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康佳CQ5Q1265开关稳压电源原理简介


第五讲

CRT 电视机的开关稳压电源

CRT 电视机的开关稳压电源与液晶电视机的开关稳压电源有很多区别, 无功率因素校正 (PFC)电路,所用的 PWM 芯片习惯上也不一样,输出的直流电压种类较多,保护电路的 保护方式也有区别。为此作单独介绍。 一、PWM 控制器和大功率场效应管组合-FSCQ1265RT 简 介 F S C Q l 2

6 5 R T 是 新 一 代 开 关 电 源 变 换 器 ,它 具 有 很 高 的 功 率 变 换 率 和 很 低 电 磁 辐 射 E M I ,完 全 取 代 以 往 使 用 的 STR6700、6707、6709、KA5Q1265RF 等 开关稳压变换器,它特别适用于对噪声很敏感的设备如彩电和音频设备。 FSCQl265RT是 一 个 集 成 脉 宽 调 制 (PWM)控 制 器 和 大 功 率 SenseFET场 效 应 管 的 组 合 , 这 种 设 计 有 利 于 使 用 最 少 的 外 部 元 器 件 , 这 里 PWM控 制 器 包 含 有 集 成 固 定 频 率 振 在 荡 器 、欠 压 搜 索 电 路 、引 导 边 缘 消 隐 电 路 (LEB)、优 化 门 驱 动 器 ,内 部 软 启 动 电 路 以 及 为 环 补 偿 和 自 保 电 路 ,内 含 温 度 补 偿 精 密 电 流 源 ,如 果 与 分 离 的 MOSFET和 PWM 控制器组合方案相比较,它既降低成本、减少尺寸和重量,而且提高效率、改善 生产能力, 系统更加稳定可靠运行。 使 FSCQ1265RT比早期的KA5Q1265RF有许多优点, 起动电流仅为20?50μA,是原来的五分之一,峰值电流为7A,提高了1A。它的工作电压 范围是85V?265V.。最大输出功率:170W(输入交流电压220V左右时) ,140W(输入交流 电压90V左右时) 。 1、主要性能 优化准谐振变换器(QRC); 为低于 1W 的待机功耗下运行提供先进的突变模式; 脉 冲 电 流 峰 值 允 许 可 达 7A; 内 设 置 过 载 保 护 OLP, 并 能 自 动 重 新 启 动 ; 内 设 置 过 压 保 护 OVP, 并 能 自 动 重 新 启 动 ; 内 设 有 异 常 过 流 保 护 AOCP,采 用 门 限 方 式 ; 内 部 设 有 过 热 切 断 TSD, 采 用 门 限 方 式 ; 设 置 具 有 延 时 的 欠 压 闭 锁 (UVLO)功 能 ; 很 低 启 动 电 流 , 仅 有 25 μ A; 很 低 运 行 电 流 , 典 型 值 为 6mA; 内 设 有 高 电 压 功 率 管 SenseFET; 内 设 有 软 启 动 , 仅 需 20ms; 为适应宽域输入,设置扩展准谐振切换。 2、 引 脚 图 和 引 脚 功 能

图3-5-1

FSCQl265RT的顶视图

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表3-5-1 脚号 脚名 1 2 3 4 Drain GND Vcc Vfb 引脚功能

FSCQl265RT的引脚功能

该脚与高压功率 SenseFET 管的漏极相连 该脚与 SenseFET 管的源极相连,也是控制器地端 该脚是外部正电压的供电端,为启动运行和稳态运行提供内部运行电流 该脚在芯片内部连接到 PWM 比较器的反相输入端, 而外部光耦合器的集电 极与该脚也相连。为了稳定运行,把—个电容接于该脚和 GND 脚之间,若 该脚电压达到 7.5V,过载保护触发器使功率管断开。

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Sync

为准谐振运行,该脚在其内部与同步检测比较器相连,在正常准谐振运行 时,同步比较器的门限值为 4.6V/2.6V,如果在扩展准谐振运行时,该 比较器的门限值改变为 3.0V/1.8V。

