三星CK4656彩显开关电源分析维修与改进 甘肃 贺立夫 1996-01-26 三星(SAMSUNG)CK4656彩色显示器系南韩产品，在我国有一定市场，但使用过程中发现，此种机型开关电源部分故障率较高，而有关资料和电路图却很难找到。 为了帮助大家了解该机的工作原理，本人根据实测绘出了该机开关电源电路图，详细分析了电路工作原理，标出了各测试点电路工作原理，标出了各测试点电压和波形，以其最常见故障为例，进行检查分析和检修，为维修该机电源提供了理论依据和实际指导。同时指出了该机电源设计上存在的缺陷，分析了故障频发的原因，进而提出了改进方法。 一、测绘电路图 图1是笔者从电路板上实测所绘，元件标号是原线路板上标号，部分元件没有标出参数值，对分析和维修工作无影响，为使分析和理解更为直观和透彻，图中直接画出了STR54041的内部电路，各关键测试点电压为实测而得的正常工作值；各点工作波形也为实测而得，参见图2。 二、工作原理分析 本电源是脉冲变压器耦合并联型开关稳压电源，自激式振荡受行频脉冲同步控制，稳压方式为脉宽调制形式。 1.振荡电路 开关电源接通后，220伏交流电经D701_D704桥式整流，在C710上产生约310伏左右的直流电压。此电压经开关变压器T701的④→③脚间绕组N1加到厚膜集成块STR54041的③脚、即开关调整管Q3的集电极，同时还经启动电阻R704给STR54041的②脚，即调整管的基极提供一小偏流，使Q3微导通。Q3集电极的电流在N1绕组产生④正③负的感应电压，在反馈绕组N2上感应出⑤正⑥负的感应电压，此电压通过C714、R707、R706和C713反馈到Q3的基极，使Q3的基极加大激励，于是Q3集电极电流增大，N2感应电压亦增大，发生雪崩式正反馈，使Q3很快达到饱和。 当Q3饱和后，Q3的集电极电流Ic不再增加，N1绕组上感应电压减小，N2绕组上的感应电压也减小，从而使Q3的基极电流Ib更小，又导致Ic更小，如此又是雪崩式正反馈，使Q3很快进入截止状态。 在Q3截止过程中，N2绕组的感应电压还经D707对C714充电，左正右负。Q3截止后，N2绕组上的互感电压消失，但其自感特性使此充电过程连续进行(这实际上是个RLC振荡)，该RLC振荡电路完成对C714的充电后，C714开始放电，由于D707的反向隔离作用，放电通过R706及Q3的be结进行。此时，Q3得到微导通，Q3集电极有电流流过，形成雪崩式正反馈，又使Q3达到饱和，重复上述振荡过程。 此电路可自激振荡工作，但在实际工作时，振荡过程受行逆程脉冲同步控制，电路图中的X○、Y○即接行输出变压器的一绕组，给开关电源输送行逆程脉冲。 2.稳压控制电路 与一般稳压控制电路类似，开关电源的稳压控制电路也有比较放大器、基准电压及取样电路，不同的是它的输出误差电压不是去控制整管的管压降，而是改变开关脉冲宽度，而达到稳定电压的目的。 本电路采用间接稳压方式，取样电压由脉冲变压器独立绕组N3产生，这一电压经D708整流，C715滤波，加在厚膜块STR54041的④、①脚之间，经取样电阻R1、R2分压，加在Q1的基极。本电路中Q1基极的引出脚即STR54041的⑤脚悬空，Q1基极电压的调整由VR701调节，调VR701可调节输出电压，但调节范围不大，Q1是比较放大器，Q2是控制级。稳压控制过程如下：当输入电压升高时，N3绕组整流所得电压亦升高，由于Q1射极接有稳压二极管，相对于①脚而言，Q1射极电位不变，而其基极电压则相应升高，使Q1集电极电流增加，这使Q2基极电压下降，基极电流增加，使Q2导通状态加深，即Q2的ce间电阻变小，对Q3的be结分流加大，使上述自激振荡过程中Q3的基极电流Ib减小，Q3的导通时间缩短，因而输出电压减小，这种负反馈作用使输出电压保持稳定。此电路对输入端电压变化而引起的输出电压的变化具有良好的控制作用，实测表明，输入市电电压在130V～260V之间变化时，其输出电压变化率小于2%。但该电路对负载引起的输出电压变化无直接控制作用。 3.保护电路 (1)过流保护电路：以Q701为中心构成过流保扩电路，电阻R705只有0.33，用以检测Q3的射极电流。