液晶彩电电源板特殊单元电路解析

液晶彩电电源板大多采用内置电源形式，主要由市电输入与抗干扰电路，整流滤波电路，CPU供电副开关电源，PFC电路，PWM主开关电源，稳压控制电路，过电压、过电流、过热保护电路，开/待机控制电路等组成，由主板CPU控制其开/待机，待机时仅有+5V副开关电源输出。

液晶彩电电源板的工作过程是：通电后，市电整流滤波后产生300V的直流电压，首先为副开关电源电路供电，副开关电源部分先工作，输出5V电压给主板CPU供电；CPU得到开机指令后输出控制信号ON/OFF，让电源板上的PFC电路和PWM主开关电源启动工作，其中PFC电路工作后，将市电整流滤波后的300V进行校正，并将电压提升到370～410V，再为主、副开关电源供电；PWM脉冲振荡主开关电源工作后，从变压器二次侧输出+12V、+18V和+24V等几种直流电压，给负载电路供电。其中，+12V、+18V电压主要给主板的信号处理电路和伴音功放电路供电；+24V电压主要给背光电路（逆变器板）供电。

液晶彩电的开关电源与CRT显像管彩电的开关电源相比，电路组成、技术含量、电路原理要复杂得多，采用了很多新技术、新电路，主要是增加了PFC电路，大功率电源板采用了半桥式推挽输出电路。

1.PFC电路

传统的开关电源市电整流后直接采用大容量电容滤波，如图1-11a所示，为负载电路提供平滑的直流电压。大容量滤波电容相当于桥式整流电路最直接的负载，所以其负载为容性，电流超前90°，交流电的电压和电流相位不一致，电流最大值和电压最大值并不出现在同一时刻，所以功率的计算还需要乘以一个电路的功率因数，P=UIcosφ，可见提高功率因数可以提高电网能源的利用率。

为此液晶彩电电源板大多在市电桥式整流电路后端与电源滤波电容前端之间，增加了PFC电路，使供给开关电源的电压和电流的相位校正为同相位，不但提高了电源供电的功率因数，而且经过PFC电路校正以后能够减少电器对电网电压及电路本身的污染，也就是电磁兼容（EMC）。

PFC电路分为有源PFC电路和无源PFC电路两种。有源PFC电路由较多的电子元器件组成，造价比较高，在桥式整流电路后端、电解滤波电容前端加了一个PFC斩波电路，如图1-11b所示，把桥式整流后的脉动电流斩波成若干个小的电流波形，使整个电流波形的包络与电压波形相位相同，以达到电压和电流波形同相位的目的，有源PFC电路由于校正效果好，广泛应用于液晶彩电和等离子彩电电源电路中。无源PFC电路主要是在桥式整流后电容滤波前加上大PFC电感，利用电感电压超前90°的特性，来弥补电解滤波电容电流超前90°的特性，实际效果略差些，只是应用在个别小型液晶彩电中。

图1-11 传统整流滤波与增加PFC校正电路对比示意图

图1-12是长虹FSP205-4E01电源板PFC电路，其中U1（UCC28051）为PFC振荡与控制集成电路，从7脚输出激励脉冲，由Q1放大后控制大功率场效应晶体管Q2工作于开关状态，在D-S极间形成变化的电流。Q2导通时变化的电流在变压器储能电感T1上形成左正右负的感应电压，Q2截止后，在T1两端形成右正左负的电压。此时，220V桥式整流电路输出的HV脉动电压和T1两端的脉冲电压经D3、C3组成的整流滤波电路整流滤波后，在C3两端得到约380V的直流电压，作为主开关电源中开关管的工作电压。

