TCLAT25211STRW68566854開關電源電路的工作原理淺析

1、TCL-AT25211 STR-W6856（6854）開關電源電路的工作原理淺析 作者：劉一東 開關電源電路是采用SANKEN公司最新研制的STR-W6854（6856）電源控制芯片，它是高性能電壓模式控制器，內藏功率MOSFET和控制器的FLYBACK（電壓反饋）型開關電源用厚膜集成電路。使用該IC可以大量減少電源元件的數(shù)量，簡化電路的設計。在現(xiàn)在的電視機中得到了廣泛的運用。STR-W6854電源控制芯片具有完善的過流、電壓檢測保護功能、內部熱保護功能、過負荷保護功能。它主要工作模式：為了實現(xiàn)電源在全負載范圍的高效率的工作，電源設置了三種工作方式：輕負載、中等負載、重負載。IC控制器根據(jù)負載

2、的狀態(tài)自動進行工作方式的切換。一、電路的原理簡介  1工作原理簡述：當插上電源開關后，AC220V/50HZ的交流市電，經過電源開關S801、F801、以及C801、T801A和C802、T801組成共模濾波器，把供電電路引入的各種電磁干擾抑制掉，消除電網電壓中的高頻干擾脈沖。T801A和T801的感量都很大，分布的電容小，對非對稱信號來說，T801A和T801及其前后聯(lián)接的電容C801、C802，可以看成型濾波器，對非對稱信號有很好的濾除作用，而對從市電線路進入的對稱性干擾信號來說，流過T801SA和T8021兩線圈的干擾電流，其大小相等，方向相反，因而能夠相互抵消。由于

3、共模濾波器具有雙向性，即對隨交流電供電線路引入的干擾信號，及由開關穩(wěn)壓電源高頻振蕩注入交流市電的電磁干擾具有同等的抑制作用。所以共模濾波器是改善電視機電磁兼容性的一種有效措施。電路如圖所示。 （ 1） 經干擾抑制后的市電，進入橋硅DB801（橋式全波整流）輸出約+300V（空載時）不穩(wěn)壓直流脈沖電壓，經C806、C807平滑濾波，由開關變壓器T802的、腳繞組加到IC801(STR-W6854)第腳,內部連接了調整管漏極D。與此同時，電源輸入端220V電壓由橋硅DB801中的一個二極管半波整流后得到的脈動直流電，經R803（820K）限流，對C813（4.7UF）進行快速充電，以提供IC 80

4、1的啟動電壓，當C813兩端的電壓達到IC801啟動電壓（18.2V）時，STR-W6854開始工作。同時通過集成電路內部的預調整電路，使開關電源的振蕩電路開始工作。脈沖振蕩電壓經過集成電路內部的均衡驅動電路，輸出開關脈沖到IC內部調整管的柵極，在開關脈沖的作用下內部調整管開始導通，這樣就使T802的初級繞組、腳，產生了高頻開關脈沖，并在T802次級繞組上感應出相應脈沖電壓，經過次級繞組各自的整流、濾波、穩(wěn)壓電路，分別輸出：+125V、+33V、+18.5V、+12V、+10V、+9V、+5V等各種不同的直流穩(wěn)壓電源，供給整機各部份使用，其中：+125V主電源，主要供給行掃描輸出電路工作；+3

5、3V調諧電壓，主要供TU調諧工作；+18.5V伴音供電電壓，主要供IC603伴音功放電路工作；+12V經IC803（L7809）和IC804（L7805）穩(wěn)壓后輸出+9V和+5V直流電壓，供芯片小信號處理電路工作。2電源啟動電路：由于IC801的啟動電流很小，R803可使用高阻值的電阻，來降低待機功耗。但是要注意R803要向IC提供足夠的鎖定電路保持電流，特別是低電壓輸入的時候也要能向IC提供120UA以上的電流，因此R803的阻值也不能太大。由于W6856采用BCD集成電路工藝，要求的工作電流很小，因此C813不需要很大的電容。當啟動控制器工作以后IC801的腳（VCC端子）工作電流增加，V

