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采用STR-F6656芯片的开关电源原理分析

采用STR-F6656芯片的开关电源原理分析

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  采用STR-F6656芯片的开关电源电路由以下部分组成。

  一、电源进线滤波及整流滤波电路

电源进线滤波及整流滤波电路

  220V交流电从电源开关S501进入机内,首先经过4A保险管防止可能的意外的过流保护电路。C501、L502、C502组成防辐射电路,用于滤除从电源来各种杂波和干扰脉冲,同时避免开关电源对电网的二次污染。L502是一个磁芯线圈,在它的两个绕组上总是流动着大小相等,方向相反的电流,相互抑制着电流的变化,当突然产生的干扰脉冲流过L502时,L502每个绕组都会在磁芯中产生较强的磁场,而且互相加强,阻碍电流的变化,得到杂波干扰比较少的交流电。滤除杂波和干扰后的交流电经VD503-VD504组成的全桥整流电路整流后变成半波直流电,二极管上并接高压电容C503-C506的作用是滤除高频干扰,保护二极管不受高频干扰的危害。整流后的半波直流电再通过一个防辐射线圈L503后,经过C507滤波得到比较平滑的300V直流电。

  2.电路启动过程
  
  IC供电利用了整流桥的一个二极管实现半波整流过程。电流流向见下图。220V交流电经R511对C517充电,当C517的电压上升至16V时,IC内部振荡电路开始工作并输出一个驱动信号驱动MOSFET工作。MOSFET工作后,开关变压T501(1)~(2)绕组产生感应电压经R516限流、VD512整流后,继续为C517充电,保证C517上的电压超过11V,从而保证电路启动成功。MOSFET在工作的瞬间会突然使C517上的电压下降。如果开关变压器T501(1)~(2)绕组产生的感应电压不能使C517上的电压超过11V,电路将停止工作。

电路启动过程

  3.IC内部振荡器的工作:
  
  IC内部振荡器是通过对C的冲放电形成振荡脉冲的。在PRC工作状态下,稳压过程是由固定的截止时间(Toff),通过改变导通时间(Ton)来实现的。下图表明了没有稳压控制控制信号输入时,内部振荡器的工作波形。当MOSFET导通时,电容C被充电到6.5V,同时漏极电流Id流过电阻R522、R523,在R522//R523上产生锯齿波电压Vd,Vd经R521反馈至IC(1)脚OCP/FB端口。当(1)脚电压上升到门限电压0.73V时,集成电路内部电压比较器1翻转,控制振荡器输出反相的低电平,并通过驱动电路迫使MOSFET截止。MOSFET截止后,电容C通过内部电阻R放电,电容C两端电压按恒定的放电时间常数C*R线性下降。当C两端电压下降到3.7V时,振荡器输出再次反相,为高电平使MOSFET再次导通,C两端的电压再次跳升到6.5V,振荡器开始下一周期工作。放电时间常数C*R决定(约为50us)决定了MOSFET的截止时间,而(1)脚电压上升的快慢决定了MOSFET的导通时间。

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  4.稳压控制
  
  稳压控制原理是以固定开关管的截止时间(约50us)调节其导通时间的方式进行的,即上面讲的PRC工作方式。由下图可知,当变压器T501次级输出电压(+B)变化时,经过取样、比较后,流过光耦VD515(1)(2)脚的电流增大,光电耦合器中光敏三极管的内阻减小,输出电流增大。

稳压控制

  反映+B电压变化情况的误差电流经光电耦合器耦合变压器的初级。见下图。光电耦合器输出的误差电流流经R521后,在R521上形成电压降Vr,该电压叠加在Vd上,从而使输入IC(1)脚的电压部分受Vr控制,使IC内部比较器1提前或延迟反相,从而改变MOSFET的导通时间(ton)、进而改变T501次级输出电压,达到稳压目的,这种稳压控制方式属于电流控制方式。在这种控制方式中,轻载时Vr电压会升高,可能在MOSFET导通时对比较器1产生误触发,所以在(1)脚外围增加了一个有源低通滤波电路,它由电容C516和IC内部的恒流源组成,C516还有高频吸收旁路的作用。

