圖1開關電源等效電路

圖2開關電源框圖

1引言

SAMSUNG電源ICSMR60000/62000A是一個內含功率MOSFET(6A/700V和12A/700V)的開關電源混合模塊。它們分別適用于輸入功率為65～120W以及120～150W兩個檔次的彩電用開關電源。

SMR60000系列具有第二代開關電源IC的共同特點，即次級采樣和光耦控制；準諧振工作方式；高的AC/DC轉換效率；寬闊的輸入電壓范圍和良好的穩壓特性；有多種電路保護以及成本較低等。其性能價格比較為符合我國市場需求，因此近年來國內已有一些廠家采用。 本文在扼要介紹該IC工作原理的基礎上，著重介紹如何應用它去設計制作14″～21″以及25″～29″二款電視機電源。給出了火牛的設計以及滿意的實驗結果。2SMR60000系列的等效電路及方框圖

圖1示出該IC的等效電路，圖2示出了以它為核心的開關電源方框圖。這是一個變壓器耦合的反激型AC/DC變換器，其開關頻率在70－120kHz之間。穩壓過程是由次級輸出中采樣，經過一個三端可調節的穩壓ICNJM431，與預定的基準電壓作比較得出誤差信號送入光耦，再經光耦以電流控制方式傳至SMR60000/62000A的控制輸入端，用以改變開關的

ton，toff，從而達到穩定輸出電壓的目的。

該電源除含主ICSMR60000/62000A及取樣穩壓電路以外，還含有啟動電路，過流保護電路，準諧振電路，Standby控制電路，過壓和欠壓保護電路等單元。

3單元電路簡述

3?1啟動電路

啟動電路由圖3中的R1、R2、R3和DZ1組成，它的作用是在開機時提供一定的DC偏置給MOSFET柵極，使其能正常起振。因為MOSFET是電壓驅動器件。如果有過量的電流和電壓加入柵極，這將會引起MOSFET漏極和源極之間擊穿。因此使用穩壓二極管DZ1(6.5～7.5V)用以防止偏置過大而造成MOSFET損壞。

圖3啟動電路

3?2過流保護電路

過流保護電路如圖4所示。因為MOSFET的源極電流從腳4流出，在R1上有一電壓降。V4≈IpR1，如果初級電流Ip過大，使V4達到晶體管Q1的基極導通電壓0.6V，則Q1由截止轉為導通。旁路了MOSFET的柵極，使電路停振，保護了MOSFET。

由于該IC具有“輸出功率限定”功能，這使高壓輸入端(AC264V）的Ip并不是最大的，最大峰值Ip通常發生在AC輸入電壓最低（90V）的時候，所以設計R1時，應取AC90V輸入時對應的Ipmax作為限流起始點計算。

圖4過流保護電路

3?3輸出功率限定電路

圖5輸出功率限定電路

圖6輸出功率限定電路（局部）

輸出功率限定電路如圖5、圖6所示。

該IC的腳1起著輸出功率限定的作用。即當Vin升高時，Vp′會升高，直到使C1上充電電壓VBE令Q2導通，從而使MOSFET截止。限制了Ip也就是限制了輸出功率在高壓端的進一步提高。

3?4穩壓反饋電路

圖7穩壓反饋電路

穩壓反饋電路如圖7所示。

該IC的腳5被用作反饋電壓輸入腳，由光耦合器和三端可變穩壓器NJM431完成穩壓過程。當流過R1上的電流為恒定時，輸出電壓就保持恒定。

3?5準諧振運用

如圖8所示，準諧振工作方式是由輸入腳2的延遲電路和腳3的吸收電路組成的。其波形見圖9。由于延時的引入，使MOSFET在VDS的最低處才導通。這樣可減少開關電應力和噪聲。同時可得到高的效率。

3?6Standby控制電路 如圖10所示，當TV在正常接收圖象時，一個0V低電平通過R6進入Q2基極，使得Q2截止,Q3導通，Q3的E極經過120Ω電阻提供一個6.3V電壓至下一級作為行頻起振的VCC之用。與此同時Q1和ZD1截

