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摘要: TCL王牌LCD40A71-P液晶彩电开关电源电路分析。
开关电源电路以ICl(NCP1650)、IC6(NCP1377)和IC2(NCP1217)为核心构成,其中,NCP1650为功率因数校正电路,NCP1377为12V电压电源控制芯片,NCP1217为24V电压电源控制芯片。下图所示为开关电源电路原理图。
1.整流滤波电路
220V左右的交流电压先经延迟保险管Fl,然后进入由Rl、Ll、CX1、LF1、CX2、CY1、CY2、LF2组成的交流抗干扰电路,滤除市电中的高频干扰信号,同时保证开关电源产生的高频信号不窜入电网。电路中,ZV1为压敏电阻,即在电源电压高于250V时,压敏电阻ZV1击穿短路,保险管Fl熔断,这样可避免电网电压波动造成开关电源损坏,从而保护后级电路。
经交流抗干扰电路滤波后的交流电压送到由BD1、C3组成的整流滤波电路。220V市电先经BD1桥式整流后,再经C3滤波,形成一直流电压。由于滤波电路电容C3储能较小,所以在负载较轻时,经整流滤波后的电压为310V左右;在负载较重时,经整流滤波后的电压为230V左右。
2.功率因数校正(PFC)电路
PFC电路以ICl(NCP1650)为核心构成。NCP1650是美国安森美半导体公司推出的PFC集成电路芯片,可适应85~265V宽的交流输入电压范围,NCP1650是一个开关频率固定、采用平均电流型控制环的脉宽调制器,能精确地设定输入功率和输出电流的极限值;构成lkW以下功率因数校正器时,功率因数可达0.95~0.99。NCP1650内部电路框图如右图所示,引脚功能如下表所示。
脚位 | 引脚名 | 功能 |
1 | VCC | 电源 |
2 | Vref | 6.5V基准输出电压 |
3 | ACCOMP | AC基准放大器频率补偿 |
4 | ACREF | 交流误差放大器的参考电压输出端 |
5 | ACIN | 基准乘法器输入端 |
6 | FB/SD | 反馈/掉电引脚,当该脚电压低于0.75V时,禁止芯片输出 |
7 | LOOPCOMP | 电压误差放大器输出端 |
8 | PCOMP | 功率误差放大器外接补偿电容连接端 |
9 | Pmax | 输出功率设定端 |
10 | IAVG | 外接电阻,用于设定最大平均电流 |
1l | IAVGFIL | 外接滤波电容 |
12 | Is- | 负极性感测电流输入端 |
13 | RAMPCOMP(RC) | 斜率补偿电路外接补偿电阻连接端 |
14 | CT | 振荡器定时电容 |
15 | GND | 地 |
16 | OUT(DVR) | 驱动脉冲输出端 |
NCP1650的工作频率为70kHz左右,输入电压的变化经R2、R3分压后加到NCP1650的(5)脚,输出电压的变化经R12、R13、R14、R15分压后由NCP1650的(6)脚输入,NCP1650内部根据这些参数进行对比与运算,确定输出端(16)脚的脉冲占空比,维持输出电压的稳定。
在一定的输出功率下,当输入电压降低,NCP1650的(16)脚输出的脉冲占空比变大;当输入电压升高,NCP1650的(16)脚输出的脉冲占空比变小。在一定的输入电压下,输出功率变小,NCP1650的(16)脚输出的脉冲占空比变小;反之亦然。
驱动管Ql在NCP1650的(16)脚驱动脉冲的控制下工作在开关状态。当Ql导通时,Dl截止;当Ql截止时,Dl导通。也就是说,Ql与Dl交替导通,这样,使桥式整流管的输出电流经L2连续流动,使桥式整流管在交流电源电压的半个周期内,导通角趋于180°,使交流电源整流输入电流跟随整流全波电压的变化,整流输入电流的平均值接近正弦波,如左图所示,因而系统的功率因数被提升至接近1。图中,VDC是整流全波电压,i是整流输入电流。
