辨析A3開關電源工作原理

1、2007年 6 月第 25 卷 第 3 期龍 巖 學 院 學 報journal of longyan universityjune 2007vol.25 no.3辨析 a3 開關電源工作原理傅智河( 龍巖學院物理與機電工程學院福建龍巖364000)摘要: 通過分析集成脈寬調(diào)制式開關電源, 對 a3 開關電源的工作原理及其帶載能力弱的原因提出自己的觀點和看法, 并用實驗所觀測到的現(xiàn)象以及所測得的數(shù)據(jù)進行驗證。 關鍵詞: 開關電源; 導通; 截止; 電容充放電中圖分類號: tn86文獻標識碼: a文章編號: 1673- 4629(2007)03- 0019- 031引言無工頻變壓器開關電源的控制方

2、式, 大致有以下三種:則d= ton =ton( 1)tston+toff脈寬調(diào)制方式, 簡稱脈寬調(diào)制(pulse width modulation, 縮寫為 pwm)式; 脈沖頻率調(diào)制方式, 簡稱脈頻調(diào)制(pulse fre- quency modulation, 縮寫 為 pfm)式 及 混 合 調(diào) 制 方 式1。 脈 寬調(diào)制方式特點是固定開關頻率, 通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)占空比。目前開關電源大多采用 pwm 方式。采用 pwm在圖 2 和式( 1) 中, ton 為器件導通時間, toff 為器件關斷時間, ts 為周期, vcontrol 為反饋的實際電平經(jīng)過放大后 的 電 平, 它反

3、應了輸出信號高于或低于期望值的信息。一般鋸 齒波信號工作頻率為幾十到幾百 khz, 甚至某些雙極型電 路工作頻率可以達到 1 mhz, 但 vcontrol 變化頻率很低。當輸 出外部電壓變化時, 反饋信號也變化, 所以 vcontrol 在工作點 基礎上產(chǎn)生動態(tài)變化, 通過和鋸齒波比較后得到開關器件的導通時間 ton 改變, 即 d 改變, 從而控制輸出電壓。方式的 a3 開關電源結構簡 單 , 穩(wěn) 定 可 靠 ,深 受 人 們 的 青睞, 因此被很多型號的電視機所采用。而用 a3 開關電源的電視機是學校實驗教學中經(jīng)常遇到的機型。正確認識和弄 清該機型的工作原 理 , 對 于 改 進 教 學

4、 具 有 十 分 重 要 的 意 義。a3 型開關電源電路普遍具有帶載能力強、適應交流進 線電壓變化范圍寬、轉換效 率 高 的 特 點 , 但 在 工 作 時 間 長 的機型中, 由于各元器件老化出現(xiàn)帶載能力弱是一個常見 的故障, 很少有人去分析和檢驗開關電源帶載能力下降的 真正原因, 解決故障時盲目 大 面 積 更 換 元 件 , 導 致 開 關 電 源的工作不穩(wěn)定。為徹底解決其帶載能力下降的問題, 正確分析電源的工作原理是關鍵。2集成脈寬調(diào)制式開關電源的基本原理近年來已經(jīng)開發(fā)出許多高頻開關電源控制集成電路,這些電路包含了建立 pwm 開關電源所需要的所有功能 ,使開關電源用一片集成電路和若

5、干附加元件即可制成。簡 化原理圖如圖 1 所示, 采用 pwm 方式的開關電源從本質(zhì) 上講, 它屬于 dc- dc 電源變換器。dc- dc 變換電路是通過 控制開關器件的導通和關斷時間, 將一個輸入的不穩(wěn)定直 流電壓轉換成另一個輸出穩(wěn)定的直流電壓。由圖 1 可以看 出控制信號是由反 饋 的 實 際 電 壓 和 期 望 值 通 過 差 分 放 大 得到 , 然后和鋸齒波信號比 較 , 由 此 得 到 開 關 器 件 實 際 工 作的驅動信號。pwm 比較器實際仿真結果如圖 2。如果定義開關器件開通時間占整個周期的比值為 d,圖 1脈寬調(diào)制式開關電源的基本原理圖圖 2 pwm 比較器工作波形圖收

6、稿日期: 20061225作者簡介: 傅智河( 1970 ) , 男, 福建上杭人, 講師, 主要研究方向: 電子技術應用。3a3 開關電源原理的分析使輸出電壓穩(wěn)定。從電路形式上可以看出, v512 不可能工作在放大狀態(tài)。對于 v512 來說它的上下偏置電阻分別為 r526 和 r515, 其中, r526 為 2.2k, r515 為 22k。v512 選用的是 npn 硅管, 這樣的偏置電阻只能使 v512 工作在 開關狀態(tài)。圖 4 中的 vb 和 vc 的波形說明了其作用是 pwm 比較器?？梢妼?a3 的分析研究完全可參照集成脈寬調(diào)制 式開關電源的原理。把電路劃分成 pwm 比較器、鋸

