2.4 自励开关电源电路
2.4.1 基本自励开关电源电路
开关稳压电源在开机后，为了保证有直流电压输出，使电视机开始正常工作，应让开关管很快进入开关状态，这个过程叫开关稳压电源启动。按启动方式不同，该电路可分为两种开关稳压电路。它是利用电路中的开关管、脉冲变压器构成一个自激振荡器，来完成电源启动工作，使电源有直流电压输出。图2-14所示为一种简单实用的自励式电源电路。
图2-14 自励式并联电源电路
220V交流电经VD1整流、C1滤波后输出约280V的直流电压，一路经B的初级绕组加到开关管VT1的集电极；另一路经启动电阻R2给VT1的基极提供偏流，使VT1很快导通，在B的初级绕组产生感应电压，经B耦合到正反馈绕组，并把感应的电压反馈到VT1的基极，使VT1进入饱和导通状态。
当VT1饱和时，因集电极电流保持不变，初级绕组上的电压消失，VT1退出饱和，集电极电流减小，反馈绕组产生反向电压，使VT1反向截止。如此反复饱和、截止形成自激振荡。LED用来指示工作状态。
接在B初级绕组上的VD3、R7、C4组成浪涌电压吸收回路，可避免VT1被高压击穿。B的次级产生高频脉冲电压经D4整流、C5滤波后（R9为负载电阻）输出直流电压。
2.4.2 调频-调宽间接稳压型典型电路
长城GW-PS60型微机电源是长城公司开发生产的开关稳压电源，主变换电路使用自励单管调频、调宽式稳压控制电路，具体电路原理如图2-15所示。
图2-15 长城GW-PS60型微机电源电路
（1）交流输入及整流滤波电路原理 长城GW-PS60型微机电源的交流输入电路由C1～C3及L1构成，用于滤除来自电网和电源两方面的干扰。其中C2、C3接成共模方式，L1是共模电感，它们构成的滤波器有一个显著的优点：电源输入电流在电感L1上所产生的干扰磁场可互相抵消，相当于没有电感效应，L1对共模干扰源来说，相当于一个很大的电感，故而能有效地衰减共模磁场的传导干扰。
RT为浪涌电流限制电阻，用于对开机瞬间的充电电流限幅。它具有负温度特性，冷态电阻较大，一旦通电，其基体发热阻值就会很快下降，以减小对交流电压所产生的压降。
VD1～VD4为整流二极管，它们构成典型的桥式整流电路。C4、C5为滤波电容，对桥式整流后所得100Hz单向脉冲进行平滑滤波。
当接通主机电源开关，220V交流市电经C1～C3和L1构成的低通滤波器后，进入整流滤波电路，经VD1～VD4整流及C4、C5滤波后，输出300V左右脉动直流电压为后级开关振荡电路提供电源。
（2）自励式开关振荡电路原理 长城GW-PS60型微机电源的自激式开关振荡电路主要由VT8、R6～R11、VD6、VD7、VD10、C7、C8、C10及T1初级n1、n2构成。其中，VT8为振荡兼开关管，n1为主绕组，n2为正反馈绕组，R4、VD10为启动元件，C8、R7、VD7为间歇充放电元件。具体工作过程如下。
微机电源接通以后，整流所得300V左右的直流高压便通过R4为VT8提供一个很小的基极电流输入，晶体管VT8开始导通，因VT8的放大作用其集电极将有一个相对较大的电流Ic，此电流流过变压器初级绕组n1时，同时会在反馈绕组n2上感应出一定的电压，此电压经VD7、C8、R7加到VT8的基极使基极电流增加，Ic也以更大的幅度增大，如此强烈的正反馈使VT8很快由导通状态进入饱和导通状态，并在变压器各绕组中产生一陡峭的脉冲前沿。
VT8进入饱和导通状态以后，正反馈过程就结束，间歇振荡器便进入电压和电流变化都比较缓慢的脉冲平顶工作过程。在平顶时，电容C8通过R7、VT8发射极、R10进行充电，在充电过程中，电容C8两端电压逐渐升高，加于VT8基极上的电压逐渐减小，注入基极的电流也逐渐减小。与此同时，高频变压器初级绕组电流即V8集电极电流逐渐增加，高频变压器存储磁能。当Ib=Ic/β时，VT8就开始脱离饱和区，脉冲平顶期结束。
