前,东芝D7ES机芯及海信TG-1B机芯彩电均使用这种电源。这种电源的工作原理与以往的开关电源有很大的区别,以往的开关电源使用一个开关管工作于开关状态来产生开关脉冲,再用半波整流、滤波电路来获得直流电压输出。而谐振式电源使用推挽电路来激励一个LC谐振电路,进而产生开关脉冲,再用全波整流、滤波电路来获得直流电压输出。

为了让读者能更好地理解谐振式电源的工作情况,本文以海信TG-1B机芯电源电路为例进行分析。海信TG-1B机芯电源电路共由两块厚膜集成电路组成,属谐振式电源。STR-Z4302A为电源控制电路,担负着电源振荡及稳压控制等任务;HIC1016(或HIC1015)为保护电路,担负着误差放大及各种保护功能。

该电源共输出两路直流电压,一路为+125V(或+115V),给行输出电路供电; 另一路为+19V,给伴音功放电路供电,CPU所需要的+5V电压及行振荡所需的+9V电压也是由此路电压经降压后形成的。整机所需的其它各种供电电压均由二次电源来提供。

图1
图1 🔍原图 (567×360)

STR-Z4302A的主要功能

STR-Z4302A是日本三肯公司推出的电源厚膜集成电路,内部结构电路如图1所示,它包含振荡器、振荡控制器、启动电路、保护电路、激励电路及双场效应管推挽输出电路等。因双场效应管工作于推挽状态,故又有半桥电路之称。

图2
图2 🔍原图 (567×331)

STR-Z4302A采用15脚封装形式,各脚功能如下:

1脚:+300V电压输入端,给场效应推挽电路供电,上管导通时,该电压向LC串联谐振电路提供高电平激励电压。

2脚:接地(热地)。

3脚:空载时间定时电阻连接端,空载时间是指两管均截止的时间。在上管激励电压由高电平转化为低电平时,下管激励电压并非立即由低电平转化为高电平,从而出现空载时间。

4脚:振荡电容连接端,电容的反复充、放电,形成振荡。外部电容充电和放电的阈值电压分别为1.8V和2.7V。

5脚:稳压控制端,从该脚拉出的电流越大,振荡频率就越高,输出电压就越低。若从该脚拉出的电流小于200μA,振荡器的振荡频率就不再发生变化,若大于3.4mA,振荡器会停止工作,推挽电路关闭。

6脚: 最小频率设定电阻连接端。

7脚:软启动控制端,振荡器的振荡频率受该脚电压的影响,开机后,内部电路会对7脚上的电容进行充电,7脚电压上升,振荡器的振荡频率逐渐降低,并达到稳定值,从而使各路输出电压也上升至稳定值。因而软启动电路能防止开机后的瞬间有过电流流入到推挽电路,并减缓输出电压对负载的冲击。

8脚:门锁电路延迟电容连接端,当过压保护电路动作、过热保护电路动作、过流保护电路动作或稳压环路断开时,门锁电路就工作,并迫使电源停振。8脚电容的容量决定门锁电路动作的延迟时间。

9脚: 启动供电端。当 9 脚电压上升至15.7V时,内部振荡电路工作,电源启动。若9脚电压过低,小于7.6V,电路会停止振荡,正常工作时,9脚电压一般设置在14V左右。

10脚:激励电源输出(DRI·V\(_{CC}\)),由内部REF(基准稳压器)产生8.0V左右的电压,给下激励器供电。

11脚:过流检测端,外接过流检测电路,过流检测电路主要用来检测LC谐振回路中的电流,以获得控制电压,通过11脚内部电路来抑制推挽电路的激励电流,防止过流现象的产生。

12脚:推挽电路接地(热地)。

14脚: 推挽输出端,输出的脉冲电压作为LC谐振电路的激励源。

15脚:激励电源(VB)输入,给上激励器供电。VB电压的形成过程:在推挽电路下管导通时,10脚电压对15脚外部电容充电,在推挽电路上管导通期间,15脚外部电容上的电压作为上激励器的供电电压。

