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电源学习

一.LCDTV电源简介

因为液晶屏本身没有发光功能，这就需要在液晶屏后加一个照明系统，该背光照明系统由发光部件、能使光线均匀照射在液晶表面的导光板和驱动发光部件的电源构成。

现在发光部件的主流为被称作冷阴极管的荧光管。

其发光原理与室内照明的热阴管类似，但不需象热阴管那样先预热灯丝，它在较低温状态就能点亮，因此叫冷阴极管。

但要驱动这种冷阴极管需要能输出1000～1500V交流电压的特殊电源。

由于一般的市用电网电压都是220V/50Hz或110V/60HZ的交流电压，而显示器的大部分电路是工作在低压的条件下，所以需要在显示器上专门的配有电源电路。

其作用就是将市电的交流电源转换成24V、12V的直流电压输出，给显示器供电。

由于显示器的主板上还有DC-DC电压转换器以获得8V/5V/3.3V/2.5V电压，所以电源输出的12V的直流电压就能满足显示器工作的要求。

鉴于此，要实现这一特殊的电源，就要从12V直流电压转换成1000~1800V交流电压，就是用Inverter。

而从交流电压转换成12V直流电压的就是Adapter。

二.EMI滤波电路

•EMI电路是由电容和扼流线圈所组成的

•EMI滤波电路是电源中的第一道滤波电路，其作用是滤除电网中的高频杂波和同相干扰信号，以及避免电源中产生的电磁辐射泄漏到外面。

•没有EMI电路的电源所泄漏的电磁辐射会影响到显示器和声卡等设备的正常使用，而且还会对人身造成伤害。

·EMI滤波电路工作原理

A.扼流线圈：

扼流线圈是一个以铁氧体为磁芯的共模干扰抑制器件，它由两个尺寸相同，匝数相同，绕向相反的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件。

B.一级EMI滤波（滤除高频杂波和同相干扰信号）

图1中L901扼流线圈，它对于共模信号呈现出大电感具有抑制作用，而对于差模信号呈现出很小的漏电感几乎不起作用。

扼流线圈在磁路中产生的磁通路互相抵消使用在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号（如雷电干扰），而对线路正常传输的差模信号无影响。

C908为差摸电容电容值越大对低频杂讯效果愈佳。

但是有电流限制，因为电容越大，容抗越小，对地电阻越小，在电压为一定值的情况下，流过电容的电流越大，此电流所做的功为无用功，因此不能选的太大。

C.二级EMI滤波

它由电感线圈L910和C909及LC电路组成，它进一步滤除高频杂波。

（原理同上）

三.AC-DC整流电路

下图是半导体直流电源的原理方框图,它表示把交流电变换为直流电的过程。

图中各环节的功能如下：

1.整流变压器　将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。

2.整流电路　将交流电压变换为单向脉动电压。

3.滤波器：

减小整流电压的脉动程度。

4.稳压环节：

在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。

为符合整流需要的电压。

整流电路

整流电路中最常用的是单相桥式整流电路它由四个二极管D1D4接成电桥的形式构成。

四.PFC线路及升压线路

A.PFC功率因素校正电路

•功率因素定义：

交流输入实际功率与视在功率之比值。

PF=实际功率/视在功率=（VL×I1×COSφ（VL×IR）=（I1／IR）×COSφ＝Y×COSφVL：

电网电压有效值；I1：

基波电流有效值；IR：

电网电流有效值；COSφ：

基波电压与基波电流相移因数；Y：

电网电流交流失真因数。

平常当交流通过二极管整流后再通过电容滤波得到直流电压。

由于电容的存在，电容上的电位很高，只有当交流电的电压值大于电容上的电压值时，二极管才导通，才有电流流动；而当电容上的电压值大于交流电的电压值时，二极管不导通，没有电流流动，此时为无用功。

•从下图即可看出电流波形并非一个正弦波，而是断续的，因此会产生许多谐波；并且电流与电压不同相。

导通角小。

B.校正原理

参照上述公式，要使PF值高，必须使Y≈1并COSφ≈1。

即:

（1）：

使输入电流波形逼近正弦波，使各次谐波为零（Y≈1）。

（2）：

同时使输入电压与电流波型保持同相（COSφ≈1）

C.实现方法

（1）无源技术：

把一LC电路简单地插入，进行移相。

但用此法若要达到好的效果,电感及电容值要很大，造成重量大，体积大，成本高。

（有时也采用这种简单电路，但PF值0.7左右。

）

（2）有源技术：

即开关电源单向升压式高频有源功率因数校正技术。

TV采用的是有源技术，采用此技术后PF值可由原来的0.5pf提高至0.9pf。

工作原理：

通过图中IC920输出矩形脉冲，使Q901工作在开关状态，L903充放电，通过电感来校正电流的相位，使电流与电压相位一致以提高功率因子，并防止MONITOR产生的多次谐波对电网的干扰，提高电源的有效利用率。