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  5.准谐振电路
  
  前面主要分析的是纯光耦反馈的PRC工作方式,实际的反馈电路还包括变压器(1)~(2)绕组来的反馈信号(包括VD513、C515、R519、CD517等元器件),由于这个电路的存在,使输入到(1)脚电压在MOSFET截止期间含有与VDS成正比例的电压成份,这个电压成份就是准谐振信号,根据准谐振信号电平大小可以决定该电源的工作方式是PRC方式还是准谐振方式。(见下图)

  在MOSFET截止期间,如果准谐振信号处于0.73V---1.45V之间,则比较器1起作用,使电源进入PRC工作方式,如果准谐振信号超过1.45V(最大值为6.0V),则比较器2起作用,使MOSFET截止时间(toff)降为1.5us左右。而实际的截止时间不取决于这个要求,比这个值要大一些,事实上只要准谐振信号保持大于0.73V,则MOSFET仍然维持截止,什么时间导通,则由准谐振方式决定。准谐振方式就是使MOSFET在VDS谐振周期的半周期导通,这样就可以保证MOSFET的开关应力和开关损耗比较低。但是为实现这样一个目的需要如下两个条件:
  
  (1)在漏极和地之间要有一个合适的电容C513存在,由他和初级电感构成LC振荡回路,以便形成漏--源极之间电压VDS的谐振波形。由此可见这个C513电容非常关键。
  
  (2)在栅极的驱动信号中要有一个合适的延迟时间,以保证当准谐振信号下降到0.73V以下、MOSFET开始导通时恰好处于VDS波形的最低处。

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  6.锁存电路、过压保过热保护电路
  
  热保护、锁存电路基板温度超过1400C时,过热保护电路起控,触发锁存器工作,使(4)脚上的电压在10V---16V之间来回摆动,IC间歇性的工作,保护IC,直到电压低于6.5V后,电路完全不起振。如果要电源再启动,需要关机后重新开机过压保护当电源的稳压控制电路出现开路等异常现象时,输出电压会大幅上升,开关变压器(1)??(2)绕组电压也会上升。当(4)脚电压超过22.5V时,过压保护电路起控,锁存器工作,使(4)脚上的电压在10V---16V之间来回摆动,IC间歇性的工作,保护IC,直到电压低于6.5V后,电路完全不起振。如果要电源再启动,需要关机后重新开机。
  
  7.过流保护
  
  STR-F6656的过流保护是通过检测每个振荡周期的开关管漏极电流Id峰值来实现的。当Id过流时,IC(2)脚外接电阻R522//R523上的电压会迅速上升,使(1)脚电压迅速超过门限电压0.73V,从而迫使振荡器输出反相,使MOSFET截止,导通时间(ton)变小,达到限制漏极电流输出的目的,实现过流保护的作用。
  
  8.待机控制
  
  本电源待机控制电路分为两路:一路由V709控制12V电压和稳压反馈电路一路由V584控制26V电路。具体控制过程如下:微处理器(7)脚输低电平(L)待机指令,V709集电极为高电平(H),使V555集电极为低电平(L),导致V554截止,关断12V输出。V709同时控制V582,使V582导通,稳压管VD581导通,最后导致V553集电极电压钳位在9.1V左右,导致反馈电路的电流加大,引起流过光耦的电流增大,从而实现待机控制。(7)脚发出的低电平指令还控制V584,使V584截止,导致V551基极电位上升,V551截止,使26V电压无输出。见下图。

待机控制

  9.电源输出电路(见下图)
  
  B1输出电路:通过VD551整流、C561、L506、R551滤波输出130V的主电压。
  
  B2输出电路:通过VD555整流、C555滤波输出22V电压提供给伴音功放电路。
  
  B4输出电路:通过VD553整流、C563滤波得到26V电压,经过V551控制后提供给场扫描电路和行激励电路。

电源输出电路

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