日本艾琪EIKI-5500S 型電影放映機氙燈電源電路剖析

邢 華

（青龍滿族自治縣融媒體中心，河北 青龍 066500）

1 概述

日本映機工業株式會社EIKI-5500S 型電影放映機氙燈電源采用典型的半橋式脈沖寬度調制型（Pulse Width Modulation，PWM）開關電源，其基本結構原理如圖1 所示。

圖1 半橋式PWM 基本結構

兩個容量相等的電容器C1和C2是電源U1的濾波電容器，當BG1、BG2兩管均截止時，由于靜態時C1和C2的分壓作用，因此A 點電壓為電源電壓U1的一半，BG1、BG2所承受的電壓也為U1的一半。流過高頻變壓器B 初級繞組的電流在兩個次級繞組中感應出電壓，這兩個電壓經二極管D3、D4整流，再經電感L 和電容C0濾波后輸出。BG1、BG2關斷時存在尖峰電壓，開關功率管工作時所承受的瞬間最大電壓等于U1。此外，流過高頻變壓器B 和電容C 的電流呈線性增加。其中，電壓尖峰和電流尖峰均是由變壓器B 的感抗所致。

開關電源功率轉換電路中，使用的開關功率管由導通狀態轉為截止狀態都會有一定的存儲時間，主要表現是關斷延遲，即上一個管子工作還未結束，下一個管子已經開始導通。電流不通過負載直接從兩個管子流過形成短路，導致兩個功率管瞬間被大電流擊穿。為了防止兩個開關功率管交替工作過程中共同導通（共態導通）形成短路而損壞元器件，電路設計時必須預先設定死區時間，并使其大于開關功率管的存儲時間。

開關功率管和電路中的元器件參數總會存在不一致性，如果高頻變壓器磁通在一個工作周期結束時不能復位，剩余磁通則在某一個方向逐漸積累出現磁芯飽和，此時變壓器的感抗消失并形成大電流，最終導致開關功率管損壞。由于半橋式電路中施加在高頻變壓器上的電壓取決于電容中點A 的電位，動態情況下A 點電位由電容C1和C2的分壓值決定，脈沖寬度較大一側電容上的電壓較低，脈沖寬度較小一側電容上的電壓較高，即電容器中點A 的電位具有浮動性，有效防止了磁芯飽和。此外，該電路中加入了電容器C，起到了隔離直流作用，進一步避免了偏磁的產生，使開關功率管始終處于安全工作狀態。

2 EIKI-5500S 型放映機氙燈電源

2.1 主要參數

該電源的輸入電壓可選擇100 V 或220 V，輸出電壓50 V（空載），觸發輔助電壓150 V。其輸出電流18～25 A，可以根據需要進行調整。此外，輸出電流的紋波系數不大于3%，使用環境溫度為-20～+40 ℃。

2.2 電源的電路結構

EIKI-5500S 型氙燈電源整體工作流程如圖2所示，電路結構如圖3 所示。

圖2 EIKI-5500S 型氙燈電源工作流程

圖3 EIKI-5500S 型放映機氙燈電源結構

2.2.1 輸入噪聲濾波與軟啟動電路

輸入噪聲濾波與軟啟動電路結構如圖4 所示。

圖4 輸入噪聲濾波與軟啟動電路

由C1～C4和L1組成的輸入噪聲濾波器主要防止開關電源引起的高頻干擾噪聲反向串入電網，同時也防止來自電網的干擾進入電源。PWM 電源直接從220 V 電網整流，整流電壓峰值約310 V，開機時給濾波電容充電的浪涌電流較大，如果不采取措施，很容易損壞電源中的元器件。對于此問題，一般是增加軟啟動電路。開機瞬間由于J1的供電電路里存在R3和C5，C5充電需要一定的時間，因此J1不會馬上吸合，J1-1未接通，此時R1、R2串聯在電源回路中限制了開機時產生的浪涌沖擊電流，使啟動時的瞬時峰值電流最大不超過30 A。經過一段時間的延遲，C5充電后已經能夠使J1吸合，R1、R2被J1-1觸點短接，電路進入正常工作狀態。R3和C5的數值決定J1延時吸合的時間，數值小則延時時間較短，反之延時時間較長。

