液晶彩电二合一电源因包含的单元电路多,开关电源与背光驱动电路之间存在着一定联系,且二合一电源受主板的控制也比独立电源板要复杂得多,往往导致维修人员对故障判断方向不清、关键点把握不准,影响到故障维修的速度和质量。我们只要掌握了二合一电源板的结构特点、电路工作原理以及二合一电源板维修要领,就能高效率、高质量地维修二合一电源板。在第一章中介绍了一些电源+逆变器二合一电源板(IP板)的部分知识,这里作一个完整的归纳性介绍。
IP板整体电路可分为开关电源电路和逆变电路两大部分,如图4-1所示。其中,开关电源电路部分的作用是输出+5V、+24V(或+12V)电压送往液晶彩电的主板为其供电,同时还要输出+24V(或+12V)和+380V电压为逆变电路部分供电。逆变电路部分的主要作用是升压,它把开关电源输出的较低的直流电变换成高频正弦交流电,提供给CCFL(冷阴极荧光灯管)。
图4-1 IP板电路组成框图
液晶彩电的IP板按电路结构的不同,主要有两种类型:一种是“单开关电源+逆变电路”构成的IP板;另一种是“双开关电源+逆变电路”构成的IP板。
点拨 检修IP板首先要善于判断所修理的IP板属于上述两种类型中的哪一种,这有助于故障范围的分析和判断。我们可以简单地观察使用的开关变压器的数量来确定,使用一个开关变压器的IP板,则是“单开关电源+逆变电路”结构;使用两个开关变压器的IP板,则是“双开关电源+逆变电路”结构。
IP板的接口主要有市电输入接口、主板连接接口、背光灯管连接接口(可以是多个)。
IP板与主板连接的接口除有+5VSB、+5VM(部分的IP板有)、+24V输出端、电源开/关控制信号输入端外,还有背光开/关控制信号输入端、亮度调整信号输入端、状态选择信号输入端。
背光开/关控制电压一般来自主板上的微控制器(MCU),在IP板与主板的接口旁,凡是标注有BL_ON、EN、ON/OFF(有些IP板电源的开/关控制也标为ON/OFF,须辨别清楚)等标识的,就是背光开/关控制端。液晶彩电工作和进入节能状态时,背光开/关控制端会分别表现为高电平或低电平(常见为高电平启动,多为3~5V),所以在维修时,该电平可以作为一个判定故障的关键测试点,以此来判定逆变器是否已经被启动。
在IP板与主板的接口旁,凡是标注有ADJ、DIMP、VBR、Vipwm/Vepwm等标识的,就是亮度调整端。亮度调整端用来控制逆变电路的输出电流(指平均电流),以改变背光灯的发光强度。亮度调整端一般为0~5V的连续可调直流电压或PWM脉冲信号,该控制电压一般与逆变电路输出电流成反比,即该控制电压越高,逆变电路输出的电流越小,背光灯发光越弱,屏幕亮度越暗;该控制电压越低,逆变电路输出的电流越大,背光灯发光越强,屏幕亮度越亮。
提示与引导 在液晶彩电中,亮度调整有两种方式:一种是调整背光灯亮度的方法;另一种是调整RGB信号的直流电平实现亮度调整(控制主板上的Scaler电路,这种方法一般称为信号调整法)。这两种方法比较起来,使用调整背光灯亮度方式的机型较多。使用信号调整法进行亮度控制的液晶彩电,它的逆变器板上一般没有亮度调整端,其亮度调整是在主板上的Scaler电路上进行调整的。
逆变电路向CCFL背光灯供电并点亮灯管时,要求液晶屏的整个屏幕亮度均匀、稳定。在实际应用中,由于电源、灯管特性、温度等原因的影响会造成发光亮度不稳定,因此要求背光电路要有自动稳压、稳流功能。CCFL的工作电压、工作电流靠取样电路提取信息,回送到背光控制芯片,进行处理后进行自动稳压、稳流控制。对于多灯管屏,为了防止某只灯管不亮,在液晶屏上出现一块暗区,需要监控所有灯管的点亮状态及亮度是否均匀。因此,必须设置一个CCFL点亮状态取样电路,当某只或某几只灯管损坏、启动性能不良时,输出一个液晶屏亮度状态的取样信号回送到背光控制芯片,关闭高压输出。
CCFL的供电必须是30~100kHz的正弦交流电,其电压很高,正常工作时的电压为600~800V,工作电流为5~9mA。
1.逆变电路的组成
逆变电路是一个可以单独工作且受主板MCU控制的电路。逆变电路既可单独做成一块电路板,称之为独立型逆变器或逆变器板或高压板,如图4-2所示,也可和开关电源一起,组成一块开关电源+逆变器二合一板,即IP板。
2.逆变器的工作原理
IP板的逆变电路与独立的逆变器板电路组成和工作原理大体相同,不同之处主要是IP板中逆变电路的功率放大电路采用的是PFC电路输出的+380V供电,而独立的逆变器板功率放大电路采用的是主电源输出的+24V或+12V供电。
逆变电路主要由振荡器、调制器、功率输出电路及保护电路组成,如图4-3所示。在实际电路中,除功率输出部分和检测保护部分外,常将振荡器、调制器、保护电路集成在一起,组成一块单片集成电路,一般称为PWM控制芯片,或称背光驱动控制芯片、逆变器控制芯片等。这类集成电路很多,常用的主要有BD系列(罗姆公司生产,如BD9884FV、BD9766等)、OZ系列(凹凸微电子公司生产,如OZ960、OZ964、OZ9976等)、LX系列(如LX1501IDW、LX1692IDW等)、BIT系列(如BIT3106、BIT3193等)、FAN系列(如FAN7313、FAN7315等)等。功率输出管采用功率型场应晶体管,有的采用3引脚和8引脚贴片封装型。保护检测多由集成电路10393、358、393或LM324及外围元器件来完成。输出电路主要由高压变压器、谐振电容及背光灯管组成,并设有输出电压、输出电流取样电路。
图4-2 独立型逆变器
图4-3 典型的IP板逆变电路结构示意图
图4-3中,BL_ON(或标ENA)为振荡器启动/停止控制信号输入端,该控制信号来自主板MCU,当液晶彩电二次开机后,背光驱动控制芯片收到MCU送来的背光“打开”控制信号(常见为高电平启动,多为3~5V)后,控制振荡器开始工作,产生频率为30~100kHz的振荡信号送入调制器,在调制器内部与MCU送来的PWM亮度调整信号进行调制,调制后输出断续的30~100kHz激励信号,经输出驱动器放大后输出。背光驱动控制芯片输出的激励信号送往驱动电路(多采用推挽驱动电路,但有的逆变电路不设这级电路)进行放大,然后送往功率输出电路,把调制的高频断续脉冲进行功率放大,使之达到足够点亮灯管的功率,最后利用高压变压器进一步升压,输出高频交流高压,点亮背光灯管。
对于通过调节背光灯亮度的方法来调节图像亮度的液晶彩电,逆变电路自身有亮度调节电路。由于CCFL是一个非线性负载,若改变加在灯管两端的电压来改变亮度,虽有一定效果,但弊端也显而易见:一是这种方法对亮度的调节范围非常有限;二是电压的改变会导致灯管的电流大幅度变化,过电流时极易导致灯管损坏,电流减小会使灯管内部的放电难以维持,同样会缩短灯管的寿命。因此,CCFL的亮度调节均采用脉冲调光方式,具体方法是:用30~200Hz的低频脉冲波(PWM脉冲波的宽度受控于MCU)对加在灯管上的连续振荡正弦波进行调制,将连续振荡波变成断续振荡波。在脉冲中断期间停止对灯管供电,由于时间极短,灯管内的电离状态尚不能完全消失,但辐射的紫外线强度会下降,则管壁上的荧光粉激发量减小,亮度下降,这样能控制亮度。只要控制PWM脉冲的占空比,就可改变灯管在一个周期内的加电时间,从而达到控制灯管平均亮度的目的。
为了保护灯管,需要设置过电流、过电压保护电路。过电流保护检测信号从串联在背光灯管上的取样电阻R上取得(也有利用电流互感器取得的),送到保护检测电路中。过电压检测信号从C1、C2构成的电容分压电路取得,也送到保护检测电路中。保护检测电路输出的检测信号送至背光驱动控制集成电路,当输出电压及背光灯电流出现异常时,保护电路控制调制器停止输出,从而起到保护的作用。
提示与引导 液晶电视使用两种灯管:一种是CCFL;另一种是EEFL(外置电极荧光灯管)。CCFL和EEFL的区别是:CCFL的电极在灯管内部,EEFL的电极在灯管外部,EEFL的亮度要比CCFL高;CCFL和EEFL在驱动上的区别:多支CCFL并联使用时,需通过均流电容后并联(每只灯管的电压和电流特性不同,用相同的波形驱动所有的灯管发光,会造成液晶屏整体亮度不均),而EEFL则可以多支灯管直接并联。
1.IP板的检测维修时序
维修时,首先排除开关电源部分的故障,确定开关电源输出电压正常后,再检查背光灯驱动部分的故障。对于开关电源,检查的步骤一般是从前向后,先检查市电整流滤波后的+300V供电,再依次检查副电源、开关机控制电路、PFC电路、主电源。对于背光灯电路,由于其输出部分功率大、电压高、故障率高,检查的步骤一般是从后向前,先检查背光灯和连接器,再依次检查升压变压器、升压MOS开关管、推动电路和背光驱动控制电路。
2.IP板脱板维修
目前大多为上门维修,在客户家受条件的限制,往往需要将板带回维修部进行脱板维修。而IP板的正常工作往往受主板控制系统的开/关机控制、点灯控制、亮度调整的控制,IP板在脱离主板后是无法启动进入工作状态的,为了使维修工作能够顺利进行,往往需要模拟上述控制电压加到IP板的相应电路使其进入工作状态。多数IP板的开/关机控制、点灯控制、亮度调整控制电压均为开机时为高电平,故可将IP板的这三个信号输入端分别用三只电阻(阻值在1~3.3k)跨接在副电源的+5V或者+3.3V输出端上,这样就可获得IP板工作所需的开/关机、点灯、亮度控制电压,迫使IP板启动工作,如图4-4所示。
开关电源、背光灯驱动电路在脱板维修时,由于无负载电路,而空载和带负载状态下其输出电压往往不同,有的IP板因无负载电路还会进入保护状态而不能启动,容易造成误判。因此,维修时需要在开关电源的输出端和背光灯驱动电路的输出端接假负载,模拟负载用电。开关电源部分一般选用12V或24V摩托车灯泡作为假负载,当然也可选用几十欧的大功率电阻作假负载,跨接在12V或24V输出端与冷地之间。逆变电路输出的是交流高压,假负载最好选用CCFL,当然也可以使用专用维修工装,比如长虹快益点电器的KYD-PWV2.0专用液晶IP板假负载工装,它可满足1~8个高压输出接口的IP板维修,如图4-5所示。没有条件的,也可以用150k/10W的水泥电阻来作逆变器的假负载。
图4-4 IP板脱板维修强制启动和带假负载的方法
图4-5 液晶IP板电源逆变电路维修的假负载工装
3.保护电路的解除方法
IP板的开关电源部分和背光驱动电路部分都设有保护电路,当发生故障时,往往造成保护电路启动,进入保护状态整板无法工作,给维修造成困难。学会解除保护让IP板启动工作,是维修IP板的重要技能之一。
(1)开关电源保护电路的解除
开关电源部分的保护电路一是通过切断主电源和PFC驱动电路的VCC供电,使主电源、PFC电路停止工作;二是在主电源或副电源的振荡或稳压控制端设置保护电路,保护时提高或降低该引脚的电压或将其接地,以使开关电源控制芯片内的保护电路启动,达到停止工作的目的。开关电源保护电路的解除方法如下:
1)从过电压、过电流取样电路采取措施解除保护。一般过电压保护检测电路设有稳压管,当检测电压超过稳压管的稳压值时,将稳压管击穿,向保护执行电路送去高电平保护触发电压,解除过电压保护的方法是将稳压管拆除或断开一引脚。过电流保护检测电路往往采用大功率电阻或电流互感器进行取样,取样电压送到运算放大器或电压比较器,经比较后输出保护触发电压,解除过电流保护的方法一是将取样电阻或电流互感器一次绕组短路;二是将运算放大器或电压比较器输出的保护触发电压断开。
2)从保护执行电路采取措施解除保护。保护执行电路往往由晶闸管或晶体管担任,一是将晶闸管的控制极或晶体管的基极断开或对地短路,二是将晶闸管或保护晶体管拆除。
(2)背光电路保护电路的解除
背光电路分为过电压保护和过电流保护两种,从现象区分上来说,过电流保护一般保护得比较迅速,一般来说闪一下就灭了,基本没有希望看见机器的开机画面,而过电压保护一般来说相对比较慢,基本能维持1~2s正常发光,大多数时候能看见机器画面。对于这类故障,一般检修办法是想办法根据背光控制IC的芯片资料,断开机器的保护,先让机器强制工作起来,再进行下一步检修。
背光灯保护电路对输出电压和灯管电流进行检测、整流、取样、比较后,获得保护触发电压,对背光驱动脉冲振荡电路进行控制。解除保护的方法如下:
1)从过电压、过电流取样电路采取措施解除保护。一般过电压保护检测电路往往设有分压电路、整流电路、比较电路,然后将保护电压送到背光驱动控制集成电路,可将过电压检测电路输出电路断开。过电流或电流平衡检测保护电路设有取样电阻或电流互感器、整流电路、比较电路,然后将过电流检测信号送到背光驱动控制集成电路,可将过电流检测电路输出电路断开。
2)从背光驱动控制集成电路的保护电压输入引脚采取措施。一是将保护信号输入引脚外部与保护检测电路相连的电路断开;二是将保护输入引脚电压拉回到正常值。对该引脚电压升高后保护的,将该引脚对地接分压电阻或将该引脚直接接地;对于该引脚电压降低后保护的,将该引脚用500~1k的电阻接VCC供电电源,将该引脚电压提升到正常值。
方法与技巧 因为背光驱动控制IC种类很多,引脚定义也不尽相同,所以断开保护有时也比较麻烦。首先要熟悉大部分背光驱动控制IC的引脚标注含义。在这里介绍一下与过电压保护关系大的TIMER引脚。这个引脚做什么用的呢?因为背光电路工作在较大电压和较大电流的状态下,所以背光电路一般来说都设计得有比较完善的保护电路,灵敏的保护可以最大限度避免电路被进一步损坏,但过于灵敏的电路就有可能因为误触发给维修带来麻烦。TIMER引脚一般外接一个1~2μF的电容到地,当输出电路出现过电压时,IC内部的开关被打开,对该电容进行充电。当充电到一定值时,IC启动内部保护功能,IC被关闭,停止驱动脉冲输出。改变电容的大小,可以改变IC启动保护时间的快慢,电容越大,保护越慢;电容越小,保护越快。一般设计保护时间在1~2s。过电压保护电路动作其实质就是被TIMER引脚电压触发,假如TIMER引脚的电压达不到设定的阈值,那么保护电路是不会动作的,因此在维修时将这个引脚对地短接,过电压保护电路就不会动作。
点拨 为了确保解除保护后的电路板安全,解除保护后通电试机时,要接好电压表对输出电压进行监测,并注意观察电路板上电源熔断器、大功率易损器件状态,一旦出现电压升高、熔断器熔断、器件冒烟、打火的故障,应立即切断电源,排除相关故障后,再进行下一步维修。
4.保护电路电压测量方法
对开机后立即关机或背光灯闪一下即黑屏的故障,多为保护电路启动所致。为了在开机后在保护前的瞬间抓测到相关电压,需要在开机后的瞬间对相关部位测试点的电压进行测量。开关电源保护电路测量的部位是:一是保护检测电路输出的保护控制电压端;二是保护执行电路晶闸管的控制极、晶体管基极;三是受保护控制的VCC电压输出端等。背光保护电路测量部位是:一是高压变压器的一次绕组电压;二是过电流、过电压检测电路的输出端。
5.高压部位的电压测量方法
逆变电路部分,对于振荡与控制集成电路和驱动电路,可采用常规的电压测量方法,测量集成电路引脚的直流或交流电压。对于输出升压电路,由于其电压很高,且为交流电,往往超过万用表的测量范围,维修时可采用两种测量方法:一是采用串联高压测试棒进行测量,该方法可准确地测量高压的电压值,但很多维修人员不具备高压测试棒;二是采用感应测量法,将万用表的负表笔或示波器探头接地线接地,用电压表正表笔或示波器探头靠近(注意不用碰上测试点,最好测量有绝缘皮隔离的部位)升压变压器外壳或高压输出连接器,通过电磁感应,间接测量升压电路的电压。由于数字万用表的内阻高,感应电压测试灵敏,建议采用数字万用表进行间接测量。一般数字万用表可感应出几十到一百多伏的交流电压,示波器可感应出20~40V的交流电压波形。如果波形和电压偏低,多为升压变压器局部短路或灯管电路漏电;如果灯管电压偏高,多为灯管电路发生开路故障,造成高压升高所致。如果有多个灯管连接器,要逐一进行测量。需要强调的是,为了避免保护电路启动后造成误判,应在开机后的瞬间进行测试。
6.注意事项
(1)正确选择测试接地点
由于开关电源和逆变器电路都有热区和冷区、热地和冷地之分,测量时要正确选择接地点,不能搞错。市电整流滤波电路、PFC电路、主/副电源的一次侧电路、背光驱动电路中的大功率放大器都属于热区范围内,测量时要接热地,一般选择接地点为大滤波电容的负极。主/副电源二次侧的整流滤波电路、背光驱动控制部分、开/关机控制电路的接地点应接冷地,一般选择主电源开关变压器二次侧整流滤波输出端的大滤波电容负极或接冷地端的散热片、屏蔽铁板作为接地点。
(2)由于逆变器升压输出端电压高达一千多伏,检修时要注意安全,避免电击
逆变器板应距离其他电路板10cm以上,特别是与屏蔽金属板要保持一定距离,避免打火放电,造成不必要的损失。
这里以长虹FSP160-3PI01型IP板为例介绍由FAN6961+STR-W6252+UC3845B+LX1692IDW为核心构成的IP板电路工作原理与故障检修方法。该电源组件输出4组电压:逆变电路和伴音电路供电的24V/1.5A;待机电压5VSB/1A;主5V/4A,为小信号处理电路供电;点灯交流高频电压800~1000V。
1.电源实物图解
长虹FSP160-3PI01型IP板实物图解如图4-6、图4-7所示。
图4-6 长虹FSP160-3PI01型IP板正面元器件分布图
2.电路组成框图
长虹FSP160-3PI01型IP板电路的组成框图如图4-8所示,主要分为四部分:一是以厚膜电路STR-W6252(U601)为核心组成的副开关电源,为主板上微处理器控制系统提供+5VSB供电,为主板小信号处理电路提供主5V(5VM)供电,还为PFC控制芯片、主电源控制芯片提供VCC工作电压;二是以PFC控制器FAN6961(IC120)和大功率MOSFET开关管Q120为核心组成的PFC电路,校正后为主开关电源和逆变器升压输出电路提供约400V(V-400V)工作电压;三是以驱动控制电路UC3845B(IC150)和大功率MOSFET开关管Q150为核心组成的主开关电源,不仅为主板电路提供+24V电压,还为逆变器振荡、推挽驱动电路提供+24V的电压;四是由振荡驱动控制电路LX1692IDW(U301)、推挽驱动电路和输出升压电路开关管Q400、Q410为核心组成的背光灯逆变器电路,输出一千多伏交
图4-7 长虹FSP160-3PI01型IP板背面元器件分布图
图4-8 长虹FSP160-3PI01型IP板电路组成框图
流电压,将液晶屏背光灯点亮。待机采用控制PFC控制器FAN6961和主开关电源PWM控制器UC3845B的VCC供电方式。
通电后,AC 220V市电经抗干扰电路后,再经桥式整流滤波电路形成300V电压,为副电源厚膜电路STR-W6252供电,副电源首先启动工作,为主板控制系统提供+5VSB电压,控制系统工作后为电源板送入ON/OFF开机高电平控制电压,副电源提供的VCC电压经待机控制电路为PFC控制器和主电源控制芯片提供工作电压,PFC电路和主电源启动,市电整流滤波产生的300V电压,经PFC电路校正后,提升到约400V,为副电源、主电源和逆变器升压电路供电;主电源工作后,输出24V电压为主板和背光灯逆变器提供+24V电源。主板在得到5V、+24V电压后,输出BL-ON逆变器“打开”高电平控制电压和亮度控制信号(Vipwm或Vepwm)到IP板,IP板逆变器部分的高频振荡器开始工作,产生基准的方波信号与主板送来的亮度控制信号一起在振荡器内部进行比较,输出高频信号去控制高压变换电路,在高频变压器和电容的谐振下,产生高压将背光灯点亮。
1.副电源和待机控制电路
副电源主要由PWM开关电源模块U601(STR-W6252)、开关变压器T600等构成,如图4-9所示。接通电源后,该部分电路一直工作,提供一个+5VSB电压给控制系统;二次开机后,副电源再输出主+5V(即+5VM)电压,供整机使用。
(1)STR-W6252简介
STR-W6252是三肯公司推出的STR-W62XX系列开关电源控制器和MOSFET开关管混合的开关电源厚膜电路之一。该芯片内部集成有启动电路、振荡电路、电压比较器、驱动控制电路、MOSFET开关管及多路保护电路。STR-W6252引脚功能和维修数据见表4-1。
(2)功率变换
