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IC401在正常工作时电压:1脚4.17V 2脚3V 3:0V 4:0V Q401在正常工作时电压:G极7.7V S极13V D极13V
(四)、PFC电路的电流回路分析:IC406得到供电后,开始工作,从7脚输出12VP-P的驱动正脉冲,经R493、R439、D415、L402,加到开关管Q406的G极,见下图: Q406管导通,产生电流:D401正极-------T401:8\\9\\10脚------T401:1\\2\\3\\4脚-------Q406:D极------S极------R448\\R449--------D401负极,上述来自市电的电流流过T401初级绕组,把市电的电能转化成磁能储存在T401内。R439、R493的阻值很小,仅12欧,这是为了确保加到Q406:G极的正驱动电流足够大,让Q406迅速的由截止转变到饱和导通状态,以减小开启损耗。
当IC406:7脚正脉冲过后,电压降到0V,这个0V电压加到Q404的G极,该管导通,C---E极间的内阻很小,把Q406:G极上存储的电荷通过导通的Q404迅速放掉,以减小Q406的关断损耗。Q406关断时,T401初级绕组的充电电流回路断开,根据椤次定律,在T401初级绕组1端产生正的感应电压,10端产生负的感应电压,该电压与D401输出的整流电压串联,加到D417/D419/D420的正极,这三个二极管导通,向C446充电,得到395V的PFC电压。
(五)PFC稳压反馈及保护电路:C446上的PFC电压,加到两套分压取样电路,一是稳压反馈电路,二是PFC电压检测电路。
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1、稳压反馈电路:见上图。 右上角的PFC电压,加到PFC分压取样电路:R441、R442、R475、R444、R443,在R475、R444连接点上分得到的取样电压2.5V,加到IC406的1脚,在IC内部经过误差放大-------加到乘法器与3脚输入的市电整流取样电压进行相乘-------在IC内向右加到电流比较器--------与4脚输入的开关管电流取样信号相比较-------输出控制电压加到MOS大功率管驱动电路---------从7脚输出MOS开关管驱动脉冲-------加到MOS开关管Q406的G极---------PFC电路正常工作,产生PFC电压输出。IC406:1脚输入的误差电压经过内部放大、倒相后从2脚输出,经过2脚外接的Q420缓冲,从E极输出,经过R421、C423、C427交流反馈回到1脚,这是一个交流负反馈,以稳定电路的工作状态。R443是可调电阻,用于调节PFC输出电压的值。
Q420正常工作时,C极:12.8V ,B:5.8 E:2V
2、PFC输出电压检测电路:见上图。 PFC电路输出的电压,加到分压取样电路:R472、R473、R465、R464。在R464的上端分得的电压是7.6V,加到8.2V稳压管D418的负极,该管截止,Q407是一个双三极管,左半管是NPN管,右半管是PNP管。NPN管的B极因为没有接正偏电压而截止,PNP管的B极通过电阻与E极相连,因此也截止。因此,在正常工作时,左、右半管都截止。而当PFC电压异常升高时,导致R444上的分压大于8.2V时,D418击穿导通,高电平加到左半管NPN管的的B极,左半管导通,C极降为低电平,通过R452加到右半管PNP的B极,右半管也随之导通,右半管C极输出高电平,通过R454加到左半管的
B极,维持左半管的导通,由上分析看出:Q407左、右半管接成了正反馈,构成了类似可控硅电路,一旦受触发导通,就会自锁在导通状态,只有断电才能退出导通。Q407:C极输出的高电平,代表了PFC过压保护。C极输出的高电平分成两路:1是加到Q422的B极,该管导通,把IC407:2脚电压拉低到0V,使PFC电路的工作频率降到很低,PFC电路输出电压也降到很低,防止故障扩大。2是加到PFC检测电路Q421:B极(见下图右上角的BK线),该管导通,把PFC电压比较器IC402的1脚拉低到0V。
IC402是PFC电压比较器,用于检测PFC电压是否正常,并把检测结果加到电源板CPU:IC501的8脚。电路见下图所示:
