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1、航天学院电子系,1,学时:,第八章 液晶电视的开关电源,课程内容,1.开关稳压电源的工作原理 2.主要元器件 3进线滤波器和有源功率校正电路 4.实际的开关稳压电源 5.逆变器的工作原理 6.逻辑板电源电路,本章要点,开关电源的组成和简要工作原理 开关电源的主要技术指标 PWM控制模式的基本原理 开关电源的中特殊元件的特性能 TL431的等效电路和工作原理 开关电源进线滤波器中各元件作用 功率因素校正电路（PFC）工作原理。 实际200W开关电源工作原理 CCFL荧光灯的特性和它的启动升压电路原理 60W四灯逆变器的控制保护电路原理 EEFL荧光灯的结构和工作原理 32寸中华屏逻辑板电源组成和
2、工作原理,8.1 开关稳压电源的工作原理,1. 开关电源的简要工作原理 开关S以一定的时间间隔重复地接通和断开，在开关S接通时，输入电源Ui通过开关S和电感L滤波电路提供给负载RL，在整个开关接通期间，电源Ui向负载提供能量，同时电感L储存能量；当开关S断开时，储存在电感L中的能量通过二极管VD释放给负载，使负载得到连续而稳定的能量。在滤波电路AB间得到的电压平均值UAB可用下式表示,三种调制方式,即脉冲宽度调制方式、脉冲频率调制方式和混合调制方式 脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM) 开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。因为周期恒定，滤波电路的设
3、计容易 脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，PFM) 脉冲宽度恒定，通过改变开关工作次数来控制输出电压的方式。缺点是频率变化范围大，滤波电路在较宽的频率范围内工作，滤波器体积较大。 混合调制 混合调制方式是指导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，是以上两种方式的混合,2 .开关电源的基本组成 有进线滤波器、整流器、功率因素校正电路（PFC）、DC/DC变换器等四部分组成 进线滤波器的作用是不让外线的开扰进入开关电源，同时也使开关电源的高频脉冲不能进入外线，即应具备双向滤波功能。 功率因素校正电路的作用是提高开关电源的功率因素，未校正前它的功率因素在0.60.7的范
4、围内，通过PFC电路的校正后，可达到0.95以上；但是该电路还具备有输入直流电压在大范围内变化时，输出电压基本不变的功能,8.1.3 PWM控制模式及其特点,1电压控制型的基本原理 电源输出电压U0，与参考电压Uref进行比较、放大，得到误差信号Ue，再与斜波信号比较后，PWM比较器输出具有一定占空比的系列脉冲。这就是电压控制型的基本原理。 缺点是，在控制过程中电源电路内的电流值没有参与进去。,4电流控制型的基本原理 电流控制型针对电压控制型的缺点而发展起来的。从图中可以看到，它除保留了电压控制型的输出电压反馈环节外，又增加了一个电流反馈环节。所谓电流控制型，就是在PWM比较器的输入端对电流采
5、样信号与误差放大器的输出信号进行比较，以此来控制输出脉冲的占空比，使输出的峰值电流跟随误差电压变化。,5.1.4 开关电源主要技术指标 1输入电压 我国为220V,输入电压的变化范围-15+15。 电视机允许90240V以适应国外的电源 2、电压或电流的稳定度 输出电压或电流的变化量(Uo、Io)相对于输出电压或电流(Uo、Io)的比值来表示。 3、纹波 纹波用峰峰值表示，一般为输出电压的05以内,4、电源输出内阻(输出阻抗) 电源的内阻Ro表示,当输入电压不变，输出电压变化相对于负载电流变化的比值，一般在01左右 对于稳流电源，当输出电压变化时(Uo)，要求负载电流的变化(Io)小，一般在1
6、04)以上。 5效率 输出有功功率PO与输入有功功率Pi之比 6、保护功能指标 (1)过电流保护 (2)过电压保护 (3)欠压保护(4)过热保护 7、平均无故障工作时间MTBF 定义为电子系统无故障工作时间的平均值。,8.2 开关电源中的主要元器件,8.2.1 功率开关 1、功率MOSFET 功率场效应晶体管是绝缘栅型场效应管,是由金属氧化物半导体组成的场效应晶体管，简称MOSFET,是电压控制的单极型器件。功率MOSFET大都采用垂直导电结构，也简称VMOS作为开关器件，其常态都是阻断状态，它分为N沟道和P沟道两种，其中，N沟道导通电流从漏极D流向源极S，而P沟道导通电流从源极S流向漏极D，
7、它们的电气图形符号如图所示。 反向并联的二极管表示VMOS结构中的寄生二极管或集成的可续流的二极管。所以，有时为了保护MOSFET，在较高容量VMOS中，又集成了电流容量更大、耐压更高、恢复更快的反并联二极管。,VMOS特点:栅电容小、开关速度快、沟道电阻小,2。绝缘栅双极晶体管IGBT 其主体部分与晶体管相同，也有集电极和发射极，但驱动部分却和场效应晶体管相同，是绝缘栅结构。因此，它既具有MOSFET的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好的优点，又包含了GTR（电力晶体管）的载流量大、阻断电压高等多项优点。己被广泛地应用于各种逆变器中，如下图所示。,8.2.2 高频整流管 1.
