开关电源在电影放映机中的应用

[摘要]介绍了电影放映氙灯电源的工作特点和技术要求，并就开关电源在其中的应用作了详细分析。

[关键词]电流高频高压开关电源效率噪声抑制

电影放映机是集光、声、电、磁、机械等技术综合应用的机电一体化产品，其中作为光源的超高压球形弧氙灯(简称氙灯)，是目前放映设备中使用最广泛的电光源，其基本结构包括阳极、阴极、灯头。氙灯在工作时先在两电极间施加一个高频高压给以触发，阳极受到高速运动电子的袭击和气体对流的热传导，温度急剧上升，此时波壳表面温度达到600―700℃，氙气分子被高频击穿，产生电离形成辉光放电现象。当高额辉光放电功率足够大时，此时辉光放电便过渡到自持弧光放电，氙灯就被点燃了。其输出的光特性具有亮度大、发光效率高、光斑集中、稳定性好、使用寿命长、辐射色调接近于天然色调、清洁、方便、一开即亮等优点。

一台放映机有理想的放映效果，必须要保证氙灯输出良好的光特性，而光特性良好必须要有良好的电源系统。我国的电影放映用氙灯电源多年来一直沿用饱和电抗器调整式整流器，其体积庞大，耗能大，转换效率低，只能间歇工作；这种五、六十年代技术水平的产品严重的制约了电影放映设备的整体发展水平。因此研究具有体积小、重量轻效率高、可靠性好稳流持性佳的氙灯电源系统是电影机械制造业实际工作的需要，随着电子技术的发展和成熟．应用电影放映大功率开关电源来取代传统的磁放大器式硅整流器电源已成为大势所趋。对于开关电源，大家并不陌生。电视、电脑中的电源都是使用开关电源，其以轻、薄、小和高效率为发展方向，开关电源中开关管中的损耗很低，温升亦低，整机效率高达90％。

氙灯对电源的基本要求，氙灯工作的电流在15-17A，维弧电流7A±0．5A，要求电流纹波系数小于7％，而当负载变化引起输出电压在15―30V范围内变化时，输出电流的稳流精度应小于4％

为满足氙灯负载特性对电源的要求，主电路采用体积小重量轻，无工频变压器的开关电源。其类型很多，考虑输出功率、开关管耐压、耐流及其元器件的选择，采用了具有抗不平衡能力的半桥式转换电路。这个电路中的两个电容上的电压分配取决于等效负载。脉冲宽度大的半周期电容上的电压将降低，脉冲宽度小的半周期电容电压升高，电容中点的电位随着等效负载的变化而上下浮动，维持伏―――秒数不变。这使得半桥式电路中的变压器不会产生单向偏磁。

电影放映机中的开关电源电路主要包括功率变换电路和开关管保护电路，稳流电路及稳纹波电路，脉宽控制和驱动电路，噪声抑制电路等。下面就主要电路及核心元件分别予以介绍。

功率变换电路直接把交流市电整流滤波，得到未稳定的直流电压，经过直流变换器进行高频变换，得到高频交流电压，再经过整流滤波就可以获得稳定的直流输出电压。该输出电压依靠控制电路调整变换器的脉冲宽度而得到稳定。由于省掉了电源变压器和大滤波电感线圈，因而重量减轻，体积缩小，效率提高。其中控制电路采用了技术成熟的集成电路，从而使得元器件数目大大减少，简化了电路形式，提高了电源的可靠性。

开关电源对开关管的要求是耐压高，电流大，饱和压降低，开关特性好，热阻小，以及漏电流小而稳定等。此外，开关管由于直接操作在电网上，不仅电压高，而且转换电流大，同时还会遇到共同导通平衡及高频变压器的饱和等同聪确保它的可靠运行，所以可采用场效应晶体管。它是具有高输入阻抗的电压控制器件，驱动电路简单，开关时间快，工作效率高，可以方便地控制开关速度。

由于高频变压器的工作频率较高(几十kHz)，因此它的体积要比工频变压器缩小了许多倍。它的性能好坏，不仅影响自身发热及效率等，而且还会影响到开关电源的技术性能和可靠性。它不仅会以漏感、励磁电流等方式起作用，而且它一旦发生饱和，将意味着励磁电流的急剧增加，开关管无疑会立即损坏。所以应采用高频损耗小的铁氧体材料作磁芯，开关管保护电路，采用RC网络以改变开关管负载特性，减小开关管的自身功耗，增加电源的稳定性。设置脉冲控制电路中的死区时间，防止脉宽太宽造成两管共同通导。增加阻尼网络及隔离网络，以消除自激振荡及电路相互间的串扰。

纹波就是供给氙灯的直流电流中的不稳定成份，也叫脉动波。纹波系数是一个说明电流脉动程度的重要指标，越小越好轻工业部标准为纹波系数不得大于7％。通过负反馈电路来控制脉冲宽度快速跟随变化。以减小脉动电流。

控制和驱动电路的作用是向开关管提供一对相位差180。对称和宽度可变的矩形脉；中列。通过这一对脉冲电压的有和无、宽和窄、脉宽的变化量和输出电压变化量的关系，为简化电路形式，采用集成电路来实现控制电路的功能，驱动电路具有一定的电路增益，在输入电网电压以及负载电流允许的变化范围内。使输出电压达到规定的要求，满足开关管对驱动信号波形的要求。同时实现输出和反馈输入之间的绝缘。

电源的噪声主要由开关功率管及开关整流二极管快速变化的高压切换和脉冲短路电流所引起，它是以静电和磁场的形式向外传播，采用有效元件把它们限制到最小程度，是抑制电源噪声的主要方法。

总之采用开关电源的氙灯电源具有体积小，重量轻，效率高的特点。实践证明其不仅热量小，稳流精度高、纹渡系数小，能输出低电压、大电流并有良好的恒流特性。当负载或电源电压发生变化时，输出电流基本稳定，而且输入电网电压范围大，显示功能齐全，易于触发，操作简便。有利于节约能源，简化操作，能够满足放映的需要。