吉兆GME3011型電視激勵器內(nèi)置開關(guān)電源原理與檢修

河南省鶴壁市第二電視轉(zhuǎn)播臺 武建敏 胡永強(qiáng)

開關(guān)電源以其效率高、體積小、穩(wěn)壓范圍寬、功耗小、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，正在逐步取代線性穩(wěn)壓電源，被越來越多的用在廣播電視發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備中。附圖1為吉兆GME3011型單通道電視激勵器內(nèi)置開關(guān)電源原理圖。該電源型號為G2B-9，主要為上變頻及本振電路供電，其主要參數(shù)為：

輸入：AC 110V～220V；

輸出：+24V 2.6A。

我們知道在日常工作中，由于電源故障而出現(xiàn)的拉條、滾道等各種影響安全優(yōu)質(zhì)播出的現(xiàn)象屢見不鮮，本文簡單分析了該電源的工作原理、檢修方法和維修實(shí)例，供同行維護(hù)中參考，希望對維護(hù)工作有所幫助。

一、電源核心元件介紹

本電源采用了脈寬調(diào)制集成電路UC3842A，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源電路TL431與光電耦合器PC817等相關(guān)元件組成，現(xiàn)分別做簡單介紹：

1.UC3842是開關(guān)電源用電流控制型脈寬調(diào)制集成電路，其主要特點(diǎn)有：

（1）內(nèi)含欠壓鎖定電路；

（2）低啟動電流（典型值為0.12mA）；

圖1 G2B-9型開關(guān)電源原理圖

圖2 UC3842內(nèi)部方框圖

（3）內(nèi)置基準(zhǔn)電源；

（4）有驅(qū)動電流達(dá)1A的推挽輸出級。

為其內(nèi)部方框圖與引腳功能見圖2和表1

2.德州儀器公司生產(chǎn)的TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電源。其外形與塑封三極管相同，它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意設(shè)置從2.5V-36V范圍內(nèi)的任意值。TL431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路，因其性能優(yōu)良、使用簡單，因此廣泛的應(yīng)用于各種電源中，其三端分別為參考端R、陽極A、陰極K。圖3為其符號及外形示意圖。

二、電路工作原理

1.交流輸入與整流電路

AC220V電壓經(jīng)保險管F，送到由C1、L1、C2組成的線路濾波器，濾除電路中串入的個高頻干擾后，經(jīng)橋式整流模塊DS1整流，C4濾波，在C4兩端得到300V左右的直流電壓。RV1為壓敏電阻器，起過過壓保護(hù)作用。RT1為NTC80，該元件是一個具有負(fù)溫度系數(shù)性能的熱敏電阻器，在電路中起到在開機(jī)瞬間限流的作用。

2.啟動與振蕩

開機(jī)后，經(jīng)整流濾波器得到的300V電壓分為兩路：一路經(jīng)過開關(guān)變壓器B1初級繞組①-②繞組直接送至開關(guān)管Q1的漏極D。另外一路通過啟動電阻R4送到U1（UC3842）的⑦端為U1供電，使U1內(nèi)部振蕩電路得到電源開始工作，U1⑥腳輸出開關(guān)激勵脈沖使Q1進(jìn)入開關(guān)狀態(tài)，變壓器B1初級繞組①-②繞組中便有高頻脈沖電流流過，開關(guān)變壓器③-④繞組也會產(chǎn)生一個高頻感應(yīng)電壓，該交變電壓經(jīng)D2整流、C11濾波后得到約18V左右的直流電壓，送到U1的供電端⑦腳，在正常工作后替代由300V經(jīng)啟動電阻R4送來的啟動電壓，為U1內(nèi)部電路提供工作電源，使開關(guān)電源能夠穩(wěn)定工作。同時開關(guān)變壓器B1次級⑤-⑥繞組也將感應(yīng)出相應(yīng)的交變電壓。

3.穩(wěn)壓電路

該電源穩(wěn)壓電路由U2（TL431）和P1（PC817）及相關(guān)元器件組成。其穩(wěn)壓過程如下：

當(dāng)由于某種原因引起輸出電壓升高時，穩(wěn)壓取樣電阻R25與R26中點(diǎn)電壓也相應(yīng)升高，從而使U2的參考極R端電壓也相應(yīng)升高，這樣就導(dǎo)致U2的陰極K端電壓下降。此時光電耦合器P1內(nèi)部光電二極管亮度增強(qiáng)，光電轉(zhuǎn)換后使P1內(nèi)部光電三極管導(dǎo)通狀態(tài)發(fā)生變化，U1的①腳電壓成比例下降，經(jīng)過U1①腳連接內(nèi)部的電流檢測比較器反相端去控制脈寬鎖存器，進(jìn)而控制U1內(nèi)部振蕩器輸出驅(qū)動脈沖寬度，經(jīng)U1的⑥腳送至開關(guān)管Q1的柵極，改變其工作狀態(tài)，縮短導(dǎo)通時間。開關(guān)變壓器B1初級繞組①-②繞組的高頻脈沖電流減少，其次級⑤-⑥繞組中的感應(yīng)電壓也相應(yīng)的降低至額定值，起到穩(wěn)定電壓的作用。

