T2588B/X、T2987B/X、T3477B、T3877N系列大屏幕彩电开关稳压电源电路(一)
T2588B/X、T2987B/X、T3477B、下3877N系列机芯96年8月以来作为康佳KONKA 彩电的主力机芯年产量超过100万台套，其开关稳压电源结构简单，性能优良，特别是它的可靠性已得到考验和公认，该机芯开关稳压电源具有下述特点： a、能在输入交流140V—280V电源电压范围内正常工作； b、 能对负载的开路，短路、束电流过流、B+电压过压等进行有效的保护； c、 如开关管V401损坏，能将损坏范围有效地控制在 VD412(开关管射极负反馈电阻相并联的6．2V稳压管)、R423(桥式整流、滤波电容的限流电阻)、F401(3．15A保险丝)范围内。 1、开关稳压电源电路组成 首先我们以下3877N型机为例介绍开关稳压电源各主要电路的元器件组成。本系列屏幕尺寸不同的机型，开关稳压电源电路基本相同，仅输出电压值及器件功耗不同。 (1)由开关管V401和VD407//C410、R406、R417//C462 组成正反馈驱动电路。 (2)由C409、C414、R419和VD406组成吸收回路；吸收因开关变压器N401原方绕组自感电势，避免在开关管集电极截止瞬间出现过高的反峰高电压。 (3)V48Q、VD484、VD489、RP401、R486、R485与N410组成取样、放大电路(冷底板部分)。而N410中的光敏三极管及V402、V403组成放大和控制电路(热底板部分)，用于稳定输出电压。 (4)VD405、R409和V406组成防止；中击电流电路(即动态限压电路)，以保证开关电源在很宽的输入电压范围内正常工作。 (5)V450、N401、V406和V411组成遥控开关机电路。 (6)R404、R405和C465组成开关管振荡启动电路。 (7)由行输出部分的V603、VD603、R612等组成显像管束电流过流(可控硅V604)保护电路。 (8)由CRT板上的VD9l5、VD952、VD953组成X射线(可控硅V604)保护电路(防止B+过高或行输出副方过压)。 (9)副方有四路稳压输出 a、B+135V(T2588机的B+为130V、T2987机的B +为140V，T3477B／T3877N机的B+为135V)为行输出级电源B十(在该点上作稳压取样)。由R455、C463、R452、 V口420等组成B+过压保护电路。 b、+25．6V(下2987机为27V)为场输出级电源。 c、+28V(T2987机为24．5V)为伴音功放输出级电源。 d、 +28V为超重低音功放输出级电源。 (10)由V407、V410、T402等元器件及副方(+5V)三端稳压块N402(AN7805)组成的遥控CPU电源(小开关稳压电源)。 除上述电路外，稳压电源的输入端还有桥式整流、滤波电路及共轭滤波(互感滤波器)、电源开关、保险丝(F401)等元器件及冷、热底板之间静电耦合抗干扰电路R421// C416等。 2、开关稳压电源的工作原理 2.1开关管的自激振荡过程 1)开机状态：由桥式整流器BR401整流后在C401上充有约+300V的直流电压(未稳压)，在开机状态下CPU (M37210M3—902SP)的21脚(P0W)为低电平(0V)，通过接插件XS201的①针、R235到V450的基极，使其Ub=0而截止。N401(光耦合器)中的发光二极管截止(不发光)，光敏三极管亦处于截止状态，N401③、④脚间开路。+300V 电源通过R404(82K／2w)、R405(6．8K／2w)为开关管V401基极提供约3．3mA的启动电流fbl 使V401开始导通。V401集电极电流通过T401原方主绕组在Ic增长期间使T401正反馈绕组产生约10V的脉)中峰值电压U2,U2通过VD407、R406、R417向开关管V401基极提供约0．37A的电流I2 2)由于正反馈的结果，V401基极得到近于300mA的饱和导通电流，开关管V401饱和导通，V401集电极电流Ic1将随时间线性增长。当Icl的峰值接近3A时，T401磁通饱和，U2↓V401退出饱和而进入放大区，并使正反馈绕组L2上感生电压U2反相导致Ib1减小，从而促使V401集电极电流Ic1减小，集电极电压Uc1即上升，这个正反馈过程使Ib1迅速降为0，开关管V401截止。 