7、齒波發(fā) 生器、基準與比較放大電路等模塊進行分析。開關電源的帶載能力弱的原因開 關 電 源 帶 負 載 能 力 弱 的 故 障 現(xiàn) 象 是 待 機 和 斷 開 負 載時, 開關電源輸出電壓正常, 接上負載后, 開關電源輸出 電壓低于正常值, 光柵出現(xiàn)幾何失真, 圖像不穩(wěn)定。曾有一 臺長虹 2118fa 彩電, 電源為 a3 開關電源, 出現(xiàn)圖像亮度 增大或換頻道的瞬間, 行幅縮小, 左、右兩邊約有 1cm 寬黑 邊的故障, 這是開 關 電 源 的 帶 載 能 力 弱 的 典 型 故 障 。 用33nf 更換 c515 后故障消失, 更換前后測得 v512 基極、集 電極及 v513 集電極的波形

8、如圖 4、圖 5 所示。由基本原理 分析可知, c515 是鋸齒波形成電容, 它的充/放電時間是決 定 v513 飽和時間長短的關鍵因素。更換后 v512 導通時間 相對變短, v513 的飽和時間變長, d 值變大輸出能力增強。 由此可見, 該電源電路的 c515 也是提高帶載能力的關鍵 元件。4圖 3 a3 開關電源部分電路圖a3 開關電源電路的主要部分如圖 3 所示, 其工作原理見仁見智, 尤其是對 v518、v519 支路和 c515 的討論。很 多文章都認為 vd519 二極管是過壓保護電路, 文獻2就對 vd519 電路的過壓保護進行過討論。但實驗證明 vd519 電 路中的限流電

9、阻不能太小, 否則, vd519 中電流太大, 會出 現(xiàn)帶負載能力差。vd519 中的電流也不能太小, 否則, 此電 路不起任何作用。很明顯, 這個電流不能太大, 又不能太小 的事實足以推翻“過壓保護”理論, 參照集成脈寬調(diào)制式開 關 電 源 的 基 本 原 理 , vd519 的 電 流 當 是 形 成 vcontrol 工 作 點 的重要支路, 它的電流和 v511 的電流及 r526 中的電流在r515 共同決定 vcontrol 工作點高低,因而三者的比例關系決定 控 制 的 能 力 , 也 決 定 開 關 電 源 性 能 好 壞 。 文 獻3提 到c515 在穩(wěn)壓環(huán)路中占據(jù)顯著地位,

10、 c515 的取 值 過 大 會 影 響穩(wěn)壓上限, 過小 則 降 低 輸 出 功 率 和 啟 動 性 能 。 并 就 把 c515 當作濾波電容的觀點提出批評, 總結認為 c515 是脈 沖延時元件。事實上用示波器測量 c515 兩端即 v 512 基 極的波形, 發(fā)現(xiàn)其為鋸齒波脈沖, 其反向峰值電壓為- 3.6v 左右, 這鋸齒波脈沖應伴隨開關電源自由振蕩產(chǎn)生而來, 當 t511 中流經(jīng)、腳的電流變大時, 感生電動勢由 t511 的腳 通 過 vd517、r526 加 到 v512 的 基 極 , 給 c515 充 電, 使 v512 飽和導通, 并使 v513 基極的輸入電壓被短路 而迫使

11、 v513 退出飽和導通狀態(tài)轉入截止狀態(tài)。于是, t511 中流經(jīng)、腳的電流變小, 隨即在、腳兩端產(chǎn)生正負的反向感生電壓。該電壓一路經(jīng)過 r517、vd516 形成 的回路對 c515 反向充電, 在 c515 兩端形成下正上負的電 壓, 使 v512 退出飽和導通狀態(tài)變?yōu)榻刂埂Ｒ虼宋覀兺耆?理由認為這是鋸齒波發(fā)生器, c515 是鋸齒波形成電容, 控 制著開關器件整個周期 ts。另外, 對于 v512 有文章把它看成是工作在放大狀態(tài)14,認為它在電路中起分流作用, 用來改變 v513 的導通強度,圖 4v512v v512vv513v( )c 及c 波形 換前b圖 5 v512vb v51