8、二极管的性能参数 (1)最高允许结温TjM 结温通常允许在-40+125范围内。 (2)额定正向平均电流 (3)浪涌电流 (4)反向重复峰值电压URR 通常是反向雪崩击穿电压UB的2/3。在使用时，按电路中二极管可能承受的最高峰值电压的两倍选取二极管定额。 2.快恢复二极管(FRD) 其特点是反向恢复时间短，一般小于5s，也称为开关二极管。用于高频整流，斩波和逆变。电流由1安到数百安，电压由数十伏到数千伏。 3.超快恢复二极管(UFRD) 4肖特基二极管,4种二极管典型产品的性能比较,8.2.3 开关电源中的其他器件 1可调精密电压基准TL431,（2）稳压原理 在图中，R3是IKA的限流电阻
9、。TL431的稳压原理分析如下：当由于某种原因致使Uo时，取样电压UREF也随之升高，使UREFUref比较器输出高电平，令VT导通，Uo,实际上是VT的分流加大，进入K极的电流加大，使在R3上的压降加大，使Uo下降。反之，UoUREFUREFUref比较器再次翻转，输出变成低电平VT截止Uo。这样循环下去，从动态平衡的角度来看，就迫使Uo趋于稳定，达到了稳压目的，并且UREF=Uref。,2、线性光耦 TL431作误差放大器,3、熔断电阻器 熔断电阻器，简称熔断电阻。它兼有电阻器和熔断器的双重功能，在正常工作时它相当于一只小电阻。当电路发生故障，导致电流增大并超过其熔断电流时，就迅速熔断，对
10、电路和元器件起到过电流保护作用。,4.自恢复熔丝 常态下的电阻非常低，仅为零点几欧左右。 当发生短路故障时，电流急剧增大，元件的电阻值就迅速增加几个数量级，呈开路状态，立即将电流切断，起到保护作用。 而一旦过电流故障被排除掉，元件很快又恢复成低阻态。 它能反复使用而无须更换。,5、瞬态电压抑制器 瞬态电压抑制器亦称瞬变电压抑制二极管，分单向瞬态电压抑制器、双向瞬态电压抑制器两种类型 瞬态电压抑制器在承受瞬态高能量电压(例如浪涌电压、雷电干扰、尖峰电压)时，能迅速反向击穿，由高阻态变成低阻态，并把干扰脉冲钳位于规定值，从而保证电子设备或元器件不受损坏。钳位时间极短，仅1ns，所能承受的瞬态脉冲峰
11、值电流却高达几十至几百安培。其性能要优于压敏电阻器,8.3 进线滤波器和有源功率因素校正,1.进线滤波器电路及各元件的作用,各元件的作用 LFl、LF2与电容CYl、CY2构成共模干扰抑制网络。 电容CXl、CX2滤去差模电流，与L1构成差模干扰抑制网络。R1是CXl、CX2的放电电阻 F1保险丝，ZV1是防雷击元件 C1、C2是对整流二极管两端的高频谐波电压进行滤波 CY5是防雷通路,R69是其放电电容 CX、CY为安全电容，CY电容一般采用耐压为AC275V的陶瓷电容，但其真正的直流耐压高达4000V以上， CX电容一般采用聚丙烯薄膜介质的无感电容，耐压为AC250V或ACZ75V，但其真
12、正的直流耐压达2000V以上。,8.3.2.有源功率因素校正电路 P=UICOS Q=UISIN 功率因数PF(Power Factor)的基本定义是 PF=cos 1)桥式整流器输入端电压电流波形,2)输出端电压电流波形,上图可见,输入电压和电流的波形不相同,产生了大量的电流谐波成分,不仅功率因数低，而且还可能通过电源对其它用电器产生干扰，,2.低功率因数电源存在的问题 在没有功率因数校正的开关电源中，交流输入电压经整流后，直接加到滤波电容器两端。只有交流输入电压高于滤波电容两端电压时，滤波电容才开始充电，整流二极管理体中才有电流流过，因此输入电流波形为宽度很窄的脉冲，功率因数通常只有0.6
