基于FSDM0265RNB的機(jī)頂盒開(kāi)關(guān)電源與檢修
摘要:FSDM0265RNB是美國(guó)飛兆半導(dǎo)體公司推出的單片開(kāi)關(guān)電源集成器件,它將PWM控制系統(tǒng)的全部功能集成到了一塊器件中,介紹該器件的功能特點(diǎn),詳細(xì)分析基于該器件實(shí)現(xiàn)的機(jī)頇盒開(kāi)關(guān)電源原理,并分析了檢修實(shí)例。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/103974.htm關(guān)鍵詞:電力電子技術(shù);開(kāi)關(guān)電源(SMPS);脈沖寬度調(diào)制(PWM);機(jī)頇盒(STB)
1 引言
中、小功率開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化一直是各器件生產(chǎn)廠商的發(fā)展目標(biāo),FSDM0265RNB是飛兆半導(dǎo)體公司的單片低功耗離線式開(kāi)關(guān)電源集成電路。結(jié)合檢修機(jī)頂盒開(kāi)關(guān)電源的實(shí)例,詳細(xì)分析該集成器件的性能特點(diǎn)和應(yīng)用原理。
2 FSDM0265RNB簡(jiǎn)介
圖1為FSDM0265RNB內(nèi)部功能框圖,它將PWM控制器、功率開(kāi)關(guān)管及其驅(qū)動(dòng)電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路、保護(hù)電路等集成在一個(gè)器件中。該器件在電路設(shè)計(jì)上有許多獨(dú)特之處,有“綠色器件”之稱,其主要性能特點(diǎn)如下:
集成有擊穿電壓為650 V的抗雪崩“敏感場(chǎng)效應(yīng)管(Sense FET)”,內(nèi)置上電啟動(dòng)電路;
集成了過(guò)壓(OVP)、過(guò)載(OLP)和過(guò)熱等保護(hù)功能;
開(kāi)關(guān)頻率典型值為67 kHz,占空比調(diào)節(jié)范圍是O%~67%,調(diào)制可降低EMI;
超低待機(jī)功耗自動(dòng)間歇工作方式;
內(nèi)置軟啟動(dòng)電路和自動(dòng)重新啟動(dòng)電路;
具有遲滯回差的欠壓鎖定(UVLO)電路(啟動(dòng)、欠壓閾值電壓典型值分別為12 V和8 V)。
基于器件的上述特點(diǎn),由其實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)電源電路的外圍電路較簡(jiǎn)單,只需外接交流整流濾波電路、高頻變壓器、反饋電路、初級(jí)箝位保護(hù)電路和次級(jí)輸出電路,特別適合制作小功率高性價(jià)比的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,可廣泛用作機(jī)頂盒、DVD機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀、攝錄像機(jī)等設(shè)備的電源。
該器件采用DIP-8封裝,引腳1為接地端,引腳2為電源端,引腳3為反饋輸入端,引腳4為開(kāi)關(guān)管極限電流調(diào)整端,引腳5為肩動(dòng)電壓輸入端,引腳6~8為內(nèi)部開(kāi)關(guān)管漏極。
3 機(jī)頂盒開(kāi)關(guān)電源工作原理
圖2為DVB-C2000機(jī)頂盒開(kāi)關(guān)電源原理圖,核心器件是飛兆半導(dǎo)體公司的FSDM0265RNB,采用典型的單端反激式設(shè)計(jì)方案,有5路直流電壓輸出,分別為31 V,±12 V,5 V和3.3 V。
3.1 電路啟動(dòng)與電壓穩(wěn)定輸出
