浅谈彩色电视机开关电源的工程设计（下）

1、浅谈彩色电视机开关电源的工程设计（下）        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 图9  带PFC的 准 谐 振 反 激 型 变 换 器     1）第一绕组为主输出Vo1，高压(106165V)，大功率(53100W)，用于电视机行包及衍生的CRT各电极等供电。反馈支路的采样电压就是

2、从这一绕组引出的，因此它的稳定度要求是各输出绕组中最高的，它直接影响了图像的质量和稳定度。此外在Vo1上伴有的开关高频噪声(约0.51V峰-峰值)往往是传导性电源干扰的源头，必须设法克服它。     2)第二绕组专供伴音电路，其输出电压Vo2在1225V之间，输出功率则取决于整机的伴音播放功率。一般来说伴音输出功率要求越大就越难做，因为音量的变化会通过开关变压器耦合到Vo1，引起声音干扰图像的难题。这时试图单靠在伴音供电支路内插入CR退耦元件来解决问题是不适合的，因为这会引起PCB底板温升提高及效率降低，而且也不可能完全有效消除干扰。实践证明，此时最有效的办法就是

3、调整开关变压器内各绕组的相对位置，从结构层次上使Vo1绕组与Vo2绕组尽可能远离，其办法是如图10所示，让初级绕组插入其中，同时还需要精细调节Vo2绕组相对于线包边缘的留空位置d，以达到最佳效果。 图10  一 个 有 效 减 少 伴 音 干 扰 图 像 的 线 包 结 构     3)第三绕组专供机内的微处理器5V电源用，其输出电压Vo3在812V之间。Vo3的具体数值要选得适当，过高会引起整机STANDBY功耗升高，过低则有时会开不了机(例如在低温下)。国标要求彩色电视机的STANDBY功耗小于5W，这是很严的要求。如果没有特别措施(例如加入辅助变压

4、器等)，一般的单管反激型变换器是做不到的。 开关电源，在投放批量生产之前还须经过一系列环境和安全试验，它们至少包括：     1）周边元器件的短路试验和开路试验；     2）AC264V/90V下各元器件的温升测试；     3）高温(45),高压(AC264V)1000h负荷试验；     4）低温(10)开机及负荷试验；     5）EMC试验；     6）10kV雷击浪涌电压试验。   

5、  另外还须克服上面提到的 图11  由 待 机 转 为 开 机 瞬 间ic，vce建 立 过 程 图 12  由 待 机 转 为 开 机 瞬 间 变 压 器 饱 和 时ic波 形     解决这个问题有两种方法，其一是使用加大Size号的铁氧体磁芯，其二是加大磁芯的空气隙。一般判断磁芯Size是否合适，可运用经验公式（19）        Pomax=     (19) 式中：Pomax是该磁芯未饱和前可允许的最大输出功率； 

6、0;     Se是磁芯的截面积。     例如选EER42，磁材用PC30，查相关手册得知其磁芯截面积Se=2.01cm2,窗口面积S=2.00cm2,则该磁芯可允许的最大输出功率Pomax=101W。     在输出功率确定后，选择相对大Size的磁芯会有效地防止变压器磁芯饱和，但它却带来电源所占空间和成本的增加，有时这是不允许的。此时就需要使用第二种方法，即在现有磁芯中开设并适当加大其空气隙。磁芯开空气隙后会产生两个效果：一是磁滞迥线向下倾斜，引起磁导率和剩磁的下降；二是提高了饱和前磁芯可

7、承受的安匝数，如图13所示，从而有效地防止了变压器磁芯过早进入饱和。 图 13  加 入 空 气 隙 拉 扁 了 磁 芯 的 磁 滞 迥 线 形 状     下面给出一个设计反激型变换器变压器的例子(对应电路见图9，但省去PFC部分)： 已知     输入电压范围    Vin=AC 85265V          输出电压    Vo=125V，V1=12V，V2=25V &

8、#160;        输出电流    Io=0.7A,I1=0.4A,I2=0.4A          输出功率          Po=125×0.712×0.425×0.4=102W          开关频率 

9、   fs=30kHz     1）计算在Vin(AC)min=85V时的占空比D        VDCmin=Vin(AC)min××0.9=108.2V 式中系数0.9是考虑到输入电压的波形失真以及整流二极管压降而加入的。     假定D=0.5时的输入电压VDC=130V(见表2)，则在最低输入电压Vin(AC)min=85V下的D为      D=0.546 考虑准谐振方式会带来平均约23