表1 UC3842引腳功能表

圖3 TL431符號及外形示意圖

如果輸出電壓由于某種原因降低時，其穩(wěn)壓過程與上述過程相反。

4.保護(hù)電路

該電源中，R3、C3、D1、R2、C23組成了雙尖峰脈沖電壓吸收回路，主要用于吸收由于變壓器漏感而產(chǎn)生的尖峰脈沖電壓，以達(dá)到保護(hù)開關(guān)管Q1的D-S極間不被過高的反峰電壓擊穿損壞。

R8、R11與U1的③腳內(nèi)部電路組成了開關(guān)管過流保護(hù)電路，當(dāng)開關(guān)管Q1的D-S極間電流異常增大時，取樣電阻R8兩端電壓升高，該電壓經(jīng)R11送至U1的③腳電流檢測端，③腳連接內(nèi)部的電流檢測比較器同相端去控制脈寬鎖存器，減小驅(qū)動脈沖的寬度，使電源處于間歇狀態(tài)，當(dāng)③腳電壓達(dá)到1V時，UC3842將切斷驅(qū)動脈沖輸出，開關(guān)電源停振，以保證開關(guān)管Q1的安全。

R13、R17、C12、R15、Q2、Q3、U1的③腳內(nèi)電路組成了軟啟動電路，其工作過程為：開機(jī)后，+300V電源經(jīng)R4使U1啟動工作，U1的⑧腳輸出5V電壓通過R13、R17為C12充電，充電前C12正端為低電平，Q2、Q3導(dǎo)通，U1的⑧輸出的5V電壓經(jīng)Q2、Q3的c-e結(jié)加至U1的③腳，使U1不輸出驅(qū)動脈沖，當(dāng)經(jīng)過一段時間后，C12充電完畢，正端變?yōu)楦唠娖?，Q2、Q3截止，U1的③腳變成低電位，U1輸出驅(qū)動脈沖，開關(guān)電源開始正常工作。其軟啟動時間取決于R13、R17、C12的充放電時間常數(shù)。

三、檢修思路與方法

1.無輸出電壓

無輸出電壓應(yīng)先檢查保險管F是否熔斷。如熔斷，應(yīng)檢查壓敏電阻器RV1，整流橋DS1，開關(guān)管Q1以及C4等相關(guān)元件。如果F完好，則應(yīng)檢查測量C4兩端+300V電壓是否正常，無+300V電壓故障教易判斷排除。+300V電壓正常，應(yīng)著重檢查啟動電阻R4是否變大或斷路，R18、D2是否損壞，R8阻值增大也會造成該類故障。U1的⑦腳17V和U1的⑧腳5V兩個電壓是很重要的監(jiān)測點(diǎn)。U1的⑦腳電壓低于10V一般為U1內(nèi)部電路損壞，Q1擊穿損壞后也會導(dǎo)致?lián)p壞U1，R8則更無法幸免，R8與R7為易損元件。

2.輸出電壓偏離正常值

該類故障多是穩(wěn)壓電源電路相關(guān)元件故障造成的，在斷電情況下。可對穩(wěn)壓電路中取樣電阻R25、R26電壓調(diào)節(jié)電位器RP1、U2、P1等相關(guān)聯(lián)元件進(jìn)行檢測。U2、P1用替換法，參閱圖3中的參數(shù)表實(shí)測數(shù)據(jù)，一般即可排除故障。

四、故障檢修實(shí)例

1.無電壓輸出

檢修：開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)壓敏電阻器RV1爆裂，F(xiàn)1熔斷，將上述元件換新后，在路測量電路無短路現(xiàn)象，斷開負(fù)載加電試機(jī)，24V輸出正常，加負(fù)載開機(jī)正常，故障修復(fù)。

分析：壓敏電阻器的電阻體材料是半導(dǎo)體，它的主要作用可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過電壓，保護(hù)電路免受過電壓的損害。在開關(guān)電源中，其作用是用于吸收周期出現(xiàn)的連續(xù)脈沖群。由于器件本身的老化特性或者外電沖擊電壓的作用，會導(dǎo)致阻值下降，使電源接近短路狀態(tài)，導(dǎo)致電流增大，保險管F熔斷。

2.輸出電壓時有時無，輸出電源指示燈S1閃爍

檢修：斷開負(fù)載后故障表現(xiàn)依舊，測試C4正端+300V正常，U1的⑦腳電壓在10V～15V之間變化，斷電測量發(fā)現(xiàn)R18開路損壞，換新元件后試機(jī)正常，加負(fù)載開機(jī)工作正常，故障修復(fù)。

分析：R18是保證U1的供電的一個重要器件，其作用參見電路原理的啟動與振蕩，由于其阻值小，電流持續(xù)，容易損壞，建議更換功率高一個量級的器件。