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准谐振开关控制器在电视机电源中应用 | |
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慧聪电子元器件商务网 2003-09-01
14:41:47 | |
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| 开关电源应用在电视机中已经有多年的历史。为了方便电视机设计人员，半导体生产商不断推出高集成度低待机能耗的开关控制器。安森美半导体新推出的NCP1207就是很好的例子，它的主要优点如下文所述。
动态自供电 (DSS) 传统开关控制器必须在高压直流轨线与其Vcc之间连接一个电阻以便于启动。凭借专有的高压技术，NCP1207的高压引脚可以直接连到高压轨线上，不但确保了简洁、无损耗的启动序列，而且可以不依赖辅助绕组而工作。当次级重构引起辅助绕组损坏时，DSS是非常有用的，它维持了NCP1207的Vcc供电，从而让该IC保持了电视机内的mP或MCU的正常工作电压。 准谐振工作 NCP1207有一个退磁引脚用于检测变压器磁芯的复位。一旦退磁信号低于50mV，经过适当的延迟，在漏电压最低处(漏极振铃波形的波谷)功率MOSFET便开启。此外，在MOSFET漏和源之间可以加上一个电容，也不会造成很大的损耗。添加的电容降低了MOSFET开关的dV/dt值，减小开关噪声对屏幕的影响。 跳跃周期工作 在轻负载时NCP1207以跳跃周期工作，因此它能达到市场上最严格的待机能耗的要求。一旦电视机进入待机状态，控制器将跳过几个开关周期但仍然保持闭环调整。由于跳跃周期是在低初级峰值电流时出现，可以控制音频噪声在非常低的水平。为了进一步降低音频噪声，可以修改反馈环路，使NCP1207工作在受控的突发脉冲状态。 过压保护 假如光耦合器或反馈回路受到破坏，输出电压将会达到危险值。在功率MOSFET关断4.5ms后，NCP1207通过采样退磁信号检测到过电压。延迟时间保证了退磁信号出现明显的平台，并真实反映输出电压的状态。一旦发现过电压，控制器将进入长时间的闩锁状态，等待用户拔掉电线插头，重新启动变换器。 过载及短路保护 通过连续监测反馈线路的电压值，NCP1207在电源出现过负载或短路时马上进入告警状态，并保证系统不出现损害性的热失控现象。一旦故障排除，电源将回复到正常工作状态。 电路描述 图1描述NCP1207应用于29英寸彩电底盘中的实用电路。可以看到，控制器周围的元件数目非常少。变压器的初级电流循环始终由读出电阻R9监控，阻止了大于1V / 0.22W的峰值电流流入变压器。假如出现故障，内部的电流比较器能够在小于100ns(典型值)快速反应，为异常情况提供很好的保护。跳跃周期电平值可以根据系统要求通过R10方便地调节。在引脚1和地之间加入电容C5是为了在磁芯复位检测时引入一个小延迟。这个延迟确保完善的波谷切换，测试结果如图2所示。 在正常的情况下，+B输出电压由NCP1027来调节。输出电压反馈是由TL431 (U5) 通过光耦合器U2来提供的。此时齐纳二极管D10和D11是不起作用的。输送给电视机mP 或者 MCU 的+5V输出电压是由L2绕组来保持，而NCP1207的Vcc则由辅助绕组提供。由于+B的电压通常在100V到140V左右，L1的匝数要比L2多得多。此处便于解释，其它的输出绕组就省略了。 当mP或者MCU接收来自遥控装置的待机信号时，它会关断晶体管Q3。这时候二极管D9便不能保持正偏。在每一个反击周期，L1绕组的快速上升电压沿通过R11和C11产生栅极触发信号使X1导通。然后＋5V输出从L1而非L2上获得能量。由于次级绕组重构做成匝数比的改变，所有的输出电压除了＋5V外都下跌。同样地，辅助饶组的电压值下降到原值的几分之一。由于NCP1207有DSS功能, NCP1207仍然向次级提供电源。这时,L1绕线的所有能量都被＋5V的输出“抢走”，＋B电压下落到非常低的值，TL431的阴极引脚处于高阻抗状态。反馈环路通过12V齐纳管D11完成，电容C12被调节到大约13V。在这种轻负载的情况下，NCP1207自动进入跳跃周期模式来减少待机能耗。至此电视机电源完满地进入待机工作状态。根据变压器结构的不同以及mP消耗电流的大小，可能听到很小的噪声。为了进一步压制噪声，可以添加一个由D10、R14、R17、C13和Q2组成的滞后发生器。这个电路周期性地驱动一个大电流通过光耦合器并制止NCP1207的切换。 Q3开启时，电视机重新进入正常模式。可控硅 X1不能再导通，电源进入启动序列。+B电压慢慢升高直至达到额定电压。 欠压保护电路 所述的电视机电源电路在90~270VAC范围内正常工作，并且可以经受住大多数的系统故障。一个需要考虑到的情况是电力不足，交流输入电压超低的情况。与固定频率脉宽调制(PWM)架构不同的是，准谐振模式控制器没有最大占空比的保护。在很低的交流输入电压下，会使MOSFET开启时间变得很长。在这种状态持续情况下，功率MOSFET有可能处于电过载的状态。加入一个低电压保护电路可以大大地增强电源的可靠性。 图3为加入选用的欠压保护电路在内的最终电路。R1和R2设置成作为电压探测，一旦A点上电压低于Vcc-Vbe(PNP)，PNP管Q1将开启而退磁引脚的电压被拉高到地电压以上。二极管D1用于阻止退磁电压回到PNP管的集电极，从而对电容C1充电。同时D1可保证退磁信号在正常的工作中不会失真。6.2V齐纳二极管D2避免了在瞬态过程中发生错误的过压保护跳闸。91V齐纳二极管D3防止电源在欠压电路被触发后立即重启。直至交流线电压重新提高到85V AC以上时电源恢复工作。C1及C2的作用是滤波。 本电路的工作方式是，一旦体电容电压低于设置点，退磁引脚被拉到地以上的电平。因为没有探测到退磁信号(零交叉信号)，NCP1207会停止输出栅极驱动，所有输出以及Vcc会开始下降。由于失去了电压调节, 反馈引脚FB电压会错误地反映输出过载， 而一旦Vcc降到10V(UVLO电平)以下，NCP1207将会进入告警状态。但是此时D3不让电流通过HV引脚对Vcc电容充电，电源不能重新起动。这种状态将一直保持到交流线电压达到一个使D3导通的电平为止。 结论 NCP1207配合不同的MOSFET可作为14~29英寸阴极射线管电视机(CRT TV)的宽电压电源。本文描述的29英寸电视机底盘，在有消磁绕圈连接时交流220V的功耗为2.6W。在满负载的情况下，在整个AC输入范围内电源的效率都高达84％ 以上。在看重成本和组成元件数目的决定性因素中，NCP1207是一个很好的选择。 | |
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