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等離子(PDP)彩電電源板電路解析與檢修技法( 二)
摘要: 專家點*:鑒于以上缺點,并聯式開關電源除了由啟動電路、振蕩電路、誤差取樣放大電路和脈寬調節電路組成的常規電路外,為了保證開關電源和負載電路可靠地工作,還設置了許多附屬電路。例如:①為防止開關管因開啟損耗大或關斷損耗大而損壞,設置了開關管恒流激勵電路;②為防止負載短路使開關管因過電流損壞,而設置了開關管過電流保護電路;③為防止開關管和負載元器件因過電壓損壞,而設置了過電壓保護電路;④為防止開關管因“二次”擊穿損壞,而設置了尖峰吸收電路;⑤為防止市電過低,使開關管因開啟損耗大而損壞,設置了欠電壓保護電路。
Abstract:
Key words :

     專家點*:鑒于以上缺點,并聯式開關電源" title="開關電源">開關電源除了由啟動電路、振蕩電路、誤差取樣放大電路和脈寬調節電路組成的常規電路外,為了保證開關電源和負載電路可靠地工作,還設置了許多附屬電路。例如:①為防止開關管" title="開關管">開關管因開啟損耗大或關斷損耗大而損壞,設置了開關管恒流激勵電路;②為防止負載短路使開關管因過電流損壞,而設置了開關管過電流保護電路;③為防止開關管和負載元器件因過電壓損壞,而設置了過電壓保護電路;④為防止開關管因“二次”擊穿損壞,而設置了尖峰吸收電路;⑤為防止市電過低,使開關管因開啟損耗大而損壞,設置了欠電壓保護電路。

  這些附屬電路的加入使電源電路工作的安全性及可靠性大大提高,但同時也使電路的結構更加復雜,元器件數量大大增多,從而導致檢修難度加大。

  (2)按激勵脈沖產生方式分

  不管何種開關電源,開關管必須工作在開關狀態,所以開關管基極所加的激勵電壓是脈沖電壓,按激勵脈沖的產生分類,有自激式和他激式兩種。自激式開關穩壓電源是:利用電源電路中的開關管、高頻變壓器構成正反饋環路,來完成自激振蕩。這種振蕩電路雖然簡單,但不易控制,因此,PDP 彩電一般不采用自激式開關電源,而采用他激式開關電源。圖5 所示的并聯式開關電源采用的就是他激式振蕩電路(圖見上期),因此,也稱為他激式并聯開關電源。

  他激式開關穩壓電源電路的開關管不參與激勵脈沖的振蕩過程,必須附加有啟動電路和振蕩器。振蕩器產生開關脈沖,來控制電源開關管的導通與截止,讓電源電路開關工作而有直流輸出電壓。在實際電路中,振蕩器一般集成在電源控制IC 中(電源控制IC,一般具有:振蕩、脈寬調制、過電流保護、過電壓保護、欠電壓保護等功能;有些還集成有開關管)。

  專家點撥:對于開關管激勵脈沖,要求有足夠的驅動功率。也就是說,在開關管飽和期間,要求有足夠大的基極電流,以維持開關管的飽和導通,這時基極電流應滿足Ib>Icp>β(Icp 為開關管集電極的峰值電流)的條件,否則,開關管就會因激勵不足而不能完全飽和,而壓降增大,功耗增大,開關管過熱,容易造成損壞;而在開關管由飽和變為截止時,基極必須加反向電壓,形成足夠的基極反向電流,使開關管急劇地截止,以縮短開關管截止轉換時間,減小其關斷損耗。

  ( 3) 按穩壓控制方式分

  一般開關電源都要經過穩壓措施,來保證開關電源輸出端電壓的穩定。否則,當市電電壓或負載電流發生變化時,將導致輸出端電壓發生變化,穩壓控制電路最終是通過控制開關管的導通時間來實現穩壓控制的。按穩壓控制方式分,開關電源可分為脈沖調寬式、脈沖調頻式、脈沖調頻調寬式三種。

  通過計算可以得出,開關電源輸出電壓UO 的計算公式為:

  由公式可知,改變Ton 或T,就可以控制輸出直流電壓的大小。若只改變Ton,而保持T 不變,稱為“脈沖調寬式調制法”;若只改變T,而保持Ton 不變,稱為“脈沖調頻式調制法”;若同時改變Ton 和T,則稱為“脈沖調頻—調寬式調制法”。

