日本艾琪EIKI-5500S 型电影放映机氙灯电源电路剖析

邢 华

（青龙满族自治县融媒体中心，河北 青龙 066500）

1 概述

日本映机工业株式会社EIKI-5500S 型电影放映机氙灯电源采用典型的半桥式脉冲宽度调制型（Pulse Width Modulation，PWM）开关电源，其基本结构原理如图1 所示。

图1 半桥式PWM 基本结构

两个容量相等的电容器C1和C2是电源U1的滤波电容器，当BG1、BG2两管均截止时，由于静态时C1和C2的分压作用，因此A 点电压为电源电压U1的一半，BG1、BG2所承受的电压也为U1的一半。流过高频变压器B 初级绕组的电流在两个次级绕组中感应出电压，这两个电压经二极管D3、D4整流，再经电感L 和电容C0滤波后输出。BG1、BG2关断时存在尖峰电压，开关功率管工作时所承受的瞬间最大电压等于U1。此外，流过高频变压器B 和电容C 的电流呈线性增加。其中，电压尖峰和电流尖峰均是由变压器B 的感抗所致。

开关电源功率转换电路中，使用的开关功率管由导通状态转为截止状态都会有一定的存储时间，主要表现是关断延迟，即上一个管子工作还未结束，下一个管子已经开始导通。电流不通过负载直接从两个管子流过形成短路，导致两个功率管瞬间被大电流击穿。为了防止两个开关功率管交替工作过程中共同导通（共态导通）形成短路而损坏元器件，电路设计时必须预先设定死区时间，并使其大于开关功率管的存储时间。

开关功率管和电路中的元器件参数总会存在不一致性，如果高频变压器磁通在一个工作周期结束时不能复位，剩余磁通则在某一个方向逐渐积累出现磁芯饱和，此时变压器的感抗消失并形成大电流，最终导致开关功率管损坏。由于半桥式电路中施加在高频变压器上的电压取决于电容中点A 的电位，动态情况下A 点电位由电容C1和C2的分压值决定，脉冲宽度较大一侧电容上的电压较低，脉冲宽度较小一侧电容上的电压较高，即电容器中点A 的电位具有浮动性，有效防止了磁芯饱和。此外，该电路中加入了电容器C，起到了隔离直流作用，进一步避免了偏磁的产生，使开关功率管始终处于安全工作状态。

2 EIKI-5500S 型放映机氙灯电源

2.1 主要参数

该电源的输入电压可选择100 V 或220 V，输出电压50 V（空载），触发辅助电压150 V。其输出电流18～25 A，可以根据需要进行调整。此外，输出电流的纹波系数不大于3%，使用环境温度为-20～+40 ℃。

2.2 电源的电路结构

EIKI-5500S 型氙灯电源整体工作流程如图2所示，电路结构如图3 所示。

图2 EIKI-5500S 型氙灯电源工作流程

图3 EIKI-5500S 型放映机氙灯电源结构

2.2.1 输入噪声滤波与软启动电路

输入噪声滤波与软启动电路结构如图4 所示。

图4 输入噪声滤波与软启动电路

由C1～C4和L1组成的输入噪声滤波器主要防止开关电源引起的高频干扰噪声反向串入电网，同时也防止来自电网的干扰进入电源。PWM 电源直接从220 V 电网整流，整流电压峰值约310 V，开机时给滤波电容充电的浪涌电流较大，如果不采取措施，很容易损坏电源中的元器件。对于此问题，一般是增加软启动电路。开机瞬间由于J1的供电电路里存在R3和C5，C5充电需要一定的时间，因此J1不会马上吸合，J1-1未接通，此时R1、R2串联在电源回路中限制了开机时产生的浪涌冲击电流，使启动时的瞬时峰值电流最大不超过30 A。经过一段时间的延迟，C5充电后已经能够使J1吸合，R1、R2被J1-1触点短接，电路进入正常工作状态。R3和C5的数值决定J1延时吸合的时间，数值小则延时时间较短，反之延时时间较长。

2.2.2 输入整流滤波电路

输入整流滤波电路由桥式整流器D2、电压均压电阻R4和R5以及滤波电容C6～C11组成，如图5 所示。220 V/50 Hz 的交流电源经桥式整流器整流后变为直流正弦包络脉冲，再经电容滤波后形成310 V 的直流电。

图5 输入整流滤波电路

2.2.3 功率转换与高频整流滤波电路

功率转换与高频整流滤波电路如图6 所示。

图6 功率转换与高频整流滤波电路

功率转换部分主要由大功率开关三极管BG1和BG2、电容C12、高频变压器B1等元器件组成。BG1、BG2采用2SC2830 大功率开关三极管，受PWM 控制电路和驱动电路控制工作于交替导通状态。D16、D17、R40、R41则组成BG1、BG2 的瞬时峰值保护电路，电容C12用来防止BG1、BG2开关时间的差异而引起高频变压器B1的直流饱和。整流滤波部分由肖特基双二极管D5、扼流圈L2和滤波电容C16、C17组成。

2.2.4 电流采样反馈与PWM 控制电路

电流采样反馈与PWM 控制电路如图7 所示。该电路是EIKI-5500S 型氙灯电源作为恒流电源与一般稳压电源的主要不同之处，即反馈电路的取样是串联在负载回路中，而不是并联在负载两端。

图7 电流采样反馈与PWM 控制电路

集成电路IC1（UPC1042C）是PWM 控制电路的核心，其内部结构如图8 所示，各引脚功能和各脚工作电压如图9 所示。

图8 UPC1042C 内部结构

UPC1042C 是日本电气公司早期专门为PWM控制电路设计的，由差分放大器、电压比较器、锯齿波发生器、基准稳压器以及逻辑电路等组成，是一个16 脚的双列直插器件。

