CP500处理器的使用已经十年有余，北京最近有几家电影院的CP500处理器出现了故障，问题多是出现在电源上。这批处理器在今后几年的使用中可能还要陆续出现问题，在这里借贵刊与同行们共同探讨一下CP500处理器的电源问题。
一、开关电源的发展。
电源是电子设备必不可少的部件，目前电子设备中常用的直流稳压电源主要有线性稳压电源和开关稳压电源(以下简称开关电源)，前者也称串联调整式稳压电源，其稳压性能好，输出纹波电压很小，但必须使用工频变压器与市电隔离，该变压器不仅体积大、质量重加之其电压调整管的功率损耗较大，致使这类电源无法实现轻型化、小型化和高效化。开关电源使用了体积很小的高频变压器来实现电源与市电电网的隔离，其内部的关键元件工作在开关状态，因此功耗很低，电源的效率在70%-80%，是线性电源的一倍；此外，开关电源工作频率在高频，采用的滤波元件和散热器的体积也很小，所有这些都决定了开关电源是一种高效、小型的稳压电源。开关电源技术已有几十年的历史，早期生产的开关电源开关频率在20KHZ，其开关频率低、电路复杂调试困难、成本昂贵仅仅用于{jd0}的电子设备而难于普及。二十世纪七十年代后期随着集成电路设计与制造工艺水平的提高，开关电源专用集成电路的出现，以及制造开关电源的新材料、新器件相继推出成为普及的动力，一些诸如MOS功率开关管（MOSFET）、肖特基二极管（SBD）、超快恢复二极管（BRD）、瞬态电压抑制管（TVS）、压敏电阻器（VSR）、熔断电阻器（FR）、自恢复熔丝（RF）、线性光耦合器、可调式精密并联稳压器（TL431）、电磁干扰滤波器（EMI）、高导磁率磁性材料，应用于开关电源，使开关频率已从20KHZ发展的数百兆赫兹，在很多领域逐步取代了线性稳压电源和晶闸管相控电源，成为了当今电子设备的主流电源。CP500C处理器使用的就是开关稳压电源。
二、CP500的实物图、方框图、原理图、元件位置图。
三、CP500用的新器件：
1、集成电路：US3842，是CP500电源的核心器件。它是
---1）脚COMP是内部误差放大器的输出端，通常此脚与2脚之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响。
---2）脚FEED
BACK是反馈电压输入端，此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压(一般为+2.5V)进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。
---3）脚ISENSE是电流传感端。在外围电路中，在功率开关管(如VMos管)的源极串接一个小阻值的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成电压，此电压送入3脚，控制脉宽。此外，当电源电压异常时，功率开关管的电流增大，当取样电阻上的电压超过1V时，US3842就停止输出，有效地保护了功率开关管。
---4）脚RT/CT是定时端。锯齿波振荡器外接定时电容C和定时电阻R的公共端。外接电阻和电容的大小决定振荡频率
---5）脚GND是接地。
---6）脚OUT是输出端，驱动能力是±lA。有拉、灌电流的能力，这种结构对被驱动的功率管的关断有利，为功率管关断时提供了低阻抗的反向抽取电流回路，加速功率管的关断。
---7）脚Vcc是电源。当供电电压低于
＋16V时，US3842不工作，此时耗电在1mA以下。输入电压可以通过一个大阻值的电阻从高压降压获得。芯片工作后，输入工作电压可在+10～+30V之间波动，当低于+10V停止工作。工作时耗电约为15mA，此电流可通过反馈电阻提供。
-8）脚VREF是基准电压输出，可输出xx的+5V基准电压，电流可达50mA。
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2、H11A1电晶体线性输出光电耦合器，外型及内部结构见图6、图7。光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。外形塑封双列直插 。工作原理 ：在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。光隔离是一种很常用的信号隔离形式。普通光耦因为输入输出的线形较差，并且随温度变化较大，限制了其在信号隔离的应用。线性光耦的隔离原理与普通光耦没有差别，只是将普通光耦的单发单收模式稍加改变，增加一个用于反馈的光接受电路用于反馈。这样，虽然两个光接受电路都是非线性的，但两个光接受电路的非线性特性都是一样的，这样，就可以通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而达到实现线性隔离的目的。
