10消隐和消亮点电路.docx

1、10消隐和消亮点电路第十节消隐和消亮点电路一消隐电路行场扫描电路扫描周期包括扫描正程时间和扫描逆程时间扫描正程完成信号扫描使屏幕重现计算机所需要的图像和字符而扫描逆程是电子束回扫时间在屏幕上只能看到数条回扫线但它的出现会严重影响屏幕的正常显示因此必须加以消除这就是所谓消隐消隐的原理很简单就是在行场扫描逆程时间内使显像管阴极不发射电子或少量电子打到荧光屏上在正常亮度下以不出现回扫线为原则消隐信号的来源均由行场扫描电路提供行消隐信号一般由行输出变压器次级线圈中取出或由行输出管集电极串联逆程电容之间取出但有些扫描集成电路也可以给出消隐脉TDA2593芯片中就有行逆程脉冲发生器消隐脉冲从何处取出这要看

2、显示器具体电路而定场消隐信号一般由场输出级取出有些场振荡芯片也有回扫脉冲发生器可提供场逆程脉冲如TDA1170N 就有这个功能回扫脉冲由3 脚给出消隐电路一般由一级三极管放大器组成消隐信号的控制点在何处呢这完全取决于显像管电子束是由阴极控制还是由栅极控制如采用栅极控制就加在栅极G1 上如果采用阴极控制一般不直接加在阴极上而是加在视频处理电路或加在视频放大级的输入端下面给出几种实际电路供参考1. 栅极控制中场消隐脉冲从TDA1170N-3 脚取出通过R337 D305 加到Q308 基极行消隐脉冲从行输出变压器7 脚取出通过R347C303 加到Q308 的基极C303 是加速电容可以改善逆程脉

3、冲的前后沿D306 是为了保护Q308 的发射结C318 为隔直流电容R829 C812 组成低通滤波器可滤掉杂散信号对栅极的干扰电路工作原理消隐脉冲来到时Q308 不工作集电极输出负极性脉冲通过耦合电容C318 加到显像管栅极叠加在栅极负压上使显像管不发射或少发射电子只有少量电子能通过栅极负电场而到达屏幕所以屏幕不会出现回扫线电路工作波形见图1.85 所示这个电路看起来比较复杂比上述电路多几个三极管但实际分析并不复杂Q825和Q605 是两个三极管放大器Q823 Q824 是互补对称射极跟随器C836 是耦合电容电路工作原理与上述电路相同该电路特点是行消隐脉冲从两个逆程电容C820 和C82

4、1之间取出2. 阴极控制以GW-300 显示器为例加以说明电路见图图1.86 消隐电路图中行消隐脉冲从行输出变压器FBT-5 脚取出场消隐脉冲从场输出级Q401 发射极E 取出行场消隐脉冲经电路处理后分别加到消隐放大器的基极R G B 三路同时使三路放大管V803 V843 V873 饱和导通而三路视频放大器基极处于反偏而截止显像管阴极电压大大升高而截止因此不能发射电子这样屏幕回扫线消失二消亮点电路当显示器电源关闭后显像管灯丝电压迅速下降到0V 但阴极不会立即冷却会保持很长时间几秒到十几秒钟而继续发射电子并打到荧光屏上所以显示器断电后屏幕中间有一个亮点时间可长达数十秒钟如反复多次就完全可能烧糊

5、荧光屏内壁涂的荧光粉形成一个黑点因此必须加以消除消亮点的原理很简单就是在显像管的栅极加上较高的负电压抑制电子的发射或通过图1.87 是COMPAQ SM-1557S 显示器消亮点电路图1.87 消亮点电路图中96V 经二极管D823 D817 电阻R505行输出变压器FBT 到地对C852 充电所以C852 两端约有200Vp 脉冲电压D822 的作用是防止G1 有脉冲干扰而产生误动作R890 R889 为分压电阻电路工作原理在正常工作时由于G1 有很低的负电压D822 Q833 不能导通处于截止状态当电源关闭时G1 电压突然由负压降到零时电容器C852 上的负电压使D822 Q833 饱和导