2.2.2 輸入整流濾波電路

輸入整流濾波電路由橋式整流器D2、電壓均壓電阻R4和R5以及濾波電容C6～C11組成，如圖5 所示。220 V/50 Hz 的交流電源經橋式整流器整流后變為直流正弦包絡脈沖，再經電容濾波后形成310 V 的直流電。

圖5 輸入整流濾波電路

2.2.3 功率轉換與高頻整流濾波電路

功率轉換與高頻整流濾波電路如圖6 所示。

圖6 功率轉換與高頻整流濾波電路

功率轉換部分主要由大功率開關三極管BG1和BG2、電容C12、高頻變壓器B1等元器件組成。BG1、BG2采用2SC2830 大功率開關三極管，受PWM 控制電路和驅動電路控制工作于交替導通狀態。D16、D17、R40、R41則組成BG1、BG2 的瞬時峰值保護電路，電容C12用來防止BG1、BG2開關時間的差異而引起高頻變壓器B1的直流飽和。整流濾波部分由肖特基雙二極管D5、扼流圈L2和濾波電容C16、C17組成。

2.2.4 電流采樣反饋與PWM 控制電路

電流采樣反饋與PWM 控制電路如圖7 所示。該電路是EIKI-5500S 型氙燈電源作為恒流電源與一般穩壓電源的主要不同之處，即反饋電路的取樣是串聯在負載回路中，而不是并聯在負載兩端。

圖7 電流采樣反饋與PWM 控制電路

集成電路IC1（UPC1042C）是PWM 控制電路的核心，其內部結構如圖8 所示，各引腳功能和各腳工作電壓如圖9 所示。

圖8 UPC1042C 內部結構

UPC1042C 是日本電氣公司早期專門為PWM控制電路設計的，由差分放大器、電壓比較器、鋸齒波發生器、基準穩壓器以及邏輯電路等組成，是一個16 腳的雙列直插器件。

電源從IC1第15 腳輸入，內部5 V 基準電壓源為相關電路供電，同時還從第11 腳輸出供外部電路作基準電源。輸出電流的變化經由R24送到IC1第5 腳，第11 腳5 V 基準電壓經VR3、VR2、R21與R20分壓，經過R23作為標量電壓加到第6 腳。第6腳標量電壓與第5 腳反饋電壓的差值經過誤差放大器2 放大，與第10 腳振蕩器的鋸齒波電壓經過比較器1 進行比較后，產生了占空比隨第5 腳采樣電壓變化的脈沖。調制過的脈沖經內部邏輯電路進行進一步處理和分配放大，分別從第12 腳和第13 腳輸出。

第12 腳和第13 腳輸出的兩個下拉脈沖相位差互為180°，44 kHz 的脈沖頻率被重新分配為兩路輸出，頻率變為22 kHz。電阻R25和電容器C24、C25是用來穩定電流差分放大器工作狀態的相位補償（負反饋）器件，其中R25還決定著電流誤差放大器的增益大小。

第7 腳是死區控制端，為了防止高頻功率轉換電路中的大功率開關三極管BG1和BG2同時處于導通狀態而損壞，必須使脈沖的占空比小于40%。IC1第11 腳的5 V 直流電壓經電位器VR1和電阻R22分壓后去往第7 腳，由比較器2 控制死區時間的長短。與此同時，第7 腳的的電壓設計在使輸出脈沖的占空比達到40%時就不會再繼續增大。利用電容器C28的充電特性，使剛開機時的第7 腳電壓由5 V 逐漸回落到設定值，IC1輸出的脈沖寬度也由0 開始逐漸增大到設定值，實現了電源的緩沖啟動。

