1.2 開關穩壓電源

串聯型線性穩壓電源由于調整管工作在放大區，因此調整管的功耗很大，效率較低（一般為40%～60%），且需要安裝較大的散熱片，增大了電源設備的體積和質量。電源變壓器的工作頻率為50Hz，頻率低而使得變壓器體積大、質量重。為了克服串聯型穩壓電源的這些缺點，在現代電子設備中廣泛采用開關型穩壓電源，它將直流電壓通過半導體開關器件先轉換成高頻脈沖電壓，再經整流濾波得到紋波很小的直流輸出電壓。開關型穩壓電源的調整管工作在開關狀態，通過改變開關管的導通時間來得到穩定的輸出電壓，具有功耗小、效率高、體積小、質量輕等特點，因此得到迅速的發展和廣泛應用。

1.2.1 開關電源的穩壓原理

1.開關電源的分類

開關電源的種類很多，可根據不同標準進行分類。根據開關變壓器與負載的連接方式可分為串聯型開關電源和并聯型開關電源；按照控制開關的導通方式可分為調寬型和調頻型開關電源；按照電源啟動方式的不同可分為自激型和他激型開關電源。

2.開關電源的特點

與串聯調整式穩壓電源相比，開關電源具有如下特點：

（1）允許電網電壓變化范圍寬。當電網電壓在110～260V（某些機型允許90～280V）范圍內變化時，開關電源仍能獲得穩定的直流輸出電壓，其直流輸出電壓的變化率保持在2%以下。而串聯調整式穩壓電源允許電網電壓變化范圍一般約為190～240V。

（2）功耗低、效率高。效率約為80%～95%，其功耗是串聯調整式穩壓電源的60%左右。

（3）體積小、質量輕。

（4）可靠性高。

（5）容易實現多路電壓輸出和遙控。

（6）電路復雜、造價較高。

3.開關電源的組成

開關電源主要由EMI濾波器（抗干擾電路）、低頻整流濾波電路、開關調整管振蕩電路、開關變壓器、高頻整流濾波電路、過壓過流保護電路、控制電路等組成，如圖1-17所示。其工作過程是：220V交流電壓經過EMI濾波器和低頻整流濾波電路變換成300V左右的直流電壓，在控制電路的控制下，開關調整管輸出高頻脈沖電壓，經開關變壓器進行升壓或者降壓變換后，再經過高頻整流濾波電路輸出穩定的直流電壓。保護電路負責電路的過壓、過流保護。

4.開關電源的穩壓原理

開關電源的穩壓原理框圖如圖1-18所示。如果電網電壓不穩使輸出直流電壓UO增大，經光電耦合器隔離，誤差放大器A的同向輸入端電壓減小，其輸出電壓減小。該電壓（UC+）與角波（UC）比較結果，會使其輸出電壓（UG）的占空比減小，如圖1-19虛線所示，從而使VMOS導通時間減少，截止時間增加。經二次整流后取出方波的平均值（UO）將隨之減小, 這就是開關電源的穩壓原理。

1.2.2 串聯型開關電源

1.串聯型開關電源的基本組成

串聯型開關電源是指負載電阻與儲能電感L1相串聯的開關電源。它是由EMI濾波器、整流濾波電路、開關調整管VT、開關變壓器T、啟動電路、正反饋電路、脈寬調整、取樣比較及過壓保護電路等組成的，如圖1-20所示。

2.串聯型開關電源的工作原理

由圖1-20可知，220V電網電壓經過EMI濾波和低頻整流濾波電路，得到+300V左右的直流電壓，經開關變壓器T初級繞組L1加至調整管VT的集電極。

（1）首次上電，由啟動電路使調整管VT導通。

（2）正反饋電路（L2、R、C1）使VT由導通進入飽和狀態。VT經啟動電路啟動后進入導通狀態，導通電流在L1兩端產生左正右負的感應電動勢，經T耦合在L2兩端產生右正左負的感應電壓，該電壓經R向C1充電并向VT提供基極電流，由此產生的正反饋使VT很快進入飽和導通狀態。VT飽和導通后，300V電壓經L1向負載RL供電，并對C2充電，使VT的電流Ice線性增加，同時在L1中儲能。

（3）正反饋電路中，隨著C1充電使VT由飽和變為截止。隨著C1充電電流的不斷減小，VT基極電流也不斷減小，到某個時刻使VT退出飽和區而進入放大區，由于強烈的正反饋，使VT很快進入截止區。與此同時，反饋電容C1開始放電，在VT的be結上形成反偏電壓，使VT維持截止狀態。VT截止后，L1儲存的能量通過L3及二極管VD1向負載供電，同時，C2上儲存的電荷也向負載放電，使負載上得到平滑的直流電壓。

