畢業(yè)論文電視機(jī)電源電路的分析與仿真

1、電視機(jī)電源電路的分析與仿真摘要：進(jìn)入21世紀(jì)以來, 利用計(jì)算機(jī)仿真輔助設(shè)計(jì)開關(guān)電源已成為國(guó)際電源領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)。利用這些計(jì)算機(jī)仿真軟件不僅能完成開關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)，還能對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行仿真, 徹底改變了依賴于人工計(jì)算、樣機(jī)制作和調(diào)試的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，降低開發(fā)研制的成本、縮短了設(shè)計(jì)周期。本文論述了普通電源電路的分析與仿真以及具體電視機(jī)電源的分析與仿真并簡(jiǎn)要介紹了PSPICE的功能。給出了電視機(jī)開關(guān)電源電路實(shí)例，詳細(xì)論述了日立CTP-236D電視機(jī)電源工作原理，對(duì)日立CTP-236D電視機(jī)電源電路進(jìn)行了仿真。本文采用通用電路分析軟件PSPICE，在保證模擬電路精度的情況下，建立實(shí)時(shí)電路仿真模型，進(jìn)而

2、對(duì)電視機(jī)開關(guān)電源系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真分析，該方法可優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，驗(yàn)證實(shí)際電視機(jī)電源的工作特性。關(guān)鍵字：電視機(jī)；開關(guān)電源；PSPICE 仿真TV Power Supply Circuit Analysis and SimulationAbstract: Entering the 21st century, using computer design of switch power supply areas has become the international new technology. Using the software not only can finish the opti

3、mization design of switch power supply, also can switch power simulation, thoroughly changed the dependent on artificial calculation, the prototype manufacturing and testing of traditional design patterns, reduce the cost, shorten the development cycle of design. This paper discusses the general pow

4、er circuit analysis and simulation and analysis and simulation of the TV set, and briefly introduces PSPICE function. Given the TV switching power supply circuit examples, expounds 236D - Hitachi CTP power, working principle of TV sets 236D - Hitachi CTP of power is simulated. Based on common circui

5、t analysis software, PSPICE simulating circuits, the establishment of the accuracy of real-time simulation model, then the TV switching power supply system by computer simulation analysis, this method can be optimized design scheme of the system, the actual working characteristics of TV set.Key word

6、s: sets；switch power supply；PSPICE simulation目 錄1引言12電源電路綜述12.1電源電路組成及電路作用12.1.1電源電路的整流電路22.1.2電源電路的濾波電路22.1.3電源電路的穩(wěn)壓電路22.1.4電源電路的保護(hù)電路32.2電源電路各部分的分析與仿真32.2.1整流電路的分析與仿真32.2.2電容濾波電路的分析與仿真42.2.3電感濾波電路的分析與仿真62.2.4穩(wěn)壓電路的分析與仿真73開關(guān)電源電路93.1開關(guān)電源簡(jiǎn)介93.2并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源組成103.3并聯(lián)型開關(guān)電源工作原理114實(shí)際電視機(jī)開關(guān)電源電路分析與仿真134.1日立CTP-23

7、6D電視機(jī)電源原理圖的繪制134.2日立CTP-236D電視機(jī)電源工作原理144.3日立CTP-236D電視機(jī)電源保護(hù)電路164.4日立CTP-236D電視機(jī)電源的仿真17參考文獻(xiàn)24致 謝251引言電源技術(shù)一直是電子電路研究的最重要技術(shù)領(lǐng)域之一，而開關(guān)電源技術(shù)，又是電源技術(shù)中的主要技術(shù)。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高

8、開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開關(guān)啟關(guān)閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對(duì)1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對(duì)這種開關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論

9、上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。2電源電路綜述2.1電源電路組成及電路作用電源電路的組成可用如圖1所示方框圖來說明。從圖中可以看出，它由降壓電路、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路和保護(hù)電路組成。圖1電源電路組成方框圖2.1.1電源電路的整流電路整流電路作用時(shí)將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)性電壓。整流電路主要有三種：半波整流電路、全波整流電路和橋式整流電路。2.1.2電源電路的濾波電路濾波電路的作用是將單向脈動(dòng)性直流電加以平滑，去掉交流成分，保留直流成分。濾波電路主要由濾波電容構(gòu)成，具體種類較多，如型濾波器、