電源剛通電時(shí),由于功率開(kāi)關(guān)管等尚未工作,無(wú)正常輸出,因此必須借助啟動(dòng)電路為器件提供工作電壓VCC,U1(FSDM0256RNB)內(nèi)部集成高壓電流源上電啟動(dòng)電路,220 V交流市電經(jīng)整流濾波后得到的300 v直流電壓,一路從U1的引腳5直接加到啟動(dòng)電路,通過(guò)內(nèi)部高壓?jiǎn)?dòng)電流源給引腳2的外接電容C5充電。當(dāng)VCC上升至啟動(dòng)閾值電壓12 V并經(jīng)過(guò)15 ms軟啟動(dòng)時(shí)間后,欠壓鎖定電路(UVLO)立即切斷高壓電流源的供電,內(nèi)部偏置電路接通,器件轉(zhuǎn)入正常工作,一旦功率開(kāi)關(guān)管進(jìn)入正常開(kāi)關(guān)狀態(tài),自饋繞組3-4上所建立的高頻感應(yīng)脈沖電壓經(jīng)VD6、C5整流濾波后,就作為器件工作電壓,至此,啟動(dòng)過(guò)程自動(dòng)結(jié)束。電路正常工作后,各次級(jí)繞組上建立的高頻感應(yīng)脈沖電壓,分別經(jīng)整流濾波后輸出不同的電壓,為后續(xù)主板電路提供工作電壓。
電路工作中,只要U1引腳2的電壓不低于欠壓閾值電壓8 V,電路就鎖定在正常工作狀態(tài),一旦引腳2電壓低于8 V,UVLO關(guān)斷內(nèi)部偏置電路,保護(hù)邏輯復(fù)位禁止開(kāi)關(guān)管輸出,與此同時(shí),高壓?jiǎn)?dòng)電流源接通,再次為引腳2外接電容充電,當(dāng)VCC回升到大于12 V時(shí),器件又轉(zhuǎn)入正常工作,U1內(nèi)部自動(dòng)重啟動(dòng)電路作用,實(shí)現(xiàn)電源的自動(dòng)重啟。
電路使用TL431與PC817光耦構(gòu)成電氣隔離式穩(wěn)壓反饋電路,由圖2可見(jiàn),反饋信號(hào)取自V0主輸出,當(dāng)某種原因?qū)е螺敵鲭妷篤0升高時(shí),經(jīng)電阻R7、R8分壓取樣,TL431控制端電壓隨之升高,迫使TL431陰極電壓下降,經(jīng)光耦反饋使U1引腳3的電流增加,再經(jīng)U1內(nèi)部PWM比較器減小占空比,縮短開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間,于是次級(jí)繞組儲(chǔ)能減小,使輸出電壓V0降低,反之亦然,總的效果是使輸出電壓V0保持穩(wěn)定。
PSDM0265RNB屬于電流控制型脈寬調(diào)制器,功率管的電流峰限值可通過(guò)其引腳4的外接電阻來(lái)預(yù)設(shè),該電路未接,按其數(shù)據(jù)手冊(cè),IPK為1.5 A。該器件在功率輸出級(jí)的電路設(shè)計(jì)上也頗具特色,使用了被稱為“敏感場(chǎng)效應(yīng)管(Sense FET)”的電流傳感式雙源極功率MOSFET,該MOSFET管兩源極S1、S2從設(shè)計(jì)上考慮,絕大部分漏極電流經(jīng)S1到地,很小部分經(jīng)S2流過(guò)檢測(cè)電阻RS到地,相比讓漏極電流全部流過(guò)檢測(cè)電阻的方案,減小了輸出級(jí)的功耗,提高了電源效率。另外,受高頻變壓器原邊繞組分布電容、副邊高頻整流管存在反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)的影響.功率開(kāi)關(guān)管每次開(kāi)通時(shí)都會(huì)因尖峰電流的流過(guò)而在RS上形成尖峰電壓,有可能使電流控制模式PWM控制出現(xiàn)誤操作,為此,器件內(nèi)部的前沿消隱電路可在功率管開(kāi)通后封鎖PWM比較器一段短暫時(shí)間tLEB(最小值為200 ns)以克服上述參數(shù)的不利影響,保證開(kāi)關(guān)電源的正常工作。
3.2 保護(hù)功能