+BPFC电压(待机为300V,开机约为390V)通过开关变压器T600的一次侧⑤-②绕组加到U601的①脚,在U601内部分成为两路:一路加到内部大功率MOSFET的D极;另一路通过内部电路向U601④脚外接电容C602进行充电。当C602上电压达到13.8V时,内部振荡电路启动,输出开关脉冲经IC内部电路处理、驱动电路放大,加到内部大功率MOSFET的G极,MOSFET工作于开关状态,开关电流在T600产生感应电压。T600一次侧①-③绕组输出的脉冲电压经D601整流、C607滤波后得到约18V的直流电压(VCC)。该电压分为两路:一路经二极管D603向U601的④脚提供二次供电,取代启动电压为U601提供工作电压;另一路经待机控制电路中的Q180控制,输出VCC1电压,为PFC控制芯片IC120供电,VCC1再经Q190控制,输出VCC3电压,为主开关电源振荡控制芯片IC150供电。
开关变压器T600二次侧⑧/⑨-⑥/⑦绕组产生的脉冲电压,经D610整流,C623、C624、L620、C621滤波形成5V电压。该电压一路作为待机5V(+5VSB),经连接器输出到主板,为微控制器电路供电;另一路送到由MOS管Q500构成的开关电路,经控制后输出主5V电压(+5VM),为主板小信号处理电路供电。24V输出作为5VM的开关控制。
图4-9 副电源电路
表4-1 STR-W6252引脚功能和维修数据
提示与引导 +5VM为受控电压,只有在开机后,CPU控制主开关电源工作,有24V输出的基础上才有会有该电压输出。其控制过程是:待机时,无24V电压,Q500因G极无电压而截止,+5VM无电压输出,实现待机时电源停止输出+5VM控制;开机后,当24V电压正常输出时,通过R500加到Q500的G极,Q500导通,其S极输出+5VM电压。
(3)稳压控制
稳压控制电路主要由PC600、IC620及U601⑥脚内部电路完成。电路由于某种原因致使+5VSB待机电压升高,光耦合器PC600内发光二极管的导通电流增大,光敏晶体管导通增强,将U601的⑥脚电压拉低,改变内部振荡器的振荡频率,促使MOS管导通时间缩短,开关变压器T600传送的能量减少,5VSB电压降低,如此不断调整,达到稳压的目的。
(4)保护控制
过电流保护:U601③脚内部连接到MOS开关管的S极,外接R601为过电流检测电阻。当开关管的D-S电流过大时,R601两端形成较高的电压,该电压大于0.7V时,内部振荡电路停振,进入保护状态。
过电压保护:副电源的过电压保护有双重保护功能:一是利用U601④脚VCC供电端本身具有的过电压保护功能,当T600一次侧①-③绕组输出的脉冲电压经D601整流、C607滤波后的直流电压(VCC)升高达27V时,U601内部保护电路启动,电源开闭;二是由稳压管ZD620、晶闸管IC621等组成的二次侧过电压保护电路,当+5VSB待机电压升高到5.6V以上时,ZD620击穿导通,经过R627向晶闸管IC621的G极送入高电平触发电压,IC621导通,将T600二次绕组⑪⑩-⑥绕组通过D604整流后的输出对地短路,这样使得U601内部开关管D-S极电流剧增,U601内部保护启动(此电路的实质上是由过电压保护转为了过电流保护)。
市电欠电压保护:市电欠电压保护电路由R105~R109、D101、Q100、Q101组成。市电电压过低时,市电整流滤波后的VAC电压必然也变得过低,经R105~R108和R109分压后得到的取样分压过低,Q100截止,Q101饱和导通,将U601⑥脚对地短路,U601进入保护状态。
(5)待机控制
待机控制电路主要由Q291、PC102、Q181、Q180、ZD180、Q190组成。
二次开机后主板发出开/关机控制信号ON/OFF转为高电平,通过插座CN201的①脚送入电源组件,经R290、R293分压加至Q291的栅极,使Q291导通,光耦合器PC102导通,Q181截止,Q180导通,此时副电源一次侧输出的18V直流电压经Q180、ZD180组成的电子稳压器,在Q180的射极形成15V电压(VCC1),提供给PFC模块IC120(FAN6961)的⑧脚,PFC电路启动。
PFC电路工作后输出400V电压,该电压经R190~R193串联与R194进行分压,经D190加到IC191的R极,IC191、Q190导通,15V(VCC1)电压从Q190的E极输出,形成VCC3(15V)电压向IC150⑦脚供电,IC150为核心的主电源启动进入工作状态,输出24V电压,整个开关电源进入正常工作状态。
2.PFC电路
PFC电路由驱动控制电路IC120(FAN6961)、开关管Q120、储能电感L120、整流管D120、滤波电容C120等组成,如图4-10所示。该电路的作用是把电压和电流校正为同相,同时将市电整流滤波后的300V电压提升到400V左右,不仅为主、副开关电源供电,同时还为逆变器的高压变换电路供电。
(1)FAN6961简介
FAN6961是一款过渡模式的PFC控制器。该芯片内部集成有振荡器、误差比较、过零检测、驱动输出以及过电压保护、过电流保护、欠电压锁定等功能电路。FAN6961引脚功能和维修数据见表4-2。
(2)校正过程
二次开机后,开/关机控制电路中的Q180射极输出的VCC1电压(15V),提供给PFC控制集成块IC120的⑧脚,为其供电。同时,C120两端电压经R133~R135与R136分压后送入IC120的①脚,使IC120内部电路开始工作,从IC120⑦脚输出输出激励脉冲,经Q105放大后,激励MOS管Q120工作在开关状态。在Q120的D极产生的脉冲经D120整流,与经过D121的电压叠加,再经C120滤波产生约400V的直流电压。
储能电感L120辅助绕组⑪⑩-⑪⑫绕组感应的脉冲经R128限流加到IC120的过零检测输入端⑤脚。若IC120⑤脚无交变脉冲送入,则关闭⑦脚输出的激励脉冲。
(3)稳压控制
PFC电路输出的+BPFC输出电压,经R132~R135与R136分压后,送到FAN6961的①脚,经内部电路比较放大后,控制⑦脚输出的脉冲,达到稳定输出电压的目的。
(4)过电压保护、过电流保护
FAN6961的①脚内部设有输出欠电压/反馈开路保护电路,兼有过、欠电压保护功能。当该引脚电压低于或高于保护启动设定值时,IC120会关断⑦脚驱动脉冲输出,PFC电路停止工作。
FAN6961的④脚为开关管过电流保护检测输入引脚,连接IC内部电流比较器,对大功率MOSFET(开关管)Q105的漏极电流进行检测。R127、R127B是取样电阻。正常工作时Q120的漏极电流在R127、R127B上形成的电压降很低,反馈到FAN6961的④脚的电压接近0V。当某种原因导致Q120漏极电流增大时,则R127、R127B上的电压降增大,送到FAN6961的④脚的电压升高,当该电压超过0.8V时,内部过电流保护电路启动,关闭⑦脚输出的驱动脉冲,PFC电路停止工作,达到过电流保护的目的。
图4-10 PFC电路和主电源电路
表4-2 FAN6961引脚功能和维修数据
3.主电源
主开关电源电路如图4-10所示,由驱动控制电路IC150(电路图为UC3845B,实物标为3845B),大功率MOSFET开关管Q150、开关变压器T150、光耦合器PC150、取样误差放大电路IC200等主要器件组成,为主电路板和背光灯逆变器提供+24V电源。
(1)UC3845B简介
UC3845B是UC384X系列中的一种,它是一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片。该芯片内部集成有基准电压发生器、振荡器、推挽放大电路、误差放大器、电流比较器、PWM闭锁保护、VCC欠电压保护等功能电路。其引脚功能和维修数据见表4-3。
表4-3 UC3845B引脚功能和维修数据
(2)功率变换
二次开机后,PFC电路首先工作,输出的393V电压经T150的一次绕组加到开关管Q150的D极,为它供电。同时,Q190的C极输出的VCC3(15V)受控电压加到IC150的⑦脚,IC150内部振荡电路启动工作,从⑥脚输出PWM开关脉冲,经Q152缓冲后,通过R154送到MOS开关管Q150的G极,使Q150工作在开关状态。
(3)稳压控制
稳压控制电路由取样误差放大电路IC200、光耦合器PC150及IC150的②脚内部等相关电路组成。取样误差放大电路IC200通过R200、R202分压后对主电源输出的+24V电压取样,当某种原因使24V电压升高时,IC200的R脚电压升高,经IC200内部比较放大后,IC200的K脚电压降低,PC150内部发光二极管的发光强度增加,光敏晶体管导通程度增强,将IC150的②脚电压拉高,经IC150内部误差放大稳压控制后,送到MOSFET的脉冲宽度变窄,MOSFET导通时间缩短,开关电源输出电压回落到正常值;当+24V电压下降时,稳压控制过程与上升控制过程相反,保持输出电压稳定不变。
(4)保护控制
IC150③脚是过电流保护检测输入端,对MOS开关管Q150的漏极电流进行检测。R151是接在Q150的S极与地之间的取样电阻。当某种原因导致Q150漏极电流增大时,R151上的电压降增大,当送到IC150③脚的电压上升到保护启动设定值时,内部过电流保护电路启动,关闭⑥脚输出的驱动脉冲,主电源停止工作,达到过电流保护的目的。
过电压保护电路由稳压管ZD270、D290、R296、晶闸管IC290等组成。当某种原因造成24V电压升高到27V以上时,ZD270齐纳击穿,通过D290、R296向晶闸管IC290的G极送入一个高电平,触发其导通,将光耦合器PC102的①脚电位钳位到低电平,PC102截止,由Q180、Q190组成的VCC控制电路关闭VCC1、VCC3的输出,PFC电路和主电源均停止工作。
4.逆变电路
长虹FSP160-3PI01型IP板的逆变电路主要由三大部分组成:一是以U301(LX1692IDW)为核心的振荡、驱动、保护、控制电路;二是以Q351~Q353、Q361~Q363、推动变压器T350组成的推挽驱动电路;三是以Q402、Q400、Q412、Q410、T420等组成的高压变换电路。逆变器主体电路如图4-11所示。
(1)LX1692IDW简介
LX1692IDW是CCFL背光驱动控制器,可同时输出4路驱动信号激励功率放大MOS管,具有模拟、数字调光,灯管开路、损坏、电流短路故障等保护功能。LX1692IDW的引脚功能和维修数据见表4-4。
(2)LM358简介
LM358是双运算放大器,内部有两只独立的运算放大电路,可以各自单独应用。LM358具有输出短路保护、差分输入级、低偏置电流输入、单电源供电(3~32V)等特点。LM358的引脚功能和维修数据见表4-5。
(3)逆变器启动控制电路
二次开机后,主板送来的背光灯开关控制信号BL_ON为高电平(约4.8V),从插座CN202的⑨脚输入电源板,加至Q301的基极,Q301饱和导通,Q302基极为低电平而导通,主电源输出的24V电压经R302A∥R302B降压加至Q302的E极,从Q302的C极输出,再由ZD301稳压形成5V电压(IC-VCC),该电压不仅提供给U301的⑪⑳⑩脚作为其供电,同时还送至U301的⑥脚,作为芯片使能信号输入。
图4-11 逆变器主体电路
表4-4 LX1692IDW的引脚功能和维修数据
表4-5 LM358的引脚功能和维修数据
(4)振荡及PWM脉冲输出
U301获得供电后开始工作,内部振荡器起振,从⑪⑱、⑪⑲脚输出交替式PWM方波激励脉冲。LX1692IDW的⑪⑲脚输出A路(N沟道驱动)激励信号,从⑪⑱脚输出B路(N沟道驱动)激励信号;第二路从U301的⑪⑯脚输出C路(P沟道驱动)激励信号、从⑪⑮脚输出D路(P沟道驱动)激励信号。本方案只使用了一路驱动信号,第二路驱动信号未使用,连接电阻R311、R312到地。
(5)推挽驱动电路
该电路采用24V供电。在U301⑪⑱、⑪⑲输出的交替式PWM方波激励脉冲作用下,Q351~Q353、Q361~Q363工作在推挽状态,在T350一次绕组形成交变电流,在T350的二次侧⑤-④、②-①两个绕组中形成感应电流。
(6)高压变换电路
该电路采用PFC电路输出的400V高电压、大电流供电。从推动变压器T350二次绕组⑤-④、②-①两个绕组输出的交变感应电流推动Q400、Q410轮流工作,利用C400的充放电,在高压变压器T420一次绕组中产生交变电流,在T420二次绕组(即高压绕组)产生正弦波高压(在开机瞬间,该电压能达到1500V左右,正常工作时,输出为1000~1180V的交流高压),输出送去驱动CCFL发光。
点拨 高压变压器的高压绕组易损坏。高压绕组损坏后,一定要换用参数接近的高压变压器,否则其性能会大幅下降,甚至不能使用。
(7)亮度控制模式选择
本逆变电路可选择设定背光灯亮度控制模式,LX1692IDW③脚是调光模式设定端。当主板送来的Vsel电压在-0.3~0.8V时,Q304截止,C340不接入电路,U301工作在内部调光模式;Vsel电压在3.0~5.5V时,Q304饱和导通,将C340接入电路,U301③脚内部频率发生改变,控制U301工作在外部调光模式。
(8)亮度控制
LX1692IDW的⑨脚是亮度控制端,该引脚既可以输入直流电压调光信号,也可以输入PWM脉冲调光信号。直流电压调光也被称为“内部调光模式”(图中用Vipwm表示),当设定为内部调光模式时,将⑨脚设定一固定直流电压,CCFL亮度由逆变电路自身进行调节。PWM脉冲调光也被称为“外部调光模式”(图中用Vepwm表示),当设定为外部调光时,CCFL亮度由主板送来的PWM脉冲进行调节。当需要调整亮度时,从主板CPU送来的亮度控制信号(Vepwm)经R330送入LX1692IDW的⑨脚,经内部电路处理后,控制输出的驱动脉冲占空比,从而达到亮度控制的目的。
(9)保护控制
为了避免CCFL因过电流、过电压等原因而损坏,同时也为了避免灯管损坏后对电路的影响,逆变电路中设计了完善的保护电路。长虹FSP160-3PI01型IP板中,逆变电路部分的保护电路如图4-12所示。
1)过电流保护电路:过电流保护电路主要由U301⑪⑭脚内外部电路组成。U301(LX1692IDW)的⑪⑭脚输入电压与灯管电流成正比。高压变压器T420的取样电流分两路:一路经灯管电流检测变压器T430的二次绕组⑨、⑪⑩脚感应出电动势(变压器T430的一次绕组与高压变压器T420串联,用于检测高压变压器T420输出电流的变化,即检测灯管电流变化),经D328(实装0电阻),R316、R319分压,再经R315加至U301(LX1692IDW)的⑪⑭脚,以便自动调整高压变压器输出电流,使之保持恒定;另一路是通过C421、C424耦合,经D323、D325整流后加至复合二极管D306的阳极,当由于某种原因引起输出电流过大时,D306导通,Q305导通,D305也导通,使U301⑪⑭脚电压降至0.3V以下,U301内部关闭其⑪⑱、⑪⑲脚输出的PWM脉冲,电路进入过电流保护状态。
图4-12 逆变电路部分的保护电路
2)欠电压/过电压保护电路。该电路以U301⑪⑬脚内部电路和U302(LM358)为核心组成。
升压变压器T420的取样电流分两路:一路是通过电容C421、C424耦合,经二极管D323、D325整流后,在电阻R337、R338上形成取样电压,加至复合二极管D322的负端;另一路通过电容C423、C427耦合,经二极管D327整流后,经电阻R324、R323分压得到的取样电压,送入双运放比较器U302(LM358)的⑤脚。
液晶彩电正常工作时,A11、A12端电压加到D322负端并分别经R338、R337到地形成回路,D322内部两只二极管负端电压均低于正端电压而截止,此时,U302③脚电压为2.5V(由外部电阻R329、R328分压得到),②脚电压为2V(由外部电阻R327、R326分压得到),通过U302内部比较放大后,从①脚输出高电平(约3.85V)电压,经R322、D303降压形成1.7V电压加到U301⑪⑬脚。U301⑪⑬脚电压在0.7~3.2V范围内,保护电路不会启动。
当逆变器电路输出的高压低于860V时,A11、A12端输出电压将随之下降,D322负端电压下降,D322导通,经R338、R337分压,使U302③脚低至2V以下,U302①脚无电压输出,U301⑪⑬脚电压在0.7V以下,U301内部关闭输出的PWM激励脉冲,以实现欠电压保护。
当逆变器电路输出的高压高于1100V时,其脉冲经D327整流后的电压随之升高,当U302⑤脚电压高于1.5V时,U302⑦脚输出高于4.5V的高电平,经D320加到U301⑪⑬脚,此时,U301⑪⑬脚电压将超过3.2V,U301内部关闭输出的PWM激励脉冲,以实现过电压保护。
1.IP板故障维修技巧
(1)让电源板单独工作的方法
对电源部分进行维修时,首先要让电源部分工作,其方法是:将连接器CN201①脚(开/待机控制端,标注为ON/OFF)通过一只阻值为1~3.3k的电阻连接到CN201⑥脚(+5VSB输出端)。同时,为了观察和维修比较直观和方便,可在+5VSB、+24V输出端带上假负载,如图4-4所示。
对逆变电路进行维修时,也是要让逆变电路工作,其方法是:让逆变器部分工作的方法:将连接器CN202⑨脚(点灯控制端,标注为BL_ON)通过一只电阻(阻值可在1~3.3k选定)连接到CN201⑥脚;将CN202⑪脚(亮度调整端,标注为Vipwm)脚通过一只电阻(阻值可在1~3.3k选定)连接到CN201⑥脚;在高压输出端接上假负载,可用150k/10W的水泥电阻作假负载。
点拨 一般说来,大多数的IP板在高压输出端接上假负载后,逆变电路还是会进入保护状态,输出交流高压只有3s左右的时间,随后保护。若要持续输出交流高压,一般还要解除背光部分保护。对于长虹FSP160-3PI01IP板来说,还应将LX1692IDW⑪⑭脚外接的R315(0)断开。
(2)解除开关电源部分保护方法
1)解除开关电源过电压保护。副电源部分解除过电压保护可直接断开D604。
主电源部分解除过电压保护可直接断开IC290。
点拨 解除过电压保护后,要求在开机瞬间监测输出电压,一旦输出电压超过正常值,应立即断交流220V输入,以防止输出电压过高造成相关电路损坏。如果输出电压高于正常值,应查稳压控制电路;如果输出电压恢复正常,说明故障在过电压保护电路本身。
2)解除开关电源欠电压保护。解除副电源部分市电欠电压保护电路可直接断开R112。如果断开后,副电源输出的待机5V恢复正常,故障应在由R105~R109、D101、C109、Q100、Q101等构成的欠电压保护电路。
(3)背光部分去保护方法
对于逆变电路启动后很快就进入保护状态故障,可通过解除背光部分保护的方法,确认是某种原因造成逆变电路保护还是保护电路本身出现故障。
背光部分解除保护方法如图4-13所示。解除过电压保护的方法是:同时断开D320、D303,向U301⑪⑬脚提供1.8V电压。解除过电流保护方法是:断开R315。
图4-13 背光部分解除保护方法
解除逆变部分保护后,观察没有其他异常现象,表明故障在U302(LM358)、Q305及其相关电路;若去保护后,屏幕亮暗不均或电路有打火现象,再检查相应电路。
2.常见故障维修思路、方法与技巧
长虹FSP160-3PI01型IP板发生故障,主要引发不开机、开机“三无”、开机黑屏幕故障,可通过观察待机指示灯是否点亮、测量关键的电压、解除保护的方法进行维修。图4-14所示是该电源板检修流程,供维修时参考。
(1)开机“三无”,待机指示灯不亮
测量熔断器F100是否熔断,如果已经熔断,说明开关电源存在严重短路故障,主要对以下电路进行检测:一是检测主电源交流抗干扰电路C100~C105和整流滤波电路DB100、C107、C106是否击穿漏电;二是检查PFC电路开关管Q120是否击穿,如果Q120已经击穿,进一步查Q120源极串联的过电流取样电阻R127、R127A是否烧断,升压电感L120是否烧坏;三是检查PFC滤波电容C120是否击穿或漏电;四是检查主电源开关管Q150是否击穿,如果击穿,应注意检查Q150漏极所接的尖峰脉冲吸收电路D150、C151、R159、R150是否开路或失效,Q150源极电阻R151是否连带烧毁,另外还需进一步检查IC150②脚外部稳压控制电路的PC150、IC200;五是检查副电源厚膜电路U601①脚与③脚之间的内部MOSFET开关管是否击穿,如果击穿,要注意查T600的⑤-②绕组并联的尖峰吸收电路元器件ZD600、D600、C600、R600、R607是否开路或失效,同时也要检查U601③脚过电流保护电阻R601是否连带烧毁,进一步检查U601⑥脚外部稳压控制电路PC600、IC620;六是检查逆变电路中高压变换电路的功率管Q400、Q410是否击穿。