10、電子濾波器等。2.1.3電源電路的穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路輸入端輸入的電壓已經(jīng)是直流電壓，通過穩(wěn)壓電路使輸入的直流工作電壓V。穩(wěn)定在某一數(shù)值上，而不隨交流市電壓大小波動(dòng)和負(fù)載變化而變化。并不是所有的電源電路需要穩(wěn)壓電路，在一些對(duì)直流工作電壓無穩(wěn)壓要求的場(chǎng)合下（如收錄機(jī)中），可以不用穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的種類較多，常見的由三種。一是硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，二是串聯(lián)調(diào)整管穩(wěn)壓電路，三是開關(guān)型穩(wěn)壓電路。2.1.4電源電路的保護(hù)電路保護(hù)電路是用來保護(hù)電源電路安全工作的電路，保護(hù)電路具體保護(hù)內(nèi)容較多，如過流保護(hù)、過壓保護(hù)等。并不是所有的電源電路中都設(shè)有保護(hù)電路，彩色電視機(jī)電源電路中通常設(shè)有各種形式的保護(hù)電路14。2

11、.2電源電路各部分的分析與仿真2.2.1整流電路的分析與仿真圖2所示電路是具有純電阻負(fù)載的半波整流電路。圖中TF1為電源變壓器，VD為整流二極管，R1代表所需直流電源的負(fù)載。由于二極管的單向?qū)щ姽δ?，使變壓器次?jí)交流電壓變換成負(fù)載的單向脈動(dòng)電壓，從而實(shí)現(xiàn)了整流。由于這種電路只在交流電壓的半個(gè)周期內(nèi)才有電流流過負(fù)載，故稱半波整流。在半波整流電路中，負(fù)載上得到的脈動(dòng)電壓是含有直流成分的，這個(gè)直流電壓等于半波電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。它等于變壓器次級(jí)電壓有效值的45%，即=0.45。圖2半波整流電路圖與仿真波形全波整流過程中，四個(gè)二極管兩兩輪流導(dǎo)通，正負(fù)半周內(nèi)都有電流流過。例如，當(dāng)為正半周時(shí)，二極管

12、VD1和VD2因加正向電壓而導(dǎo)通，VD3和VD4因加反向電壓而截止。電流從變壓器正端出發(fā)流經(jīng)二極管VD1，負(fù)載電阻和二極管VD2，最后流入變壓器負(fù)端，并在負(fù)載上產(chǎn)生電壓降。橋式整流電路的輸出直流電壓為：=0.9，二極管反向峰值電壓是全波整流電路的一半，即=210。圖3全波整流仿真電路圖與波形2.2.2電容濾波電路的分析與仿真電容濾波電路是最常見也是最簡(jiǎn)單的濾波電路，在整流電路的輸出端并聯(lián)一個(gè)電容即構(gòu)成電容濾波電路，濾波電容容量較大，因?yàn)橐话憔捎秒娊怆娙?，在接線時(shí)要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充電作用，使輸出電壓趨于平滑。如圖4所示，當(dāng)變壓器副邊電壓處于正半周并且數(shù)值大于電容

13、兩端電壓時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻，另一路對(duì)電容C充電。因?yàn)樵诶硐肭闆r下，變壓器副邊無損耗，二極管導(dǎo)通電壓為0，所以電容兩端電壓（）與相等，當(dāng)上升到峰值后開始下降，電容通過負(fù)載電阻放電。但是由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)下降到一定數(shù)值后，uc的下降速度小于的下降速度，使大于從而導(dǎo)致D1、D3反向偏置而變?yōu)榻刂?。此后，電容C繼續(xù)通過放電，uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。當(dāng)?shù)呢?fù)半周幅值變化到恰好大于uc時(shí)，D2、D4因加正向電壓變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，再次對(duì)C充電，上升到的峰值后又開始下降，下降到一定數(shù)值時(shí)D2、D4變?yōu)榻刂?，C對(duì)放電，按指數(shù)規(guī)律下降，放電到一定數(shù)值時(shí)D1、D3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述

14、過程。經(jīng)濾波后的輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到提高10。電容充電時(shí)，回路電阻為整流電路的內(nèi)阻，即變壓器內(nèi)阻和二極管的導(dǎo)通電阻之和，其數(shù)值很小，因而時(shí)間悉數(shù)很小。電容放電時(shí)，回路電阻為，放電時(shí)間常數(shù)為C，通常遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)。因此，濾波效果取決于放電時(shí)間。電容愈大，負(fù)載電阻愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且平均值愈大。輸出電壓平均值為。為了獲得較好的濾波效果，在實(shí)際電路中，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足的條件。由于采用電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為電容的耐壓值應(yīng)大于11。圖4電容濾波電路圖與仿真波形2.2.3電感濾波電路的分析與仿真在大電流負(fù)載情況下，由于負(fù)載電阻很小，若采用電容濾波電路