工作原理


1. 整流、滤波及开机防冲击电路

参见图2(图中元器件符号同原厂图纸),220V交流市电经L801、电源开关后,一方面送至消磁电路,以便每次开机后,能对显像管进行一次消磁操作。另一方面经R813、R812送至桥式整流电路,经整流后,再由L805和C810滤波,产生300V的直流电压,送至STR-Z4302A的1脚,作为内部推挽电路的供电电压。

R813和R812具有防冲击作用,每次开机后的瞬间,因C810上未建立起电压,故整流电流最大,也就是说交流市电对桥堆冲击最大,很有可能损坏桥堆。使用R813和R812后,就可减小开机瞬间的整流电流,使电路的可靠性得到提高。当整机正常工作后,行扫描电路产生+12V的二次电源,使继电器KB1吸合,R813和R812被短路,不再消耗能量。因此,R813和R812仅在开机后瞬间起作用,因而将这一电路称为开机防冲击电路。

L801和C801等元件构成互感滤波器,它既防止电网中的干扰脉冲进入电源,又可防止电源振荡脉冲污染电网。


2. 电源振荡过程

参见图2,桥堆中的D4与R851、C877等元件构成半波整流、滤波电路,开机后,D4将220V交流电的正半周进行整流,整流电流经R851对C877充电,当C877两端电压上升至15.7V时,内部振荡器工作,并产生振荡脉冲,振荡脉冲经内部激励电路放大后,送至推挽电路,使推挽电路进行工作。推挽电路工作后,14脚会不断输出脉冲电压,送至由L1和C870所组成的谐振电路,使谐振电路进入工作状态。

当电路进入振荡状态后,9脚所需的电流会增大,此时,由R851、C877所提供的电流无法再继续满足9脚的需要,因而必须由V872来为9脚供电。电源工作后,L1上会不断产生脉冲电压,从而使L2上也不断感应出脉冲电压,该脉冲经VD864整流,R871、C668滤波后,转化为直流电压,再由V872和VD872进行稳压,输出+14.3V左右的电压,给9脚供电,以满足9脚的需要。

STR-Z4302A工作后,内部基准稳压器会产生+8V的电压(DRI.V\(_{CC}\)),一方面作为内部下激励器的供电电源,另一方面从10脚输出。在内部推挽电路上管截止、下管导通期间,10脚输出的电压经R862、VD862对C863充电,使C863上充得近8V的电压(极性为右正左负)。在推挽电路下管截止、上管导通期间,C863上的近8V电压作为内部上激励器的供电电源。

C864、R870组成过流检测电路,当流过LC谐振电路的电流过大时,C870上的电压也会增大,经C864、R870检测后,在R870上的电压也增大,该电压经R866送至11脚,经内部电路作用后,减小推挽电流,以防止过流现象的产生。

电容C871具有保护作用,当推挽电路处于空载期间,L1会产生较高的自感电压,极有可能击穿推挽电路,有了C871后,L1会经C871释放能量,从而减小对推挽电路的冲击。


3. 各路输出电压形成过程

参见图3。当STR-Z4302A进入正常工作状态后,L1上不断产生脉冲电压,次级绕组L3和L4也会不断感应出脉冲电压。L3上的脉冲电压经VD885和VD886全波整流后,再由R888、C889进行滤波,输出+19V的直流电压,一方面直接送至伴音功放电路,给伴音功放电路供电; 另一方面送至L78MR05的1脚,再从5脚输出+5V电压(+5V-1),给遥控系统供电;再一方面送至V430的集电极,由V430、V431及VD431所组成的串联稳压源稳定成+9V的电压(H·V\(_{CC}\)),送至小信号处理器TB1227N,作为小信号处理器的行启振电源。

L4上的脉冲经VD883和VD884进行全波整流,再由C884滤波,产生+125V的直流电压,给行推动电路及行输出电路供电。

因L1采用推挽激励方式,为了确保STR-Z4302A内部推挽管导通时的电流平衡性,次级绕组一般要采用全波整流电路。这一点是谐振式电源与以往单管开关电源所不同的地方,请读者务必引起注意。

(文/王忠诚)