应用SMR60000系列设计彩色电视机开关电源
应用smr60000系列设计彩色电视机开关电源
摘要：介绍samsung公司的电源混合icsmr60000/62000a的原理和应用。作为实例，详细介绍了利用该类型ic设计制作14″～21″以及25″～29″两个系列的彩电用开关电源。关键词：彩色电视机；开关电源；混合功率模块ondesignofcolortvswitchmodepowersupplyusedsmr60000series
图1开关电源等效电路
图2开关电源框图
1引言
samsung电源icsmr60000/62000a是一个内含功率mosfet(6a/700v和12a/700v)的开关电源混合模块。它们分别适用于输入功率为65～120w以及120～150w两个档次的彩电用开关电源。
smr60000系列具有第二代开关电源ic的共同特点，即次级采样和光耦控制；准谐振工作方式；高的ac/dc转换效率；宽阔的输入电压范围和良好的稳压特性；有多种电路保护以及成本较低等。其性能价格比较为符合我国市场需求，因此近年来国内已有一些厂家采用。 本文在扼要介绍该ic工作原理的基础上，着重介绍如何应用它去设计制作14″～21″以及25″～29″二款电视机电源。给出了火牛的设计以及满意的实验结果。2smr60000系列的等效电路及方框图
图1示出该ic的等效电路，图2示出了以它为核心的开关电源方框图。这是一个变压器耦合的反激型ac/dc变换器，其开关频率在70－120khz之间。稳压过程是由次级输出中采样，经过一个三端可调节的稳压icnjm431，与预定的基准电压作比较得出误差信号送入光耦，再经光耦以电流控制方式传至smr60000/62000a的控制输入端，用以改变开关的
ton，toff，从而达到稳定输出电压的目的。
该电源除含主icsmr60000/62000a及取样稳压电路以外，还含有启动电路，过流保护电路，准谐振电路，standby控制电路，过压和欠压保护电路等单元。
3单元电路简述
3?1启动电路
启动电路由图3中的r1、r2、r3和dz1组成，它的作用是在开机时提供一定的dc偏置给mosfet栅极，使其能正常起振。因为mosfet是电压驱动器件。如果有过量的电流和电压加入栅极，这将会引起mosfet漏极和源极之间击穿。因此使用稳压二极管dz1(6.5～7.5v)用以防止偏置过大而造成mosfet损坏。
图3启动电路
3?2过流保护电路
过流保护电路如图4所示。因为mosfet的源极电流从脚4流出，在r1上有一电压降。v4≈ipr1，如果初级电流ip过大，使v4达到晶体管q1的基极导通电压0.6v，则q1由截止转为导通。旁路了mosfet的栅极，使电路停振，保护了mosfet。
由于该ic具有“输出功率限定”功能，这使高压输入端(ac264v）的ip并不是最大的，最大峰值ip通常发生在ac输入电压最低（90v）的时候，所以设计r1时，应取ac90v输入时对应的ipmax作为限流起始点计算。
图4过流保护电路
3?3输出功率限定电路
图5输出功率限定电路
图6输出功率限定电路（局部）
输出功率限定电路如图5、图6所示。
该ic的脚1起着输出功率限定的作用。即当vin升高时，vp′会升高，直到使c1上充电电压vbe令q2导通，从而使mosfet截止。限制了ip也就是限制了输出功率在高压端的进一步提高。
3?4稳压反馈电路
图7稳压反馈电路
稳压反馈电路如图7所示。
该ic的脚5被用作反馈电压输入脚，由光耦合器和三端可变稳压器njm431完成稳压过程。当流过r1上的电流为恒定时，输出电压就保持恒定。
3?5准谐振运用
如图8所示，准谐振工作方式是由输入脚2的延迟电路和脚3的吸收电路组成的。其波形见图9。由于延时的引入，使mosfet在vds的最低处才导通。这样可减少开关电应力和噪声。同时可得到高的效率。
3?6standby控制电路 如图10所示，当tv在正常接收图象时，一个0v低电平通过r6进入q2基极，使得q2截止,q3导通，q3的e极经过120ω电阻提供一个6.3v电压至下一级作为行频起振的vcc之用。与此同时q1和zd1截
图8准谐振电路
图9准谐振波形
图10待机控制电路
止。当一个5v高电平standby控制信号经r6进入时，q2导通,q3截止,q1和zd1也导通,这使njm431的vref升高，输出电压v01、v02、v03下降，此时由于q1的导通，v03改为由v02通过q1,r1供电。以保证v03仍然为8v左右，以提供给微处理器正常的工作电压（5v）。
图11欠压保护电路
3?7过压保护电路
过压保护电路是由图10中的zd1、d1和r12组成的。当v03升高到大于9.1v时，zd1(8?2v稳压二极管)和d1导通，使njm431的参考电压vref上升，光耦晶体管的输出内阻下降,引起输入到脚5的反馈电流升高,ton减小,从而使v01、v02和v03全数下降。