6、CC端子的電壓將會隨C813的放電而下降。適當?shù)脑黾覥813的容量可緩解VCC端子電壓在啟動期間的下降率，即在副繞組（T802的腳）所提供的電壓(D808整流輸出的VCC)上升到18.2V之前，C813內由R803注入的電量必須能給VCC端子提供足夠的工作電壓，那么即使輔助繞組的電壓上升稍遲，VCC端子的電壓也不會降到動作停止電壓（10.4V)以下，確保電源能安全的啟動起來。但是，當C813的容量太大時，從充電動作開始到C813正極電壓上升到18V所用的時間將會變長，即電源啟動緩慢。電路中選擇R803=820k，C813=4.7uF，就可以保證即使在輸入電壓較低時，IC801啟動動作完成后，第

7、腳的電壓仍高于IC的動作禁止電壓10.4V。保證了啟動電路工作的穩(wěn)定性。3.過電壓檢測保護：如圖STR-W6854具有過壓保護功能，主要由IC801第腳外圍及內部電路工作組成。當IC801第腳VCC輸入端,檢測到T802的第腳繞組反饋電壓，即C813正極電壓達到25.4V時，IC進入過壓保護狀態(tài)，該狀態(tài)為死鎖狀態(tài)，需重新開關主電壓開關電源才可能重新工作。 在控制電路開始工作以后，輔助繞組的電壓經D808整流以后得到IC的工作電源。但輔助繞組T802的腳輸出的電壓在電源啟動后并不能馬上升到設定的電壓，IC801的腳電壓因C813的放電而開始下降，所以輔助繞組在正常工作的狀態(tài)下，D808整流輸出電

8、壓要設定在使電容C813兩端電壓在控制器動作停止電壓10.4V到保護電壓 25.4V之間，且要留有一定的余量。此電路選擇為18V，這樣8V的壓降足夠保證電源啟動后VCC仍有10.4V以上電壓。 4過電流檢測保護電路：見圖STR-W6854具有過電流保護功能，主要由IC801第腳外圍的R813及內部電路工作組成。通過檢測R813上的漏電流的大小來啟動保護電路，當漏電流超過IC規(guī)定的閥值時，強制關斷調整管。即：大的漏電電流狀態(tài)持續(xù)時間超過IC801的腳（OLP端子）的OLP動作時間常數(shù)以后，IC進入鎖定狀態(tài)。 5過負荷保護：見圖STR-W6854還具有過負荷保護功能，主要由IC801第腳外圍及內部

9、電路工作組成。主要檢測T802次級繞組負載情況，進行過負載保護。過負載保護使用鎖定電路的方式。 當電源進入待機等輕載狀態(tài)時，IC進入TFC工作方式時，導通時間被固定，導通電流用于調節(jié)關斷時間Toff，以進行輸出電壓的控制。因此，TFC工作方式是調節(jié)關斷時間的Toff寬度調節(jié)的控制方式。當電源副邊發(fā)生過載時，電源的OCP電路開始動作，當檢測輸出電壓誤差的光藕電流為零時，IC801的內藏的電流源I（olp）=73uA開始通過R817給電容C812充電。FB/OLP端子（IC801的腳）電壓電升至 V（olp）=7.2V時，IC內部的比較器翻轉，IC進入OLP鎖定狀態(tài)。即，當主負載電路因發(fā)生故障而過

10、載時，D822無法輸出額定125V電壓，使Q822的基極電壓低于6.9V，因為Q822的發(fā)射極電位被D828穩(wěn)壓管固定在6.2V，而三極管be結正向壓降要高于0.7V才能導通，所以Q822反偏截止，IC802-A內部的發(fā)光二極管停止發(fā)光。見圖 125V(D822輸出） 于是，IC802-B內部的光敏三極管得不到發(fā)光二極管的驅動而截止。當IC 801的腳檢測到光耦輸出的誤差檢測電流為0時，IC 801的腳內部的 電流源I（olp）=73uA開始通過R817給電容C812充電。當FB/OLP端子（IC801的腳)的電壓升至 V（olp）=7.2V時，IC內部的比較器翻轉，IC進入OLP鎖定狀態(tài)，開