图4-14 长虹FSP160-3PI型IP板检修流程
如果熔断器F100未断,但指示灯不亮,说明开关电源不存在严重短路故障,主要是副开关电源电路未工作,测量副电源有无电压输出。如果有+5V电压输出,查电源板与控制板之间的连接器和主板5V负载控制系统;如果测量副电源无电压输出,首先测量U601①脚有无320V电压。如果无320V电压,检查AC 220V市电整流滤波电路BD100的输出端有无320V电压输出,无320V电压输出,检查市电输入电路和整流桥BD100是否发生开路故障。如果测量U601①脚有320V电压,则检测厚膜块④脚VCC电压,若异常,查该引脚外接的滤波电容、整流二极管以及开关变压器T600的辅助绕组①-③绕组是否开路。检测U601的⑥、⑦脚电压和对地电阻,判断集成块是否损坏,必要时代换U601试试。如果测量U601正常,则检查副电源的稳压控制电路PC600、IC620。另外,副电源输出端的负载电路发生严重短路故障,也会造成副电源无电压输出。
(2)开机“三无”,待机指示灯亮
待机指示灯亮,说明副电源正常。可按遥控器上的“POWER”键,测连接器CN201的①脚(ON/OFF输入端)有无开机高电平,由此判断是微处理器控制系统故障,还是开关电源电路故障。
1)无开机高电平:一是查主板上的微处理器控制系统的+5V供电电压、复位信号、时钟振荡信号三个工作条件;二是检查微处理器的I2C总线电压,如果不正常,检查相关的总线传输电路、被控电路等,测量面板矩阵按键是否有短路、漏电故障,必要时断开矩阵电路,遥控开机试试。
2)有开机高电平。测主电源开关变压器T150的二次侧有无+24V直流电压输出。如果测量主电源始终无电压输出,说明主电源未工作,测量IC150⑦脚有无VCC3供电。如果有VCC3供电,则测IC150⑥脚有无PWM驱动脉冲。如果有PWM驱动脉冲,查IC150⑥脚之后的元器件Q152、R154、开关管Q150、开关变压器T150及其二次整流滤波电路。主开关电源二次侧的滤波电容C211、C212、C214易变质失效,造成+24V电压降低,ZD270击穿,会引发主电源过电流保护,停止振荡,无电压输出。
如果测量IC150⑦脚无VCC3供电,则先测量有无VCC1供电电压。如果无VCC1供电,则查Q180、Q181、PC102、Q291等组成的开/关机控制电路。副电源VCC电压产生电路元器件D601、C607就不用再查了,因副电源能工作。如果有VCC1供电,则测PFC电压输出端(C120两端)是否为390V左右,若为390V,则查Q190、IC191;若PFC电压仅有320V,则为PFC电路不工作,应查PFC电路。
对PFC电路进行检查时,先测量PFC控制器IC120⑧脚有无VCC1供电,测IC120⑦脚有无PWM驱动脉冲输出。若无PWM驱动脉冲输出,故障在IC120及其外部电路;有PWM驱动脉冲输出,查IC120⑦脚外接的Q105,开关管Q120,PFC整流滤波电路D120、C120。
(3)背光灯始终不亮
首先检查逆变电路工作条件。测量开关电源部分输出的+24V、+390V供电电压是否送至逆变部分,测量主板送到IP板的背光开/关控制信号是否为高电平,亮度控制电压是否正常(摘板维修时让逆变电路单独工作)。
对逆变控制器LX1692IDW(U301)进行检查时,先查芯片的工作条件是否满足:⑪⑳⑩脚的+5V供电、⑥脚的点灯控制电压、⑨脚的亮度调整电压是否正常。若⑪⑳⑩、⑥脚无+5V电压,检查背光开关控制电路。若⑨脚无亮度调整电压,查亮度调整电路。逆变控制器U301工作条件正常,检查U301的⑪⑱、⑪⑲脚有无激励脉冲输出,无激励脉冲输出,则故障在U301及其外部电路,否则故障在推挽驱动电路、高压变换电路、高压输出部分,或屏上背光灯管已坏。
(4)背光灯亮后熄灭
如果开机的瞬间,有伴音,显示屏亮一下就灭,则是逆变器保护电路启动所致。如果背光灯灯管亮后马上就灭,则是过电流保护所致;如果灯管亮1s后才灭,则是过电压保护电路启动。
逆变器部分过电压、过电流保护电路主要对LX1692IDW的⑪⑬、⑪⑭脚电压进行控制,检修时,可在开机后保护前的瞬间通过测量LX1692IDW的⑪⑬、⑪⑭脚电压判断保护电路是否启动。如果⑪⑭脚电压异常,则可判断电流反馈电路引起保护;如果⑪⑬脚电压异常,则可判断电压反馈电路引起的保护。
3.维修案例
例1无任何电压输出。
分析与检修 把该二合一电源接入整机进行通电检测,发现无任何电压输出。从外观看也没有任何元器件烧毁(烧焦)痕迹,检测电源熔断器也完好。然而当检测副电源厚膜集成块U601(STR-W6252)时,发现④脚(VCC供电)电压偏低,为10.8V(正常为18V)。分析该芯片④脚的二次供电是由开关变压器T600的①-③绕组感应电动势,经过二极管D601、电容C607整流滤波产生,再经D603隔离后送至U601④脚提供的。检查D601、C607正常,又检查D603、C602也正常,L600、T600①-③绕组也没有开路现象。继续检查U601其余引脚电压时发现,⑥脚电压只有0.02V(正常为1.93V)。U601⑥脚外接稳压电路,同时还接有市电欠电压保护电路。检查并替换稳压电路中的ZD602、光耦合器PC600、IC620仍不能排除故障。检查市电欠电压保护电路时发现,Q100的G、D极电压异常,分别为1.2V、0.6V,而正常应分别为5.8V、0V。检查320V分压电阻R105~R109阻值均无变值,二极管D101正常。最后将C109替换后试机,液晶彩电恢复正常工作,故障被排除。例2背光灯亮一下马上黑屏。
分析与检修 根据故障现象分析判断,该二合一电源中的电源部分输出的电压是正常的,出现保护性的黑屏现象,应该是逆变部分中的保护电路发生故障引起的。由于背光振荡驱动芯片LX1692IDW(U301)有过电流、过电压/欠电压保护功能,所以在二次开机后保护前的瞬间测量U301⑪⑬、⑪⑭脚电压判断保护电路是否启动。实测到U301的过电流检测输入端⑪⑭脚约为0.2V(该引脚电压降至0.3V以下芯片内部的振荡器就会停振而保护),说明确实是因过电流引起黑屏保护。顺路检测过电流检测电路中的MOS管Q305的D-S极已短路,致使二极管D305导通,将U301⑪⑭脚电压拉低,U301内部关闭⑪⑱、⑪⑲脚输出的PWM脉冲,电路进入过电流保护状态。更换相同型号的Q305(WB)后,屏幕正常亮,故障排除。
这里以TCL IPL32L型IP板为例介绍由FSQ510+L6563+FA5571+OZ9976为核心构成的二合一电源电路工作原理与故障检修方法。IPL32L型IP板配的屏有两种型号:一是FHD的型号CAS LC320WUE-SAA1屏,采用16支EEFL灯管并联,屏典型工作电流为112mA,屏单端电压为1030V,工作频率为45kHz;点灯电压为1100V(0℃),点灯时间为2~3s。HD的型号CAS LC320WXE-SBA1屏,采用12支EEFL并联,屏典型工作电流为93mA,屏单端电压为1020V,工作频率为63kHz;点灯电压为1095V(0℃),点灯时间为2~3s。
1.电源实物图解
该电源板实物图解如图4-15、图4-16所示。
图4-15 TCL IPL32L型IP板正面元器件分布图
2.电路组成框图
该电源板电路组成框图如图4-17所示,分为四部分:一是以厚膜电路FSQ510(IC3)为核心组成的副开关电源,二次侧输出+3.3V电压,为主板系统控制电路供电,同时为开/关机控制电路供电,一次侧输出12V电压,作为继电器的工作电压;二是以PFC控制芯片L6563(IC1)和大功率MOSFET开关管QFl为核心组成的PFC电路,校正后为主开关电源和逆变器升压输出电路提供约395V的VBUS1工作电压;三是以驱动控制电路FA5571N(IC2)和大功率MOSFET(开关管)QW1为核心组成的主开关电源,为负载电路提供
图4-16 TCL IPL32L型IP板背面元器件分布图
图4-17 TCL IPL32L型IP板电路组成框图
+24V电压,为逆变器控制芯片提供+12V的工作电压;四是由逆变器控制芯片OZ9976(IC10)和推挽输出升压电路开关管QH1、QH2为核心组成的背光灯逆变器电路,输出一千多伏交流电压,将液晶屏背光灯点亮。待机控制采用继电器切断主开关电源AC 220V供电的方式,主开关电源停止工作。
通电后,AC 220V市电经DB1~DB4、CB1后形成稳定的300V(实测320V左右)电压,为副电源厚膜电路FSQ510供电,副电源首先启动工作,为主板控制系统提供+3.3V电压,控制系统工作后为电源板送入开机控制电压,开/关机控制电路继电器K1吸合,为主电源提供AC 220V电压,经BD1、C1、C2整流滤波产生约300V的VAC脉动电压,该电压经D2、D3向C3、C4充电,形成300V的稳定直流电压,主电源启动工作,二次侧输出+24V、12V电压为负载电路供电,一次侧还输出14V左右的PFC-VCC电压,为PFC控制芯片L6563供电。PFC电路启动工作,将300V提升到约395V的VBUS1电压,为主电源和逆变器升压电路供电,主电源输出24V电压为负载电路供电,逆变器输出高压将背光灯点亮,整机进入开机收看状态。
1.副电源和待机控制电路
副电源主要由PWM开关电源模块IC3(FSQ510)、开关变压器T2等构成,如图4-18所示。接通电源后,该部分电路一直工作,二次侧输出+3.3V电压为主板上的控制系统供电;一次侧输出VCC电压,不但为IC3提供开机后的VCC电压,还为开/关机控制电路供电。
图4-18 副电源电路
(1)FSQ510简介
FSQ510是一种新型的小型开关电源厚膜电路,内含一个电流模式PWM控制器和大功率MOSFET开关管。其PWM控制器设有振荡器、稳压控制电路、驱动输出电路等电路,采用电流模式调制器,在电源负载空载的情况下具有最小的控制漏极开/关切换的驱动能力。它还设有过电压锁定保护、自动恢复短路保护、过热保护等电路。FSQ510引脚功能和维修数据见表4-6。
表4-6 FSQ510的引脚功能和维修数据
(2)功率变换
接通市电后,AC 220V市电输入经熔断器F1,利用热敏电阻TH1限流后分为两路:一路直接送到副电源,另一路经开/关机控制电路继电器K1后,送到PFC电路和主电源。VR1为压敏电阻,市电正常时,VR1相当于开路,不影响电源电路正常工作;一旦市电的峰值电压达到额定值时,VR1击穿短路,使F1过电流熔断,可吸收在输入端由于雷电等因素而产生的电压尖峰,从而有效地保护了其他元器件不致因过电压损坏。
送到副电源的AC 220V市电,经CX3、LF3抗干扰电路滤除干扰脉冲后,再经DB1~DB4全桥整流、CB1滤波,产生约300V(实测320V左右)的直流电压,该电压不仅通过开关变压器T2的①-②绕组加到IC3的⑦脚,为它内部的开关管供电,而且通过启动电阻RB1限流加到IC3⑧脚,提供启动电压,利用它内部的高压电流源对⑤脚外接电容CB3充电。当CB3两端达到VCC启动电压阈值时,IC3进入工作状态,在开关变压器T2中产生感应电压。
T2一次侧④-⑤绕组输出的脉冲电压经RB3限流、DB6整流、CB3滤波后得到约12V的直流电压。该电压一方面提供给IC3的⑤脚,取代启动电路为IC3供电,另一方面送往开/关机控制电路中的VCC电压控制管QB1,经QB1控制后为继电器K1供电。二次绕组⑦-⑪⑩绕组输出的脉冲电压经DB11整流,CB11、LB11、CB12滤波产生3.3V待机电压,通过连接器输出,为主板控制系统供电。
(3)同步控制
开关管截止期间,开关变压器T2的④-⑤绕组产生上正、下负的电动势,该电动势通过RB4对CB4充电,当CB4两端电压高于设置值时,IC3④内的零电流检测器输出控制信号,使开关管截止,以免开关管在T2存储的能量未释放前导通,而因导通损耗大而损坏。随着CB4通过RB5和IC3内部电路放电的不断进行,CB4两端电压逐渐减小,当它两端电压低于设置值,也就是T2释放能量结束后,使IC3内的开关管才能再次导通,实现了开关管导通的同步控制,该电路通常也被人们称为开关管延迟导通电路。
(4)稳压控制
稳压控制电路主要由误差放大电路IC8、光耦合器IC5及IC3③脚内部电路完成。电路由于某种原因致使+3.3V待机电压升高,光耦合器IC5内发光二极管的导通电流增大,光敏晶体管导通增强,将IC3③脚电压拉低,被IC3内部电路处理后,使开关管导通时间缩短,开关变压器T2存储的能量减少,开关电源输出电压下降到正常值。反之,稳压控制过程相反。通过该电路的控制作用,确保开关电源输出电压的稳定。
(5)保护电路
RB2、DB5和CB2组成的尖峰脉冲吸收电路,用于防止IC3内的开关管在截止瞬间被过高的反峰电压击穿。
在+3.3V输出端并联了4.7V稳压管ZB11,当副电源输出电压过高,超过4.7V时,它击穿导通,副电源电流剧增,IC2过电流保护电路启动,副电源停止工作。
(6)待机控制电路
待机控制电路主要由QB21、光耦合器IC6、VCC控制管QB1、继电器K1等元器件组成,对主电源的AC 220V供电进行控制。
开机控制流程:二次开机后主板发出开/关机控制信号P_ON转为高电平,使QB21导通,光耦合器IC6导通,为QB1的B极提供正向偏置电压,QB1导通输出12V电压,为继电器K1的线圈供电,K1吸合,市电电压经K1输入到PFC电路和主电源,整机进入开机状态。
待机控制流程:当电源板收到的P_ON信号转为低电平时,QB21截止,光耦合器IC6截止,QB1无正向偏置电压而截止,12V供电无法通过QB1输出,继电器K1断开,切断PFC电路和主电源的AC 220V供电。
2.PFC电路
PFC电路由PFC控制器L6563(IC1)、大功率MOSFET开关管QF1,储能电感L01,升压二极管DF1,大滤波电容C3、C4组成,如图4-19所示。
(1)L6563简介
L6563是一种电流型PFC控制器,在过渡模式(TM)下工作。这种基于标准的TM核心的PFC控制器性能超群,且提供了遥控开/关机、过电压保护等附加功能。L6563不仅含有标准的TM-PFC控制器的基本电路(例如振荡器、误差放大器、乘法器、PWM比较器、零电流检测器、控制逻辑和MOSFET栅极驱动器等),而且含有输入电压前馈、跟踪升压、保护电路等。L6563的引脚功能和维修数据见表4-7。
(2)校正过程
二次开机后,AC 220V市电经抗干扰电路滤除干扰脉冲后,由全桥BD1整流和C1、C2滤波后所得VAG脉动电压,一路经过储能电感L1加到PFC开关管QF1的D极,另一路经分压后送到PFC控制芯片IC1的③脚和⑪⑩脚。主电源输出的PFC-VCC电压加到IC1的供电端⑪⑭脚,IC1开始工作,从⑪⑬脚输出激励脉冲,控制QF1截止和导通。在QF1的D极产生的脉冲经DF1整流,与经过D2、D4的电压叠加,再经C3、C4滤波产生约395V的VBUS1电压,为主电源和逆变器升压电路供电。
图4-19 抗干扰电路、市电整流滤波电路和PFC电路
表4-7 L6563的引脚功能和维修数据
(3)同步控制
开关管QF1工作后,L1辅助绕组(⑦-⑥绕组)产生的电动势通过RF1加到IC1的⑪脚,确保QF1在市电过零处导通,以免QF1因导通损耗大而损坏,实现导通的同步控制。
(4)稳压控制
稳压控制电路由取样电阻和IC1(L6563)等元器件构成。当市电升高等原因引起PFC电路输出电压升高后,VBUS1升高的电压通过RF26~RF29与RF30分压,为IC1①脚提供的取样电压升高,经它内部的误差放大器放大后,使IC1⑪⑬脚输出的激励脉冲的占空比减小,开关管QF1导通时间缩短,L1存储的能量减小,输出电压下降到设置值。反之,稳压控制过程相反。
(5)保护电路
1)过电流保护电路。过电流保护电路由IC1的④脚内外电路组成,通过RF7对末级大功率MOSFET开关管QF1的S极电阻RF6两端的电压降进行检测。RF6两端的电压降反映了PFC电路电流的大小,当RF6两端的电压降增大,使IC1的④脚电压大于1.7V时,IC1关断PFC脉冲输出,达到保护的目的。
2)过电压、欠电压保护。IC1的⑦脚为PFC输出电压的检测引脚,通过取样电阻的分压对PFC输出进行检测和保护。该引脚电压超过2.5V,IC关闭;该引脚电压低于0.2V,IC也将关闭。
IC1的⑪⑩脚通过电阻分压的形式连接实现输入欠电压保护,当市电输入电压过低,该引脚的电压低于0.52V时,IC1将关断⑪⑬脚的激励脉冲。若该引脚电压高于0.6V时,IC1将重新启动。
3.主电源
主开关电源由驱动控制电路IC2(FA5571N),大功率MOSFET开关管QW1、开关变压器T1、光耦合器IC4、取样误差放大电路IC7等主要元器件组成,为主电路板提供+24V电压,为逆变电路提供+12V电压,如图4-20所示。
图4-20 主电源电路
(1)FA5571N简介
FA5571N是一块具有良好待机性能的开关电源控制芯片。其特点是:准谐振开关电源控制芯片、良好的待机性能、内置高压启动电路、直接驱动功率MOS管、具备多种保护功能、外围电路简单。FA5571N的引脚功能和维修数据见表4-8。
表4-8 FA5571N的引脚功能和维修数据
(2)功率变换
二次开机后,PFC电路工作之前,主电源先进入工作状态。经桥堆DB1、电容C3、C4整流滤波产生的300V电压经开关变压器T1的一次侧①-③绕组加到大功率开关管QW1的D极,同时市电电压经DW1整流,RW1、RW2限流,加到IC2的⑧脚(高压输入端),利用IC2内的高压恒流源对⑥脚(VCC)外接的CW15进行充电。当CW15两端的电压达到启动阈值后,PWM进入工作状态,从FA5571N的⑤脚输出脉冲信号,去控制QW1导通和截止,QW1的脉冲电流在开关变压器T1的各个绕组产生感应电压。
T1一次侧的⑤-⑥辅助绕组产生的感应电压,经RW4、RW11限流,再经DW11、CW11整流滤波后输出15V电压。该电压一路经DW12为FA5571N的⑥脚提供启动后的VCC工作电压;另一路经QW11、ZW11稳压,形成PFC-VCC电压,为PFC控制芯片供电,使PFC电路进入工作状态。
T1二次绕组感应电压经DW21整流,CW21、CW22、LW1、CW23、CW25组成的π形滤波器滤波后,产后+24V电压,通过连接器输出,为液晶彩电的主电路板供电;+24V电压还经由QW31、ZW31、DW31组成的稳压电路稳压后,输出+12V电压,为电源板上的逆变器控制芯片IC10供电。
提示与引导 由于PFC-VCC由PWM主电源电路提供,所以即使在PFC不工作时,PWM主电源也能输出+24V。PFC正常工作后,主电源开关管QW1的D极供电提升到395V。
(3)稳压控制
稳压控制电路由取样误差放大电路IC7、光耦合器IC4及FA5571N的②脚内部等相关电路组成。取样误差放大电路IC7通过RW26、RW27分压后对主电源输出的+24V电压取样,当某种原因使24V电压升高时,IC7的R脚电压升高,经IC7内部比较放大后,IC7的K脚电压降低,IC4内部发光二极管的发光强度增加,光敏晶体管导通程度增强,将IC2②脚电压拉低,经IC2内部稳压控制处理后,使⑤脚输出的激励方波变窄,MOSFET导通时间缩短,开关电源输出电压回落到正常值;当+24V电压下降时,稳压控制过程与上述控制过程相反,保持输出电压稳定不变。
(4)保护控制
1)过电流保护。FA5571N的③脚是过电流保护检测输入端,对MOS开关管QW1的漏极电流进行检测。RW8是接在QW1的S极与地之间的取样电阻。当某种原因导致QW1漏极电流增大时,RW8上的电压降增大,当送到FA5571N③脚的电压上升到保护启动设定值时,内部过电流保护电路启动,关闭⑤脚输出的驱动脉冲,主电源停止工作,达到过电流保护的目的。
2)过电压保护电路。为了防止输出电压高给负载带来危害,在+24V输出端并联了27V稳压管ZW21,当它两端电压达到27V后,它击穿导通,使IC2内的过电流保护电路动作,主电源停止工作,避免了负载元器件过电压损坏。
