TCLAT25211STRW68566854开关电源电路的工作原理浅析.docx

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TCLAT25211STRW68566854开关电源电路的工作原理浅析

TCL-AT25211STR-W6856（6854）开关电源电路的工作原理浅析

作者：

刘一东

开关电源电路是采用SANKEN公司最新研制的STR-W6854（6856）电源控制芯片，它是高性能电压模式控制器，内藏功率MOSFET和控制器的FLYBACK（电压反馈）型开关电源用厚膜集成电路。

使用该IC可以大量减少电源元件的数量，简化电路的设计。

在现在的电视机中得到了广泛的运用。

STR-W6854电源控制芯片具有完善的过流、电压检测保护功能、内部热保护功能、过负荷保护功能。

它主要工作模式：

为了实现电源在全负载范围的高效率的工作，电源设置了三种工作方式：

轻负载、中等负载、重负载。

IC控制器根据负载的状态自动进行工作方式的切换。

一、电路的原理简介  

1．工作原理简述：

当插上电源开关后，AC220V/50HZ的交流市电，经过电源开关S801、F801、以及C801、T801A和C802、T801组成共模滤波器，把供电电路引入的各种电磁干扰抑制掉，消除电网电压中的高频干扰脉冲。

T801A和T801的感量都很大，分布的电容小，对非对称信号来说，T801A和T801及其前后联接的电容C801、C802，可以看成л型滤波器，对非对称信号有很好的滤除作用，而对从市电线路进入的对称性干扰信号来说，流过T801SA和T8021两线圈的干扰电流，其大小相等，方向相反，因而能够相互抵消。

由于共模滤波器具有双向性，即对随交流电供电线路引入的干扰信号，及由开关稳压电源高频振荡注入交流市电的电磁干扰具有同等的抑制作用。

所以共模滤波器是改善电视机电磁兼容性的一种有效措施。

电路如图⑴所示。

（1）

经干扰抑制后的市电，进入桥硅DB801（桥式全波整流）输出约+300V（空载时）不稳压直流脉冲电压，经C806、C807平滑滤波，由开关变压器T802的⑦、⑨脚绕组加到IC801（STR-W6854）第①脚,内部连接了调整管漏极D。

与此同时，电源输入端220V电压由桥硅DB801中的一个二极管半波整流后得到的脉动直流电，经R803（820K）限流，对C813（4.7UF）进行快速充电，以提供IC801的启动电压，当C813两端的电压达到IC801启动电压（18.2V）时，STR-W6854开始工作。

同时通过集成电路内部的预调整电路，使开关电源的振荡电路开始工作。

脉冲振荡电压经过集成电路内部的均衡驱动电路，输出开关脉冲到IC内部调整管的栅极，在开关脉冲的作用下内部调整管开始导通，这样就使T802的初级绕组⑦、⑨脚，产生了高频开关脉冲，并在T802次级绕组上感应出相应脉冲电压，经过次级绕组各自的整流、滤波、稳压电路，分别输出：

+125V、+33V、+18.5V、+12V、+10V、+9V、+5V等各种不同的直流稳压电源，供给整机各部份使用，其中：

+125V主电源，主要供给行扫描输出电路工作；+33V调谐电压，主要供TU调谐工作；+18.5V伴音供电电压，主要供IC603伴音功放电路工作；+12V经IC803（L7809）和IC804（L7805）稳压后输出+9V和+5V直流电压，供芯片小信号处理电路工作。

2．电源启动电路：

由于IC801的启动电流很小，R803可使用高阻值的电阻，来降低待机功耗。

但是要注意R803要向IC提供足够的锁定电路保持电流，特别是低电压输入的时候也要能向IC提供120UA以上的电流，因此R803的阻值也不能太大。

由于W6856采用BCD集成电路工艺，要求的工作电流很小，因此C813不需要很大的电容。

当启动控制器工作以后IC801的④脚（VCC端子）工作电流增加，VCC端子的电压将会随C813的放电而下降。

适当的增加C813的容量可缓解VCC端子电压在启动期间的下降率，即在副绕组（T802的④脚）所提供的电压（D808整流输出的VCC）上升到18.2V之前，C813内由R803注入的电量必须能给VCC端子提供足够的工作电压，那么即使辅助绕组的电压上升稍迟，VCC端子的电压也不会降到动作停止电压（10.4V）以下，确保电源能安全的启动起来。