3、 极 限 运 行 参 数 表 3-5-2 参量名称 漏极和源极(GND)间电压(Tj=25℃~150℃) 漏极和栅极间电压(RGs=1MΩ) 栅极和源极(GND)间电压 漏极脉冲电流(最大结温条件下) 单脉冲雪崩能量(L=21mH、VDD=50V) 连续漏流(Tc=25℃) 连续漏流(Tc=100℃) 供电电压 模拟输入电压范围 总功耗 运行节点温度 运行环境温度 存储温度范围 F S C Q l 2 6 5 R T 的 极 限 值 (Ta = 25℃ ) 符号 VDSS VDGR VGS IDM EAS ID ID VcC VSYNC VFB PD TJ TA TSTG 数值 650 650 ±30 36 950 5.3 3.4 20 -0.3~13V -0.3V~VCC 50 +150 -25~+85 -55~+150 W ℃ ℃ ℃ 单位 V V V ADC MJ ADC ADc V V

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4、FSC01265RT的内部框图

图3-5-2

FSCQ1265RT内部框图

二、开关电源的工作过程
见图3-5-2和图3-5-4现简述FSCQ1265开关稳压电源的工作过程 (1)开启和停止。(2)调压过程。(3)同步过程。(4)待机过程。 1、开启和停止 开机后,300V的直流电压通过R915给C908充电。当Vcc脚电压升到14V时,电源芯片 FSCQ1265的内部电路开始工作。 芯片内的MOS管开始了正常的导通和截止。 Vcc脚的电压 改由辅助绕组经VD910整流、C911滤波和R910降压、VD908箝位、C908滤波后供给。当 Vcc脚的电压降低至10V时,芯片内部电路停止工作,MOS管也停止了开关。 2、调压过程 正常工作时,当由于某种原因造成B+电压升高后,通过电阻分压到V951基准极(G极) 的电压也升高。V951(KL431A)是一个基准电压为2.5V的误差放大器。G极电压的升高引 起K极电流的增大。即光藕次级(1、2脚)电流增大。这样,误差取样放大电路将B+电压 的变化转变为光藕电流的变化。 因此光藕初级 (3、 4脚) 的电流增大。 电源芯片FB脚 (Pin4) 内部恒流源分给电容C922的充电电流减少,FB脚电压降低,芯片内部与之对应的比较器上 的电压降低,比较器另一个脚接到MOS管另一个源极取样电阻Rsense上(如上图所示)。 因此,当FB脚电压降低即意味着开关管漏极电流的降低,即开关管提前截止。从而使得B +电压降低。反之亦然。
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3、同步过程 初级电路中的VD911、R913、C913、VD909、R912为电源芯片的SYNC脚(Pin5)输 送同步信号(幅度为9V左右的脉冲电平)。R913、R912分压调整电平幅度,C913与R913 调整延迟时间。开关管由导通何时转为截止,上面讲过是由FB脚的电平决定。而由截止何 时转为导通,却是由SYNC脚的脉冲电平送到内部比较器上决定。当开关管截止后,初级绕 组向次级绕组传递能量。在次级绕组的能量释放完后,开关管并不立即导通,变压器初级 绕组与C920开始谐振,同步电路的作用即是调整延迟同步电平,使得串联谐振的电压幅度 谐振到最低点时才导通,见下图3-5-3。

图 3-5-3

同步过程

4、待机过程 当 CPU 的 POWER 脚由高电平转为低电平时(由电视机的控制芯片发出) ,待机为 低 电平→V952→ V950 导通→稳压管 D958 导通→光耦合管输出电流加大,FSCQ1265 的 FB 端 子电压下降,使 IC 转入间隙振荡状态。通过高频变压器次级及整流滤波后的输出电压值是 原来的一半,使电视机的小信号处理电路停止工作,进入待机状态。为了保证待机后能重 新开机,不因输出直流电压降低一半而受影响,另设计有专门的转换电路如图 3-5-4 所示。

图3-5-4

待机电源切换电路

因为在待机时,开关电源所有输出电压降一半,图 3-5-4 中 14V、7V、4V 都降低一半,为了保证待机电
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源 S-5V 不变,此时由 CPU 发出的高电平信号使 V969 导通→V968 截止→V967 导通而接地→V966 导通 使三端稳压器 N950 改由 14V 降成的 7V 供电,而使 S-5V 不变,由于 V963 的导通,原 4V 的端子变成 5V.。