6、通于是C852 上的负电压加在G1 上并可维持较长时间电子束被截在电子枪内消除了屏幕亮点第十一节显示器电源显示器电源均采用开关稳压电源开关稳压电源一般分为四种形式即1. 串联型开关稳压电源2. 升压式开关稳压电源3. 极性反转式开关稳压电源4. 直流交流变换器式开关稳压电源一开关电源的组成和原理方框图开关电源由输入电网滤波器输入电压整流滤波器直流/交流变换器高频脉冲整流滤波电路控制电路保护电路及辅助电源等七个部分组成原理框图见图1.88 所示图1.88 开关电源组成原理框图1. 各方框功能1 输入电网滤波器消除和防止来自电网的各种干扰如电动机的启动各种电器的开和关所引起的电火花雷击产生的干扰等

7、同时又防止开关电源产生的高频电磁干扰向电网扩散2 输入电压整流滤波电路将电网交流电压进行整流滤波向直流/交流变换器提供纹波较小的直流电压而且当电网瞬间停电时电容器储存的能量可使开关电源输出电压维持一定的时间有利于计算机进行数据保护3 直流_/交流变换器是开关电源的关键部件它把未稳定的直流电压300V变成高频脉冲电压高频脉冲变压器可起到输入电网与输出端隔离作用另外还可储能变压4 高频脉冲整流滤波电路将变换器输出的高频脉冲电压进行整流滤波得到所需要的直流输出电压可获得多路输出同时还可防止高频噪声对负载的干扰5 控制电路检测直流输出电压与基准电压进行比较放大调制振荡器输出的脉冲宽度从而控制变换器以保

8、持输出直流电压的稳定一般控制电路还包括软启动及停止电路6 保护电路在开关电源发生过压过流或短路时保护电路使开关电源停止工作以保护负载和开关电源本身有的还发出报警信号7 辅助电源为控制电路和保护电路提供满足一定技术要求的直流电源以保证它们工作稳定可靠辅助电源可以是独立的计算机电源多数采用也可以由开关电源本身提供显示器电源采用2. 直流_/交流变换器的五种形式直流/交流变换器可以分为单管正激式单管反激式半桥式全桥式推挽式五图中前两种电路相对比较简单元件少但输出功率也相对低些单管反激式开关电源在显示器中得到广泛的应用半桥式和推挽式开关电源在微型计算机中得到了广泛应用而全桥式开关电源因为电路太复杂元器

9、件也多因此它的成本高可靠性低在显示器和计算机中都不采用这五种电源的变换器均有自激式和它激式两种3. 变换器式或并联型开关这种电源与串联线性电源串联开关电源相比较有如下特点1 体积小重量轻由于不用电源变压器只用一个高频脉冲变压器所以与前两种电源比较体积和重量都小得多一般为2030%2 功耗小效率高功率开关管工作在开关状态电流小功耗小而且控制功率也小因此效率高一般可达到60 85% 而且当电网电压和输出电压在较大范围内变化时功耗变化不大因此效率没多大变化3 不容易出现过压现象串联线性和串联开关电源尤其是串联线性电源输入输出电压值相差大串联功率开关管一旦击穿全部输入电压都加到负载上由于电压高上升速率

10、又快过压保护电路来不及动作就可能损坏负载而无工频变压器开关电源即并联型开关电源不论开关管断开还是击穿其输出电压都会下降到零没有过压现象发生即使控制电路发生故障引起输出电压升高但上升速率缓慢过压保护电路能动作及时切断输出电压况且控制电路的故障率相对要小得多4 电网电压突然断电输出电压维持时间长在额定负载下输出电压的额定值能维持几十毫秒以上便于计算机实现信息保护5 输出电压可给出任意值而且可获得多路输出6 电路复杂使用的元件多由于采用集成电路元器件的数量也相应减少7 输出电压纹波大产生的干扰强串联线性电源得到1 毫伏以下的纹波电压是不困难的而开关电源一般为10 100mV 开关电源产生的尖峰电压频

