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STR-F6656集成塊參數(shù)和電路應(yīng)用
概述:STR-F6656是日本三肯公司推出的一種MOSFET和控制器混用的新型開關(guān)電源集成電路,該芯片內(nèi)部包含啟動電路、振蕩電路、鎖存器、電壓比較器、驅(qū)動電路、MOS開關(guān)管以及過流保護、過壓保護、過熱保護等電路。由該IC組成的電源,具有工作范圍寬、功耗低等特點。同時該IC外圍元件非常少,電路設(shè)計簡單,容易實現(xiàn)小型化、標準化。目前廣泛應(yīng)用于海信TB1251、膠片等機芯。
STR-F6656外觀圖
STR-F6656內(nèi)部方框圖
STR-F6656引腳功能
各個引腳詳細功能
(1)腳:反饋控制、過流檢測腳。當(1)腳電壓上升到門限電壓0.73V時,集成電路內(nèi)部電壓比較器1翻轉(zhuǎn),控制振蕩器輸出反相的低電平,并通過驅(qū)動電路迫使MOSFET截止。(1)腳電壓上升速度決定了MOSFET的導(dǎo)通時間。過流保護:STR-F6656的過流保護是通過檢測每個振蕩周期的開關(guān)管漏極電流峰值來實現(xiàn)的。當漏極電流過流時,IC(2)腳外接電阻R522//R523上的電壓會迅速上升,使(1)腳電壓迅速超過門限電壓0.73V,從而迫使振蕩器輸出反相,使MOSFET截止,導(dǎo)通時間(ton)變小,達到限制漏極電流輸出的目的,實現(xiàn)過流保護的作用。
(2)腳:源極輸出。
(3)腳:IC內(nèi)部MOSFET的漏極。300V直流電壓經(jīng)T501后加在該腳。
(4)腳:(4)腳為IC共電輸入腳。在開機瞬間(4)腳的電壓近似線性的上升,輸入電流約為100uA,當電壓上升至16V時,IC內(nèi)部的振蕩電路開始。當IC內(nèi)部振蕩電路輸出驅(qū)動信號后(4)腳的電流會突然變?yōu)?0mA,開機后,開關(guān)變壓器T501(1)~(2)繞組產(chǎn)生的電壓給(4)腳提供穩(wěn)定的電壓保證電路啟動成功。當(4)腳電壓在開機時大于20.5V時,IC內(nèi)部的過壓保護電路動作,引起電路保護。(4)腳電壓也不能低于10V時,否則IC內(nèi)部的欠壓保護電路動作。正常情況下,(4)腳的電壓應(yīng)在18V左右。(4)腳外圍電阻、電容的參數(shù)大小直接影響電源啟動過程。參數(shù)過大會使IC的啟動時間延長,過小會在反饋繞組的電壓沒有到來之前不能使IC維持工作狀態(tài),使電源不能順利啟動。對寬電源(90V---270V)外圍電容在47-100uF左右,電阻在在47K---68K左右。圖3說明了電源啟動時,(4)腳電壓的變化情況。
(5)腳:接地。
STR-F6656芯片典型應(yīng)用電路(海信TF2902H彩電電路為案例)
1. 電源進線濾波及整流濾波電路
220V交流電從電源開關(guān)S501進入機內(nèi),首先經(jīng)過4A 保險管防止可能的意外的過流保護電路。C501、L502、C502組成防輻射電路,用于濾除從電源來各種雜波和干擾脈沖,同時避免開關(guān)電源對電網(wǎng)的二次污染。L502是一個磁芯線圈,在它的兩個繞組上總是流動著大小相等,方向相反的電流,相互抑制著電流的變化,當突然產(chǎn)生的干擾脈沖流過L502時,L502每個繞組都會在磁芯中產(chǎn)生較強的磁場,而且互相加強,阻礙電流的變化,得到雜波干擾比較少的交流電。濾除雜波和干擾后的交流電經(jīng)VD503-VD504組成的全橋整流電路整流后變成半波直流電,二極管上并接高壓電容C503-C506的作用是濾除高頻干擾,保護二極管不受高頻干擾的危害。整流后的半波直流電再通過一個防輻射線圈L503后,經(jīng)過C507濾波得到比較平滑的300V直流電。