三、开关电源的保护
该开关电源具有过载保护(OLP),过压保护(OVP),反常过流保护(AOCP),过 热保护(TSD)及欠压锁存等保护功能。其中过压和过载保护是重启模式,反常过流和过 热保护是锁存模式。 1、保护模式 (1)重启模式保护 当一个故障出现时,开关停止,MOS管关断。电源芯片的供电脚Vcc由于没有反馈绕组 的能量提供而导致电压下降。当电压降至欠压锁存的停止电压10V时,保护被复位,电源芯 片消耗电流减少(仅仅是启动电流25uA),这时300V的直流电压又通过启动电阻R915、 给C908充电。当Vcc脚电压升到14V时,电源芯片开始正常工作。如果此时故障没有排除, 仍然存在。 则又开关停止, MOS管关断。 Vcc电压因耗电电流加大而下降。 重复刚才的过程, 直到故障排除。 (2)锁存模式保护 一旦保护被触发,开关停止,MOS管关断。电源芯片的供电脚Vcc电压在10V和14V之 间不断地充电和放电。只有当该脚电压掉到低于6V以下(比如关掉电源或给C908放电), 锁存模式保护才被复位。 2、保护种类 (1)过载保护(OLP) 当B+电压的负载非常重 (比如极端情况行管被击穿短路) 超出电源输出负载能力时, , B+电压降低,前面已经讲过调压过程。可知这将造成光藕的3、4脚流过电流减少,FB脚 电压升高。当电压升高至2.8V时,电源芯片内部D1二极管导通,一个5uA的恒流源开始给 FB脚的电容充电。当充到6.9V时,过载保护电路被触发。进入重启模式保护状态。 (2)过压保护(OVP) 当某种原因造成次级B+电压反馈环路开路时,光藕电流变为几乎为零。FB脚电压以 类似于OLP的模式上升。根据前面调压过程知道,随着FB脚电压的上升,开关电源提供的 能量越多,B+电压越高,一直要到出现OLP才行。但在出现OLP之前,B+电压已超过了 各器件的额定值。为避免此种情况损坏器件,该电源芯片利用SYNC脚设置了一个过压保护 电路。 正常情况下, SYNC脚的同步脉冲电平设置在大约为9V峰值。 当B+电压上升时, SYNC 脚的脉冲电压成比例地上升,当上升到12V时,过压保护电路被触发。进入重启模式保护状 态。 (3)过流自锁保护(OCP) 当次级的整流二极管或线圈绕组出现短路时,瞬间一个非常陡峭的电流以很高的电流 变化率di/dt流过MOS管。这种情况过载保护是不会被触发的。该电源芯片为这种情况设置 了一过流保护电路。当该电流流过MOS管时,在其S极所接的到地电阻Rsense上产生一个 电压。该电阻Rsense接到一个比较器的一端,比较器的另一端接了一个预设的电平值。如 果Rsense上产生的压降达到预设值。则比较器翻转。过流保护电路被触发。进入锁存模式
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保护状态。 (4)过热保护(TSD) 该电源芯片将MOS管和控制IC集成在一个封装内,使得控制IC非常容易测试MOS管的 温度。当异常情况使得MOS管的温度达到大约150度时,过热保护电路被触发。进入锁存模 式保护状态。

四、开关电源的其它问题
1、电源负载电路的保护 除了上面所介绍的保护外,当电视机的场扫描失落,或行输出短路,高压过高等的保护 我们称为辅电源负载电路的保护,在CRT电视机中还要通过CPU送出待机信号而进行保护的。 2、消磁电路的保护 因为和消磁线圈相连的热敏电阻器质量不好,其中和消磁线圈串联的热敏电阻 RS 不加 电状态下阻值应是 9Ω左右(另外并联的 RP 阻值是数 KΩ) ,开机数秒钟后阻值应迅速升至 数百 KΩ,,使消磁线圈中电流极小,若 RS 损坏而不起作用,消磁线圈中将长期通过大电流, 将发热而烧毁电视机,为了防止这种情况的出现,另外加了继电器 RY901、及延时电路 V953、V954、R964、C973 等。开机数秒钟后,继电器动作将消磁线圈的电源断开,以 防止 RS 不起作用。

图 3-5-5

消磁电路

3、 高频变压器的次级输出 B+电源有两组线圈, 是用于选配不同的显象管, 一组输出是 125V, 另一组输出是 145V。

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图 3-5-5

FSCQ1265 构成的开关稳压电源电原理图
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