电源从IC1第15 脚输入，内部5 V 基准电压源为相关电路供电，同时还从第11 脚输出供外部电路作基准电源。输出电流的变化经由R24送到IC1第5 脚，第11 脚5 V 基准电压经VR3、VR2、R21与R20分压，经过R23作为标量电压加到第6 脚。第6脚标量电压与第5 脚反馈电压的差值经过误差放大器2 放大，与第10 脚振荡器的锯齿波电压经过比较器1 进行比较后，产生了占空比随第5 脚采样电压变化的脉冲。调制过的脉冲经内部逻辑电路进行进一步处理和分配放大，分别从第12 脚和第13 脚输出。

第12 脚和第13 脚输出的两个下拉脉冲相位差互为180°，44 kHz 的脉冲频率被重新分配为两路输出，频率变为22 kHz。电阻R25和电容器C24、C25是用来稳定电流差分放大器工作状态的相位补偿（负反馈）器件，其中R25还决定着电流误差放大器的增益大小。

第7 脚是死区控制端，为了防止高频功率转换电路中的大功率开关三极管BG1和BG2同时处于导通状态而损坏，必须使脉冲的占空比小于40%。IC1第11 脚的5 V 直流电压经电位器VR1和电阻R22分压后去往第7 脚，由比较器2 控制死区时间的长短。与此同时，第7 脚的的电压设计在使输出脉冲的占空比达到40%时就不会再继续增大。利用电容器C28的充电特性，使刚开机时的第7 脚电压由5 V 逐渐回落到设定值，IC1输出的脉冲宽度也由0 开始逐渐增大到设定值，实现了电源的缓冲启动。

当电源通电后，第11 脚的5 V 电压通过J3的常闭触点J3-1和R27直接送到第7 脚，此时第12 脚和第13 脚输出被关闭，开关功率管BG1、BG2不工作，电源主电路无电压输出。一旦开关K2接通，J3吸合，常闭触点J3-1断开，在C28的作用下第7 脚电压逐渐回落到原设定值，第12 脚和第13 脚恢复输出脉冲，开关功率管BG1、BG2开始工作。此时，电源主电路输出50 V 直流电压，氙灯具备点燃条件，触发电路自动触发点燃氙灯，电源开始持续正常工作。

2.2.5 PWM 驱动电路

IC1第12 脚、第13 脚输出的PWM 脉冲信号是下拉脉冲（负方向），功率很小，不能直接推动大功率开关三极管BG1和BG2工作。因此，在大功率转换电路和PWM 脉冲信号控制电路之间需要加入驱动电路，将PWM 脉冲信号放大去推动BG1和BG2进行大功率转换，将直流电压变换成22 kHz 的方波电压并由高频变压器传送至次级回路进行全波整流。PWM 驱动电路组成如图10 所示。

电阻R34和R36串联在BG2的正反向基极回路里，作用是限制BG2最大基极电流，以免大功率管发射结击穿。此外，电容C32和电阻R38组成开关功率管BG2的基极峰压防护电路。经分析可知，PWM 电路实质为电感储能式反偏驱动电路，工作原理如图11 所示。

当PWM 负向下拉脉冲加到BG4的基极时，BG4导通并产生电流Ie4，变压器B3的次级感应出一个电流IB1（正向）使转换电路中的大功率管BG2导通。当PWM 脉冲信号消失，BG4关断的瞬间驱动变压器B3初级释放存储的能量，在B3次级感应出一个相对于BG2 发射结为反向的高电压，约为正向电压的2 倍。该反向电压作用在大功率管BG2的发射结上，使BG2迅速截止，有效减少了BG2的开关损耗。

电路中驱动变压器B3的磁芯采用高频、损耗小的铁氧体材料，除了具有驱动、倒相、产生反偏电流等功能外，还能隔离PWM 控制电路与高频大功率转换电路。

2.2.6 辅助电压控制电路与辅助电源

辅助电压控制电路组成如图12 所示。B2是辅助电源的变压器，其作用是通过桥式整流器D4和IC2为PWM 控制电路和驱动电路提供直流15 V 的工作电源，同时提供点燃氙灯所需的辅助电压。此外，放映机上其他电器也是由这个辅助电源变压器供电。

图12 辅助电压控制电路

当开关电源正常工作，输出端有超过50 V 的直流空载电压，这个电压经分压电路使三极管BG3导通，J2吸合，J2-1闭合接通（此时J1-2已经接通），辅助变压器B2次级的125 V 交流电压经D3桥式整流成150 V 直流电，通过R18与主电源输出的50 V 空载电压叠加。此时，主电源空载电压已达到150 V，为氙灯触发器和氙灯灯泡提供了点燃的基础条件。

当氙灯被触发点燃时，电源通过负载形成电流并达到设定值。基于氙灯固有的特性，其内阻骤然下降，氙灯两端电压也会立即下降到20 V 左右，由R15和R16等组成的分压电路的分压值降低，无法维持三极管BG3的饱和导通。此时，BG3自动转为截止，J2释放，J2-1切断150 V 辅助电压，氙灯转入正常工作状态。

3 结语

通过分析，供放映氙灯使用的PWM 开关电源需要具备恒流特性。根据氙灯点燃特性要求，空载电压必须不小于50 V。氙灯未点燃之前，还有一个75～150 V 的辅助电压叠加在电源的输出端，该辅助电压在氙灯被点燃后要能够立即自动关断。氙灯点燃后，电源以设定（由氙灯功率决定）的电流持续工作。通过对电路的绘制和分析，希望能对相关维修有所帮助。