1.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源

串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源由于調(diào)整管工作在放大區(qū)，因此調(diào)整管的功耗很大，效率較低（一般為40%～60%），且需要安裝較大的散熱片，增大了電源設(shè)備的體積和質(zhì)量。電源變壓器的工作頻率為50Hz，頻率低而使得變壓器體積大、質(zhì)量重。為了克服串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的這些缺點(diǎn)，在現(xiàn)代電子設(shè)備中廣泛采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源，它將直流電壓通過半導(dǎo)體開關(guān)器件先轉(zhuǎn)換成高頻脈沖電壓，再經(jīng)整流濾波得到紋波很小的直流輸出電壓。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，通過改變開關(guān)管的導(dǎo)通時間來得到穩(wěn)定的輸出電壓，具有功耗小、效率高、體積小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，因此得到迅速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

1.2.1 開關(guān)電源的穩(wěn)壓原理

1.開關(guān)電源的分類

開關(guān)電源的種類很多，可根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。根據(jù)開關(guān)變壓器與負(fù)載的連接方式可分為串聯(lián)型開關(guān)電源和并聯(lián)型開關(guān)電源；按照控制開關(guān)的導(dǎo)通方式可分為調(diào)寬型和調(diào)頻型開關(guān)電源；按照電源啟動方式的不同可分為自激型和他激型開關(guān)電源。

2.開關(guān)電源的特點(diǎn)

與串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源相比，開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)：

（1）允許電網(wǎng)電壓變化范圍寬。當(dāng)電網(wǎng)電壓在110～260V（某些機(jī)型允許90～280V）范圍內(nèi)變化時，開關(guān)電源仍能獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓，其直流輸出電壓的變化率保持在2%以下。而串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)電壓變化范圍一般約為190～240V。

（2）功耗低、效率高。效率約為80%～95%，其功耗是串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源的60%左右。

（3）體積小、質(zhì)量輕。

（4）可靠性高。

（5）容易實(shí)現(xiàn)多路電壓輸出和遙控。

（6）電路復(fù)雜、造價較高。

3.開關(guān)電源的組成

開關(guān)電源主要由EMI濾波器（抗干擾電路）、低頻整流濾波電路、開關(guān)調(diào)整管振蕩電路、開關(guān)變壓器、高頻整流濾波電路、過壓過流保護(hù)電路、控制電路等組成，如圖1-17所示。其工作過程是：220V交流電壓經(jīng)過EMI濾波器和低頻整流濾波電路變換成300V左右的直流電壓，在控制電路的控制下，開關(guān)調(diào)整管輸出高頻脈沖電壓，經(jīng)開關(guān)變壓器進(jìn)行升壓或者降壓變換后，再經(jīng)過高頻整流濾波電路輸出穩(wěn)定的直流電壓。保護(hù)電路負(fù)責(zé)電路的過壓、過流保護(hù)。

4.開關(guān)電源的穩(wěn)壓原理

開關(guān)電源的穩(wěn)壓原理框圖如圖1-18所示。如果電網(wǎng)電壓不穩(wěn)使輸出直流電壓UO增大，經(jīng)光電耦合器隔離，誤差放大器A的同向輸入端電壓減小，其輸出電壓減小。該電壓（UC+）與角波（UC）比較結(jié)果，會使其輸出電壓（UG）的占空比減小，如圖1-19虛線所示，從而使VMOS導(dǎo)通時間減少，截止時間增加。經(jīng)二次整流后取出方波的平均值（UO）將隨之減小, 這就是開關(guān)電源的穩(wěn)壓原理。

1.2.2 串聯(lián)型開關(guān)電源

1.串聯(lián)型開關(guān)電源的基本組成

串聯(lián)型開關(guān)電源是指負(fù)載電阻與儲能電感L1相串聯(lián)的開關(guān)電源。它是由EMI濾波器、整流濾波電路、開關(guān)調(diào)整管VT、開關(guān)變壓器T、啟動電路、正反饋電路、脈寬調(diào)整、取樣比較及過壓保護(hù)電路等組成的，如圖1-20所示。

2.串聯(lián)型開關(guān)電源的工作原理

由圖1-20可知，220V電網(wǎng)電壓經(jīng)過EMI濾波和低頻整流濾波電路，得到+300V左右的直流電壓，經(jīng)開關(guān)變壓器T初級繞組L1加至調(diào)整管VT的集電極。