VT8脱离饱和区进入放大区，整个电路又进入强烈的正反馈过程，即在正反馈的作用下，使晶体管很快进入截止状态，在变压器各线组中形成陡峭的脉冲后沿。
在脉冲休止期，VT8截止。电容C8在脉冲平顶期所充的电压，此时通过VT7进行快速泄放。变压器的储能一方面继续向负载供电，另一方面又通过n1绕组和R6、VD6进行泄放，能量泄放结束后，下一周期又重新开始。
（3）稳压调整电路原理 长城GW-PS60型微机电源的稳压调整电路由VT9、VD10、VD15、N3、R9、R12～R16、R23、VR14、C20等构成。其中R15、VR14、R16构成采样电路，其采样对象为+5V和+12V端电压。N3为光电隔离耦合器件，其作用是将输出电压的误差信号反馈到控制电路，同时又将强电与弱电隔离。
①当+5V和+12V端电压上升时，采样反馈电压上升，但反馈电压上升的幅度小于+5V端电压上升的幅度，则N3耦合更紧，其上的压降减小，VT9基极电流增加，VT9集电极电流也增大。此电流对VT8基极电流分流增大使VT8提前截止，变压器的储能减少，各路平均输出电压也减小，经反复调整，各路电压逐渐稳定于额定值。
②当+5V和+12V端电压因某种原因而下降时，采样反馈电压也下降，但反馈电压下降的幅度小于+5V端电压下降的幅度，则N3耦合减弱，其上的压降增大，VT9基极电流减小，集电极电流也减小。此电流对VT8基极电流分流减小，结果使VT8延迟截止，变压器的储能增加。各路平均输出电压相应增加，经反复调整，各路电压逐渐稳定于额定值。
电路中VD5在VT8导通时导通，并为N3和VT9基极提供偏压，使VT9工作在放大状态。C6为滤波电容。
（4）自动保护电路原理 长城GW-PS60型微机电源的自动保护单元主要设有+5V输出过压保护电路，此电路由VS16、VD15、R18、R20、R21、C19等构成。当+5V端电压在5.5V以下时，VD15处于截止状态，VS16因无触发信号处于关断状态，此时保护电路不起作用。
当+5V端电压过高时，VD15被击穿，VS16因控制端被触发而导通，并将+12V端与-12V端短接。此过程一方面引起采样反馈电压下降、N3耦合加强、VT9导通，从而使VT8提前截止；另一方面，因+12V端与-12V端短接而破坏了自激振荡的正反馈条件，使振荡停止，各路电压停止输出，保护电路动作。
（5）高频脉冲整流与直流输出电路原理 长城GW-PS60型微机电源的高频脉冲整流与直流输出电路主要由开关变压器T次级绕组及相应的整流与滤波电路构成。
由T1次级的n3绕组输出的脉冲通过VD11整流、C11和L2、C15构成的π形滤波器滤波后，为主机提供+12V直流电源；由T1次级的n4绕组输出的高频脉冲经VD12整流、C12与L3、C16等构成的π形滤波器滤波后，为主机提供+5V电源；由T1次级的n5绕组输出的脉冲电压经VD13整流及C13滤波，再经IC1（7905）三端稳压器的稳压调整后，为主机提供-5V电源；由T1次级的n6绕组输出的高频脉冲电压经VD14整流、C14滤波，再经IC2（7912）三端稳压器的稳压调整后，为主机提供-12V电源。
2.4.3 直接稳压开关电源电路
本节以三洋A3机芯电源为例介绍直接稳压电源电路，开关电源电路的工作原理如图2-16所示。
图2-16 开关电源电路的原理
（1）熔断器、干扰抑制、开关电路 FU801是熔断器，也称为熔丝。彩色电视机使用的熔断器是专用的，熔断电流为3.14A，它具有延迟熔断功能，在较短的时间内能承受大的电流通过，因此不能用普通熔丝代替。
R501、C501、L501、C502构成高频干扰抑制电路。可防止交流电源中的高频干扰进入电视机干扰图像和伴音，也可防止电视机的开关电源产生的干扰进入交流电源干扰其他家用电器。
SW501是双刀电源开关，电视机关闭后可将电源与电视机完全断开。