13、0.7 功率因数低使电网波形畸变；降低供电系统的功率因数，线路损耗加大，增大系统供电容量；降低用电设备的使用寿命；干扰仪器、仪表,使计算机无法工作,3.升压型功率因素校正电路原理,开关闭合使电流流入电感器，升压电感储能，负载电流由滤波电容供给,使通过升电感的电流由不连续变为连续。 开关断开，升压电感电流经升压二极管输出到负载，并对滤波电容充电。 由于电容通过电感电流充电。此时的输出电压因是桥式整流器输出电压与升压电感压降之和。使PFC电路输出电压比输入电压更高，即升压。,PFC控制的实际电原理图,开关管栅极电压和电感上电流的波形,8.3.3 实用电路工作原理,原理说明,PFC电路：T1的初级是
14、升压电感，D5是升压二极管，C3是滤波电容器，Q1是MOSFET开关三极管。 MC33262功率因素控制芯片，内部有欠压锁定，过压过流保护功能。对驱动的开关管有过流保护。可使功率因素大于0.99.。,8.4 液晶电视的开关电源,8.4.1 主要技术指标 1、输入交流电压范围：90250V； 输入交流电压频率：4763Hz 2、输出电压：见表 3、输出功率：200W；待机时最大输入功率：1W 4、效率：输入交流电压为90V时，大于81%；输入交流电压为220V时，大于86%。 5、工作环境：-10+50C 6、输入，输出过压保护，输出过流保护，短路保护功能，整机过温保护，保护功能复位等功能。,8
15、.4.2 稳压电源的组成,8.4.2 稳压电源的组成,1、PWM控制芯片：IC-TS3843 它是离线式DC/DC变换控制器。 见TS3843内部框图，工作原理如下：输出电压若偏高或偏低，通过2脚输入，经误差放大器放大后通过分压限幅电路，加到电流检测比较器的同相输入端，反相端是通过Q1的电流在Rs上的压降，其输出幅度大小控制PWM锁存器的转换时刻，达到PWM锁存器输出的脉冲宽度改变，通过或门输出。或门的作用是：振荡器输入是使频率一致，欠压锁存器（UVLO）是控制或门的开启与关闭，当芯片工作电压Vcc低于7.6V时关门，6脚无输出；高于8.4V时开启，6脚有输出。,2. PFC控制和PWM控制的
16、二合一IC-TDA16888介绍 是PFC和PWM二合一的单片IC。 PFC采用平均电流和电压传感双环控制,前延触发调制脉冲最大占空比为94%. PWM是后延触发,为防止脉冲变压器饱和,最大占空比限止在50%内。 PFC和PWM在相同的频率上工作，在内部保持同步，其工作频率可由其（16）脚的外接电阻设定。 保护功能分两部分： 一部分是热地电路的保护。输入端PFC电路过电压保护，欠电压监测,IC电源欠电压闭锁(11V-14V)、是通过9脚的电压采样，芯片内部电源控制电路实行。11脚的PWM电路的过流保护采样，控制PWM输出关闭的保护。 另一部分是冷地电路即输出电路过压过流的保护，开待机控制是通过9脚电压进行的。 +24V、+12V的电压调整，是通过PWM的14脚进行。 一般PFC采用升压的办法是因为在相同输出功率的条件下，通过PFC电路的电流可以成正比减小。 PFC输入电路在交流电源电压90V270V内可正常工作，使该开关电源在工频电压是110V的国家
