彩色电视机开关稳压电源原理及维修(讲座)

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概述
在电视机中，稳压电源是非常重要的电路部分，它是其它一切电路能够正常工作的基础，
它的性能的好坏将直接影响到图像和伴音的质量。开关稳压电源是 20 世纪 70 年代以来发展 非常迅速的新技术，它被广泛应用在彩色电视机中。开关稳压电源的效率高，开关管工作在
开关状态，功耗小，所以开关电源的工作效率可达 80％~90％。而通常的调整式稳压电源 的效率可达 50％左右。开关稳压电源的稳压范围宽，它是把交流市电整流后的直流电压通 过开关管的开关工作再把直流变成交流脉冲，再经过整流滤波把交流脉冲变成直流电压，所
以，只要开关电路能够正常工作，就能够设法输出直流电压的稳压。因此，它允许输入的电
第二讲 以分立元件组成的开关稳压电源(1)
松下 M11 机心彩电开关稳压电源 松下 M11 机心开关电源采用无电源变压器的自激式串联开关电路，工作效率高，负载
能力强，即使负载短时短路也不会损坏电源，故该电源在国内彩电中应用较多，其代表机型 有长虹 CK49、CJK51、C2145 等彩电。图 1 为 M11 机心开关稳压电源原理简图。
稳压电源进行研究和归纳，在目前常见的彩电开关稳压电源电路中，选择有代表性的、而又各不相同、各
具特点的一些电路集中深入浅出地介绍给大家，相信读者看了以后能够触类旁通，对开关稳压电源会有一
个深入的了解。本系列连载文章拟概述开关稳压电源的基本原理；分立元件开关稳压电源的原理与维修；
厚膜电路组成的开关稳压电源的原理与维修；各种保护、待机电路原理与维修。本讲座将特别关注读者的
尽管构成开关稳压电源的电路有 多种多样，也不管开关稳压电源的电 路有多么复杂，但它们的基本原理是 不变的。它一般都是由图 1 所示的一些功能方框图组成。方框 A 对输入的 220V/50Hz 交流 电压进行整流，产生出约 310V 的未稳压的直流电压。方框 B 利用方框 A 输出的未稳压的 直流电压进行开关振荡，产生出频率约在 15~50kHz 范围的开关脉冲电压。方框 C 对开关脉 冲进行变压和整流，产生出稳定的直流输出电压。方框 D 对输出电压进行取样，据此对方
其稳压控制过程与前面所述相同。脉冲变压器耦合开关稳压电源，是通过改变脉冲变压器初 次级的匝数比来达到升压或降低的目的。同时，可采用多组次级绕组以获得多挡不同值的直 流输出电压，使用灵活方便。脉冲变压器还可以将负载与输入电网隔离，所以脉冲变压器耦 合开关稳压电源属于冷底板形式，维修机器时比较安全。
彩色电视机开关稳压电源原理及维修(2)
图 7 是脉冲变压器耦合开关稳 压电源原理方框图。开关管 Q 与脉 冲变压器初级串联后，与输入电压 E1 并接。开关管 Q 在开关脉冲控制 下周期性地导通与截止，因此在集 电极取得脉冲电压，经脉冲变压器
耦合，在次级可得到相应的脉冲电压，然后经整流滤波获得所需要的直流输出电压 E0。 稳压控制电路包括取样电路、基准电压电路、比较放大器、脉冲宽度调制电路等部分，
图 3 是串联开关稳压电源原理方框图。其稳 压原理是：如果输入的交流电压或负载电流发生 变化，会引起输出电压 E0 的变化。通过取样电 路取出其变化量与基准电压作比较，其误差电压 通过比较放大器放大，控制(即调制)开关脉冲宽 度达到稳定直流输出电压的目的。脉冲调制电路 的功能是对开关脉冲宽度进行调制，即用误差电压作为调制信号，使开关脉冲宽度受误差电 压控制。 串联开关稳压电源的效率高，而且效率与输入电压 E1 的大小无关。但是，串联开关稳 压电源无电源变压器，它的开关管与输出直流电压直接相连，所以机器底板带电，属于热底 板形式。