（2）自动消磁电路 彩色显像管的荫罩板、防爆卡、支架等都是铁制部件，在使用中会因周围磁场的作用而被磁化，这种磁化会影响色纯度与会聚，使荧光屏出现阶段局部偏色或色斑，因此，需要经常对显像管内外的铁制部件进行消磁。
常用的消磁方法是用逐渐减小的交变磁场来消除铁制部件的剩磁。这种磁场可以通过逐渐变小的交流电流来取得，当电流i逐渐由大变小时，铁制部件的磁感应强度沿磁带回线逐渐变化为零。
自动消磁电路也称ADC电路，由消磁线圈、正温度系数热敏电阻等构成，消磁线圈L909为400匝左右，装在显像管锥体外。
RT501是正温度系数热敏电阻，也称为消磁电阻。刚接通电源时，若RT501阻值很小，则有很大的电流流过消磁线圈L909，此电流在流过RT501的同时使RT501的温度上升，RT501的阻值很快增加，从而使流过消磁线圈的电流i不断减小，在3～4s之内电流可减小到接近于零。
（3）整流、滤波电路 VD503～VD506四只二极管构成桥式整流电路，从插头U902输入的220V交流电，经桥式整流电路整流，再经滤波电容C507滤波得到300V左右的直流电，加至开关稳压电源输入端。C503～C506可防止浪涌电流，保护整流管，同时还可以消除高频干扰。R502是限流电阻，防止滤波电容C507开机充电瞬间产生过大的充电电流。
（4）开关稳压电源电路 开关稳压电源中，VT513为开关兼振荡管，Uceo≥1500V，Pcm≥50W。T511为开关振荡变压器，R520、R521、R522为启动电阻，C514、R519为反馈元件。VT512是脉冲宽度调制管，集电极电流的大小受基极所加的调宽电压控制。在电路中也可以把它看成一个阻值可变的电阻，电阻大时VT513输出的脉冲宽度加宽，次级的电压上升；电阻小时VT513输出的脉冲宽度变窄，次级电压下降。自激式开关稳压电源由开关兼振荡管、脉冲变压器等元件构成间歇式振荡电路，振荡过程分为四个阶段。
①脉冲前沿阶段 +300V电压经开关变压器的初级绕组3端和7端加至VT513的集电极，启动电阻R520、R521、R522给VT513加入正偏置产生集电极电流Ic，Ic流过初级绕组3端和7端时因互感作用使1端和2端的绕组产生感应电动势E1。因1端为正，2端为负，通过反馈元件C514、R519使VT513基极电流上升，集电极电流上升，感应电动势E1上升，这样强烈的正反馈，使VT513很快饱和导通。VD517的作用是加大电流启动时的正反馈，使VT513更快地进入饱和状态，以缩短VT513饱和导通的时间。
②脉冲平顶阶段 在VT513饱和导通时，+300V电压全部加在T511的3、7端绕组上，电流线性增大，产生磁场能量。1端和2端绕组产生的感应电动势E1通过对C514的充电维持VT513的饱和导通，这称为平顶阶段。随着充电的进行，电容器C514逐渐充满，两端电压上升，充电电流减小，VT513的基极电流Ib下降，使VT513不能维持饱和导通，由饱和导通状态进入放大状态，集电极电流Ic开始下降，此时平顶阶段结束。
③脉冲后沿阶段 VT513集电极电流Ic的下降使3端和7端绕组的电流下降，1端和2端绕组的感应电动势E1极性改变，变为1端为负、2端为正，经C514、R519反馈到VT513的基极，使集电极电流Ic下降，又使1端和2端的感应电动势E1增大，这样强烈的正反馈使VT513很快截止。
④间歇截止阶段 在VT513截止时，T511次级绕组的感应电动势使各整流管导通，经滤波电容滤波后产生+190V、+110V、+24V、+17V等直流电压供给各负载电路。VT513截止后，随着T511磁场能量的不断释放，使维持截止的1端和2端绕组的正反馈电动势E1不断减弱，VD516、R517、R515的消耗及R520、R521、R522启动电流给C514充电，使VT513基极电位不断回升。当VT513基极电位上升到导通状态时，间歇截止期结束，下一个振荡周期又开始了。