4.高压逆变器
高压逆变器主要由两大部分组成:一是以IC10(OZ9976)为核心的振荡、控制、驱动、保护电路;二是以QH1、QH2、T4等组成的高压变换电路。逆变电路如图4-21所示。
(1)OZ9976简介
OZ9976是凹凸公司推出的一种CCFL背光灯驱动芯片。它内部设有振荡器、PWM电路、灯管开路保护、过电流保护、过电压保护电路等电路。OZ9976的引脚功能和维修数据见表4-9。
(2)逆变器启动控制电路
PFC电路输出的VBUS1电压加到功率管(逆变管)QH1的D极,为功率管供电,PFC输出的VBUS2电压加到高压变压器T4的一次绕组,为它供电,同时主电源输出的12V电压加到IC10的⑪⑮脚,为它供电。IC10内部的基准发生器输出的5V电压不仅为它内部电路供电,还从⑪⑭脚输出。5V基准电压经CS3滤波后,通过RS4、RS5加到IC10的④、⑤脚。二次开机后,OZ9976⑪⑬脚(使能端)加上高电平控制电压,OZ9976内部振荡电路开始启动,经内部处理后从①、⑪⑯脚输出驱动脉冲。
(3)高压形成电路
高压形成电路主要由功率管QH1、QH2和升压变压器T4等构成。
OZ9976①、⑪⑯脚输出的驱动脉冲,经隔离变压器T3耦合、隔离后分别驱动QH1、QH2轮流导通和截止。当QH1导通、QH2截止时VBUS1电压经过QH1后,通过T4的①、②脚流入,从③、④脚流出到VBUS2。当QH1截止、QH2导通时,VBUS2电压经过T4的③、④脚流入,从①、②脚流出,再经QH2到地。这样,在高压变压器T4的一次绕组产生交变电流,在T4的二次高压绕组产生交流高压,经P3、P4为背光灯供电。
图4-21 逆变电路
表4-9 029976的引脚功能和维修数据
(4)背光灯开／关控制电路
背光灯能否点亮受芯片029976⑩脚（使能端，或叫背光灯开／关控制端）输入的电压控制。二次开机时，微控制器输出的背光灯控制信号BL一ON为高电平，该电压经RS21、RS22分压限流，再经CS13滤波后，加到IC10的⑩脚，被IC10检测处理后，它的①、⑩脚才能输出激励脉冲，高压变压器T4才能输出高压脉冲，背光灯才能发光。待机时，控制信号BL一ON变为低电平，使IC10的⑩脚输入的电压为低电平，此时IC10无激励脉冲输出，T4不能输出高压脉冲电压，背光灯熄灭。这样，通过对IC10的⑬脚控制，就可以实现背光灯点亮和熄灭的控制。
(5)亮度调整电路
亮度调整电路由IC10(029976)⑦脚内外电路构成。微控制器输出的背光灯调光控制信号DIMP经RS15、RS16分压限流，CS11滤波后，加到IC10⑦脚。通过改变IC10⑦脚输入电压的大小，就可以改变IC10①、⑩脚输出激励脉冲占空比的大小。当占空比大时，功率管QH1、QH2导通时间延长，高压变压器T4输出脉冲电压增大，背光灯发光变强，屏幕变亮。反之，若IC10的①、⑩脚输出的激励信号的占空比减小时，背光灯发光变弱，屏幕变暗。
(6)保护电路
1)LM393M的实用维修资料。LM393M是由两个独立的、高精度电压比较器组成的集成电路,失调电压低,最大输入失调电压为±3mV。LM393引脚功能和维修数据见表4-10。
表4-10 LM393引脚功能和维修数据
2)灯管过电压保护。灯管过电压保护电路由IC10⑧脚(VSEN)内部电路、DS1及电压取样电路构成。当T4输出的高压增大时,经CS41、CS42和CS51、CS52电容分压得到的取样电压VCS2、VCS1和VS1、VS2必然增大。高压采样信号VS1、VS2送到DS1内部两个二极管,先经过半波整流后叠加,再经RC滤波电路(RS7、CS8),平滑的电压信号输入U10⑧脚。当反馈电压变大或变小时,通过控制输出到MOS管激励脉冲的占空比,而达到微调高压的目的。当输入的VSEN电压大于2.75V时,IC10⑪脚向外接定时电容CS4充电达3V,IC10关闭①、⑪⑯脚输出的PWM脉冲,电路进入过电压保护状态。
3)过电流保护和灯管开路保护。该电路由IC10⑨脚内部电路、DS2及电流取样电路构成。背光灯电流在两组取样电阻(RS2、RS51~RS53和RS1、RS41~RS43)两端产生取样电压IS2和IS1。IS2和IS1电压均分两路送:一路送DS2,进行过电流/欠电流保护检测;另一路分别经电容CS27、CS28耦合后混合在一起,送DS10进行电流不平衡保护检测。
由两组电阻采样得到的电流采样信号IS2和IS1分别送到DS2内部两个二极管,两组电流采样信号先经过半波整流后叠加,经RS24、CS14积分后送U10⑨脚。流过背光灯的电流增大时,取样电压IS1和IS2必然增大,导致IC10⑨脚电压升高,当大于1.5V持续超过1s以上,IC10⑪脚向外接定时电容CS4充电达3V,IC10关闭①、⑪⑯脚输出的PWM脉冲保护。
当灯管全部开路,不能形成取样电压IS1和IS2,会导致IC10⑨脚电压过低(小于0.5V)时,IC10判断灯管开路,关闭①、⑪⑯脚输出的激励信号,逆变器停止工作,实现背光灯开路保护。
提示与引导 OZ9976⑨脚还有浪涌电流调整功能,即背光稳定功能,当电流增大时,通过调整背光谐振频率,达到控制背光的目的。
4)高压不平衡保护、高压插座松脱保护。该电路由IC10⑨脚内部电路、QS1、IC11、DS9及电压取样电路构成。
正常时,T4输出电压经CS41、CS42和CS51、CS52分压形成的采样电压VCS2、VCS1大小相等、相位相反。VCS2、VCS1这两个高压采样信号分别经CS25、CS26耦合后叠加,叠加后的电压接近0,经DS9、CS29整流滤波得到的直流电压也接近0,加到电压比较器IC11同相输入端③脚的电压(为0V)比反相输入端②脚低,比较器①脚输出为低电平,高压不平衡保护电路不起作用。
如果由于其他原因(如一个高压插座松脱后等)造成两路高压输出的电压不平衡,则VCS2、VCS1两个采样电压不相等,VCS2、VCS1叠加后的交流电压就会变大,经DS9、CS29整流滤波得到的直流电压也会变大,当加到电压比较器IC11同相输入端③脚大于反相输入端②脚时,比较器就会翻转,①脚输出为高电平。该高电平电压经DS3、RS40加到QS1的G极,使QS1导通,将U10⑨脚电压拉低,电路进入保护状态。
5)灯管电流不平衡保护。该电路由IC10⑨脚内部电路、QS1、IC11、DS10及电流取样电路构成。
背光灯工作时的电流从高压变压器T4上边绕组高端流出,经灯管到变压器下边绕组低端流入,从下边变压器高端流出,经RS1、RS41~RS43到电源地,此时产生左正右负电压(IS1为正电压),电流又从电源地经RS2、RS51~RS53到上边绕组低端,此时产生左负右正电压(IS2为负电压)。平时由于电流是平衡的,所以IS1、IS2两个电压幅度大小相等,相位相反,经CS27、CS28相加的结果为0,经DS10整流、CS30滤波得到的电压为0,加到电压比较器IC11同相端⑤脚电压(为0V)比反相端⑥脚低,比较器⑦脚输出为低电平,电流不平衡保护电路不起作用。
由于其他原因造成两个电流不相等时,相差的电压经DS10与CS30整流滤波,送至比较器同相输入端比较。只要这个不平衡电流产生的峰值电压大于反相端⑥脚电压,比较器就会翻转,⑦脚输出为高电平。该高电平电压经DS3、RS40使QS1的G极为高电平,QS1导通,将U10⑨脚电压拉低,U10而进入保护状态。
1.故障维修技巧
(1)让电源板单独工作的方法
对电源部分进行维修时,要强制电源部分工作,其方法是:将连接器P2⑪⑩脚(开/待机控制端,标注为P_ON)直接连接到P2⑦脚(+3.3VSB输出端)。同时,为了观察和维修比较直观和方便,可在+3.3VSB、+24V输出端带上假负载。
对逆变电路进行维修时,让逆变器部分工作的方法:将连接器P2⑪⑫脚(点灯控制端,标注为BL_ON)直接连接到P2⑦脚;将P2⑪脚(亮度调整端,标注为DIMP)直接连接到P2⑦脚;在高压输出端P3、P4之间接上假负载,可用150k/10W的水泥电阻作假负载。
(2)背光部分去保护方法
对于逆变电路启动后很快就进入保护状态故障,可通过解除背光部分保护的方法,确认是某种原因造成逆变电路保护还是保护电路本身出现故障。
逆变器控制芯片OZ9976⑪脚为点灯时间限制,当外接电容CS4上充得电压大于3V时,OZ9976执行保护动作,关闭驱动脉冲输出。去保护(解除过电压、过电流、灯管开路等所有保护)时只需将OZ9976⑪脚电压限制在保护动作电压以下即可,一般是将该引脚直接接地。
只解除过电压保护的方法是:将OZ9976⑧脚电压限制在保护动作电压(2.75V)以下即可,一般是将该引脚直接接地。
只解除过电流、灯管开路保护的方法:将OZ9976⑨脚电压限制在0.5~1.5V范围内。若OZ9976⑨脚电压偏低(某只背光灯管开路或失效,或电流不平衡,或高压不平衡),可将该引脚通过一只电阻(阻值在10~27k选择)接到3.3V上,同时断开RS40;若该引脚电压偏高(过电流),可将该引脚通过一只电阻接地。
2.常见故障检修流程、维修要点
(1)常见故障检修流程(见图4-22)
图4-22 常见故障检修流程
(2)电源部分故障维修要点
电源部分发生故障会引发指示灯不亮,整机不工作;PFC电路发生故障,主电源和逆变升压电路供电降低;主电源发生故障引发指示灯亮,但无伴音、无光栅故障。
1)指示灯不亮,整机不工作。测量熔断器F1是否熔断,如果熔断,说明开关电源或逆变器的高压变换电路存在严重短路故障。一是检测电源交流抗干扰电路旁路电容和整流滤波元器件是否击穿;二是检查PFC电路的开关管QF1、PFC滤波电容C3、C4是否击穿;三是检查主电源开关管QW1是否击穿;四是检查副电源抗干扰电路和厚膜电路FSQ510的⑦与①脚是否击穿,如果击穿,继续检查相应的尖峰脉冲吸收电路元器件和稳压控制电路元器件是否损坏,避免再次击穿开关管;五是检查逆变器部分的高压变换电路中的MOS功率管QH1、QH2是否击穿。
如果F1未断,但指示灯不亮,主要是副电源未工作。首先测量FSQ510(IC3)⑦脚有无300V电压,如果无300V电压,检查市电输入电路和整流桥DB1~DB4是否开路;有300V电压,测量IC3⑧脚启动电压和⑤脚VCC供电电压。无启动电压检查启动电阻RB1是否开路或阻值变大。VCC电压不正常,查⑤脚外部的VCC整流滤波电路RB3、DB6、CB3。接下来检查IC3的③、④脚电压和对地电阻,如果异常,先查外接元器件,外接元器件无问题则可能是厚膜电路FSQ510损坏,通过更换集成块来确认。
副开关电源二次侧的整流二极管DB11、电感LB11开路,也会造成+3.3V电压无输出。滤波电容CB11、CB12漏电,DB11和ZB11击穿,会引起副电源过电流保护,停止振荡,无电压输出。
2)指示灯亮,无伴音、无光栅。指示灯亮,说明副电源正常。遥控开机测电源板与主电路板连接器P2的⑪⑩脚P-ON为高电平,则是主电源电路故障。测主电源有无+24V直流电压输出,如果始终无电压输出,说明主电源未工作。
首先检查开/关机继电器K1是否吸合为主电源供电,如果未吸合,故障在开/关机控制电路,检查QB21、IC6、QB1;继电器吸合,则测量PFC大滤波电容C3、C4两端有无395V电压。如果电压为0,则是主电源抗干扰电路或整流滤波电路发生开路故障;如果为+300V,则是主电源或PFC电路未工作,先查主电源驱动电路IC2的⑧脚启动电压和⑥脚VCC供电。无启动电压多为启动电路DW1、RW1、RW2开路;无VCC电压则是VCC整流滤波电路RW4、RW11、DW11、DW12发生开路故障;启动电压和VCC供电正常,则测量IC2的⑤脚有无激励脉冲输出。若无脉冲输出,可能是IC2及其外部电路故障;有激励脉冲输出,检查开关管QW1,检查T1及其二次整流滤波电路。
主开关电源二次侧的滤波电容CW21、CW22、CW23、CW25漏电,DW21和ZW21击穿,会引发主电源过电流保护,停止振荡,无电压输出。
如果测得主电源输出的+24V电压偏低,会出现电源带负载能力差故障。主要是PFC电路不工作引起的,表现为PFC大滤波电容C3、C4两端仅为300V电压(与市电电压高低有关)。对于PFC电路,先查PFC控制芯片L6563(IC1)⑪⑭脚VCC电压和⑪⑬脚有无激励脉冲输出,再查开关管QF1、PFC整流二极管DF1和PFC滤波电容C3、C4。
(3)逆变部分故障维修要点
1)背光灯始终不亮。首先检查逆变电路工作条件。测背光控制芯片OZ9976(IC10)⑪⑮脚的+12V供电、⑪⑬脚的点灯控制电压、⑦脚的亮度调整电压是否正常。若无+12V电压,检查电源部分12V稳压电路QW31、ZW31、DW31。逆变电路工作条件正常,则检查IC10的①、⑪⑯脚有无激励脉冲输出。无激励脉冲输出,则故障在IC10及其外部电路;有激励脉冲输出,则故障在QH1、QH2和T3、T4组成的高压变换电路。
2)背光灯亮后熄灭。开机的瞬间有伴音,显示屏亮一下就灭,则是逆变部分的保护电路启动所致。如果背光灯管亮后马上就灭,则是过电流保护所致;如果灯管亮1s后才灭,则是过电压保护电路启动。
逆变器部分过电压、过电流保护电路主要对OZ9976的⑧、⑨脚电压进行控制,检修时,可在开机后保护前的瞬间通过测量OZ9976的⑧脚和⑨脚电压判断保护电路是否启动。如果⑧脚电压异常,则可判断电压反馈电路引起保护;如果⑨脚电压异常,则可判断电流反馈电路引起保护。
3.维修案例
例1热机自动关机(保护)。
分析与检修 电源工作一段时间后(热板),出现输出电压偏低并引起整机自动关机现象(保护)。检测电源板输出3.3V正常,24V输出稍低,为23.2V。分析主电源输出电压偏低的原因,PFC电路、主电源等出现异常均会引起。实际检测发现,PFC电路输出电压的确只有306V,说明PFC电路不工作。测量PFC控制芯片L6563⑪⑭脚供电正常,测量⑪⑬脚电压为0V,且无激励脉冲输出,判断故障是在L6563及其外围电路。进一步测试L6563其他引脚电压,发现①脚电压在3.8V以上,且波动大(正常电压低于2.5V)。检查该引脚接的PFC电压分压电阻RF26~RF30阻值正常。怀疑是取样电阻RF26~RF29下面的粘胶可能漏电。由于这些电阻阻值较大,接入电压较高,粘胶耐压不够或者印制电路板有轻微漏电,会导致L6563①脚的PFC检测电压升高,使L6563内部保护电路动作。对此,只要将电阻取下,把其下面的粘胶清理干净,再将电阻焊上即可解决问题。
例2背光一闪即灭。
分析与检修 背光可以点亮,说明逆变电路能启动工作,背光瞬间就熄灭是因为其他原因而保护。进一步测试主电源输出的+24V以及PFC电路输出的PFC电压也都正常,就可以说明问题是在逆变电路部分,同时基本可以确定高压变换部分的MOS管也都正常,问题可能是在OZ9976及其外围电路,根据现象判断应为保护电路的问题。测OZ9976⑧脚有1.41V的电压,但⑨脚电压近为0V(即使高压输出端接假负载,该引脚也应有0.2V左右电压),显然⑨脚及外围元器件有问题。测量该引脚对地正、反向电阻,小于1k,正常时正向电阻约为8k,反向电阻约为6k。将⑨脚接的QS1、CS14焊下来检测,发现QS1正常,但CS14严重漏电。用560pF电容更换CS14后上机,背光正常亮,故障排除。
这里以VLC82001.50型IP板为例介绍由TDA4863+TEA1532+OZ964为核心构成的二合一电源电路工作原理与故障检修方法。VLC82001.50是力铭公司生产的带逆变器的IP板,它适用于奇美V315B3-LN1型液晶屏,广泛用于国产多个品牌多种型号的液晶彩电中,如长虹LT32710型等。
1.电源实物图解
该电源板实物图解如图4-23所示。
2.电路组成框图
VLC82001.50型IP板整体电路可分为开关电源电路和逆变电路两大部分。该IP板属于“单开关电源+逆变电路”构成的IP板,电源部分采用飞利浦公司生产的绿色开关电源控制器TEA1532A和英飞凌公司生产的PFC器件TDA4863G组合方案。逆变部分采用凹凸公司生产的逆变器控制器OZ964方案。该IP板电路组成框图如图4-24所示。
图4-23 VLC82001.50型IP板主要元器件分布图
图4-24 VLC82001.50型IP板电路组成框图
1.PFC电路
PFC电路主要由PFC控制芯片U1(TDA4863G),驱动电路Q4、Q5,大功率MOSFET开关管Q6、储能电感T1、PFC整流管D2、PFC滤波电容C65、C11等组成,如图4-25所示。
图4-25 PFC电路和开关电源电路
(1)TDA4863G简介
TDA4863G是英飞凌公司推出的一种新型的PFC控制芯片,内部集成有高精度的基准电压源、启动定时器、误差放大器、模拟乘法器、电流检测放大器、RS锁存器、MOSFET驱动级以及过电压保护、过电流保护和欠电压锁定(UVLO)电路。特点是储能电感电流为零时,MOSFET功率管才进入导通,这样有效降低了开关管的应力和损耗。基于零电流导通开关管的驱动脉冲没有死区,因此输入电感电流是连续平滑的正弦波,进一步提高了电路的单位功率因素(PF)值。TDA4863G引脚功能和维修数据见表4-11。
表4-11 TDA4863G引脚功能和维修数据
(2)功率变换
PFC_VCC电压经R93加到U1(TDA4863G)的⑧脚,同时VAC电压经R5、R6、R12、R29取样后,加到U1③脚,被U1检测后,它内部电路开始工作,从U1⑦脚输出开关管激励脉冲信号,经Q4、Q5推挽放大后,使开关管Q6工作在开关状态。Q6导通期间,T1储能;Q6截止期间,桥堆BD1整流输出的100Hz脉动直流电叠加上T1的感应电压后,经D2整流,C65和C11滤波后,形成393V的VBUS直流电压,为开关电源和背光驱动电路供电。
(3)稳压控制
TDA4863G①脚内外电路构成稳压控制电路。当市电升高或负载变轻引起VBUS电压升高后,该电压经R14、R15、R16和R62分压,得到的取样电压升高,加到U1的①脚,被内部电路处理后,使U1⑦脚输出的激励脉冲的占空比减小,开关管Q6导通时间缩短,T1存储的能量减小,VBUS电压恢复到正常值。若输出电压下降,稳压控制过程相反。
(4)同步控制
开关管Q6工作后,储能电感T1二次绕组(③-④绕组)产生的脉冲电压经R8输入到U1⑤脚,确保Q6在市电过零片导通,以免Q6因导通损耗大而损坏,实现了同步控制功能。
(5)过电流保护
U1④脚为开关管过电流保护检测输入端,R57、R94是取样电阻,通过R97连接U1内部电流比较器。当开关管过电流,R57、R94两端产生的电压升高,经R97输入到U1的④脚后,U1内的过电流保护电路动作,关闭⑦脚输出的驱动脉冲,PFC电路停止工作,避免了开关管过电流损坏。
2.开关电源
该板的电源电路主要由PWM控制芯片U3(TEA1532A)、开关管Q9、开关变压器T2及相关电路组成,如图4-25所示。该部分在接通电源后一直工作,待机时,只输出5VS电压供给主板控制系统,其余电压不输出;二次开机后,再输出24V、5V电压供整机使用。
(1)TEA1532A简介
TEA1532A是飞利浦公司生产的绿色开关电源控制器。该芯片特别突出的优点是:可使输入电压的适应范围更宽,交流市电适应范围可达70~276V;高集成度,使外部电路更简单;有连续控制的固定频率模式(CCM模式),有准谐振(QR)的DCM模式;内设有高压MOSFET电流源,由市电整流高压直接引入集成电路引脚,启动驱动器;在准谐振状态采用不连续的控制模式(DCM模式),降低开关损耗;在低负载区域跳跃的突发振荡模式,使输入功耗低于300mW;有完善的、兼具过载保护功能的欠压保护、芯片超温锁定保护,可调阈值的过电流保护、软启动控制功能。TEA1532A引脚功能和维修数据见表4-12。
表4-12 TEA1532A引脚功能和维修数据
(2)功率变换