3)当V401截止瞬间其集电极出现尖峰自感电压并被C'2所吸收。(C2’≈ C409//C414)，同时正反馈绕组感应电势极性反相(地为正，同名端为负)，此电压通过C465、R405、C462//R417、R406向C410充电，此时VD407处于截止状态，使C410下正、上负。此时因V401基极电位为负值(低于射级电位)而保持截止状态，保证了V401处于休止期。休止期的长短不仅取决于C410及C465的充放电时常数电路，也取决于T401初级等效电感(初级空载电感为800微H)和C'的等效电容(即LC自由振荡的周期)。 4)因负截的单向导通特性和V401处于截止期，此时V401集电极负截电路可等效为L1'//C2'的并联谐振回路(参见图2C)，在V401截止瞬间C2'上充有约150V的电压，经1／4个谐振周期(△t=1/(4x 2 L1'C2')≈5mSC2'开始通过L1'放电，再经1／4周期后，C2'反向放电(电流自上而下)，使正反馈绕组又得到正向电压U2,此时U2值较小，但U2与C410上充的电压相叠加，形成I2电流，使V410基极又得到一定的Ib1(远大于超始的3mA)，V401正偏导通，形成集电极电流Ic上升…再继续开关管V401的饱和导通与截止(即开-关)过程，周而复始，不断循环。 2．2稳压原理 稳压是通过对输出电压B+的取样、放大，使原方产生调节电流L4，改变开关管V401的基极电流Ib1来达到的。V401电感L的储能电流Ic1和V401导通时间△t(储能时间 )都发生变化，从而使次级输出电压得到动态稳定的效果。从次级B+通过R486、RP401、R485电压取样网络的RP401中点为取样放大管V489的基极电压，V489的射极接VD484串VD489得11.3V的稳定电压，集电极通过N410②—①(内部为发光二极管)，R487接B+，N410①—②脚电位差正常值为1．0V左右，当某种原因使B+电压升高时；B+↑→V489基极电压↑→b-e间电位差↑→Ic409↑→Uc489↓→通过发光二极管的电流↑→发光二极管光强↑→N410④—③脚等效电阻rce↓→Vb402基极电压↓→V402集电极电流↑(V402为PNP管)→V403基极电流↑→V403集电极电流↑→(V403的rce减小)即L4↑→Ib1↓→V401饱和导通时间↓←T40l原方储能↓→B+↓。 V489射极接有6．2V和5．1V两只串联稳压管，两只稳压管的温度系数相反而互补，保证稳压电源温漂极小，同时5.1V稳压管上端接V411遥控关机控制管的集电极，因此不能用一只稳压管取代，另外，在正常开机整个期间N410①—②电位差约在0．8V～1．2V之间变动，通过的电流约为1．5mA，因此两只稳压管上端无需接提供稳定电流的电阻，也能始终保持6．2十5．1=11．3V的稳压值。 RP401为次级输出电压微调电位器，可调范围可达额定值±10%左右。 2．3负载短路和开路保护 从上述原理分析可知，当负载短路时L'1等效并联了电阻，而且阻值较小，L'1，与C'1不可能产生谐振，即不能产生稳定的开关工作状态，必须由起动电路提供基极电流来再次进行一个导通—截止周期，但起动电路R404、 R405仅能向V401提供约3．3mA的基极电流，集电极在静态也只有30—50mA的电流，电源停止工作，副方各路输出电压很快降至零，从而起到不继续损坏有关元器件的作用，达到了负载短路保护的目的。 当负载开路时，副方各路输出电压均增高，由于B+ 上升进而使V402、V403接近饱和导通，吸收开关管V401的基极电流而使V401占空比下降。当因调压失败(稳压系统有故障，例如光电藕合器开路)而引起次级电压升高时，过压检测电路通过VD405使V406饱和导通，从而吸收开关管V401的基极电流并使V401趋于截止，电源停止工作，但过压检测电路亦会因此失去作用而重复以上过程，为此在B+输出回路VD409的阴极(输出端)接有R455、R452、VD420等组成的B+过压保护回路，以确保大屏幕彩电的开关稳压电源万无一失，避免B+突然升高，x射线保护电路延时动作造成高压过高损坏显像管、行输出管、行输出变压器等器件的可能性。 