（5）稳压工作原理 稳压电路由VT553、N501、VT511、VT512等元件构成。R552、RP551、R553为取样电路，R554、VD561为基准电压电路，VT553为误差电压比较管。因使用了N501的光电耦合器，使开关电源的初级和次级实现了隔离，除开关电源部分带电外，其余底板均不带电。
当+B110V电压上升时，经取样电路使VT553基极电压上升，但发射极电压不变，这样基极电流上升，集电极电流上升，光电耦合器N501中的发光二极管发光变强，N501中的光敏三极管导通电流增加，VT511、VT512集电极电流也增大，VT513在饱和导通时的激励电流被VT512分流，缩短了VT512的饱和时间，平顶时间缩短，T511在VT513饱和导通时所建立的磁场能量减小，次级感应电压下降，+B110V电压又回到标准值。同样若+B110V电压下降，经过与上述相反的稳压过程，+B110V又上升到标准值。
（6）脉冲整流滤波电路 开关变压器T511次级设有五个绕组，经整流滤波或稳压后可以提供+B110V、B2+17V、B3+190V、B4+24V、B5+5V、B6+12V、B7+5V等七组电源。
行输出电路只为显像管各电极提供电源，而其他电路电源都由开关稳压电源提供，这种设计可以减轻行电路负担，降低故障率，也降低了整机的电源消耗功率。
（7）待机控制 待机控制电路由微处理器N701、VT703、VT522、VT551、VT554等元件构成。正常开机收看时，微处理器N701的15脚输出低电平0V，使VT703截止，待机指示灯VD701停止发光，VT552饱和导通，VT551、VT554也饱和导通，电源B4提供24V电压，电源B6提供12V电压，电源B7提供5V电压。电源B6控制行振荡电路，B6为12V，使行振荡电路工作，行扫描电路正常工作处于收看状态。同时行激励、N101、场输出电路都得到电源供应正常工作，电视机处于收看状态。
待机时，微处理器N701的15脚输出高电平5V，使VT703饱和导通，待机指示灯VD701发光，VT522截止，VT551、VT554失去偏置而截止，电源B4为0V，B6为0V，B7为0V，行振荡电路无电源供应而停止工作，行扫描电路也停止工作，同时行激励、N101、场输出电路都停止工作，电视机处于待机状态。
（8）保护电路
①输入电压过压保护电路 VD519、R523、VD518构成输入电压过压保护电路，当电路输入交流220V电压大幅提高时，使整流后的+300V电压提高，VT513在导通时1端和2端绕组产生的感应电动势电压升高，VD519击穿使VT512饱和导通，VT513基极被VT512短路而停振，保护电源和其他元件不受到损坏。
②尖峰电压吸收电路 在开关管VT513的基极与发射极之间并联电容C517，开关变压器T511的3端和7端绕组上并联C516和R525，吸收基极、集电极上的尖峰电压，防止VT513击穿损坏。
2.4.4 双管推挽式开关电源
双管推挽式开关电源使用较普遍的是由TL494构成的充电器用开关电源电路。
（1）电路原理 充电器电路如图2-17所示，此电路主要由市电整流滤波、自励加他励半桥转换、PWM控制、电压控制、电流控制、输出整流滤波六部分构成。
图2-17 半桥式充电电器
①整流滤波 市电220V/55Hz经二极管VD1～VD4桥式整流、电容C5～C7滤波，得到310V左右的直流电压，作为开关变换器的电源。
②自励加他励半桥输出电路 主要由VT1、VT2、T2、T3等元件构成。