15、，則電容容量勢(shì)必很大，而且整流二極管的沖擊電流也非常大，這就使得整流管和電容器的選擇變得困難，甚至不太可能，在此情況下應(yīng)當(dāng)采用電感濾波，由于電感線圈的電感量要足夠大，所以一般需要采用有鐵心的線圈。電感的基本性質(zhì)是當(dāng)流過它的電流變化時(shí)，電感線圈中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)將阻止電流的變化。當(dāng)通過電感線圈的電流增大時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反，阻止電流的增加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能存儲(chǔ)于電感之中；當(dāng)通過電感線圈的電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相同，阻止電流的減小，同時(shí)釋放出存儲(chǔ)的能量，以補(bǔ)償電流的減小，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。圖5所示電路是具有純電阻負(fù)載的電感濾波電路。電感濾波電路

16、輸出電壓平均值小于整流電路輸出電壓平均值，在線圈電阻可忽略的情況下，。在電感線圈不變的情況下，負(fù)載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小，脈動(dòng)愈小。注意，只有在遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于時(shí)，才能獲得較好的濾波效果。另外，由于濾波電感電動(dòng)勢(shì)的作用，可以使二極管的導(dǎo)通角等于，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過二極管的電流，從而延長(zhǎng)了整流二極管的壽命。圖5電感濾波電路圖為了減小脈動(dòng)，可采用復(fù)式濾波，如圖6所示。如型RC濾波、型LC濾波、CLC濾波、CRC濾波以及T型濾波等17。圖6復(fù)式濾波電路圖2.2.4穩(wěn)壓電路的分析與仿真由穩(wěn)壓二極管D2和限流電阻R1所組成的穩(wěn)壓電路是一種最簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓電源如圖7所示。其輸入電壓是整流

17、濾波后的電壓，輸出電壓Uo就是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uz，R2是負(fù)載電阻。圖7穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路圖與仿真穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)，不能滿足很多場(chǎng)合下的應(yīng)用。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；在電路中引入深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。如前所述，在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，負(fù)載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差（），不難想象，擴(kuò)大負(fù)載電流最簡(jiǎn)單的方法是：將穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的輸出電流作為晶體管的基極電流，而晶體管的發(fā)射機(jī)電流作為負(fù)載電流，電路采用射極輸出形式13。圖8線性穩(wěn)壓電路原理圖所示電路

18、引入了電壓負(fù)反饋，故能夠穩(wěn)定輸出電壓。但它們與一般共集放大電路有著明顯的區(qū)別：其工作電源不穩(wěn)定，“輸入信號(hào)”為穩(wěn)定電壓，并且有求輸出電壓在變化或負(fù)載電阻變化時(shí)基本不變16。調(diào)整管基準(zhǔn)電路采樣電路比較放大電路保護(hù)電路負(fù)載圖8線性穩(wěn)壓電路原理圖基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的輸出電壓依然不可調(diào)，且輸出電壓將因的變化而變，穩(wěn)定性較差。為了使輸出電壓可調(diào)，也為了加深電壓負(fù)反饋以提高輸出電壓的穩(wěn)定性，通常在基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上引入放大環(huán)節(jié)。若同相比例運(yùn)算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例系數(shù)可調(diào)，則其輸出電壓就可調(diào)節(jié)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型

19、穩(wěn)壓電路。輸出電壓為 2-1由于集成運(yùn)放開環(huán)差模增益可達(dá)80dB以上，電路引入深度電壓負(fù)反饋，輸出電阻趨近于0，因?yàn)檩敵鲭妷合喈?dāng)穩(wěn)定。實(shí)用的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路至少包含調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓電路、采樣電路和比較放大電路等四個(gè)部分。此外，為使電路安全工作，還常在電路中加保護(hù)電路。集成穩(wěn)壓電源型號(hào)種類很多，有多引出端可調(diào)試，有三引出端式。常用的有W7800系列（輸出正電壓）和W7900系列（輸出負(fù)電壓），輸出固定電壓有5，8，12，18，20，24等檔次。圖9所示為線性穩(wěn)壓電路，輸入輸出電壓差至少為2-3V。電容C1是在輸入線較長(zhǎng)時(shí)抵消其電感效應(yīng)，以防止產(chǎn)生自激震蕩；C3為了消除電路的高頻噪聲，改善負(fù)載瞬態(tài)的

20、響應(yīng)。圖9線性穩(wěn)壓電路圖與仿真波形3開關(guān)電源電路3.1開關(guān)電源簡(jiǎn)介AC/DC就是交流變換為直流；AC/AC就是交流變交流，即為DC/AC稱為逆變，DC/DC就是直流變交流后又變?yōu)橹绷?；凡是用半?dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)的電路變換成另一種形態(tài)的電路，叫開關(guān)變換，以自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)電路的電源，叫開關(guān)電源（Switching Power Supply）。開關(guān)電源的重要參數(shù)：Vinmin：電源運(yùn)行時(shí)輸入最低電壓；如：AC90265V這里Vinmin=90V。Vinman：電源運(yùn)行時(shí)輸入最高電壓；如：AC90265V這里Vinman=265V。噪聲和紋波：附加在直流輸出信號(hào)上的