但是，当C813的容量太大时，从充电动作开始到C813正极电压上升到18V所用的时间将会变长，即电源启动缓慢。

电路中选择R803=820k，C813=4.7uF，就可以保证即使在输入电压较低时，IC801启动动作完成后，第④脚的电压仍高于IC的动作禁止电压10.4V。

保证了启动电路工作的稳定性。

3.过电压检测保护：

如图②

STR-W6854具有过压保护功能，主要由IC801第④脚外围及内部电路工作组成。

当IC801第④脚VCC输入端,检测到T802的第④脚绕组反馈电压，即C813正极电压达到25.4V时，IC进入过压保护状态，该状态为死锁状态，需重新开关主电压开关电源才可能重新工作。

②

在控制电路开始工作以后，辅助绕组的电压经D808整流以后得到IC的工作电源。

但辅助绕组T802的④脚输出的电压在电源启动后并不能马上升到设定的电压，IC801的④脚电压因C813的放电而开始下降，所以辅助绕组在正常工作的状态下，D808整流输出电压要设定在使电容C813两端电压在控制器动作停止电压10.4V到保护电压25.4V之间，且要留有一定的余量。

此电路选择为18V，这样8V的压降足够保证电源启动后VCC仍有10.4V以上电压。

4．过电流检测保护电路：

见图③

STR-W6854具有过电流保护功能，主要由IC801第⑤脚外围的R813及内部电路工作组成。

通过检测R813上的漏电流的大小来启动保护电路，当漏电流超过IC规定的阀值时，强制关断调整管。

即：

大的漏电电流状态持续时间超过IC801的⑥脚（OLP端子）的OLP动作时间常数以后，IC进入锁定状态。

5．过负荷保护：

见图③

STR-W6854还具有过负荷保护功能，主要由IC801第⑥脚外围及内部电路工作组成。

主要检测T802次级绕组负载情况，进行过负载保护。

过负载保护使用锁定电路的方式。

③

当电源进入待机等轻载状态时，IC进入TFC工作方式时，导通时间被固定，导通电流用于调节关断时间Toff，以进行输出电压的控制。

因此，TFC工作方式是调节关断时间的Toff宽度调节的控制方式。

当电源副边发生过载时，电源的OCP电路开始动作，当检测输出电压误差的光藕电流为零时，IC801的内藏的电流源I（olp）=73uA开始通过R817给电容C812充电。

FB/OLP端子（IC801的⑥脚）电压电升至V（olp）=7.2V时，IC内部的比较器翻转，IC进入OLP锁定状态。

即，当主负载电路因发生故障而过载时，D822无法输出额定125V电压，使Q822的基极电压低于6.9V，因为Q822的发射极电位被D828稳压管固定在6.2V，而三极管be结正向压降要高于0.7V才能导通，所以Q822反偏截止，IC802-A内部的发光二极管停止发光。

见图④

125V（D822输出）

④

于是，IC802-B内部的光敏三极管得不到发光二极管的驱动而截止。

当IC801的⑥脚检测到光耦输出的误差检测电流为0时，IC801的⑥脚内部的电流源I（olp）=73uA开始通过R817给电容C812充电。

当FB/OLP端子（IC801的⑥脚）的电压升至V（olp）=7.2V时，IC内部的比较器翻转，IC进入OLP锁定状态，开关电源停止工作。

（见图③、④）

6．温度过热检测保护

温度过热检测保护电路置于IC内部，它的工作环境温度：

-20到+120℃，最高工作结温：

150℃，当环境温度超过120℃，或因电路过载使IC芯片温升达到150℃时，芯片内温度保护电路开始工作，使STR-W6854第⑦脚动作IC进入锁定保护状态，当温度降至允许值时，又会自动启动电源投入工作。

因此外界温度和电路故障使IC长时间工作于150℃的结温环境下，会造成IC击穿损坏。

7．锁定电路

      STR-W6854内藏OVP，OLP，TSD等多种保护电路。

保护电路的动作以锁定方式进行的，锁定电路动作以后，振荡器的输出保持低电平，停止对电源电路的支持。

锁定电路的保持电流在Vcc为9V时为120uA，在设计电源的启动电阻时需保证此项电流。

为了防止保护电路由于干扰出现误动作，在IC内藏了定时器，只有OVP，OLP，TSD持续一段时间以后锁定电路才开始动作。

由于锁定电路（IC的控制器）始终处在工作状态，而T803停振，所以其副绕组不能通过D808给C813提供足够的工作电压与电流，因而IC的消耗的电流将使Vcc电压下降。

