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TEA1523P开关电源电路工作原理
来源:本站整理  作者:佚名  2010-02-11 10:26:22



   TEA152X系列开关电源是飞利浦公司新生产的高效率小功率开关电源模块。此电源在我公司近期生产的DVD视盘机中已广泛采用(TEA1523P),由此电源模块构成的电源性能稳定,保护完善,使DVD视盘机可以更稳定可靠的工作。
  此电源模块有三种封装形式,在我们公司应用的后缀为P的封装为8针双列直插式,此芯片的一些功能特色如下:
  1、可广泛的用于50W之内的精密开关电源。


  2、稳压范围极宽,输入电压在80—240V之间均能输出稳定的后级电压。
  3、开关电源的工作频率可调,以便在不同的需要时灵活的设计。
  4、调节RC振荡器的阻容元件可进行不同的PWM(脉宽)调制。
  5、电源工作以后仅有最小的开关损耗。
  6、在电源处于待机状态时自动降低工作频率仅输出低于0.1W的极小的功率。
  7、在设计时可自行调整的过流保护点。
  8、在输入电压高于或低于一定值时进入保护状态。
  9、过热保护。
  10、短路保护。
  TEA1523P采用小型的双列直插式封装,采用在开关变压器上的独立辅助绕组反馈以实现自激式振荡,使振荡频率便于调节和控制。此开关电源的特点是在开关变夺器允许的情况下频率可以得到很大范围的调整。在实际使用中的工作频率一般为100KHz左右,由于工作频率高,使得电源效率进一步提高了。
  由图上我们可以看到,芯片的内部电路主要由3脚内部的振荡器产生一个振荡频率,这个频率的高低可随3脚外接阻容元件的变化而改变。4脚输入由外部检测得到电压的变化情况,这个信号送到内部的脉宽调制控制电路和振荡电路,在输出电压出现不稳定的时候就通过调节起振的频率和脉宽,使输出电压保持在一个稳定值。内部的逻辑保护电路是一个极重要的电路,输入的信号有短路信号、温度信号、过压信号等,这些信号在超过一定的标准值以后通过门电路截断输送到MOS开关管栅极的信号,使开关管截止,保证模块的安全性。从5脚输入的信号经过内部的恒流放大器放大我逻辑电路处理后送到振荡器,为振荡电路的稳定工作提供一个反馈信号。在正常工作情况下4脚的电位应为2.5V,只有很小的电压变化。
  由于我公司以此电源设计的DVD电源电路差不多都相同,下面以F70P电源为例来分析整个电源的工作情况。此电源板的设计采用了TCL较常用的可插拔电源线的接口插座,使用可插拔的电源线可为用户带来不少的好处,在搬动机器时由于是可以先拔下线再搬动,显得更方便也更加安全。CON401是交流电的电源输入,输入的市电电压经过保险F401和开关CON402的保护和控制后送到交流滤波器L401进行交流滤波,滤波器可利用线圈的互感消除掉市电中较大的不稳定的尖锋信号。RV401是一个300V的压敏电阻,其作用主要也是用来消除交流电中的异常波动和电压过高时烧掉保险而保护其它的重要元件。输入的交流电源再经过NTC的压敏电阻TR401进入交流整流电路,TR401的作用是开机瞬间对电源起到一个缓冲作用,防止突然的大电流损坏整流电路中的晶体管器件,当然这个电阻的取值也是很小的。只有10欧,并且随着工作中温度的上升阻值还会不断变小。D401—D404组成桥式整流电路,整流管采用了高反压的整流二极管IN4007,反向击穿电压达到了1000V。整流后输出的100赫兹脉动直流电再由C403滤波为平滑的直流电压。整流滤波后的电压约为280—300V左右。这个电压通过开关变压器的初级绕组加到开关模块U401的第8脚(开关管的漏极)。
  D405、R401、C404组成瞬间间锋脉冲消除回路,防止开关机瞬间由于自感现象产生的较高的脉冲信号击穿开关管。由开关变压器的副辐助绕组通过第5脚反馈回电源模块U401,并且此绕组的感应电动势通过D406整流,C407滤波后为芯片的1脚提供一个相对稳定的工作电源,使芯片内部的电路处于工作状态。芯片的6脚为开关管的源极,外接R405、R406两只1欧姆的并联电阻。4脚应为较为长稳定的2.5V电压,在维修中我们可以把此电压作为维修电源的一个重要的参考电压。这个电压由辅助绕组整流后得到的电压中先经过D407稳压,光耦U402的3、4脚,再由电阻R402分压所得到。3脚为RC控制输入,外接电路用于控制振荡器的时间常数,通过改变此脚外围元件的值可以达到改变振荡频率,在本机中检测到输出电压的波动由此脚输入,再通过微调内部的频率及脉宽,达到稳定输出电压的目的。