（4）行逆程脈沖觸發VT由截止變為導通。以后，VT由截止轉為導通，是靠行逆程脈沖的觸發實現的。當行逆程脈沖到來時，強迫VT由截止轉為導通，當行逆程脈沖過后靠反饋電路（L2、R、C1）的強烈正反饋，使VT進入飽和區。取樣比較電路與脈寬調整電路根據輸出電壓的大小以及C1的充電來綜合控制VT的截止時刻，即控制VT的導通時間，從而使輸出電壓穩定。

（5）過壓保護。穩壓管VD2起到過壓保護作用。當輸出電壓很高時，會使穩壓管VD2擊穿（燒壞而短路），使輸出端短路，從而使過流保護電路立即動作或者使熔斷器熔斷而切斷輸入電源。

3.串聯型開關電源的特點

串聯型開關電源的主要特點是：對調整管的最大集電極電流和c、e極間耐壓要求低；輸出的直流電壓穩壓性能好，紋波系數小；具有電路簡單、成本低、電網高頻竄擾小等優點，但存在電網電壓與主板地線不隔離的缺陷。當維修者觸摸底盤時，220V交流電會通過人體與大地形成回路，具有很大的危險性。如果使用示波器測量信號波形，又使用帶地線的電源插座，將會引起電源短路。因此，維修時應特別注意人身和測量儀器的安全。為了檢修方便，可在開關電源輸入端加接1:1的隔離變壓器，目的是將開關電源電路與電網隔離。另外，采用這種開關電源電路的電視機若有AV輸入/輸出端子，還有可能使與之相連的錄像機、DVD等發生短路故障，連接前應特別注意。

4.串聯型開關電源的應用實例

如圖1-21所示為一種彩色電視機使用的串聯自激調寬型開關電源的電路圖，下面介紹其工作過程。

1）整流濾波與自動消磁電路

220V交流電壓經電源開關S801、熔斷器FU801（2A）和互感濾波器（EMI）C801與T801加至橋式整流電路，得到300V左右的直流電壓。

自動消磁電路由消磁線圈L901和正溫度系數（PTC）熱敏電阻RT890組成，首次上電自動完成消磁功能。消磁線圈套在顯像管的外框，由漆包線繞成，PTC熱敏電阻的特性是常溫時電阻值一般在16～27Ω，在通電加熱后瞬間阻值達到幾十千歐，因此消磁線圈中的電流在瞬間很大，然后沿一定的曲線下降到很小，這樣就起到給顯像管內部鐵磁材料消磁的目的。

2）開關調整與自激振蕩電路

（1）脈沖前沿階段（VT3由截止→導通→飽和）。首次上電，300V電壓經啟動電阻R811給VT3基極提供偏置電壓，使VT3工作在放大狀態。VT3的Ic3流過T802的初級繞組產生感應電動勢e1，為左正右負。同時在T802的⑥、⑧腳反饋繞組中產生左負右正的感應電動勢e2，e2經R812、C811使VT3的Ube3增加，進一步使Ib3增加，形成正反饋，使VT3迅速飽和。

（2）脈沖平頂階段（VT3處于飽和狀態）。VT3飽和導通后，300V電壓經T802的初級繞組、VT3給負載RL供電，并給C812充電，電流Ic3按線性規律逐漸增加，使T802初級繞組儲能。

（3）脈沖后沿階段（VT3由飽和→導通→截止）。在VT3飽和導通后，由T802反饋繞組產生的感應電動勢e2（左負右正）經R812、C811、Rbe//RK給C811充電。充電時間常數τ充= C811·（R812+Rbe//RK）。其中，Rbe是VT3發射結的導通電阻，RK是調寬管VT2的c、e極間等效電阻。隨著充電的進行，VT3基極電流Ib3逐漸減小，當Ib3<Icm/β時（Icm、β分別是VT3管集電極飽和電流和電流放大倍數），VT3脫離飽和進入放大狀態。隨后，由于Ib3減小，引起Ic3減小，T802的初級繞組和反饋繞組中產生的感應電動勢的極性均反相，所引起的正反饋使VT3迅速截止。

（4）脈沖間歇階段（VT3處于截止狀態）。此階段，T802初級繞組儲存的能量通過次級繞組釋放出來。在T802的⑦腳、⑧腳次級繞組產生左負右正的感應電動勢e3，使續流二極管VD807導通，并通過VD807、L811給負載RL供電，并對C812充電。電路中的L811、C820有減小對外輻射干擾的功能，C812起平滑濾波作用。同時，300V電壓經R811、C811、R812、T802的第⑥、⑧腳繞組也對C812充電，給負載RL供電，而且還給C811反向充電，使VT3的基極電位Ub3逐漸增加，當Ub3約大于0.5V時，VT3脫離截止狀態而進入放大狀態，開始下一個周期的振蕩。

