基于FSDM0265RNB的機(jī)頂盒開(kāi)關(guān)電源與檢修

摘要：FSDM0265RNB是美國(guó)飛兆半導(dǎo)體公司推出的單片開(kāi)關(guān)電源集成器件，它將PWM控制系統(tǒng)的全部功能集成到了一塊器件中，介紹該器件的功能特點(diǎn)，詳細(xì)分析基于該器件實(shí)現(xiàn)的機(jī)頇盒開(kāi)關(guān)電源原理，并分析了檢修實(shí)例。
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；開(kāi)關(guān)電源(SMPS)；脈沖寬度調(diào)制(PWM)；機(jī)頇盒(STB)

1 引言
??? 中、小功率開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化一直是各器件生產(chǎn)廠商的發(fā)展目標(biāo)，F(xiàn)SDM0265RNB是飛兆半導(dǎo)體公司的單片低功耗離線式開(kāi)關(guān)電源集成電路。結(jié)合檢修機(jī)頂盒開(kāi)關(guān)電源的實(shí)例，詳細(xì)分析該集成器件的性能特點(diǎn)和應(yīng)用原理。

2 FSDM0265RNB簡(jiǎn)介
??? 圖1為FSDM0265RNB內(nèi)部功能框圖，它將PWM控制器、功率開(kāi)關(guān)管及其驅(qū)動(dòng)電路、高壓啟動(dòng)電路、保護(hù)電路等集成在一個(gè)器件中。該器件在電路設(shè)計(jì)上有許多獨(dú)特之處，有“綠色器件”之稱，其主要性能特點(diǎn)如下：
??? 集成有擊穿電壓為650 V的抗雪崩“敏感場(chǎng)效應(yīng)管(Sense FET)”，內(nèi)置上電啟動(dòng)電路；
??? 集成了過(guò)壓(OVP)、過(guò)載(OLP)和過(guò)熱等保護(hù)功能；
??? 開(kāi)關(guān)頻率典型值為67 kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍是O％～67％，調(diào)制可降低EMI；
??? 超低待機(jī)功耗自動(dòng)間歇工作方式；
??? 內(nèi)置軟啟動(dòng)電路和自動(dòng)重新啟動(dòng)電路；
??? 具有遲滯回差的欠壓鎖定(UVLO)電路(啟動(dòng)、欠壓閾值電壓典型值分別為12 V和8 V)。
??? 基于器件的上述特點(diǎn)，由其實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)電源電路的外圍電路較簡(jiǎn)單，只需外接交流整流濾波電路、高頻變壓器、反饋電路、初級(jí)箝位保護(hù)電路和次級(jí)輸出電路，特別適合制作小功率高性價(jià)比的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，可廣泛用作機(jī)頂盒、DVD機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、掃描儀、攝錄像機(jī)等設(shè)備的電源。
??? 該器件采用DIP-8封裝，引腳1為接地端，引腳2為電源端，引腳3為反饋輸入端，引腳4為開(kāi)關(guān)管極限電流調(diào)整端，引腳5為肩動(dòng)電壓輸入端，引腳6～8為內(nèi)部開(kāi)關(guān)管漏極。

3 機(jī)頂盒開(kāi)關(guān)電源工作原理
??? 圖2為DVB-C2000機(jī)頂盒開(kāi)關(guān)電源原理圖，核心器件是飛兆半導(dǎo)體公司的FSDM0265RNB，采用典型的單端反激式設(shè)計(jì)方案，有5路直流電壓輸出，分別為31 V，±12 V，5 V和3.3 V。