图1-12 长虹FSP205-4E01电源板PFC电路

整流输入电压由R4、R38、R39与R40分压后，送到U1的3脚（市电检测端）；Q2的S极电流经R8送到U1的4脚（电流检测端）；输出电压由R10、R11、R9与R46分压送到1脚（输出电压检测端）。三组检测数据送到内部乘法器进行运算比较，在较大动态范围内，U1内部模拟乘法器的传输特性呈线性。当正弦波交流输入电压从零上升至峰值时，乘法器将三路输入信号处理后，输出相应电平去控制PWM比较器的门限值，然后与锯齿波比较，产生PWM（脉宽调制）信号，加到MOSFET（MOS场效应晶体管）的G极，调整MOSFET的D极、S极导通宽度和时间，使它同步跟踪电网输入电压的变化，让PFC电路的负载相对交流电网呈纯电阻特性。结果，使流过一次回路的感性电流峰值包络线紧跟正弦交流输入电压变化，获得与电网输入电压同频同相的正弦波电流。

2.半桥式推挽电路

小功率液晶彩电电源板主电源多采用单管输出电路，与常规的开关电源电路相同。新型大功率液晶彩电主电源为了提高效率，往往采用两只MOSFET（开关管）组成半桥式推挽输出电路。图1-13是长虹FSP205-4E01电源板主电源电路，IC1（L6599D）、MOSFET（开关管）Q4、Q5、开关变压器T2组成半桥式推挽输出电路。

半桥式推挽输出电路主要利用LC串联谐振特性，串联谐振的中心频率f_o由L和C的值决定。该电路谐振特点：当输入的AC信号频率等于谐振中心频率f_o时，回路中的电流最大，且电感和电容两端的电压最高，只是L和C上的电压是反相的。故我们只要改变输入AC信号的频率，就可以改变回路电流，也就改变了L和C上的电压。图1-13中的T2的一次2～7绕组等效为电感L，与一次绕组下部的电容C33组成串联谐振电路。

经PFC电路产生的380V电压，一路加到半桥式推挽输出电路Q4、Q5；另一路经R13、R14、R17分压后的电压加到IC1的7脚（启动检测端）。遥控开机后，主电源启动供电电路输出的+13.2V电压一旦加到IC1的12脚，IC1内部振荡电路便启动进入振荡状态产生振荡脉冲信号。振荡电路产生的振荡脉冲信号经集成块内部相关电路（门限电路、驱动器等）处理后，IC1的11、15脚分别输出两组互为反相的矩形脉冲，驱动Q4、Q5交替导通，使流过变压器一次侧的交变电流信号感应到二次绕组，再通过二次整流滤波电路得到输出电压。

通过以上分析可以得出这样一个结论：传统开关电源在开关变压器的一次回路是没有串联电容的，只要改变脉冲宽度就可以调节二次输出电压，这种控制方式简称PWM（脉宽调制）；而液晶彩电的开关电源在开关变压器一次回路串联了一只电容，改变脉冲频率，即可方便地调节二次输出电压，这种控制方式简称为PFM（脉频调制）。

3.PFC与电源双激励电路

由于并联的PFC开关电源和PWM主开关电源都需要各自的激励、稳压控制系统，早期的液晶彩电电源采用两个独立的激励、稳压控制系统，目前的液晶彩电电源为了简化电路，把这两个开关电源的激励、稳压控制系统集成在一块集成电路内，成为复合集成电路，其内部有各自的稳压控制和激励输出，而VCC供电和振荡器则共用。图1-14是海信TLM3201液晶彩电PFC和PWM主开关电源电路。(www.xing528.com)

图1-14中，SMA-E1017是复合激励、稳压控制集成电路，其15脚是PFC并联开关电源的激励输出端，接开关管QE001、QE002，9脚是稳压控制输入端，外接RE017和RE019组成的输出电压取样电路，该并联开关电源输出的+B PFC电压为380V。

SMA-E1017的2脚输出PWM主开关电源的激励信号，推动PWM开关管QE003输出电路；SMA-E1017的5脚是稳压控制输入端，外接稳压控制光耦合器NE501和取样误差放大电路。

4.保护电路的特点

液晶彩电电源板多设有完善的保护电路：一是围绕开关电源的振荡、驱动集成电路内部的保护功能，开发了过电流、过电压、过热保护电路；二是在开关电源的输出电路，依托待机控制电路，设有过电流、过电压或过热保护电路。