21、交流電壓和高頻尖峰的峰值，通常為mv級(jí)。占空比：在高頻開關(guān)電源中，開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間和變換器的工作之比。ESR：等效串聯(lián)電阻，它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合，ESR越小，性能越好。電壓調(diào)整率：輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓的變化率，即電壓調(diào)整率=（最高輸出電壓Voutmax最低輸出電Voutmin）/額定輸出電壓Vout）×100%。負(fù)載調(diào)整率：負(fù)載電流從半載到額定負(fù)載時(shí)，輸出電壓的變化率，即負(fù)載調(diào)整率=（V滿V半）/V額×100%。效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比，即效率=Pout/Pin×100%。電源方案的選擇：工作方式有反激、正激、推挽、半橋、全橋等9。

22、3.2并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源組成開關(guān)型穩(wěn)壓電源按開關(guān)調(diào)整管的連接方式分類可分成串聯(lián)型和并聯(lián)型，兩類電路在工作原理上基本相同，電壓調(diào)整范圍和工作效率也大致相同。并聯(lián)型電路在可靠性和安全保護(hù)方面較串聯(lián)型電路要好一些,所以目前多采用并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。圖10所示是并聯(lián)型開關(guān)電源的方框圖，交流市電經(jīng)整流濾波后加到高頻脈沖變壓器初級(jí)，開關(guān)調(diào)整管串接脈沖變壓器初級(jí)后并接在輸入端。在行頻脈沖作用下，開關(guān)管周期性地導(dǎo)通截止使初級(jí)未穩(wěn)壓的直流電源變換成了行頻矩形脈沖，由脈沖變壓器耦合到次級(jí)，再經(jīng)整流濾波后就獲得直流輸出電壓Uo。與串聯(lián)型穩(wěn)壓電源類似，它也對(duì)輸出取樣，再與基準(zhǔn)電壓比較得出誤差電壓，經(jīng)放大后去脈沖調(diào)寬電

23、路，以改變脈沖寬度的方式調(diào)整輸出電壓的大小6。圖10并聯(lián)型開關(guān)電源組成框圖開關(guān)型穩(wěn)壓電源按其激勵(lì)方式分類，可分成他激控制式和自激控制式。他激式電路需附加一個(gè)振蕩器來產(chǎn)生開關(guān)脈沖，開關(guān)脈沖作用于開關(guān)管使電源電路有輸出，待電視機(jī)正常工作后可由行頻脈沖作為開關(guān)脈沖，振蕩器就可以停振。自激式電路是利用開關(guān)管、脈沖變壓器等構(gòu)成正反饋環(huán)路形成自激振蕩，使開關(guān)穩(wěn)壓電源有電壓輸出，電視機(jī)正常工作時(shí)自激振蕩受行頻脈沖的同步，解決了開關(guān)電源的獨(dú)立工作能力。自激式電源即使在行掃描電路發(fā)生故障時(shí)，電源電路仍能自激振蕩而有直流電壓輸出，這對(duì)電視機(jī)的維修與調(diào)整是較為方便的。開關(guān)型穩(wěn)壓電源按穩(wěn)壓控制方式來分，可分成脈沖寬度

24、控制方式和頻率控制方式兩類。電視機(jī)中采用脈寬控制方式較多，其電源工作頻率與行頻同步(15625Hz)，以改變開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間Ton的方法來調(diào)節(jié)輸出電壓使Uo穩(wěn)定。頻率控制方式則是保持開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間Ton(或截止時(shí)間Toff)不變,通過控制開關(guān)脈沖頻率(周期)，相應(yīng)調(diào)節(jié)脈沖占空比使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。3.3并聯(lián)型開關(guān)電源工作原理脈沖變壓器耦合并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源在彩色電視機(jī)中應(yīng)用較多。其基本電路組成如圖11所示，V為開關(guān)調(diào)整管，T又稱為儲(chǔ)能變壓器，由于工作頻率較高，故采用鐵氧體材料的鐵芯，VD為脈沖整流二極管，C是濾波電容器，也起儲(chǔ)能作用，RL為電源的負(fù)載。電路的工作過程類似于行輸出電路，設(shè)V為理想開