3．1 電路啟動(dòng)與電壓穩(wěn)定輸出
??? 電源剛通電時(shí)，由于功率開(kāi)關(guān)管等尚未工作，無(wú)正常輸出，因此必須借助啟動(dòng)電路為器件提供工作電壓VCC，U1(FSDM0256RNB)內(nèi)部集成高壓電流源上電啟動(dòng)電路，220 V交流市電經(jīng)整流濾波后得到的300 v直流電壓，一路從U1的引腳5直接加到啟動(dòng)電路，通過(guò)內(nèi)部高壓?jiǎn)?dòng)電流源給引腳2的外接電容C5充電。當(dāng)VCC上升至啟動(dòng)閾值電壓12 V并經(jīng)過(guò)15 ms軟啟動(dòng)時(shí)間后，欠壓鎖定電路(UVLO)立即切斷高壓電流源的供電，內(nèi)部偏置電路接通，器件轉(zhuǎn)入正常工作，一旦功率開(kāi)關(guān)管進(jìn)入正常開(kāi)關(guān)狀態(tài)，自饋繞組3-4上所建立的高頻感應(yīng)脈沖電壓經(jīng)VD6、C5整流濾波后，就作為器件工作電壓，至此，啟動(dòng)過(guò)程自動(dòng)結(jié)束。電路正常工作后，各次級(jí)繞組上建立的高頻感應(yīng)脈沖電壓，分別經(jīng)整流濾波后輸出不同的電壓，為后續(xù)主板電路提供工作電壓。
??? 電路工作中，只要U1引腳2的電壓不低于欠壓閾值電壓8 V，電路就鎖定在正常工作狀態(tài)，一旦引腳2電壓低于8 V，UVLO關(guān)斷內(nèi)部偏置電路，保護(hù)邏輯復(fù)位禁止開(kāi)關(guān)管輸出，與此同時(shí)，高壓?jiǎn)?dòng)電流源接通，再次為引腳2外接電容充電，當(dāng)VCC回升到大于12 V時(shí)，器件又轉(zhuǎn)入正常工作，U1內(nèi)部自動(dòng)重啟動(dòng)電路作用，實(shí)現(xiàn)電源的自動(dòng)重啟。
??? 電路使用TL431與PC817光耦構(gòu)成電氣隔離式穩(wěn)壓反饋電路，由圖2可見(jiàn)，反饋信號(hào)取自V0主輸出，當(dāng)某種原因?qū)е螺敵鲭妷篤0升高時(shí)，經(jīng)電阻R7、R8分壓取樣，TL431控制端電壓隨之升高，迫使TL431陰極電壓下降，經(jīng)光耦反饋使U1引腳3的電流增加，再經(jīng)U1內(nèi)部PWM比較器減小占空比，縮短開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，于是次級(jí)繞組儲(chǔ)能減小，使輸出電壓V0降低，反之亦然，總的效果是使輸出電壓V0保持穩(wěn)定。
??? PSDM0265RNB屬于電流控制型脈寬調(diào)制器，功率管的電流峰限值可通過(guò)其引腳4的外接電阻來(lái)預(yù)設(shè)，該電路未接，按其數(shù)據(jù)手冊(cè)，IPK為1．5 A。該器件在功率輸出級(jí)的電路設(shè)計(jì)上也頗具特色，使用了被稱為“敏感場(chǎng)效應(yīng)管(Sense FET)”的電流傳感式雙源極功率MOSFET，該MOSFET管兩源極S1、S2從設(shè)計(jì)上考慮，絕大部分漏極電流經(jīng)S1到地，很小部分經(jīng)S2流過(guò)檢測(cè)電阻RS到地，相比讓漏極電流全部流過(guò)檢測(cè)電阻的方案，減小了輸出級(jí)的功耗，提高了電源效率。另外，受高頻變壓器原邊繞組分布電容、副邊高頻整流管存在反向恢復(fù)時(shí)間等參數(shù)的影響．功率開(kāi)關(guān)管每次開(kāi)通時(shí)都會(huì)因尖峰電流的流過(guò)而在RS上形成尖峰電壓，有可能使電流控制模式PWM控制出現(xiàn)誤操作，為此，器件內(nèi)部的前沿消隱電路可在功率管開(kāi)通后封鎖PWM比較器一段短暫時(shí)間tLEB(最小值為200 ns)以克服上述參數(shù)的不利影響，保證開(kāi)關(guān)電源的正常工作。
3．2 保護(hù)功能
??? 電源一旦出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)載或過(guò)熱等故障，該器件立即進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)模式，功率開(kāi)關(guān)管交替關(guān)斷或開(kāi)通，直到故障消除，器件才脫離自啟動(dòng)狀態(tài)，恢復(fù)正常工作，過(guò)載保護(hù)是一種延遲保護(hù)，可避免瞬間過(guò)載引起的OLP誤操作。發(fā)生過(guò)載時(shí)，經(jīng)光耦反饋會(huì)引起FSDM0256RNB引腳3電壓升高，達(dá)到3 V時(shí)，U1內(nèi)部二極管VD0被阻斷，此時(shí)僅內(nèi)部5μA電流源給C4緩慢充電，充電達(dá)6 V時(shí)OLP動(dòng)作，開(kāi)關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。C4電壓從3 V充到6 V的這段時(shí)間即為過(guò)載保護(hù)延遲時(shí)間，顯然C4的大小決定了這一時(shí)間的長(zhǎng)短。
??? 過(guò)壓保護(hù)主要針對(duì)穩(wěn)壓反饋環(huán)路出問(wèn)題時(shí)，造成輸出電壓過(guò)高而損壞二次側(cè)元件。最嚴(yán)重的情況是流經(jīng)光耦的電流為零，電路呈現(xiàn)“假過(guò)載”，此時(shí)功率管流過(guò)預(yù)設(shè)最大電流，在過(guò)載保護(hù)動(dòng)作前，過(guò)多的能量反激到輸出使各路輸出電壓過(guò)高甚至超過(guò)外接器件額定值，為避免此情形發(fā)生，當(dāng)引腳2電壓幅度超過(guò)19 V時(shí)，該器件內(nèi)部過(guò)壓保護(hù)電路啟動(dòng)，開(kāi)關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。
??? 該器件內(nèi)部集成有過(guò)熱檢測(cè)器，當(dāng)器件內(nèi)部溫度達(dá)到140℃，過(guò)熱保護(hù)電路動(dòng)作，開(kāi)關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù)。由C3、R2、VD5組成的初級(jí)保護(hù)電路，用來(lái)吸收該器件內(nèi)部開(kāi)關(guān)管截止瞬間，因高頻變壓器初級(jí)繞組存在漏感而產(chǎn)生的尖峰電壓，保護(hù)內(nèi)部的功率開(kāi)關(guān)管。