a.自励启动。此电路的特点是自励启动，控制电路所需辅助电源由其本身提供，无需另设。自励振荡是利用磁芯饱和特性产生的，具体过程为：接通电源，C5、C6上的150V电压经R5、R7、R9、R10给开关管VT1、VT2提供基极偏压。设VT1因R5偏压而微导通，则推动变压器T2的2-4绕组感应出极性是2脚正、4脚负的电压，则1、2绕组感应出1脚正、2脚负电压加到VT1的发射极，加速VT1的导通。这是一个十分强烈的正反馈过程，VT1很快饱和导通。与此同时，3-5绕组感应出3脚正、5脚负的电压，使VT2截止。
VT1饱和导通后，150V电压给T3的1-2主绕组充电储能，线圈中的电流和由它产生的磁感应强度随时间线性增加。但当磁感应强度增大到饱和点时，电感量很快减小，VT1输出的集电极电流急剧增加，增加的速率远大于其基极电流的增加，Uce升高，则VT1退出饱和进入放大区，推动变压器T2的2-4，1-2，3-5绕组感应电压净反向。这又是一个强烈的正反馈过程，结果是VT1截止，VT2饱和导通。此后，这种过程重复进行而形成振荡。
b.他激振荡。自激振荡过程中，T3的次级输出电压经VD9、VD10全波整流以及C19滤波后，建立起PWM控制电路芯片TL494所需的工作电源。TL494开始工作，由VT3、VT4输出相位差为180°的PWM脉冲，经T2的6-7、7-8绕组感应至1-2或3-5绕组。则VT1、VT2便由自激转为在他激PWM脉冲驱动下轮流导通。
T3的次级9-7、9-8绕组输出电压经VD15全波整流、C21滤波得到+44V电压给蓄电池充电。
VD6、VD7是两只钳位二极管，保护开关管VT1、VT2。保护机理是泄放B3初级的反激能量和漏感储能，消除反峰电压。当VT1由导通变为截止而VT2又尚没有导通时，VD7导通，把反激能量再生给C6充电；当VT2由导通变为截止而VT1又尚没有导通时，VD6导通，把反激能量再生给C5充电，这样，因反激能量回送电源而极大地提高了电源的效率。
PWM控制电路以TL494为核心构成。C12、R19与内部电路形成振荡，当这两只阻容元件参数为图标数值时，振荡频率约为50kHz。13脚接+5V，脉冲输出方式被设置为推挽输出，8、11脚输出的推挽调宽脉冲，经驱动电路放大后送半桥输出级，控制VT1、VT2轮流导通。
R20、R24分压值设定列区控制端4脚的电位，限定最大导通占空比小于45％，C18是缓启动电容，接通电源后，C18两端电压为零，4脚的电位近似为+5V，输出脉冲占空比为零。随着C18的充电，4脚电压逐渐降低，导通占空比增大，输出电压逐渐受控。
电压、电流控制：R26和R27是电压反馈取样电阻，R26与R27分压，对输出电压进行取样，加到TL494的1脚进行电压控制；R3是电流取样电阻，取样电压经R13加到TL494的15脚进行电流控制；电流控制的实质也是控制输出电压。
c.推挽驱动：由VT3、VT4、T2等元件构成。这是一种典型的变压器推挽式功率放大电路。VD11、VD14的作用与VD5、VD7相似，保护VT3、VT4，把T2初级的反激能量回送电源。
③充电状态指示电路 主要由运放LM358、LED1、LED2等元件构成。当充电电流较大时，电流取样电阻R3上端电压大大低于地电位，LM358的2脚电位低于3脚电位，1脚输出高电平，电池充电指示灯LED1点亮；当充电电流较小（小于200mA）时，+5V经R36、R30、R3分压，R3上端电压略高于地电位，LM358的2脚电位高于3脚，1脚输出低电平，电池充电指示灯LED1熄灭，7脚输出高电平，在充满后指示灯LED2点亮。充电过程中的某一时刻存在LED1、LED2同时点亮的过渡状态。
（2）调试
①输出电压 开路输出电压为44V，改变R26或R27可校准此值。夏天电压应比44V低1V，若是胶体电池则电压还要低，否则可能将电池充鼓包。
②输出电流 短路时输出电流为1.8A，改变R13可校准此值。
③状态指示调试 当充电电流为200mA时，蓄电池充满，指示灯LED2应开始点亮。改变R30可校准此状态。