請見下圖
2.電路啟動過程
IC供電利用了整流橋的一個二極管實現(xiàn)半波整流過程。電流流向見圖5。220V交流電經(jīng)R511對C517充電,當C517的電壓上升至16V時,IC內(nèi)部振蕩電路開始工作并輸出一個驅(qū)動信號驅(qū)動MOSFET工作。MOSFET工作后,開關(guān)變壓器T501(1)~(2)繞組產(chǎn)生感應(yīng)電壓經(jīng)R516限流、VD512整流后,繼續(xù)為C517充電,保證C517上的電壓超過11V,從而保證電路啟動成功。MOSFET在工作的瞬間會突然使C517上的電壓下降。如果開關(guān)變壓器T501(1)~(2)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓不能使C517上的電壓超過11V,電路將停止工作。參見下圖。
3.IC內(nèi)部振蕩器的工作:
IC內(nèi)部振蕩器是通過對C的沖放電形成振蕩脈沖的。在PRC工作狀態(tài)下,穩(wěn)壓過程是由固定的截止時間(Toff),通過改變導(dǎo)通時間(Ton)來實現(xiàn)的。圖6表明了沒有穩(wěn)壓控制控制信號輸入時,內(nèi)部振蕩器的工作波形。當MOSFET導(dǎo)通時,電容C被充電到6.5V,同時漏極電流Id流過電阻R522、R523,在R522//R523上產(chǎn)生鋸齒波電壓Vd,Vd經(jīng)R521反饋至IC(1)腳OCP/FB端口。當(1)腳電壓上升到門限電壓0.73V時,集成電路內(nèi)部電壓比較器1翻轉(zhuǎn),控制振蕩器輸出反相的低電平,并通過驅(qū)動電路迫使MOSFET截止。MOSFET截止后,電容C通過內(nèi)部電阻R放電, 電容C兩端電壓按恒定的放電時間常數(shù)C*R線性下降。當C兩端電壓下降到3.7V時,振蕩器輸出再次反相,為高電平,使MOSFET再次導(dǎo)通,C兩端的電壓再次跳升到6.5V,振蕩器開始下一周期工作。放電時間常數(shù)C*R決定(約為50us)決定了MOSFET的截止時間,而(1)腳電壓上升的快慢決定了MOSFET的導(dǎo)通時間。
4.穩(wěn)壓控制
穩(wěn)壓控制原理是以固定開關(guān)管的截止時間(約50us)調(diào)節(jié)其導(dǎo)通時間的方式進行的,即上面講的PRC工作方式。由圖7可知,當變壓器T501次級輸出電壓(+B)變化時,經(jīng)過取樣、比較后,流過光耦VD515(1)(2)腳的電流增大,光電耦合器中光敏三極管的內(nèi)阻減小,輸出電流增大。
反映+B電壓變化情況的誤差電流經(jīng)光電耦合器耦合變壓器的初級。見圖8。光電耦合器輸出的誤差電流流經(jīng)R521后,在R521上形成電壓降Vr,該電壓疊加在Vd上,從而使輸入IC(1)腳的電壓部分受Vr控制,使IC內(nèi)部比較器1提前或延遲反相,從而改變MOSFET的導(dǎo)通時間(ton)、進而改變T501次級輸出電壓,達到穩(wěn)壓目的,這種穩(wěn)壓控制方式屬于電流控制方式。在這種控制方式中,輕載時Vr電壓會升高,可能在MOSFET導(dǎo)通時對比較器1產(chǎn)生誤觸發(fā),所以在(1)腳外圍增加了一個有源低通濾波電路,它由電容C516和IC內(nèi)部的恒流源組成,C516還有高頻吸收旁路的作用。
5.準諧振電路
前面主要分析的是純光耦反饋的PRC工作方式,實際的反饋電路還包括變壓器(1)~(2)繞組來的反饋信號(包括VD513、C515、R519、CD517等元器件),由于這個電路的存在,使輸入到(1)腳電壓在MOSFET截止期間含有與VDS成正比例的電壓成份,這個電壓成份就是準諧振信號,根據(jù)準諧振信號電平大小可以決定該電源的工作方式是PRC方式還是準諧振方式。
