STR开关电源.doc

1 课题描述开关型稳压电源的种类很多，分类方法也有多种。从推动功率管的方式来分可分为自激式和它激式，在自激式开关电源中由开关管和高频变压器构成正反馈环路来完成自激振荡；它激式开关稳压电源必须附加一个振荡器，振荡器产生的开关脉冲加在开关管上，控制开关管的导通和截至。按开关管的个数及连接方式可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式等，单端式开关电源仅用一个开关管，推挽式和半桥式采用两个开关管，全桥式则采用四个开关管。按开关管的连接方式，开关电源分为串联型与并联型开关电源，串联型开关电源的开关管是串联在输入电压与输出负载之间的，属于降压式稳压电路;而并联型开关电源的开关管是并联在开关电源之间的，属于升压式电路。一般来说，功率很小的电源（1100W）采用电路简单、成本低的反激型电路较好；当电源功率在100W以上且工作环境干扰很大、输入电压质量恶劣、输出短路频繁时，则应采用正激型电路；对于功率大于500W、工作条件较好的电源，则采用半桥或全桥电路较为合理；如果对成本要求比较严，可以采用半桥电路；如果功率很大，则应采用全桥电路；推挽电路通常用于输入电压很低、功率较大的场合1-3。2 开关电源原理图设计2.1 正激电路正激电路如图1所示。图1 正激电路电路的工作过程：（1）开关S开通后，变压器绕组N1两端的电压为上正下负。与其耦合的N2绕组两端的电压也是上正下负，因此VD1处于通态，VD2为断态，电感L的电流逐渐增长；（2）S关断后。电感L通过VD2续流，VD1关断。S关断后变压器的激磁电流经N3绕组和VD3流回电源,所以S关断后承受的电压为。（3）变压器的磁心复位:开关S开通后，变压器的激磁电流由零开始,随着时间的增加而线性的增长,直到S关断。为防止变压器的激磁电感饱和，必须设法使激磁电流在S关断后到下一次再开通的一段时间内降回零，这一过程称为变压器的磁心复位。正激电路的理想化波形如图2所示。 图2 正激电路理想化波形变压器的磁心复位时间为： Tist=N3*Ton/N1输出电压:输出滤波电感电流连续的情况下： Uo/Ui=N2*Ton/N1*T磁芯复位过程：图3 磁芯复位2.2 反激电路反激电路原理图如图4所示。 图4 反激电路 反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对相互耦合的电感。 2.3 工作过程S开通后，VD处于断态，N1绕组的电流线性增长，电感储能增加；S关断后，N1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过N2绕组和VD向输出端释放，S关断后的电压为：Us=Ui+N1*Uo/N2反激电路的工作模式：电流连续模式，当S开通时，N2绕组中的电流尚未下降到零。输出电压关系:Uo/Ui=N2*ton/N1*toff 电流断续模式，S开通前，N2绕阻中的电流已经下降到零，输出电压高于上式的计算值，并随附再见小而升高，在负载为零的极限情况下，所以反激电路不应工作于负载开路状态4。 本身开关电源原理图内部结构原理图，STR-5412内部电路图5所示。图5 STR-5412内部电路图其为5脚单列直插式陶瓷封装，其中R1，R2为分压取样电阻；R3为DZ提供合适的电流；R4，R5为基极电阻；V1为震荡调整管；V2为放大管（由于分流）；V3为误差放大比较器；DZ为稳压管；STR-53041为五端器件：3端接电源输入端，4端为公用地端，2端为反馈端，1端为取样信号输入端。在电视机运用中5端闲置不用。图6为开关稳压电源总原理图。 图6 开关稳压电源总原理图如图6所示50HZ220V的交流电经过双刀双掷开关S801，经保险管F801延迟后经过EMI电路进行干扰滤除。EMI即是电磁干扰有传导干扰和辐射干扰。而在此电路中所说的是传导干扰，即是通过导电介质把一个网络上的信号耦合（干扰）到另一个点网络。通过去干扰可以避免外界的电磁场等其它电信号对电视机内部产生干扰，同时又能避免电视机内部产生的干扰信号对外部的其它电路，信号等产生干扰。例如通讯电缆的终端电阻，电脑的机箱，变压器的屏蔽罩，用顺磁材料或抗磁材料来疏导或阻止电磁场的穿行等等。而且又能满足电视机基本稳压要求，EMI的噪声特别小。因此而解决了传导干扰。电源是发生EMI的重要来源，电源电路中EMI电路的作用是滤除由电网进来的各种干扰信号，防止电源开关电路形成的高频扰窜电网，或对设备和应用环境造成干扰。