D.IC920各脚功能描述：

1）VSEN：

电压比较器反向输入端，通过电阻网络R910、R911、R912、R913、R914对输出电压进行取样，将到样到的电压送到比较输入端进行稳压，覆行电压调整和过电压、欠电压保护功能。

2）COMP：

电压比较器输出端，该脚通过电容与地之间连接，用作调节控制带宽。

为得到非畸变输入电流。

3）MULT：

乘法器输入，侦测电网电压。

4）CS：

过流保护反馈端。

5）ZCD：

零电流检测。

可以控制开关管工作的频率。

6）GND：

接地端。

7）DRV：

PWM输出。

通过一简单的稳压电路与MOS管相连输出矩形脉冲控制MOS管工作在开关状态，L903充放电，通过电感来校正电流的相位使其与电压相位相同。

8）VCC：

供电脚。

只有在24V升压板供电电路工作起来以后PFCIC才进行供电并开始工作。

VCC启动门限为12.5V,在门限开通后禁能电压为10V。

五.PWM控制电路基本原理

　脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，缩写为PWM）。

开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式。

其基本原理可参见下图。

Ａ.对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。

直流平均电压Uo可由公式计算，即

Uo=Um×T1/T

式中Um-矩形脉冲最大电压值

T-矩形脉冲周期

T1-矩形脉冲宽度

B.借由PWMIC控制开关管的导通与否，配合次级侧的二极管和电容，即可得到稳定DC电压的输出。

Ui为含有一定交流成分的直流电压，由开关功率斩波和高频变压器降压，将储存于在变压器的能量传递给次级侧，转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。

此外改变变压器初、次极的圈数，就可以得到想要的DC电源。

PWM控制电路是这类开关电源的核心，它通过取样反馈闭环回路，调整开关时间比例即占空比。

以达到稳定输出电压的目的。

C.PWM控制器FA5541N

FB：

反馈电压输入端。

用于提供PWM调节信息，PWM占空比就是由它控制。

VDD：

电源供电端。

OUT：

PWM脉冲输出。

GND:

接地。

ZCD：

零电流检测。

可以控制开关管工作的频率。

CS：

过流保护反馈端。

D.DC/DC变换器用于开关电源时，很多情况下要求输入与输出间进行电隔离，这时必须采用变压器进行隔离，称为隔离变换器。

这类变换器把直流电压或电流变换为高频方波电压或电流，经变压器升压或降压后，再经整流平滑滤波变为直流电压或电流。

变压器T901因为有气隙之故，其初级圈具有隔离，变压和储能电感的三重功能。

当IC950的OUT端输出PWM控制脉冲，控制Q902做开关状态。

当OUT端输出高电平时，开关管Q902导通，此时T901的初级线圈有电流流过，产生上正下负的电压，则次级产生下正上负的感应电动势，但这时次级上的二极管D961、D960截止，此阶段为储能阶段；而当OUT端输出低电平时，开关管Q902截止，初级线圈上的电流在瞬间变为0，初级线圈的电动势为下正上负，在次级线圈上感应出上正下负的电动势，此时D961、D960导通，有电压输出。

六.输出电路

A.在变压器的输出端设有输出整流滤波回路，对直流变换后的电压进行整流与滤波，使之得到稳定的输出。

因为整流二极管D存在着反向恢复时间，在导通瞬间会引起较大的尖峰电流，它不仅增加了D本身的功耗，而且使开关管流过过大的浪涌电流，增加了开通瞬间的功耗。

一般采用快速恢复二极管或肖特基二极管作为整流二极管。

上图中的D960和D961即为整流二极管。

B.当输出整流二极管两端加反压时，由于二极管中贮存电荷，也将有较大的浪涌电流产生，因此在二极管及输出电压中将有很大的噪声。

因此在整流二极管上并接FB960-FB963，C960，C961回路，可吸收上述干扰。

C.C965，C964，C966和L966组成输出端抑制传导干扰电路。

D.DC24V-DC12V

图5DC24V-DC12V电路

此电路是将直流24V转换成12V的直流电压

七.反馈电路

A.上图6电路为电压取样和反馈回路。

B.该电路主要通过光电耦合器IC990和精确电位调节器IC995将输出电压反馈回FA5541NFB端。

C.当电源的输出端电压超过24V或12V时，由于IC995的REF端电压大于2.5V，则IC995内部比较器输出高电平从而使NPN管导通。

IC990即光电耦合器的2脚电位随着降低，显然这种变化势必会使得流过光电耦合器的发光二极管的电流有所增大。

这导致FB端电压降低，于是OUT端的输出脉冲占空比变小，使次级输出电压降低，所以达到降压的目的。

输出端电压下降；同理，当输出电压降低时，IC995内部比较器的输出低电平从而使NPN管截止，从而使得流过光电耦合器的发光二极管的电流减小，可使FB端电压升高，于是OUT端的输出脉冲占空比变大，输出电压上升。

图6反馈电路