11、率高能量大易损坏开关管而且也产生干扰8 瞬态响应差串联线性电源一般为10 微秒到几百微秒开关电源为毫秒数量级电压输出幅度变化也大二单管自激型反激式开关电源工作原理1. 工作原理所谓自激型和它激型的概念要搞清楚自激型变换器实际上是一个自激间歇振荡器它激型变换器是一个它激间歇振荡器这两种变换器都得到了广泛的应用在显示器中后一种变换器将逐步取代前种图1.90 为自激型反激式变换器的基本电路图1.91 是基本电路的电压和电流波形图该电路是利用变压器耦合而形成正反馈的自激振荡电路Np 为变压器的初级线圈Nb为基极反馈线圈Ns 为次级线圈R1 为启动电阻为基极提供初始直流注入电流Q 为功率开关管Re 为负

12、反馈电阻起稳压作用D2 为输出整流二级管C2 为滤波电容RL为等效负载电路当输入电压接通后300V 经启动电阻R1 给开关管Q的基极以正偏置使其导通集电极电流流过变压器初级线圈Np 由于初级线圈Np 和基极线圈Nb 之间的耦合作用基极线圈中将产生感应电压该电压使基极电流增加基极电流增加又使集电极电流进一步增加基极线圈感应电压也进一步增加这就形成了一个强烈的正反馈过程见下面流程图结果Q 很快地由内阻很高的截止状态变为内阻很低的饱和状态管压降Uce 接近零其工作状态波形图正反馈过程图1.91 电流电压波形图中a.集电极电压波形b.初级线圈Np 中电流波形c.铁芯中磁通变化波形d.次级线圈Ns 中电

13、流波形e.整流二极管D2 上的电压波形图1.92 晶体管Q 工作点轨迹但是由于这是一个突变过程变压器初级线圈Np 呈现出的阻抗很低因此Q 饱和时的集电极电流仍很小Q 的损耗亦很小此时Q 的工作状态相当于图1.92 中的a 点位置Q 导通期间是饱和的饱和压降Uces 很小因此实际上输入电压Ui 几乎全部加到变Up UbIbIc Icc压器初级线圈Np 两端而此电压保持不变初级线圈中的电流与两端电压的关系是Up=Lp dtdipIp= .剖UpdtLIpt当Up = Ui 时可求初级线圈电流为Ip= 0piI tLU +式中I0 为初级线圈的初始电流在此处很小可忽略不计又因Ip = Ic 即Ic=

14、piLN由上式可以看出初级线圈中的电流也称磁化电流线性上升即Q 的集电极电流线性上升波形如图1.91 b 所示这时基极反馈线圈Nb 两端感应电压为Ub=pbNNUi所以Ub 也是固定不变的它为Q 提供一个几乎不变的基极电流Ib 这时Q 的工作状态是沿着图1.92 中Ib 不变的一根曲线由a 点移动到b 点当集电极电流一直上升到满足下列关系式时Ic = hff Ib这时Q 开始退出饱和区向截止状态转换集电极电压上升变压器初级线圈两端的电压下降基极电流减小集电极电流也随之减小因此所有线圈两端的电压反向这又形成一个强烈的正反馈过程见下面流程图正反馈过程结果使Q 很快进入截止状态达到图1.92 中C

15、点并停留在C 点上由于次级线圈Ns的极性关系Q 导通时整流二极管D2 是截止的这时输入能量以磁能的形式储存于初级线圈Np 中待Q 截止时D 开始导通线圈中储存的能量开始释放一部分向电容C 充电另一部分传送给负截一直到次级电流Is 线性下降到零波形如图1.91 d 所示这时储存的能量全部放完由于变压器磁芯内的磁通减少因而初级线圈又开始出现与前相反的感应电动势基极电压经过电阻分压重新处于正偏置Q 由截止转为导通开始了第二个周期Q 的工作点由C 点又回到a 点上述过程重复出现根据该电路的这种能量转换状态又称单管电感储能式直流变换器开关晶体管导通时间由下式计算Ton=icmUILp式中Icm 为晶体管

16、集电极峰值电流也是变压器的磁化电流Ib IC Ucc UP Ub IbUi 为输入电压Lp 为变压器初级线圈电感量输出电压可由下式计算U0=psNNoofonTTUi=n1. 1Ui由上式可知当输入电压Ui 一定时只要选取不同的匝数比n 及占空比. 即可得到不同的输出电压U0 而变压器制成后匝数比n 固定因此只要改变占空比值即可得到稳定的输出电压U0 .值越高输出电压随着升高但是升高对晶体管耐压也要求升高电源的输出纹波亦增大因此不能取得太高一般为0 0.52. 对功率开关管的要求目前显示器开关电源所选用的开关频率越来越高已从十几千赫发展到80 千赫甚至更高因此开关速度越来越快开关管的功率损耗也

