培训(张华水).ppt

超薄32,37寸二合一电源介绍,KIP+L110E02C2-01（例）34007377彩电研发中心电源所张华水,主要技术规格,输入特性：电压范围：110240Vac10%；输入电流：2AMAX频率范围：50/60Hz；PF值：0.90MIN效率：82%MIN输出特性：待机电压5V输出：输出电压：5.1Vdc5%输出电流：4A输出纹波：100mVmax12V输出部分：输出电压：12.2Vdc5%输出电流：3.5A输出纹波：120mVmaxLED输出部分：输出电压：140Vdc(根据LED灯的差异)输出电流：120mA,整机电源方框图,图1整机电源方框图,整机电源方框图,该模块共有待机，PFC，主输出，LED驱动四个部分，待机部分采用Fairchild的电源控制芯片FSGM300N；PFC部分采用Fairchild的PFC控制芯片FAN7530；主电源部分不采用传统的LLC谐振拓扑，使用Fairchild的电源控制芯片FSQ0765R，以反激拓扑实现，主要目的为降低成本；LED驱动部分采用O2科技的OZ9902，该芯片能提供两通道的DC/DC控制，每条通道可以驱动高压LED灯串，两通道之间可以实现180度相移控制，可选外部PWM调光或模拟调光，有外部MOSFET过流保护、过压保护、输出对输入短路保护、输出对地短路保护、输出过流保护、过温保护等保护功能。,2020/5/20,电路原理图-待机及PFC部分,电路原理图-+12V输出及保护部分,电路原理图+LED输出及保护部分,待机部分-芯片介绍,待机电源采用仙童FSGM300N，是集成了MOSFET和驱动IC的模块控制芯片，直接驱动外接变压器；模块集成度高而且外围简单。它主要有以下特点：1,带抖频功能。能有效降低EMI。2,有OLP，OVP，AOCP，TSD，OSP等保护功能。3,轻载自动进入间歇工作状态（BurstMode）有效降低功率。4,具有软启动功能（15mS).5,重启模式保护,待机部分-芯片介绍,内部框图,待机部分-芯片介绍,Pin1GND芯片内部控制地同时连接内部MOSFET源极。Pin2VCC芯片供电脚，当此脚电压高于12V时，芯片内部启动工作。低于7.7V停止工作.Pin3FB反馈脚，用于反馈调制环路电压稳定，以及过载保护。Pin4NCPin5Vstr启动电压脚，在启动时，先通过此脚给VCC脚上的电容充电，一直达到芯片的启动电压12V，然后此脚的内部开关就断开Pin6，7，8Drain内置MOSFET的漏极,待机部分-启动,开启和停止开机后，300V的直流电压通过启动电阻RB906、RB907给CB907充电。当Vcc脚电压升到12V时，电源芯片FSGM300的内部电路开始工作。芯片内的MOS管开始了正常的导通和截止。Vcc脚的电压改由辅助绕组经DB902整流、CB906滤波和QB903,RB909,RB910,ZDB902组成的串联稳压电路供给。当Vcc脚的电压降低至7.7V时，芯片内部电路停止工作，MOS管也停止了开关。芯片内部方框图如右下图，实际线路如左下图：,待机部分-输出调压,2.输出稳压调压过程正常工作时，当由于某种原因造成5Vsb输出电压升高后，通过电阻RB953,RB955分压到UB952基准极（R极）的电压也升高。UB952（KL431A）是一个基准电压为2.5V的比较放大器。R极电压的升高引起C极电流的增大。即光藕UB951次级（1、2脚）电流增大。这样，误差取样放大电路将输出电压的变化转变为光藕电流的变化。因此光藕初级（3、4脚）的电流增大。电源芯片FB脚（Pin4）内部恒流源分给电容CB903的充电电流减少，FB脚电压降低，芯片内部与之对应的比较器上的电压降低，比较器另一个脚接到MOS管另一个源极取样电阻Rsense上。因此，当FB脚电压降低即意味着开关管漏极电流的降低，即开关管提前截止。从而使得5Vsb电压降低。反之亦然。需要注意，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1mA。,待机部分-待机过程,当负载减轻，VFB电压降低如下图所示，当VFB电压降到0.5V0.7v时，该芯片自动进入间间歇工作状态（BurstMode）。此状态能有效降低开关损耗，从而降低待机功率。(待机即工作在此模式）,待机部分-BBROWNOUTCIRCUIT,为了交流快速开关机，芯片能重置（复位），我们人为的增加BROWNOUTCIRCUIT。