第6章、彩色电视机电源电路分析

第三篇彩色电视机电路分析（CN-12机芯、长虹2158K型机）第六章彩色电视机电源电路分析第七章彩色电视机扫描电路分析第八章彩色电视机信号处理电路分析第九章遥控系统电路分析第六章彩色电视机电源电路分析学习要点：1．开关电源的特点；2．开关电源的组成及基本工作原理；3．开关电源电路的的基本分析方法；4．CN-12机芯开关电源特点；5．开关电源实际电路工作原理。第一节开关电源的组成及工作原理随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将愈来愈突出，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个急待解决的问题。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低、体积大、铜耗和铁耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。正因为如此，为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源。开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中。一、概述1．定义开关电源是指电源调整管工作在开关状态的电源，如图6-1所示。［注］在串联型稳压电源中，电源调整管工作在放大状态。图6－1串联稳压电源与开关电源定义2．开关电源的特点开关稳压电源与串联型稳压电源的特点如表6-1所示。表6－1两种电源的特点3．开关电源的种类开关电源的种类如表6－2所示。表6－2开关电源的种类二、开关电源的电路组成1．CN-12机芯实物图CN-12机芯的开关电源电路实物图如图6－2所示：2．开关电源的电路组成框图开关电源的电路组成框图如图6－3所示。其主要电路包括：进线抗干扰电路、整流滤波、开关管、开关变压器（电压变换器）、整流滤波、自激振荡电路、脉宽调整电路、误差电压取样、基准电压、比较放大器和各种保护电路等构成。3．开关电源中调整输出电压的方法开关电源中输入电压与输出电压之间的关系可以用图6-4来表示。3、调整输出电压的方法tVitVktVoViTONTVoVkKRL电压变换器VO=·Vi=δ·ViT0NT图6－4开关电源中输入电压与输出电压图中：K为受控开关，即开关电源中的开关管，开关K不断接通又断开，将输入直流电压截成一个个矩形脉冲，设输入电压为Vi，输出电压为Vo，开关上的电压（即储能元件的输入电压）为Vk，则在开关接通时，Vk＝Vi，在开关断开时，Vk＝0。若将开关周期设为T，将开关导通时间设为TON，则输出电压与输入电压之间的关系可以用下列关系表示：在式6-1中，“δ”称为开关脉冲的“占空比”（又叫“占空系数”）。从式中可见，只要改变开关脉冲的“占空比”，就可以改变输出电压的高低。或者说，改变开关管导通时间的长短就能改变输出电压的高低。根据“占空比”的调节方法不同，得到两种不同稳压方式的开关电源，见表6－3所示。表6－3两种不同稳压方式的开关电源4．变压器型开关电源工作过程在介绍开关电源工作过程前，回忆一下前面学过的串联型稳压电源的工作过程，图6－5是直流稳压电源的工作方框图。其稳压过程可以简单的归纳为：图6－5直流稳压电源工作过程方框图开关稳压电源的工作过程与直流稳压电源的工作过程不相同，图6－6是开关电源的工作流程图，可简单的归纳为：输入交流电压整流滤波振荡变压整流（可多路输出直流电压）滤波给负载。图6－6开关电源工作流程图对于上面所提到的开关电源的工作流程，可通过图6－7来说明。图6－7画出了变压器型开关电源的工作过程，其工作原理可简单的归纳为：图6－7变压器型开关电源在开关管饱和导通时，电源通过开关变压器初级电感和开关管形成回路，在开关变压器中储能，此时次级整流二极管截止，负载电流靠滤波电容放电提供。开关管截止时，开关变压器次级的感应电动势使整流二极管VD导通，向负载释放能量，同时向滤波电容充电。