2．4遥控开关机的电路 遥控开关机功能主要由V450、N401、V411等元器件实现；遥控开关机指令信号来自CPU(M37210M3-902SP或M37210M4-705SP)的第21脚(低电平0V开机，高电平5V关机)，通过R237(100 XP201①→XS201①到电源、扫描板。遥控关机时，由于XS201①出现约5V的高电位使V450饱和导通，N401①、②脚内部发光二极管发光，①—②脚间电位差约1．5V，③—④脚间饱和导通，压降0．5V以下，V406基极约0．75V，V406饱和导通，使V401基极相当于接地，通过R404、R405的启动电流被V406吸收，V401处于截止状态，开关电源停止工作。另一路通过R436、R439接V411基极，遥控关机时V411基极亦为高电位(0．75V)，V411饱和导通，使V489基极—发射极间的电位差拉大(Ube↑)，V489饱和导通，对取样放大回路产生很大的吸收电流L4同样使I2降为零，也使V401处于截止状态。即使副方B+降为零输出时，前一路的控制作用仍然维持。 2．5负压驱动电路 负压驱动电路由V403、C405//C411、VD403等元器件组成，其主要功能是可以保证开关管(V401)的集电极反向电压工作在Ucbo状态(Ucbo>Uceo)，并且可以有效的减少开关管退出饱和到完全截止的时间，使大功率开关管温升降低，提高了开关稳压电源的可靠性。 (注：一般彩电大功率电源开关管，例如2SD1545或 2SD4111的BUcbO>1500V，而BUceo>1000V)。 具体电路分析如下：T401正反馈绕组的输出端，通过VD403将负脉冲取出，并向C405充电，充电电流方向由地向上。C405上端在正常工作状态约为-5．6V(注意C405的正端接地)，这个电压为N410光敏二极管、V402、V403提供了工作电源电压。当V403饱和导通时或接近于饱和状态时，V401的基极电压为负值，V401的发射极电位高于基极电位而截止(或趋于截止)，使V401的集电极—基极处于Ucbo状态。 因为增加了负压驱动电源，使V402、V403工作的动态范围增大，也就是使它们的控制范围增大，提高了输入电网电压变动的适应能力，增加了开关电源的安全性能。VD402的作用是；从正反馈绕组取出负脉冲电压叠加在-6V的直流电平上，使得V403退出饱和状态转向截止，与此同时V402饱和导通，保证了开关管V401能迅速由截止状态再次转入饱和状态。 2．6有关开关稳压电源负载的动态范围 这里所说的动态范围是指；不引起次级输出电压明显降低(欠激励)的最大负载电流和不致引起自激最小负载电流之间的差。一般来说，动态范围越宽，电压稳定性将变差。 在反馈环增益固定的情况下，C413(V403b-e间的外接电容)决定了I4的上升速度，从图5中可以看出，在最大负载电流时，I4的上升速度变慢，幅值小，Ib1的脉宽就越宽幅值大。反之，在最小负载电流时，I4的上升速度变快且幅值大，Ib1的脉宽越小。Ib1的脉宽越宽就意味着Ib1越大，即开关管V401饱和导通时间长，T401储能越大。 通过实验，选择C413为10nF，既能保持良好的电压稳定性，又可以有足够的动态范围(随机附图中C413为22nF，实际电路中C413为10nF。 2．7防止开关管集电结损坏的保护电路 在彩电开关电源电路中，大功率开关管是最容易损坏的元件，开关管饱和导通时的电流很大，截止时集电极的电压很高，开关管在状态转换瞬间存在着开启损耗和关断损耗。 在电路中，开关管V401的集电极通过电容C409(220／2kV接+300V点(接地效果相同)，其作用是吸收 V401突然截止时，集电极出现的瞬时尖峰电压， 以防止V401被击穿，且可减小V401由饱和向截止转换瞬间的关断损耗。从保护效果来看，C409容量的大些好。但容量太大V401再由截止转为饱和瞬间，C409的放电电流是V401集电极电流的一部分，因而增大了V401的开启损耗。从电路中，与C409相并联的是C414串联VD40//R419。在V401关断瞬间，由于VD406导通，C414对高电压吸收效果显著，在V401开启瞬间，VD406截止，C414必需经R419放电，增加了放电的时间，减小了放电电流，使开启损耗进一步减小。 