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平板电视维修的必备知识—开关电源 基础原理篇(二)
发布时间:2011-8-24 阅读:5366次  

平板电视维修的必备知识——开关电源 上集 基础原理篇(二)    郝铭
  开关电源的种类
三   目前电视机用开关电源种类:
1、 串联型开关电源;
前面概述图1.5介绍的**是一个典型的串联型开关电源电路。其所谓串联;是指控制元件的开关、储能电感和电源是串联关系;+B电压经过控制元件开关K、储能元件L向负载RL提供能量。
 
另一种类型的串联型开关电源;
上一篇 图1.5介绍的一种开关电源的控制元件开关 K的位置是在储能元件L的前面,电路工作时;电源****入开关K;再进入储能元件L 。图1.9是一种把控制元件置于储能元件之后的串联型开关电源,电路工作时;电源****入储能元件L;再进入开关K 。

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                                                                          图1.9
在图1.5所示的电路中,控制开关K断开后负载RL可以由电感L存储的能量经过续流二极管D继续供电。在图1.9电路中,由于开关K的位置在电感L的后面,当开关K断开,也同时切断了电感L存储的能量对负载供电的回路。所以在电感L上面增加了一个能把电感能量在开关K断开后继续向负载RL供电的绕组L2。

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                                                                           图1.10
工作原理:图1.10、图1.11所示;
当开关K接通时;电源+B经过电感L、开关K对负载RL供电,此时电流流过电感L,上的自感电势方向是:左正右负,电流逐步上升并以磁能形式存储,另一个绕组L2和L绕制在同一个磁芯上,作用于同一个磁场,L2也同样产生感生电势,其方向也为:左正右负(L2的感生电势方向可以根据需要改变L2的输出引线位置设置),此时二极管D反偏截止,L2内部无电流产生,如图1.10所示。

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                                                                       图1.11
当开关K断开时;电源+B电流被切断,L自感电势方向变化为;左负右正,L2的自感电势也变化为;左负右正,L2这个左负右正的自感电势正好是二极管导通的方向,经过负载RL、D、L2流通继续对负载L2供电,图1.11所示。

2.并联型开关电源
图1.12所示是一个并联型开关电源

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                                                                           图1.12
并联型开关电源电路的特点 其所谓串联;是指控制元件的开关和储能元件串联后和供电电源是并联关系;+B电压是加到串联的储能元件L和控制元件开关K上面,负载RL上获得的电压是储能元件上面的自感电势加+B电压。是属于一种升压型的开关电源。
并联型开关电源工作原理:

开关K接通,+B经过电感L、开关L流通,+B全部加到电感L上,电感L上的自感电势方向左正右负,电流逐步上升,并以磁能的形式存储在电感内部,这是由于开关K导通;二极管D截止,图1.13所示。

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                                                                          图1.13
当开关K断开时;电感L上面的自感电势方向转变为左负右正;图1.14所示,此时加到二极管D上的电压为:+B加电感L上的自感电势;经过D整流及电容器C滤波后提供给负载RL,负载上的电压等于:+B电压+电感L自感电势电压,所以此种并联型的开关电源只能做成;升压型的开关电源。

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                                                                  图1.14
以上两种开关电源的输出部分都没有办法做到和市电绝缘,也**是说都是“热”底板。

3   变压器型开关电源
图1.15所示是变压器型的开关电源,它实际**是一个在储能电感L1上增加了次级副线圈绕组L2、L3的并联型的开关电源。由于L2、L3绕组和L1绕组在同一个磁芯上(在同一个感生磁场),L1的感生电势通过电磁感应作用直接从L2、L3输出;并且可以分别改变L2、L3和L1的匝数比达到改变输出电压的目的。也可以根据需要绕制多个次级绕组以达到多电压输出,以适应不同负载的需求,所以称为变压器型电源。更重要的一点是:此种变压器型开关电源,其次级L2、L3等绕组和初级绕组L1之间是“磁”的联系(耦合),没有“电”的联系(耦合),可以做成安全性极高的不带电的“冷”底板。这是前面介绍的两款串联型开关电源和并联型开关所做不到的。所以目前几乎所有的采用开关电源的电器设备无一例外的都采用了此类的“变压器型开关电源”作为整机供电源。

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                                                              图1.15
   四、   变压器型开关电源工作原理
1、 反激励变压器型开关电源和正激励变压器型开关电源:
图1.16在电电路上和图1.15****相同;所不同的是:图1.16中L1、L2、L3绕组的一端标注一个“黑点”。这个标注的黑点的绕组的一端称为“同名端”,它表示在开关电源工作时;几个绕组有“黑点”的一端的感生电势的电压的极性都是相同的(都是“正极性”或者都是“负极性”)。

按这种极性的连接方式;决定了开关电源在工作时;开关管K和整流二极管D是轮流导通还是同时导通;
开关管K和整流二极管D轮流导通工作的开关电源称为;反激励型开关电源,如图1.16所示(注意图中绕组标注“黑点”的位置;L1黑点标注在下方;L2、L3黑点标注在上方),此方式的开关电源当开关管断开时;二极管D1、D2导通向负载提供电流。
反激励变压器型开关电源和正激励变压器型开关电源原理上的区别**是同名端的连接不同。