这样周而复始，电源所提供的能量先以磁能的形式储存在开关变压器中，然后再以电能的形式向负载提供并补充给滤波电容C。该电路中有两点需要说明，见表6－4所示。表6－4变压器型开关电源的说明由上述分析可知，开关稳压电源的特点是通过控制开关管的导通（开）或截止（关）时间来实现稳压的。在实际应用电路中，开关管的基极接有脉宽控制电路，它的任务就是提供脉冲宽度（或频率）可调的矩形脉冲，来控制开关管导通时间的长短。第二节开关电源实际电路分析下面以CN-12机芯中的长虹H2158K型彩电为例，分析开关电源中各部分电路的工作原理。长虹H2158K型彩电的开关电源采用全晶体管电路，是一个典型的分离元件开关电源电路，其原理图如图6-8所示。图6－8长虹H2158K型彩电开关电源电路一、电路类型开关晶体管与开关变压器的一次绕组串联，然后并接在输入端，一次绕组和二次绕组之间的换能靠开关变压器来完成的，因此它属于变压器耦合并联输出型。电路中有正反馈绕组和自激振荡电路，所以它是自激振荡式。该机的稳压采用脉冲宽度调制方式，由取样电路取得输出电压的变化情况，经比较放大后去改变开关脉冲的脉冲宽度，从而使输出电压受控后稳定在恒定值上。综合以上各点，该机的开关电源电路应属于自激振荡、并联输出、调宽稳压型。二、电路特点长虹H2158K型彩电开关电源电路的特点是具有多路直流电压输出。有些彩色电视机的电源只有一路直流电压输出,整机所需要的电流全部由它提供。而CN-12机芯及同类机芯中，开关电源有多路直流电压输出，可以向整机的各部分电路提供适当的工作电压。各路直流电压的供给情况见表6－5所示。表6－5长虹H2158K型机开关电源的输出电压三、主要电路分析1．进线抗干扰电路图6－8中，C501、L502、C502组成抗干扰电路。220V、50HZ市电由电源插头XP501输入，经电源开关S501、保险丝F501进入由C501、L502、C502组成的抗干扰电路。电源进线抗干扰电路实际上是一个双向低通滤波器，它在电路中起着双向滤波作用。(1)电源滤波器(共模滤波器)①电源滤波器的外形及结构电源滤波器的外形如图6—9所示。不同机型电源滤波器的几何尺寸、外形特征可能会略有差异，但它们的主要结构是相同的，均由U形磁心、线圈、线圈骨架和金属弹性夹等组成。线圈的绕制工艺对电源滤波器的滤波效果影响很大，为了确保两绕组间的互感尽可能大，电感量偏差尽可能小，必须采用“共模”方式绕制，即将两绕组绕于同一骨架上，并以相同方向并行绕制，使绕组匝数完全相等，导线松紧程度一致，使电感量尽量一致。②电源滤波器的作用电源滤波器的作用是为了消除开关电源特有的“开关干扰”。其作用是双重的，一方面避免电网供电线中的高频干扰脉冲进入开关电源影响电视机正常收看；另一方面，防止开关电源产生的干扰脉冲进入电网对电网造成污染。因为在开关电源电路中，开关电源的功率调整管工作在高频开关状态，由此而引起的一种特殊的“开关干扰”现象是不容忽视的，它以尖峰脉冲的形式出现，具有很宽的频带，可以从几百HZ到几十MHZ，而且能沿着输入、输出传输线传导出去而形成“传导干扰”。这种干扰对于电视机的正常工作十分有害，传导出去还会干扰其他电器设备。为了抑制这种干扰，采用开关电源的彩色电视机必须安装电源滤波器，电源滤波器从外形结构和符号上看，与变压器很相似，但其使用与变压器大不相同，它是以①、③作为输入端，②、④作为输出端。而变压器是以①、②为输入端，③、④为输出端。为了达到更好的滤波效果，有的彩色电视机中接两个电源滤波器，构成两级电源滤波：在桥式整流的输入端和输出端各安装一级，如图6－10所示。C501、L502、C02构成第一级，L503、C507、C518构成第二级。③工作原理对高频干扰信号而言，电容呈短路，而电感则呈开路状态。高频干扰被电容短路，如图6－11(a)所示。对50Hz低频而言，电容呈开路，而电感则呈短路，如图6-11(b)所示。因此，50Hz市电可以顺利通过。图6－8中的CN-12机芯的电源滤波器电路中，采用两级电源滤波器，第一级为L502，第二级为L503，尤其是第一级L502与C501和C502组成π型低通滤波器，对从市电进入的对称性干扰有很好的滤波效果。2．