另外C402(330pF)(V406be间的外接电容)，可以使V406的吸收电流I3的产生滞后于I2从而使开关管V401迅速导通，C414上吸收的反峰电荷，主要释放在R419上，避免了开关管在饱和导通时，因消耗C414上的电荷而过热。与开关管V401射极电阻R418(0．68／2w)并联的一只VD412(稳压值6．2V。功耗1w)，它在开关电源正常工作时并无任何作用，但如果开关管V401c-e击穿损坏时，往往R418发热将底板烧焦成两个孔状，印制板因较大面积炭化而无法修复。加装VD412后，如果发生V401c-e击穿故障，就会使VD412击穿短路导通，立即烧断保险丝F401，必需开机检查维修，而不会使故障扩大，造成难以修复的情况。 ３、开关稳压电源的工作原理 3．1副方行输出(主)电源 B+过压保护电路 由于自动稳压环路故障(例如R487开路、光耦合器N410开路、V48Q开路)，或动态限压电路故障(例如VD405、R409和V406开路)。开关变压器副方各路电压均会突然上升，继而会造成行输出管、行输出变压器、场输出集成电路等器件损坏，使故障进一步扩大，后果难以预料。虽然这种现象的几率很低(约万分之一)，但为了开关稳压电源可靠的运行，即使出现故障也局限在少数元件损坏的范围内，为此，在B+整流管VD40Q阴极输出端接有R455、C463、R452、VD420、C464、R454、R453等组成的B+过压保护电路。在正常开机状态T3877N型机B+为135V，稳压二极管VD420的阴极电压就在8．0V ±0．2V。(R455、R452分压并考虑到C463漏电流及负载等)，VD420的稳压值为9．1V，只有当B+突然上升超过15%亦即B+上升到155V(或大于155V)A点电压接近10V，VD420齐纳击穿，通过R454将此击穿电流加到可控硅保护管V604的控制栅极G，使V604雪崩击穿，V450饱和导通，彩电进入保护性关机状态。遥控器无法重复开机。 3．2 X射线保护电路 由于行逆程电容(聚丙烯介质)失效开路，将会引起行输出高压绕组峰值电压升高导致显像管阳极高压上升，荧屏x射线剂增大，可能造成对人体的伤害。B+电压过高或行输出变压器原方匝间短路等原因，也将导致行输出变压器副方灯丝电压升高(在灯丝供电电路上接有过压保护电路)，VD952为18V稳压管会被击穿，通过XP420→Xs420接V604可控制栅极(参见图7右上方所示)。可控硅管 (V604)阳极通过R437(270 )遥控电源11．5V输出端，当V604控制栅极得到+0．7V电压时，可控硅导通，在V604阴极负载电阻R434(1Kn)上得到约+5V的电压，此电压形成的电流分为两路；一路通过R438、VD419、R439使V411基极得到+0．7V电压，V411。+饱和导通，促使V48Q射极电位下降，V489饱和导通，N401①—②脚电位差达到最大值约1．5V，③—④脚间饱和导通，最终使V402、V403饱和导通，开关管V401①—②截止，另一路通过R435、VD418接V450基极，使V450基极得到0．7V电压而饱和导通，N401①—②脚电位差为1．5V，③—④脚间饱和导通，最终使V406饱和，也使V401截止。相当于遥控关机后的状态。与遥控关机不同点在于：可控硅管V406的控制栅极失去控制信号后，只要维持可控制硅管阳极电压，它始终处于雪崩击穿状态，(因有R437和R434限流不会超过V604最大功耗)，因此机器始终维持在关机状态，用遥控器不能再开机，必需要切断可控硅V604阳极电源，即关断遥控电源(副电源)，也就是说必须按压电源开关才能重复开机(关机后需等待1—2分钟，使C447放电压至2V以下)。如果开机后又频繁发生保护性自动关机则必须检查维修。 3．3束电流过流保护电路 右下方T601为行输出变压器，其副方高压绕组的下端⑦脚并不直接接地，而是通过C608)(56nF／200V)交流接地，⑦脚通过R60Q、R612、R611接B+(135V)，R609为检测电阻，在R609两端的电位差反映束电流的大小，如B—C之间电位差为10V，则阳极高压电子束电流Ia=Ubc/R609=10V／10K=lmA，Ia=1mA时，A点的电位为Ua=135—Ia x R611=135v-1 x 10 x56 x 10^3=79V，只有当束电流为Ia=(135—15)／56K=2．