1）电源一次保护电路：液晶彩电在电源一次电路围绕振荡、驱动集成电路内部的保护功能，开发了过电流、过电压、过热保护电路，保护电路启动时，集成电路内部振荡或驱动电路停止工作，达到保护的目的。

图1-3 长虹FSP205-4E01 电源电路

图1-14 海信TLM3201液晶彩电PFC和PWM主开关电源电路

PFC电路和PWM开关电源的振荡、驱动集成电路多设有保护检测引脚。过电压保护检测多在VCC供电引脚内部设有过电压、欠电压检测电路，对VCC供电或开关变压器的反馈电压进行检测，当VCC电压过高、过低超过或低于保护设定值时，内部保护电路启动，集成电路停止振荡或切断开关管的激励脉冲。振荡、驱动集成电路往往单独设有过电流保护检测引脚，英文符号为INES、CS等，该脚通过电阻对MOSFET（开关管）的S极电压进行检测，当开关电源负载和二次整流滤波电路发生短路、漏电故障，造成开关管电流过大，超过设定值时，集成电路内部保护电路启动，停止振荡或切断开关管的激励脉冲。其保护电路的工作原理与CRT彩电相同。

2）电源二次保护电路：在开关电源二次输出电路，很多电源板依托待机控制电路，设有过电流、过电压或过热保护电路，保护电路启动时，迫使待机控制电路动作，由开机状态变为待机状态，进入待机保护状态。

电源二次保护执行电路往往由晶闸管或模拟晶闸管担任，保护检测电路采用运算放大器对取样电压和电流进行比较运算，产生保护触发电压，触发晶闸管导通，迫使待机控制电路动作，进入待机状态，以达到保护的目的。

图1-15是长虹FSP205-4E01电源板主开关电源保护电路，主开关电源中的过电流、过电压和过热保护电路主要由ICS1（LM324）和PC4组成。

1）过电压保护：过电压保护检测对象为+5V、+24V输出端电压，该部分电路主要由ZD2、D25、ZD4、D27组成。

当主开关电源工作异常，导致其任一输出端电压升高到超过稳压二极管ZD2或ZD4的稳压范围时，ZD2、D25或ZD4、D27组成的电路就会导通，+5V、+24V输出端电压就会通过ZD2、D25或ZD4、D27加在Q13的b极，使Q13导通。Q13导通后，光耦合器PC4初、次级的电流增大，主开关电源中的集成块IC1的8脚注入电流增大，如图1-15所示。8脚为中断控制信号输入端。当8脚增大的电流超过其设定的门限值时，集成块内部的保护电路就会启动，关闭内部的激励脉冲驱动电路，主开关电源就会停止工作。

2）过电流保护：过电流保护主要由集成块ICS1组成。过电流保护检测对象为+5V、+24V输出端负载。主开关电源的+5V、+24V输出端分别接在比较放大器ICS1的反向输入端。当+5V、+24V输出端负载电路出现短路故障导致输出端电压瞬间下降时，ICS1的1、8脚电压就会上升而迫使Q13导通。Q13导通后，其最后结果与主开关电源输出端电压升高到超过稳压范围时的情况相同。

3）过热保护：过热保护由集成块ICS1D和热敏电阻NTC2组成。NTC2为负温度系数热敏电阻，其性能是温度越高，所呈现的阻值越小。常温下阻值约为25kΩ，温度高时可减小到仅有几欧姆。NTC2接在比较放大器的反相输入端，安装在主开关变压器附近。当开关电源工作异常，主开关电源中的开关变压器温度超过设定的允许温度极限时，NTC2的阻值就会减小，比较放大器ICS1D的13脚电压就会下降，14脚电压就会上升，使Q13导通。Q13导通后，其最后结果与主开关电源输出端电压升高到超过稳压范围时的情况相同。

图1-15 长虹FSP205-4E01电源板主开关电源保护电路