整流滤波电路⑴作用和电路组成：开关电源的整流滤波电路的作用是将220V的正弦交流电成300V左右的直流电压。CN-12机芯开关电源的整流滤波电路如图6－12所示。VD501～VD504构成桥式整流电路，C503～C506为整流二极管的保护电容。R502是保险丝电阻，L503为电源滤波器，C507、C518是桥式整流的滤波电容。图6－12整流滤波电路由于正弦交流电的有效值与峰值之间存在倍的关系，因此，220V正弦交流电经整流滤波后，其最大值应达到220V的倍，即316V，实际电压为300V左右，由C507的“+”端输出。（2）关于底板带电问题由于彩色电视机中的电源电路省去了电源变压器，电网输入的220V交流电压直接与整流电路连接，这就导致了底板带电的可能性，如果电网相线端恰好与电视机的地线相连，当人体接触底板时，220V交流电将会通过人体与大地形成回路，对人体造成伤害。在实际电路中，由于开关变压器和光电耦合器（简称光耦）的隔离作用，使开关电源和整机主板之间隔离开，从而可以保证只有开关电源部分底板可能带电，整机主板的其它部分不带电，提高了电视机在调试和维修中的安全性。在电视机主板上，常以一条白色线来分隔底板带电（热地）与不带电部分（冷地），如图6－13所示。图6－13开关电源底板带电与不带电区域图3．自激振荡电路⑴开关电源变压器①开关电源变压器的外形及结构开关电源变压器又称为开关变压器，是开关电源电路中的关键器件，它的质量优劣直接影响到开关电源性能的好坏。开关变压器的外形如图6－14所示，采用高频磁心，在它的腰部常有一层短路的铜箔带作磁屏蔽层，它能显著地减少漏磁，常常可以根据铜箔腰带这一显著特征，从众多的元件中迅速认出开关变压器，从而确定开关电源电路在机板上的位置。图6－14开关变压器外形结构图②开关变压器的作用为什么说开关变压器是开关电源电路中的关键器件呢？因为开关变压器在开关电源中起着非常重要的作用，它既是储能元件，又是振荡器的正反馈器件，同时又起输入、输出电压变压及隔离作用。见表6－6所示。表6－6开关变压器的作用⑵自激振荡电路自激振荡电路的作用是产生间隙振荡，使开关管工作在开关状态。无论是自激式还是它激式的开关电源，在电路启动及转入“开”、“关”工作状态的整个过程中，开关变压器都起着正反馈作用。现以图6－15简要说明开关稳压电源的自激振荡过程。图6－15CN-12机芯的自激振荡电路原理图在CN-12机芯中，开关电源的自激振荡电路由开关管V513、偏置电阻R520、R521、R522，开关变压器T511，正反馈电路C514、R519组成，简化电路如图6－15所示。图中，VD517位于正反馈回路，可加快开关电源的启动。R520、R521、R522、R526、R515是开关管V513的偏置电阻，R520、R521、R522称为启动电阻。接通电源时，＋300V电压通过R520、R521、R522为开关管提供启动电流，使开关管导通，出现集电极电流，再利用开关变压器①、②绕组的正反馈使电路形成振荡。其工作过程见表6－7所示。为分析问题方便，在分析过程中，不考虑VD517的影响，其工作过程简要分析如下：表6－7自激振荡过程电路工作4．稳压电路此电路的稳压过程是通过控制开关管V513的饱和导通时间长短来实现的，也就是通过调整开关管基极激励脉冲宽度来实现稳压的。稳压电路由取样电路和脉宽调整电路两部分组成，电路结构如图6－16所示。图6－16CN-12机芯开关电源稳压电路图⑴误差取样与比较放大电路误差取样与比较放大电路如图6－17所示。图6－17误差取样与比较放大电路R561、R562、R563与RP551组成误差取样电路，取样电压来自＋130V输出电压。R554、VD561组成基准电压形成电路。由于稳压管的作用，使比较放大管V553发射极基准电压不随输出电压而变化，保持恒定不变。V553为比较放大管。它将取样电压与基准电压比较，得到误差电压，去改变V553的导通情况，从而改变V553的集电极电流，该电流流入光耦VD515的二极管端。若＋130V输出电压升高，则取样电压升高，V553基极电压也升高，由于V553发射极电压不变，因