电视电源原理.pdf

电视电源基本工作原理 为什么需要使用电源 一般市用电网提供的是220V 50Hz或110V 60Hz的交流电压 而显示器 电视 不论是早期的CRT管 还是后来的LCD和 LED 乃至最新的OLED显示器 电视 的大部分电路是工作 在低压的条件下 所以需要在显示器 电视上专门配有电 源电路 其作用就是将市电的交流电压转换成为1 2种低 压的逻辑直流电压输出 从而向显示器 电视供电 一般 直流电压为12V 24V 48V 显示器 电视内部的DC DC或LDO电路把12V转换成为 5V 3 3V 1 8V 1 5V 1V等电压 满足显示器 电视各个模 块工作的要求 什么是开关电源 1 开关电源是利用现代电力电子技术 控制开关管开通和关 断的时间比率 比率时控制Time Ratio Control 缩写为 TRC 维持稳定输出电压的一种电源 开关电源一般由 脉冲宽度调制 PWM 控制IC和MOSFET构成 按TRC控制原理 有以下三种方式 1 脉冲宽度调制 Pulse Width Modulation 缩写为PWM 开关周期 恒定 通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式 2 脉冲频率调制 Pulse Frequency Modulation 缩写为PFM 3 混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定 彼此都能改变的 方式 它是以上二种方式的混合 什么是开关电源 2 对于单极性矩形脉冲来说 其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度 脉冲 越宽 其直流平均电压值就越高 直流平均电压Uo可由公式计算 即 Uo Um T1 T 式中Um 矩形脉冲最大电压值 T 矩形脉冲周期 T1 矩形脉冲宽度 从上式可以看出 当Um与T不变时 直流平均电压Uo将与脉冲宽度T1成正比 这样 只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄 就可以 达到稳定电压的目的 单端反激式开关电源 1 开关电源按DC DC变换器的工作方式分又可分为反激式 Flyback 顺 向 式 Forward 全 桥 式 Full Bridge 半桥式 Half Bridge 和推挽式 Push Pull 等电路拓扑 Topology 结构 单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路 输出功 率为20 100 可以同时输出不同的电压 且有较好的 电压调整率 应用较为广泛 藉由PWM IC控制开关管的导通与否 配合次级侧的二极管 和电容 即可得到稳定DC电压的输出 单端反激式开关电源 2 下图Ui为含有一定交流成份的直流电压 由开关功率管斩 波和高频变压器降压 将储存于在变压器的能量传递给次 级侧 转换成所需电压值的方波 最后再将这个方波电压 经整流滤波变为所需要的直流电压 此外改变变压器初 次级的圈数 就可以得到想要的DC电源 PWM控制电路是 这类开关电源的核心 它通过取样反馈闭环回路 调整高 频开关元件的开关时间比例即占空比 以达到稳定输出电 压的目的 以CNC自主开发的2984的电源为例 开关电源的干扰与抑制 开关电源是把工频交流整流为直流后 再通过开关变为高 频交流 其后再整流为稳定直流的一种电源 这样就有工 频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关波形产生的噪声 在输入侧泄露出去就表现为传导噪声和辐射噪声 在输出 侧泄露出去就表现为纹波 外部噪声会进到电子设备中 而供给负载的电源噪声也会 泄露到外部 若电源线中有噪声电流通过 电源线就相当 于天线向空中辐射噪声 举例 传导干扰抑制 1 输入侧 传导干扰主要是通过输 入输出引线进行传播 因而在开关电源的输入侧要介入电容与电感构成的滤波器 用于抑制交流电源产生的EMI 而该滤波器也称为电磁兼容 EMI 滤波器 图中L901 L902为共模扼流圈 它是绕在同一磁环上的两只 独立的线圈 圈数相同 绕向相反 在磁环中产生的磁通相 互抵消 磁芯不会饱和 主要抑制共模干扰 感值愈大对低 频干扰抑制效果愈佳 这样绕制的滤波电感抑制共模干扰的 性能大大提高 传导干扰抑制 2 C902 C903为共模电容 主要抑制差模干扰 即火线和零线分别与地 之间的干扰 电容值愈大对低频干扰抑制效果愈好 C904 C905为差模电容 主要抑制共模干扰 即抑制火线和 零线之间的干扰 电容值愈大对低频干扰抑制效果愈佳 F901为保险丝 它在高压时熔断 可防止设备在突发的高压 时引起的破坏 RT901为负温度系数热敏电阻 开机瞬间温度 低 阻抗大 防止电流对回路的浪涌冲击 R900 R901 R902 R903对抗干扰电容起泄放作用 可于关机后 迅速消耗掉C904 C905储存的电能 防止带电损耗元件 ZR901为压敏电阻 阀值电压约为270V 当电源电压小于270V 时不导通 当电源短时超过270V时 它就导通 将电压限制 在270V 用于防雷 传导干扰抑制 3 对输出端的干扰抑制 采用高频滤波器 输出干扰的频谱相当丰富 从几十赫兹到几十兆赫兹均含分量 