但是，当Vcc电压下降到IC停止电压Vcc（OFF）时，电路消耗的电流将下降到Icc（OFF）为50uA,IC801停止工作，不再耗电，于是Vcc又开始上升。

这样，当IC801处于锁定状态时Vcc的电压将在Vcc（ON）和Vcc（OFF）之间变化，防止了Vcc端子电压的异常上升。

8．+125V稳压控制电路：

稳压控制主要由IC801第⑥脚识别控制。

当+125V主负载电源电压升高时，通过误差取样电路R835、R834、VR802的分压后取得的样本电压也升高，即提供给Q822基极的取样电压升高了。

而Q822的E极电位被稳压二极管D828固定在6.2V，（由于10V电压经D828的偏置电阻R833给稳压管D828提供偏置电流，这样D828才有为Q822的发射极提供稳定的6.2V电压的条件。

）这样加在Q822的BE结上的压降就变大，通过Q822的BE结中的电流增大。

所以当+125V主电源电压上升时，Q822的B极电压也上升，从而导致通过Q822的CE极的电流增大（Q822的导通程度变大），而Q822的C极与IC802这个光电耦合器②脚串联，所以会使通过IC802的①、②脚（IC802-A）的电流增加，IC802-A是IC802内置的发光二级管，当IC802第②脚电流增加，发光二极管的亮度也增强，这样就使连到电源初级的IC802这个光电耦合器的内置光敏三极管（IC802-B）的CE极（IC802④、③脚）电流增加（光敏三极管的导通程度变大），于是就拉低了IC802③脚的电位，而IC802③脚通过R816连接IC801（STR-6854）到第⑥脚，就使得IC801的第⑥脚的电压下降。

至此次级电压的升高情况通过光电耦合器IC802反馈到了IC801的⑥脚，而IC801第⑥脚为控制输入脚，IC801的⑥脚内部调整模块和PWM等电路接到⑥脚反馈进来的电压降低的信号，就使调整管导通时间减少，促使T802⑦、⑨绕组中的开关脉冲占空比下降，次级绕组中感应到的能量就减少，输出电压就降低，直到主电源稳定到125V为止。

同理，当+125V主电源下降时，使IC801第⑥脚检测电压上升，经IC内部调整模块和PWM的作用，促使开关脉冲占空比上升，促使主负载输出的直流电压也上升，直到主电源稳定在125V为止。

（见图⑤、⑥）

⑤

⑥

9．300V稳压保护电路：

稳压电路主要由R806、D804、Q802、Q803、D810等组成。

此电路工作于T802初级绕组（⑦、⑨脚绕组）的同极性感应时间，而且当桥式整流后加在开关变压器T802第⑦、⑨脚绕组上的直流电压低于300V时，本电路不工作，处于截止状态；而绕组上电压等于或高压300V时，电路才导通工作。

当T802第⑦、⑨脚绕组上直流电压低于300V时，T802第①、③脚绕组产生的同极性感应电压，经R806限流后，由D804整流得到的直流电压，送入Q802发射极，同时还经R807、VR801、R819分压后加到Q803基极。

此时，由于Q803的基极电压低于7.5V，使Q803截止不导通（Q803的E极电压被稳压二极管固定在6.8V，R810为D805提供偏置电流，使D805的稳压作用得以实现），从而使Q802也截止不导通。

因正常工作时Q803的发射级为6.8V，只有Q803基极电压达到或超过7.5V时（6.8V+0.7V=7.5V,6.8V为Q803的E极电位，0.7V为BE结导通电压），Q803才导通。

因此，此时Q803的C极输出高电平，Q802截止，其C极无输出，D810反偏。

（见图⑦）

⑦

当加在T802的初级（第⑦、⑨脚绕组）上直流电压等于和高于300V时，T802第①、③脚绕组产生的同极性感应电压，经R806限流、D804整流得到直流电压，分成两路：

一路送入Q802发射极，另一路经R807、VR801，R819分压后加到Q803基极。

Q803的基极电压等于或高于7.5V，使Q803的发射结导通，从而使Q803导通，其集电极输出低电平，从而使Q802也导通，这样Q802集电极输出电压经D810钳位，送入IC801第④脚，当VCC电压达到IC801的极限保护值25.4V时，IC801内的保护电路开始启动，进入锁定状态，开关电源停振。