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IC402:5脚加13V电源,2:接地 1:比较器反相输入端 3:比较器同相输入端。 4:比较器输出端。比较器有这样的特性:当反相输入端电压高于同相端时,输出端变成低电平。当同相输入端电压高于反相端时,输出端变为高电平。
PFC输出的395V电压,加到上图中顶部BH线,向下加到R494、R495、R496、D434(8.2V稳压管)这个串联电路上,同时R497、R480并联在D434两端,上述5个电阻分压,在D434的负极分到5.6V电压,经过R453加到比较器的1脚。13V电源电压经过R416、D403(5.1V稳压管)得到5.1V电压,加到比较器的3脚,因为此时1脚反相端高于同相端3脚电压,因此,输出端4脚输出为0V,通过R487、R486加到光耦IC404:2脚内部发光管的负极,1脚内是发光管的正极,接的是13电源,因此,发光管导通发光,内部的光敏管也导通,光耦IC404:4脚被拉低到0V。这个0V电压加到IC501:8脚,据此,CPU判断PFC电压正常。
当PFC过压时,Q407右管C极输出的高电平,加到上图右上角的BK线,经R450加到Q421的B极,该管导通,C极为0V,通过R453加到IC402:1脚为0V,此时,同相输入端3脚高于反相端1脚,IC402:4脚输出高电平,光耦IC404内的发光管截止,光耦内的光敏管随之截止,IC404:4脚为高电平,IC501:8脚收到这个高电平后,判断PFC电路故障,发出保护关机指令。在Q401:D极给PFC振荡IC406供电13V的同时,这个13V也加到上图中顶部BI线,经R693、加到Q418的B极,该管导通,C极为0V,把R497的下端接地,此时,PFC输出的395V电压,加到下述的分压电路:R494、R495、R496、R497、通过导通的Q418:C、E到地。在R497上端到地分得的电压是:5.6V。
Q407正常工作时的电压:左半管: E: 12.8V B:0V E:0V 右半管: C:0V B:12.8V E:12.9V Q422: C:5.8V B:0V E:0V
IC402正常工作时的电压: 1:5.5V 2:0V 3:5.2V 4:0V 5:13.6V Q421: C: 5.6V B:0V E:0V Q418: B:0.7V C:0V E:0V IC401正常工作时的电压: 1:4.17V 2:3V 4:0V 3:0V IC404: 1: 13.5V 2: 12.1V 3: 0V 4: 0V
(六)、IC406:L6561的原理分析:L6561是一个专门用于PFC电路的IC。它的外形图如下图所示: 内部电路分框图见下图:
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为了便于讲解L6561内部电路的工作原理,给出一个L6561外围的典型电路。见下图:
下图电路与42PA50C的PFC电路是相同的,只是零件位号不同,但下图便于讲解和示例。42PA50C的PFC电路图,画的很散乱,不能在一张电路图上进行方便的分析和讲解。
1、L6561的启动: 220V交流电,经桥式整流后输出馒头状正半波正弦脉动电压波形,C1因为容量很小,不能把50HZ的脉动电压滤平。C1仅是滤除高频干扰。上图中IC的8脚是电源供电端,整流后的脉动电压经大阻值电阻R3向大电解C2充电并储能,当C2上充电电压上升到L6561的工作电压时,为8脚提供启动电压,因为这个电阻阻值很大,提供的电流很小,C2上储存的电能仅够IC瞬时启动用,IC一旦起动后,内部的全部电路开始工作,电流大增,此时此刻如果没有其它大功率的电量供应,8脚电压会很快下降到门限值以下,L6561从而启动停止。为此,在图中变压器T中,专门设计了一个辅助(次级)线圈,该线圈产生的脉冲电压,经C6、R2后,加到D3整流向IC:8脚提供较大功率的供电。