11、關電源停止工作。（見圖、）6溫度過熱檢測保護溫度過熱檢測保護電路置于IC內部，它的工作環(huán)境溫度：-20到+120，最高工作結溫：150，當環(huán)境溫度超過120，或因電路過載使IC芯片溫升達到150時，芯片內溫度保護電路開始工作，使STR-W6854第腳動作IC進入鎖定保護狀態(tài)，當溫度降至允許值時，又會自動啟動電源投入工作。因此外界溫度和電路故障使IC長時間工作于150的結溫環(huán)境下，會造成IC擊穿損壞。7鎖定電路        STR-W6854內藏OVP，OLP，TSD等多種保護電路。保護電路的動作以鎖定方式進行的，鎖定電路動作以后，振

12、蕩器的輸出保持低電平，停止對電源電路的支持。鎖定電路的保持電流在Vcc為9V時為120uA，在設計電源的啟動電阻時需保證此項電流。為了防止保護電路由于干擾出現(xiàn)誤動作，在IC內藏了定時器，只有OVP，OLP，TSD持續(xù)一段時間以后鎖定電路才開始動作。由于鎖定電路（IC的控制器）始終處在工作狀態(tài)，而T803停振，所以其副繞組不能通過D808給C813提供足夠的工作電壓與電流，因而IC的消耗的電流將使Vcc電壓下降。但是，當Vcc電壓下降到IC停止電壓Vcc（OFF）時，電路消耗的電流將下降到Icc（OFF）為50uA,IC801停止工作，不再耗電，于是Vcc又開始上升。這樣，當IC801處于鎖定狀

13、態(tài)時Vcc的電壓將在Vcc（ON）和Vcc（OFF）之間變化，防止了Vcc端子電壓的異常上升。8+125V穩(wěn)壓控制電路：穩(wěn)壓控制主要由IC801第腳識別控制。當+125V主負載電源電壓升高時，通過誤差取樣電路R835、R834、VR802的分壓后取得的樣本電壓也升高，即提供給Q822基極的取樣電壓升高了。而Q822的E極電位被穩(wěn)壓二極管D828固定在6.2V，（由于10V電壓經D828的偏置電阻R833給穩(wěn)壓管D828提供偏置電流，這樣D828才有為Q822的發(fā)射極提供穩(wěn)定的6.2V電壓的條件。）這樣加在Q822的BE結上的壓降就變大，通過Q822的BE結中的電流增大。所以當+125V主電源電

14、壓上升時，Q822的B極電壓也上升，從而導致通過Q822的CE極的電流增大（Q822的導通程度變大），而Q822的C極與IC802這個光電耦合器腳串聯(lián)，所以會使通過IC802的、腳（IC802-A)的電流增加，IC802-A是IC802內置的發(fā)光二級管，當IC802第腳電流增加，發(fā)光二極管的亮度也增強，這樣就使連到電源初級的IC802這個光電耦合器的內置光敏三極管(IC802-B)的CE極（IC802、腳）電流增加（光敏三極管的導通程度變大），于是就拉低了IC802腳的電位，而IC802腳通過R816連接IC801（STR-6854)到第腳，就使得IC801的第腳的電壓下降。至此次級電壓的升高