（1）首次上電，由啟動電路使調(diào)整管VT導(dǎo)通。

（2）正反饋電路（L2、R、C1）使VT由導(dǎo)通進(jìn)入飽和狀態(tài)。VT經(jīng)啟動電路啟動后進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電流在L1兩端產(chǎn)生左正右負(fù)的感應(yīng)電動勢，經(jīng)T耦合在L2兩端產(chǎn)生右正左負(fù)的感應(yīng)電壓，該電壓經(jīng)R向C1充電并向VT提供基極電流，由此產(chǎn)生的正反饋使VT很快進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。VT飽和導(dǎo)通后，300V電壓經(jīng)L1向負(fù)載RL供電，并對C2充電，使VT的電流Ice線性增加，同時在L1中儲能。

（3）正反饋電路中，隨著C1充電使VT由飽和變?yōu)榻刂埂ｋS著C1充電電流的不斷減小，VT基極電流也不斷減小，到某個時刻使VT退出飽和區(qū)而進(jìn)入放大區(qū)，由于強(qiáng)烈的正反饋，使VT很快進(jìn)入截止區(qū)。與此同時，反饋電容C1開始放電，在VT的be結(jié)上形成反偏電壓，使VT維持截止?fàn)顟B(tài)。VT截止后，L1儲存的能量通過L3及二極管VD1向負(fù)載供電，同時，C2上儲存的電荷也向負(fù)載放電，使負(fù)載上得到平滑的直流電壓。

（4）行逆程脈沖觸發(fā)VT由截止變?yōu)閷?dǎo)通。以后，VT由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，是靠行逆程脈沖的觸發(fā)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)行逆程脈沖到來時，強(qiáng)迫VT由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，當(dāng)行逆程脈沖過后靠反饋電路（L2、R、C1）的強(qiáng)烈正反饋，使VT進(jìn)入飽和區(qū)。取樣比較電路與脈寬調(diào)整電路根據(jù)輸出電壓的大小以及C1的充電來綜合控制VT的截止時刻，即控制VT的導(dǎo)通時間，從而使輸出電壓穩(wěn)定。

（5）過壓保護(hù)。穩(wěn)壓管VD2起到過壓保護(hù)作用。當(dāng)輸出電壓很高時，會使穩(wěn)壓管VD2擊穿（燒壞而短路），使輸出端短路，從而使過流保護(hù)電路立即動作或者使熔斷器熔斷而切斷輸入電源。

3.串聯(lián)型開關(guān)電源的特點(diǎn)

串聯(lián)型開關(guān)電源的主要特點(diǎn)是：對調(diào)整管的最大集電極電流和c、e極間耐壓要求低；輸出的直流電壓穩(wěn)壓性能好，紋波系數(shù)小；具有電路簡單、成本低、電網(wǎng)高頻竄擾小等優(yōu)點(diǎn)，但存在電網(wǎng)電壓與主板地線不隔離的缺陷。當(dāng)維修者觸摸底盤時，220V交流電會通過人體與大地形成回路，具有很大的危險性。如果使用示波器測量信號波形，又使用帶地線的電源插座，將會引起電源短路。因此，維修時應(yīng)特別注意人身和測量儀器的安全。為了檢修方便，可在開關(guān)電源輸入端加接1:1的隔離變壓器，目的是將開關(guān)電源電路與電網(wǎng)隔離。另外，采用這種開關(guān)電源電路的電視機(jī)若有AV輸入/輸出端子，還有可能使與之相連的錄像機(jī)、DVD等發(fā)生短路故障，連接前應(yīng)特別注意。

4.串聯(lián)型開關(guān)電源的應(yīng)用實(shí)例

如圖1-21所示為一種彩色電視機(jī)使用的串聯(lián)自激調(diào)寬型開關(guān)電源的電路圖，下面介紹其工作過程。

1）整流濾波與自動消磁電路

220V交流電壓經(jīng)電源開關(guān)S801、熔斷器FU801（2A）和互感濾波器（EMI）C801與T801加至橋式整流電路，得到300V左右的直流電壓。

自動消磁電路由消磁線圈L901和正溫度系數(shù)（PTC）熱敏電阻RT890組成，首次上電自動完成消磁功能。消磁線圈套在顯像管的外框，由漆包線繞成，PTC熱敏電阻的特性是常溫時電阻值一般在16～27Ω，在通電加熱后瞬間阻值達(dá)到幾十千歐，因此消磁線圈中的電流在瞬間很大，然后沿一定的曲線下降到很小，這樣就起到給顯像管內(nèi)部鐵磁材料消磁的目的。