12、2vc 及 v513vc( 換后)文獻5實驗指出: 減小 vd519 電路 的 限 流 電 阻 r525為 6.8k 歐時, 會出現(xiàn)帶負載能力差故障。其原因分析如下,當 r525 減小時, 此支路電流增大, vcontrol 工作點過高, 開關器件 v513 的導通時間 ton 減小, d 值變小, 輸出電壓低;與此同時 v511 反饋電流動態(tài)控制范圍小,因而電源的帶載能力變?nèi)?。由此可?r515 的正確設置是提高帶載能力又一重要因素。有人認為 vd519 及 r525 電路是穩(wěn)壓控制電 路的一部分, 是穩(wěn)壓控制的 粗 調(diào) 部 分 , 光 耦 電 路 的 穩(wěn) 壓 控三點與眾不同的重要結論來重新

13、認識 a3 開關電源。參考文獻:1韓廣興. 彩色電視機電源電路原理與維修 圖 說m.北京:電子工業(yè)出版社, 2004.2楊 志 偉. a3 機 心 電 源 終 極 篇 j. 家 電 維 修 , 2006( 2) : 12- 13.3索楊軍. 深入剖析 a3 電源j. 家電維修, 2002 ( 2) :5- 8.4蘇永安. 關于 a3 電源的明白話j. 家電維修, 2005 (8): 8- 12.5連登才. a3/a6 機心電源的話題 j. 家電維修, 2001( 8) : 8- 11.( 責任編輯: 邱維敦)制是在 vd519 電路的粗調(diào)基礎上進行的,光耦電路為細調(diào), 細調(diào)作用將調(diào)整到額定值。

14、vd519 電路可以擴展穩(wěn)壓范圍上下限。這完全可理解為 vd519 及 r525 電路確定了vcontrol 工作點,光耦電路電流在 vcontrol 工作點形成動態(tài)變化保證+b 電壓的穩(wěn)定輸出?？傊? 對 a3 開關電源原理的分析, 不能按照傳統(tǒng)的固 定模式來看待; 集成脈寬調(diào)制式開關電源是分立元件開關 電源的提煉與升華, 但反過來也能為我們分析分立元件開 關 電 源 提 供 參 照 。 應 以 c515 是 鋸 齒 波 形 成 電 容 , v518、 v519 支路是建立 vcontrol 工 作 點 及 v512 是 pwm 比 較 器 的analysis on the pr incip

15、le of switch a3s power supplyfu zhi- heabstr act : through analyses on the power supply of pwm switch, the author puts forward his opinion about the a3 switchs working principle and its low load, which is proved by the occurrence and the results of the experiments.key wor ds: switch power supply; tu

16、rn- on; cut- off; charge and discharge of a capacitor!( 上接第 18 頁)板使用的根文件系統(tǒng)。首先需要為根文件系統(tǒng)選擇文件系 統(tǒng)的類型, 然后需要將根文件系統(tǒng)的內(nèi)容轉換成選用的文 件系統(tǒng)格式, 或者將根文件系統(tǒng)安裝在具有所選用文件系 統(tǒng)格式的設備上。做完這些工作之后就可以把根文件系統(tǒng) 加載到開發(fā)板上。主要步驟。至于具體細節(jié)應隨具體應用而改變, 例如根文件系統(tǒng)應包含哪些 文 件 應 視 系 統(tǒng) 的 存 儲 容 量 和 系 統(tǒng) 所 要 完成的功能而配置。內(nèi)核的配置也是和具體的處理器架構而有很大區(qū)別。參考文獻:1karim yaghmour.

17、building embedded linux systemsm/0l. 北京: oreilly, 2003.2郭玉東. linux 操作系統(tǒng)結構分析m. 西安: 西安電 子科技大學出版社, 2002.3趙烔. linux 內(nèi)核完全剖析m. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006.( 責任編輯: 邱維敦)5結束語linux 是一個成熟而穩(wěn)定的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。將 linux 植入嵌入式設備具有眾多優(yōu)點。首先, linux 的源代碼開放,任何人都可以獲取并修改, 并用于開發(fā)自己的產(chǎn)品。其次,linux 是可定制的, 其系統(tǒng)內(nèi)核最小只有約 134kb3。另外,它和多數(shù) unix 系統(tǒng)兼容,應用程序的開發(fā)和移植比較容易。良好的可移植性使 linux 支持數(shù)百種硬件平臺。本文簡單介紹了利用通用 linux 操作系統(tǒng)制作嵌入式操作系統(tǒng)的constr ucting embedded systems based on linuxchen xue- yunabstr act : linux has already become an important embedded operating system. the thesis makes an introduction to steps and methods of constructing embedded system