理论教育 电源部分工作原理讲解

电源部分工作原理讲解

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:1脚外接内部开关管S极过电流保护取样电阻R831,当MOSFET电流过大或R831阻值变大,1脚电压达到保护设定值时,内部保护电路启动,副电源停止工作。从7脚输出PFC激励信号,经过R821和二极管VD815,驱动V810工作于导通、截止状态。电路正常工作后,由于VD811正极电压为300V,而负极电压为380V,VD811呈反偏截止状态,对电路工作没有影响。

电源部分工作原理讲解

开关电源电路可分为300V形成电路、副电源电路、PFC电路和主电源电路四个部分。300V形成电路将220V交流市电整流得到的300V电压,送到副电源电路及PFC电路。副电源电路采用STR-A6059H,输出5VS副电压,供主板CPU电路使用;同时输出20V左右的VCC电压,经开/关机电路控制后,开机时给PFC电路及主电源电路提供工作电压。PFC电路采用MC33262,输出380V的PFC电压,送到主电源电路。主电源电路采用NCP1396A,输出84V、12V两路电压,分别供LED驱动电路及主板小信号电路使用。LED驱动电路使用了4片OZ9957,输出点亮LED灯条所需的电压。

1.副电源

海信2031二合一板的副电源电路包括5VS开关电源电路和待机控制电路两部分。它以小型厚膜电路STR-A6059H(N803)和开关变压器T901、稳压控制电路N834、N832为核心组成,一是产生5VS电压,为主板控制系统供电;二是产生+20V电压,经开/关机电路控制后,为PFC电路和主电源振荡驱动电路提供VCC1和VCC2工作电压。

副电源的工作电压来自PFC电路输出端C812、C810两端的PFC电压,由于待机时PFC电路不工作,加到PFC电路的脉动直流电压直接经过VD812整流,C810、C812滤波后,送到PFC电压输出端,此时PFC电压输出为直流300V。该电压进入副电源开关变压器T901的一次1-2-3绕组加到N803的7、8脚,一是加到内部开关管的D极;二是经内部电路向5脚外部C835充电,当C835上的电压达到芯片要求的启动电平时,N803开始工作,其内部的MOSFET(开关管)脉冲电流在开关变压器T901中产生感应电压,T901二次侧10脚感应脉冲电压,经外围电路整流、滤波后,在C839上生成5VS电压,给CPU待机电路使用。T901的4脚感应电压,经VD832整流、C835滤波后,向N803的5脚提供启动后的工作电压。

稳压控制电路:副电源的稳压控制是由电压比较控制器N843、光耦合器N832及N803的4脚内部电路来完成的。5VS电压通过分压电阻加到N843的参考控制极R,在N843内部进行基准比较,当电压异常时,调整N843的C-A极电流的大小。再通过N832反馈给N803,控制内部MOSFET的PWM开关控制信号的导通宽度,从而实现稳压控制。

保护电路:N803的2脚为300V电压检测保护端,如果300V电压过高,经分压电路分压后,送到该脚电压也升高,控制芯片停止工作。1脚外接内部开关管S极过电流保护取样电阻R831,当MOSFET电流过大或R831阻值变大,1脚电压达到保护设定值时,内部保护电路启动,副电源停止工作。为防止MOSFET在关断时,T901产生的自感脉冲将MOSFET击穿,在MOSFET的D极设置了由VD831、C833、R834组成的尖峰脉冲吸收电路。

开/关机控制电路:开/关机控制电路由V832、N833、V831等组成,从T901的4脚整流输出的20V电压,除了供N803使用外,还有一路送到待机控制电路中V831的c极。当CPU接到开机指令后,送来高电平的PS-ON信号,加到V832的b极。V832进入饱和导通状态.再通过光耦合器N833控制V831也进入导通状态,从e极输出20V左右的VCC1电压,给PFC振荡驱动电路N801的8脚供电,VCC1电压经R804后变为VCC2电压,为主电源振荡驱动电路N802的12脚供电。

2.PFC电路

海信2031二合一板的PFC电路由振荡驱动控制芯片N801(MC33262)、MOSFET(开关管)V810、储能电感T832、整流管VD812、滤波电容C810、C812等组成。

开机后开/关机电路送来的VCC1电压加到N801供电端8脚后,N801开始工作。从7脚输出PFC激励信号,经过R821和二极管VD815,驱动V810工作于导通、截止状态。当V810导通时,300V的脉动电压流过T832、V810形成电流,并以磁能的形式将能量存储在T832内部。当V810截止时,T832内部的磁能转换为峰值70V左右的自感电动势,其方向与300V电压是相同的,300V电压叠加上自感电压,再经VD812整流、C810、C812滤波后,输出380V左右电压,即PFC电压。

如果维修时测量PFC输出电压只有300V左右,说明PFC电源没有工作,T832没有产生自感电压,只有“馒头波”的峰值经过整流滤波后输出。

N801的2脚外接低通滤波器电路,起软启动作用,改变此电路的时间常数,可以改变稳压控制的反应速度及平均度。

储能电感T832上的2-5绕组是N801的过零检测取样绕组,过零取样信号加到N801的5脚,控制开关管V801工作在临界(断续导通)模式,从而减少开关电路的开关损耗,提高了电路的可靠性