圖8準諧振電路

圖9準諧振波形

圖10待機控制電路

止。當一個5V高電平Standby控制信號經R6進入時，Q2導通,Q3截止,Q1和ZD1也導通,這使NJM431的VREF升高，輸出電壓V01、V02、V03下降，此時由于Q1的導通，V03改為由V02通過Q1,R1供電。以保證V03仍然為8V左右，以提供給微處理器正常的工作電壓（5V）。

圖11欠壓保護電路

3?7過壓保護電路

過壓保護電路是由圖10中的ZD1、D1和R12組成的。當V03升高到大于9.1V時，ZD1(8?2V穩壓二極管)和D1導通，使NJM431的參考電壓VREF上升，光耦晶體管的輸出內阻下降,引起輸入到腳5的反饋電流升高,ton減小,從而使V01、V02和V03全數下降。

3?8欠壓保護電路

如圖11所示，當輸入交流電壓VIN下降到86V時，ZD1和Q1導通，在IC中的MOSFET轉為截止。當VIN回升到AC86V以上時，電源自動恢復工作。

4兩個設計實例

4?1A620MN3機型（20″）的開關電源及變壓器 BCK3904WH設計（例1）

圖12給出該機電源原理圖。它采用SUMSUNGICSMR60000作為其核心器件。在電路確定之后，變壓器設計就是主要工作，下面給出對它的設計步驟。

1）第一步確定開關電源的電氣規格

輸入電壓VIN=AC90～264V

輸入頻率50Hz/60Hz

輸出1VO1=110VIO1=0.6A（用于行包及高壓部分供電）

輸出2VO2=21.5VIO2=0.7A（用于伴音供電）

輸出3VO3=8VIO3=0.3A（用于微處理器供電）

2）第二步計算輸出功率和輸入功率

輸出功率PO=PO1＋PO2＋PO3

=110×0.6＋21.5×0.7＋8×0.3

≈83.5W

假定效率η=85％（一般可做到） 故輸入功率PI=PO/η=98.2W

3）第三步確定占空比和開關頻率范圍

根據實踐經驗，開關電源應以工作于不連續方式為設計基礎，現假定最大占空比Dmax=0.5及fL=41kHz是合理的。至于最高開關頻率取決于負荷，輸入電流、電壓等因素。一般fH≤120～150kHz即可接受。

4）第四步計算已整流的輸入電壓Vin對VIN=AC90VVinmin=90××0.95≈120.9V對VIN=AC264VVinmax=264××0.95

≈354.6V

應用SMR60000系列設計彩色電視機開關電源

圖12用于A620MN3機型的電源原理圖

式中系數0.95是考慮了整流二極管、濾波器及線路等的壓降。

5）第五步計算初級電流峰值I1P和初級電感L1I1P===2.76AL1===534μH

取L1=530μH

6）第六步磁芯材料的選擇選由Mn?Zn功率鐵氧體材料PC30做成的磁芯ECR42,其Se=1.94cm2，可允許POmax==94.1W，對計算的PO=83.5W是足夠的。

7）第七步計算初級繞組圈數N1==×104=×104==45.7匝取45匝

式中：Se為磁芯截面積（cm2）；

Bs為在100℃時的最大飽和磁通密度,Bs=0.39T；

Br為在100℃時剩磁,Br=0.06T。

并設置磁隙為1mm左右，以防止在開機時因瞬態脈沖電流過大所引起的磁芯飽和。

8）第八步計算各次級輸出及驅動繞組匣數NO3=×N1=×45=40.9匝取40匝

下面以NO1為標準計算NO2,NO3NO2=×NO1=7.8匝取8匝NO3=×NO1=2.9匝取3匝

因為MOSFET的門極驅動電壓最大承受范圍為±20V。為了能夠有足夠驅動電壓，同時又不致于超過承受范圍。假定驅動繞組ND的輸出為±8V。則有ND≈×NO1=×45=2.98匝取ND=3匝