图 6 是脉冲变压器耦合开关电源基本电路。Q 为开关 管；T 为脉冲变压器，其铁芯是软磁铁氧体材料；D 为整流 二极管；C 是滤波电容；RL 为负载电路。因开关管 Q 与输 入直流电压 E1 并接，所以它也属于并联开关电路。该电路 的工作过程与行输出电路类似，开关脉冲信号加至开关管 基极。当输入脉冲为正极性时，开关管饱和导通，输入电压 E1 加至脉冲变压器初级：L1 上的电压极性为上正下负，根据图上所标的同名端，脉冲变压器次极感应电压是上负下正， 所以整流二极管 D 反偏截止。当开关管基极输入负脉冲时，开关管截止，开关管电流下降 为零，而集电极上升为高电位。此时，脉冲变压器次级感应得到上正下负的脉冲电压，使二 极管正向偏置而导通，向电容 C 充电，并向负载 RL 提供电流。以上电路脉冲变压器所标同 名端的使用称为反向激励方式，反向激励由于整个开关周期中，初级或次级总有一个开关元 件导通的缘故，使脉冲变压器总处在低阻状态，起到了减弱高频振荡及防止产生过冲脉冲电 压的作用。
框 B 进行负反馈控制，从而保证输出电压稳定。 在开关稳压电源中，保证输出直流电压的稳定是一个核心问题，它是依靠称之谓“脉
冲调制电路”来完成的。脉冲调制有脉冲宽度调制和脉冲频率调制两种。脉冲宽度调制和脉 冲频率调制在工作原理上基本相同，都是控制开关脉冲的占空比，即开关管导通时间与开关 周期的比值。在电视机的开关稳压电源中，所谓脉冲宽度调制是指开关工作频率受行扫描频 率的锁定，所以开关脉冲周期恒定为 64µs，稳压过程中是通过改变开关管的导通时间，即 开关脉冲波形的占空比来达到直流输出电压的稳定。脉冲频率调制是指开关脉冲频率与电视 机内行频不同步，但它也同样是通过控制开关管的导通时间来稳定输出直流电压的，即开关 脉冲宽度受控于输出直流电压的变化量，而其开关工作频率也跟着变化。当输出直流电压升 高时，脉冲频率调制电路促使开关管导通时间缩短(开关电源的工作频率随着升高)。由于开 关管导通时间缩短，储能元件所储的能量减少，最后使输出电压下降，达到稳压的目的。
整流滤波电路 交流 220V 电压通过 R801、C801、 C802、L801 抗干扰滤波后， 直接送人桥式整流电路整 流。D811 为压敏电阻，类似 于稳压二极管，起限幅作 用，防止电网电压升高时损 坏开关电路。
开 关 振 荡 电 路 T801 为脉冲变压器，又是储能元 件，Q801 为开关管，c814 为输出滤波电容，D805 是续 流二极管。电路工作过程说 明如下：合上电源开关，桥整流输出的未稳定的直流电压通过 R803 供给 Q801 基极，于是 产生了集电极电流。集电极电流在 T801 初级所形成的感应电压 P1 端为正，P2 端为负，通 过变压器耦合，在 F2—F3 两端感应电压的极性为 F2 端为正，F3 端为负，T801 次级 F2— F3 绕组及电容 C810、R806 组成正反馈电路。正反馈的果使 Q801 基极电位比发射极电位 更正，从而使基极电流进一步增加，同时集电极电流也进一步增加，这一正反馈过程使 Q801 很快进入饱和导通。由于上述过程非常迅速，也就是说明正反馈几乎在瞬间发生。因电容上 的电压不能突变，所以电容 c810 来不及充电。当 Q810 饱和导通后，T801 次级 F2—F3 的 感应电压通过 R806、Q801 的基射极输入电阻向 c810 充电。