2）開關(guān)調(diào)整與自激振蕩電路

（1）脈沖前沿階段（VT3由截止→導(dǎo)通→飽和）。首次上電，300V電壓經(jīng)啟動電阻R811給VT3基極提供偏置電壓，使VT3工作在放大狀態(tài)。VT3的Ic3流過T802的初級繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e1，為左正右負(fù)。同時在T802的⑥、⑧腳反饋繞組中產(chǎn)生左負(fù)右正的感應(yīng)電動勢e2，e2經(jīng)R812、C811使VT3的Ube3增加，進(jìn)一步使Ib3增加，形成正反饋，使VT3迅速飽和。

（2）脈沖平頂階段（VT3處于飽和狀態(tài)）。VT3飽和導(dǎo)通后，300V電壓經(jīng)T802的初級繞組、VT3給負(fù)載RL供電，并給C812充電，電流Ic3按線性規(guī)律逐漸增加，使T802初級繞組儲能。

（3）脈沖后沿階段（VT3由飽和→導(dǎo)通→截止）。在VT3飽和導(dǎo)通后，由T802反饋繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e2（左負(fù)右正）經(jīng)R812、C811、Rbe//RK給C811充電。充電時間常數(shù)τ充= C811·（R812+Rbe//RK）。其中，Rbe是VT3發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電阻，RK是調(diào)寬管VT2的c、e極間等效電阻。隨著充電的進(jìn)行，VT3基極電流Ib3逐漸減小，當(dāng)Ib3<Icm/β時（Icm、β分別是VT3管集電極飽和電流和電流放大倍數(shù)），VT3脫離飽和進(jìn)入放大狀態(tài)。隨后，由于Ib3減小，引起Ic3減小，T802的初級繞組和反饋繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的極性均反相，所引起的正反饋使VT3迅速截止。

（4）脈沖間歇階段（VT3處于截止?fàn)顟B(tài)）。此階段，T802初級繞組儲存的能量通過次級繞組釋放出來。在T802的⑦腳、⑧腳次級繞組產(chǎn)生左負(fù)右正的感應(yīng)電動勢e3，使續(xù)流二極管VD807導(dǎo)通，并通過VD807、L811給負(fù)載RL供電，并對C812充電。電路中的L811、C820有減小對外輻射干擾的功能，C812起平滑濾波作用。同時，300V電壓經(jīng)R811、C811、R812、T802的第⑥、⑧腳繞組也對C812充電，給負(fù)載RL供電，而且還給C811反向充電，使VT3的基極電位Ub3逐漸增加，當(dāng)Ub3約大于0.5V時，VT3脫離截止?fàn)顟B(tài)而進(jìn)入放大狀態(tài)，開始下一個周期的振蕩。

當(dāng)行逆程脈沖到來時，VT3基極電位Ub3迅速上升，使VT3提前脫離截止?fàn)顟B(tài)而進(jìn)入放大狀態(tài)，從而使間歇振蕩與行振蕩同步，被行頻鎖定。

3）穩(wěn)壓控制電路

穩(wěn)壓控制是由厚膜電路N801實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)市電電壓過高或負(fù)載過輕而使設(shè)定值為112V的輸出電壓UO偏高時，VT1基極電位Ub1上升，引起VT1基極電流Ib1上升，又使VT1集電極電流Ic1增加，也就使VT2基極電流Ib2增加，使VT2的c、e極間等效電阻RK減小，使脈沖平頂階段充電時間常數(shù)τ充減小，平頂時間減小，即脈沖寬度TON減小。在振蕩周期T一定的情況下，TON減小使輸出的直流電壓下降，從而使輸出電壓恢復(fù)到原先的設(shè)定值。反之，當(dāng)某種原因使UO降低時，經(jīng)過與上述相反的穩(wěn)壓過程，同樣可使輸出的直流電壓回到原來的設(shè)定值。

4）脈沖整流濾波與過壓保護(hù)電路

開關(guān)調(diào)整管VT3導(dǎo)通時由厚膜電路N801直接輸出，開關(guān)調(diào)整管VT3截止時由T802的⑦、⑧腳繞組提供電能以及300V電壓經(jīng)R811、C811、R812、T802的第⑥、⑧腳繞組也對C812充電，給負(fù)載RL供電，輸出主電壓+112V。

