开关电源电路培训

整机工作原理请参考AV产品维修指南第四册第二章第四节SOC方案系列DVD 。

开关电源电路一、TEA1523简介TEA1523为飞利浦公司TEA152X系列单片开关电源之一，它采用回扫(Flyback)技术，可提供50W电力输出，在备用工作状态时仅消耗100mW电能。

内置功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），在芯片上高电压部分采用可耐压650V的EZ-HVTM工艺，控制部分采用BiCMOS工艺，它还采用独特的谷值开关技术，可把功率MOSFET的开关损耗抑制到最低限度。

所谓谷值开关技术，是利用功率MOSFET的漏极振荡波形在其谷值时实现开关的技术：当漏极电压波形处于波谷时，使功率MOSFET开始导通，这时的功率开关管损耗PSW=0.5×Cpar×Vd2×fsw，表达式中的Cpar是漏极上寄生电容，Vd是漏极的电压，fsw是开关频率。

当漏极电压处于最低值时接通功率开关管，这时的开关管损耗自然是可以很低的。

也就是说，由于采用谷值开关技术，不仅降低了功率MOSFET的开关损耗而且电磁干扰EMI也是最小的。

由于TEA1523整体高效率，对于某一电源的纹波可用小容量的电容器进行滤波，所以该器件适合于构建低价位的电源系统。

根据电源负载状况，当负载很轻时，可降低开关频率，无负载(备用状态)以及轻负载时，电力消耗很小，这时占空因数也同时减少。

TEA1523高度集成了PWM控制器和高压功率MOSFET。

其中，功率MOSFET开关具有高电压、低漏源电阻、低电容以及低栅极阀值电压等特点，PWM控制器包括激励和控制功率所需的全部功能，例如振荡器、带隙基准电压、误差放大器、栅极驱动器、保护电路等，控制器属于脉宽调制原理。

控制特点：启动时由内置预调器短时对集成电路馈电，启动完成后，转换成自馈供电；工作频率由外接 R、C元件决定；外接元件数量少，可靠性高。

保护电路：可调整的过流保护；输入欠电压保护；短路保护和过热关机保护。

.引脚功能：引脚 符号 描述1 Vcc 供电电源脚2 GND 公共地(开关电源功率地)3 RC 外接振荡电阻和振荡电容，用于设定开关频率。

4 REG 反馈电压输入端5 AUX 辅助绕组电压输入端(去磁)6 SOURCE 接内部功率开关管的源极。

7 NC 空脚，未使用。

8 DRAIN 接内部功率开关管的漏极。

内部框图如图1：内部电路主要包括10部分：①内部电源；②振荡器；③2.5V基准电压源（U REF）、增益为20dB的误差放大器；④脉宽调制器（PWM比较器）；⑤主控门Y、驱动级和功率开关管（MOSFET）；⑥谷值开关电路；⑦控制逻辑；⑧保护逻辑及保护电路，含过流保护电路（由外部过流检测电阻R405/406与比较器Ⅱ组成）、短路保护电路（R405/406、比较器Ⅲ）、上电复位电路及过热保护电路；⑨退磁电路（VD1、VD2和比较器Ⅰ）；⑩前沿闭锁电路，可避免尖峰电流引起误触发。

二、工作原理采用的是反激式开关电源设计，电路简单。

基本工作原理是利用反馈电压去调节占空比来达到稳压目的。

举例说明，当输出电压U O下降时，反馈电压U REG也随之降低，U REG与内部2.50V基准电压（U REF）进行比图1较和放大后，产生误差电压Ur，再通过PWM比较器去调节输出脉冲信号的占空比，使占空比增大，迫使U O 升高，最终使U O 不变。