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                                                                          图1.16
开关管K和整流二极管D同时导通工作的开关电源称为;正激励型开关电源,如图1.17所示(注意图中绕组标注“黑点”的位置;L1、L2、L3黑点标注均在下方),此方式的开关电源当开关管闭合时;二极管D1、D2导通向负载提供电流。

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                                                                             图1.17
2 、 反激励变压器型开关电源工作原理:
当开关管K导通时;图1.18所示+B经过L1及K流通;此时L1产生的自感电势方向为;“上正下负”(楞次定律:在电感线圈中自感电势总是对抗外加电势相对抗,当外加电势引起电流上升时;自感电势的方向总是对抗外加电势引起电流的上升),此时;L1、L2、L3绕组标注黑点的同名端均为;“负”(注意图1.18中L1、L2、L3绕组标注的“+”、“-”符号),由于变压器次级L2、L3绕组的二极管D1、D2均接在标注黑点的同名端,而此时;标注黑点的同名端为;“负”所以;二极管D1、D2均反偏不导通。

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                                                                             图1.18
当开关管K断开时;图1.19所示+B经过L1及K流通的电流被切断;此时L1产生的自感电势方向为;“上负下正”(楞次定律:在电感线圈中自感电势总是对抗外加电势相对抗,当外加电势引起电流下降时;自感电势的方向总是对抗外加电势引起电流的下降,此时自感电势和原外加电势同方向),此时;L1、L2、L3绕组标注黑点的同名端均为;“正”(注意图1.19中L1、L2、L3绕组标注的“+”、“-”符号),由于变压器次级L2、L3绕组的二极管D1、D2均接在标注黑点的同名端,而此时;标注黑点的同名端为;“正”所以;二极管D1、D2均导通,并向负载RL1、RL2提供电流。

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                                                                                 图1.19
以上这种开关管K和整流二极管轮流导通的方式,称为;反激励方式。
可以看出,这种反激励方式的开关电源在开关管K导通的时候输入级的电能以磁能的形式储存在变压器的初级绕组L1中,由于输入输出级同名端相反,所以此时D1、D2截止,负载没有电流流过。一旦开关管K断开时,变压器次级绕组以感应电压为负载供电,并对变压器消磁(变压器中存储的磁能释放)。

    从中可以看出,反激式开关电源有一个****的优点,**是由于初级截止的时候次级导通,初级导通的时候次级截止,初、次级不同步,这样次级对初级的反馈干扰**有限,并且不太容易引起自激震荡,所以这种电源工作比较稳定。目前在小功率电源中大量使用,并且变压器的制作要求简单,变压器在工作中以存储磁能为主,所以变压器的体积都比较大。
 
3、   正激励变压器型开关电源工作原理:
当开关管K导通时;图1.20所示+B经过L1及K流通;此时L1产生的自感电势方向为;“上正下负”,此时;L1、L2、L3绕组标注黑点的同名端均为;“负”(注意图1.20中L1、L2、L3绕组标注的“+”、“-”符号及和二极管D1、D2的连接方式),由于变压器次级L2、L3绕组的二极管D1、D2均接在标注黑点的同名端相反的另一端,而此时;标注黑点的同名端为;“负”所以;二极管D1、D2的连接端为;“正”均正偏导通,并向负载RL1、RL2提供电流。

当开关管K断开时;图1.21所示+B经过L1及K流通的电流被切断;此时L1产生的自感电势方向为;“上负下正”,此时;L1、L2、L3绕组标注黑点的同名端均为;“正”(注意图1.19中L1、L2、L3绕组标注的“+”、“-”符号),由于变压器次级L2、L3绕组的二极管D1、D2均接在标注黑点的同名端相反的另一端,而此时;标注黑点的同名端为;“正”所以;二极管D1、D2均反偏截止,处于断开的状态。

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                                                                     图1.20
可以看出正激励型的开关电源其开关管K和整流二极管是同时导通;同时截止工作的。
以上这种开关管K和整流二极管同时导通的方式,称为;正激励方式。

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                                                                    图1.21
此种正激励方式在开关管K导通时,形成的磁能虽然也存储于变压器初级绕组L1中;但是此时,变压器次级绕组L2、L3的感应电势也同时不断的经过D1、D2源源不断的向负载RL1、RL2提供,L1产生的磁能立即被L2、L3消耗掉了,所以说:正激励变压器型开关电源的变压器是以传递能量为主。变压器的体积要比以存储能量为主的反激励变压器型开关电源的变压器体积要小的多(这**是;为什么目前耗电200瓦至300瓦以上的平板电视其开关电源变压器体积比过去一般几十瓦的CRT电视机的开关电源变压器还要小,CRT开关电源一般都采用反激励,平板电视开关电源大多采用正激励)。并且由于在开关管K断开的瞬间,由于此时变压器内部存储的磁能基本已经很小(能量已经被传递走了),所以产生的自感电势幅度也小的多(自感电势的大小与变压器的磁通量正比),特别有利于采用性能****的MOS管作为;开关管(由于目前的制造技术;MOS管的耐压均小于1000V)。

正激励方式虽然优点多多,但是开关变压器的制造工艺要求、漏磁要求要高的多,并且由于磁能随时传递,在开关管K导通时,对抗+B引起L1电流上升的自感电势**小的多,在设计电路上要采取防止开关管K产生电流过冲的,电流饱和电路。
待续     开关电源开关管的振荡激励、稳压控制及准谐振技术

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