在MOSFET截止期間,如果準諧振信號處于0.73V---1.45V之間,則比較器1起作用,使電源進入PRC工作方式,如果準諧振信號超過1.45V(最大值為6.0V),則比較器2起作用,使MOSFET截止時間(toff)降為1.5us左右。而實際的截止時間不取決于這個要求,比這個值要大一些,事實上只要準諧振信號保持大于0.73V,則MOSFET仍然維持截止,什么時間導(dǎo)通,則由準諧振方式?jīng)Q定。準諧振方式就是使MOSFET在VDS諧振周期的半周期導(dǎo)通,這樣就可以保證MOSFET的開關(guān)應(yīng)力和開關(guān)損耗比較低。但是為實現(xiàn)這樣一個目的需要如下兩個條件:
(1)在漏極和地之間要有一個合適的電容C513存在,由他和初級電感構(gòu)成LC振蕩回路,以便形成漏--源極之間電壓VDS的諧振波形。由此可見這個C513電容非常關(guān)鍵。
(2)在柵極的驅(qū)動信號中要有一個合適的延遲時間,以保證當準諧振信號下降到0.73V以下、MOSFET開始導(dǎo)通時恰好處于VDS波形的最低處。
6.鎖存電路、過壓保過熱保護電路
熱保護、鎖存電路
基板溫度超過1400C時,過熱保護電路起控,觸發(fā)鎖存器工作,使(4)腳上的電壓在10V---16V之間來回擺動,IC間歇性的工作,保護IC,直到電壓低于6.5V后,電路完全不起振。如果要電源再啟動,需要關(guān)機后重新開機
過壓保護
當電源的穩(wěn)壓控制電路出現(xiàn)開路等異常現(xiàn)象時,輸出電壓會大幅上升,開關(guān)變壓器(1)-(2)繞組電壓也會上升。當(4)腳電壓超過22.5V時,過壓保護電路起控,鎖存器工作,使(4)腳上的電壓在10V---16V之間來回擺動,IC間歇性的工作,保護IC,直到電壓低于6.5V后,電路完全不起振。如果要電源再啟動,需要關(guān)機后重新開機。
7.過流保護
STR-F6656的過流保護是通過檢測每個振蕩周期的開關(guān)管漏極電流Id峰值來實現(xiàn)的。當Id過流時,IC(2)腳外接電阻R522/R523上的電壓會迅速上升,使(1)腳電壓迅速超過門限電壓0.73V,從而迫使振蕩器輸出反相,使MOSFET截止,導(dǎo)通時間(ton)變小,達到限制漏極電流輸出的目的,實現(xiàn)過流保護的作用。
8.待機控制
本電源待機控制電路分為兩路:一路由V709控制12V電壓和穩(wěn)壓反饋電路;一路由V584控制26V電路。具體控制過程如下:微處理器(7)腳輸?shù)碗娖剑↙)待機指令,V709集電極為高電平(H),使V555集電極為低電平(L),導(dǎo)致V554截止,關(guān)斷12V輸出。V709同時控制V582,使V582導(dǎo)通,穩(wěn)壓管VD581導(dǎo)通,最后導(dǎo)致V553集電極電壓鉗位在9.1V左右,導(dǎo)致反饋電路的電流加大,引起流過光耦的電流增大,從而實現(xiàn)待機控制。(7)腳發(fā)出的低電平指令還控制V584,使V584截止,導(dǎo)致V551基極電位上升,V551截止,使26V電壓無輸出。
9.電源輸出電路(見下圖)
B1輸出電路:通過VD551整流、C561、L506、R551濾波輸出130V的主電壓。
B2輸出電路:通過VD555整流、C555濾波輸出22V電壓提供給伴音功放電路。
B4輸出電路:通過VD553整流、C563濾波得到26V電壓,經(jīng)過V551控制后提供給場掃描電路和行激勵電路。
B5、B6輸出電路:通過VD554整流、C564濾波得到一路電壓經(jīng)過V554控制后得到12V電壓,又經(jīng)N205穩(wěn)壓后得到9V電壓。
微處理器供電電路:通過VD532整流、C554濾波、N705穩(wěn)壓后得到5V電壓給微處理器供電。
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