4 開(kāi)關(guān)電源故障檢修
??? 故障現(xiàn)象：機(jī)頂盒開(kāi)機(jī)后，顯示窗口的紅燈有規(guī)律閃動(dòng)，4位數(shù)碼管閃動(dòng)顯示8888，綠燈不亮，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間后機(jī)器才正常工作。
??? 故障檢修：從故障現(xiàn)象看，初步懷疑是電源供電問(wèn)題，為了排除后續(xù)主板發(fā)生故障的可能性，先拔掉開(kāi)關(guān)電源板與主板連接的排捕，通電后測(cè)量主輸出電壓K0，發(fā)現(xiàn)只有1 V左右，而且讀數(shù)跳動(dòng)，V1為9～lO V。結(jié)合整理到的電路原理圖和后續(xù)主板所用電源電壓分析斷定問(wèn)題就m在電源，且與主輸出和反饋電路有關(guān)．決定從易壞的電解電容入手，經(jīng)仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)電解電容的頂部突起，幾經(jīng)替換，最終確定故障是電容C8漏電所致。

5 結(jié)語(yǔ)
??? 機(jī)頂盒是常見(jiàn)的家用電器，不用時(shí)遙控關(guān)機(jī)可能是大多數(shù)人的習(xí)慣，殊不知機(jī)器內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源一直處于工作狀態(tài)，長(zhǎng)期如此，電路元器件會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間工作而老化以致引發(fā)故障(如電解電容漏電失效)，所以不用時(shí)要養(yǎng)成切斷電源的習(xí)慣。