1.2 开关稳压电源

串联型线性稳压电源由于调整管工作在放大区，因此调整管的功耗很大，效率较低（一般为40%～60%），且需要安装较大的散热片，增大了电源设备的体积和质量。电源变压器的工作频率为50Hz，频率低而使得变压器体积大、质量重。为了克服串联型稳压电源的这些缺点，在现代电子设备中广泛采用开关型稳压电源，它将直流电压通过半导体开关器件先转换成高频脉冲电压，再经整流滤波得到纹波很小的直流输出电压。开关型稳压电源的调整管工作在开关状态，通过改变开关管的导通时间来得到稳定的输出电压，具有功耗小、效率高、体积小、质量轻等特点，因此得到迅速的发展和广泛应用。

1.2.1 开关电源的稳压原理

1.开关电源的分类

开关电源的种类很多，可根据不同标准进行分类。根据开关变压器与负载的连接方式可分为串联型开关电源和并联型开关电源；按照控制开关的导通方式可分为调宽型和调频型开关电源；按照电源启动方式的不同可分为自激型和他激型开关电源。

2.开关电源的特点

与串联调整式稳压电源相比，开关电源具有如下特点：

（1）允许电网电压变化范围宽。当电网电压在110～260V（某些机型允许90～280V）范围内变化时，开关电源仍能获得稳定的直流输出电压，其直流输出电压的变化率保持在2%以下。而串联调整式稳压电源允许电网电压变化范围一般约为190～240V。

（2）功耗低、效率高。效率约为80%～95%，其功耗是串联调整式稳压电源的60%左右。

（3）体积小、质量轻。

（4）可靠性高。

（5）容易实现多路电压输出和遥控。

（6）电路复杂、造价较高。

3.开关电源的组成

开关电源主要由EMI滤波器（抗干扰电路）、低频整流滤波电路、开关调整管振荡电路、开关变压器、高频整流滤波电路、过压过流保护电路、控制电路等组成，如图1-17所示。其工作过程是：220V交流电压经过EMI滤波器和低频整流滤波电路变换成300V左右的直流电压，在控制电路的控制下，开关调整管输出高频脉冲电压，经开关变压器进行升压或者降压变换后，再经过高频整流滤波电路输出稳定的直流电压。保护电路负责电路的过压、过流保护。

4.开关电源的稳压原理

开关电源的稳压原理框图如图1-18所示。如果电网电压不稳使输出直流电压UO增大，经光电耦合器隔离，误差放大器A的同向输入端电压减小，其输出电压减小。该电压（UC+）与角波（UC）比较结果，会使其输出电压（UG）的占空比减小，如图1-19虚线所示，从而使VMOS导通时间减少，截止时间增加。经二次整流后取出方波的平均值（UO）将随之减小, 这就是开关电源的稳压原理。

1.2.2 串联型开关电源

1.串联型开关电源的基本组成

串联型开关电源是指负载电阻与储能电感L1相串联的开关电源。它是由EMI滤波器、整流滤波电路、开关调整管VT、开关变压器T、启动电路、正反馈电路、脉宽调整、取样比较及过压保护电路等组成的，如图1-20所示。

2.串联型开关电源的工作原理

由图1-20可知，220V电网电压经过EMI滤波和低频整流滤波电路，得到+300V左右的直流电压，经开关变压器T初级绕组L1加至调整管VT的集电极。

（1）首次上电，由启动电路使调整管VT导通。

（2）正反馈电路（L2、R、C1）使VT由导通进入饱和状态。VT经启动电路启动后进入导通状态，导通电流在L1两端产生左正右负的感应电动势，经T耦合在L2两端产生右正左负的感应电压，该电压经R向C1充电并向VT提供基极电流，由此产生的正反馈使VT很快进入饱和导通状态。VT饱和导通后，300V电压经L1向负载RL供电，并对C2充电，使VT的电流Ice线性增加，同时在L1中储能。

（3）正反馈电路中，随着C1充电使VT由饱和变为截止。随着C1充电电流的不断减小，VT基极电流也不断减小，到某个时刻使VT退出饱和区而进入放大区，由于强烈的正反馈，使VT很快进入截止区。与此同时，反馈电容C1开始放电，在VT的be结上形成反偏电压，使VT维持截止状态。VT截止后，L1储存的能量通过L3及二极管VD1向负载供电，同时，C2上储存的电荷也向负载放电，使负载上得到平滑的直流电压。