電源一旦出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)載或過(guò)熱等故障,該器件立即進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)模式,功率開(kāi)關(guān)管交替關(guān)斷或開(kāi)通,直到故障消除,器件才脫離自啟動(dòng)狀態(tài),恢復(fù)正常工作,過(guò)載保護(hù)是一種延遲保護(hù),可避免瞬間過(guò)載引起的OLP誤操作。發(fā)生過(guò)載時(shí),經(jīng)光耦反饋會(huì)引起FSDM0256RNB引腳3電壓升高,達(dá)到3 V時(shí),U1內(nèi)部二極管VD0被阻斷,此時(shí)僅內(nèi)部5μA電流源給C4緩慢充電,充電達(dá)6 V時(shí)OLP動(dòng)作,開(kāi)關(guān)管截止,實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。C4電壓從3 V充到6 V的這段時(shí)間即為過(guò)載保護(hù)延遲時(shí)間,顯然C4的大小決定了這一時(shí)間的長(zhǎng)短。
過(guò)壓保護(hù)主要針對(duì)穩(wěn)壓反饋環(huán)路出問(wèn)題時(shí),造成輸出電壓過(guò)高而損壞二次側(cè)元件。最嚴(yán)重的情況是流經(jīng)光耦的電流為零,電路呈現(xiàn)“假過(guò)載”,此時(shí)功率管流過(guò)預(yù)設(shè)最大電流,在過(guò)載保護(hù)動(dòng)作前,過(guò)多的能量反激到輸出使各路輸出電壓過(guò)高甚至超過(guò)外接器件額定值,為避免此情形發(fā)生,當(dāng)引腳2電壓幅度超過(guò)19 V時(shí),該器件內(nèi)部過(guò)壓保護(hù)電路啟動(dòng),開(kāi)關(guān)管截止,實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。
該器件內(nèi)部集成有過(guò)熱檢測(cè)器,當(dāng)器件內(nèi)部溫度達(dá)到140℃,過(guò)熱保護(hù)電路動(dòng)作,開(kāi)關(guān)管截止,實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。由C3、R2、VD5組成的初級(jí)保護(hù)電路,用來(lái)吸收該器件內(nèi)部開(kāi)關(guān)管截止瞬間,因高頻變壓器初級(jí)繞組存在漏感而產(chǎn)生的尖峰電壓,保護(hù)內(nèi)部的功率開(kāi)關(guān)管。
4 開(kāi)關(guān)電源故障檢修
故障現(xiàn)象:機(jī)頂盒開(kāi)機(jī)后,顯示窗口的紅燈有規(guī)律閃動(dòng),4位數(shù)碼管閃動(dòng)顯示8888,綠燈不亮,經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間后機(jī)器才正常工作。
故障檢修:從故障現(xiàn)象看,初步懷疑是電源供電問(wèn)題,為了排除后續(xù)主板發(fā)生故障的可能性,先拔掉開(kāi)關(guān)電源板與主板連接的排捕,通電后測(cè)量主輸出電壓K0,發(fā)現(xiàn)只有1 V左右,而且讀數(shù)跳動(dòng),V1為9~lO V。結(jié)合整理到的電路原理圖和后續(xù)主板所用電源電壓分析斷定問(wèn)題就m在電源,且與主輸出和反饋電路有關(guān).決定從易壞的電解電容入手,經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)電解電容的頂部突起,幾經(jīng)替換,最終確定故障是電容C8漏電所致。
5 結(jié)語(yǔ)
機(jī)頂盒是常見(jiàn)的家用電器,不用時(shí)遙控關(guān)機(jī)可能是大多數(shù)人的習(xí)慣,殊不知機(jī)器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源一直處于工作狀態(tài),長(zhǎng)期如此,電路元器件會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間工作而老化以致引發(fā)故障(如電解電容漏電失效),所以不用時(shí)要養(yǎng)成切斷電源的習(xí)慣。
評(píng)論