当输出功率很小误差电压Ur<1.8V 时，振荡器就进入低频工作模式，通过延长振荡周期来提高电源效率。

1、控制电路控制电路的基本结构如图2所示。

R404和C406分别为振荡电阻与振荡电容。

通过选择振荡电容值，即可设定开关频率，允许范围是20KHZ~200KHZ。

取R404＝7.5KΩ、C406＝330PF 时，开关频率f≈115KHZ，可近似视为100KHZ。

令RC 引脚的电压为U RC ，其最大值U RC (max)=2.5V，最小值U RC (min)=75mV （典型值）。

当U RC =2.5V 时，就对C 进行快速充电；然后C 又对R 进行放电，直到U RC =75mV 为止。

在R、C 充放电过程中可产生近似于锯齿波的电压U J ，U J 送至PWM 比较器的反相输入端，而误差电压Ur 则加到同相输入端。

当Ur 改变时，D 随之而变，再通过主控门和驱动级来改变MOSFET 的通断时间，进而调节许TEA1523进入下一个振荡周期。

这样即可避免出现磁图5U O 值使之趋于稳定。

图3为TEA1523在低功率输出和高功率输出时的电压波形。

Ur1、外部调节电压U REG 和内部2.5V 电压源(U 组上的分布电容，反映到MOSFET 的漏极引的PWM 方式来启动新的振荡周期。

5所示。

N F 代表开关变压器的反馈绕图2图3图4 Ur2分别为低功率输出、高功率输出所对应的误差电压,tON 为MOSFET 的导通时间。

可见，当UJ>Ur 时，MOSFET 导通；当UJ<Ur 时MOSFET 关断。

内部调节电压Ur 等于REF )之差乘以10，这个内部调节电压是相对于振荡器电压U J 的。

如果振荡器的电压比内部调节电压低，MOSFET 就关闭。

由此可知外部调节电压越高，导通时间就越短。

2、谷值开关电路开关变压器一次侧绕脚上，即为漏极分布电容C D 。

由C D 和一次绕组电感L P 构成的LC 谐振电路会形成振铃电压。

振铃电压属于衰减振荡的干扰电压。

在MOSFET 导通期间，由振铃频率会造成功率的损耗。

为减小开关损耗，在芯片内部专门增加了谷值开关电路。

谷值开关信号（UV）与漏极电压、振铃电压的波形如图4所示。

振铃电压就叠加在漏极电压波形上。

每当振铃电压到达谷值时，谷值开关电路就产生一个谷值开关信号（正脉冲），令MOSFET截止，起到了降低开关损耗的作用。

U 2为二次侧绕组的电压。

A点代表用谷值开关信号来启动新的振荡周期，B 点代表按照传统3、退磁电路退磁电路如图组。

R AUX 为辅助电阻(退磁电阻)，它能配合电路起到退磁作用。

由VD1、VD2组成双向限幅二极管，起过压保护作用。

对反激式开关电源而言，当MOSFET 关断时，反馈绕组的同名端（图中用小圆点表示）呈正电压，电流通过R AUX 流入AUX 端，再流到比较器Ⅰ的同相输入端，只要同相端电压高于100mV，就不会启动一个新的振荡周期。

利用退磁电路可以检测开关变压器上的剩磁，仅当剩磁接近于零时，才允饱和现象。

退磁电阻的阻值范围是几十kΩ至几百kΩ。

最大退磁电流应低于10mA，以防止VD1、VD2因过流而损坏。

4、整流滤波电路进入由C401、C402、L402组成电磁干扰（EMI）滤波器，其中C401、C402为去差模干扰300V 左右直流高压，给高频开关关变压器L401一次侧绕组2、5送电源管理集成电路TEA1523 的Pin8，到达内部功率开关截止又进入下一个振荡周期。

开关管导通后，辅助侧工作，次级9C15V 型稳压管，它的作用是过压保护(OVP)。

如果压降低时，经过R418、R420、R428分压后得到取样电压，与外部误差放大器TL431内部的2流电阻和分流电阻；C423、C424、R422可滤除高频干扰和改接入的过流检测电阻R405/406和比较器Ⅱ构成过流保护电路。

无论何种原因使流过开关管的言，短路是比过流更为严重的一种故障。

一旦U RS >0.75V ，证明开关电源已出现短路故障，可能EG >7.5V 时，就进行过压钳位保护，控制功率开关管停止工作。

温达到160℃时，立即关断MOSFET，防止芯片过热损坏，过热保护有2℃的滞后温度，仅当芯出部分有+5V、±12V、-24V、AC3V 共五组电压输出。

交流电源输入后首先电容，共模扼流圈L402采取双线并绕；C427、C403为去共模干扰电容。

经过滤波后的交流电源送到D401~404桥式整流电路，经电容C603滤波形成变压器L401一次侧供电。

5、开关电源电路300V 直流电压经开管(功率MOSFET)的漏极，同时此电压也到达内置预调器，由预调器对集成电路进行短时供电，使内部开关管栅极得到电压，开关管开始导通，电流流向为：+300V 电源、开关变压器L401的2、5绕组、电感L406、开关管D 极(漏极)、开关管S 极(源极)、电阻R405、R406，热地，此时一次侧绕组储存能量，二次侧不工作。

当开关变压器一次侧振铃电压到达谷值时，谷值开关电路就产生一个谷值开关信号（正脉冲），令MOSFET ，此时一次侧不工作，二次侧绕组将储存的能量向负载输出。

当TEA1523 pin3 RC 充电电压U J >Ur 时，功率MOSFET 再次导通，线圈绕组7、8感应电压，通过D407、C405整流滤波到达V CC 引脚，为芯片提供工作电源。

在每个开关周期内，功率MOSEFET 的关断将导致变压器漏感产生尖峰电压（一次侧停止，二次电压感应到初级，感应电压和输入电压相叠加），此电压加至内部功率MOSFET 的漏极上，极易损坏芯片，因此需给初级增加钳位保护电路，利用TVS 器件(Transient V oltage Suppressor 瞬态电压消除器)来吸收尖峰电压的瞬间能量，使上述电压不超过漏－源击穿电压值。

瞬态抑制二极管D405（P6KE200）和阻塞二极管D406（BYV26C）构成的钳位电路就可将此电压衰减到安全范围内。

在TEA1523芯片pin8(VCC)和pin4(REG)之间并联一只BZX7光耦合器出现错误，转换器的输出电压就会增加，经过变压器的转换率，反压在IC 的电压源VCC 上，如果电压一旦15V，可起到钳位保护作用。

6、稳压电路当＋5VD 输出电.50V 带隙基准电压进行比较之后，使得从TL431阴极流向阳极的电流下降，同理，光耦合器U402(PC817)内的光敏二极管工作电流减小，使得光敏三极管控制端的电流Ie 下降，输入电源管理芯片TEA1523 pin4电压U REG 下降，令TEA1523的输出占空比增大，迫使＋5VD 输出端电压升高，恢复到稳定值，从而达到了稳压的目的。

当输出+5V 电压上升时，稳压过程相反。

R417和R425分别是光耦合器内光敏二极管的限善放大器的瞬态响应。

7、保护电路 (1)过流保护在源极与地之间电流过大时，R405、R406检测电阻上都将形成较高的电压降，当漏极电流超过极限电流时，U RS >0.5V ，比较器Ⅱ迅速翻转，输出变为高电平，立即将MOSFET 关断。

(2)短路保护对开关电源而是负载短路等原因造成的。

此时短路保护电路迅速起作用，比较器Ⅲ就输出高电平，强迫MOSFET 关断。

只有上电复位才能使电路回到正常状态。