  上述三種穩壓控制方式,PDP 彩電的開關電源都有采用,其中“脈寬式調制法”應用較多。

  3. 并聯式開關電源基本原理

  圖6 所示為PDP 彩電并聯式開關電源的基本原理圖。當激勵脈沖為高電平時,使V 飽和導通,則T 的一次繞組的磁能因V 的集電極電流逐漸升高而增加,由于“二次”繞組感應電壓的極性為“上負、下正”,所以整流二極管VD 截止,電能便以磁能的形式儲存在T 中。

PDP彩電并聯式開關電源的基本原理圖

V—開關管(NPN型晶體管或N溝道場效應管);T—開關變壓器;

VD—整流二極管; C—濾波電容" title="濾波電容">濾波電容; RL—負載電路。

圖6 PDP彩電并聯式開關電源的基本原理圖。

  當V 截止期間.T 各個繞組的脈沖電壓反向,則“二次”繞組的電壓變為“上正、下負”,整流二極管VD 導通,T儲存的能量經VD 整流后,向C 與負載釋放,產生了直流電壓,為負載電路提供供電電壓。

  由以上分析可知,并聯式開關電源是反激勵式開關電源,即開關管導通期間,整流二極管VD 截止;在開關管V 截止期間,整流二極管VD 導通,向負載提供能量。所以,不但要求開關變壓器T 的電感量、濾波電容C 的容量大,而且開關電源的內阻較大。

  4. 開關電源組成電路介紹

  PDP 彩電的開關電源主要由交流抗干擾電路、整流、濾波電路、功率因數校正" title="功率因數校正">功率因數校正電路(多數機型有此電路)、啟動和振蕩電路、開關電源控制電路、穩壓電路、保護電路等幾部分構成。

  (1)交流抗干擾電路

  開關電源兩根交流進線上存在共模干擾(兩根交流進線上接收到的干擾信號,相對參考點大小相等、方向相同,如電磁感應)和差模干擾(兩根交流進線上接收到的干擾信號相對參考點大小相等、方向相反,如電網電壓瞬時波動)。兩種干擾以不同比例同時存在。開關電源中,整流電路、開關管的交流電壓快速上升或下降,電感、電容的電流也迅速變化。這些都構成了電磁干擾源。為了減少干擾信號通過電網影響其他電子設備的正常工作,也為了減少干擾信號對本機音、視頻信號的影響,需要在交流進線側加裝濾波器電路,即交流抗干擾電路。常用交流抗干擾電路如圖7 所示。

常用交流抗干擾電路圖

圖7 常用交流抗干擾電路圖

  在圖7 電路中,LF1、LF2 是共模扼流圈,在一個閉合高導磁率鐵心上,繞制兩個繞向相同的線圈。共模電流以相同方向同時流過兩個線圈時,兩線圈產生的磁通是相同方向的,有相互加強的作用,使每一線圈的共模阻抗提高,共模電流大大減弱,對共模干擾有強的抑制作用;在差模干擾信號作用下,干擾電流產生方向相反的磁通,在鐵心中相互抵消,使線圈電感幾乎為零,對差模信號沒有抑制作用。LF1、LF2 與電容CY1、CY2 構成共模干擾抑制網絡。

  在圖7 電路中,L1 是差模扼流圈,在高導磁率鐵心上獨立繞線構成,對高頻率差模電流和浪涌電流有極高的阻抗,對低頻(工頻)電流的阻抗極小。電容CX1、CX2 濾去差模電流,與L1 構成差模干擾抑制網絡。R1 是CX1、CX2 的放電電阻(安全電阻),用于防止電源線拔插時電源線插頭長時間帶電。安全標準規定:正在工作中的電氣設備電源線拔掉時,在2 s 內,電源線插頭兩端的電壓(或對地電位)必須小于原電壓的30%。

  專家提示:電容CX1、CX2 為安全電容,必須經過安全檢測部門認證并標有安全認證標志。CY 電容一般采用耐壓為AC 275 V 的陶瓷電容,但其真正的直流耐壓高達4000 V 以上,因此,CY 電容不能隨便用AC 250 V,或DC400 V 之類的電容來代用。CX 電容一般采用聚丙烯薄膜介質的無感電容,耐壓為AC 250 V 或AC 275 V,但其真正的直流耐壓達2000 V 以上,故不能隨便用AC 250 V或DC 400 V 之類的電容來代用。