PFC电压(待机300V左右,在二次开机后PFC电路工作时提升为400V左右)不仅经开关变压器T2的①-③绕组加到开关管Q9的漏极,而且经T2的①-⑤绕组和R32限流加到U3的⑧脚,经内部恒流源向①脚外接电容C39充电,当电容C39上的电压上升到11V时,U3启动并开始振荡,产生的激励脉冲经放大后从⑦脚输出,通过R60、R9分压后使Q9工作在开关状态。Q9工作在开关状态后,T2各个绕组会产生相应的脉冲电压。其中,⑥-⑦绕组输出的脉冲电压一路经R83、R199限流,D5整流,C26滤波后,形成VF电压,再经由Q3、D19、R44等组成的稳压电路产生VCC电压(约16V),取代启动电路为U3供电,确保U3完成启动后能正常工作;另一路R3限流后,形成去磁信号,加到U3的⑤脚,通过检测⑤脚输入电压的状态,来控制开关管Q9的导通时间,这不仅降低了开关管的工作损耗,还可以阻止由于电流调制在变压器中产生的可闻噪音。
开关变压器T2的⑨-⑪绕组产生的感应电压,经D33整流,C59、C43、L5、C45组成的LC滤波器滤波后,形成5VS_CS+电压。该电压分成两路,一路经R197限流、C64滤波后,形成5VS电压,给主板控制系统供电;另一路经Q2控制后输出+5VDC电压(该电压受+24VD控制),供主板小信号部分使用。
开关变压器T2的⑪⑬-⑪绕组产生的感应电压,经D7整流,C15、C49、L2、C17组成的LC滤波电路滤波后,形成24.6V的电压,加到Q19的漏极。该电压受开/关机信号控制,二次开关后,Q19导通,从Q19的源极输出+24VD电压。该电压一路供逆变部分电路用,另一路从CN402的①、③、④脚输出,供伴音电路用。
开关变压器T2的⑧-⑪⑫绕组产生的感应脉冲,经D9整流、C70滤波、R205限流后,形成20_VCC电压。该电压一路供运算放大器U2使用,另一路经Q17控制后,作为+24VD电压的开/关控制信号。
(3)稳压控制
当某种原因造成5VS_CS+或24V电压升高时,经电阻分压(5VS_CS+支路的分压电阻为R70、R80和R84,24V支路的分压电阻为R66、R80和R84)后得到的电压升高,为三端误差放大器U10①脚(控制极R)提供的电压超过2.5V,经U10内的误差放大器放大后,使PC3的②脚电压降低,PC3内的发光二极管因导通电压增大而发光加强,它内部的光敏晶体管因受光加强而导通增强,③脚输出电压升高,该电压经R43使U3④脚输入的电压升高,经U3内部电路处理后,使⑦脚输出的激励脉冲的占空比减小,开关管Q9导通时间缩短,输出电压下降到正常值,达到稳压的作用。5VS_CS+或24V电压下降时,稳压过程与上述过程相反。
(4)保护控制
开关电源在一次侧和二次侧都设有完善的保护电路。
1)开关电源一次侧的保护电路。开关电源一次侧设有过热保护、过电压保护、过电流保护和欠电压保护。过电压和欠电压保护电路均是检测U3的①脚电压来实现,由于本机的VCC供电是经过Q3及外围元器件稳压后供给,故过电压和欠电压保护电路基本无作用。过电流检测电路是检测R76两端的电压降来实现。
过热保护电路不需要外围器件,是检测U3内部的芯片温度,看是否达到保护的140℃来关断U3集成电路,实现保护锁定。
市电欠电压保护电路主要由U5、Q25、Q26及外围元器件组成。市电电压正常时,桥堆BD1整流出100Hz脉动直流电压,经R42、R67、R85、R110与R95分压取样,并经C61、C44滤波后形成直流电压,加到U5的R端,使U5导通,Q25截止,不会影响加到U3的VCC电压。
若市电电压不足或整流、滤波电路异常使C2两端电压不足时,经电阻分压取样后,为U5的R端提供的电压低于2.5V,U5截止。此时PFC_VCC(受控VCC电压)经D3、R87、R111、D23隔离后,分成两路:一路直接加到Q26的栅极,使Q26饱和导通,把分压电阻R89接入分压取样网络,降低U5参考端的电压,U5锁定;另一路信号经D23送入Q25的栅极,Q25导通,VCC电压经D14、Q25的D-S到地,VCC电压被拉低,即U3①脚电压被拉低,被U3内部电路检测到后停止工作,开关电源没有电压输出。
为了防止开机瞬间Q25被误触发,造成电源误保护,本电源把Q25的栅极供电由受控VCC提供。受控VCC电压不和VCC电压同时产生,它必须在二次开机动作后才会生成,因此,就能保证开机不会误触发市电欠电压保护电路。电源实物上,此部分电路元器件没有装,因此此电路实际没用。
2)开关电源二次侧的保护。电源二次侧的保护电路包括+24VD过电流和过电压保护电路、5VS过电流和过电压保护电路、5VDC过电流保护电路、过热保护电路。
5VS过电流保护电路:该电路由R197、U2A及外围元器件组成。通电后,20VCC电压经R79加到U2的④脚,为运算放大器供电。5VS经R73加到U2的②脚(反相输入端),5VS-CS+电压经R72和R40分压后,加到U2A的③脚(正相输入端)。③脚电压略高于②脚,①脚输出电压很低(约为0.7V),ZD2截止,不影响后续电路。当5VS输出电路过电流时,流过取样电阻R197的电流增大,其电压降增大,即5VS电压降低,经R73限流后,加到U2的②脚电压也随之降低,③脚与②脚间的电压增大到一定值时,①脚输出跳变为高电平。此高电平的电压经D10加到ZD2阴极,ZD2反向击穿,高电平电压经R96、D12加到晶闸管Q24的门极上,Q24导通,光耦合器PC2内部的发光晶体管发光,内部光敏晶体管等效电阻降低。VCC电压经R61、PC2内光敏晶体管和R28分压后,加到电源PWM控制器U3(TEA1532A)的保护信号输入端③脚,U3内部保护电路起控,关闭输出,开关电源停止工作。同时,由于Q24导通,使光耦合器PC1截止,从而使Q18截止,关闭PFC_VCC的输出,PFC控制芯片U1因无VCC电压,PFC电路停止工作。
5VDC过电流保护电路:主要由R174、U2内部的运算放大器B及外围元器件组成。其保护控制过程与5VS过电流保护类似。
+24VD过电流保护电路:主要由R38、U2C及外围元器件组成。其控制过程也与上述类似。
过电压保护:过电压保护电路主要由D13、D8、U8、Q22及外围元器件组成。电源输出电压正常时,5VS电压经R45和R194分压(+24VD电压经R792和R196分压)后,经D13或D8隔离加到U8的R极。此时U8的R极电压低于2.5V,U8截止,Q22截止,不影响电路正常工作。当某种原因造成5VS(或+24VD)电压升高时,经电阻分压后的电压也升高,加到U8的R端的电压就会升高。当电压超过2.5V时,U8导通,Q22导通,24VD-ON信号经D15、Q22、R81和R54分压后,加到Q24的门极,Q24导通。后续控制与过电流保护相同。
过热保护:过热保护电路主要由U8、Q22、D8、热敏电阻RT2及外围元器件组成。正常工作时,电源板温度较低,RT2的阻值很大,+5VS_CS+经R193、RT2和R195分压后电压很低(实测0.3V),D8截止,不影响开关电源正常工作。当电源板异常发热后,热敏电阻RT2的阻值逐渐变小,+5VS_CS+经R193、RT2和R195分压后的电压逐渐升高,D8正向导通,输出控制电压加到U8的参考端。当该电压达到2.5V时,U8导通。后续控制与上述相同。
3.待机控制
待机控制电路电路主要由Q7、Q21、光耦合器PC1、Q18、Q17、Q19、Q20等元器件构成。
二次开机后,连接器CN401①(PWM-ON)脚输入来自主板的控制信号PWM-ON为高电平,Q7导通,开关管Q21导通,输出约5V的+24VD-ON信号。该信号分成两路:一路经电阻R51和R52分压后,加到Q20的栅极,Q20导通,将Q17的基极电平拉低,使Q17导通而输出高电平,同时使Q10的栅极变为低电平而截止,使Q19栅极为高电平而导通,输出+24VDC_CS+电压,经R38限流后,形成+24VDC电压,该电压不仅为主板供电,而且加到Q2的栅极,使Q2导通输出5VDC电压送到主板;另一路经电阻R46、R75限流后,加到光耦合器PC1的①脚,内部的发光二极管发光,光敏晶体管等效电阻降低,开关管Q18的基极有电流流出,Q18导通,输出受控的VCC电压即PFC_VCC,为PFC电路TDA4863供电,电路进入开机状态。
电路中,U4,R55、R59、R65组成+24VDC_CS+电压的取样电路,当+24VDC_CS+电压升高时,经R59和R65分压后的电压升高,加到U4控制极(R极)的电压也跟着升高,K极电压下降,通过R55把Q19栅极的电压拉低,Q19导通能力下降,+24VDC_CS+电压下降。反之,当+24VDC_CS+电压下降时,动作过程与上述过程相反,从而保证+24VDC_CS+输出电压稳定。
当某种原因造成+24VDC电路严重过电流时,Q19的源极电压下降,而栅极电压不变,栅-源极电位相差增大,所以会影响Q19的安全。加入稳压管D18后,可以确保栅-源极最高电平在Q19的要求内,进而保护Q19安全。+24VDC_CS+输出后,经电阻R38限流后形成+24VDC电压。+24VDC电压形成后,该电压经D29、R99和R100、R108分压后,加到Q2的栅极,Q2导通,输出SVDC_CS+电压。当某种原因造成当5VDC电路严重过电流时,Q2的源极电压下降,而栅极电压不变,栅-源极电位相差增大,所以会影响Q2的安全。加入稳压管D6后,可以确保栅-源极最高电平在Q2的要求内,进而保护Q2安全。SVDC_CS+输出后,经限流电阻R174、C46滤波后,形成5VDC电压,为主板供电。
若连接器CN401的①脚输入的PWR-ON为低电平,Q7截止、Q21截止,+24VD-ON信号为低电平。Q20、Q17、Q19相继截止,+24VDC_CS+没有电压输出,+24VD也没有输出。由于+24VD没有输出,Q2的栅极为低电平,Q2截止,没有5VDC_CS+电压输出。
4.高压逆变电路
高压逆变电路主要由四大部分构成:第一部分是以U102(OZ964)为核心组成的振荡、驱动、保护、控制电路;第二部分是以Q102、Q106、T101和Q103、Q108、T102组成的推挽驱动电路;第三部分是以Q201~Q204、T204等组成的高压变换电路;第四部分是以T201~T203、T301~T303等组成的高压输出电路。
(1)OZ964简介
OZ964是OZ Micro(凹凸微电子)公司专用于背光控制的高效率零电压切换的DC-AC变换IC,主要针对单灯管以及多灯管的驱动。具有很宽的电压输入范围和固定的运行频率,其亮度控制是将模拟的可变直流电压变换为低频(30~300Hz)的脉冲宽度调制(PWM)信号控制。OZ964采用20引脚SSOP,其内设置灯管开路保护、过电压保护、欠电压切断保护、关闭延迟保护电路,PWM调光控制电路,软启动电路等。OZ964的引脚功能和维修数据见表4-13。
表4-13 OZ964的引脚功能和维修数据
OZ964在该IP板中的应用电路如图4-26所示。
(2)逆变器启动控制电路
该电路如图4-26所示。二次开机后,微处理器输出的背光灯开/关信号BL_ON为高电平,该信号经R101、R102加到Q121的基极,使Q121、Q105相继导通,+24VD电压经Q105后从其C极输出,再经U6稳压为5V。该电压一方面经R159限流后加到U102的⑤脚(VDDA),为U102提供工作电压;另一方面,5V电压经R114和R115分压,C120滤波后,形成使能控制电压ENA(2.5V),送到U102的③脚(ENA,使能),作为开启U102工作的控制信号,使逆变器控制芯片进入工作状态。
当BL_ON信号为高电平时,Q12的栅极变为低电平,Q12截止,不会影响Q1和Q13组成的保护执行电路输出CTMR1控制信号。
当BL_ON信号为高电平时,Q114的基极变为低电平,Q114截止,不拉低ENA电压。
待机时,BL_ON变为低电平,Q121、Q105截止,切断了U102⑤脚的供电。
图4-26 OZ964在VLC82001.50型IP板的应用电路
(3)软启动控制电路(www.xing528.com)
为了避免点灯时损坏灯管,本电源板设置了软启动控制电路,用于控制振荡器和电流反馈电路,使振荡器在开机瞬间频率升高,降低背光电源启动电流,同时控制电流反馈电路,使电流保护电路不会在开机瞬间误动作。
软启动控制电路由U103内部运放器A、Q113、Q117及外围元器件组成,如图4-26所示。U102的⑤脚加上VDDA电源和③脚加上ENA电压后,内部基准电压电路工作,振荡器也进入工作状态。内部恒流电路经U102的④脚向C122充电,在C122上形成一个软启动电压SST(由C122容量大小决定软启动时间),该电压经R103加到U103的②脚;同时,5V电压经R171和R122分压后,加到U103的③脚。+24VD电压加到U103的⑧脚,运放进入工作状态。从U103的①脚输出一个比较放大后的电压,经R88和R105分压后,同时加到Q113、Q117的栅极,分别控制振荡频率和电流反馈电路。
1)背光灯开机频率控制电路。刚开机瞬间,C122开始充电,U102④脚电压较低,因此,U103的②脚电压也较低,而U103③脚的电压是由+5V经电阻分压而得到的,为一固定值,当U103②脚电压低于③脚时,①脚输出高电平,使Q113导通。此时,U102的⑪⑰脚经R136、Q113的漏源极到地,⑪⑰脚外接电阻就与R136形成并联关系,其等效电阻阻值最小,内部振荡频率最高,这样就减少了启动时的冲击电流,避免高压元器件和EEFL受过冲而损坏,提高了电路的可靠性。
随着C122上的电压升高,U103的②脚电压逐渐升高,而③脚电压固定不变,①脚输出电压逐渐减小,Q113逐渐退出饱和状态进入截止状态,U102内部的振荡频率逐渐降低到正常水平,输出的功率逐渐加大,完成软启动过程。所以开机后,不是马上背光灯点亮,而是等2~5s后灯管才亮。
2)背光灯启动瞬间防误保护控制电路。在开机瞬间,由于EEFL、输出电容等都处于非工作状态下,需要较大的启动电流,这样就造成开机瞬间电流过大,因此通过电流互感器T6的电流大,二次侧感应的电压经D21和D22整流、C112滤波的电压就跟着升高。该电压直接加到U102的⑨脚,使内部电流比较器在灯管启动时间内一直翻转,造成保护电路误起
控,使背光灯管不能正常点亮。为此,本电源设计了以Q117和R118为核心的开机瞬间反馈电流分流电路,保证灯管启动瞬间,加到U102的⑨脚电压不会引起电流保护电路误动作。
在背光灯管启动瞬间,U103的①脚高电平,使Q117导通。反馈到U102⑨脚的电流信号FB经R118、Q117的漏源极到地,流入⑨脚的电流被R118分流,使U102的⑨脚电压在开机瞬间被拉低,保护电路不会动作。随着软启动电容C122上的电压升高,使Q117完全截止,不再对FB信号分流,背光电路进入正常工作状态。
3)振荡及PWM脉冲输出。U102得电和使能控制信号后进入工作状态,内部振荡器起振,从U102⑪、⑪⑳⑩脚输出PWM方波激励脉冲。
OZ964背光灯控制集成电路内置零电压移相全桥驱动电路,由于此背光驱动电路使用400V供电,电压较高,对P沟道场效应晶体管要求较高,因此U102的⑪⑫脚和⑪⑲脚没有使用,直接通过电阻接地。
(4)半桥转全桥驱动电路
为了增强功率输出能力,背光电路使用半桥驱动电路转全桥驱动电路的方法,来提高驱动能力。
半桥驱动电路转全桥驱动电路由Q27、Q102、Q106、T101和Q28、Q103、Q108、T102等组成,如图4-27所示。该电路采用24V供电。Q27、Q28栅极输入的信号,经处理后从耦合变压器T101和T102二次绕组的输出驱动信号R-L、R-H、L-H、L-L,然后输往全桥功率放大电路。T101、T102是隔离变压器,主要起信号耦合与“冷/热地”隔离作用。D115、D116和D117、D118为尖峰脉冲泄放二极管,用于泄放Q102、Q106和Q103、Q108开关切换瞬间产生的尖峰干扰信号。
(5)高压变换电路和高压输出电路
该电路由全桥功率放大电路、高压变压器T204以及6个平衡变压器等组成,如图4-27和图4-28所示。
全桥功率放大电路由Q201~Q204四只MOS功率管构成。该电路采用PFC电路输出的VBUS高电压、大电流供电。从隔离变压器T101、T102二次绕组输出的R-L、R-H、L-H、L-L信号分别加到四只MOS功率管Q201~Q204栅极,推动Q201、Q203和Q202、Q204轮流工作,利用C16的充放电,在高压变压器T204一次绕组中产生交变电流,在T204二次绕组(即高压绕组)产生正弦波高压。
高压变压器T204的二次绕组产生的感应电压,经电流互感器T6、串联谐振电容(C208、C205等)后,直接送到平衡变压器T201、T202、T203、T301、T302和T303的一次绕组,经平衡变压器升压后,直接送入EEFL两端。
(6)亮度控制电路
1)亮度控制模式选择。本逆变电路可选择背光亮度控制模式,可以采用直流电压背光控制(I_PWM)和脉宽背光控制(E_PWM)两种控制方法,由CN402的⑦脚输入的SEL信号决定的。当SEL为高电平(3.5V)时,电路选择脉宽背光控制;当SEL为低电平时,选择直流背光控制。
调光模式选择电路由Q11、Q16、Q15、Q23及外围元器件构成,如图4-26所示。
2)脉宽背光控制(E_PWM)电路。CN402的⑦脚(SEL)输入高电平时,该信号经R117和R104分压形成的SEL1为高电平,分别加到Q11和Q16的栅极。Q11导通,U102的⑪⑬脚输出LPWM脉宽信号经R7、Q11的漏源极到地,使LPWM不能送入U102的⑨脚,关闭LPWM调光控制信号。同时,Q16导通,5V电压经R170、Q16的漏源极到地,Q15的栅极变成低电平,Q15截止,不对E_PWM调光信号分流。主板输出的脉宽调光信号E_PWM经CN402的⑪⑫脚输入,经R121和R176分压后,加到Q23的栅极,经Q23倒相放大后,从漏极输出,经D31隔离后,送入U102的⑨脚,与电流反馈信号叠加。
3)直流背光控制(I_PWM)电路。CN402的⑦脚(SEL)变为低电平时(默认是高电平),该信号经电阻分压形成SEL1电压也为低电平。此时,Q11截止,对U102⑪⑬脚输出到⑨脚的LPWM脉宽信号不产生影响。Q16也截止,使Q15导通,5V电压经R154、Q15的漏源极到地,D31截止,不影响U102的⑨脚输入电平。
主板输出的直流调光信号LPWM经CN402的⑪脚输入,经R148限流后,加到U102的⑪⑭脚,同时⑪⑮脚外接电容与内部电路产生三角波。I_PWM输入电平与三角波电平比较,经U102内部的突发模式控制器处理后,从U102⑪⑬脚输出约100~220 Hz的低频LPWM脉冲信号。
图4-27 半桥转全桥驱动电路和高压变换电路
图4-28 高压输出电路
U102的⑪⑭脚输入的I_PWM电压越高,⑪⑬脚输出的脉冲占空比越高,用万用表测试时显示的直流电平越高,实际测试在LPWM信号空接时,⑪⑬脚输出直流电平为2.27V。而把I_PWM信号接地时,⑪⑬脚输出的PWM脉冲占空比降低,直流电压变为0.81V。同样,改变U102⑪⑮脚电平的高低,也会改变⑪⑬脚输出脉冲的占空比。
LPWM信号经R157分流、R7和C126积分后,把LPWM脉冲信号转换为三角波,加到D114的②脚(二极管的正极),经D114隔离后,送入U102的⑨脚,与电流反馈信号叠加。当I_PWM信号高于1.25V时EEFL不发光;当低于1.25V时EEFL点亮。
(7)保护电路
1)过电流保护。过电流保护电路主要由U102⑨脚内外部电路组成。U102⑨脚临界电平设置于1.25V,当输出电流过大,通过电流取样电路,向该引脚反馈一个电压信号,大于1.25V时,内部电流比较器翻转,起动保护电路工作,IC停止输出,灯管熄灭。
电流互感器T6一次绕组(③-④绕组)与高压变压器T204二次绕组串联,用于检测高压变压器T204输出电流的变化(即检测灯管电流变化)。T6二次绕组(①-②绕组)感应的电压经D21、D22整流、C112滤波后作为误差电流检测信号,经R164输入到U102的⑨脚,以自动调整高压变压器输出电流,使之保持恒定。
当灯管过电流时,反馈至U102⑨脚的电压1.25V,且持续超过1s以上时,U102启动保护,CTIMR脚(①脚)向外接定时电容C103充电,当充电充到3V时进入保护状态,关闭⑪、⑪⑳⑩脚输出的PWM脉冲。
2)过电压保护(OVP)。过电压保护电路由U102②脚内外电路构成。U102②脚是电压反馈/过电压保护端(OVP)。6路输出端的交流高压经过电容分压取样及半波整流后,以并联的方式接到U102②脚。OZ964内部设置的极限电平是2V,当②脚电压达到这个极限电平时,IC内部OVP运放输出翻转,保护电路起动,4个输出激励端停止输出激励脉冲,灯管熄灭,同时⑦脚也没有基准电压输出,整个IC不工作。
