浅谈彩色电视机开关电源的工程设计

北极星电力网技术频道作者:佚名 2008/1/4 17:52:21

关键词: 变压器开关电源

浅谈彩色电视机开关电源的工程设计(上)

冯镇业

(中山大学,广东广州510620)

摘要：在扼要阐明单管反激型变换器的原理、特点基础上，着重讨论了它在彩电方面的重要应用；指出彩色电视机电源对反激型变换器的特殊要求、技术难点和对策，介绍了设计范例并给出了工厂研制开发电视机电源的全流程。
关键词：彩色电视机开关电源；反激型变换器；设计

1引言
据统计,目前开关电源已有约14种拓扑形式之多[1]，而每一种拓扑都有其合适的应用场合。作为CRT彩电和监视器一类电源,人们已把反激型变换器看作成它的主流形式,究其原因大致有以下几点:
1）反激型变换器使用变压器作耦合,它能将‘热地’与‘冷地’分开，这为电视机用户提供了使用安全性；
2）与同样带有变压器的正激型变换器相比，现在次级无需接入耐高压的输出扼流圈及价格不菲的续流二极管，这既节省了空间又降低了成本；
3）次级可多绕组输出，其主绕组可很轻易地做到数百伏直流输出并具有良好的输入电压和负载变化调整率，至于各副绕组除了对主绕组的负载变化调整率稍低一点外，其余输入电压调整率却能与主绕组持平，这是正激型变换器所做不到的；
4）通过对变压器初/次级匝数比及各绕组位置安排的精心设计和调整，有可能使反激型变换器在AC85～270V宽市电范围内都能保持接收图像质量不下降,这就解决了电视机电源的世界适用问题；
5）只使用单功率管作开关，比起其它拓扑变换器是最节省的。
当然反激型变换器也有它的限制，就是受目前的功率器件以及磁芯元件的性能所限，其单管输出功率最大只能达到200W左右，但作为彩电用途已足够，因为即使含有重低音WOOFER功能的34口寸大屏幕彩电，其电源输出功率也不外是145W左右。因此从性能价格比考虑，现在多数电视机厂家都乐于采用此类变换器。
作者曾多年从事彩电开关电源研制，本文结合过去的工作经验，试图从彩色电视机电源应用角度，谈谈反激型变换器基本原理和工作方式，电视机对反激变换器的独特要求，以及单管反激变换器的工程设计方法及调试经验等。祈望有助于业界人士和广大电视机维修人员的工作。
2反激型变换器原理和两种工作方式
单管反激型变换器电路及其工作波形如图1所示。当Q1被输入脉冲驱动而导通时，流过Np绕组的初级电流会以斜率为VDC/Lp线性上升，在导通时间（ton）结束时刻，初级电流i1已升到峰值

同时磁芯内存储有能量

当Q1截止时，磁芯内储能向次级释放，因为电感内的电流不能突变，所以在截止开始瞬间，初级电流传递到次级并使次级电流峰值为

这个电流会直接向输出电容充电。经过几个周期后，次级直流电压VO已建立，此时伴随Q1截止，I2会从NS流出，其值为

式(4)表明，在截止期间的i2是线性下降的，它反映了磁芯储能释放情形。根据磁芯储能是否全部释放可导出反激型变换器的连续与不连续两种工作方式，事实上随着输入市电电压或者电视机接收负载(例如音量，辉度)的变化，电视机电源都有可能经历这两种工作方式。
1）不连续工作方式如果市电电压较低或者电视机接收负载过重，就使次级电流i2在Q1的下一次导通之前已下降到零，这表明所有磁芯储能已传送到负载，此后Q1的每一次导通，相应的初级电流i1及磁通都要从零开始上升。这种工作状态叫不连续方式，其波形如图2所示。
现时，在一个周期T内从电源VDC输入的功率

式（7）说明：
（1）如果图1电路工作在不连续方式，若不小心将负载RL开路，则有可能因输出电压VO过大而烧坏管子，这种情况在调试时是时有发生的；
（2）即使图1能正常工作，其输出电压VO亦会随着输入电压VDC和负荷RL的变化而变化，极不稳定。为了得到稳定的输出电压，需要象图3那样加入一个反馈稳压电路，它是由输出电压采样分压器，EA误差放大器和一个由直流电压控制的可变宽度脉冲发生器组成。从式(7)可见，此反馈电路必须能够保证在VDC或RL升高时，降低ton，或者在VDC或RL下降时升高ton。

功率管Q1所承受的最大电压应力的计算：
在Q1截止期间因有次级电流i2流过NS，在NS上产生的电压幅值近似为输出电压VO(忽略二极管正向压降及引线损耗)，此电压反映在初级绕组NP上产生感应电动势VNP：

在实际运用时，Q1所承受的最大电压应力不仅限于VDSmax，同时还要加上由变压器漏感所带来的附加电压尖峰(估计约为0.3VDC)，而且在选双极型管时，需要注意以上二者之和应该比所选管的额定值VCEO小30％，这样才有足够的安全余量。
2）连续工作方式如果市电电压升高或者接收负载减轻，这使次级电流i2在Q1的下一次导通到来之时仍未下降到零，磁芯仍含有一部分储能，它会反映到初级，使此后Q1的每一次导通，相应的初级电流i1及磁通都不是从零而是从一个恒定值开始上升。这种工作状态叫连续方式，其波形如图4所示。

应该指出，根据磁通复位原则，在连续方式中会存在一个磁通平衡点φO，在φO的基础上让导通时的磁通增加量Δφ1等于截止时磁通减少量Δφ2，故有

由式（10）可知，如果图1的电路工作在连续方式中，则输出电压VO只取决于匝数比NS/NP，时间比ton/toff以及输入直流电压VDC，而和负载RL无关。
同样地，实际的电源应该象图3那样加入反馈电路，那么由式(10)可知，这个电路的作用应该是当输入直流电压VDC升高时，让ton减少，或者当VDC减少时，让ton升高，以便保持输出电压VO不变。
如果将式(8)代入式(10)，则有

3）实例
&

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来源：中国电力资料网

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