17、就越来越大因为功率开关管Q 由饱和导通进入截止的瞬间集电极电流会发生急剧的变化致使初级线圈Np上产生一个很高的反电动势其值甚至可以超过电源电压的两倍以上该电动势是加在开关管Q 的CE 极之间因此管子必须要有耐足够高的反向击穿电压BVceo 此外还要求有比较好的二次击穿耐量然而晶体管的反向击穿电压BVceo 是温度的函数随温度升高而降低手册给出的BVceo 值一般是指壳温在25 时的值当壳温为80 时BVceo 下降10% 15% 因此在选择管子时必须考滤它的耐压一般要求BVceo700V 饱和压降Vces 要小反向漏电流要小而且开关速度快特征频率高功率要大于80W3. 对行输出电源电压整流二极

18、管的要求次级线圈电流经整流二极管D2 输出在放电完了时D2 电流为零而这时开关管Q开始导通Ip 以零开始增长所以对二极管的反向愎复时间要求不高但二极管的正向开通时间一定要快因为开关管由饱和进入截止线圈Np Ns 极性反向这时必须尽快把Q 导通时所储存的能量释放掉若D2 开通不快Ns 两端的电压就必然会升得很高于是Up 电压必升得很高再加上Np 本身的漏感结果使Q 集电极的电压过高而可能被击穿损坏因此还要求二极管的正向压降越低越好具有耐大电流冲击的特性二极管的结电容及反向漏电流要求小图1.93 电源变换器4. 单管自激型反激式变换器实际电路图1.93 是LEO SRC-1491 VGA 彩色显示

19、器电源中直流变换器实际电路图中Q101 为功率开关管T1O1 高频脉冲变压器Np 为变压器初级线图Nb 为基极反馈线图Ns 为变压器次级线圈之一为简便只画一个线圈C105 C106 为输入电压滤波电容R103 R104 为Q101 启动电阻为基极提供起始导通电流C117 R103 D102 为消尖峰网络以保护开关管Q101R106C119 为电容C 充电时间常数它决定开关管的导通时间R107 为开关管Q101 发射极负反馈电阻起稳压作用R108 为开关管Q101 保护电阻电容C119 通过电阻R105 R106 R107 放电决定开关管的截止时间D109 为输出整流二极管C113 C114L1

20、07 为输出电压滤波器电路工作原理如下当电源接通后300V 电压通过电阻R152 R104 使开关管Q101导通Q101 一旦导通通过变压器T101 耦合便出现一个正反馈过程使Q101 迅速进入饱和状态此后T101 的初级线图Np 的电流随时间线性上升而输出整流二极管处于反偏不能导通电源输送的能量由初级线圈储存起来开关管Q101 由导通迅速进入饱和的期C119 如同短路Q101 饱和后基极线圈Nb 的感应电压给C119 充电C119 两端电压逐渐增高充电电流则逐渐减小当小到接近零时Q101 就会脱离饱和而趋于截止C119 的充电电流逐渐减小经放大就使Q101集电极电流减小于是正反馈过程再次发生

21、使Q101 迅速截止因此说C119 的充电时间常数的大小就决定了开关管的导通时间当开关管截止时C119 通过线圈Nb 电阻R106R107 R108 放电Q101 基极电位逐渐升高当升高到_4V 时Q101 开始导通进入放大状态第二个周期开始如此周而复始电路进入自激振荡过程这很显然C119 的放电时间决定了开关管的截止时间在开关管截止期间初级线圈储存的能量通过整流二极管D109 输送给负载上述单管变换器由于有正反馈回路由Nb C119 R106 组成而使开关管进入自激状态所以它是自激振荡器又因它工作一段时间截止一段时间所以它属于自激间歇振荡器这里关键是变压器有正反馈线圈Nb 而单管它激变换器没

