一個簡易型115VAC供電的彩色電視機開關(guān)電源
關(guān)鍵詞:彩色電視機 開關(guān)電源
1 引言
圖1所示為220VAC供電的三洋80P機芯電源,它早年曾廣泛使用在一些國內(nèi)電視機中,其特點是:采用常規(guī)雙極型功率管,全分立元器件,電路簡單,成本低,但
卻能滿足電視機基本穩(wěn)壓要求,而且EMI噪音特少。其缺點是:動態(tài)反應(yīng)較慢,AC/DC轉(zhuǎn)換效率稍低(最高只有80%),穩(wěn)壓范圍較窄(只有VI10%),而對負載變化的調(diào)整特性也沒有含光耦的第二代開關(guān)電源那么好。但作為全分立元器件的第一代開關(guān)電源,它的成本卻比第二代低15~20元左右,因此從性能/價格比看,在某些場合它還是很有用的。
最近為了適應(yīng)北美彩電市場開發(fā)大路貨的要求,我們試將一個用于14″~21″CTV的三洋80P機芯電源改為用115V供電,同時又根據(jù)美國對STANDBY功耗6W的要求適當修改了原電路,試驗結(jié)果表明,新電路完全符合予定的設(shè)計要求。
2 電路原理和特點
圖1實際上是一個單管反激型變換器,它由自激振蕩器,二次整流及穩(wěn)壓反饋回路組成。
(1)自激振蕩器
圖2示出自激振蕩器電路部分。實驗發(fā)現(xiàn)此振蕩器正反饋系數(shù)極強,當VI為30V時便起振,隨著VI升高到80V左右,VO1在額定負載下很快達到設(shè)計值110V,如果不小心再提升VI,則會立即燒管。在實用上由于加入C912,Q901~Q903等穩(wěn)壓反饋回路,它們同時分流了一部分Q904的激勵電流,從而保證了該電路穩(wěn)定地工作在220VAC10%輸入電壓范圍內(nèi)。如果要改在115VAC工作,則首先要將偏置電阻R913適當減少,以保證Q904有足夠起振和負載能力。
(2)穩(wěn)壓反饋機理
這里有三個穩(wěn)壓反饋機理存在,它們是:
①變壓器初級穩(wěn)壓繞組N3的作用。當輸出電壓VO1升高時,N3的感應(yīng)電動勢也升高,經(jīng)過D901,C910整流濾波后引起Q902Vb下降,Q902,Q903提前導通,C912的負壓并在Q904基極上,促使ton變小,抵消了VO1的升高,但由于C910存在,這是一個慢調(diào)整過程。
②變壓器反饋繞組N2的作用。當輸出電壓VO1升高時,N2的感應(yīng)電動勢也升高,使C912上的充電電壓略有提升,也會引起Q902Ve升高,其效果也促使ton變小,VO1下降。
③R902,R905,C909的作用。這是一個快速的一周接著一周的穩(wěn)壓過程。當VO1升高時,鋸齒形初級電流峰值加大,在R902上生成的負向鋸齒形電壓更負,并通過R905,C909支路耦合到Q902基極,使Vb下降(見圖3)。當Vb降到低于Ve約0.7V時,Q902,Q903提前導通,ton變小,有效地補償VO1的升高。
3 電路修改過程和實驗結(jié)果
(1)按照輸入范圍為100V~130VAC供電的要求,重新設(shè)計開關(guān)變壓器,其步驟如下:
●確定最大和最小直流輸入電壓VImax,VImin:
其中系數(shù)0.93,0.89是考慮橋式整流二極管以及輸入槽路中的損耗而加入的。
●確定輸出功率PO:
因已知次級第一繞組輸出為:
VO1=106V,IO1=0.58A
第二繞組輸出為:
VO2=13V,IO2=0.5A
所以
PO=1060.58+130.5=61.5+6.5≈68W
●確定輸入功率Pi:
假定效率η=80%,則有Pi=PO/η=85W
●選定最低工作頻率fmin及最大占空比Dmax
選fmin=22kHzDmax=0.47
●求初級電流峰值I1p
I1p=(2Po)/[(Vlmin)(Dmax)]=(268)/(1250.47)=2.3A
●求初級電感值Lp
Lp=(VlminDmax)/(Ilp)(fmin)=(1250.47)/(2.322103)=1.16mH
●確定磁芯型號
選EC42,磁材用PC30,查相關(guān)手冊得知其磁芯截面積Se=1.83cm2,窗口面積S=2.0cm2,該磁芯可允許的最大輸出功率為
Pomax=[(Se)/(0.2)] 2=(1.83/0.2) 2=83.7W
可見應(yīng)用在本例PO=68W是足夠的。
●求初級主繞組匝數(shù)N1
N1={(LpIlp)/Se[(BS-BR)/2]}10 8
={(1.1610 -32.3)/1.83[(3900-300)/2]}10 8
=81匝
式中:BS為在100℃時最大飽和磁通密度,BS=3900Gs