高压输出插座有6组,各组保护电路只是元器件编号不同。因此,这里以CN6插座那组的过电压保护电路为例介绍。平衡变压器T201输出的高压,由C228、C212与C222分压和C229、C213和C223分压,两个取样电压经D209和D210整流,C201滤波,得到平滑的电压信号(VOP)输入OZ964②脚。当反馈电压变大或变小时,通过控制激励脉冲的占空比,而达到微调背光的目的。当输入OVP电压大于2V时,OZ964进入保护状态,关闭PWM脉冲输出,无光。
由于各路过电压保护检测电路是并联在一起的,所以任何一路取样电压升高都会引起保护。
3)高压不平衡保护。该电路主要由高压分压电容(C228、C212、C222等)、整流二极管(D216~D219)、U103B、Q14等组成,如图4-28和图4-27所示。
每个平衡变压的二次绕组高端和低端均接有分压电容,高压采样电压经电容耦合后分别从P1~P6点输出,经整流后混合后送双运放U103(LM358)⑤脚。以CN6、CN5插座的检测电路为例。当T201、T202二次侧高压输出正常时,经电容分压后在N163、N170处得到的两个高压采样信号大小相等、相位相反,经C211、C214耦合在P1点叠加,叠加后电压接近0。如果两个输出电压不平衡,叠加后的交流电压变大,经D216整流、R223限流、C234滤波后的直流电压也越大。这个直流电压输入双运放U103的正向输入端⑤脚,与⑥脚输入的固定电压经内部比较放大。当⑤脚电压高于⑥脚电压时,从运放输出端⑦脚输出高电平。这一高电平经R98加到Q14的G极,使Q14、Q1相继导通,24V电压经Q1、R213给C242和C103(C103接在OZ964①脚与地之间)快速充电,当C242电压(即OZ964①脚电压)大于3V时,OZ964进入保护状态。C242上的电压还R4加至Q206的G极,使Q206导通,将OZ964③脚的ENA电压拉低,也使OZ964进入停止工作状态。由于采用了双重保护,可避免万一其中的一种保护电路失效带来的危害。
由于各路高压不平衡保护检测电路是并联在一起的,所以任何一路高压不平衡都会引起保护。
4)背光灯开路保护。当灯管全部开路后,流过电流感应器T6的电流近为零,U102⑨脚(FB)检测到的电压偏低而保护。当其中一个高压插座脱开时,启动后对应那路的平衡变压器二次电流偏小,平衡变压器二次侧负载极轻,电压升高,会进入高压不平衡保护。
(8)其他电路
OZ964的①脚为点灯时间限制端。外接C103、R152到地。当输出电路出现过电压时,IC内部的开关接通,对C103充电。当充电到3V时,IC启动内部保护功能,IC停止驱动脉冲输出。改变电容的大小,可以改变IC启动保护时间的快慢,电容越大,保护越慢;电容越小,保护越快。一般保护时间设计在1~2s。
OZ964的⑥脚(AGND)为信号地,⑪⑯脚(PGND)为电源地。设置两个地的目的是为了减小灯管与输入供电电路之间的干扰。有的背光灯板上设计了两个地,即信号地和电源地。信号地与灯管部分地相连,电源地与MOS管导通电路的地相连。信号地与电源地在背光板输入电路部分直接相连或通过跳线相连。
OZ964的⑦脚为基准电压输出端,通过电容C108到地,保持该引脚电压的稳定性,同时通过钳位二极管D111连接到软启动脚④脚。常见的基准电压有2.5V、3.3V和5V三种。当IC保护时,该引脚没有电压输出。
OZ964的⑩脚(CMP)为频率补偿端。该引脚为IC内部电流反馈比较器输出端,当灯管出现开路或损坏时,灯管中没有电流,⑨脚电位急剧下降,⑩脚输出高电平,将IC关闭,进入保护状态。在灯管启动时,该引脚的电压为高电位,当灯管点亮后,电压恢复正常值。
OZ964的⑪⑰、⑪⑱脚为振荡IC工作频率设定端。其中,⑪⑰脚为定时电阻连接端,外接电阻R173到地,改变电阻大小,可改变输出驱动脉冲的频率。电阻越大,驱动脉冲频率越低;电阻越小,驱动频率越高。⑪⑱脚为定时电容连接端,外接电容C124到地,改变电容大小,可改变输出驱动脉冲的频率。电容越大,驱动脉冲频率越低;电容越小,驱动频率越高。
1.故障维修技巧
(1)脱板维修技巧
长虹力铭VLC82001.50型IP板采用高电平开机,所以我们在维修本电源板时,可以直接把插座CN401的⑥脚(5VS)用导线连接到①脚(PWR_ON),模拟主板发出开机信号,对电源部分进行维修;把插座CN401的④脚(5VDC)分别用一只电阻连接到点灯控制端CN402的⑨脚(BLON)和直流调光端CN402的⑪脚,模拟主板发出的逆变器打开控制信号和直流调光控制信号,同时把插座CN402的⑦脚(SEL)与⑧脚(GND)用导线连通,模拟选择直流背光控制,也可以不连接任何线,默认选择E_PWM背光控制(由于没有背光控制脉冲输入,实际上会造成部分电源板背光保护,脱板维修中建议连接CN402的⑦脚与⑧脚),可对逆变部分进行维修。把背光输出的6个插座都接到屏的背光灯管输入插座上,通上交流电压,此时背光灯点亮,+24VD和5VDC电压均有输出,表明电源板工作正常。
(2)电源部分去保护方法
电源部分的二次侧过电流、过电压保护电路,保护执行器件均为晶闸管Q24。因此,要断开电源部分二次侧的保护电路,只需将Q24的控制端接地即可。如需断开过电流电保护电路,只需断开D12或ZD2其中一个即可。如需断开过电压保护电路,只需断开Q22或三端误差放大器U8其中一个即可。
(3)逆变电路去保护方法
长虹力铭VLC82001.50型IP板逆变电路去保护的方法有以下两种:
1)逆变器控制芯片OZ964①脚为点灯时间限制,当外接电容C103上充得电压大于3V时,OZ964执行保护动作,关闭驱动脉冲输出。去保护时只需将OZ964①脚电压限制在保护动作电压以下即可,一般是将该引脚直接接地。在不接灯管进行维修时也可以如此操作。
2)长虹力铭VLC82001.50型IP板共有6只背光灯输出插座,当怀疑某只背光灯管开路或失效时,可以断开灯管保护电路。具体方法是,把跳接线JR1或JR3断开,使灯管的取样信号的地线与电源的地线断开,造成灯管取样信号没有参考电平,使保护电路不动作。需强调的是:灯管开路或失效的不能太多,否则会造成平衡变压器输出到EEFL插座处打火,造成其他元器件损坏。
2.故障检修流程
VLC82001.50型IP板发生故障,主要引发不开机、开机“三无”、开机黑屏故障,可通过观察待机指示灯是否点亮,测量关键的电压、解除保护的方法进行维修。图4-29所示是该电源板检修流程,供维修时参考。
3.维修案例
例1指示灯亮,二次开机后指示灯闪,无光无声。
分析与检修 检测5VS电压,待机时正常,但在二次开机后降为0V,说明电源已经保护。为判断是哪部分电路出故障引起保护,将晶闸管Q24的控制板接地(即解除电源二次侧的保护)后试验,二次开机后光、图、声都正常,且测量5VDC和24VD电压分别为5.3V和24.5V,正常。判断故障是电源二次侧的保护电路误控。测量D8的两个正极电压,发现一个为3.1V,一个为2.6V。为3.1V的引脚电压偏高,经查该引脚是通过分压电阻接在24VD上的,可能是分压电阻阻值变化引起的。检查该路的分压电阻R792(100k)和R196(10k),发现R196阻值变大。用10k电阻更换R196后,恢复所有电路,开机试验,故障排除。
图4-29 VLC82001.50型IP板检修电路
例2开机有声音,但背光灯不亮。
分析与检修 声音正常,说明电源输出的24V电压正常,故障发生在逆变电路部分。引起故障的原因有:
1)主板发出的背光开关控制信号不正常;
2)调光模式选择信号不正常;
3)调光控制信号不正常(该IP板在CN402的⑦脚调光模式选择信号为低电平,或者CN402的⑦脚调光模式选择信号为高电平且CN402的⑪⑫脚输入脉冲调光控制信号时,背光灯才会点亮);
4)背光开关控制电路及OZ964供电5V形成电路异常;
5)保护电路故障;
6)半桥转全桥驱动电路和全桥功率放大电路故障;
7)背光控制芯片本身故障等。
首先检查背光开关控制电路(Q121)及OZ964供电5V形成电路(Q105、U6),结果正常。仔细观察屏幕在开机瞬间有一闪光,所以怀疑是保护电路故障引起保护。在开机后保护前的瞬间测量OZ964的②脚(OVP)、⑨脚(FB)电压,发现②脚电压异常(高于极限电平2V),⑨脚电压为1.20V正常,说明故障是过电压保护造成的。
因过电压保护是6路输出端的交流高压经过电容分压取样及半波整流后以并联的方式接到U102②脚,分别断开每个平衡变压器输出检测电路,当断开D211时,故障消失,经查C230处有漏电现象。将C230取下,清洗印制电路板后重新装上,故障排除。
这里以海信2031型电源、LED背光驱动电路二合一板为例介绍由MC33262、STR-A6059、NCP1396A、OZ9957为核心构成的电源、LED背光驱动二合一板电路工作原理与故障检修方法。
海信2031型电源、LED背光驱动二合一板是专为LED背光源液晶电视设计的,主要应用在海信LED32T28KV、LED32T29P、LED37T28KV等多种型号的液晶彩电中。
该电源组件输出电压:待机电压5V/0.8A;12V/2A;LED驱动电压120~200V/60~120mA(4路)。
1.电源板实物图解
海信2031型电源、LED背光驱动二合一板实物如图5-1和图5-2所示。
2.电路组成框图
海信2031型电源、LED背光驱动二合一板电路的组成框图如图5-3所示。该电路板整体电路可分为开关电源电路及LED背光驱动电路两大部分,其中开关电源电路这部分包括300V形成电路、副电源电路、PFC电路和主电源四个电路单元。
300V形成电路将220V交流市电整流得到300V左右电压,送到PFC电路。副电源电路采用STR-A6059H(集成块上标为A6059H)输出5VS副电源,供主板系统控制电路(包括CPU、遥控接收器和按键电路等)提供+5V待机电压,同时输出18V左右的VCC电压,给PFC电路及主电源电路提供工作电压。PFC电路控制器采用MC33262(芯片上标为33262),开机后输出400V左右的PFC电压,送到副电源和主电源电路。主开关电源采用NCP1396AG,输出84V(根据LED灯的差异会有所不同)、12V两路电压,分别供LED驱动电路及主板小信号电路使用。LED驱动电路使用了四片OZ9957,输出点亮LED所需的电压(有四路输出)。
1.市电滤波、300V供电电路
该机的抗干扰电路、300V形成电路和PFC电路如图5-4所示。
接通电源后,220V市电电压通过电源熔断器F801、压敏电阻RV801过电压保护以及热敏电阻RT801限流后,再送到由C801、L803、C802~C804、L804构成的抗干扰电路,滤除市电中的高频干扰脉冲,同时防止开关电源本身产生的高次谐波进入市电电网而对其他电气设备造成的干扰。经滤波后的市电电压由VB801桥式整流,C807、L805、C808、C811滤波后形成300V左右的脉动直流电压即VAC电压(该电压待机状态约为300V,开机状态在250V左右)。C807、C808、C811均为小容量的电容,其主要作用不是对100Hz的脉动直流进行滤波,而是对高频的干扰波进行滤除,防止高频干扰后面的PFC电路。VAC电压除送PFC电路,作为PFC电路的+B供电外,还送到副电源的欠电压保护检测电路。
图5-1 海信2031型电源、LED背光驱动二合一板正面元器件分布图
2.PFC电路
PFC电路由PFC控制芯片N801(33262)、开关管V810、储能电感T832、整流管VD812、滤波电容C810、C812等组成,如图5-4所示。
(1)33262简介
33262是PFC电路专用集成控制芯片,它工作于临界导通模式(CRM)。33262内含2.5V基准电压源、PWM电路、逻辑电路、定时器、乘法器、锁存器、零电流检测器、过电压比较器、欠电压锁定电路和快速启动电路等。33262引脚功能和维修数据见表5-1。
图5-2 海信2031型电源、LED背光驱动二合一板背面元器件分布图
表5-13 3262的引脚功能和维修数据
提示与引导 33262的应用电路和MC33262(摩托罗拉公司生产)、NPC33262(安森美公司生产)极为相似。
图5-3 海信2031型电源、LED背光驱动二合一板电路组成框图
图5-4 抗干扰电路、300V形成电路和PFC电路
(2)校正过程
本机PFC电路工作在临界导通模式(CRM),33262(N801)的⑤脚是零电流检测输入端,通过电阻R817接在T832的副边⑤脚,检测T832工作时的电感电流即外电源流入负载的电流。二次开机后,开/关机控制电路送来的VCC1电压经限流电阻R815加到N801的供电端⑧脚,且⑤脚检测到T832电感电流为0V时(此时⑤脚电压降为0V),将内部的RS触发器置“1”,⑦脚输出高电平激励脉冲,使开关管V810导通。V810导通期间,C811两端电压通过T832的原边绕组即⑧-①绕组、V810的D-S极、R933和R925构成导通回路,此时电能存储于T832中。当T832的电感电流增大到一定值时,⑦脚输出低电平,V810截止。此时,存储在T832中的能量通过VD812向C810、C812充电,使C810、C812上电压在VAC电压基础上叠加上充电电压,产生约410V的直流PFC电压,为主电源和副电源电路供电。这样,经过该电路的控制,不仅提高了电源利用效率,而且提高了功率因数。VD811为开机浪涌电流保护二极管。
(3)软启动控制
开机瞬间,N801②脚内部电路对外接的软启动电容C886充电,使②脚电位逐渐升高,被N801检测后,使驱动电路输出的激励脉冲的占空比逐渐增大到正常,避免了开关管V810在通电瞬间过激励损坏,实现了软启动控制。
(4)稳压控制
N801的①脚通过分压电阻R826~R828、R835和R829接在PFC电压输出端。在市电升高或负载变轻引起PFC电压升高后,输入到①脚的PFC输出电压的分压也随之升高,经误差放大器放大后,使N801⑦脚输出的激励脉冲的占空比减小,开关管V810导通时间缩短,T832存储能量减小,输出电压下降到设置值。反之,控制过程相反。
(5)过电流保护
N801的④脚是过电流检测输入端,当V810漏极电流过大时,R925和R933两端形成较高的电压,该电压通过R855、R822加到N801④脚,从而使IC内部的过电流保护电路动作,关闭⑦脚脉冲信号输出,从而实现过电流保护控制。
(6)欠电压保护
N801②脚是软启动端,除外接软启动电容C886外,还接有欠电压保护电路。欠电压保护电路由晶体管V914、R836等构成。当市电电压过低或副电源输出的VCC电压过低时,经电阻分压取样后获得的电压即欠电压检测电压BR(见图5-5)为低电平,V914导通,使N801的②脚为低电平,此时N801停止工作。
3.副电源电路
副电源电路由厚膜电路N803(A6059H)、开关变压器T901、三端误差放大器N843、光耦合器N832等构成,如图5-5所示。副开关变压器T901在一次侧和二次侧有两组电压输出:在二次侧输出+5VS电压,为主板上的微处理器控制系统供电;在一次侧也有一组+18V左右的电压输出,经开/关机电路控制后,为PFC驱动控制电路和主电源振荡控制电路提供VCC1和VCC2工作电压。
(1)A6059H简介
A6059H是一种体积小、功耗低的开关电源厚膜电路,内置振荡控制电路和MOSFET开关管。A6059H的引脚功能和维修数据见表5-2。
图5-5 副电源和开/关机控制电路
表5-2 A6059H的引脚功能和维修数据
(2)启动工作过程
PFC端电压通过开关变压器T901的一次侧①-③绕组加到N803的⑦脚和⑧脚(该引脚既是内部MOS管的D极,又是启动电流输入端),PFC电压经内部电路向⑤脚外部C835充电,当C835上的电压达到芯片要求的启动电平时,N803开始工作,其内部的MOSFET(开关管)脉冲电流在开关变压器T901中产生感应电压。T901二次侧的⑩/⑨脚和⑦/⑥脚感应脉冲电压经外围电路整流、滤波后,在C839两端形成+5V电压(即+5VS电压),该电压为主电路板的控制系统供电,使整机处于待命状态中;T901的④-⑤脚感应电压经R837限流、VD832整流、C835滤波后,得到18V电压。18V电压分两路送:一路加到N803的⑤脚,作为该集成块稳定工作时的供电电压;另一路经过开/关机控制电路中的晶体管V831控制后,为PFC驱动控制电路和主电源振荡控制电路提供VCC1和VCC2工作电压。
(3)稳压控制电路
副电源的稳压控制是由三端误差放大器N843、光耦合器N832及N803④脚内部电路来完成的。
当市电电压升高或负载变轻引起+5VS输出端电压升高时,升高电压经R839为N832①脚提供的工作电压升高,同时经电阻R843、R842分压后的电压也升高,即加到N843的R极电压升高,在N843内部进行基准比较,使得N832②脚电压下降,N832内的发光二极管因工作电流增大而发光加强,内部的光敏晶体管因受光加强而导通增强。这样使得N803④脚的电压被拉低,经N803内部电路处理后,使开关管导通时间缩短,输出电压下降到正常值。若副电源输出电压下降,稳压过程与上述相反。
(4)保护电路
A6059H的①脚是内电路MOS管的源极,也是内电路的过电流检测端,通过外接电阻R831接地。当电流过大,①脚电压达到保护设定值时,内部保护电路启动,副电源停止工作。
A6059H的②脚是掉电、欠电压检测输入端。该引脚外接VAC电压检测分压电阻和VCC(+18V)辅助电源电压检测分压电阻,当电阻分压值降到电路设计的阈值时,电路保护,停止工作。电阻R952、R972、R823、R974组成VAC电压检测电路,当交流市电电压降低,VAC电压随之降低,经电阻分压的分压值也下降。电阻R973和R974组成VCC(+18V)电压检测电路,副电源负载加重或者其他原因引起+18V辅助电压下降,经电阻分压的分压值也下降。
由VD831、C833、R834组成的尖峰脉冲吸收回路,主要用于吸收N803内置开关管截止时在⑦、⑧脚(即MOSFET的D极)激起的反峰脉冲,以保护N803不被过高的反峰脉冲击穿损坏。
(5)待机控制电路
待机控制电路采用控制PFC驱动块和主电源振荡驱动块VCC电压的方式。待机控制电路由V832、N833、V831等组成。
从T901的④脚感应电压整流滤波形成的VCC电压(约18V),除了供N803使用外,还有一路送到待机控制电路中V831的集电极。电视机工作在待机状态时,STB为低电平,V832截止,光耦合器N833截止,晶体管V831也截止,V831无VCC1电压输出。此时,PFC电路和主开关电源不工作,整机处于待机状态。二次开机后,主板送来高电平的STB信号,加到V832的基极,使V832进入饱和导通状态,再通过光耦合器N833控制V831进入导通状态,从发射极输出VCC1电压。VCC1分两路送:一路送PFC驱动块为其供电;另一路经R804后为主电源振荡驱动块提供工作电压(VCC2)。
4.主电源电路
主电源电路由振荡驱动集成块N802(NCP1396AG),光耦合器N840(817),误差放大器N842(AZ431),半桥式推挽电路V839、V840,开关变压器T831等组成,如图5-6所示。其作用是将PFC电路输出的+410V左右直流电压变换为负载所需的+12V、+84V等稳定的直流电压。主电源的输出电路采用半桥谐振式变换器,这种拓扑结构具有一系列的优势,能够提升能效、降低电磁干扰(EMI)信号,并且提供更好的磁利用。电源中开关变压器T831的一次绕组和电容C865组成一个串联谐振电路,连接于功率输出管V839、V840的输出端。电路设计时将T831和C865的谐振频率设计为约等于N802内部振荡器的工作频率,更好地保证了电源电路的输出功率。
图5-6 主电源电路
(1)NCP1396AG简介
NCP1396AG是安森美半导体公司推出的一款内置上桥端与下桥端MOSFET驱动电路的高性能谐振模式控制器,包括一个最高500kHz的压控振荡器。该芯片的工作频率范围宽,为50~500kHz,并可外部设置最低开关频率,且精度高;可调整的无反应时间可以帮助解决上方与下方晶体管相互传导的问题,同时确保一次端开关在所有负载情况下的零电压转换(ZVS),轻松实现跳周期模式来改善待机能耗以及空载时的工作效率;具备多重(过热、过电压等)保护功能,保护特色是可以立即关断,也可以加一时段延迟。NCP1396AG引脚功能和维修数据见表5-3。