2、前馈电路:220V交流电,经桥式整流后变成正弦正半波波形,经过R9、R10分压取样后,加到IC的3脚,这称为前馈电路。把PFC电路输入的电压经取样后加到PFC集成电路的输入端,称为前馈。前馈电路的功能是:当输入PFC电路的交流市电在大范围内变化时,可保持PFC输出的电压不变。前馈电路的作用过程:输入的交流电从70----270V间变化时,经过R9、R10取样,加到IC:3脚内的乘法器。在IC:1脚输入的误差电压经放大、反相后,出现在2脚,然后也加到乘法器。这两路电压经过相乘后,向下输出加到电流比较器的正输入端,这个电压称为开关管电流峰值调节电压。在IC:7脚外的MOS开关管,当这个开关管导通时,变压器T初级流过一个从0线性增大的电流,这个电流流过MOS开关管的S极电阻R6,在R6上产生一个锯齿状电流,这个电流从0线性逐渐增大,由R6把这个线性增大的电流转换成锯齿电压,加到IC的4脚。在IC内,4脚进入的锯齿波电压,加到电流比较器的反相输入端,当反相输入端的电压从0逐渐升高,达到同相输入端的电压时,比较器输出端跳变成低电平,加到Q触发器的清零R端(Q触发器有两个输入端: R S,这两个输入端都是低是平有效,即只有当S端或R端加低电平时,触发器才被触发而翻转,如果加的是高电平,触发器不翻转,还保持以前的状态,R输入端称为清零端,当该端输入低电平时,Q输出端下跳到低电平即二进制数字中的0。S端称为置1端,当S端输入低电平时,Q输出端上跳到高电平,即二进制数字中的1),触发器翻转,使Q输出端跳变成0V,经过驱动电路,IC的7脚输出0V电平,关断MOS开关管。由此可看见,4脚输入的电压,用于确定开关管的关断时刻。
IC内乘法器的输出,加到电流比较器的同相输入端,作为开关管电流峰值调节电压,这个电压值的高低,设定了开关管峰值电流的值。当4脚输入的锯齿电压峰值达到同相输入端的电压值时,比较器就会关断IC外的MOS开关管。因此,电流比较器同相输入端的电压,实际上是控制了开关管的导通宽度。也可以说设定了开关管的电流峰值。当输入PFC电路的交流电升高时,PFC电路输出的功率也会随之变大。与此同时IC:3脚的输入电压也随之升高,乘法器的输出电压降低,加到电流比较器同相输入端的电压也降低,这将使开关管的导通宽度变窄,使变压器从市电吸取的电能功率不致随市电的升高而变大,这将使PFC电路输出到负载的功率也保持不变。从上述的分析可看出:前馈电压,调节开关管的导通宽度,当输入的交流电源电压升高时,前馈电路会调节开关管的导通宽度变窄,使PFC电路输出的电压保持不变。
3、后馈电路:把PFC电路的输出电压,经R7、R8分压取样后,加到PFC电路L6561的反馈输入端1脚,IC的1脚是误差放大器的反相输入端,在IC内经放大、反相后,从2脚输出,经IC外1、2脚间的反馈网络,使放大器工作稳定。在IC内,放大倒相后的误差电压,向右加到乘法器,当PFC电路的输出电压升高时,经取样后,IC:1脚的电压同步升高,反相放大后,2脚的电压下降,经乘法器后,输出到电流比较器同相输入端的电压也随之降低,这将会减小开关管的电流峰值,缩短开关管的导通宽度。使变压器从市电吸取的电能减少,保持PFC电路的输出电压恒定不变。
4、L6561内部的供电:
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从IC:8脚进入的电源电压分成三路:1、直接供给7脚内驱动输出管上管C极电源。2、经内部稳压电路得到7.5V电源,供给IC内各个电路单元供电。3、产生2.5V基准电压加到误差放大器的同相端。8脚内还接有一个20V稳压管,当输入IC的电源电压过高时,该管击穿导通,以保护IC内电路不受过压损坏。
5、欠压保护电路(UVLO):8脚进入的电源电压,在IC内经R1、R2分压取样后,加到欠压比较器的同相输入端,反相输入端接一基准电压。只有当8脚输入的电源电压足够高时,比较器才会输出高电平,经或门电路输出高电平,加到驱动电路(DRIVER),驱动电路正常工作,从7脚输出驱动脉冲。当8脚输入的电压过低时(UVL),欠压比较器输出低电平,经或门电路关闭驱动器(DRIVER),以防损坏零件。 6、变压器零电流检测:5脚是零电流检测输入端,通常是在开关电源变压器增设一个次级线圈来进行零电流检测。见上面L6561典型应用电路:当MOS开关管导通时,220V交流电经整流后向变压器充磁,电流流向是:电流从整流桥正输出端出发-------T的初级线圈----------MOS开关管D极-----------S极----------R6-----------整流桥负端,电流构成闭合回路。上述电流流经T的初级,向T充磁。把市电的电能转化成磁能,储存在T中。当开关管截止,上述充电电流要消失,T的电感量要维持这个电流的存在,因此在T的初级产生右正左负的感应电压,该感应电压与整流桥输出的电压相串联迭加,加到整流二极管D1的正极,D1导通,向大电解电容C5充电,充电电流如下:电流从T初级右端出发--------------D1正极------------负极-----------向电容C5充电---------地线-----------整流桥负端-------------整流桥正端----------T初级左端---------电流构成闭合回路。