（4）行逆程脉冲触发VT由截止变为导通。以后，VT由截止转为导通，是靠行逆程脉冲的触发实现的。当行逆程脉冲到来时，强迫VT由截止转为导通，当行逆程脉冲过后靠反馈电路（L2、R、C1）的强烈正反馈，使VT进入饱和区。取样比较电路与脉宽调整电路根据输出电压的大小以及C1的充电来综合控制VT的截止时刻，即控制VT的导通时间，从而使输出电压稳定。

（5）过压保护。稳压管VD2起到过压保护作用。当输出电压很高时，会使稳压管VD2击穿（烧坏而短路），使输出端短路，从而使过流保护电路立即动作或者使熔断器熔断而切断输入电源。

3.串联型开关电源的特点

串联型开关电源的主要特点是：对调整管的最大集电极电流和c、e极间耐压要求低；输出的直流电压稳压性能好，纹波系数小；具有电路简单、成本低、电网高频窜扰小等优点，但存在电网电压与主板地线不隔离的缺陷。当维修者触摸底盘时，220V交流电会通过人体与大地形成回路，具有很大的危险性。如果使用示波器测量信号波形，又使用带地线的电源插座，将会引起电源短路。因此，维修时应特别注意人身和测量仪器的安全。为了检修方便，可在开关电源输入端加接1:1的隔离变压器，目的是将开关电源电路与电网隔离。另外，采用这种开关电源电路的电视机若有AV输入/输出端子，还有可能使与之相连的录像机、DVD等发生短路故障，连接前应特别注意。

4.串联型开关电源的应用实例

如图1-21所示为一种彩色电视机使用的串联自激调宽型开关电源的电路图，下面介绍其工作过程。

1）整流滤波与自动消磁电路

220V交流电压经电源开关S801、熔断器FU801（2A）和互感滤波器（EMI）C801与T801加至桥式整流电路，得到300V左右的直流电压。

自动消磁电路由消磁线圈L901和正温度系数（PTC）热敏电阻RT890组成，首次上电自动完成消磁功能。消磁线圈套在显像管的外框，由漆包线绕成，PTC热敏电阻的特性是常温时电阻值一般在16～27Ω，在通电加热后瞬间阻值达到几十千欧，因此消磁线圈中的电流在瞬间很大，然后沿一定的曲线下降到很小，这样就起到给显像管内部铁磁材料消磁的目的。

2）开关调整与自激振荡电路

（1）脉冲前沿阶段（VT3由截止→导通→饱和）。首次上电，300V电压经启动电阻R811给VT3基极提供偏置电压，使VT3工作在放大状态。VT3的Ic3流过T802的初级绕组产生感应电动势e1，为左正右负。同时在T802的⑥、⑧脚反馈绕组中产生左负右正的感应电动势e2，e2经R812、C811使VT3的Ube3增加，进一步使Ib3增加，形成正反馈，使VT3迅速饱和。

（2）脉冲平顶阶段（VT3处于饱和状态）。VT3饱和导通后，300V电压经T802的初级绕组、VT3给负载RL供电，并给C812充电，电流Ic3按线性规律逐渐增加，使T802初级绕组储能。

（3）脉冲后沿阶段（VT3由饱和→导通→截止）。在VT3饱和导通后，由T802反馈绕组产生的感应电动势e2（左负右正）经R812、C811、Rbe//RK给C811充电。充电时间常数τ充= C811·（R812+Rbe//RK）。其中，Rbe是VT3发射结的导通电阻，RK是调宽管VT2的c、e极间等效电阻。随着充电的进行，VT3基极电流Ib3逐渐减小，当Ib3<Icm/β时（Icm、β分别是VT3管集电极饱和电流和电流放大倍数），VT3脱离饱和进入放大状态。随后，由于Ib3减小，引起Ic3减小，T802的初级绕组和反馈绕组中产生的感应电动势的极性均反相，所引起的正反馈使VT3迅速截止。

（4）脉冲间歇阶段（VT3处于截止状态）。此阶段，T802初级绕组储存的能量通过次级绕组释放出来。在T802的⑦脚、⑧脚次级绕组产生左负右正的感应电动势e3，使续流二极管VD807导通，并通过VD807、L811给负载RL供电，并对C812充电。电路中的L811、C820有减小对外辐射干扰的功能，C812起平滑滤波作用。同时，300V电压经R811、C811、R812、T802的第⑥、⑧脚绕组也对C812充电，给负载RL供电，而且还给C811反向充电，使VT3的基极电位Ub3逐渐增加，当Ub3约大于0.5V时，VT3脱离截止状态而进入放大状态，开始下一个周期的振荡。