表5-3 NCP1396AG的引脚功能和维修数据
(2)功率变换
二次开机后,待机控制电路输出的VCC2电压送到N802的⑪⑫脚,N802即开始工作,从⑪⑮、⑪脚输出频率相同、相位相反的开关激励信号,去控制上桥开关管V839和下桥开关管V840轮流导通和截止。VD839、C864组成自举升压电路。当V839导通的时候,V840截止,此时PFC电路输出的380V电压流过V839后进入T831⑥脚,再从②脚流出,经过C865到地,对C865充电。在V839截止、V840导通的时候,C865进行放电,放电路路径是:C865右端→T831②脚→T831⑥脚→V840→C865左端(热地)。在V839和V840轮流导通和截止过程中,T831的二次绕组产生感应电压,再经过全波整流、滤波得到+12V和+84V电压。其中,+12V电压分为两路送,一路送到主板;另一路送入二合一板的LED驱动电路部分;+84V电压送入二合一板的LED驱动电路部分。
(3)稳压控制电路
为了确保开关电源输出电压的稳定,设置了由三端误差放大器N842、光耦合器N840组成的稳压反馈电路。
当由于某种原因导致+12V输出电压升高时,分压后加到比较器N842控制端(R)的电压也随之升高,引起N842导通程度加大。再通过光耦合器N840,将反馈电流送入N802的⑥脚。⑥脚为N802芯片的反馈输入引脚,当输入电流增大时,被IC内的调制器处理后,使N802⑪⑮、⑪脚输出的激励脉冲占空比减小,开关管V839和V840的导通时间缩短,主电源输出的电压下降到设置值。当+12V电压降低时,稳压控制过程则相反。
(4)保护电路
为了防止电源出现过电压工作情况,NCP1396AG设计了两个保护控制引脚,分别是⑧脚和⑨脚。⑧脚为快速故障检测端,当故障反馈电压达到设定的阈值时,N802立即关闭⑪⑮脚和⑪脚的激励输出信号,半桥式推挽输出电路停止工作。⑨脚为延迟保护控制端,当故障反馈电压达到设定的阈值时,N802内部计时器启动,延迟一定时间后控制芯片内部电源管理器进入保护状态。两个保护控制引脚的检测信号来自功率输出过电压保护电路。该电路由C863、VD835、VD834、N841、VZ832、V803等组成。当电路出现异常,输出电压升高时,通过以上电路,使⑧、⑨脚这两个保护检测端电压上升,N802内部的激励电路被关闭,激励信号停止输出,主电源也就不再工作,完成功率输出过电压保护。
5.LED背光驱动电路
LED背光驱动电路简称LED驱动电路,是LED背光液晶彩电特有的电路,其功能是输出点亮LED灯条所需的直流电压,同时通过各种保护电路,控制LED灯条的工作电流,防止LED损坏。
LED背光驱动电路通常由驱动脉冲形成电路、自举升压电路、保护电路(包括过电压、过电流、断路保护电路)等几部分电路组成。LED背光驱动电路的工作状态受主板输出的背光开/关控制信号(SW)和亮度控制信号(BRI)控制。
海信2031型二合一板的LED背光驱动部分采用凹凸公司的OZ9957方案。OZ9957是单路LED驱动芯片,而该板是为采用四根LED灯条的32in和37in电视机所设计生产的,有四路LED背光驱动电路,由4片背光控制专用集成电路OZ9957(N901~N904),8只MOSFET(开关管)V901~V908,4只储能电感L901~L904及4只整流二极管VD901、VD903、VD905、VD907组成4路升压电路,驱动4路LED灯条工作。海信2031型电源板中,四路LED驱动电路的电路结构基本相同,只是第一路的OZ9957①、③脚接法与其余三路的不同而已。LED背光驱动如图5-7所示。
(1)OZ9957简介
OZ9957是凹凸(OZMicro)公司生产的LED背光控制专用集成电路,它是单路LED驱动芯片,内含振荡器、关断延时定时器、软启动、相移可变调光控制、系统同步控制、过电流和过电压保护等多个模块电路。OZ9957具有如下特点:工作频率恒定,且工作频率可被外部信号所同步;内置同步式PWM亮度控制电路,亮度控制范围宽;具有过电流、过电压和背光灯开路保护功能。OZ9957引脚功能和维修数据见表5-4。
图5-7 海信2031型电源、LED背光驱动二合一板的LED背光驱动电路
表5-4 OZ9957的引脚功能和维修数据
(2)驱动脉冲形成和升压电路
海信2031型二合一板有四路LED驱动电路,每路电路驱动一根LED灯条。这四路驱动电路均独立工作,其电路结构几乎完全相同。下面以LED驱动电路1为例作介绍。
当来自开关电源的12V电压和主板控制电路的背光开关(SW1)控制电压以及调光控制(BRI)脉冲信号分别加到集成块N901的⑪⑬脚、⑪⑫脚和⑥脚时,N901开始工作,内部的振荡器以②脚设定的工作频率振荡,通过驱动电路放大后,从⑪⑮脚输出PWM开关驱动信号,作为V901、V902的驱动信号。
MOSFET开关管V901、储能电感L901、整流二极管VD901组成一个典型的升压电路。当加到V901栅极的驱动脉冲为高电平时,V901导通,电流经+84V→L901→V901→R733∥R734→地,并在储能电感L901两端产生左正右负的感应电动势,即L901存储能量。当驱动脉冲为低电平时,V901截止,在L901两端产生的感应电动势变为左负右正,这样84V电压叠加上L901中存储的自感电压,再经过VD901整流、C908滤波后,输出点亮LED灯条的驱动电压。
提示与引导 LED背光升压电路工作原理与前面介绍的PFC升压电路基本相同。对于海信2031型二合一板,当用于不同机型时,设定输出的LED灯条驱动电压可能不同,对于LED32T28KV型液晶彩电来说为168V,对于LED37T28KV型液晶彩电来说为132V。
(3)稳压控制电路
输出驱动电压的高低是由LED灯条工作电流大小来进行反馈控制的。为了保证LED发光的稳定性,需要采用恒流驱动方式。不同型号的LED灯条,其额定的工作电流可能不相同,有的为120mA,有的只需要60mA。下面以LED37T28KV所使用的120mA灯条为例进行分析。
稳压控制电路由R703、R702、R701和N901⑦脚内部相关电路组成。当LED灯条点亮后,驱动电压经过灯条、V902、取样电阻、地,形成工作电流。此电流在取样电阻R701、R702、R703上形成反映灯条电流大小的取样电压,该电压经R925、R933加到N901的⑦脚,该引脚内接电源管理器,电流管理器的基准电压为0.5V。因此,电路设计时只要R703、R702、R701阻值选择合适,可使输入N901的⑦脚的电压为0.5V,此电压就是N901设定的灯条正常工作时的标准检测电压。0.5V电压送入N901的⑦脚,进入内部的电流管理器,与0.5V基准电压进行比较。当输入电压有误差时,输出控制信号来调整⑪⑮脚输出的PWM开关驱动信号的占空比,从而调整升压电路输出的LED驱动电压的高低,保证LED灯条的工作电流稳定在120mA,使背光亮度符合要求。
海信2031型二合一板中,为配接额定工作电流不同的LED灯条,R703、R702、R701阻值会有所不同。采用120mA的灯条时,为了保证N901的⑦脚电流检测控制引脚为0.5V,则需要将取样电阻R701、R702、R703的阻值设定为20、2.2、2.2,其等效阻值为4.2。
提示与引导 电流取样电阻的阻值大小直接影响到驱动电压输出的高低。如果电阻值变大,会造成取样电流减小,驱动电压也随之降低,从而出现LED背光变暗的故障。
(4)保护电路
LED驱动电路中设计了完善的保护电路,以便防止LED灯条因过电流、过电压等原因而损坏,同时也可避免灯条损坏后对电路的影响。
1)升压电路过电流检测保护(IS)。该电路由R733、R734和N901⑧脚内部电路组成。升压MOSFET(开关管)V901工作后,会在其源极形成几百毫安的工作电流,该电流经R733、R734后,形成反映开关管电流大小的取样电压。该电压送到N901的⑧脚,加到内部比较器的正向输入端,比较器的反向输入端接的是0.5V基准电压。当V901源极电流超过设定值1A时,其检测电阻上的电压就会超过0.5V,从而使比较器的工作状态发生改变。此时,比较器输出高电压,直接送到驱动输出电路,禁止PWM驱动信号从⑪⑮脚输出,MOSFET不再工作,防止V901因过电流而损坏。
2)LED驱动电压输出过电压保护(OVP)。升压电路输出的LED驱动电压如果失控,将会烧坏LED灯条,所以电路中设计了相应的过电压保护电路。该电路由LED驱动电压输出端所接的分压电阻R909、R910、R911、R912和N901⑩脚内部电路组成。分压电阻R912两端分得的电压作为LED驱动输出电压的检测电压,送到N901的⑩脚过电压检测端。⑩脚内接3V电压比较器,当输入⑩脚的检测电压超过3V,内部比较器就会翻转,输出高电平的OVP控制信号,送入延时保护器,并最终控制芯片驱动电路不再工作,完成过电压保护。
提示与引导 海信2031型二合一板中,R909、R910、R911、R912四只分压电阻的阻值会因使用的机型不同而有一定差异。
3)LED灯条过电流保护电路。当LED灯条出现短路故障,或由于其他原因导致LED灯条电流异常增大时,经过电流取样电阻R701、R702、R703反馈给N901的⑦脚的电压也随之变高。OZ9957的⑦脚内部除连接了电流管理器外,还连接有多个电压比较器,其中一个就是过电流保护(OCP)比较器。当⑦脚电压高于0.5V时,比较器输出高电平的保护起控信号,加到延时保护器。延时保护器在短暂延时后,输出关断控制信号,加到驱动输出电路,控制驱动电路不输出,从而实现对LED的灯条过电流保护。
4)LED灯条断路保护(OLP)。当LED灯条内部出现断路,或是电路板LED驱动输出插座与灯条之间接触不良时。LED灯条无电流流出,使电流取样电阻R701、R702、R703上没有电压产生。此时,为了防止N901的⑦脚内部电流管理器误判为LED电流不足,避免驱动电压进一步升高,在⑦脚内部设计了一个断路保护(OLP)比较器。当⑦脚电压低于0.4V时,比较器输出高电平的OLP控制信号,高电平经过与门后再送入延时保护器,控制驱动信号不输出,实现灯条断路保护。
5)延时保护电路。在N901内部还有一个延时保护电路,由N901⑪脚的内部电路和外接电容C902组成。当收到各保护电路送来的起控电压时,保护器不会立即动作,而是让起控电压对C902进行充电。当充电电压达到延时保护器设置的阈值时,延时保护器才向后级驱动电路输出关断控制信号,从而实现延时保护。这样,可以有效地避免电路出现的误保护现象,也就是说只有出现持续的保护电压时,保护电路才会动作。
6)软启动保护电路。N901的⑨脚是补偿引脚,同时也是软启动引脚。该引脚外接电容C903、C904用于滤除信号中的杂波信号,保证驱动信号正常输出,也起到软启动定时的作用,N901工作后,⑨脚内电路向C903充电,随着C903两端电压的升高,使N901输出的驱动脉冲的占空比逐渐增大到正常,使LED驱动电压逐渐增大到正常。软启动电路可防止背光灯初始工作时产生过大的冲击电流。
(5)背光灯亮度调整电路
当需要调整亮度时,由主板上的微处理器产生的频率约为200Hz的调光控制脉冲信号BRI送到电源板的输入/输出连接器XP901中⑥脚(BRI端)。该控制信号送到N901的⑥脚,经内部电路处理后,通过控制N901⑪⑮脚输出的驱动脉冲占空比,从而达到亮度控制的目的。
(6)同步电路
由于四根LED灯条需要四片OZ9957分别进行驱动,为了保证四根灯条发光的一致性,需要控制四片OZ9957同步工作。OZ9957的①、③、⑤脚即为同步工作设定相关引脚。在本电路中,把N901设定为背光控制主芯片,其他三片为副芯片,N901通过①、⑤脚的外围设定,从③脚输出同步控制信号(SYNC),该信号送到N902、N903、N904的①脚,控制其他三片OZ9957同步工作,保证背光亮度的稳定性和均匀性。
1.故障维修方法提示
(1)摘板维修
海信2031型二合一电源板可以从液晶彩电上摘下独立维修,维修时只需把开/关机控制电路中的晶体管V832的C、E极短接,或用一只1k左右的电阻将待机控制信号(STB)输入端与副电源的+5VS端相连,电源板就处于开机状态,主、副电源各路电压均有输出。
维修LED驱动电路部分故障时,由于OZ9957具有LED灯条断路保护功能,因此必须接上屏上的灯条或假负载(可以采用220V 25W的白炽灯作为假负载,每路接一只灯泡)。同时,由于LED驱动电路需要主板送来点灯控制启动电压(SW)和调光控制信号(RBI)才能正常工作,因此可用一只10k左右的电阻将XP901的SW输入端与副电源的+5VS输出端相连接,为OZ9957的⑪⑫脚点灯控制使能端(ENA)提供一个高电平;用一只27k左右的电阻将XP901的RBI输入端与副电源的+5VS输出端相连接,为OZ9957的⑥脚PWM调光信号输入端提供一个固定的控制电压,如图5-8所示。
图5-8 强制打开电源和背光电路的接线方法
(2)LED背光驱动电路维修方法
电源+LED驱动电路二合一板的维修与电源+逆变器二合一板相比,两者的开关电源部分的故障检查思路及方法基本相同,不同之处主要是在背光驱动电路上。由于LED背光驱动电路没有逆变器的交流高压输出,而输出的是直流电压,且可用万用表直接测量,因而LED背光驱动电路的检修比逆变器电路简单。
LED背光驱动电路一般有几组电压输出,每组不仅输出电压值相同,而且电路结构也几乎完全相同,因此维修时常采用对比检测法判断故障部位,即通过测量各路的LED背光控制集成电路、升压输出电路、保护电路的关键检测点的对地电压、电阻,然后将测量结果进行比较,哪个测试点的电压或电阻与其他几路相同测试点的相差较大,则是该测试点相关的电路发生故障。
(3)注意事项
严禁在脱开过电流、过电压保护控制电路的情况下,将电源板接入液晶彩电开机测试,因此时输出电压可能异常升高,易导致主板和屏组件损坏。若必须在路测试,则必须保证过电流、过电压保护电路工作正常方可进行。为防止开关电源以及LED驱动电路输出电压过高,引起负载电路损坏,建议先接假负载进行维修,在输出电压正常后,再连接负载电路试机。
2.常见故障维修思路、方法及检修流程
海信2031型二合一电源板发生故障时,主要引发三类故障:
1)“三无”,同时待机指示灯不亮,此类故障在副电源和市电整流滤波300V电压形成电路;
2)待机指示灯亮,但不能二次开机,此类故障在开/关机控制电路和主电源(需注意的是,PFC电路有问题也会引起主电源不工作);
3)有伴音,但黑屏,此故障在LED驱动电路以及LED灯条。
(1)副电源始终无电压输出
对于这类故障,首先要检查电源熔断器F801是否熔断,如果熔断,说明电源板存在短路性故障,故障就不一定发生在副电源。电源熔断器熔断既可能是市电输入电路中的压敏电阻击穿、市电滤波电容击穿、整流桥内二极管击穿,也可能是主电源的开关管击穿、PFC电路的开关管和PFC滤波电容击穿漏电、副电源厚膜块内的开关管击穿等。要确定故障的范围及故障部位,需要分别断开主电源的开关管、PFC开关管、副电源厚膜块内部MOSFET(开关管)D极的引脚等逐一排查,才能确定出故障部位。值得一提的是,若副电源厚膜电路A6059H内的开关管击穿,除了要检查尖峰脉冲吸收电路(C833、R834、VD831)外,还要检查A6059H①脚所接的电阻R831(内部开关管源极电阻)是否连带损坏;若PFC开关管V810击穿,应检查S极电阻R933、R925是否连带损坏,G极回路中的VZ811是否开路或性能不良,限流电阻R921阻值是否变大,以免更换后的元器件再次损坏;若主电源开关管V839、V840击穿,应检查两只开关管G极回路中的VD836、R856、VD837、R859是否开路或性能不良,限流电阻R857、R860阻值是否变大,电源控制芯片NCP1396AG是否损坏,以免更换后的元器件再次损坏。
如果测量电源熔断器F801未熔断,副电源始终无电压输出,主要是副开关电源电路未工作。
副电源始终无电压输出故障检修流程如图5-9所示。
(2)副电源能启动,但不能正常工作
图5-9 副电源始终无电压输出故障检修流程
副电源能启动,但不能正常工作,说明副电源的供电电路、稳压控制电路、保护电路异常,或者是负载电路有问题。该故障的检修流程如图5-10所示。
图5-10 副电源能启动,但不能正常工作故障检修流程
(3)副电源正常,但PFC电路不工作
PFC电路不工作会引起主电源不工作,或引起主电源带负载能力下降。PFC电路不工作一般表现为PFC滤波电容两端电压不正常,不能提升到400V,仅为300V左右。对于副电源正常,但PFC电路不工作故障,检修时首先判断PFC控制芯片的VCC电压是否正常,如果不正常,可能问题不是出在PFC电路上,一般是待机控制电路的故障,需要顺着VCC供电这一路向前一步步确认下去,直到找到故障点。如果VCC正常,则就要查PFC控制芯片的其他引脚的外围元器件有无问题,找到故障点,如果各引脚外接的元器件无问题,则可能是PFC控制芯片已损坏。该故障的检修流程如图5-11所示。
(4)5V正常,但主电源无12V、84V输出
引起主电源无12V、84V输出的原因有:一是开/待机控制电路异常;二是PFC电路未工作或PFC输出电压低于370V;三是主电源控制芯片本身损坏;四是主电源开关管损坏、开关变压器损坏;五是主电源二次侧的整流滤波电路异常。该故障的检修流程如图5-12所示。
(5)背光灯不亮或某一灯条不亮
背光灯不亮表现为黑屏(有伴音),某一灯条不亮表现为液晶屏某一区域出现暗块。
对于黑屏(有伴音)故障,首先检查二合一板与主板、屏组件的连接线、连接插座是否有问题,再检查LED背光电路正常工作的必要条件:一是查LED背光驱动电路的+12V、+84V供电是否正常;二是查主板系统控制电路送来的背光开关控(SW)制信号电平以及亮度调整控制(RBI)信号是否正常。一般情况,背光灯不亮故障与LED驱动控制芯片和升压电路没有直接的联系,因为海信2031型二合一板的LED背光驱动部分有四路驱动和输出电路,这几路同时损坏的可能性很小。
图5-11 副电源正常,但PFC电路不工作故障检修流程
液晶屏某一区域出现暗块,一般是某一灯条未点亮,灯条或者驱动电路异常都会引发此现象。正常点亮情况下,4块OZ9957的⑦脚(ISEN)电压大约在0.5V,通过检测各反馈回路至芯片⑦脚电压可以判断是哪路异常,然后检查与此灯条相关的电路是否正常。采用带假负载方法可区分是灯条开路、短路,还是LED驱动电路的故障。
对于LED驱动电路,检查重点是要确认振荡控制集成电路的VCC供电、使能端(ENA)启动电压及亮度调整信号,升压电路的供电(84V)是否正常。如果正常,就要考虑升压MOSFET开关管是否损坏,是否处于保护状态。维修实践表明,LED背光振荡控制集成电路OZ9957损坏极为少见,MOS管损坏的情况较常见。
图5-12 主电源无输出故障检修流程
背光灯不亮/某一区域出现暗块故障检修流程如图5-13所示。
3.维修案例
例1无规律“三无”。
分析与检修 当故障出现时,检测电源板无5VS电压输出。引起副电源无规律地无电压输出的原因主要有:
1)市电输入以及市电整流滤波电路可能有元器件接触不良;
2)副电源电路中有元器件接触不良,或者是某元器件性能不良。
检测整流桥有323V左右的脉动直流电压输出,说明故障发生在副电源。检测副电源厚膜块N803(A6059H)各引脚电压,测得①脚为0V,②脚为6.3V,③脚为0V,④脚在通电瞬间有零点几伏的电压,但随后降为0V,⑤脚为9.5V左右,且有波动,⑦、⑧脚为321V。检查副电源部分未见元器件开路,将怀疑虚焊的焊点重焊后故障仍旧存在,判定是元器件损坏还是性能参数不良。断电后测量A6059H各引脚对地正、反向电阻,发现④脚对地正、反向电阻都比正常值(正常值为:红地黑测约为250k,黑地红测约为4.5k)小许多,且不稳定,其他引脚基本正常。怀疑④脚外接电容C832漏电,将其更换后通电试验,5VS电压输出恢复正常。后又带上假负载,采用强制开启电源和背光电路方法试验,测得主电源+12V输出正常,+84V输出稍低(用于不同机型的电源板此输出电压会存在一些差异),LED驱动电路也能使假负载灯泡点亮。随后又进行长时间通电观察,故障不再出现,说明故障已被排除。