3、肖特基二极管：是一种快恢复二极管,它属一种低功耗、超高速半导体器件。其显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，这是普通整流二极管无法比拟的。肖特基二极管多用作高频、低压、大电流整流二极管。常用在开关电源二次高频电源整流中。
4、CP500电源使用了LM431，它是TL431可调精密稳压器的衍生电路，两个电路可以互换。TL431是德州仪器公司生产的，是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω， C 是阴极，A 是阳极，R是参考极。TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图7所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若V o增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，当R1=R2时，Vo=5V，在选择电阻时保证TL431工作时通过阴极的电流要大于1 mA 。图8：是LM431使用原理图、外型及符号。
四、500使用的电源是它激式电流控制型脉冲宽度调整（PWM）多组输出式开关稳压电源，工作频率50KHZ。以下几个部分是电路的组成和原理。
1、输入整流滤波电路：市电通过接线端子TB1进入电路，为了避免在通电瞬间引起的大电流对电源的冲击，设置了热敏电阻TH1，TH1是温度敏感元件，它的冷态电阻大，热态电阻小，当电路刚接通时，限制了电路的启动电流，以避免开机瞬间干扰；几秒钟后，TH1温度上升，电阻趋于零。市电过F1后送至由R1、C1、L1、C2、L2组成交流抗电磁干扰（EMI）电路。R1、C1、L1是抗共模干扰电路，C2、L2是LC滤波电路用以提高对电磁干扰的衰减，一级LC滤波电路的衰减量在40db。开关电源的电磁干扰可分为传导干扰和辐射干扰两大类。传导干扰通过交流电源传播，频率低于30 MHz，主要干扰音频频段。辐射干扰通过空气传播，频率在30MHz以上。传导干扰以差模干扰和共模干扰的形式在电路中传输，前者传输在两导线间，属于对称干扰；后者传输在导线和地之间，属于非对称干扰。一般情况下，差模干扰幅度比较小、共模干扰幅度比较大要衰减到合理的范围内。接在交流电网与整流电路之间的交流抗电磁干扰电路，作用是抑制开关电源产生高频脉冲波对交流电网的干扰，同时也抑制交流电网中高频干扰成分窜入开关电源中。
交流电通过电磁滤波器和TH1后，送到桥式整流器CR1进行全波整流，并由C7、C8进行平滑滤波得到300伏左右的不稳定直流电压。经开关变压器T1的初级绕组1-2加到开关管Q2、Q3的漏极D。C5、C6是抗差模干扰电容。
2、逆变电路：也是变换电路，将整流后的直流电变为高频交流电，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小，逆变电路由振荡、驱动电路组成。整流滤波后输出的直流电压，通过R2向电容C9充电，经过0.5-1秒后C9两端电压上升至16V时通过R8输入到IC1集成电路的7脚使其启动进入工作状态,并从6脚输出驱动电流到开关管Q2、3的栅极G，启动Q2、Q3导通，电流通过1-2绕组进入变压器T1。IC1工作后开关管Q2、Q3在PWM脉冲的控制下调节开关频率，将整流电路输出的300V直流电压转换为峰峰值为300V的矩形脉冲，该矩形脉冲电压加在开关变压器T1的1-2绕组上，并感应3-4绕组形成电压为IC1提供工作电压。为了提高输出功率开关管用了两只场效应晶体管。在AC/DC变换器启动瞬间，因为对滤波电容器充电会产生一个很大的浪涌电流，它比系统正常工作电流大几倍乃至几十倍。浪涌电流会严重污染供电网络，影响其它电子设备的正常运行。有时会损坏电源开关、熔断器、EMI滤波器、整流桥、滤波电容，甚至印刷电路板等元器件。有时虽然看不到显性损坏，但是隐性损坏降低了设备的可靠性，这是更为糟糕的事情。为了改进开关电源的输入特性，提高其可靠性，减少对电网的污染，改善电子设备的使用环境，本电路对浪涌电流加以限制，电路中R16、C10组成RC吸收浪涌电压的过电压保护电路，CR7、CR8是用瞬态电压抑制二极管钳位浪涌电压方式的过压保护电路，R13、R14是栅极电阻的过压保护电路，C3是吸收高频浪涌电压的过电压保护电容。R2是启动电阻、C9是启动充电和滤波电容。