25、關(guān)管，則電路的工作電壓、電流波形如圖11所示。圖11并聯(lián)型開關(guān)電源基本電路及工作波形彩電開關(guān)電源把220V交流電直接整流后，再濾波，成為直流的300V左右電壓，此電壓主路進(jìn)開關(guān)變壓器，經(jīng)開關(guān)管入地。開關(guān)管的基極受震蕩電路控制，在開關(guān)管的前面有一個(gè)自激震蕩電路，此電路開機(jī)瞬間由+300V分壓控制，開關(guān)變壓器正常啟動(dòng)后，有一個(gè)繞組來提供震蕩電壓，這個(gè)震蕩電路又受保護(hù)電路及穩(wěn)壓電路控制。在電源中，自激震蕩的頻率很高，一般在1000HZ以上，這樣做的目的就是：減小變壓器的體積、提高轉(zhuǎn)換效率等。在變壓器后是整流部分，就是把交流電整流為電視適用的直流電。這種電源，不僅使用在電視上，在DVD等家電上也被廣泛

26、使用。開關(guān)電源變壓器和普通電源變壓器有很大的差異!首先它的鐵芯因工作頻率高大都采用鐵氧體磁芯，它體積小，效率高，故繞組都采用高強(qiáng)度漆包或紗包銅線。最重要的是它的初級(jí)繞組不是接交流電源的，它是開關(guān)管的振蕩回路負(fù)載。因維持振蕩需要正反饋電流，因而初級(jí)線圈或是有反饋抽頭，或是另設(shè)一組反饋線圈。由開關(guān)管和初級(jí)線圈組成的自激振蕩高頻交流電壓由互感在次級(jí)產(chǎn)生各組交流電壓，再經(jīng)整流濾波便有了多路直流輸出5。4實(shí)際電視機(jī)開關(guān)電源電路分析與仿真4.1日立CTP-236D電視機(jī)電源原理圖的繪制圖 12日立CTP-236D電視機(jī)電源電路圖4.2日立CTP-236D電視機(jī)電源工作原理電路的工作過程如下：開關(guān)電路等效為

27、一間歇振蕩器，如圖13所示。接通電源時(shí)，先由電源通過R910、R907、R908供給開關(guān)管Q901基極一個(gè)很小的正向偏置電流，使Q901開始導(dǎo)通而形成集電極電流Ic。Ic流過脈沖變壓器T901初級(jí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，則次級(jí)感應(yīng)電壓為上負(fù)下正。以3、4端而言，3為地，4為正。這個(gè)正電壓經(jīng)R902、R909和C908等回授到Q01基極，使基極電流大大增加，集電極電流也大大增加。這是一個(gè)強(qiáng)烈的正反饋過程，使開關(guān)管Q901迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)。與此同時(shí)，二極管D906、D907處于反偏狀態(tài)。Q901飽和后，加在初級(jí)線圈的輸入直流電壓使初級(jí)線圈電流按線性規(guī)律增大(儲(chǔ)存磁能)，而基極電流流過R902、

28、R909和C908，對(duì)C908充電。此電壓對(duì)基極是反偏的，故使Q901基極電位越來越低，基極電流越來越小。當(dāng)C908上充的電壓達(dá)一定值時(shí)，Q901脫離飽和進(jìn)入放大區(qū)12。圖 13 開關(guān)電路等效圖當(dāng)Q901進(jìn)入放大區(qū)，基極電流減小導(dǎo)致集電極電流Ic減小，初級(jí)感應(yīng)電壓變?yōu)樯县?fù)下正，相應(yīng)次級(jí)4端感應(yīng)電壓比地還負(fù)，通過R902、R909、C908反饋到開關(guān)管Q901基極，使Q901基極電位更負(fù)，基極電流、集電極電流更進(jìn)一步下降。這也是一個(gè)正反饋雪崩過程，使開關(guān)管Q901由飽和導(dǎo)通迅速轉(zhuǎn)向截止。Q901截止后，C908上所充電荷通過R902、R909、T901次級(jí)3、4繞組和D905回路很快放完，再由未

29、穩(wěn)直流電源經(jīng)R910、R907、R908向電容C908反向充電至基極電位為正時(shí)，重新有基流產(chǎn)生，形成正反饋使Q901飽和，進(jìn)入下一周期振蕩。開關(guān)管Q901截止期間，脈沖變壓器T901次級(jí)7、8端的感應(yīng)電壓使D906、D907導(dǎo)通，貯存在T901中的磁能以電能形式向負(fù)載放電，并向貯能電容C909、C910充電。為了穩(wěn)定開關(guān)重復(fù)頻率和減小開關(guān)電路對(duì)圖像的干擾，當(dāng)行掃描電路正常工作后，將行逆程脈沖經(jīng)C912耦合至開關(guān)管Q901基極，疊加在原來的Ub上，使Q901提前導(dǎo)通，故開關(guān)管Q901將按行周期同步地工作。由于開關(guān)電路受行頻同步，周期將是不變的，穩(wěn)壓過程只能通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間Ton來調(diào)整輸出