3?8欠压保护电路
如图11所示，当输入交流电压vin下降到86v时，zd1和q1导通，在ic中的mosfet转为截止。当vin回升到ac86v以上时，电源自动恢复工作。
4两个设计实例
4?1a620mn3机型（20″）的开关电源及变压器 bck3904wh设计（例1）
图12给出该机电源原理图。它采用sumsungicsmr60000作为其核心器件。在电路确定之后，变压器设计就是主要工作，下面给出对它的设计步骤。
1）第一步确定开关电源的电气规格
输入电压vin=ac90～264v
输入频率50hz/60hz
输出1vo1=110vio1=0.6a（用于行包及高压部分供电）
输出2vo2=21.5vio2=0.7a（用于伴音供电）
输出3vo3=8vio3=0.3a（用于微处理器供电）
2）第二步计算输出功率和输入功率
输出功率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） 故输入功率pi=po/η=98.2w
3）第三步确定占空比和开关频率范围
根据实践经验，开关电源应以工作于不连续方式为设计基础，现假定最大占空比dmax=0.5及fl=41khz是合理的。至于最高开关频率取决于负荷，输入电流、电压等因素。一般fh≤120～150khz即可接受。
4）第四步计算已整流的输入电压vin对vin=ac90vvinmin=90××0.95≈120.9v对vin=ac264vvinmax=264××0.95
≈354.6v
应用smr60000系列设计彩色电视机开关电源
图12用于a620mn3机型的电源原理图
式中系数0.95是考虑了整流二极管、滤波器及线路等的压降。
5）第五步计算初级电流峰值i1p和初级电感l1i1p===2.76al1===534μh
取l1=530μh
6）第六步磁芯材料的选择选由mn?zn功率铁氧体材料pc30做成的磁芯ecr42,其se=1.94cm2，可允许pomax==94.1w，对计算的po=83.5w是足够的。
7）第七步计算初级绕组圈数n1==×104=×104==45.7匝取45匝
式中：se为磁芯截面积（cm2）；
bs为在100℃时的最大饱和磁通密度,bs=0.39t；
br为在100℃时剩磁,br=0.06t。
并设置磁隙为1mm左右，以防止在开机时因瞬态脉冲电流过大所引起的磁芯饱和。
8）第八步计算各次级输出及驱动绕组匣数no3=×n1=×45=40.9匝取40匝
下面以no1为标准计算no2,no3no2=×no1=7.8匝取8匝no3=×no1=2.9匝取3匝
因为mosfet的门极驱动电压最大承受范围为±20v。为了能够有足够驱动电压，同时又不致于超过承受范围。假定驱动绕组nd的输出为±8v。则有nd≈×no1=×45=2.98匝取nd=3匝
9）第九步定出bck?3904wh火牛的电气规格
基于上述的计算,最后我们得出了该火牛设计数据如图13所示。
4?2k9625abnt5机型（25″）开关电源及其变压器
bck?4003wh的设计（例2）
图14给出该电源的整体电路。由于现在采用了smr62000a，它允许有更大的漏极dc电流（达12a）,
图14用于k9625abnt5机型的电源原理图
(a)bck?3904wh电气结构
(b)绕组排列（c）骨架底视图
图13bck?3904wh电气参数及结构图
应用smr60000系列设计彩色电视机开关电源
可提供更大的功率输出。使此电源能工作在25″～29″彩色电视机中。下面给出对该火牛的设计步骤。
1）第一步确定开关电源的电气规格
输入电压vin=ac90～264v
输入频率50hz/60hz
输出1vo1=145vio1=0.7a
输出2vo2=25vio2=1.0a
输出3vo3=8vio3=0.3a
2）第二步计算输出功率和输入功率
输出功率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）
故输入功率pi=po/η=151.6w
3）第三步确定占空比dmax和最低开关频率fl范围
dmax=0.5及fl=41khz
4）第四步计算已整流的输入电压vin
对低压端vin=ac90vvinmin=90××0.95≈120.9v
对高压端vin=ac264vvinmax=264××0.95≈354.6v
5）第五步计算初级电流峰值i1p和初级电感l1i1p===4.27al1===346μh
考虑29″机以后会多带伴音woofer15w的功率。i1p会有所提高，故取l1=300μh
6）第六步磁芯材料的选择选磁芯ecr53（由pc30材料做成的），其磁芯截面面积se=2.54cm2，窗口面积s=1.60cm2，该磁芯可允许最大输出功率pomax===161.3w，对计算的po=129w是足够的。
