開關電源在電影放映機中的應用

[摘要]介紹了電影放映氙燈電源的工作特點和技術要求，并就開關電源在其中的應用作了詳細分析。

[關鍵詞]電流高頻高壓開關電源效率噪聲抑制

電影放映機是集光、聲、電、磁、機械等技術綜合應用的機電一體化產品，其中作為光源的超高壓球形弧氙燈(簡稱氙燈)，是目前放映設備中使用最廣泛的電光源，其基本結構包括陽極、陰極、燈頭。氙燈在工作時先在兩電極間施加一個高頻高壓給以觸發，陽極受到高速運動電子的襲擊和氣體對流的熱傳導，溫度急劇上升，此時波殼表面溫度達到600—700℃，氙氣分子被高頻擊穿，產生電離形成輝光放電現象。當高額輝光放電功率足夠大時，此時輝光放電便過渡到自持弧光放電，氙燈就被點燃了。其輸出的光特性具有亮度大、發光效率高、光斑集中、穩定性好、使用壽命長、輻射色調接近于天然色調、清潔、方便、一開即亮等優點。

一臺放映機有理想的放映效果，必須要保證氙燈輸出良好的光特性，而光特性良好必須要有良好的電源系統。我國的電影放映用氙燈電源多年來一直沿用飽和電抗器調整式整流器，其體積龐大，耗能大，轉換效率低，只能間歇工作；這種五、六十年代技術水平的產品嚴重的制約了電影放映設備的整體發展水平。因此研究具有體積小、重量輕效率高、可靠性好穩流持性佳的氙燈電源系統是電影機械制造業實際工作的需要，隨著電子技術的發展和成熟．應用電影放映大功率開關電源來取代傳統的磁放大器式硅整流器電源已成為大勢所趨。對于開關電源，大家并不陌生。電視、電腦中的電源都是使用開關電源，其以輕、薄、小和高效率為發展方向，開關電源中開關管中的損耗很低，溫升亦低，整機效率高達90％。

氙燈對電源的基本要求，氙燈工作的電流在15-17A，維弧電流7A±0．5A，要求電流紋波系數小于7％，而當負載變化引起輸出電壓在15—30V范圍內變化時，輸出電流的穩流精度應小于4％

為滿足氙燈負載特性對電源的要求，主電路采用體積小重量輕，無工頻變壓器的開關電源。其類型很多，考慮輸出功率、開關管耐壓、耐流及其元器件的選擇，采用了具有抗不平衡能力的半橋式轉換電路。這個電路中的兩個電容上的電壓分配取決于等效負載。脈沖寬度大的半周期電容上的電壓將降低，脈沖寬度小的半周期電容電壓升高，電容中點的電位隨著等效負載的變化而上下浮動，維持伏———秒數不變。這使得半橋式電路中的變壓器不會產生單向偏磁。

電影放映機中的開關電源電路主要包括功率變換電路和開關管保護電路，穩流電路及穩紋波電路，脈寬控制和驅動電路，噪聲抑制電路等。下面就主要電路及核心元件分別予以介紹。

功率變換電路直接把交流市電整流濾波，得到未穩定的直流電壓，經過直流變換器進行高頻變換，得到高頻交流電壓，再經過整流濾波就可以獲得穩定的直流輸出電壓。該輸出電壓依靠控制電路調整變換器的脈沖寬度而得到穩定。由于省掉了電源變壓器和大濾波電感線圈，因而重量減輕，體積縮小，效率提高。其中控制電路采用了技術成熟的集成電路，從而使得元器件數目大大減少，簡化了電路形式，提高了電源的可靠性。

開關電源對開關管的要求是耐壓高，電流大，飽和壓降低，開關特性好，熱阻小，以及漏電流小而穩定等。此外，開關管由于直接操作在電網上，不僅電壓高，而且轉換電流大，同時還會遇到共同導通平衡及高頻變壓器的飽和等同聰確保它的可靠運行，所以可采用場效應晶體管。它是具有高輸入阻抗的電壓控制器件，驅動電路簡單，開關時間快，工作效率高，可以方便地控制開關速度。

由于高頻變壓器的工作頻率較高(幾十kHz)，因此它的體積要比工頻變壓器縮小了許多倍。它的性能好壞，不僅影響自身發熱及效率等，而且還會影響到開關電源的技術性能和可靠性。它不僅會以漏感、勵磁電流等方式起作用，而且它一旦發生飽和，將意味著勵磁電流的急劇增加，開關管無疑會立即損壞。所以應采用高頻損耗小的鐵氧體材料作磁芯，開關管保護電路，采用RC網絡以改變開關管負載特性，減小開關管的自身功耗，增加電源的穩定性。設置脈沖控制電路中的死區時間，防止脈寬太寬造成兩管共同通導。增加阻尼網絡及隔離網絡，以消除自激振蕩及電路相互間的串擾。

紋波就是供給氙燈的直流電流中的不穩定成份，也叫脈動波。紋波系數是一個說明電流脈動程度的重要指標，越小越好輕工業部標準為紋波系數不得大于7％。通過負反饋電路來控制脈沖寬度快速跟隨變化。以減小脈動電流。

控制和驅動電路的作用是向開關管提供一對相位差180。對稱和寬度可變的矩形脈；中列。通過這一對脈沖電壓的有和無、寬和窄、脈寬的變化量和輸出電壓變化量的關系，為簡化電路形式，采用集成電路來實現控制電路的功能，驅動電路具有一定的電路增益，在輸入電網電壓以及負載電流允許的變化范圍內。使輸出電壓達到規定的要求，滿足開關管對驅動信號波形的要求。同時實現輸出和反饋輸入之間的絕緣。

電源的噪聲主要由開關功率管及開關整流二極管快速變化的高壓切換和脈沖短路電流所引起，它是以靜電和磁場的形式向外傳播，采用有效元件把它們限制到最小程度，是抑制電源噪聲的主要方法。

總之采用開關電源的氙燈電源具有體積小，重量輕，效率高的特點。實踐證明其不僅熱量小，穩流精度高、紋渡系數小，能輸出低電壓、大電流并有良好的恒流特性。當負載或電源電壓發生變化時，輸出電流基本穩定，而且輸入電網電壓范圍大，顯示功能齊全，易于觸發，操作簡便。有利于節約能源，簡化操作，能夠滿足放映的需要。