上述电流在向C5充电的同时,也向负载供电。上述电流把T中储存的磁能,转化成电能向负截供电(释放磁能),随着向负载供电的持续进行,T中所剩的磁能逐步减少,直至最后T中所剩磁能减少到0,T在给负载供电的过程,也是T退磁的过程(因为T中的磁能转化成电能加给负载了)。在T的初级持续向负载释放磁能(电能)的过程中,T初级感应电压一直维持右正左负,根据变压器同名端的标称,次级也一直维持左正右负的脉冲电压。这个正的脉冲电压经R1中到L6561:5脚,幅度是5VP,在IC内,从5脚进入的脉冲电压加到零电流检测比较器的正输入端,这人比较器的负输入端标有两个基准电压1.8V和2.3V,它的含义是:当5脚电压下降到低于1.8V时,过零电流比较器输出低电平,经过或门加到Q触发器的S端,Q输出端翻转到高电平,经驱动电路去打开外部的MOS开关管。当IC:5脚的电压高于2.3V时,过零电流比较器输出高电平,经或门加到S端,Q触发器保持原状(输出低电平)不变,维持开关管的截止。在开关管截止时,变压器向负载释放电能,在此期间,加到IC:5脚的脉冲电压一直是高电平且大于2.3V。因此,Q触发器输出端一直保持低电平(保持开关管截止)。现在5脚的正脉冲电压大于2.3V,比较器输出高电平,经或门加到Q触发器的S端置1端,因为触发器的两个输入端R、S,都是低电平有效,即加上低电平时,Q触发器才会受触发翻转,加高电平不起作用。因此,开关管截止时,T向负载释放电能,T的次级线圈加到IC的5脚的大约5VP的正脉冲,维持开关管截止。
当T中的磁能全部释放到负载上时,T中的磁能放光了,T初级线圈中的电流就会消失,T次级线圈即IC:5脚的正脉冲电压就会随之下跳,当IC:5脚的正脉冲电压下降到1.8V以下时,过零电流比较器输出低电平,经过或门加到Q触发器的置1端S,Q输出端跳变到高电平,经驱动电路DRIVER,从7脚输出上跳的高电平,去驱动MOS开关管导通。由此可见:IC:5脚输入正脉冲电压的下跳沿,用于触发开关管导通。开关管导通后,市电整流电压,又向变压器充磁。进入下一周的工作过程。开关管在IC:5脚下跳沿脉冲的控制下,在零电流、零电压的条件下开启开关管,这样就减小了开关管的开启损耗,提高了PFC电路的效率,降低了开关管损坏的几率。提高了电路的安全性和可靠性。
7、开关管初始触发:加电后,在PFC电路没有工作前,变压器中没有电流流过,次级线圈也没有脉冲感应电压,即IC:5脚没有脉冲电压,因此,开关管也不能被零电流检测电路触发导通。为此在IC内设置了起动电路:STARTER。在加电后,IC内的启动器STARTER输出一个负向脉冲电压,经或门加到Q触发器的S端,从而Q输出端输出一个正脉冲,从7脚输出,去驱动MOS开关管导通。启动了PFC电路。
8、去能(DISABLE)功能:进入IC:5脚的下跳沿脉冲还具有去能功能。所谓去能:是指使IC的功能丧失。即让IC的7脚不能输出驱动脉冲。当IC:5脚输入的脉冲电压小于0.15V时,IC内的去能(DISABLE)功能启动,关闭IC:7脚内的驱动器(DRIVER), 关闭7脚输出的脉冲.
四、主开关电源电路:主开关电源由T404、T402、T407、IC520、Q412、Q413组成。产生全机所需要的电源电压:如VDA、15V、12V、未稳压的VSUS电源。PFC电路
输出的395V电压,加到主开关电源的开关管Q412:D极上,IC520是主开关电源的振荡IC,T404是主开关电源的输出变压器。T402是开关管驱动变压器。T407主开关电源开关管电流检测器(互感器)。主开关电源是一个调频型稳压电源,它是依靠调节开关电源的频率达到稳定输出电压的目的。当开关电源的工作频率升高时,输
出电压下降,当开关电源的工作频率下降时,输出电压升高。
(一) IC520的供电:15、16脚是电源供电端。有两个电路为该IC供电,一是来自待机电源电路的STB14V,通过R563、D521为IC520供电,这是在主开关电源启
动的时候为IC520供电。二是:在主开关电源正常工作后,主开关电源变压器的次级4---5绕组输出的脉冲电压,经双二极管D536整流、C5557滤波,得到15V电源,通过D535、PR509为IC520供电。
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