如下图：工作原理：正常情况下，QB902饱和导通，QB902第3脚为低电平，QB904载止，对反馈环路（FB）没有影响。但快速开关机，此部份电路将有作用。关机，VAC比VCCP掉电快，这样QB904会饱和导通，将FB拉低，起重置芯片的作用。另此部份电路还有另一个作用，低压欠压设定。通过调整RB901，RB902，RB903，RB904的阻值进行设置QB902的导通电位，进而设置欠压点。,待机部分-保护,芯片据有的保护功能过压保护（OVP）异常过流保护（AOCP）过载保护（OLP）过温保护（TSD）所有保护均是自动重启模式，触发保护内部MOS管将关断，直到Vcc电压降低到8V以后，机器再次重启。,待机部分-保护,重启模式保护：当一个故障（如输出对地短路）出现时，开关停止，MOS管关断。电源芯片的供电脚Vcc由于没有辅助绕组提供能量而导致电压下降。当电压降至欠压锁存的停止电压7.7V时，保护被复位，电源芯片消耗电流减少（仅仅是启动电流25uA），这时300V的直流电压又通过启动电阻RB906、RB907给CB907充电。当Vcc脚电压升到12V时，电源芯片开始正常工作。如果此时故障没有排除，仍然存在。则又开关停止，MOS管关断。Vcc电压因耗电电流加大而下降。重复刚才的过程，直到故障排除。如下图所示:,待机部分-保护,突发过流保护（AOCP)如果出现变压器饱和、短路等可能的现象时，内部MOS管上将会很大的电流通过，这样可能会损坏芯片，如右图示:MOS管上的取样电阻将监视流过MOS管的电流，如果取样电阻的电压超过触发AOCP的限值，将触发AOCP，停止开关，达到保护IC的目的。,待机部分-保护,过载保护（OLP）当5.1VSb电压的负载非常重（比如主板上由5Vsb通过LDO变更的3.3Vsb对地短路），超出电源输出负载能力时，5.1VSb电压降低，前面已经讲过调压过程。可知这将造成光耦的3、4脚流过电流减少，FB脚电压升高。当电压升高至2.4V时，电源芯片内部D1二极管导通，一个2.7uA的恒流源开始给FB脚的电容充电。当充到6V时，过载保护电路被触发。进入重启模式保护状态。如左下图所示。,待机部分-保护,过压保护（OVP）通常来讲，在反激电源的开关变压器加一辅助绕组，取其电压一方面给芯片供电，另一方面做过压保护，即当VCC超过一定的电压，芯片就会进入过压保护。当输出电流02A时，VCC变化较小可以控制在芯片范围内（一般芯片供电范围在1320V，超过21V进入过压保护）。但由于现网络电视需求，5V要求输出电流在4A以上，这样当5V输出还没有达到4A，VCC就已经超过21V提前进入过压保护状态。我们通过增加左下图线路，即增加一路串联稳压线路，将从辅助绕组取出的电压经整流，滤波，串联稳压后输出一组恒定的电压供给芯片。这样就解决了5V输出还没有达到4A就提前进入保护的问题。另为了满足5V过压保护功能，我们增加右下图线路，当因某种原因（如光耦的1，2PIN短路）导致5V输出电压偏高，ZD1击穿，Q1饱和导通，U1中的二极管中有电流流过，U1的3，4脚导通，VCC通过R4直接加在芯片的FB脚，通过FB脚使芯片进入保护状态，从而实现输出过压保护功能。,PFC电路部分,PFC,引言提高开关电源的功率因数，不仅可以节能，还可以减少电网的谐波污染，提高了电网的供电质量。为此，研究出多种提高功率因数的方法，其中，有源功率因数校正技术(简称APFC)就是其中的一种有效方法，它是通过在电网和电源之间串联加入功率因数校正装置，目前最常用的为单相升压前置升压变换器原理，它由专用芯片实现的,且具有高效率、电路简单、成本低廉等优点，本超薄电源就是用的低成本电压型临界工作模式FAN7530。11内部电路如下图所示，FAN7530NSMD封装(FAN7530M)，内部含有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出、过压过流欠压保护等电路,PFC内部方框图,PFC具体线路,PFC,FAN7530PFC控制芯片的性能特点该芯片的最大特点是采用电压控制临界工作模式，其它性能特点如下：150s的内置启动定时电路；低的THD及高的功率因数；过压、欠压、过流保护；零电流检测器；CRM控制模式；工作温度范围：一40+125；低启动电流(40A)及低工作电流(15mA)。FAN7530是一个引脚简单、高性能的有源功率因数校正芯片。它是被优化的、稳定的、低功耗、高密度的电源芯片，且外围元器件少，节省了PCB布线空间。