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优派VE710S液晶显示器电源原理分析

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  ViewSOYllCVE710S液晶显示器开关电源电路如下图所示,系统由PWM电流型控制器SG6841(位号I801)、开关变压器T801、MOS—FET功率开关器件Q801、三端精密基准电压源TL431D(位号1803)、光电耦合器TLP621(位号I802)、前级共模滤波和整流滤波,以及相关元器件组成。

  一、开关电源工作原理
  
  1PWM电源控制器SG6841
  
  SG6841是美国通用半导体公司(SILi-conGeneral)推出的一款绿色节能型PWM电源控制器,其主要特点有:引脚数量少、外围电路简单、价格低廉;电压调整率很好,可达到0.01%;频响特性好、稳定幅度大;启动电流为30μA,正常工作电流仅3mA;内设节能模式控制器,在轻负载时自动降低开关频率,符合美国能源之星(EnergyStra)待机能耗规定的节能标准。

  SG6841内部框图如右图所示,集成的功能包括:高压启动电流源、高精度基准电压源、OSC振荡器、比较器、RS锁存器、斜率补偿、节能模式控制器、可编程脉冲调制、图腾柱式激励级、功率限定控制、过电压保护、过热保护、峰值电流限制及欠压锁定等电路。

  SG6841采用8脚PDIP封装结构,各引脚功能如下:

  (1)脚-GND:内部控制电路公共接地。

  (2)脚-FB:反馈电压输入,外接光电耦合器用于PWM控制稳压。

  (3)脚-VIN:启动电流输入,内接高压电流源产生与5mA恒定电流快速启动。

  (4)脚-Ri:基准电流设定,外接时间常数元件Ri。

  (5)脚-RT:过热保护控制端,外接过压保护电路。

  (6)脚-Sense:电流检测输入,内设过电流保护功能。

  (7)脚-电源供电输入端,电压工作范围10V<Vdd<16V。

  (8)脚-驱动脉冲输出,可直接驱动MOSFET功率器件。

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  2.电源工作原理
  
  (1)电源启动与振荡形成
  
  合上电源开关S801,市电由C801-L805-C804共模滤波除去高频干扰脉冲,得到纯净交流电,再经13801~3804-C805桥式整流滤波,产生约300V直流悬浮电压,然后分成两路:一路通过开关变压器T801(3)→(1)主绕组→L801加到MOSFET功率器件Q801漏极;另一路通过R806+R804+R805三只串联电阻限流加到PWM控制器IC801(3)脚。

  注入IC801(3)脚电流给(7)脚外接电容C807充电,当充电电压升到12.8V时,内部电路启动,OSC振荡器输出时钟脉冲由激励级放大从(8)脚输出,驱动外部的MOS—FET功率管Q801导通;Q801导通后,整流电流经T801(3)-(1)绕组→L801→Q801漏-源极→R811→公共热地构成的闭合回路,在R811上形成电压降给C808充电,并加到I801(6)脚内电流比较器的同相输入端,当(6)脚电压上升到反相端设定的基准门限电压时,比较器翻转,触发RS锁存器复位,关断Q801漏一源通道,直到下一周期OSC输出时钟脉冲时再次驱动Q801导通……上述过程交替进行,开关电源进入周期性的高频振荡状态。

  电源振荡形成后,T801(4)~(5)绕组感应脉冲由D807-C810整流滤波,产生+15V直流电压,经D809加到I801(7)脚,取代(3)脚启动电源为其内控制电路供电。

  T801(8)~(9)绕组感应脉冲由D821整流、C822-L803-C823π。型滤波,得到+12V直流电压为LCD屏内逆变高压电路供电;T801(10)~(11)绕组感应脉冲由D822整流、C824∥C828-L804-C825π型滤波,产生+5.0V直流电压,为机芯微处理器Icl06供电,+5V直流电压由四端稳压器稳压调整成3.3V和2.5V给数字电路I105、I101和I102等供电。

  (2)PWM稳压控制调整
  
  SG6841属于峰值电流模式控制PWM,简称电流模式控制。从图2可以看到,由IC801(20)脚输入的反馈电压信号送到PWM比较器后,并不是像电压模式控制那样与OSC电路产生的固定三角波电压斜坡比较,而是与一个变化的、其峰值代表输出电感电流峰值的三角波和斜波合成波形信号比较,然后得到PWM关断信号。这种由电压外环和电流内环控制PWM的双闭环控制系统,具有对输入电压变化和负载变化的动态响应快和控制设计简单,自动的磁通平衡以及瞬时峰值电流限制等优点。

  开关电源产生的+5.0V直流电压由R825∥R524分压采样,加到精密基准电压源I803控制端,与内部2.5V基准电压比较,产生误差电压,经放大,控制光电耦合器1802(1)~(2)脚内发光二极管中的电流,进而使1802(4)~(3)脚内阻减小→加到I801(2)脚的反馈电压(由内部6V电压分压产生)减小→I801(6)脚充电电压上升至比较器反相输入端电压所需时间缩短→PWM控制信号提前关断开关管Q801→T801(3)-(1)绕组转换储存的能量减少→+5V直流电压回落到设定值。

  (3)开关电源的保护功能
  
  浪涌电压限制保护:开关管Q801由导通翻转至截止瞬间,急骤突变的漏极电流在T801(3)~(1)绕组激发上负下正的反向电动势,其值达交流峰值的数倍;这时开关二极管D806正向导通给C806充电,随后通过电阻R833~R836放电,将浪涌尖峰脉冲吸收转换成焦耳热释放,以免瞬间击穿开关管Q801。

  过电压保护:T801(4)~(5)绕组感应电压由D807-C810整流滤波、经隔离二极管D809加到I801(7)脚和齐纳二极管I)808负端:电源输出电压正常→D808截止→Q803截止→I801(5)脚悬空为高电平;如果电源输出电压升高达到整定阈值→T801(4)-(5)绕组感应并经整流滤波的直流电压将D808击穿→Q803饱和导通→I801(5)脚电压下拉至0.65V以下,比较器翻转,关断内部偏置供电一开关电源停止工作。

  在I801(5)脚还接有过热保护电器。当芯片温度上升到120℃时,I801(5)脚被下拉到O.65V以下,比较器翻转,通过与非门关断控制电路偏置。

  过电流保护:在I801((6)脚电流比较器的反相输入端加有0.85V基准门限电压。如果I801(2)脚电压失控,使流过开关管Q801的漏极电流增大、当R811上的电压降达到O.85V时,电流比较器翻转,触发Rs复位,关断开关Q80l,以免迅速增大的漏极电流热击穿MOSFET功率器件。

  欠压锁定保护:开关电源进入振荡工作后,I801对(7)脚输入的VOD电压进行检测,如果加到(7)脚内比较器同相输入端的直流电压下降到其反相输入端设定的10V门限电压,则比较器翻转,通过与非门关断控制电路偏置。

  功率限制保护:设在SG6841内的功率限制器是通过检测反馈到I801(2)脚的直流电压来实现保护功能的。如果负载出现过流,使反馈到I801(2)脚的直流电压下降至4.2V以下,则功率比较器动作,从第一输出端产生控制信号触发RS锁存器复位,关断开关管Q801;同时从第二输出端输出控制信号,通过与非门关断控制电路的偏置供电,使OSC停止振荡。

  如果电源负载出现开路或进入待机工作状态(仅为CPU提供5V电压),则芯片内的节能模式控制器动作,自动降低OSC振荡频率,使电源进入弱振窄脉冲激励方式,以减小电源处于轻负载或待机状态时的耗能。

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