當電源通電后，第11 腳的5 V 電壓通過J3的常閉觸點J3-1和R27直接送到第7 腳，此時第12 腳和第13 腳輸出被關閉，開關功率管BG1、BG2不工作，電源主電路無電壓輸出。一旦開關K2接通，J3吸合，常閉觸點J3-1斷開，在C28的作用下第7 腳電壓逐漸回落到原設定值，第12 腳和第13 腳恢復輸出脈沖，開關功率管BG1、BG2開始工作。此時，電源主電路輸出50 V 直流電壓，氙燈具備點燃條件，觸發電路自動觸發點燃氙燈，電源開始持續正常工作。

2.2.5 PWM 驅動電路

IC1第12 腳、第13 腳輸出的PWM 脈沖信號是下拉脈沖（負方向），功率很小，不能直接推動大功率開關三極管BG1和BG2工作。因此，在大功率轉換電路和PWM 脈沖信號控制電路之間需要加入驅動電路，將PWM 脈沖信號放大去推動BG1和BG2進行大功率轉換，將直流電壓變換成22 kHz 的方波電壓并由高頻變壓器傳送至次級回路進行全波整流。PWM 驅動電路組成如圖10 所示。

電阻R34和R36串聯在BG2的正反向基極回路里，作用是限制BG2最大基極電流，以免大功率管發射結擊穿。此外，電容C32和電阻R38組成開關功率管BG2的基極峰壓防護電路。經分析可知，PWM 電路實質為電感儲能式反偏驅動電路，工作原理如圖11 所示。

當PWM 負向下拉脈沖加到BG4的基極時，BG4導通并產生電流Ie4，變壓器B3的次級感應出一個電流IB1（正向）使轉換電路中的大功率管BG2導通。當PWM 脈沖信號消失，BG4關斷的瞬間驅動變壓器B3初級釋放存儲的能量，在B3次級感應出一個相對于BG2 發射結為反向的高電壓，約為正向電壓的2 倍。該反向電壓作用在大功率管BG2的發射結上，使BG2迅速截止，有效減少了BG2的開關損耗。

電路中驅動變壓器B3的磁芯采用高頻、損耗小的鐵氧體材料，除了具有驅動、倒相、產生反偏電流等功能外，還能隔離PWM 控制電路與高頻大功率轉換電路。

2.2.6 輔助電壓控制電路與輔助電源

輔助電壓控制電路組成如圖12 所示。B2是輔助電源的變壓器，其作用是通過橋式整流器D4和IC2為PWM 控制電路和驅動電路提供直流15 V 的工作電源，同時提供點燃氙燈所需的輔助電壓。此外，放映機上其他電器也是由這個輔助電源變壓器供電。

圖12 輔助電壓控制電路

當開關電源正常工作，輸出端有超過50 V 的直流空載電壓，這個電壓經分壓電路使三極管BG3導通，J2吸合，J2-1閉合接通（此時J1-2已經接通），輔助變壓器B2次級的125 V 交流電壓經D3橋式整流成150 V 直流電，通過R18與主電源輸出的50 V 空載電壓疊加。此時，主電源空載電壓已達到150 V，為氙燈觸發器和氙燈燈泡提供了點燃的基礎條件。

當氙燈被觸發點燃時，電源通過負載形成電流并達到設定值。基于氙燈固有的特性，其內阻驟然下降，氙燈兩端電壓也會立即下降到20 V 左右，由R15和R16等組成的分壓電路的分壓值降低，無法維持三極管BG3的飽和導通。此時，BG3自動轉為截止，J2釋放，J2-1切斷150 V 輔助電壓，氙燈轉入正常工作狀態。

3 結語

通過分析，供放映氙燈使用的PWM 開關電源需要具備恒流特性。根據氙燈點燃特性要求，空載電壓必須不小于50 V。氙燈未點燃之前，還有一個75～150 V 的輔助電壓疊加在電源的輸出端，該輔助電壓在氙燈被點燃后要能夠立即自動關斷。氙燈點燃后，電源以設定（由氙燈功率決定）的電流持續工作。通過對電路的繪制和分析，希望能對相關維修有所幫助。