PFC电路分两段工作,90~132V(交流)为低压输入段,PFC电路输出电压为260V(直流):180~264V(交流)为高压输入段,PFC电路输出电压为390V(直流)。切换段为140~165V(交流)。切换由比较器IC10(LM393)完成,当输入电压处在高端输入时,IC10的(3)脚电位高过(2)脚电位,Q21导通,使NCP1650的(6)脚采样到的电压变低,使PFC电路的输出电压升高到390V(直流)。
3.12V开关电源电路
12V开关电源电路以IC6(NCP1377)为核心构成,其作用是将PFC电路输出的400V直流电压变换为12V/4A稳定直流电压。
NCP1377是美国安森美半导体公司推出的准谐振电源控制芯片,内部采用了电流模式调制器,在电源负载空载的情况下具有最小的控制漏极开/关切换的驱动能力,NCP1377内部还设有过压锁定保护、自动恢复短路保护、过热保护等电路。下图所示是NCP1377内部电路框图,其引脚功能如下表所示。
脚位 | 引脚名 | 功能 |
1 | DMG | 磁复位信号与7.2V过压保护检测输入 |
2 | FB | 输出电压反馈信号 |
3 | CS | 电流检测 |
4 | GND | 地 |
5 | DRV | 驱动脉冲输出端 |
6 | VCC | 电源 |
7 | NC | 空 |
8 | HV | 高压端,向Vcc引脚的电容注入电流,保证正常的启动 |
(1)启动电路
当接通电源时,从PFC电路输出的高压HV从NCP1377的(8)脚引入,芯片内部电流源(典型值4mA)向NCP1377的(8)脚外接电容器C34充电,当电压Vcc达到12.5V时,电流源关断。这一过程还会激活Ims软启动功能,使启动变得较缓慢。
NCP1377启动后,内部电路开始工作,并从(5)脚输出开关脉冲,加到大功率MOS开关管Q5的G极,使Q5工作在开关状态。
开关电源启动后,开关变压器T2自馈绕组感应的脉冲电压经D13整流C34滤波后产生直流电压,加到NCP1377的(6)脚,取代启动电路,为NCP1377提供启动后的工作电压。
(2)稳压控制电路
设某一时刻12V输出电压升高,经R50、R51分压后,误差放大器IC7的控制极电压升高,IC7的K极(上端)电压下降,流过光耦合器IC8中发光二极管的电流增大,其发光强度增强,则光敏三极管导通加强,使NCP1377的(2)脚电压下降,经NCP1377内部电路检测后,控制开关管Q5提前截止,使开关电源的输出电压下降到正常值;反之,当输出电压降低时,经上述稳压电路的负反馈作用,开关管Q5导通时间变长,输出电压上升到正常值。
(3)过流保护电路
NCP1377采用开关频率固定(lOOkHz)电流型控制模式,其(3)脚作为过流检测端,当开关管Q5的电流过大时,流经开关管Q5源极电阻R39两端的取样电压增大,使加到NCP1377的(3)脚的电压增大,当(3)脚电压增大到阈值电压时,NCP1377关断(5)脚输出。
(4)过压保护电路
开关变压器T2的自馈绕组输出的电压经R35加到NCP1377的(1)脚,当NCP1377的(1)脚内部检测电路检测到的电压超过额定数值(7.2V)时,NCP1377的(5)脚停止输出驱动脉冲,使Q5截止。当检测信号撤除时,NCP1377的(5)脚再输出驱动信号,使Q5导通,继续工作。
(5)同步整流电路
同步整流电路由并联的SR同步整流管Q6、Q14组成,采用半波整流的驱动控制方式,通过变压器T3实现自驱动。T3的次级绕组N3与SR串联,有电流流过时产生驱动电压,经Q7、Q8、Q9组成的推挽缓冲级加在SR的G-S极间。
注意,Q6和Q14是反接的,和通常作为开关管时的接法完全相反,这两个管子是N沟道MOSFET,它们是带寄生二极管的场效应管实际上,Q6、Q14的内部电路如右图所示。从图中可以看出,如果Q6、Q14接法不正常,会使寄生二极管有导通的机会,这样就破坏了SR作为整流开关管的单向导电性。右图Q6.Q14内部的寄生二极管(6)准谐振电路由NCP1377构成的开关电源为准谐振电源或最低点电源,它通过检测开关变压器T2铁芯磁复位信号(自馈绕组的回扫电压)或者开关管Q5的漏极电压的最低点来触发导通开关管Q5。NCP1377的磁复位信号引脚①(DMG)连接开关变压器T2的自馈绕组,①脚的电压高于65mV时,NCP1377的⑤脚输出低电平,开关管保持关断状态;当NCP1377的①脚电压降到低于65mV时,经NCP1377内部消隐延迟时间后,⑤脚输出高电平,驱动开关管Q5导通,开始新的变换周期,这样可使EMI(电磁噪声干扰)最小。设置消隐延迟,可防止因开关频率过高(NCP1377的开关频率固定为lOOkHz)而引起开关管误动作。