充电后 C810 上所建立的电压极 性为左负右正。随着 C810 充电，Q801 基极电位逐渐下降，它的基极电流也随之下降，当 基极电流减小到 Ib<Ic<β时，Q801 退出饱和进入放大区。此时基极电流恢复了对集电极电 流的控制。随着基极电流进一步减小，集电极电流开始下降，集电极电流的减小使 T801 初 级绕组产生反电动势，反电动势的极性为 P1 端负 P2 端正，通过变压器耦合，在 F2—P3 绕 组上的感应电压极性为 F2 负 F3 正。感应电压使 Q801 基极电位更加下降，引导基极电流和 集电极电流再次下降，同样这也是正反馈过程，最后使开关管 Q80l 完全截止。
在电路中的连接方式划分，有串联开关稳压电源、并联开关稳压电源和脉冲变压器耦合开关
稳压电源；按开关管的激励方式划分，有自激式开关稳压电源和他激式开关稳压电源；按稳
压的控制方式划分，有脉冲调宽式和脉冲调频式(即调制开关脉冲的宽度和调制开关脉冲的 频率)开关稳压电源。另外，还有受不受行脉冲同步之分。从误差取样方式来划分，还有间 接取样和直接取样之分，等等。
并联开关稳压电源基本原理
图 4 是并联开关电源的基本电路。L 为储能电感，L 和开 关管 Q 串联后并接在输入电压 E1 两端，D 为脉冲整流二极管， C 为滤波电容，RL 为负载电路。开关管基极输入开关控制脉 冲，使开关管周期地导通与截止。当开关脉冲为正极性时， 开关管饱和导通，输入电压 E1 加在电感 L 两端，此时电感中 的电流线性上升，输入电压 E1 向电感 L 供给能量，也即电感 L 储存能量。在此期间，假定 电容 C 两端已有输出电压 E，二极管 D 反向偏置而截止。此时，负载 RL 所需的电流由此前 电容上所充有的电压供电。当开关脉冲信号为负极性时，开关管为截止状态。由于电感 L 中电流不能突变，因此在 L 两端出现下正上负的感应电压。输入电压 E1 与电感上的感应电 压同极性相加，使二极管 D 正向偏置，电路产生的电流通过二极管流向电容 C 及负载 RL。
串联开关稳压电源基本原理
图 2 是串联开关电源的基本电路。电路中的 Q 为开关管， 二极管为续流二极管，电感 L 为储能元件，C 为滤波电容，BL 为负载电阻。开关管 Q 串联在输入电压 E1 与负载 RL 之间。在 开关管的基极输入开关脉冲信号，开关管会周期地开关而处于 饱和导通和截止两种状态。二极管 D 类似于行输出电路中的阻尼二极管，与开关管处于相 反的工作状态。在开关管 Q 导通时，D 则截止，而开关管 Q 截止时，二极管 D 则导通。从 而使负载电路中有连续的电流流通，故称为续流二极管。二极管 D 不仅提高了电路工作效 率，同时改善了输出直流电压中的纹波。 开关管 Q 基极输入正脉冲时，开关管饱和导通，集射极之间压降近似为零，输入电压 E1 加至续流二极管负极，所以二极管 D 截止。输入电压 E1 经 Q、L、C、RC 形成回路，回 路电流经 L 向 C 充电，并向负载供电。电感和电容一样，可作为储能元件。当电流流人时 或电流断开时，都会以磁场能的形式储存在电感中。开关管基极输入负脉冲时，开关管截止， 电感中的电流不能突变，则在电感中会感应出左负右正的电压，电感上的感应电压可使二极 管 D 导通，储存在电感 L 中的能量则通过二极管 D 继续向电容 C 充电，同时也供给负载电 流，即将电感中的磁能转换为电容的电能或向负载释放，维持了负载电流的连续性。这里， 电感 L 与电容 C 组成了良好的滤波电路，滤除输出直流电压中的开关脉冲频率纹波及其谐 波。