22、有正反馈线圈不能产生自激振荡开关管是由外加驱动信号来驱动的因此它激变换变器是一个由脉冲变压器耦合的脉冲放大器图1.94 为它激型单管变换器原理电路和波形图图1.94 它激型单管变换器原理电路及波形图它激单管变换器的工作频率随驱动脉冲频率的变化而变化其能量传送过程与自激式一样在开关管导通时不向负载输送能量而开关管载止时向负载输送能量三它激型单管变换器控制电路单管开关电源脉宽控制电路由误差检测放大器振荡器脉宽控制器三部分组成图1.95 为控制电路原理框图图1.95 控制电路原理框图前面已提到对于单管自激式开关电源来说振荡器和驱动器均由变换器完成本节不详细讲这两种电路控制电路的主要功能是将输入电压U

23、i 的微小变化转变成脉冲宽度的变化即改变振荡脉冲方波的占空比或脉冲频率的变化从而实现调整输出电压的目的现分别介绍如下1. 振荡器振荡器又称振荡源基准频率发生器或脉冲发生器主要功能是产生一定振荡频率的方波或脉冲电路形式较多如多谐振荡器间歇振荡器双基极单结晶体管振荡器及集成电路与门电路组成的振荡器等在微型计算机和显示器中常用间歇振荡器如单机自激式变换器集成电路包括厚膜电路如UC3842 UC3843 UC3844 TDA4600TDA4601 TDA4605 TL494CN 等因为所举集成电路都具有脉宽调制的功能所以这里不单独介绍而是放到脉宽调制器一节讲述2. 误差检测放大器误差检测放大器又称比较

24、放大器通常有单管放大器差分放大器带有光电耦合器的比较放大器集成稳压器组成的电路等单管放大器如图1.96 所示图中Q 为晶体三极管U0 为输出R3 R4 组成输出电压取样电路又称采样电路ZD 为稳压二极管提供基准电压图1.96 单管误差减测放大器当输出电压发生变动时通过取样电路将其微小变化送入放大器与基准电压进行比较经放大器放大后由集电极输出送给脉宽调制器该电路中三极管和稳压二极管都会受外界环境温度的影响这样将产生电压漂移但在显示器个别型号电源中仍被采用图1.97 是由三极管和光电耦合器组成的单管比较放大器实际电路图1.97 单管误差检测放大器实际电路该电路是多频显示器CTX CC-1435 电

25、源误差检测放大器其中电阻R119 和二极管D110 D111 稳压管ZD102 组成基准电压源它提供7.6V 的基准电压三极管是一个放大器电阻R115 R116 R117 电位器VR101 组成取样电路对电源输出电压进行取样从基极送入三极管与基准电压比较经放大从集电极输出送给光电耦合器改变发光二极管发光强度二极管发出光照射在内部的光敏三极管变成电信号由发射极送给脉宽调制器光电耦合器的另外一个作用是将电源输入端电网与电源输出端隔离图1.98 是AST 显示器中的一个实际电路图1.98 AST CM6PSVGA 彩显误差检测放大器图中TL431 是具有三个引出线的集成电路U901 是光电耦合器TL

26、431 是精密稳压源在该电路中的功能相当一个基准电压源和一个比较放大器这里它作为一个误差放大器使用TL431 内部给出基准电压为2.75V 它与输出取样信号电压作比较当20V 电压发生变化时加在TL431 控制端R 其电压跟随相应变化阴极电压也作相应变化使4N35 发光二极管发出的光加强或变暗从而使4N35 输出电流变大或变小图1.99 是COMPAQ SM-491 误差检测放大器图1.99 COMPAQ SM-491 显示器误差检测放大器电路工作原理当电源输出电压发生变化时取样电压通过R967 与VR902R968而得与基准电压2.75V 比较使TL431 阴极电流发生变化流过发光二极管而发

27、光照在光敏三极管使其发射极电流发生变化并控制脉宽调制器通过变换器使输出电压保持稳定另外16.5V 通过电阻R969 R970 加到发光二极管正极两个电阻之间加一只12V稳压管当16.5V 电压发生波动时流过发光二极管的电流发生变化通过光敏三极管脉宽调制器变换器等电路保持电压稳定但是当16.5V 电压太高使稳压管击穿时光电耦合器不能工作而过压保护电路工作另外还有一种差分电路组成的误差检测放大器它有温度漂移小的优点它在多频显示器中得到广泛应用3. 脉宽调制器PWM脉宽调制器是控制电路中关键性部件脉宽调制器的功能是把误差检测放大器或称比较放大器输出的直流误差信号转换成脉冲宽度可变的脉冲方波信号要求它