4. 24V开关电源电路
24V开关电源电路以IC2 (NCP1217)为核心构成,其作用是将PFC电路输出的400V直流电压变换为24V/4A稳定直流电压。
NCP1217是美国安森美半导体公司推出的电源控制芯片,内部采用了电流模式调制器,工作频率固定在65kHz。下图示是NCP1217内部电路框图,其引脚功能如下表所示。
脚位 | 引脚名 | 功能 |
l | Adj | 调整跳跃峰值电流 |
2 | FB | 输出电压反馈信号 |
3 | CS(CurrentSense) | 电流检测 |
4 | GND(Ground) | 地 |
5 | Drv | 驱动脉冲输出端 |
6 | VCC | 电源 |
7 | NC | 空 |
8 | HV | 高压端,向vcc引脚的电容注入电流,保证正常的启动 |
(1)启动电路
当接通电源时,从PFC电路输出的高压HV从NCP1217的⑧脚引入,芯片内部电流源向NCP1217的⑥脚外接电容器C21充电,当电压Vcc达到12.5V时,电流源关断。此后,开关变压器Tl自馈绕组感应的脉冲电压经D7整流、C21滤波后产生直流电压,加到NCP1217的⑥脚,取代启动电路为NCP1217提供启动后的工作电压。
NCP1217启动后,内部电路开始工作,并从⑤脚输出开关脉冲,加到大功率MOS开关管Q2、Q17的G极,使Q2、Q17工作在开关状态。
(2)稳压控制电路
NCP1217通过控制脉冲信号的占空比,使得输出的电压稳定在24V。当次级输出电压超过24V时,经R27、R28分压后,误差放大器IC4的控制极电压升高,IC4的K极(上端)电压下降,流过光耦合器IC3中发光二极管的电流增大,其发光强度增强,则光敏三极管导通加强,使NCP1217的②脚电压下降,经NCP1217内部电路检测后,控制开关管Q2、Q17提前截止,使开关电源的输出电压下降到正常值;反之,当输出电压降低时,经上述稳压电路的负反馈作用,开关管Q2、Q17导通时间变长,输出电压上升到正常值。
(3)过流保护
NCP1217采用开关频率固定(65kHz)电流型控制模式,其(3)脚作为过流检测端,当流经开关管Q2、Q17源极电阻R20两端的取样电压增大时,加到NCP1217的(3)脚的电压增大,当(3)脚电压增大到阈值电压时,NCP1217关断(5)脚输出。
(4)待机控制电路
在接通交流市电的情况下,12V供电一直持续工作,电源待机电路的控制是对24V的电源进行控制。
在开机状态下,待机控制信号P-ON为高电平,Q4导通,Q12截止,光耦合器IC5不工作,对NCP1217无影响。
待机时,待机控制信号P-ON为低电平,Q4截止,Q12导通,光耦合器IC5工作,将NCP1217的②脚电位拉低,使NCP1217停止工作。
型号 | 厂商 | 价格 |
---|---|---|
EPCOS | 爱普科斯 | / |
STM32F103RCT6 | ST | ¥461.23 |
STM32F103C8T6 | ST | ¥84 |
STM32F103VET6 | ST | ¥426.57 |
STM32F103RET6 | ST | ¥780.82 |
STM8S003F3P6 | ST | ¥10.62 |
STM32F103VCT6 | ST | ¥275.84 |
STM32F103CBT6 | ST | ¥130.66 |
STM32F030C8T6 | ST | ¥18.11 |
N76E003AT20 | NUVOTON | ¥9.67 |