10、s的延迟，所以真实的占空比应为       D=D×=0.546×=0.513 式中：T=1/fs；td=延迟时间。 表2  AC输入电压与VDC（50） 输入电压 开关管可能耐受的高电压 VDC（50）取值 110V窄范围 450V 110V150V 宽输入85265V 650V 110V150V 宽输入85265V 850V 200V230V     2）计算Lp    假定该电源的AC/DC转换效率为=0.80,则有   

11、0;  Lp=×=×0.80=0.40mH     3）计算初级电流峰值I1p     输入平均电流     Iin=1.18A     初级电流峰值I1p=4.6A     或I1p=4.6A     4）变压器设计     根据输出功率Po选择磁芯的Size，并从厂家给出的图14，图15所示的NIlimit（磁芯饱和前允许的最大安匝数）相对于AL值（即电

12、感系数，），以及AL值相对于Air gap length(空气隙长度)的这两个图形中求出初级绕组圈数Np。 图14  对 应H7C1和H7C4的EFC42型 带 气 隙 磁 芯 的NI1imit与AL的 关 系 曲 线 （ 典 型 曲 线 ） 注 ：NI1imit显 示 励 磁 电 流 点 离 开 其 线 性 延 伸 部 分20 和40 。 图15  对 应H7C1和H7C2的EFC42磁 芯 的AL值 与 空 气 隙 长 度 的 关 系 曲 线 （ 典 型 曲 线 ） 测 试 条 件 ： 线 圈0.35  2UEW  100匝 ；频 率  1

13、kHz； 电 流  0.5mA。     由式（19）及厂家给出的磁芯尺寸资料可定出所用型号磁芯。对宽输入电源亦可使用表3推荐规格。 表3  宽输入电源推荐磁芯规格 输出功率/W 磁芯Size 30 EER28 60 EER35 80 EER40 100 EER42 150 EER49 200 EER53     根据表3本例可选EER42磁芯。     由Np2=×109求初级绕组匝数Np，因为从图15中得知，气隙长度取1mm时对应的AL=300nHN2，故有 &

14、#160;   Np2=×109=1.333×103    Np37匝（注意：实用中，气隙长度最好取小于1mm，因为若气隙过大，会引起漏感增加）     求变压器的起始饱和电流IL为      IL(20)=  （20） 式中：IL（20）为磁芯的励磁电流（或者说AL值）已从其饱和点下降了20的IL值；       NI为变压器安匝数。     由图14查出，当AL=

15、300nHN2时，知NI=290安匝，故有IL（20）=7.8A，因为7.8A表征的是励磁电流已从其饱和点下降了20的IL，故真正进入饱和点的电流IL应为      IL=6.5A     这个数字约为正常工作时I1p    求次级主绕组匝数Ns可使用     =   (21) 式中：Vo是次级主输出DC电压；       VDC（50）是占空比D=50时的输入DC电压。   

16、  工程上VDC（50）的决定取决于电源的不同输入电压范围以及开关管的不同耐压值，如表2所示。     今取VDC（50）=130V，故有Ns=×37=35.6，取整数Ns=36匝。     由此可求出次级绕组的每匝伏数=3.47，利用此值即可求出第二，第三个输出绕组匝数     N2=3.4     取N2=3匝     N3=7.2     取N3=7匝 5  P

17、FC功率因数校正电路     为了满足对输入端谐波电流限制的新规定，电视机电源也应具备PFC功能。为节约成本，早期的电视机采用无源PFC充电泵电路，如图16所示，虽说能解决一定问题，但调试难度较大，降低了可靠性6。 图 16  无 源 PFC充 电 泵 电 路     现在比较倾向于采用有源PFC技术，多数应用Boost变换器。图17示出一个最新的使用由Infineon公 司 出 品 的 TDA4863组 成 的 110 W PFC功 能 电 路7， 其 输 入 电 压 适 用 范 围 为 AC 85 265 V， 输 出 稳 定 在 DC 396 V， 其 PF接 近 于 0.99， 最 大 输 出 功 率 达 到 110 W， 效 率 至 少 为 0.9， 该 电 路 可 适 合 于 29 以 下 的 彩 色 电 视 机 用 。 图 17  TDA4863-PFC原 理 图 （ 120W） 开关电源工程设计流程     上面介绍了对电视机 图18  电 视 机 电 源 的 设 计 和 性 能 评 估 流 程 图 参考文献 ndedM.McGraw-Hill 1998. ndedM.R