40寸PDP（单扫描）电源电路工作原理介绍

先明电子

一、 开关电源概述
  八十年代，国内高频开关电源只在个人计算机、电视机等设备上得到应用。由于开关电源在重量、体积用铜用铁及能耗等方面都比线性电源有显著减少，而且对整机多项指标有良好的影响，因此得到了推广。近年来有越来越多的领域应用开关电源，取得了显 著的效益。

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。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。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。近年来高反压MOS大功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从20kHz提高到150一200kHz，其结果是使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。开关电源的性能价格比达到了前所未有的水平，使它在与线性电源的竞争中具有先导之势。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。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。

隔离式开关电源的变换器具有多种形式,主要分为半桥式、全桥式、推挽式、单端反激式、单端正激式等等。在设计电源时，设计者采取哪种变换器电路形式，主要根据成本、要达到的性能指标等因素来决定。各种形式的电源电路的基本功能块是相同的，只是完成这些功能的技术手段有所不同。隔离式高频开关电源电路的共同特点就是具有高频变压器，直流稳压是从变压器次级绕组约脉冲电压整流滤波而来。交流线路电压无论是来自电网的，还是经过变压器降压的．首先要经过整流、滤波电路变成含有脉动电压成分的直流电压，然后进入高频变换部分。高频变换部分的核心是有一个高频功率开关元件，比如开关晶体管、场效应管(MOSFET)等元件

高频变换部分产生高频(20kHz以上)高压方波，所得到的高压方波送给高频隔离降压变压器的初级，在变压器的次级感应出的电压被整流、滤波后就产生了低压直流。为了调节输出电压，使得在输入交流和输出负载发生变化时，输出电压能保持稳定，在这里采用一个叫做脉冲宽度调制器(PWM)的电路，通过对输出电压采样，并把采样的结果反馈给控制电路，控制电路把它与基准电压进行比较，根据比较结果来控制高频功率开关元件的开关时间比例(占空比)，达到调整输出电压的目的。

下面介绍几个常用的名词及含义：
1、效率：电源的输出功率与输入功率的百分比。其测量条件是满负载，输入交流电压为标准值。
2、ESR：它表示电解电容呈现的电阻值的总合。一般情况下，ESR值越低的电容，性能越好。
3、输出电压保持时间：在开关电源的输入电压撤消后，依然保持其额定输出电压的时间。
4、浪涌电流限制电路：它属于保护电路。它对电源启动时产生的尖峰电流起限制作用。为了防止不必要的功率损耗，一定要保证滤波电容充满电之前，就起到限流作用。

隔离式开关电源在加电时，会产生极高的浪涌电流。必须在电源的输入端采取一些限流措施，才能有效地将浪涌电流减小到允许的范围之内。浪涌电流主要是由滤波电容充电引起的，在开关管开始导通的瞬间，电容对交流呈现出很低的阻抗，一般情况下，只是电容的ESR值。如果不采取任何保护措施。浪涌电流可接近几百安培。通常采用负温度系数(NTC)的热敏电阻。用以增加对交流线路的阻抗，把浪涌电流减小到安全值。
5、隔离电压：电源电路中的任何一部分与电源基板地之间的
6、最大电压:能够加在开关电源的输入端与输出端之间的最大直流电压。
7、线性调整率：输出电压随输入线性电压在指定范围内变化的百分率。条件是负载和周围的温度保持恒定。
8、负载调整率：输出电压随负载在指定范围内变化的百分率。条件是线电压相环境温度保持不变。
9、噪音和波纹：附加在直流输出信号上的交流电压和高频尖峰信号的峰值。
10、输出瞬态响应时间：从输出负载电流产生变化开始，经过整个电路的调节作用，到输出电压恢复额定值所需要的时间。
11、过载或过流保护：防止因负载过重，使电流超过原设计的额定值而造成电源损坏的电路。
12、软启动：在系统启动时，一种延长开关波形的工作周期的方法。工作用期是从零到它的正常工作点所用的时间。
13、电磁干扰—无线频率干扰(EMI-RFI)：即那些由开关电源的开关元件引起的，不希望传输和发射的高频能量频谱。
14、快速短路保护电路；一种用于电源输出端的保护电路。当出现过压现象时，保护电路启动，将电源输出端电压快速短路。
15、占空比；在高频开关电源中，开关元件的导通时间和变换器的工作周期之比。
16、功率因数校正电路（PFC）
谐波电流对电网有危害作用，并且输入端功率因数下降。在40寸电源中采用有源滤波器应用电流反馈技术，使输入端电流波形跟踪交流输入正弦电压波形使功率因数提高到0.99或更高。
它的主要优点是：可以得到较高的功率因数， 可以在较宽的输入电压范围和宽频带下工作；体积、重量小；输出电压可以保持恒定。
它的缺点是：电路复杂，成本高。



二、 40寸PDP（单扫描）电源的特点
1、交流输入电压范围广，输出电压稳定
2、工作环境要求低
3、保护电路齐全
4、由CPU控制，电路相对简单
5、单端反激式变换器电路的优点是：电路结构简单，可以实现多路电压输出。在电路中有隔离空压器，它对各路输出电压起到公共扼流圈的作用．变压器的次级可以有多个绕组，故可以实现多路输出。输出电压9路（待机5V、主5V、12V、15V、30V、Va65v、Vs175V、 Vy-60V 、Vsetup210V）

三、40寸PDP（单扫描）电源参数介绍
1、输入电压100V~260V，输出5V（3A）、12V（0.5A）、15V（0.5A）、30V（1A）、65V（0.5A）、175V（2A）、 -60V （0.2A）、210V（0.2A）
2、待机功耗3W
3、动态功耗180W~400W
4、工作环境-20℃ ~50℃



四、电源上电和掉电时序
电源的CPU工作是在时钟脉冲统一控制下，按严格的先后次序有步骤的进行工作。所谓的时序是指CPU执行指令的各个微操作所对应的脉冲信号时间顺序。

CPU每执行一条指令，CPU的控制器都要发出一系列的特定的控制信号。这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU的时序，同理，上电时序也就是各路电压上电在时间上的相互关系。关系如下图：（间隔时间仅供参考）。

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