7）第七步计算初极绕组圈数n1n1=×104=×104
()
powersupplytechnologiesandapplications
==30.6匝取32匝
8）第八步计算各次级输出及驱动绕组匣数no1=×n1=×32=38.4匝取38匝
下面以no1=38匝为基准求no2、no3：no2=×no1=6.5匝取no2=6匝。no3=×no1=2.1匝取no3=2匝
求驱动绕组nd：nd=×n1=2.1匝取nd=2匝
9）第九步定出bck?4003wh火牛的电气规格
基于上述的计算，最后我们得出了该火牛设计数据如图15所示。
5测试结果
5?1开关电源例1的测试结果
1）测试条件
主电源230v50hz
负荷aka120″彩色电视机
输入功耗71w(在最大亮度,最大音量时)
2）实际波形vds和is(源极电流)的实际波形如图16所示。其随输入电压vin变化的测量结果列于表1。
3）输入电压调整率从表1可看出,当输入交流电压由90v变到264v时其输出电压vo1最大只有0.3v的变化。
4）负载变化调整率在原有20″彩色电视机负荷的基础上再并联一个额外的40w灯泡于v01端口上,使其输出电流增加0.33a,发现vo1只下降0.9v,符合其厂家规定的±1v的要求。
表1smr60000的稳态开关特性(测量值)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输入功耗
pin(s.b.)=7w(在vin=230v时)。
6）ac/dc转换效率η=85％
5?2开关电源例2的测试结果
输入电压vin90～264v
输出电压vo1145v
输入电压调整率当vin=90～264v时,vo1=145v±0.2v
负载变化调整率当io1=0.3a～0.6a时,vo1=145v±0.3v
standby输入功耗pin(s.b.)=7w
效率η=85％
开关频率范围40khz～120khz
s.b.频率6.7khz(间歇振荡)
6结语
利用samsung电源icsmr60000/62000a初步成功设计和制成了两种实用型的彩电用开关电源。包括图像质量,安全试验和emc测试等实验结果都比较满意。性能价格比较高。但为满足市场现时对输入电流的低谐波失真要求,该电源还需要加入pfc电路。
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摘要：介绍samsung公司的电源混合icsmr60000/62000a的原理和应用。作为实例，详细介绍了利用该类型ic设计制作14″～21″以及25″～29″两个系列的彩电用开关电源。关键词：彩色电视机；开关电源；混合功率模块ondesignofcolortvswitchmodepowersupplyusedsmr60000series
图1开关电源等效电路
图2开关电源框图
1引言
samsung电源icsmr60000/62000a是一个内含功率mosfet(6a/700v和12a/700v)的开关电源混合模块。它们分别适用于输入功率为65～120w以及120～150w两个档次的彩电用开关电源。
smr60000系列具有第二代开关电源ic的共同特点，即次级采样和光耦控制；准谐振工作方式；高的ac/dc转换效率；宽阔的输入电压范围和良好的稳压特性；有多种电路保护以及成本较低等。其性能价格比较为符合我国市场需求，因此近年来国内已有一些厂家采用。 本文在扼要介绍该ic工作原理的基础上，着重介绍如何应用它去设计制作14″～21″以及25″～29″二款电视机电源。给出了火牛的设计以及满意的实验结果。2smr60000系列的等效电路及方框图
图1示出该ic的等效电路，图2示出了以它为核心的开关电源方框图。这是一个变压器耦合的反激型ac/dc变换器，其开关频率在70－120khz之间。稳压过程是由次级输出中采样，经过一个三端可调节的稳压icnjm431，与预定的基准电压作比较得出误差信号送入光耦，再经光耦以电流控制方式传至smr60000/62000a的控制输入端，用以改变开关的
ton，toff，从而达到稳定输出电压的目的。
该电源除含主icsmr60000/62000a及取样稳压电路以外，还含有启动电路，过流保护电路，准谐振电路，standby控制电路，过压和欠压保护电路等单元。
3单元电路简述
3?1启动电路
启动电路由图3中的r1、r2、r3和dz1组成，它的作用是在开机时提供一定的dc偏置给mosfet栅极，使其能正常起振。因为mosfet是电压驱动器件。如果有过量的电流和电压加入栅极，这将会引起mosfet漏极和源极之间击穿。因此使用稳压二极管dz1(6.5～7.5v)用以防止偏置过大而造成mosfet损坏。
图3启动电路
3?2过流保护电路