内置RC滤波器，抗干扰能力强，对抑制轻载漂移现象增加了特殊电路。对辅助电源范围不要求，输出图腾驱动电路限制了功率MOSFET短路的危险，极大地提高了系统的可靠性。,PFC工作原理,如下图所示，控制芯片采用FAN7530，功率MOSFET的通、断受控于FAN7530的零点流检测器，当零电流检测器中的电流降为零时，即升压二极管D1中的电流为零时，功率MOSFET导通，此时的电感L开始储能，电流控制波形如下图所示，这种零电流控制模式有以下优点：由于储能电感中的电流为零时，S1才能导通，这样就大大减少了MOSFET的开关应力和损耗，同时对升压二极管的恢复时间没有严格的要求，另一方面免除了由于二极管恢复时间过长引起的开关损耗，增加了开关管的可靠性。由于开关管的驱动脉冲时间无死区，所以输入电流是连续的，并呈正弦波，这样大大提高了系统的功率因数。,主电源电路分析二,表1FAN7530各脚功能介绍,PFC,第1脚：INV(输出电压反馈）内部连接如右图，连接跨导放大器，OVP比较比较器，Disable比较器。跨导放大器取代了传统的电压放大器，它其实是电压转换的电流放大器，通过COMP脚输出决定MOS的关断时间。第2脚：开环占空比设置(MOT)这个脚是开环占空比设置脚。该脚通过对地电阻RF919设置三角波斜率，确定开环最大占空比；通过调节与PFC电感辅助绕组的电阻RF927，可以减小过零点时电流波形（红色）畸变，降低THD值（总谐波量）。,PFC,第3脚：误差放大器的输出端，相位补偿（电压/电流相位调整）(COMP)这个脚是内部跨导放大器输出，外接电阻电容的作用如右图，CCOMP提升低频增益，RCOMP提升中频增益。CFILER消除高频纹波。另反馈原理如下第4脚：MOS管源极电流检测输入端（CS）这个脚输入的MOSQF902源极（）电阻端电压，在MOSQF902的源极电阻RF911上进行源极电流取样。当MOS管过流时，该取样电压上升，输入第4脚电压高于比较器的参考电压0.8V，比较器发生保护。关断MOS。,PFC,第5脚：过零检测输入（ZCD）通过电感的辅助线圈来检测电感的电流，当电感的电流为零时，开启MOS，当MOS开启时，辅助线圈的电压为负且与输入交流电压成比例；当MOS关断，辅助线圈的电压为正电压且与输出与输入电压成比例。如下图，当电感电流为零时，MOS并没有立即导通，此时MOS的DS之间COSS将与电感产生谐振。为了减少零交叉失真，必须选择大的电感和COSS较小的MOS管，但较小的COSS的MOS管和大的电感在成本上较贵。为了减少交越失真，在靠近AC交越处，将MOS管的开启时间加长，通过在MOT与辅助线圈之间串一个电阻即可。因为开启的时候辅助线圈的电压为负压且与输入电压成正比。,PFC（改善交越失真）,增加补偿电阻300K,TheslopeoftheinternalrampchangesaccordingtoinputvoltageasthecurrentflowingoutoftheMOTpinchanges.I2currentismaximumatthehighestlinevoltageandthezerocrossingimprovementisbestwhenI2is100%200%ofI1.,PFC,第7脚：MOS管QF902激励输出（OUT）第7脚输出MOS激励脉冲，经过“驱动电路”驱动QF902工作，RF905是限制QF902栅原极初始充电的限流电阻，DF903,RF920组成是激励脉冲下降沿促使栅源快速放电的放电电路。工作过程如下：在激励脉冲上升沿（T1时间）；DF903截止，激励脉冲经RF905对栅源充电，形成栅源电场，MOS管迅速导通。在激励脉冲平顶持续时间（T1-T2时间），由于电场的持续导通维持，此时导通呈阻性。在激励脉冲下降沿（T3时间）；通过DF903导通快速放电；MOS管快速关断，完成一个斩波周期。,2020/5/20,PFC,图8MOS管激励驱动电路QF902场效应管输入是容性，为了保证激励脉冲的极性变换时栅极快冲放电，T2时间脉冲下降，栅极积累的电荷经DF903通过FAN7530内的图腾电路放电，使容性输入的特性的场效应管，快速导通/关闭。