由于在高频 的情况下 滤波电容等效由纯电容 C 等效串联电阻 RES 和等效串联 电感 LES 构成的串联电路 在工作频率f超过电容器的自谐振频率fr时 电容器就起到电感的作用 值大的滤波电容对低频干扰比较敏感 相反 值 小的滤波电容吸收高频干扰的效果比较好 因此不能光采用大电解电容滤波 C916 还必须加接自谐振频率很高的陶瓷电容器C917 输出干扰的幅度还与PCB板的布线有很大关系 不合理的布线往往会使干扰幅 度大几倍 尤其是接地点的安排特别重要 抑制干扰最有效的方法 是尽量减少干扰源的干扰能量 对开关电源变压器 要减少其漏感 并选择开关参数优良的晶体管和软恢复的开关二极管 桥式整流和滤波 下图为整流和滤波电路 整流器BG901的第一脚输出的电 压是含有交流成分的高压直流电 其中C907就是通常在电源部分能找到的最大个的电容 当 断开AC交流电时 由于C907周围电路的限制 电容上的电 没有泄放的通道 所以经常发生拔了电源插座 还被电的 情况 脉宽调制控制器LD7536 1 LD7536是由通嘉科技开发的控制器 封装是SOT26 引脚功能如下 1 GND 接地 2 FB 反馈电压输入端 用于提供PWM调节信息 PWM占 空比就是由它控制 3 RT 参考设置端 通过连接一个电阻接地来为LD7536 提供一个恒定的电流 改变电阻阻值将改变PWM的频率 4 Sense 电流传感端 当该端电压达到一个阈值时芯片 会停止输出 从而实现过流保护 5 VDD 电源供电端 6 Gate PWM脉冲输出端 图腾柱 即推拉输出电路 输 出极驱动功率开关管 脉宽调制控制器LD7536 2 LD7536需要在启动时给PIN5 VDD提供启动电流以使芯片进 行有效的自举 在电路中 将PIN5 通过三个200K 的电 阻接至AC输出端 便可在AC输入90V 264V的范围内实现 LD7536的有效启动 在LD7536正常工作后 其Pin5 VDD端必须提供10V 24V电 压为芯片供电 直流变换电路 1 DC DC变换器用于开关电源时 要求 输入与输出间进行电隔离 必须采用变 压器进行隔离 这类变换器把直流电压 或电流变换为高频方波电压或电流 经 变压器升压或降压后 再经整流平滑滤 波变为直流电压或电流 因此 这类变换器又称为逆变整流 型变换器 变压器T901因为有气隙之故 其初级圈具有隔离 变压和储 能电感的三重功能 当LD7536的Gate端输出PWM控制脉冲 控 制Q901做开关状态 直流变换电路 2 当Gate端输出高电平时 开关管Q901 导通 此时T901的初级线圈有电流流过 产生上正下负的电压 则次级产生下 正上负的感应电动势 但这时次级上的 二极管D904 D905截止 此阶段为储能 阶段 而当Gate端输出低电平时 开关 管Q901截止 初级线圈上的电流在瞬间变为0 初级线圈的电 动势为下正上负 在次级线圈上感应出上正下负的电动势 此时D904 D905导通 有电压输出 开关功率管Q901功耗较大 它们在高温条件下连续工作积累 的热量会烧毁器件或工作异常 需加散热片 直流变换电路 3 Gate输出波形 Input AC 90V 60Hz Gate输出波形 Input AC 220V 50Hz Q901 D极波形 Input AC 220V 50Hz 直流变换电路 4 开关管关断时 初级线圈还有电流 因此为 防止随开启 关闭所发生的电压浪涌 可采用RC 或LC缓冲器 本设计中在变压器的输入端设有缓冲电 路 它由D902 C906与R927 R928 R929 R930组 成 在开关管关断的瞬间 电感上的电流通过 D902向C906充电 在开关管导通的瞬间 电容C906通过R与开关管放电 在开关管Q901旁边有LC缓冲电路 由FB901和C924组成 输出整流滤波回路 1 在变压器的输出端设有输出整流滤波回路 对直流变换后 的电压进行整流与滤波 使之得到稳定的输出 变压器次级绕组输出电压波形 输出整流滤波回路 2 当输出整流二极管两端加反压时 由于 二极管中贮存电荷 也将有较大的浪涌电 流产生 因此在二极管及输出电压中将有很大的噪声 在整 流二极管上并接一RC R905 R906 C918 回路 可吸收上 述干扰 若在变压器次级在增加一些绕组 通过选用合适的匝比数 便可得到不同等级的直流电压输出 为显示器 电视的其它电 路提供电压 但这会使电压取样反馈回路显得复杂 且稳压 效果较差 除此以外 还可外加一些DC DC转换电路来将12V 的输出电压转换为5V等其它需要的直流电压 电压取样和反馈回路 1 该电路主要通过光电耦合器 U902 和精确电位调节器 U903 将输出端电压反馈回LD7536 FB端 L903接自次 级整流滤波电路的输出端 电压取样和反馈回路 2 电压输出端12V电压由R913和R915分压后输入AS431的参考端 其中 R913的阻值为18K R915的阻值为4 7K 当电源正常工作时 输出12V 的电压经分压后刚好为2 5V输入AS431 当电源的输出端电压超过12V 时 由于参考端 2 5V 则AS431内部比较器的输出高电平从而使NPN管 导通 光电耦合器的2脚电位随着降低 这种变化势必会使得流过光电 耦合器的发光二极管的电流有所增大 由于光电耦合器的CTR 电流传 感系数即流过发光二极管的电流与流过光敏三极管的电流的比值 1 使得从光电