过流保护电路如图4所示。因为mosfet的源极电流从脚4流出，在r1上有一电压降。v4≈ipr1，如果初级电流ip过大，使v4达到晶体管q1的基极导通电压0.6v，则q1由截止转为导通。旁路了mosfet的栅极，使电路停振，保护了mosfet。
由于该ic具有“输出功率限定”功能，这使高压输入端(ac264v）的ip并不是最大的，最大峰值ip通常发生在ac输入电压最低（90v）的时候，所以设计r1时，应取ac90v输入时对应的ipmax作为限流起始点计算。
图4过流保护电路
3?3输出功率限定电路
图5输出功率限定电路
图6输出功率限定电路（局部）
输出功率限定电路如图5、图6所示。
该ic的脚1起着输出功率限定的作用。即当vin升高时，vp′会升高，直到使c1上充电电压vbe令q2导通，从而使mosfet截止。限制了ip也就是限制了输出功率在高压端的进一步提高。
3?4稳压反馈电路
图7稳压反馈电路
稳压反馈电路如图7所示。
该ic的脚5被用作反馈电压输入脚，由光耦合器和三端可变稳压器njm431完成稳压过程。当流过r1上的电流为恒定时，输出电压就保持恒定。
3?5准谐振运用
如图8所示，准谐振工作方式是由输入脚2的延迟电路和脚3的吸收电路组成的。其波形见图9。由于延时的引入，使mosfet在vds的最低处才导通。这样可减少开关电应力和噪声。同时可得到高的效率。
3?6standby控制电路 如图10所示，当tv在正常接收图象时，一个0v低电平通过r6进入q2基极，使得q2截止,q3导通，q3的e极经过120ω电阻提供一个6.3v电压至下一级作为行频起振的vcc之用。与此同时q1和zd1截
图8准谐振电路
图9准谐振波形
图10待机控制电路
止。当一个5v高电平standby控制信号经r6进入时，q2导通,q3截止,q1和zd1也导通,这使njm431的vref升高，输出电压v01、v02、v03下降，此时由于q1的导通，v03改为由v02通过q1,r1供电。以保证v03仍然为8v左右，以提供给微处理器正常的工作电压（5v）。
图11欠压保护电路
3?7过压保护电路
过压保护电路是由图10中的zd1、d1和r12组成的。当v03升高到大于9.1v时，zd1(8?2v稳压二极管)和d1导通，使njm431的参考电压vref上升，光耦晶体管的输出内阻下降,引起输入到脚5的反馈电流升高,ton减小,从而使v01、v02和v03全数下降。
3?8欠压保护电路
如图11所示，当输入交流电压vin下降到86v时，zd1和q1导通，在ic中的mosfet转为截止。当vin回升到ac86v以上时，电源自动恢复工作。
4两个设计实例
4?1a620mn3机型（20″）的开关电源及变压器 bck3904wh设计（例1）
图12给出该机电源原理图。它采用sumsungicsmr60000作为其核心器件。在电路确定之后，变压器设计就是主要工作，下面给出对它的设计步骤。
1）第一步确定开关电源的电气规格
输入电压vin=ac90～264v
输入频率50hz/60hz
输出1vo1=110vio1=0.6a（用于行包及高压部分供电）
输出2vo2=21.5vio2=0.7a（用于伴音供电）
输出3vo3=8vio3=0.3a（用于微处理器供电）
2）第二步计算输出功率和输入功率
输出功率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） 故输入功率pi=po/η=98.2w
3）第三步确定占空比和开关频率范围
根据实践经验，开关电源应以工作于不连续方式为设计基础，现假定最大占空比dmax=0.5及fl=41khz是合理的。至于最高开关频率取决于负荷，输入电流、电压等因素。一般fh≤120～150khz即可接受。
4）第四步计算已整流的输入电压vin对vin=ac90vvinmin=90××0.95≈120.9v对vin=ac264vvinmax=264××0.95
≈354.6v
应用smr60000系列设计彩色电视机开关电源
图12用于a620mn3机型的电源原理图
式中系数0.95是考虑了整流二极管、滤波器及线路等的压降。
5）第五步计算初级电流峰值i1p和初级电感l1i1p===2.76al1===534μh
取l1=530μh
6）第六步磁芯材料的选择选由mn?zn功率铁氧体材料pc30做成的磁芯ecr42,其se=1.94cm2，可允许pomax==94.1w，对计算的po=83.5w是足够的。
7）第七步计算初级绕组圈数n1==×104=×104==45.7匝取45匝
式中：se为磁芯截面积（cm2）；
bs为在100℃时的最大饱和磁通密度,bs=0.39t；
br为在100℃时剩磁,br=0.06t。
并设置磁隙为1mm左右，以防止在开机时因瞬态脉冲电流过大所引起的磁芯饱和。
