彩色电视机开关电源设计解析

作者曾多年从事彩电开关电源研制，本文结合过去的工作经验，试图从彩色电视机电源应用角度，谈谈反激型变换器基本原理和工作方式，电视机对反激变换器的独特要求，以及单管反激变换器的工程设计方法及调试经验等。祈望有助于业界人士和广大电视机维修人员的工作。

2 反激型变换器原理和两种工作方式

单管反激型变换器电路及其工作波形如图1所示。当Q1被输入脉冲驱动而导通时，流过Np绕组的初级电流会以斜率为VDC/Lp线性上升，在导通时间（ton）结束时刻，初级电流i1已升到峰值

I1P=×ton (1)

图1 基 本 电 路 及 波 形

同时磁芯内存储有能量

E= (2)

当Q1截止时，磁芯内储能向次级释放，因为电感内的电流不能突变，所以在截止开始瞬间，初级电流传递到次级并使次级电流峰值为

I2P=I1P (3)

这个电流会直接向输出电容充电。经过几个周期后，次级直流电压VO已建立，此时伴随Q1截止，I2会从NS流出，其值为

i2=I2P－t (4)

式(4)表明，在截止期间的i2是线性下降的，它反映了磁芯储能释放情形。根据磁芯储能是否全部释放可导出反激型变换器的连续与不连续两种工作方式，事实上随着输入市电电压或者电视机接收负载(例如音量，辉度)的变化，电视机电源都有可能经历这两种工作方式。

1）不连续工作方式如果市电电压较低或者电视机接收负载过重，就使次级电流i2在Q1的下一次导通之前已下降到零，这表明所有磁芯储能已传送到负载，此后Q1的每一次导通，相应的初级电流i1及磁通? 都要从零开始上升。这种工作状态叫不连续方式，其波形如图2所示。

图2 不 连 续 方 式 波 形

现时，在一个周期T内从电源VDC输入的功率Pi为

Pi== (5)

假定电源的效率为80％，即

Pi==1.25= (6)

由式(6)得输出电压NO为

VO=VDCton (7)

式（7）说明：

（1）如果图1电路工作在不连续方式，若不小心将负载RL开路，则有可能因输出电压VO过大而烧坏管子，这种情况在调试时是时有发生的；

（2）即使图1能正常工作，其输出电压VO亦会随着输入电压VDC和负荷RL的变化而变化，极不稳定。为了得到稳定的输出电压，需要象图3那样加入一个反馈稳压电路，它是由输出电压采样分压器，EA误差放大器和一个由直流电压控制的可变宽度脉冲发生器组成。从式(7)可见，此反馈电路必须能够保证在VDC或RL升高时，降低ton，或者在VDC或RL下降时升高ton。

图3 带 反 馈 稳 压 电 路 的 变 换 器功率管Q1所承受的最大电压应力的计算：

在Q1截止期间因有次级电流i2流过NS，在NS上产生的电压幅值近似为输出电压VO(忽略二极管正向压降及引线损耗)，此电压反映在初级绕组NP上产生感应电动势VNP：

VNP=VO (8)

因此截止时功率管Q1所承受的最大电压应力为

VDSmax=VDCmax＋VNP=VDCmax＋VO (9)

在实际运用时，Q1所承受的最大电压应力不仅限于VDSmax，同时还要加上由变压器漏感所带来的附加电压尖峰(估计约为0.3VDC)，而且在选双极型管时，需要注意以上二者之和应该比所选管的额定值VCEO小30％，这样才有足够的安全余量。

2）连续工作方式如果市电电压升高或者接收负载减轻，这使次级电流i2在Q1的下一次导通到来之时仍未下降到零，磁芯仍含有一部分储能，它会反映到初级，使此后Q1的每一次导通，相应的初级电流i1及磁通φ都不是从零而是从一个恒定值开始上升。这种工作状态叫连续方式，其波形如图4所示。

图4 连 续 方 式 波 形

应该指出，根据磁通复位原则，在连续方式中会存在一个磁通平衡点φO，在φO的基础上让导通时的磁通增加量Δφ1等于截止时磁通减少量Δφ2，故有

VDCton=VOtoff

得出

VO=VDC= (10)

由式（10）可知，如果图1的电路工作在连续方式中，则输出电压VO只取决于匝数比NS/NP，时间比ton/toff以及输入直流电压VDC，而和负载RL无关。

同样地，实际的电源应该象图3那样加入反馈电路，那么由式(10)可知，这个电路的作用应该是当输入直流电压VDC升高时，让ton减少，或者当VDC减少时，让ton升高，以便保持输出电压VO不变。

如果将式(8)代入式(10)，则有

VDCton=VNPtoff （11）

由此可进一步简化式(9)，即截止时功率管Q1所承受的最大电压应力可化为

VDSmax=VDCmax＋VO=VDCmax＋VDCmax= (12)

考虑功率管还要承受由变压器漏电感所引起的电压尖峰(其值约为0.3VDCmax)。因此实际VDSmax′应为

VDSmax′=VDSmax＋0.3VDCmax=1.3VDCmax＋(NP/NS)VO (13)

3）实例

有一29嫉缡踊其最大输入市电电压为AC 264V，变压器NP=32匝，NS=28匝，VO=140V，则由式(13)得出VDSmax′=1.3××264V＋160V=645V。设计时，对MOSFET管要选择其VDS耐压≥VDSmax′的，下面介绍连续方式的输入、输出电流与负载功率的关系。