15、情況通過光電耦合器IC802反饋到了IC801的腳，而IC801第腳為控制輸入腳，IC801的腳內部調整模塊和PWM等電路接到腳反饋進來的電壓降低的信號，就使調整管導通時間減少，促使T802、繞組中的開關脈沖占空比下降，次級繞組中感應到的能量就減少，輸出電壓就降低，直到主電源穩(wěn)定到125V為止。同理，當+125V主電源下降時，使IC801第腳檢測電壓上升，經IC內部調整模塊和PWM的作用 ，促使開關脈沖占空比上升，促使主負載輸出的直流電壓也上升，直到主電源穩(wěn)定在125V為止。(見圖、） 9300V穩(wěn)壓保護電路：穩(wěn)壓電路主要由R806、D804、Q802、Q803、D810等組成。此電路工作于T

16、802初級繞組（、腳繞組）的同極性感應時間，而且當橋式整流后加在開關變壓器T802第、腳繞組上的直流電壓低于300V時，本電路不工作，處于截止狀態(tài)；而繞組上電壓等于或高壓300V時，電路才導通工作。當T802第、腳繞組上直流電壓低于300V時，T802第、腳繞組產生的同極性感應電壓，經R806限流后，由D804整流得到的直流電壓，送入Q802發(fā)射極，同時還經R807、VR801、R819分壓后加到Q803基極。此時，由于Q803的基極電壓低于7.5V，使Q803截止不導通（Q803的E極電壓被穩(wěn)壓二極管固定在6.8V，R810為D805提供偏置電流，使D805的穩(wěn)壓作用得以實現(xiàn)），從而使Q80

17、2也截止不導通。因正常工作時Q803的發(fā)射級為6.8V，只有Q803基極電壓達到或超過7.5V時（6.8V+0.7V=7.5V,6.8V為Q803的E極電位，0.7V為BE結導通電壓），Q803才導通。因此，此時Q803的C極輸出高電平，Q802截止，其C極無輸出，D810反偏。（見圖）當加在T802的初級（第、腳繞組）上直流電壓等于和高于300V時，T802第、腳繞組產生的同極性感應電壓，經R806限流、D804整流得到直流電壓，分成兩路：一路送入Q802發(fā)射極，另一路經R807、VR801，R819分壓后加到Q803基極。Q803的基極電壓等于或高于7.5V，使Q803的發(fā)射結導通，從而使

18、Q803導通，其集電極輸出低電平，從而使Q802也導通，這樣Q802集電極輸出電壓經D810鉗位，送入IC801第腳，當VCC電壓達到IC801的極限保護值25.4V時，IC801內的保護電路開始啟動，進入鎖定狀態(tài)，開關電源停振。10待機控制電路：當處于待機狀態(tài)時IC101（TMPA8859）第（64）腳輸出低電平，使Q007截止，其集電極輸出高電平，Q825基極接到微處理器的控制器Q007送來的高電平，使Q825正方向導通，集電極輸出低電平，引起Q824截止，Q823的基極電位瞬間升高，使Q823導通且Q823集電極的瞬間電流很大，也就是說此瞬間流經IC802-A的電流也很大，IC802內置

19、的發(fā)光二級管的發(fā)光強度就突然增強，流經IC802-B中的光敏三極管的電流也就突然增大，IC801的腳得到的瞬間反饋電流也就很大，于是IC801將開關頻率變得很低，開關變壓器的次級的感應電壓因而大大的下降，各輸出級的電壓也隨之大大的下降。此時T802腳輸出電壓經D825整流后的電壓也大大下降，只有13V左右。見圖待機、開機控制輸入 同時T802第（17）-（18）繞組輸出電壓也大大下降，經D823整流后，由D824鉗位到Q821發(fā)射極時，Q821發(fā)射極的電壓下降到2V都不到（在此狀態(tài)下Q820、Q821集電極為13V左右，而Q820基極被D834穩(wěn)壓到9.1V），這樣就使得Q820立即導通，于是