3、反馈电源：维持IC1的工作电压取自开关变压器T1的3-4绕组，该电压经过CR7、CR6整流和CR3、Q1的稳压调整，在通过C9 和R8组成的RC滤波器加至IC1的7脚供电使其工作。用两个整流管串联使用是为了提高电路的稳定性，R4是偏值电阻、CR3是稳压管、Q1是电压调整管。由IC5、R25-26、R30和C39组成稳压电源加在IC1的1脚，用来提高电路的稳定性。用串联型稳压电源为IC1供电虽然电路有些复杂但是提高了反馈电源的稳定性，使电源在批量生产中更容易保证质量
3、高频整流滤波电路：由于高频脉冲电压加在开关变压器T1的初级侧绕组1-2上，于是在T1的次级侧各个绕组得到所需的感应电压，用肖特基二极管作半波整流，由电感与电容构成的高频滤波器将整流输出的高频直流脉冲变为平滑的直流电压。由于该滤波器是对高频滤波，滤波元件的取值和体积都比工频滤波元件小的多。其中5-6绕组通过电路板端子1-2输出-15V、7-8绕组通过电路板端子3-4输出+15V、9-10绕组通过电路板端子5-6输出+24V、11-12绕组电路板端子7、8和9、10输出+5V。CR10、CR12、CR13、CR14是两只肖特基二极管封装在一起的整流半桥，其中一只二极管在开关管导通时做正常的整流，开关管截止时变压器电感产生的电能通过另一只二极管输出到滤波器加以平滑送给负载。C42-C43是高频滤波电容主要xx高频杂波，L3、L4，C22、C27、C30-31、C33-34、C36-37和L5-L8组成高频滤波电路，R41、C35，R39、C32，R37、C29，R44、C21是用于吸收高频变换器电压毛刺的RC电路。L4-1与L4-2和L3-1与L3-2是共用一个磁芯的滤波电感这种滤波电感的连接方法使两路输出电流的变化量相互感应，在一定程度上较大地改善了2路输出的交叉负载调整率。CR9是瞬态电压抑制(TVS)二极管。当+5V电路瞬间出现过高的浪涌脉冲电压时，二极管能迅速齐纳击穿，由高阻状态变为低阻状态，对浪涌电压进行分流和箝位，从而保护电源及负载电路中各元件不被瞬间浪涌脉冲电压损坏。R36、R38、R40、R42是负载电阻。本电源在所有的直流输出电路中均采用了两级LC滤波电路，减少了开关元件工作过程中产生的电流噪声在输出端的反应和纹波电压。
4、取样、占空比控制电路。也是稳压控制电路。电压取样电路由，R31-R35、IC6可调稳压管LM431、光电耦合器IC4（发光 ）组成。稳压控制电路由光电耦合器IC4（光敏）、R6、R7、R9、C11、C14及IC1组成。当输出+5V电压升高时，输出电压经R33、R35及R34分压得到的取样电压（即IC6的参考级R的电压）也升高，流过IC4的电流也增大，流过光耦中发光二极管中的电流变大使发光增强，感应的光电三极管中的电流增大，使R9上的压增大，导致US3842的（2）脚电压升高，（6）脚输出驱动信号的占空比变小，输出电压下降，达到稳压的目的。当输出电压降低时，输出的驱动信号占空比变大，输出电压上升，最终使输出电压稳定在5V。电路中R12、C16的大小决定IC1的脉冲频率，R10和C38用于改善IC1内误差放大器的频率响应，C13是反馈电容，R11、C17是补偿电阻、电容。
5、保护电路：保护过程原理：当负载电流超过额定值或短路时，场效应管Q2、Q3电流增加，R17上的电压上升并通过R15反馈至3脚，当电压大于1V时，通过内部电流放大器使导通宽度变窄，输出电压下降，直至使IC1停止工作，没有触发脉冲输出，使场效应管截止，达到保护功率管的目的。当短路现象消失后，电源自动恢复正常工作。电路中R3、R24和R27是偏置电阻。C18是消噪电容。R17是Q2、Q3的过流保护电阻，R15过流保护取样电阻
五、CP500电源数据表。
1、输入参数：
2、输出参数：
3、工作点电压。
4、集成电路US3842各脚电压：
5、元件参数
六、CP500的维修：
1、维修注意事项：
（1）、CP500的电源因为没有工频变压器，使得电源的部分底板带电。所以在检修时容易造成触电事故。在检修前{zh0}要在市电与开关电源之间接一个初级、次级绕组间绝缘良好而匝数比为1：1的隔离变压器，隔离变压器的功率要大于开关电源的功率在150W以上。同时应当把电源电路板用绝缘材料垫起，防止短路和触电。
（2）、不可以随意用大容量的保险丝代替小容量的保险丝，不可以随意更换保险元件，以免进一步扩大故障范围而增加损失。不要随意更改元件的型号和规格，尤其是无感电阻、电容。由于CP500电源采用了光电耦合器开关变压器T1初级边和次级边的地线是不能混同使用。