10．待机控制电路：

当处于待机状态时IC101（TMPA8859）第（64）脚输出低电平，使Q007截止，其集电极输出高电平，Q825基极接到微处理器的控制器Q007送来的高电平，使Q825正方向导通，集电极输出低电平，引起Q824截止，Q823的基极电位瞬间升高，使Q823导通且Q823集电极的瞬间电流很大，也就是说此瞬间流经IC802-A的电流也很大，IC802内置的发光二级管的发光强度就突然增强，流经IC802-B中的光敏三极管的电流也就突然增大，IC801的⑥脚得到的瞬间反馈电流也就很大，于是IC801将开关频率变得很低，开关变压器的次级的感应电压因而大大的下降，各输出级的电压也随之大大的下降。

此时T802⑩脚输出电压经D825整流后的电压也大大下降，只有13V左右。

见图⑧

待机、开机控制输入

⑧

同时T802第（17）-（18）绕组输出电压也大大下降，经D823整流后，由D824钳位到Q821发射极时，Q821发射极的电压下降到2V都不到（在此状态下Q820、Q821集电极为13V左右，而Q820基极被D834稳压到9.1V），这样就使得Q820立即导通，于是Q821也就跟着导通，使Q821发射极电压为7.7V（9.1V-0.7V-0.7V=7.7V），D824反偏截止只起隔离作用，7.7V电压加到Q009、Q010等组成的IC101（TMPA8859）外围的复位电路，给TMPA8859提供复位电压，同时还输出+5V的CPU工作电压（VCC），使CPU仍可以正常工作，使IC101输出待机、开机指令。

当机器正常工作时，Q821发射极为D824输出的10V电压，而Q820的基极电压被D834稳定与9.1V，就使Q821的基极电压被锁定于9.1V-0.7V=8.4V比其发射机的10V电压低1.6V,所以Q821、Q820处于截止不导通状态。

也就是说Q820和Q821没有工作，只是起一个隔离作用，Q821的集电极125V,发射极10V。

见图⑧

值得注意的是，在待机时，由于初级绕组⑦、⑨中的开关脉冲频率大为下降，处于间歇振荡状态，T802④脚输出的经D808整流的为IC801④脚提供IC801工作电源的VCC电压也大为下降，已不能满足IC801的需要，改由D803、Q801、D802组成的电路供给。

见图⑨

⑨

个别单元电路功能介绍

（1）IC801第⑦脚RTFC端子作用：

RTFC端子用于TFC工作方式是调节调整管的导通时间T（on）。

TFC是一个导通间固定，关断时间可调的工作方式。

TFC端子外接的R818、C810组成了RC振荡回路，以决定IC801在待机时的振荡频率。

一般可根据待机负载对电源的要求来设计，一般通过调节R818的大小，得到合适的待机状态。

注意：

减小R818的阻值，电源的待机的振荡频率可随之增加；反之，电源的待机的振荡频率可随之减小。

但是，随着振荡频率的减小，MOSFET的峰值电流有增大的倾向，开关变压器可能出现噪音；随着振荡频率的增加，电源的待机功耗也有增大的倾向。

所以要具体情况具体对待，选择合适的阻值。

本机R818选择330K，C810选择0.015μ。

（2）IC801第⑤脚BD端子作用：

对Vds电压Bottom检测电路BD。

此功能在QR，MBS工作方式时有效。

当调整管的关断期间，检测由辅助绕组产生的Vds电压的Bottom信号，控制调整管的导通。

OCP电路在调整管的导通期间，检测调整管的漏极电流，在漏极电流超过IC规定的阀值V（ocp）时，强制关断调整管，这是一个Pulse-by-pulse方式的过电流保护电路，当OCP状态持续时间达到OLP端子的OLP动作时间常数以后，IC进入锁定状态。

开关电流的检测是通过R（ocp）进行的，即通过R814进行的，当Id*R814V（ocp）=-0.65V时IC内部的比较器翻转，关断调整管。

由于调整管的源极与控制器的公共端相连接，因此W6856的OCP电路是负电压的检测方式。

使用此种负电压检测方式时，调整管的栅极电流不流经R（ocp），调整管的最大开关电流不受R（ocp）压降的影响。

但是要注意使用负电压检测方式时，IC控制器公共端和电源的地是不相同的，R813和C814是为OCP信号而设置的滤波器。

在QR、MBS工作方式时，MOSFET的动同是使用OCP/BD端子信号的下降沿来控制的。

为了降低调整管D在导通是由于共振电容C809的放电而引起的开关损耗，需要对该信号进行调节以使调整管在开关损耗最小的Vds的Bottom处导通，即在波谷导通。

与开关损耗最小的Vds的Bottom位置相比，为了得以需要的BD信号，需要对辅助绕组的电压Vd进行延时，R813和C815就是为此而设置的延时电路。

D806用于阻断调整管在导通期间的辅助绕组的电压。

（3）Q801、D802等组成待机时为IC801第④脚VCC供电。

正常工作时，IC801第④脚通过T802第③、④绕组供电，第④脚电压经R812限流后，由D808整流得到18V电压；当待机时，T802各次级绕组输出电压都下降，使得次级③，④绕组电压也下降到2V左右，再经过D808整流得到的电压不能给IC801提供正常供电的18V，此时与IC801第④脚联通的D802负极电压低于16.6V。