20、Q821也就跟著導通，使Q821發(fā)射極電壓為7.7V（9.1V-0.7V-0.7V=7.7V），D824反偏截止只起隔離作用，7.7V電壓加到Q009、Q010等組成的IC 101（ TMPA8859）外圍的復位電路，給TMPA8859提供復位電壓，同時還輸出+5V的CPU工作電壓（VCC)，使CPU仍可以正常工作，使IC101輸出待機、開機指令。當機器正常工作時，Q821發(fā)射極為D824輸出的10V電壓，而Q820的基極電壓被D834穩(wěn)定與9.1V，就使Q821的基極電壓被鎖定于9.1V-0.7V=8.4V比其發(fā)射機的10V電壓低1.6V,所以Q821、Q820處于截止不導通狀態(tài)。也就是說Q

21、820和Q821沒有工作，只是起一個隔離作用，Q821的集電極125V,發(fā)射極10V。見圖值得注意的是，在待機時，由于初級繞組、中的開關脈沖頻率大為下降，處于間歇振蕩狀態(tài)，T802腳輸出的經D808整流的為IC801腳提供IC801工作電源的VCC電壓也大為下降，已不能滿足IC801的需要，改由D803、Q801、D802組成的電路供給。見圖 個別單元電路功能介紹（1）IC801第腳RTFC端子作用：RTFC端子用于TFC工作方式是調節(jié)調整管的導通時間T（on）。TFC是一個導通間固定，關斷時間可調的工作方式。TFC端子外接的R818、C810組成了RC振蕩回路，以決定IC801在待機時的振蕩

22、頻率。一般可根據(jù)待機負載對電源的要求來設計，一般通過調節(jié)R818的大小，得到合適的待機狀態(tài)。注意：減小R818的阻值，電源的待機的振蕩頻率可隨之增加；反之，電源的待機的振蕩頻率可隨之減小。但是，隨著振蕩頻率的減小，MOSFET的峰值電流有增大的傾向，開關變壓器可能出現(xiàn)噪音；隨著振蕩頻率的增加，電源的待機功耗也有增大的傾向。所以要具體情況具體對待，選擇合適的阻值。本機R818選擇330K，C810選擇0.015。（2）IC801第腳BD端子作用：對Vds電壓Bottom檢測電路BD。此功能在QR，MBS工作方式時有效。當調整管的關斷期間，檢測由輔助繞組產生的Vds電壓的Bottom信號，控制調整

23、管的導通。OCP電路在調整管的導通期間，檢測調整管的漏極電流，在漏極電流超過IC規(guī)定的閥值V（ocp）時，強制關斷調整管，這是一個Pulse-by-pulse方式的過電流保護電路，當OCP狀態(tài)持續(xù)時間達到OLP端子的OLP動作時間常數(shù)以后，IC進入鎖定狀態(tài)。開關電流的檢測是通過R（ocp）進行的，即通過R814進行的，當Id*R814V（ocp）=-0.65V時IC內部的比較器翻轉，關斷調整管。由于調整管的源極與控制器的公共端相連接，因此W6856的OCP電路是負電壓的檢測方式。使用此種負電壓檢測方式時，調整管的柵極電流不流經R(ocp)，調整管的最大開關電流不受R（ocp）壓降的影響。但是要

24、注意使用負電壓檢測方式時，IC控制器公共端和電源的地是不相同的，R813和C814是為OCP信號而設置的濾波器。在QR、MBS工作方式時，MOSFET的動同是使用OCP/BD端子信號的下降沿來控制的。為了降低調整管D 在導通是由于共振電容C809的放電而引起的開關損耗，需要對該信號進行調節(jié)以使調整管在開關損耗最小的Vds的Bottom處導通，即在波谷導通。與開關損耗最小的Vds的Bottom位置相比，為了得以需要的BD信號，需要對輔助繞組的電壓Vd進行延時，R813和C815就是為此而設置的延時電路。D806用于阻斷調整管在導通期間的輔助繞組的電壓。（3）Q801、D802等組成待機時為IC8