30、電壓。脈寬控制電路等效如圖14所示，晶體管Q903相當(dāng)于受誤差電壓控制的變阻器，它并聯(lián)在開關(guān)管Q901基極，對(duì)Q901基極電流起分流作用。當(dāng)誤差電壓使Q903 基極電位上升，則Q903集電極電流也上升，對(duì)Q901基極分流增大，Q901導(dǎo)通時(shí)間Ton就減小。充的能量少了，自然輸出直流電壓就減小。反之，Q903基極電流減小，則Q901導(dǎo)通時(shí)間Ton就增加，輸出電壓就上升13。圖14脈寬控制等效電路電路的穩(wěn)壓過程如下：厚膜組件CP901封裝了兩個(gè)電阻和一個(gè)穩(wěn)壓二極管，輸出的108V電壓經(jīng)電阻分壓后加到比較放大器Q902基極，穩(wěn)壓管產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓加到Q902發(fā)射極。若某種原因使輸出電壓升高，因穩(wěn)壓二極

31、管兩端電壓基本不變，故Q902發(fā)射極電壓的上升量大于基極電壓的上升量，Ube2=Ub-Ue為負(fù)值，致使Q902(PNP管)基極電流、集電極電流增加，導(dǎo)致Q903基極電流和集電極電流也增大，Q903的分流作用增強(qiáng)而使開關(guān)管Q901導(dǎo)通時(shí)間Ton縮短，使輸出電壓減小。類似地，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，電路也能自動(dòng)調(diào)高輸出電壓。由此使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定。4.3日立CTP-236D電視機(jī)電源保護(hù)電路對(duì)于開關(guān)穩(wěn)壓電源來說，實(shí)現(xiàn)過壓、過流保護(hù)是相當(dāng)簡(jiǎn)便而有效的。此機(jī)的過壓、過流保護(hù)電路由可控硅Q705、晶體管Q704和厚膜組件CP701(型號(hào)HM9102)等組成，如圖15所示。圖15電源保護(hù)電路行、場(chǎng)掃描電路工作在

32、高電壓、大電流狀態(tài)，特別是彩色顯像管的第二陽極電壓高達(dá)25kV左右。在這樣高的電壓下，容易產(chǎn)生X射線。但正常情況輻射的X射線很弱，不會(huì)對(duì)人體造成危害。若由于某種原因，例如行逆程電容容量變小，行掃描頻率降低或者穩(wěn)壓電源故障引起行電路直流供電電壓升高，將導(dǎo)致行輸出高壓增高。這一方面會(huì)損壞元器件，另一方面高壓陽極電壓的升高會(huì)使X射線的輻射大大增強(qiáng)，這對(duì)人體是有害的。因此，電源設(shè)有高壓限制電路。一旦高壓升高，行逆程脈沖幅度也按比例增大，經(jīng)D705、C730整流、濾波后使CP701的1腳電壓上升，2腳和3腳電壓也跟著上升。當(dāng)2、3腳分壓值升高到使穩(wěn)壓二極管擊穿，則將使Q704基極電壓升高，發(fā)射極電壓亦隨

33、之升高，可控硅Q705控制柵有正觸發(fā)信號(hào)而導(dǎo)通(有的機(jī)型不用Q704，而是直接驅(qū)動(dòng)可控硅Q705)，108V直流電壓被短路(R720只有2.2)，二極管D908由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，使開關(guān)管Q901基極偏置電壓降低，再加負(fù)載短路使T901的正反饋無法形成，則間歇振蕩停止，開關(guān)電源不工作。圖中的R714(10)是行輸出管發(fā)射極電阻，R625(2.7)是OTL場(chǎng)輸出PNP管集電極串的電阻。當(dāng)行、場(chǎng)掃描電路電流過大時(shí)，導(dǎo)致Q704基極和發(fā)射極電壓上升，可控硅Q705導(dǎo)通而使保護(hù)電路動(dòng)作。R625是保險(xiǎn)電阻，本身也會(huì)因電流太大而熔斷。并聯(lián)在整流二極管D906、D907上的電容器C911、C915和串聯(lián)電感L