9）第九步定出BCK?3904WH火牛的電氣規格

基于上述的計算,最后我們得出了該火牛設計數據如圖13所示。

4?2K9625ABNT5機型（25″）開關電源及其變壓器

BCK?4003WH的設計（例2）

圖14給出該電源的整體電路。由于現在采用了SMR62000A，它允許有更大的漏極DC電流（達12A）,

圖14用于K9625ABNT5機型的電源原理圖

(a)BCK?3904WH電氣結構

(b)繞組排列（c）骨架底視圖

圖13BCK?3904WH電氣參數及結構圖

應用SMR60000系列設計彩色電視機開關電源

可提供更大的功率輸出。使此電源能工作在25″～29″彩色電視機中。下面給出對該火牛的設計步驟。

1）第一步確定開關電源的電氣規格

輸入電壓VIN=AC90～264V

輸入頻率50Hz/60Hz

輸出1VO1=145VIO1=0.7A

輸出2VO2=25VIO2=1.0A

輸出3VO3=8VIO3=0.3A

2）第二步計算輸出功率和輸入功率

輸出功率PO=PO1＋PO2＋PO3

=145×0.7＋25×1.0＋8×0.3≈129W

假定效率η=85％（一般可做到）

故輸入功率PI=PO/η=151.6W

3）第三步確定占空比Dmax和最低開關頻率fL范圍

Dmax=0.5及fL=41kHz

4）第四步計算已整流的輸入電壓Vin

對低壓端VIN=AC90VVinmin=90××0.95≈120.9V

對高壓端VIN=AC264VVinmax=264××0.95≈354.6V

5）第五步計算初級電流峰值I1P和初級電感L1I1P===4.27AL1===346μH

考慮29″機以后會多帶伴音Woofer15W的功率。I1P會有所提高，故取L1=300μH

6）第六步磁芯材料的選擇選磁芯ECR53（由PC30材料做成的），其磁芯截面面積Se=2.54cm2，窗口面積S=1.60cm2，該磁芯可允許最大輸出功率POmax===161.3W，對計算的PO=129W是足夠的。

7）第七步計算初極繞組圈數N1N1=×104=×104

()

POWERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONS

==30.6匝取32匝
8）第八步計算各次級輸出及驅動繞組匣數NO1=×N1=×32=38.4匝取38匝

下面以NO1=38匝為基準求NO2、NO3：NO2=×NO1=6.5匝取NO2=6匝。NO3=×NO1=2.1匝取NO3=2匝

求驅動繞組ND：ND=×N1=2.1匝取ND=2匝

9）第九步定出BCK?4003WH火牛的電氣規格

基于上述的計算，最后我們得出了該火牛設計數據如圖15所示。

5測試結果

5?1開關電源例1的測試結果

1）測試條件

主電源230V50Hz

負荷AKA120″彩色電視機

輸入功耗71W(在最大亮度,最大音量時)

2）實際波形vDS和is(源極電流)的實際波形如圖16所示。其隨輸入電壓VIN變化的測量結果列于表1。

3）輸入電壓調整率從表1可看出,當輸入交流電壓由90V變到264V時其輸出電壓VO1最大只有0.3V的變化。

4）負載變化調整率在原有20″彩色電視機負荷的基礎上再并聯一個額外的40W燈泡于V01端口上,使其輸出電流增加0.33A,發現VO1只下降0.9V,符合其廠家規定的±1V的要求。

表1SMR60000的穩態開關特性(測量值)VIN/VVDS/VIs/Aton/μstoff/μsf/kHzVO1/V
903342.4013.012.439.4111.1
1604222.036.211.058.1110.7
2305191.973.910.868110.7
2645631.813.210.771.8110.8
5）STANDBY輸入功耗

PIN(S.B.)=7W(在VIN=230V時)。

6）AC/DC轉換效率η=85％

5?2開關電源例2的測試結果

輸入電壓VIN90～264V

輸出電壓VO1145V

輸入電壓調整率當VIN=90～264V時,VO1=145V±0.2V

負載變化調整率當IO1=0.3A～0.6A時,VO1=145V±0.3V

STANDBY輸入功耗PIN(S.B.)=7W

效率η=85％

開關頻率范圍40kHz～120kHz

S.B.頻率6.7kHz(間歇振蕩)

6結語

利用SAMSUNG電源ICSMR60000/62000A初步成功設計和制成了兩種實用型的彩電用開關電源。包括圖像質量,安全試驗和EMC測試等實驗結果都比較滿意。性能價格比較高。但為滿足市場現時對輸入電流的低諧波失真要求,該電源還需要加入PFC電路。