图6所示C801右边有有一个两个绕组的电感，这个电感就是共模抑制电感，它起到了减少EMI的作用5。3 消磁电路原理及其作用3.1 消磁作用及电路元件构成及参数和特性电磁效应可分为两大类：第一类指电子设备因电磁感应电压和电流为发生故障或损坏，或对此类故障或影响的免疫能力，第二类与不必要的电磁噪声的放射问题有关。由于在输入回路中产生电流高次谐波，难免要干扰供电系统的稳定。消磁电路由消磁电阻和消磁线圈构成，消磁电阻为PTC热敏电阻在大电流的影响下进入高阻态,回路电流自动衰减,使流过消磁线圈中的交变电流在数秒之内可减小接近零,残余电流很小约为十几，近似于开路状态。消磁电阻冷态阻值10欧至40欧，比较小。3.2 电视机的消磁电路工作原理方法一：每次开机时交流220伏电压加至消磁电路，产生一个由强至弱的交变电流流过消磁线圈，对显象管进行消磁。而消磁过程中其主要作用的还是消磁电阻。由于其为正温度系数的电阻，随流过电流的大小，产热阻值就会增大，是电路处于开路，从而达到消磁的目的。方法二：永磁消磁器，它是采用饱和磁场强度很大的永磁体来产生消磁需要的外加磁场，具有不需要外接电源、操作维护简单、使用寿命长等特点，但由于永磁材料的磁饱和强度不可能很高，所以这种消磁器无法消除现在的大容量硬盘；同时，由于永磁材料的磁场强度容易受外界工作温度的影响，当工作环境温度升高后，其磁饱和强度会降低从而影响其消磁的有效性6。 结论：所以我们不采用第二个方法进行消磁。3.3 整流电路经过消磁电路后，电流经过R801(6.2/8W)进入整流电路，整流电路有D801-D804四个整流二极管型号TVR-J，和C803-C806四个电容容量值为4700，而且二极管是耐高压的耐压值为400V，电容的主要作用是保护二极管不被击穿。第一利用电容器隔直通交的特性将整流后的残留交流成份旁路回流，起到滤波的作用；第二电容器起到了整形作用, 全波整流后的输出不是平直的直流电压,而是每秒100个从零到最大值,又从最大值到零的脉动直流电压，这样的不平稳电压是无法供后级电路直流要求的。（充电和加热等直功耗设备除外）利用电容器的充放电特性(高充低放)可使输出电压稳定于一平滑平均值；第三提升平均值, 因整流输出是脉动而平均有效值就低于原交流电压值很多，减去整流管的正向压降，其整体效率就很低，而电容器的峰值充电特性（两端电压可达峰值)可使输出电压接近于原脉动电压的峰值.(原交流的1.414倍)这就大大提高了输出的效率。从整流电路出来的300V的电压就加在C810上。4 振荡变压电路4.1 启动电路V1是NPN型振荡三极管，它与变压器T802的P绕组及反馈绕组B构成反馈振荡电路。V3是NPN型三极管与稳压管ZD构成取样比较电路，由变压器T802的D绕组提供比较电压。V2是PNP三极管构成取样信号直流放大电路用于驱动振荡管，实现脈冲调宽电路输出电压的幅度稳度。4.2 振荡电路震荡过程C810上的300V直流电压经R811加到STR-5412的2脚内部开关管的B极，同时经T802的1，4绕阻加到STR-5412的1脚内部开关管的C极，开关管开始导通，在T802的1，4脚产生感应电压，经T802耦合，在7，8绕阻也产生感应电压，极性为7正8负，此正反馈电压经C811，R812加到STR-5412的2脚使内部开关管电流进一步增大，强烈的正反馈式开关管饱和。开关管饱和后，T802的1、4脚中的电流线性增大，电流从STR-5412的4脚，即开关管的E极流出，在C812上建立112V的直流电压，同时T802储存磁场能量。此时正反馈绕阻对C811不断充电，使STR-5412 2脚的电压不断下降，最后迫使STR-5412内部开关管退出和状态。开关管推出饱和状态后，T802的1、4脚的电流减小，使T802各绕阻的感应电压极性全部翻转，此时T802的7、8绕阻感应电压的极性为8正7负，T802的7脚的电压又经C811，812加到STR-5412的2脚，内部开关管的电流进一步减小，如此循环使开关管迅速截止。开关管截止期间，T802的6、8绕阻上的感应电压极性为8正6负，续流二极管D807导通，T802中磁场能量经D807释放给C812,使C812上112V电压更加平滑，同时C811上的电压经R812,T802的7、8绕阻放电，300V电压经R811给C811反向充电，使C811正端的电压越来越高，另一方面，行逆程脉冲经D808，R813送到STR-5412的2脚，使开关管的截止期提前结束，又进入下一个振荡循环。稳压电路:STR-5412的稳压电路由内部自动完成。ST