34、904、L906等是為防止高頻輻射而加的。C901作用也一樣。4.4日立CTP-236D電視機(jī)電源的仿真通過對(duì)某些參數(shù)的適當(dāng)調(diào)整來滿足實(shí)際的電源特性，驗(yàn)證理論設(shè)計(jì)的可行性，降低開發(fā)研制的成本,為應(yīng)用PSPICE 軟件對(duì)電力電子電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真提供了參考。在保證模擬電路精度的情況下，建立實(shí)時(shí)電路仿真模型，進(jìn)而對(duì)開關(guān)電源系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)仿真分析。PSPICE軟件作為實(shí)時(shí)電路仿真軟件，具有圖形功能強(qiáng)大、元器件模型比較精確等優(yōu)點(diǎn)。但也存在明顯缺陷，模型庫提供的元器件模型較少，雖然隨著軟件版本的提高，元件模型庫中的模型逐漸增多，但仍不能夠滿足開關(guān)電源設(shè)計(jì)者對(duì)各種開關(guān)電源集成控制( IC) 芯片及其他

35、元器件的使用要求給開關(guān)電源的計(jì)算機(jī)仿真分析增加了一定的難度。因此采用PSPICE通用電路仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析時(shí)，首先需要建立適合于PSPICE仿真的實(shí)時(shí)電路模型，然后根據(jù)一定的格式輸入要模擬的電路中的元器件及其連接關(guān)系。在構(gòu)造元器件模型的過程中，難點(diǎn)主要在于IC芯片仿真模型的建立。圖16日立CTP-236D電視機(jī)開關(guān)電源電路圖如圖16所示，接通電源時(shí), 先由電源通過R910、R907、R908供給開關(guān)管Q901基極一個(gè)很小的正向偏置電流，使Q901開始導(dǎo)通而形成集電極電流Ic。 Ic流過脈沖變壓器T901初級(jí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為上正下負(fù), 則次級(jí)感應(yīng)電壓為上負(fù)下正。這個(gè)正電壓經(jīng)R90

36、2、R909和C908等回授到QQ901基極，使基極電流大大增加，集電極電流也大大增加。 這是一個(gè)強(qiáng)烈的正反饋過程, 使開關(guān)管Q901迅速進(jìn)入飽和狀態(tài)。正脈沖作用到開關(guān)管基極使其飽和導(dǎo)通, Uce=0, 故初級(jí)線圈L1上電壓為上正下負(fù)，得 4-1即 4-2飽和后，加在初級(jí)線圈的輸入直流電壓使初級(jí)線圈電流按線性規(guī)律增大(儲(chǔ)存磁能)，上式中I1(0)由初始狀態(tài)決定。 由上式可見，初級(jí)線圈電流i1線性上升，脈沖變壓器次級(jí)感應(yīng)的電壓UL2為上負(fù)下正，二極管VD截止。 在開關(guān)管V導(dǎo)通期間，隨著i1的上升，變壓器中磁能增大，在t1時(shí)刻達(dá)最大值，初級(jí)線圈電流i1仿真波形如圖19所示與公式4-2一致。 與此同

37、時(shí), 二極管D906、D907處于反偏狀態(tài)。而基極電流流過R902 、R909和C908, 對(duì)C908充電。 此電壓對(duì)基極是反偏的, 故使Q901基極電位越來越低, 基極電流越來越小。 當(dāng)C908上充的電壓達(dá)一定值時(shí), Q901脫離飽和進(jìn)入放大區(qū)。當(dāng)Q901進(jìn)入放大區(qū), 基極電流減小導(dǎo)致集電極電流Ic減小, 初級(jí)感應(yīng)電壓變?yōu)樯县?fù)下正, 相應(yīng)次級(jí)4端感應(yīng)電壓比地還負(fù), 通過R902、R909、C908反饋到開關(guān)管Q901基極, 使Q901基極電位更負(fù), 基極電流、 集電極電流更進(jìn)一步下降。 這也是一個(gè)正反饋雪崩過程, 使開關(guān)管Q901由飽和導(dǎo)通迅速轉(zhuǎn)向截止。 負(fù)脈沖作用到開關(guān)管基極, 開關(guān)管截止

38、，初級(jí)感應(yīng)電壓為上負(fù)下正,此段時(shí)間i1=0，結(jié)果與圖19所示初級(jí)線圈電流i1仿真波形一致。由同名端連接可知此時(shí)次級(jí)感應(yīng)的電壓為上正下負(fù)，二極管VD導(dǎo)通, 脈沖變壓器儲(chǔ)存的磁能開始釋放使電容C被充電并取得輸出直流電壓Uo。忽略變壓器損耗，初級(jí)所有能量轉(zhuǎn)移到次級(jí),則初、次級(jí)能量關(guān)系滿足 4-3 得 4-4與圖20所示次級(jí)線圈i2仿真波形一致。Q901截止后, C908上所充電荷通過R902、R909、T901次級(jí)3、4繞組和D905回路很快放完, 再由未穩(wěn)直流電源經(jīng)R910、R907、R908向電容C908反向充電至基極電位為正時(shí), 重新有基流產(chǎn)生，形成正反饋使Q901飽和，進(jìn)入下一周期振蕩。次級(jí)