当行逆程脉冲到来时，VT3基极电位Ub3迅速上升，使VT3提前脱离截止状态而进入放大状态，从而使间歇振荡与行振荡同步，被行频锁定。

3）稳压控制电路

稳压控制是由厚膜电路N801实现的。当市电电压过高或负载过轻而使设定值为112V的输出电压UO偏高时，VT1基极电位Ub1上升，引起VT1基极电流Ib1上升，又使VT1集电极电流Ic1增加，也就使VT2基极电流Ib2增加，使VT2的c、e极间等效电阻RK减小，使脉冲平顶阶段充电时间常数τ充减小，平顶时间减小，即脉冲宽度TON减小。在振荡周期T一定的情况下，TON减小使输出的直流电压下降，从而使输出电压恢复到原先的设定值。反之，当某种原因使UO降低时，经过与上述相反的稳压过程，同样可使输出的直流电压回到原来的设定值。

4）脉冲整流滤波与过压保护电路

开关调整管VT3导通时由厚膜电路N801直接输出，开关调整管VT3截止时由T802的⑦、⑧脚绕组提供电能以及300V电压经R811、C811、R812、T802的第⑥、⑧脚绕组也对C812充电，给负载RL供电，输出主电压+112V。

当开关调整管VT3截止时，脉冲变压器T802的第脚之间的绕组产生脚为正、第⑩脚为负的感生电动势e4，经VD805整流、C815滤波后，得到43V电压，供给场输出电路使用。当VT3饱和导通时，T802第脚绕组的感应电动势e4为左负右正，e4使VD805截止，由C815给负载供电。电路中的C817、R818以及C820、L811、C813、C818都是用来减小开关电源对外辐射干扰的。

为了防止112V电压过高，电路中加有稳压二极管VD806作为过压保护元件。当输出的直流电压超过+130V时，VD806击穿，将+112V输出端对地短路，强迫开关稳压电源停止工作。这种过压保护电路是破坏性保护电路，一旦VD806击穿就需要更换。

1.2.3 并联型开关电源

1.并联型开关电源的基本组成

并联型开关电源是指负载电阻与储能电感L1相并联的开关电源。它是由EMI滤波器、低频整流滤波电路、启动电路、开关调整管VT、开关变压器T、高频整流滤波电路、取样比较电路、脉宽调整电路、反馈电路、过流保护和过压保护电路等组成的，如图1-22所示。

2.并联型开关电源的工作原理

由图1-22可知，220V电网电压经过EMI滤波和低频整流滤波电路，得到+300V左右的直流电压，经开关变压器T初级绕组L1加至调整管VT的集电极。

（1）首次上电，300V电压经启动电路使VT微导通。

（2）正反馈电路使VT由微导通进入饱和导通。启动电流使VT微导通，VT的集电极电流Ice流过开关变压器T的初级绕组L1，就在L1两端产生上正下负的感应电动势，经T耦合

在反馈绕组L2两端，也产生上正下负的反馈电压，此反馈电压通过反馈电路加至VT基极，使VT很快进入饱和导通状态，L1储能。

（3）VT导通时间的控制。VT进入饱和导通后，导通时间由脉宽调整电路控制。取样比较电路根据输出电压的高低输出不同的误差电压去控制脉宽调整电路，再由脉宽调整电路来调整VT的导通时间，从而实现输出电压的稳定。

（4）VT由截止变为导通的控制。对于自激式开关电源，由于L1与分布电容及电路中的电容之间产生谐振，所引起的振铃电压使VT由截止转化为导通。对于他激式开关电源，一般是由行逆程脉冲来强迫VT导通的。

（5）L1储能向负载供电。在VT导通期间，300V电压对L1充电储能，二极管VD1由于反偏而截止，输入电源不向负载供电；当VT截止时，VD1导通，原先在VT导通时储存在L1上的能量通过变压器T耦合由L4向负载RL供电，同时向C1充电。C1上积累的能量，在VD1截止时供给负载，使负载电流保持平滑。

（6）过压保护。当输出电压很高时（一般设定在140V左右），稳压管VD3击穿（烧坏而短路），使输出端短路，从而使过流保护电路立即动作或使熔断器熔断而切断输入电源。这种保护是一次性的，即故障排除后，稳压管需更换。

3.并联型开关电源的特点

并联型开关电源的主要特点是：采用开关变压器耦合，可以使输入电源与输出电源实现电气隔离，即电视机主板地线不与电网零线相连，也容易与外界建立接口连接，但电路相对复杂，对开关管要求较高。