N801的3脚是300V馒头波形取样输入端。由于临界模式的PFC电路,其控制芯片需要一个输入电压的基准波形来调整其工作频率。如果3脚没有波形输入,PFC电路就无法工作。(www.daowen.com)

VD811为开机浪涌电流保护二极管。在PFC电路开始工作的瞬间,供电电流可以首先通过VD811对C810进行充电,从而使流过T832的电流大大减小,产生的自感电动势也就小了很多,消除了开机瞬间可能出现的大电流,对滤波电容和开关管进行了有效的保护。电路正常工作后,由于VD811正极电压为300V,而负极电压为380V,VD811呈反偏截止状态,对电路工作没有影响。

稳压控制电路:PFC电压的稳压控制是通过N801的1脚来完成。PFC电压经电阻分压后,在R829上形成2.5V左右的反馈取样电压,从1脚送入芯片。在内部与基准电压进行比较,如果有误差,则调整开关激励信号的导通时间,从而控制电源输出稳定的PFC电压;而如果误差过大,则直接控制N801停止工作。

保护电路:N801的4脚是过电流保护检测输入端,当出现负载电流过大时,引脚外接的取样电阻R825、R833上的电压降上升。该电压送入N801,在芯片内部和阈值电压进行比较,如果高于阈值,N801就会停止工作,7脚PFC激励信号不再输出。

3.主电源

海信2031二合一板的主电源由振荡驱动电路N802(NCP1396A)、半桥式推挽电路V839、V840、开关变压器T831和稳压控制电路N842、N840组成。主电源的输出电路采用的是半桥谐振单电感加单电容的拓扑结构,常称为LLC谐振型电源电路。这种拓扑结构能够提升能效、降低电磁干扰(EMI)信号,并且能提供更好的磁利用。该电源电路在正常工作后,当其谐振电路的谐振频率等于激励振荡电路的振荡频率时,就可以使开关电源有最大的功率输出。

在本电源中,开关变压器T831的一次绕组和电容C865组成一个串联谐振电路,连接于功率输出管V839、V840的输出端。而振荡部分N802和功率输出部分看成一个他激型振荡器电路设计时将T831和C865的谐振频率设计为约等于N802内部振荡器的工作频率,更好地保证了电源电路的输出功率

开机后,开/关机控制电路的VCC2电压送到NS02的12脚,NCP1396A启动工作,从15、11脚输出频率相同、相位相反的开关激励信号,分别送到上桥开关管V839和下桥开关管V840的栅极。在PFC供电及VD839、C864组成的自举升压电路的共同作用下,在V839的S极,也就是N802的14脚,形成0V和380V变化的开关振荡信号。该振荡信号的振荡频率为F,送到后面由T831、C865组成的LLC谐振电路,由于谐振电路的工作频率fF相差不大,这样就有效保证了LLC电源的输出功率。

谐振电路的谐振点f和振荡器的振荡频率F不在一个频率点上,存在一个频偏,并且谐振频率低于振荡频率。如果谐振频率f增高,f就会靠近F,电路的输出功率就会增加,表现为输出电压升高;反之,如果谐振频率f降低,输出功率就下降,输出电压就降低。主电源就是采用控制频率的方式来达到稳定输出电压的目的,即控制振荡频率和谐振频率的频偏大小,来实现稳压。

根据振荡器的特性,振荡器的输出取决于负载,如果负载是谐振电路,那么输出必定是正弦波(条件是谐振电路必须和振荡器输出频率产生谐振)。因为主电源采用LLC谐振开关电源,且谐振频率f与N802输出的开关振荡信号频率F相近,所以开关变压器T831输出的是近似正弦波。既然是正弦波信号,那么整流输出电路就可以采用全波整流方式,以提高输出电压的稳定性。经过整流、滤波后,主电源电路输出两路稳定的直流电压,分别是84V和12V。其中84V电压送入LED驱动电路,而12V电压则分为两路:一路送到主板,供小信号电路使用;另一路送入LED驱动电路。

稳压控制电路:为了确保开关电源输出电压的稳定,还设计了N842、N840组成的稳压反馈电路。当由于某种原因导致12V输出电压升高时,分压后加到比较器N840控制端的电压也随之升高,引起KA431AZ导通程度加大。再通过光耦合器N833,将反馈电流送入N802的6脚(反馈输入端),当输入电流增大时,控制芯片内部的振荡器提高其振荡频率F。由于振荡频率F原本就高于负载LLC谐振电路的谐振频率f,提高振荡频率F进一步拉大了其与谐振频率f的频率差,使电路的输出功率下降,最终降低输出电压,实现稳压控制。当12V电压降低时,其控制过程相反。

保护电路:为了防止电源出现过电压工作情况,NCP1396A设计了两个保护控制端,分别是8脚和9脚。8脚为快速故障检测端,当故障反馈电压达到设定的阈值时,N831立即关闭15脚和11脚的激励输出信号,LLC电路停止工作。9脚为延迟保护控制端,当故障反馈电压达到设定的阈值时,N802内部计时器启动,延迟一定时间后控制芯片内部电源管理器进入保护状态。两个保护控制端的检测信号来自功率输出过电压保护电路。该电路由C863、VD835、VD834、N841、VZ832、V803等组成。当功率放大电路出现异常电压升高时,通过以上电路,使8、9脚这两个保护检测端电压上升。N802内部的激励电路被关闭,激励信号停止输出,主电源也就不再工作,完成功率输出过电压保护。

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