BR為在100℃時剩磁,查資料BR應(yīng)為600Gs??紤]磁芯需要加入空氣隙以防止磁芯飽和,此時的BR值會大為減少,假定加空氣隙后的剩磁為300Gs(即原值1/2)。
●求初級反饋繞組匝數(shù)N2
N2=V2/(VIminN1)(toff/ton)=(5.5/125)81[(1-0.47)/0.47]=4.02匝
取N2=4匝
●求初級穩(wěn)壓繞組匝數(shù)N3
N3=N3/(VIminN1)toff/ton=22/12581[(1-0.47)/0.47]=16.1匝
取N3=16匝
●求次級主輸出(高壓)繞組的匝數(shù)N4
N4=Vo1/(VIminN1)toff/ton=106/12581[(1-0.47)/0.47]=77.4匝
取N4=77匝
●求次級輔助輸出(伴音)繞組的匝數(shù)N5
N5=(Vo2/VImin)N1(toff/ton)=(13/125)81(0.53/0.47)=9.5匝
取N5=10匝
基于上述的計算得出新開關(guān)變壓器初步數(shù)據(jù),但經(jīng)試驗后,發(fā)現(xiàn)次級輸出電壓過高,后來將次級主輸出(高壓)繞組的匝數(shù)N4減到72匝,N5相應(yīng)減到9匝,磁芯空隙為1.3mm(其他不變),則獲得很滿意的效果。
(2)在新開關(guān)變壓器的基礎(chǔ)上,重新調(diào)整元件數(shù)值如表1所示。
表1元器件參數(shù)調(diào)整值對照
元件號 | 原值 | 現(xiàn)在值 | 元件號 | 原值 | 現(xiàn)在值 |
R902 | 2.2Ω/2W | 1.0Ω/2W | R913 | 330k/1W | 120k/1W |
R904 | 3.3k | 2.2k | R914 | 0.33/2W | 0.12Ω/2W |
R906 | 8.2k | 4.7k | R901 | 2.2/5W | 1.0Ω/5W |
R907 | 1.8k | 6.0k | C905 | 220μF/400V | 330μF/250V |
R908 | 10k | 3.9k | ZD901 | 8.2V | 5.6V |
R912 | 27Ω/2W | 12Ω/2W | 其它元器件不變 |
(3)考慮到STANDBY功耗要小于6W的要求,為此加入一個小的115V/10V輔助變壓器T902,由它整流后單獨向機內(nèi)微處理器提供+5V直流電壓。在STANDBY期間,開關(guān)電源由輸入端繼電器斷開供電,只有+5V輔助電源在工作,從而大大減小STANDBY功耗。
新的115VAC供電的開關(guān)電源電路如圖4所示,對此電源的測試結(jié)果如下:
●測試負載:20″彩色電視機
●輸入市電范圍:100V~130VAC
●次級直流輸出:VO1=106V/0.53A,用于高壓行包等部分的供電。
VO2=13V/0.3A,用于伴音部分的供電。
●輔助電源直流輸出:5V/0.1A,用于微處理器及繼電器控制電路供電。
●輸入電壓調(diào)整率:當輸入市電由100V→130V時,ΔVO1=1.2V
●負載變化調(diào)整率:當畫面由白場轉(zhuǎn)換為黑場時(即IO1由0.53A→0.24A),ΔVO1=2.6V,但從面畫看,切換過程很迅速、穩(wěn)定,畫面大小基本無改變,是可以接受的。
●畫音抖動現(xiàn)象:不明顯,可接受。
●開關(guān)工作頻率:21.7kHz~29.0kHz
●開關(guān)電源效率:η=81%
●STANBY功耗:4W(決定于輔助電源)
4 電源調(diào)整小結(jié)
開關(guān)電源是一門實踐性很強的學科,設(shè)計之初可根據(jù)經(jīng)驗及一般性原理進行,但真正解決問題還需要實驗調(diào)整。在調(diào)整中遇到的現(xiàn)象是錯綜復雜的,此時要抓主要矛盾,定出調(diào)整的先后步驟。在本例中,調(diào)整步驟如下:
(1)在規(guī)定的輸入/輸出條件下,先調(diào)整振蕩開關(guān)管Q904使之具有足夠的功率輸出。方法是逐步減小R912及R913以增強管子增益及電路正反饋系數(shù),測試初級電流I1P要足夠大,因為只有足夠大的I1P才能在較低的直流輸入電壓下驅(qū)動負載。
(2)調(diào)整穩(wěn)壓控制支路Q901,Q902的周邊電阻,使Q902在ton時處于截止與臨界放大狀態(tài)之間,以增加對外來變化的反應(yīng)靈敏度。
(3)加入R902,R905,C909限流反饋支路,進一步增強穩(wěn)壓特性。
(4)減小R901值以適應(yīng)大電流輸入,同時加入輔助電源電路。
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