14mA时，A点的电压为+15V。实测，显像管电子束电流在1mA—1．9mA之间，保护管V603均处于截止状态，无动作。如束电流大于2．0mA，则A点低于14．5V，由于V603射级接+16V电源，基极通过VD603接A点，因V603基极低于射极0．7V而导通，在集电极电阻R614(10Kn上将产生约+5V的电压(u=Ic·R614)，只要这个电压大于1V，就有可能使可控硅保护管V604导通，接着如上节所述，彩电处于保护性关机状态，如不按压电源开关，用遥控器无法重复开机，同样，再次开机后如又频繁自动关机，必须检修。(注：38英寸彩管最大束电流Ia的限定值为1．9—2．0mA；34英寸彩管Ia的限定值为1．7mA；29英寸彩管Ia的限定值为1．6mA；25英寸彩管Ia的限定值为1．5mA，因此在设计时取样电阻R611与R612的值，应作相应的改动。应该说明，理论计算值与实测值会有偏差，应以实测值为准)。 ４、小型遥控开关电源(CPU电源) 本机遥控电源(副电源)也采用开关电源电路，这样可降低功耗，增大电网电压适应范围，减轻重量，虽然电路元器件比一般50Hz交流变压器降压、整流电路复杂一些，但故障率反而下降，因为它避免了细漆包线易霉断的缺点。副电源除了为遥控接收器、微处理器(CPU)和存储器提供+5V直流稳压电源外，还为遥控开关机控制管V450提供Vcc和为可控硅保护管V406提供阳极电压(十9．5V左右)。 T402为小型开关变压器，V410为开关管(25C4004)， V407为电流取样限幅管，C442串联R443//C412及VD414、 R449为开关管的正反馈回路；R427(330Kn／1w)为V410的启动电流通路；VD415、VD413、R442及C441组成动态限压电路，C444串联R445为反峰电压吸收电路；R401为限流保护电阻；VD416、C447为次级整流、滤波电路，R446为次级输出限流保护电路，N402(AN7805)为+5V三端稳压器。 按压电源开关K401，在C401(470／400V)电解电容上建立约为+300V的直流电压(未稳压)，通过限流保护电阻R401直流电源接入遥控开关电源(约十29OV左右)，由于有R427(33K/1W)向V410基极提供约0．85mA的启动电流，此时流过V410集电极(即流过T402原方绕组)的储能电流IL=Ic≈B·Ib，使T402建立磁通。在IC上升期间正反馈绕组通过C442、R443//C412向V410提供激励电流， V410迅速饱和导通，Ic线性增长，其峰值受R444上端电压所制约，当Ie(≈Ic)接近70mA的峰值电流时，R444上端电压接近+0．7V，通过R402使V407导通(一般处于放大状态)，部分激励电流将通过V407的c→e被分流，V410基极激励电流减小，促使V410集电极电流下降，当通过下402原方绕组电流减小时，正反馈绕组电压反相位，此时已反相的正反馈电压通过VD414、R44Q加到了410的基极，使V410迅速截止，同时正反馈电压向C442充电(下端为正，上端为负)，经过一段休止期后(休止期长短取决于C442、R443、R44Q等充放电时常数电路，也取决于T402的等效电感和C444及分布电容的容量)。C442放电，为V410提供基极电流(与此同时R427也为V410提供基极电流)，开关管V410进入下一个导通→正反馈→饱和导通→截止状态，形成开关自激振荡状态。 在正反馈绕组(中间抽头接地)的另一端接有整流管VD415，输出负电压并由C441滤波，在正常输入电压情况下VD415的阳极，也是稳压二极管VD413的阳极有—8．5V的电压，当输入的电源电压升高时，该点负压的绝对值增大，如果此点电压绝对值接近于10V时(即—10V)，VD413齐纳击穿，V410基极得到此负电压使基极电流减小(或称拉电流)，使V410饱和导通时间减小，电流脉)中宽度减小，这个电路可保证遥控开关电源在很宽的电网电压范围内保持正常工作，次级整流输出电压(未稳压时约在+10V—+12V之间)，通过三端稳压块N402(AN7805)④脚输出+ 5V±3% 。 |