由于Q801基极被D803稳压到18V，经Q801射随器输出17.3V，再经D802输出为16.6V，所以只要IC801第④脚VCC供电小于或等于16.6V时，Q801就导通为IC801供电。

而正常工作时IC801的第④脚由D808整流得到18V电压，高于D802的导通条件16.6V,所以D802截止，Q801也就处于截止不导通状态。

见图⑦

（4）R802、D801、C808、C817组成缓冲自激振荡电路的作用：

由于T802开关变压器第⑦、⑨绕组工作于脉冲振荡状态，在STR-W6854内部调整管关断瞬间，由于电感中的电流不能突变，与之串联的T802⑨脚会产生一个很高的感生电动势，引起调整管漏极电压突然升高，这种尖峰电压将导致调整管炸管损坏。

为了限制该电压的幅度，在电路中加入由R802、D801、C808、C817组成的缓冲器。

当MOSFET导通时，电源电压加在T802开关变压器第⑦、⑨绕组上，D801反偏，电流只能由⑦、⑨绕组流向IC801的①脚，并向C817、C808充电，由于流经电感的电流不能突变，只能由零逐渐增加，那么这个逐渐增加的电流就会在T802中形成一个逐渐增加的磁通，于是变化的磁通就会产生一个自感电动势，而自感电动势总是阻碍电流的变化的，所以在MOSFET导通时，在⑦、⑨绕组上就会产生一个上正下负的自感电压以阻碍绕组中电流的增加。

此时其它次级也会产生一个同极性的自感电压，不过由于各次级有二极管存在，以及对绕组绕向的特意设置，大多数次级并不向外输出功率。

T802初级见图⑩

⑩

当调整管关断时，同样由于电感中的电流不能突变，会由最大逐渐减小到零，这样就会在⑦、⑨绕组中产生一个阻碍这种变化的感生电动势，感生电压为下正上负，此时如果没有R802、D801、C808、C817的存在，电流就会突然中断，但电感中贮存的能量不可能凭空消失，就使漏极电压（IC801的①脚电压）急剧上升，如果MOSFET耐压足够高的话，能量就会在电路的某个尖端以电火花的形式放出，但现实中都以开关管炸管击穿的形式放出能量。

因此加入R802、D801、C808、C817后，D801受到正向偏置而导通，通过D801的钳位作用，使漏极电压上升速度被减慢。

C808、C817的作用是在二极管未导通的瞬间，⑨脚先对C808充电以消去因二极管死区电压的存在而产生的尖脉冲，保护IC801内部的MOSFET开关调整管,也保护D801不被尖峰脉冲击穿。

C808与T802第⑦、⑨绕组组成LC并联振荡电路，可使电源工作于自激振荡状态。

R802为C817提供放电通路，调整R802的大小可改变LC并联振荡电路的振荡频率。

这样在调整管关断的瞬间，T802第⑦、⑨绕组产生了⑨正⑦负的感生电压，MOSFET导通时充入的电量，此时在反向电压的充电作用下，经⑨→C808→C817→⑦形成回路。

在此反向充电过程中，D801随着导通，电流经T802⑨→D801→R802→⑦构成回路。

此时，各次级也感应了与MOSFET导通时极性相反的电压，经各级相应的二极管整流后输出给各自的负载

SRT-W6856IC各引脚功能与对地正反向电阻故障分析

引脚      符号      功能说明      用数字万用表对地测量（k）      IC各脚电压

              红接地      黑接地      待机      开机

①      D      开关管漏极      ∞     ∞      由于IC各引脚工作时含有交直流两种成份，故不能采用万用表测量各引脚电压值

②      NC      空脚      空脚      空脚      

③      S/GND      开关管源极     0     0      

④      VCC电源供电端      ∞      ∞      

⑤      OCP/BP     过流保护端     0．33      0．33      

⑥      FB/OLP     过载保护端      ∞      ∞      

⑦      RTFC      固定导通时间调整  455      455

注意:

STR-W6856与STR-W6854可以互换。

2012年10月17日

维护

成稿日期