39、電流i2從I2m開始線性下降, 該電流的能源就是V導(dǎo)通時(shí)由變壓器中儲(chǔ)存的能量提供的。開關(guān)管又導(dǎo)通, 二極管VD截止, 脈沖變壓器又儲(chǔ)存能量。 當(dāng)然, 次級(jí)能量并未耗完, 又將轉(zhuǎn)移到初級(jí), 使i1從I1(0)開始上升。在V導(dǎo)通、VD截止期間，負(fù)載所需的電流就由電容器C放電來供給。 為討論方便，我們僅看電路工作在平衡狀態(tài)以后的穩(wěn)態(tài)。 開關(guān)管V導(dǎo)通時(shí)脈沖變壓器儲(chǔ)存能量，設(shè)能量的增加量為W1 當(dāng)V截止時(shí)二極管VD導(dǎo)通, 脈沖變壓器儲(chǔ)存的能量被負(fù)載消耗, 設(shè)能量減小了W2。 平衡狀態(tài)時(shí)一周期內(nèi)增加的能量應(yīng)與消耗的能量相等，即有W1=W2 。 因 4-5 4-6I1為脈沖變壓器初級(jí)電流增加量由4-2 得

40、4-7次級(jí)電流為線性下降的波形，I2為次級(jí)電流在開關(guān)管V截止期間(Toff)線性減小量,，因此有 4-8由4-7 和4-8得 4-9 由公式可以看出，輸出電壓Uo與輸入電壓Ui成正比，與變壓器匝數(shù)比成正比，與開關(guān)晶體管導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間比值Ton/Toff成正比。 調(diào)寬型開關(guān)穩(wěn)壓電源受行頻同步，即周期T=Ton+Toff=TH為64s是固定不變的，所以輸出電壓Uo通過控制Ton/Toff比值，即控制脈寬來調(diào)節(jié)。從上述工作過程可以看出，開關(guān)管V和二極管VD是反極性激勵(lì)方式，V導(dǎo)通時(shí)VD截止，而V截止時(shí)VD導(dǎo)通，電源Ui供出的瞬時(shí)功率是比較小的。 另外，開關(guān)管僅工作在導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)，管耗很小，

41、再加上脈沖變壓器損耗也不大，故電源效率比串聯(lián)型穩(wěn)壓電源高得多，可達(dá)8090%。 開關(guān)管Q901截止期間，脈沖變壓器T901次級(jí)7、8端的感應(yīng)電壓使D906、D907導(dǎo)通，貯存在T901中的磁能以電能形式向負(fù)載放電，并向貯能電容C909、C910充電。 為了穩(wěn)定開關(guān)重復(fù)頻率和減小開關(guān)電路對(duì)圖像的干擾，當(dāng)行掃描電路正常工作后，將行逆程脈沖經(jīng)C912耦合至開關(guān)管Q901基極，疊加在原來的Ub上，使Q901提前導(dǎo)通，故開關(guān)管Q901將按行周期同步地工作。由于開關(guān)電路受行頻同步，周期將是不變的，穩(wěn)壓過程只能通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間Ton來調(diào)整輸出壓9。 圖17開關(guān)管Ub的仿真波形圖18開關(guān)管Uc的波形圖

42、19變壓器初級(jí)電流i1仿真波形圖20變壓器次級(jí)電流i2仿真波形圖21變壓器次級(jí)電壓Ui2圖22主輸出電壓波形電視機(jī)開關(guān)電源仿真波形如圖所示。本文所仿真電視機(jī)開關(guān)電源具有良好的啟動(dòng)特性，從圖20中變壓器次級(jí)電壓波形可以看出，系統(tǒng)啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)超調(diào)量很小，其他各路輸出電壓波形與主輸出相似。從圖22中電壓波形的結(jié)果來看，主輸出的電壓紋波均滿足設(shè)計(jì)要求。開關(guān)管以周期性規(guī)律迅速導(dǎo)通截止，基極電壓Ub波形為頻率很高的脈沖信號(hào)與圖17所示開關(guān)管基極電壓Ub仿真波形一致。開關(guān)管集電極電壓Uc波形隨開關(guān)管導(dǎo)通截止也是周期性的脈沖信號(hào)，且與集電極電壓極性相反，與圖18所示開關(guān)管集電極電壓Uc仿真波形一致。i1從300mA到500mA線性增長(zhǎng)，到20us突變成為0mA，再經(jīng)過20us又線性增長(zhǎng)，每隔40us周期變化一次，結(jié)果見圖19。i2從0us到20us一直為0，然后突然由0跳變?yōu)?00 mA，再經(jīng)20us線性下降，結(jié)果見圖20，可看出次級(jí)線圈電流在下降過程電流