（3）、要确认故障是出在电源还是处理器上。如果是处理器有问题要排除故障后在加电，以免扩大故障范围和二次故障。
2、维修步骤：
（1）、通电前检查：用观察法检查电路板上的元件有无损坏、虚焊、电路板上印刷电路有无断裂的痕迹、用万用表测量元件的静态阻值查看有无短路现象和观察保险丝损坏的程度。保险丝没有熔断电源无输出通常是电源电路停止振荡或者无驱动电平，以及启动电路与整流输出线路开路；保险丝熔断并且管内呈现黄色问题通常出现在IC1内部电路和T1的次级侧的整流滤波元件有短路故障及负载有过流元件；保险丝熔断而且管内发黑甚至玻璃壳炸裂说明开关电源中一次整流滤波、开关管和相关的保护元件有短路现象。
（2）、直流无电压输出的故障检查流程。
（3）、电压输出不正确。直流输出电压偏离正常值一般可以通过调节电位器R34能使电压调至标准值，如果调节失灵或者调不到标准值检查IC4和IC6及与其相关的外围元件否损坏，换上相同或适当的器件，一般都能正常工作。如果空载正常但是加载后几组电压都下降有可能是整流桥CR1和C7、C8有问题，如果只有某一路电压下降可能是这一路的整流滤波元件有问题。
（4）、某一组电压无输出：是指+15V、-15V、+24V其中的一组，此时的电源已经起振，检查该输出回路上的整流二极管断路、线圈、滤波电感是否开路，滤波电容是否有短路现象，以及相关的焊点是否有虚焊。
3、器件的测量：
（1）、IC1-US3842：测量时在US3842的（7）、（5）脚间外加+17左右的直流电压,用万用表测量（8）脚有+5V的电压,同时（1）、（2）、（4）、（6）脚也有不同的电压,则认为US3842基本正常。
（2）、IC4-H11A1和IC6-LM431的在路测量：断电后在+5V的输出端接直流稳压电源，将万用表调到电阻挡用红表笔接在IC4的（4）脚、黑表笔接（5）脚。先将稳压电源的输出调到0V记下万用表的阻值，然后逐渐调大直流电压的输出值，一直调到5V为止，在调大电压的同时观察万用表的指针也在变化。如果有大小的变化说明IC4、IC6是好的，如果没有变化说明两个器件至少有一个损坏。
（3）、IC4-H11A1：利用光电耦合器的特点来测量，将万用表调到电阻挡用红表笔接在（4）脚、黑表笔接在（5）脚上记下阻值，用一节1.5V的电池串接200欧姆的电阻正极端接在（1）脚、负极端接在（2）脚，这时在看万用表的阻值是否有变化，如果有变化说明光电耦合器是好的，如果没有变化则说明光电耦合器是坏的。
七、总结：
CP500开关电源电路设计的比较完善尤其是保护电路和滤波电路在每个环节都考虑到了，使用了目前流行的电流型PWM信号发生器US3842，简化了电路提高了稳定性，在典型电路的基础上采用了高精度稳压器（LM431）加线性光电耦合器对输出电压采样实现了输出和输入的隔离，使弱电和强电不共地，减少了电磁干扰，抗干扰能力较强，而且是对输出电压采样，有很好的稳压性能。逆变电路中两只开关管的并联使用这样使电源输出功率提高到155W。电路中另一个特点就是IC5-TL431的使用方法。
同时也注意到了US3842的工作电流小于30mA、工作电压16V。反馈电源整流输出20V的脉冲直流电压，使用了2W的2N6178做为电源调整管，在电路板焊接处仍然有过热发黄的痕迹，因此笔者认为是由于变压器漏感等原因，开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰，即使在占空比很小时，反馈电压上的尖峰也不能降到足够低，经整流二极管后的直流没有滤波器，瞬间的尖峰加到了调整管上，故消耗的功率相对大一些。如果在整流后加RC滤波电路可能会使这一现象有所改善，使电源的稳定性进一步提高。
此外处理器一般是放在扩音机机柜的上方，这种安装方法是为了便于布线和操作，但是由于功率放大器产生的热量向上流动加上电源本身产生的热量使电路板上元件的温度比较高，这就加速了元器件的老化和焊点中杂质的氧化容易使电源发生故障，建议使用带散热风机的机柜或者在机柜后加电风扇通风。
以上是笔者对CP500电源电路的理解和维修分析，此电路原理图是对照电源实物画出的，由于没有公版的电路原理图和说明，加上认识上的局限这当中肯定有不少的谬误，欢迎朋友们通过本刊讨论和指正。也可以将意见直接发到本人的邮箱XIAYUE366@SINA.COM.CN。
北京市电影公司
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