  (2) 整流、濾波電路

  整流、濾波電路的作用是將交流電轉換成300 V左右的直流電壓。開關電源電路中通常采用橋式整流和電容濾波方式,典型電路如圖8 所示。

 整流、濾波電路圖

圖8 整流、濾波電路圖

  電路中,VD1~VD4 是整流二極管,C 是300 V 濾波電容。通過橋式整流電路,可以將交流電壓轉換成單向脈動的直流電壓。通過電容濾波,可將單向脈動的直流電壓轉換為平滑的直流電壓。

  (3)功率因數校正(PFC)電路

  ①功率因數校正電路的作用

  長期以來,開關型電源都是采用橋式整流和大容量電容濾波電路來實現AC/DC 轉換的。由于濾波電容的充、放電作用,其兩端的直流電壓出現略呈鋸齒波的紋波。濾波電容上電壓的最小值與最大值(紋波峰值)相差并不多。根據橋式整流二極管的單向導電性,只有在AC 電路電壓瞬時值高于濾波電容電壓時,整流二極管才會因正向偏置而導通;而當AC 輸入電壓瞬時值低于濾波電容電壓時,整流二極管因反向偏置而截止。也就是說,在AC 電路電壓的每個半周期內,只是在其峰值附近,二極管才會導通(導通角約為70°)。雖然AC 輸入電壓仍大體保持正弦波波形,但AC 輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖,如圖9 所示。這種嚴重失真的電流波形含有大量的諧波成分,會危害電網正常工作,使輸電線上的損耗增加,功率因數降低,浪費電能。

未加功率因數校正電路時輸入電流與電壓波形圖

圖9 未加功率因數校正電路時輸入電流與電壓波形圖

  為了提高功率因數,PDP 彩電的開關電源一般采用了功率因數校正電路。加入此部分電路后,可以不斷調節輸入電流波形,使其逼近正弦波,并與輸入電網電壓保持同相。因此,可使功率因數大大提高,減小了電網負荷,提高了輸出功率,并明顯降低了開關電源對電網的污染。

  ②功率因數校正(PFC)電路的基本工作原理

  功率因數校正(PFC)電路分為無源和有源兩種。

  無源校正電路,通常由大容量的電感、電容和工作于工頻電源的整流器組成。電路較簡單,但效率低,因此PDP 彩電中一般不采用。有源校正電路,一般由功率因數校正集成電路為核心組成。工作于高頻開關狀態,可以得到高于0.99 的電路功率因數,并具有低損耗和高可靠等優點。輸出不隨輸入電壓波動變化,因此可獲得高度穩定的輸出電壓,但有源PFC 電路較復雜。在PDP 彩電中,有源PFC 電路應用比較廣泛。

  有源PFC 電路框圖如圖10 所示(圖見下期)。從圖中可以看出,這是一個由儲能電感L、場效應功率開關管V、二極管VD2 構成的升壓式DC/DC 變換器。

  整流輸入電壓由R1、R2 分壓后,經輸入電壓檢測電路后,送到乘法器;場效應開關管的源極電流經輸入電流檢測后也加到乘法器;輸出電壓由R3、R4 分壓后,送到輸出電壓檢測電路,經與參考電壓比較和誤差放大后也送到乘法器。

  在較大動態范圍內,模擬乘法器的傳輸特性呈線性。當正弦波交流輸入電壓從零上升至峰值期時,乘法器將三路輸入信號處理后,輸出相應電平去控制PWM比較器的門限值,然后與鋸齒波比較,產生PWM 調制信號,加到MOSFET 場效應管V 的柵極,調整場效應管漏、源極導通寬度和時間,使它同步跟蹤電網輸入電壓的變化,讓PFC 電路的負載相對交流電網呈純電阻特性。結果,使流過一次回路的感性電流峰值包絡線緊跟正弦交流輸入電壓變化,獲得與電網輸入電壓同頻、同相的正弦波電流。

  在開關電源實際PFC 電路中,除場效應管V 和幾個分壓電阻外,上述的大部分電路都集成在一塊集成電路上。這塊集成電路稱為功率校正集成電路,如L6560、SG3561、NCP1650、ICEPCS01 等。

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