28、输出的脉冲宽度能在较大范围内连续线性地变化脉宽调制器电路比较多有最简单的三极管组成的脉宽调制器有单稳态触发器组成的脉宽调制器有RC 积分电路组成的脉宽调制器有运算放大器组成的脉宽调制器有集成电路组成的脉宽调制器等集成电路组成的脉宽调制器在显示器电源中得到了广泛的应用比如TDA4600 TDA4601 TDA4605 UC3842WPC394C NEISE5560 PC1394C 等其中UC3842 在近期生产的显示器基本上都采用该芯片UC3842 W1842 W2842 W3842 是单端隔离式电流型脉冲宽度调制器它采用双列直插式封装外接元件极少外围电路简单控制精度高工作稳定启动电流低输出电流

29、大适于驱动场效应晶体管工作频率高可达500kHz 电路原理方块图和外形图如图1.100 所示图1.100 UC3842 电路原理框图及外形图1 UC3842 有如下优点电流方式工作电路稳定度高线性调节良好周期性限流作用保护性高工作可靠使用方便当电源电压低于10V 时电路自动停振保护电路容易设计可直接驱动场效应功率开关管容易实现与行频同步使电源工作稳定2 UC3842 各脚功能Pin1 起频率补偿作用集成电路内部运算放大器输出的误差信号从1 脚输出经外围电路R,C 元件反馈到运算放大器负相输入端从而达到频率补偿作用Pin2 为误差信号输入端内接误差信号放大器负相端接收输出电压误差反馈信号,与芯片

30、内部2.5V 基准电压进行比较放大送内部检测电流比较器从而改变UC3842输出脉冲宽度Pin3 为电流信号检测输入端电流信号从场效应管Q901 源极电阻R906 上的电压降取得经过电阻R910 加到检测电流比较器的正相端当源极电流超过某一数值时使芯片内部R-S 触发器清零翻转芯片停止输出场效应管停止工作这样起到了过流保护作用Pin4 锯齿波形成与芯片内部振荡器连接外接RC 定时电路RC 充放电时间常数决定了振荡频率的高低同时行逆程信号从4 脚加入使振荡频率被锁定为行频频率.保证了电源频率的稳定Pin5 接地Pin6 输出宽度可变的脉冲信号通过电阻R909 加到场效应管的控制栅极GPin7 接电

31、源电压由开关变压器次级绕阻提供脉冲电压经整流滤波得到15V 电压,在开机时由300V 电压经电阻R902 降压大于16V 1mA 加到7 脚启动后只要维持在10V 16mA 以上即可工作当低于10V 时芯片停止振荡并锁住除非电压再上升到16V 才会重新启动芯片启动后16V 电压由变压器次级提供Pin8 提供5V 基准电压用VREF 表示经过电阻R912 加到4 脚对电容器C912充电产生锯齿波这样保证了振荡频率的稳定这里要指出不同生产家UC3842-7 脚电源电压是有差别的一股为14 15V 但8 脚参考电压是一致的均为5V四保护电路保护电路可分过压保护和过流保护两种在开关稳压电源工作过程中常因为某种原因使电源输出电压突然升高而有可能损坏负载元件对于串联式开关电源发生过压现象多数是由于功率开关管击穿短路造成的对于无工频变压器开关电源出现过压现象往往是由于控制电路发生故障而引起的所以过压保护电路是为了保护负载元件的在显示器中主要元件有行输出管和场输出管或场扫描集成电路等同样负载会因为某种原因发生过电流或负载短路现象过流保护电路是为保护电源的对于显示器主要的保护元件有功率开关管高频脉冲整流管等1 过压保护电路过压保护电路主要元件一般采用可控硅整流器尤其采用小电流的可控硅整流器其工作时间是相当快的一般在1_秒钟以内控制灵敏度也是相当高的一般在