当R705上的电压超过Q701的be结导通电压时，Q701导通，当Q3射极电流太大时，Q701饱和导通而将Q3的be结短路，迫使Q3由饱和转入截止。此保护电路动作的启动电压为Q701的be结导通电压，约为0.65V，即对Q3射极电流的限流值为2A(0.65/0.33≈2A)左右。 (2)其它保护电路：D706为保护二极管，反向并接于Q3的be结，以防止反馈至Q3基极的负极性脉冲引起Q3的be结击穿。C712、C711、D705、R703构成N1反峰压吸电路，以防止Q3从导通进入截止时所造成大幅度反峰压击穿Q3。FB701是限流限温可熔断电阻。R702是限流电阻。 4.输出电路 该机开关电源只输出一路电压。开关变压器次级绕组⑦、10 脚间电压经D302整流，C315滤波，输出120V直流电压。与整流二极管并联的电阻R311和电容C314是防浪涌元件，用以保护整流二极管。 此开关电源电路的核心器件是厚膜集成块STR54041，它和水泥电阻R702是该电源最易损坏的两个器件，下面以实例说明该电源的常见故障及其维修方法。 三、维修实例 ■故障现象：显示器不工作，电源指示灯不亮。 查源120V直流电压无输出，断开电源负载，以60W灯泡作假负载，开机，灯泡不亮，120V直流电压仍无输出，说明故障在电源部分。测STR54041的③脚电压为零，C710两端电压为零，D701-D704整流后电压正常。关机，拔下电源插头，用三用表阻档测得，STR54041的③、④脚间电阻很小，说明STR54041中的开关管Q3已击穿短路；查R702已烧断，更换STR54041和R702，开机测试，显示器恢复正常。 此类显示器故障基本上都出在开关电源部分，我单位拥有该种型号显示器9台，使用7年来上述相同故障已遇到近20例。故障的重复如此之高，说明该电路存在设计上的缺陷，须做出改进。 四、故障原因分析与改进方案 厚膜集成块STR54041中开关管Q3的ce结击穿，一般是通过ce结的大电流所致。分析如下： 开机瞬间，C715没有充上电，稳压电路来不及起作用，导致Q2处于截止状态，对Q3的基极起不到分流作用，使得在开机的第一个饱和期内，Q3的饱和时间较长而且电流增得较大，这就是长时间大电流，容易击穿Q3的ce结而导致Q3损坏。 我国生产的如意SGC-4703型和春风C47-2B型等彩色电视机开关电源与本彩显开关电源非常相似，但这些电视机电源电路增加了电源开启限流电路，有效地克服了STR54041的开机瞬间的长时间大电流，大大降低了故障率。仿照上述彩电开关电源电路，笔者对本彩显电源电路进行了改进，使用一年多，证明确有显效。 改进方案：加一电源开启限流电路，改进电路如图3所示。原电路其它部分不变，将Q701射极与“地”间的连线用刀片划断，如图中的“×”处，图中虚线框内为改进电路。在断开处两端接以二极管D1和三极管Q702(用9014或3DG6)的并联电路，二极管D2、电阻R1、R2和电容C(1μ，450V)，按图接入，并将电阻R705改为0.68。二极管D1和D2用正向压降为0.65～0.70V左右的硅管。其工作原理如下：电源启动期间，C710上的直流电压通过R704加到厚膜块STR54041的②脚和Q701的c极，同时经R1和电容C为Q702提供瞬间启动偏流而使Q702饱和导通，Q701射极电位下降为约0.1V，这样，开关管Q3的射极电流约达1A(0.65+0.1)/0.68=1A时，Q701即导通(注意，这只是限流电路正常启动电流的一半!)，Q3的基极流入电流经由Q701、Q702两管的ce极被分流，迫使Q3较早地退出饱和区，这就避免了电源启动时第一次半周饱和时出现长时间的大电流。电路正常工作后，由于电容C的隔直流作用，Q702失去偏置而不再起作用，D1与Q701射极串联后接地。原过流保护电路的限流启动电流仍然为((0.65+0.70)/0^68≈2A)左右。二极管D2反向并接于Q702的be极，用以消除负向干扰脉冲。此机线路析前端有一块留有焊孔的空白区，刚好可将新加元件焊置此处。