當(dāng)開關(guān)調(diào)整管VT3截止時，脈沖變壓器T802的第腳之間的繞組產(chǎn)生腳為正、第⑩腳為負(fù)的感生電動勢e4，經(jīng)VD805整流、C815濾波后，得到43V電壓，供給場輸出電路使用。當(dāng)VT3飽和導(dǎo)通時，T802第腳繞組的感應(yīng)電動勢e4為左負(fù)右正，e4使VD805截止，由C815給負(fù)載供電。電路中的C817、R818以及C820、L811、C813、C818都是用來減小開關(guān)電源對外輻射干擾的。

為了防止112V電壓過高，電路中加有穩(wěn)壓二極管VD806作為過壓保護(hù)元件。當(dāng)輸出的直流電壓超過+130V時，VD806擊穿，將+112V輸出端對地短路，強(qiáng)迫開關(guān)穩(wěn)壓電源停止工作。這種過壓保護(hù)電路是破壞性保護(hù)電路，一旦VD806擊穿就需要更換。

1.2.3 并聯(lián)型開關(guān)電源

1.并聯(lián)型開關(guān)電源的基本組成

并聯(lián)型開關(guān)電源是指負(fù)載電阻與儲能電感L1相并聯(lián)的開關(guān)電源。它是由EMI濾波器、低頻整流濾波電路、啟動電路、開關(guān)調(diào)整管VT、開關(guān)變壓器T、高頻整流濾波電路、取樣比較電路、脈寬調(diào)整電路、反饋電路、過流保護(hù)和過壓保護(hù)電路等組成的，如圖1-22所示。

2.并聯(lián)型開關(guān)電源的工作原理

由圖1-22可知，220V電網(wǎng)電壓經(jīng)過EMI濾波和低頻整流濾波電路，得到+300V左右的直流電壓，經(jīng)開關(guān)變壓器T初級繞組L1加至調(diào)整管VT的集電極。

（1）首次上電，300V電壓經(jīng)啟動電路使VT微導(dǎo)通。

（2）正反饋電路使VT由微導(dǎo)通進(jìn)入飽和導(dǎo)通。啟動電流使VT微導(dǎo)通，VT的集電極電流Ice流過開關(guān)變壓器T的初級繞組L1，就在L1兩端產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動勢，經(jīng)T耦合

在反饋繞組L2兩端，也產(chǎn)生上正下負(fù)的反饋電壓，此反饋電壓通過反饋電路加至VT基極，使VT很快進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，L1儲能。

（3）VT導(dǎo)通時間的控制。VT進(jìn)入飽和導(dǎo)通后，導(dǎo)通時間由脈寬調(diào)整電路控制。取樣比較電路根據(jù)輸出電壓的高低輸出不同的誤差電壓去控制脈寬調(diào)整電路，再由脈寬調(diào)整電路來調(diào)整VT的導(dǎo)通時間，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。

（4）VT由截止變?yōu)閷?dǎo)通的控制。對于自激式開關(guān)電源，由于L1與分布電容及電路中的電容之間產(chǎn)生諧振，所引起的振鈴電壓使VT由截止轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通。對于他激式開關(guān)電源，一般是由行逆程脈沖來強(qiáng)迫VT導(dǎo)通的。

（5）L1儲能向負(fù)載供電。在VT導(dǎo)通期間，300V電壓對L1充電儲能，二極管VD1由于反偏而截止，輸入電源不向負(fù)載供電；當(dāng)VT截止時，VD1導(dǎo)通，原先在VT導(dǎo)通時儲存在L1上的能量通過變壓器T耦合由L4向負(fù)載RL供電，同時向C1充電。C1上積累的能量，在VD1截止時供給負(fù)載，使負(fù)載電流保持平滑。

（6）過壓保護(hù)。當(dāng)輸出電壓很高時（一般設(shè)定在140V左右），穩(wěn)壓管VD3擊穿（燒壞而短路），使輸出端短路，從而使過流保護(hù)電路立即動作或使熔斷器熔斷而切斷輸入電源。這種保護(hù)是一次性的，即故障排除后，穩(wěn)壓管需更換。

3.并聯(lián)型開關(guān)電源的特點(diǎn)

并聯(lián)型開關(guān)電源的主要特點(diǎn)是：采用開關(guān)變壓器耦合，可以使輸入電源與輸出電源實(shí)現(xiàn)電氣隔離，即電視機(jī)主板地線不與電網(wǎng)零線相連，也容易與外界建立接口連接，但電路相對復(fù)雜，對開關(guān)管要求較高。