,2020/5/20,PFC相关波形,主电源输出（FSQ0765W）,主输出部分采用的是仙童的FSQ0765W,其工作原理与FSGM300基本上相同，不同点是FSQ0765W是准谐振的，通过检测同步脚电压，使得芯片中集成的mos管在电压的谷底导通，这样能有效降低mos管损耗，同时FSQ0765W的同步脚还可以做过压保护，因为同步脚的电压大于8V，芯片就会关掉驱动，让芯片关掉，如果芯片的VCC不掉的话就会一直保护直到重新启动并且移除错误。如下为FSQ0765W的谷底导通的原理框图：,主电源输出（FSQ0765W）,下图为FSQ0765W的原理框图：从图中可以看到与FSGM300相比，多了一个Sync脚，这个脚就是同步脚。,主电源输出（FSQ0765W）,34007377电源的主电源工作原理：1.首先是VCC供电电路部分，如下图：这个电路的作用是让PFC输出电压达到一定的值，才把VCC供给FSQ0765W，是一个时序控制电路，这样做可以让主电源一直是在高压输入的情况下才工作。主要原理是，UW905(TL431)的1脚（参考脚）达到2.5V，它的3脚（阴极）到2脚（阳极）才有电流流过，这里设置的值为320V，当PFC电压达到320V，TL431导通，这样QW901的基极电压就比它的发射极电压低了，使得QW901导通，所以QW902的栅极就得到一个高电平，这样QW902就导通了，同样的QW903也就导通了，这样VCC1就可以通过QW903给主芯片FSQ0765W供电了。,主电源输出（FSQ0765W）,34007377电源的主电源工作原理：2.电路的主要工作原理，如下图：当VCC稳定提供（VCC要大于12V小于20V，一般情况设置在1618V）后，芯片开始工作，占空比开始打开，进入软启动阶段，正常是通过17.5ms的时间慢慢打开占空比，使输出达到规格定值，此电源是达到12.2V。图中的RCD线路是用来吸收mos管关断时候的漏感尖峰的。同步脚上的分压电阻用来设置过压保护的，同步脚的电容滤波的，此电容不能太大。反馈调节电压线路和FSGM300是一样的。,主电源输出（FSQ0765W）,各项保护：1过流保护，此电源的过流保护是通过芯片的过载来保护的，因为芯片内部在MOS与地之间接了一个取样电阻来设置过载保护的电流值，这里FSQ0765W设置是3.5A，就是说当流过MOS管的电流的最大值大于3.5A，取样电阻上的电压将大于PWM比较器的电压使得比较器输出一个高电平，通过250ns的延迟，关断mos管的驱动。2.过压保护，过压保护是通过一个辅助绕组反馈次级电压来实现的。具体的如下图：3.其他的保护都与FSGM300是一样4.这里的保护是锁死的，因为这里的VCC由前面的提供，所以只要VCC不重启保护就一直在，不能重启。,主电源输出（FSQ0765W）,FSQ0765W常遇问题：1.由于FSQ0765W的Vcc范围比较小，因此只要Vcc纹波稍微大一点，就由可能导致芯片被击穿，因此Vcc对地滤波电容（CW902）在排版的时候要尽量靠近芯片Vcc脚2.由于FSQ0765W的反馈脚（芯片的FB）很容易收到干扰，如这个脚由于走线，选取的对地滤波电容等问题，很容易引起输出纹波电压过大，反馈环路增益不稳定，过流保护和短路保护不正常。,驱动电路（OZ9902）,OZ9902是集成了两路带BOOST升压的LED背光驱动芯片，适合大尺寸LCDTV，其主要特点为：1.两路BOOST为相移180度的独立升压线路，这样能有效降低输入电容的应力，减小输入电容的交流分量。2.两路LED驱动线路能够单独PWM调光，也可以同时进行模拟调光。3.保护齐全，有UVLS（输入欠压保护），OVP（输出过压保护），boost过流保护，灯条短路保护,LCC（电流不平衡保护）和过温保护等。4.外置mos，可以方便调节输出电压和电流，方便适应不同灯数和不同灯的需求其封装图如下：,内部结构框图：,驱动电路（OZ9902）,脚位定义：PIN1.输入欠压保护脚，当这个脚的电压低于3V的时候，芯片就会被关断PIN2.输入供电脚，PIN3为芯片开关控制脚，PIN4芯片电压参考脚PIN5.频率设定脚，PIN6同步脚，PIN7一通道PWM输入控制信号,PIN8二通道PWM输入控制信号，PIN9模拟输入控制信号，PIN10保护延世时间设置脚，PIN11一通道软启动时间设置和补偿脚，PIN12二通道软启动时间设置和补偿脚，PIN13二通道LED电流反馈脚，PIN14二通道LEDmos驱动和短路保护脚，PIN15二通道输出过压保护脚，PIN16二通道BOOST电路电流反馈脚，PIN17一通道LED电流反馈脚，PIN18一通道LEDmos驱动和短路保护脚，PIN19一通道输出过压保护脚