彩色电视机开关电源电路设计

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I / 15 彩色电视机开关电源电路设计

摘 要

21世纪是电子技术飞速发展的时代，如今我们的生活越来越离不开电子技术，近从我们的生活中离不开电脑，电视机，电风扇，洗衣机电冰箱，空调等，远到人们的生产，医疗保险，国防教育等，都离不开电子技术。随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源。

本设计就是为彩色电视机设计开关电源电路。本系统采用电流型控制系统，它具有对输入响应快，回路稳定性好负载响应快，降低输出级的功率损耗，电路简单成本低廉性能可靠易于维修等特点。

关键词：彩电，开关电源，直流型

目 录

1引言 .................................................................... 1

2开关稳压电源的性能特点 .................................................. 1

2.1 开关稳压电源的优点 .................................................. 1

2.1.1 内部功率损耗小，转换效率高 ..................................... 1

2.1.2 体积小，重量轻 ................................................. 2

2.1.3 稳压范围宽，线性调整率高 ....................................... 2

2.1.4 滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小 ................. 2

2.2 开关稳压电源的缺点 .................................................. 2

2.2.1 开关稳压电源存在着较为严重的开关噪声和干扰 ..................... 2

2.2.2 电路结构复杂，不便于维修 ....................................... 3

2.2.3 成本高，可靠性低 ............................................... 3

3 开关稳压电源的分析 ...................................................... 3 文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

II / 15 4 开关稳压电源的设计方案 .................................................. 6

4.1 主电路 .............................................................. 6

4.2 输入滤波电路 ........................................................ 6

4.3 整流与滤波电路 ...................................................... 6

4.4 逆变电路 ............................................................ 7

4.5 输出滤波电路 ........................................................ 7

4.6 控制驱动电路 ........................................................ 7

5 开关稳压电源的硬件设计 ........................................................... 8

5.1 主电路设计 .......................................................... 8

5.2 隔离驱动电路设计 .................................................... 9

5.3 PWM控制电路设计 .................................................... 9

5.4 开关电源功率变压器的设计 ........................................... 10

总 结 .................................................................... 12

参考文献 ................................................................. 12文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

1 / 15 1引 言

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。

SCR在开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动困难，开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET取代。

随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，外接元件越来越少，使得开关电源的设计、生产和调整工作日益简化，成本也不断下降。目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。当然开关电源能被工业所接受，首先是它在体积、重量和效率上的优势。在70年代后期，功率在100w以上的开关电源是有竞争力的。到1980年，功率在50w以上就具有竞争力了。随着开关电源性能的改善，到80年代后期，电子设备的消耗功率在20w以上，就要考虑使用开关电源了。过去，开关电源在小功率范围内成本较高，但进入90年代后，其成本下降非常显著当然这包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一。

2开关稳压电源的性能特点

2.1 开关稳压电源的优点

2.1.1 内部功率损耗小，转换效率高

在开关稳压电源原理框图中，开关功率管V在PWM驱动信号的驱动下，交替地工作在导通-截止与截止-导通开关状态，转换速度非常快，频率一般可高达100kHz左右。在一些电子工业发达国家，可以做到MHz以上。这便使得开关功率管V上的功率损耗大为减小，储能电感的电感量大为减小，储能效率大为提高，文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

2 / 15 从而使整个开关稳压电源的转换效率得到大幅度的提高，其转换效率可高达90％左右。

2.1.2 体积小，重量轻

从开关稳压电源的原理电路图中我们可以清楚地看出，这里没有采用笨重的工频变压器。由于开关功率管V工作在开关状态，因此其本身的功率损耗大幅度地降低，这就省去了较大的散热器。另外由于电路的工作频率比线性稳压电源中的50Hz工频高了好几个数量级，因此滤波效率大大提高，滤波电容的容量也大为减小。这三方面的原因，就使得开关稳压电源具有体积小，重量轻的显著优点。

2.1.3 稳压范围宽，线性调整率高

开关稳压电源的输出电压是由PWM/PFM（脉频调制）驱动信号的占空比来调节的，输出电压由于输入信号电压的变化而引起的不稳定，可以通过调节脉冲宽度或脉冲频率来进行补偿。这样，在输入工频电网电压变化较大时，它仍能够保证有非常稳定的输出电压。因此，开关稳压电源除具有稳压范围宽的优点外，还具有稳压效果好和线性调整率高的优点。此外，由于改变占空比的方法有脉宽调制型和脉频调制型两种，因此开关稳压电源不仅具有以上所说的优点，而且实现稳压的方法和技术也较多，设计人员可以根据实际应用的要求和需要，灵活地选用各种类型的开关稳压电源电路

2.1.4 滤波效率大为提高，滤波电容的容量和体积大为减小

开关稳压电源的工作频率目前基本在5kHz以上，是线性稳压电源工作频率的1000倍以上。因此，开关稳压电源整流后的滤波效率也几乎提高了1000倍左右。就是采用半波整流后加电容滤波，滤波效率也比线性稳压电源高500倍左右。在要求有相同输出纹波电压的情况下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容容量的1/500～1/1000。

2.2 开关稳压电源的缺点

2.2.1 开关稳压电源存在着较为严重的开关噪声和干扰

在开关稳压电源电路中，由于开关功率管工作在开关状态，因此它所产生的高频交流电压和电流将会通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振噪声，这文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

3 / 15 些干扰和噪声如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外，由于开关稳压电源电路中的振荡器没有工频降压变压器的隔离，因此这些干扰和噪声就会窜入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。而且这种高频干扰还会通过开关稳压电源电路中的磁性元件（如电感和开关变压器等）辐射到空间，使周围的其他电子仪器、设备和家用电器也同样受到严重的干扰。

2.2.2 电路结构复杂，不便于维修

对于无工频变压器的开关稳压电源电路中的高压、高温电解电容，高反压、大电流功率开关管，高频开关变压器的磁性材料，高反压、大电流、快恢复肖特基二极管等器件，在我们国家还处于研究、开发和试制阶段。在一些技术发达的国家，开关稳压电源虽然有了一定的发展，但在实际应用中也还存在着一些问题，不能令人十分满意。这就暴露出了开关稳压电源的另一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和生产者不予以充分重视，它将直接影响开关稳压电源的推广应用。

2.2.3 成本高，可靠性低

目前，由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料烧结技术等与一些技术发达国家还有一定的差距，因此其造价和成本不能进一步降低，也影响到其可靠性的进一步提高。这就导致了在我国的电子仪器、仪表以及机电一体化设备中，开关电源还不能得到十分广泛的普及与应用。

3 开关稳压电源的分析

开关稳压电源等效原理图如下图3.1所示。

图3.1开关稳压电源等效原理图