當行逆程脈沖到來時，VT3基極電位Ub3迅速上升，使VT3提前脫離截止狀態而進入放大狀態，從而使間歇振蕩與行振蕩同步，被行頻鎖定。

3）穩壓控制電路

穩壓控制是由厚膜電路N801實現的。當市電電壓過高或負載過輕而使設定值為112V的輸出電壓UO偏高時，VT1基極電位Ub1上升，引起VT1基極電流Ib1上升，又使VT1集電極電流Ic1增加，也就使VT2基極電流Ib2增加，使VT2的c、e極間等效電阻RK減小，使脈沖平頂階段充電時間常數τ充減小，平頂時間減小，即脈沖寬度TON減小。在振蕩周期T一定的情況下，TON減小使輸出的直流電壓下降，從而使輸出電壓恢復到原先的設定值。反之，當某種原因使UO降低時，經過與上述相反的穩壓過程，同樣可使輸出的直流電壓回到原來的設定值。

4）脈沖整流濾波與過壓保護電路

開關調整管VT3導通時由厚膜電路N801直接輸出，開關調整管VT3截止時由T802的⑦、⑧腳繞組提供電能以及300V電壓經R811、C811、R812、T802的第⑥、⑧腳繞組也對C812充電，給負載RL供電，輸出主電壓+112V。

當開關調整管VT3截止時，脈沖變壓器T802的第腳之間的繞組產生腳為正、第⑩腳為負的感生電動勢e4，經VD805整流、C815濾波后，得到43V電壓，供給場輸出電路使用。當VT3飽和導通時，T802第腳繞組的感應電動勢e4為左負右正，e4使VD805截止，由C815給負載供電。電路中的C817、R818以及C820、L811、C813、C818都是用來減小開關電源對外輻射干擾的。

為了防止112V電壓過高，電路中加有穩壓二極管VD806作為過壓保護元件。當輸出的直流電壓超過+130V時，VD806擊穿，將+112V輸出端對地短路，強迫開關穩壓電源停止工作。這種過壓保護電路是破壞性保護電路，一旦VD806擊穿就需要更換。

1.2.3 并聯型開關電源

1.并聯型開關電源的基本組成

并聯型開關電源是指負載電阻與儲能電感L1相并聯的開關電源。它是由EMI濾波器、低頻整流濾波電路、啟動電路、開關調整管VT、開關變壓器T、高頻整流濾波電路、取樣比較電路、脈寬調整電路、反饋電路、過流保護和過壓保護電路等組成的，如圖1-22所示。

2.并聯型開關電源的工作原理

由圖1-22可知，220V電網電壓經過EMI濾波和低頻整流濾波電路，得到+300V左右的直流電壓，經開關變壓器T初級繞組L1加至調整管VT的集電極。

（1）首次上電，300V電壓經啟動電路使VT微導通。

（2）正反饋電路使VT由微導通進入飽和導通。啟動電流使VT微導通，VT的集電極電流Ice流過開關變壓器T的初級繞組L1，就在L1兩端產生上正下負的感應電動勢，經T耦合

在反饋繞組L2兩端，也產生上正下負的反饋電壓，此反饋電壓通過反饋電路加至VT基極，使VT很快進入飽和導通狀態，L1儲能。

（3）VT導通時間的控制。VT進入飽和導通后，導通時間由脈寬調整電路控制。取樣比較電路根據輸出電壓的高低輸出不同的誤差電壓去控制脈寬調整電路，再由脈寬調整電路來調整VT的導通時間，從而實現輸出電壓的穩定。

（4）VT由截止變為導通的控制。對于自激式開關電源，由于L1與分布電容及電路中的電容之間產生諧振，所引起的振鈴電壓使VT由截止轉化為導通。對于他激式開關電源，一般是由行逆程脈沖來強迫VT導通的。

（5）L1儲能向負載供電。在VT導通期間，300V電壓對L1充電儲能，二極管VD1由于反偏而截止，輸入電源不向負載供電；當VT截止時，VD1導通，原先在VT導通時儲存在L1上的能量通過變壓器T耦合由L4向負載RL供電，同時向C1充電。C1上積累的能量，在VD1截止時供給負載，使負載電流保持平滑。

（6）過壓保護。當輸出電壓很高時（一般設定在140V左右），穩壓管VD3擊穿（燒壞而短路），使輸出端短路，從而使過流保護電路立即動作或使熔斷器熔斷而切斷輸入電源。這種保護是一次性的，即故障排除后，穩壓管需更換。

3.并聯型開關電源的特點

并聯型開關電源的主要特點是：采用開關變壓器耦合，可以使輸入電源與輸出電源實現電氣隔離，即電視機主板地線不與電網零線相連，也容易與外界建立接口連接，但電路相對復雜，對開關管要求較高。