Q404是一个NPN三极管,正常情况下工作在导通状态,导通程度由基极电位来决定,而基极电位由光耦U402的3、4脚的导通程度来决定。但是在光电耦合器的三极管端完全截止的情况下,此开关电源并不完全停止工作,而以极低的频率振荡。在本机中待机控制的原理就是利用控制此光耦的状态来实现的。在极低的振荡频率下可输出正常的5V待机电源,但其它各路电压输出就很低了。最终的关系是Q404的导通情况随次级输出电压的波动而变化。U401的3脚外接电阻R403是4.7K的固定电阻,C405是22P的小电容,对频率的影响较小。C431同Q404的Rce(Q404-CE极的导通电阻)串联的RC网络是决定此模块振荡频率的重要因素。由于开机瞬间并没有正常的次级输出电压,这时Q404无可避免的就要处于截止状态,为了防止Q404处于此状态而使振荡器无法起振引起电源不能启动的故障。所以就直接从整流后的电源中用电阻R427和C430直接为三极管的基极提供偏置,保证电源的正常启动。
  C410是冷地与热地间的平衡电容,其作用主要是消除不良的电磁干扰,保证机器的电磁兼容性(EMC)在国家规定的范围之内。
  开关变压器的次级有多个绕组,经整流稳压后可输出机内各部份电路所需要的电源,这些电源从电源板的标准输出接口CN401输出,各脚输出的电压及所供电电路如下:1脚输出的电压在电源板上并未经过稳压,主要输出到进出仓控制电路,用来驱动电机的进出仓动作,这个电压在机器正常工作时为8V左右,在开关仓控制的时候会从7V—10V之间波动,在待机状态下此电源为2V左右。3脚输出稳定的3.3V电源,此电源经过U404稳压得到,供解码板上的解码芯片及SDRAM等芯片使用,由于此电源是最主要的一组电源,所需的电流较大,所以在稳压芯片的输入输出端并联了两只串联着的扩流二极管。保证在长时间工作的情况下电源供给充足,否则可能引起稳压块因过载而发烫,解伺电路电流过小而引起纠错不良等问题,这组电源在待机情况下应无输出,实测为0.6V左右。5脚输出+5V电源,为解码芯片的外围电路,音频D/A转换芯片及程序ROM等电路供电,这也是整机最主要的一组电源,此电源若出现异常将引起整机无法正常工作,待机时此电压为1V左右。6、7脚输出正负对称电源,这组电源主要供音频运放使用,也分为驱动芯片提供工作电压。这两个引脚电压为±10.5V,在待机时也约为1V左右。9脚为待机控制信号输入,从CPU送来的控制信号通过电源板上的待机电路实现待机控制功能。10脚为CPU供电电源,在待机或开机状态下都有正常的5V电源输出。11、12为VFD灯丝电源,13为VFD屏用的栅极负压(负24V),但这三个电源在本机中并未使用,因为本机面板显示用的蓝光液晶屏,只用直流电源供电即可。
  待机控制电路是本电源的一大特色,因为与以往的待机电源不同。以往我公司所生产的具有待机功能的电源(TOP系列电源),都是在开关变压器的次级采用可控的稳压模块来控制电源的输出,在发出待机控制指令后这些模块无电压输出。但是输入电压是正常不变的。也就是说开关电源在待机摸式下还是正常起振,开关变压器次级有正常的电压输出。这样对常时间处于待机状态下的机器的功耗就相对较大,并且时间久了也容易影响开关电源模块的寿命。但本电源则是直接控制电源模块的振荡频率,在极低的工作频率下只有极低的功耗,但有正常的待机CPU电源输出。这样从根本上使整个电源处于了“休息”状态。大大的增强了待机电源的可靠性。
  在正常的工作状态下,+5V和5V待机电源都为正常的5V高电平输出。PCON信号为低电平信号(实测约0.1V)。这时我们需要注意到另一路并未输出的电源,即开关变压器18脚经整流滤波后的电源,在D401的负极测这个电源应在60V左右。在发出待机指令后,此时PCON为一个高电平信号,这时Q403导通,导致Q402也连锁导通。这时候Q402发射极瞬间为极高的电平。由于稳压控制的取样点即是这一组待机控制电源,所以相应的U403的1脚取样点电平也大大升高,最终导致流过光耦二极管端的电流增大。使U402的3、4脚间导通电流增大,使Q404也更加导通。这时C403的对地串联电阻减小,最终导致频率降低,在频率降低至待机电源为5V时就稳定下来。在正常工作时稳压的过程也与此类似,最终使D415的负端保持为一个稳定的高电平,但此时这组电源为D415导通,整个电路工作在较高的振荡频率下,其它各组电源也才有正常的输出。
  由于此电源具有以上优点,并且待机控制容易,节约了价格较高的可控四端稳压芯片,所以得到广泛应用。

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