8）第八步计算各次级输出及驱动绕组匣数no3=×n1=×45=40.9匝取40匝
下面以no1为标准计算no2,no3no2=×no1=7.8匝取8匝no3=×no1=2.9匝取3匝
因为mosfet的门极驱动电压最大承受范围为±20v。为了能够有足够驱动电压，同时又不致于超过承受范围。假定驱动绕组nd的输出为±8v。则有nd≈×no1=×45=2.98匝取nd=3匝
9）第九步定出bck?3904wh火牛的电气规格
基于上述的计算,最后我们得出了该火牛设计数据如图13所示。
4?2k9625abnt5机型（25″）开关电源及其变压器
bck?4003wh的设计（例2）
图14给出该电源的整体电路。由于现在采用了smr62000a，它允许有更大的漏极dc电流（达12a）,
图14用于k9625abnt5机型的电源原理图
(a)bck?3904wh电气结构
(b)绕组排列（c）骨架底视图
图13bck?3904wh电气参数及结构图
应用smr60000系列设计彩色电视机开关电源
可提供更大的功率输出。使此电源能工作在25″～29″彩色电视机中。下面给出对该火牛的设计步骤。
1）第一步确定开关电源的电气规格
输入电压vin=ac90～264v
输入频率50hz/60hz
输出1vo1=145vio1=0.7a
输出2vo2=25vio2=1.0a
输出3vo3=8vio3=0.3a
2）第二步计算输出功率和输入功率
输出功率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）
故输入功率pi=po/η=151.6w
3）第三步确定占空比dmax和最低开关频率fl范围
dmax=0.5及fl=41khz
4）第四步计算已整流的输入电压vin
对低压端vin=ac90vvinmin=90××0.95≈120.9v
对高压端vin=ac264vvinmax=264××0.95≈354.6v
5）第五步计算初级电流峰值i1p和初级电感l1i1p===4.27al1===346μh
考虑29″机以后会多带伴音woofer15w的功率。i1p会有所提高，故取l1=300μh
6）第六步磁芯材料的选择选磁芯ecr53（由pc30材料做成的），其磁芯截面面积se=2.54cm2，窗口面积s=1.60cm2，该磁芯可允许最大输出功率pomax===161.3w，对计算的po=129w是足够的。
7）第七步计算初极绕组圈数n1n1=×104=×104
()
powersupplytechnologiesandapplications
==30.6匝取32匝
8）第八步计算各次级输出及驱动绕组匣数no1=×n1=×32=38.4匝取38匝
下面以no1=38匝为基准求no2、no3：no2=×no1=6.5匝取no2=6匝。no3=×no1=2.1匝取no3=2匝
求驱动绕组nd：nd=×n1=2.1匝取nd=2匝
9）第九步定出bck?4003wh火牛的电气规格
基于上述的计算，最后我们得出了该火牛设计数据如图15所示。
5测试结果
5?1开关电源例1的测试结果
1）测试条件
主电源230v50hz
负荷aka120″彩色电视机
输入功耗71w(在最大亮度,最大音量时)
2）实际波形vds和is(源极电流)的实际波形如图16所示。其随输入电压vin变化的测量结果列于表1。
3）输入电压调整率从表1可看出,当输入交流电压由90v变到264v时其输出电压vo1最大只有0.3v的变化。
4）负载变化调整率在原有20″彩色电视机负荷的基础上再并联一个额外的40w灯泡于v01端口上,使其输出电流增加0.33a,发现vo1只下降0.9v,符合其厂家规定的±1v的要求。
表1smr60000的稳态开关特性(测量值)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输入功耗
pin(s.b.)=7w(在vin=230v时)。
6）ac/dc转换效率η=85％
5?2开关电源例2的测试结果
输入电压vin90～264v
输出电压vo1145v
输入电压调整率当vin=90～264v时,vo1=145v±0.2v
负载变化调整率当io1=0.3a～0.6a时,vo1=145v±0.3v
standby输入功耗pin(s.b.)=7w
效率η=85％
开关频率范围40khz～120khz
s.b.频率6.7khz(间歇振荡)
6结语
利用samsung电源icsmr60000/62000a初步成功设计和制成了两种实用型的彩电用开关电源。包括图像质量,安全试验和emc测试等实验结果都比较满意。性能价格比较高。但为满足市场现时对输入电流的低谐波失真要求,该电源还需要加入pfc电路。
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