25、01第腳VCC供電。正常工作時，IC801第腳通過T802第、繞組供電，第腳電壓經R812限流后，由D808整流得到18V電壓；當待機時，T802各次級繞組輸出電壓都下降，使得次級，繞組電壓也下降到2V左右，再經過D808整流得到的電壓不能給IC801提供正常供電的18V，此時與 IC801第腳聯(lián)通的D802負極電壓低于16.6V。由于Q801基極被D803穩(wěn)壓到18V，經Q801射隨器輸出17.3V，再經D802輸出為16.6V，所以只要IC801第腳VCC供電小于或等于16.6V時，Q801就導通為IC801供電。而正常工作時IC801的第腳由D808整流得到18V電壓，高于D802的導通

26、條件16.6V,所以D802截止，Q801也就處于截止不導通狀態(tài)。見圖（4）R802、D801、C808、C817組成緩沖自激振蕩電路的作用：由于T802開關變壓器第、繞組工作于脈沖振蕩狀態(tài)，在STR-W6854內部調整管關斷瞬間，由于電感中的電流不能突變，與之串聯(lián)的T802腳會產生一個很高的感生電動勢，引起調整管漏極電壓突然升高，這種尖峰電壓將導致調整管炸管損壞。為了限制該電壓的幅度，在電路中加入由R802、D801、C808、C817組成的緩沖器。當MOSFET導通時，電源電壓加在T802開關變壓器第、繞組上，D801反偏，電流只能由、繞組流向IC801的腳，并向C817、C808充電，由

27、于流經電感的電流不能突變，只能由零逐漸增加，那么這個逐漸增加的電流就會在T802中形成一個逐漸增加的磁通，于是變化的磁通就會產生一個自感電動勢，而自感電動勢總是阻礙電流的變化的，所以在MOSFET導通時，在、繞組上就會產生一個上正下負的自感電壓以阻礙繞組中電流的增加。此時其它次級也會產生一個同極性的自感電壓，不過由于各次級有二極管存在，以及對繞組繞向的特意設置，大多數(shù)次級并不向外輸出功率。T802初級見圖 當調整管關斷時，同樣由于電感中的電流不能突變，會由最大逐漸減小到零，這樣就會在、繞組中產生一個阻礙這種變化的感生電動勢，感生電壓為下正上負，此時如果沒有R802、D801、C808、C817

28、的存在，電流就會突然中斷，但電感中貯存的能量不可能憑空消失，就使漏極電壓(IC801的腳電壓)急劇上升，如果MOSFET耐壓足夠高的話，能量就會在電路的某個尖端以電火花的形式放出，但現(xiàn)實中都以開關管炸管擊穿的形式放出能量。因此加入R802、D801、C808、C817后，D801受到正向偏置而導通，通過D801的鉗位作用，使漏極電壓上升速度被減慢。C808、C817的作用是在二極管未導通的瞬間，腳先對C808充電以消去因二極管死區(qū)電壓的存在而產生的尖脈沖，保護IC801內部的MOSFET開關調整管,也保護D801不被尖峰脈沖擊穿。C808與T802第、繞組組成LC并聯(lián)振蕩電路，可使電源工作于自

29、激振蕩狀態(tài)。R802為C817提供放電通路，調整R802的大小可改變LC并聯(lián)振蕩電路的振蕩頻率。這樣在調整管關斷的瞬間，T802第、繞組產生了正負的感生電壓，MOSFET導通時充入的電量，此時在反向電壓的充電作用下，經C808C817形成回路。在此反向充電過程中，D801隨著導通，電流經T802D801R802構成回路。此時，各次級也感應了與MOSFET導通時極性相反的電壓，經各級相應的二極管整流后輸出給各自的負載SRT-W6856IC各引腳功能與對地正反向電阻故障分析引腳        符號     &

30、#160;  功能說明        用數(shù)字萬用表對地測量（k）        IC各腳電壓                     紅接地         黑接地        待機  &

31、#160;     開機        D        開關管漏極                         由于IC各引腳工作時含有交直流兩種成份，故不能采用萬用表測量各引腳電壓值        NC

32、          空腳         空腳         空腳                S/GND        開關管源極        0       &#