图5-13 背光灯不亮/某一区域出现暗块故障检修流程
例25VS电压输出正常,但无12V、84V电压输出。
分析与检修 5VS待机电压正常,说明副电源无问题。强制开启电源(用1k电阻将电源板输入/输出接口的5VS端与STB端相连),测量没有12V、84V电压输出。引起主电源无电压输出的原因有:
1)开/待机控制电路有问题,使PFC电路和主电源无VCC供电;
2)PFC电路未工作;
3)主电源本身有故障。
测量PFC电路输出端电压为321V,说明PFC电路未工作。检查PFC控制芯片N801(33262)的⑧脚(VCC供电端)有15.5V电压,说明开/待机控制电路正常。接下来测量N801其他引脚电压,测得①脚为2.1V,②脚为6.8V,③脚为2.2V,④脚为0V,⑤脚为4.5V(在测量该引脚电压时,PFC储能电感T832发出一连串的“吱吱”声,随后主电源的12V输出端所接的假负载灯泡变亮了,说明主电源已恢复工作,此时测量PFC输出电压已恢复到正常值413V),⑥脚0V,⑦脚0V(如果先测了⑤脚,再测⑦脚,则⑦脚就有激励脉冲输出,电压不再为0V)。从以上测量结果来看,最大可疑点是N801的⑤脚,因为测量该引脚电压后,PFC就能启动工作。N801的⑤脚是过零检测输入端,估计故障是该引脚无过零检测信号输入。于是查T832的辅助绕组(⑤-②绕组)引脚焊接无问题,印制电路也无断裂现象,重焊N801的⑤脚仍不能排除故障,后重焊R817后故障消除。例35VS电压输出正常,但无12V、84V电压输出。
分析与检修 测量PFC电路输出端电压为413V,说明PFC电路工作正常,故障发生在主电源。对于主电源的故障,首先检查开关变压器T831二次侧的整流滤波电路,经查为正常。接着检查主电源一次侧电路,测量开关管V839的D极有410V的工作电压。通常而言,电源熔断器完好,对电路中的开关管是不用检查的,因为液晶彩电开关电源中,开关管开路的情况是很少见的。应重点对电源控制芯片N802(NCP1396AG)的基本工作条件电路如供电、各种检测信号输入电路等进行检查:测量VCC供电端⑪⑫脚已有15.6V供电,说明开/待机控制电路正常;测量掉电、欠电压检测输入端⑤脚,接近0V,正常应为1.4V左右,且该引脚启动电压必须高于1.03V,否则NCP1396AG处于保护自锁状态。检查N802⑤脚外围的分压电阻正常,取下C857检测,已严重漏电。更换C857后,故障排除。例4黑屏,但有伴音。
分析与检修 由于有伴音,可确定开关电源、小信号处理等电路基本正常,检查重点就应放在向背光系统供电的LED驱动电路部分。首先检查电源板输入/输出接插件XP901、背光灯供电输出接插件无问题。二次开机后测量XP901的SW端(背光开/关控制信号输入端)为高电平,说明主板送来的背光开启控制信号正常。接着测量XP901的BRI端(背光亮度控制信号输入端)电压,约为4V,说明有由主板送来的背光亮度控制信号,主板的系统控制是正常的,故障出在LED驱动电路或LED灯条。屏组件内的四路LED灯条同时损坏的可能性极小,因此判断是二合一板上的LED驱动电路不工作。能引起四路驱动电路均不工作的原因主要是:主电源无84V电压输出,或该供电电路中断;12V供电电路中断;二合一板上的SW、BRI信号传输电路中断(故障一般在四路驱动电路的共用部分)。对于本故障,检查重点就应放在上述电路上,只要逐一检查,是不难发现故障部位的。经检查,最终查出是主电源84V输出端与LED驱动电路部分之间的跳线W810一端脱焊,重焊后故障排除。例5液晶屏出现暗块。
分析与检修 液晶屏出现暗块,说明是屏组件内某一灯条未点亮,既可能是灯条的问题,也可能是驱动电路异常。首先检查二合一板上的背光灯供电输出接插件无问题。二次开机后测量四块OZ9957的⑦脚(ISEN)电压,发现N901⑦脚为0V,其他三块OZ9957的⑦脚均为0.51V,说明是N901这一路有故障。由于该二合一电源板有两个背光灯供电输出插座,因此要区分是灯条问题还是驱动电路本身的故障是很简单的事,只要将两背光灯连接线交换插在两接插座上,看N901这一路驱动电路是否能正常工作就可做出判断,如果能则是灯条的问题,如果仍不能工作则为驱动电路有故障。经查,交换背光灯线后,N901⑦脚仍为0V,表明该路驱动电路有故障。查输出升压电路中的开关管V901的D极有正常供电。接下来重点检查N902的基本工作条件是否具备:测得⑪⑬脚(VCC供电端)的12V供电正常;⑪⑫脚(点灯控制使能端)为高电平,正常;⑥脚(调光控制信号输入端)为0V,异常。由于其他三路驱动电路工作是正常的,说明调光控制信号传输电路的前段是正常的,故障应在N901这路单独的传输电路中。仔细检查,为N901的⑥脚连接的印制电路有一条裂纹,用细导线将N901的⑥直接焊在跳线W908一端后,通电试机,故障排除。
下面以海信2264型电源、LED背光驱动电路二合一板为例介绍由MC33262+STR-A6059+NCP1396+OZ9902为核心构成的电源、LED背光驱动二合一板电路工作原理与故障检修方法。
海信2264型二合一电源板是专为LED背光源液晶电视设计的,主要应用在海信LED42K01P、LED42K11P等多种型号的液晶彩电中。该板输入电压为交流100~240V、3A、50/60Hz;输出电压有:5VS/0.8A;12V/2A;16V/1A;170V/120mA(根据LED灯的差异会有所不同,共4路输出)。
1.电源板实物图解
海信2264型二合一电源板实物如图5-14和图5-15所示。
2.电路组成框图
海信2264型二合一电源板电路的组成框图如图5-16所示。
该模块共有副电源、PFC电路、主电路、LED驱动电路四个部分。待机部分采用A6059H(STR-A6059H);PFC部分采用PFC控制芯片33262(MC33262);主电源部分采用NCP1396AG,输出12V、16V、100V三路电压,其中12V、16V分别供主板小信号电路、伴音通道使用,12V和100V供给LED驱动电路使用;LED驱动部分采用两片OZ9902,输出点亮LED所需的电压(有四路输出)。OZ9902芯片能提供两通道的DC-DC控制,每条通道可以驱动高压LED灯串,两通道之间可以实现180°相移控制,可选外部PWM调光或模拟调光,有外部MOSFET过电流保护、过电压保护、输出对输入短路保护、输出对地短路保护、输出过电流保护、过温保护等保护功能。
图5-14 海信2264型二合一电源板正面元器件分布图
1.PFC电路、副电源和主电源
海信2264型二合一电源板的PFC电路、副电源和主电源电路如图5-17。这三部分电路与海信2031型二合一电源板基本相同,这里不再赘述,读者自行分析。
2.LED背光驱动电路
该部分电路由2片背光控制专用集成电路OZ9902(N905、N906),8只MOSFET开关管(V919、V920、V922、V923、V925、V926、V928、V929),4只储能电感L913~L916及4只整流二极管(VD926、VD929、VD931、VD934)组成4路升压电路,驱动4路LED灯条工作。LED背光驱动电路如图5-18所示。
图5-15 海信2264型二合一电源板背面元器件分布图
图5-16 海信2264型二合一电源板电路组成框图
图5-17 海信2264型二合一电源板的PFC电路、副电源和主电源电路
图5-18 海信2264型二合一电源板的LED背光驱动电路
(1)OZ9902简介
OZ9902是凹凸公司出品的集成了两路BOOST升压的LED背光驱动芯片,适合大尺寸LED液晶彩电,其主要特点是,一是两路BOOST为相移180°的独立升压电路,这样能有效降低输入电容的应力,减小输入电容的交流分量;二是两路LED驱动电路能够单独PWM调光,也可以同时进行模拟调光;三是保护齐全,有UVLS(输入欠电压保护)、OVP(输出过电压保护)、BOOST过电流保护、灯条短路保护、LCC(电流不平衡保护)和过温保护等;四是外置MOS管,可以方便调节输出电压和电流,方便适应不同灯数和不同灯的需求。OZ9902引脚功能和维修数据见表5-5。
表5-5 OZ9902的引脚功能和维修数据
OZ9902是两路LED背光控制芯片,而该板是为采用四根LED灯条的42in液晶彩电所设计生产的,有四路LED背光驱动电路,所以需要2片OZ9902进行驱动控制,每片控制两路。这两片OZ9902及其周边电路构成的驱动电路均独立工作,其电路结构几乎完全相同,下面以N906所构成的第三、第四路为例介绍。
(2)驱动脉冲形成和升压电路
当来自开关电源的12V电压和主板控制电路的背光开关(SW)控制电压以及调光控制(BRI)脉冲信号分别加到集成块N906的②脚、③脚、⑦和⑧脚时,N906开始工作,内部的振荡器以⑤脚设定的工作频率振荡,通过驱动电路放大后,从⑪⑳⑫、⑪⑳⑬脚输出PWM开关驱动信号,作为V925、V928的驱动信号。
MOSFET开关管V925、储能电感L915、整流管VD931组成一个典型的升压电路,如图5-19所示。当加到V925栅极的驱动脉冲为高电平时,V925导通,电流经+100V→L915→V925→R972∥R973∥R954→地,并在储能电感L915两端产生左正右负的感应电动势,即L915存储能量。当驱动脉冲为低电平时,V925截止,在L915两端产生的感应电动势变为左负右正,这样,100V电压叠加上L915中存储的自感电压,再经过VD931整流、C905滤波后,输出点亮LED灯条的驱动电压。
图5-19 升压电路和恒流、稳压控制电路
(3)恒流、稳压控制电路
为了保证LED发光的稳定性,需要恒流工作条件。由于LED灯是电阻性的负载,通过控制LED灯串的电压就可以达到控制LED灯电流的目的。下面以第三路驱动电路的稳压控制电路为例分析。
当LED灯条点亮后,驱动电压经过灯条、V926、电流取样电阻(R976、R977)到地,形成工作电流。此电流在取样电阻上形成反映灯条电流大小的取样电压,该电压经R1029加到N906的⑪⑰脚(ISEN1),调整驱动脉冲占空比,实现LED驱动电流控制。
当某种原因造成流过LED的电流过大时,流过R976、R977的电流就会增大,取样电阻两端的电压升高,使N906的⑪⑰脚电压升高,经IC内部逻辑处理电路控制后,⑪⑳⑬脚输出的PWM脉冲占空比就会减小,使V925导通时间缩短,L915储能时间下降,LED驱动电压降低,使流过LED灯条的电流减小。当某种原因造成流过LED的电流过小时,稳压过程与上述过程相反。
(4)调光控制
当需要调整亮度时,由主板上的微处理器产生的频率约为200Hz的调光控制脉冲信号BRI送到电源板连接器XP901中⑥脚(BRI端)。该控制信号送到N906的⑦、⑧脚,经内部电路处理后,通过控制N901⑪⑱、⑪⑭脚输出的驱动脉冲占空比,从而达到亮度控制的目的。
V926受控于N906⑦脚的PWM调光控制,当⑦脚为低电平时,⑪⑱脚的PROT1也为低电平,V926不工作。当⑦脚为高电平时,⑪⑱脚的PROT1信号不一定为高电平,因为假如输出端有过电压或短路情形发生,内部电路会将PROT1信号拉为低电平,使LED与升压电路断开。
R976、R977、R1029组成电流检测网络,检测到的信号送入芯片的⑪⑰脚(ISEN11),⑪⑰脚为内部运算放大器正相输入端,检测到的ISEN11信号在芯片内部进行比较,以控制V926的工作状态。
(5)保护电路
LED驱动电路中设计了完善的保护电路,以便防止LED灯条因过电流、过电压等原因而损坏,同时也可避免灯条损坏后对电路的影响。
1)升压电路过电流检测保护。该电路由电流取样电阻R972、R973、R954和N906⑪⑳⑩脚(ISW1)内部电路组成。当升压电路的负载过重或其他原因造成流过V925的电流增大时,流过R972、R973、R954两端的电流也随着升高,R972、R973、R954两端的电压升高,该信号经R1023加到N906⑪⑳⑩脚。当该引脚电压超过0.5V时,N906内的过电流保护电路动作,关闭⑪⑳⑬脚的PWM脉冲信号输出,V925不再工作,防止V925因过电流而损坏。
2)升压电路的过电压保护(OVP)。该电路由LED驱动电压输出端所接的分压电阻R958、R962、R966、R974和N906⑪⑲脚内部电路组成。分压电阻R974两端分得的电压作为LED驱动电压输出端的检测电压,送到N906⑪⑲脚过电压检测端。当输入⑪⑲脚的检测电压超过3V,N906内的过电压保护电路动作,关闭⑪⑳⑬脚的PWM脉冲信号输出,MOSFET不再工作,实现过电压保护的目的。
3)LED灯条过电流保护电路。当LED灯条出现短路故障,或由于其他原因导致LED灯条电流异常增大时,经过电流取样电阻R976、R977反馈给N906的⑪⑰脚的电压也随之变高。OZ9906的⑪⑰脚内部除连接了电流管理器外,还连接有多个电压比较器,其中一个就是过电流保护(OCP)比较器。当⑪⑰脚电压高于0.5V时,比较器输出高电平的保护起控信号,加到延时保护器。延时保护器在短暂延时后,输出关断控制信号,加到驱动输出电路,控制驱动电路不输出,从而实现对LED的灯条过电流保护。
4)延时保护电路。在N906内部还有一个延时保护电路,由N906⑩脚的内部电路和外接电容C906组成。当收到各保护电路送来的起控电压时,保护器不会立即动作,而是让起控电压对C906进行充电。当充电电压达到延时保护器设置的阈值时,延时保护器才向后级驱动电路输出关断控制信号,从而实现延时保护。这样,可以有效地避免电路出现的误保护现象,也就是说只有出现持续的保护电压时,保护电路才会动作。
5)软启动保护电路。N906的⑪、⑪⑫脚是补偿引脚,同时也是软启动引脚。该引脚外接电容C913、C912用于滤除信号中的杂波信号,保证驱动信号正常输出,也起到软启动定时的作用,N906工作后,⑪、⑪⑫脚内电路向C913、C912充电,随着C913、C912两端电压的升高,使N906输出的驱动脉冲的占空比逐渐增大到正常,使LED驱动电压逐渐增大到正常。软启动电路可防止背光灯初始工作时产生过大的冲击电流。
6)欠启动保护电路。N906的①脚是欠电压锁定检测引脚。该引脚外接的分压电阻R956、R961、R1006对100V输入电压进行检测,R1006两端取得的电压输入①脚。此引脚小于3V,欠电压保护动作,芯片无输出。
1.故障维修方法提示
海信2264型二合一电源板可以从液晶彩电上摘下独立维修,维修时只需把开/关机控制电路中的晶体管V832的C、E短接,或用一只1k左右的电阻将待机控制信号(STB)输入端与副电源的+5VS端相连,电源板就处于开机状态,主、副电源各路电压均有输出。
维修LED驱动电路部分故障时,由于LED驱动电路需要主板送来点灯控制启动电压(SW)和调光控制信号(RBI)才能正常工作,因此可用一只10k左右的电阻将XP901的SW输入端与副电源的+5VS输出端相连接,为OZ9906的③脚点灯控制使能端(ENA)提供一个高电平;用一只27k左右的电阻将XP901的RBI输入端与副电源的+5VS输出端相连接,为OZ9906的⑦、⑧脚PWM调光信号输入端提供一个固定的控制电压。
2.常见故障维修思路、方法及检修流程
海信2264型二合一电源板发生故障时,主要引发“三无”故障。如果指示灯不亮,故障在副电源和市电整流滤波300V电压形成电路;指示灯亮,故障在开/关机控制电路和主电源;有伴音黑屏幕,故障在LED驱动电路。图5-20所示是海信2264型二合一电源板的检修流程。
(1)开机“三无”,待机指示灯不亮
测量熔丝F801是否熔断,如果已经熔断,说明开关电源存在严重短路故障,主要对以下电路进行检测:一是检测主电源交流抗干扰电路C801~C804和整流滤波VB801、C805~C808是否击穿漏电;二是检查PFC电路开关管V810是否击穿;三是检查PFC滤波电容C812、C813和主电源开关管V839、V840是否击穿;四是检查副电源厚膜电路N831的⑦、⑧脚与③脚之间的内部MOSFET(开关管)是否击穿,如果击穿,继续查T901的一次绕组并联的尖峰吸收电路元器件VD831、C833、R834、C849是否开路失效,避免二次击穿N831。
如果测量熔丝F801未熔断,指示灯不亮,主要是副开关电源电路未工作,测量副电源有无电压输出。如果测量副电源无电压输出,首先测量N831的⑦、⑧脚有无300V电压。如无300V电压,检查AC 220V市电整流滤波电路和PFC整流滤波电路是否发生开路故障;如果有300V电压输出,则检测N831的⑤脚启动电压VCC供电电压。若无VCC电压,查⑤脚外部的VCC整流滤波电路R837、VD832、C835;有启动电压,检查N831及其外部电路,必要时代换N831试试。
副开关电源二次侧的滤波电容C838、C839易变质失效,造成+5VS电压低,VD833击穿,会引发副电源停止振荡,无电压输出。
(2)开机“三无”,待机指示灯亮
指示灯亮,说明副电源正常。遥控开机测电源板与主电路板连接器XP901的⑪⑫脚STB为高电平,则是主电源电路故障。测主电源开关变压器T902的二次侧有无+12V、+16V和+100V直流电压输出。如果测量主电源始终无电压输出,说明主电源未工作。
图5-20 海信2264型二合一电源板检修电路
首先检查主电源N802的⑪⑫脚有无VCC电压输入。如果无VCC电压,故障在开/关机控制电路,检查V832、N833、V916;有VCC电压供电,先查主电源驱动电路N802的⑪、⑪⑮脚有无激励脉冲输出。无脉冲输出,是N802及其外部电路故障;有激励脉冲输出,检查开关管V839、V840组成的半桥式推挽输出电路,检查T902及其二次整流滤波电路。
测量PFC大滤波电容C812、C813两端为+300V,则是PFC电路未工作,一查N810的⑧脚VCC1供电;二查N810的⑦脚激励脉冲。无激励脉冲查N810及其外部电路,有激励脉冲查开关管V810和整流滤波输出电路VD812、C812、C813。
(3)背光灯始终不亮
首先检查LED驱动电路的工作条件。测LED驱动电路OZ9902的②脚的+12V供电、③脚点灯控制电压、⑦脚和⑧脚的亮度调整电压是否正常。LED驱动电路工作条件正常,检查OZ9905的⑪⑳⑫、⑪⑳⑬脚有无激励脉冲输出,无激励脉冲输出,则故障在OZ9902及其外部电路,否则故障在高压形成电路。
(4)背光灯亮后熄灭
如果开机的瞬间,有伴音,显示屏亮一下就灭,是LED驱动保护电路启动所致;如果LED背光灯灯管亮后马上就灭,伴音正常,则是过电流保护所致;如果灯管亮1s后才灭,则是过电压保护电路启动。
3.维修案例
例1不定时“三无”。
分析与检修 当故障出现时,测量副电源无5VS电压输出,确定故障在副电源。检测副电源厚膜集成块N831(A6059H)各引脚电压:①脚为0V;②脚为6.2V;③脚为0V;④脚通电瞬间有跳变电压,随后降为0V;⑤脚在8~10V间波动;⑦、⑧脚为300V。分析测得的数据,副电源无电压输出的原因可能是N831启动后,因④脚电压降低而进入保护状态。N831④脚是取样反馈端,外接稳压电路,怀疑稳压光耦合器N832、三端误差放大器N903性能不良,但替换后故障依旧。后考虑到④脚电压异常也可能是该引脚外接电容C832不稳定漏电所致,更换C832后长时间试机,故障不再出现。
例2开机“三无”,指示灯亮,12V无输出。
分析与检修 开机测试,PFC的输出电压为300V左右,测量主电源无12V、16V和100V电压输出,判断问题在主电源电路。测量主电源N802的⑪⑫脚和PFC电路N810的⑧脚无VCC电压,判断故障在开关机控制电路。检查开关机控制电路,测量STB为高电平,遥控开关机,测量V832的集电极有高低电压变化,但V916的发射极始终无VCC供电输出,而其集电极的20V电压正常,检查相关电路发现光耦合器N833失效,更换N833故障排除。
例3开机1min左右屏幕1/2处变黑。
分析与检修 根据故障现象判断是一组背光驱动电路异常。开机测得量L4P(即LED4+)、L4N(即LED4-)输出端子电压为195V,而L3P(即LED3+)、L3N(即LED3-)输出端子只有109V。说明是第三路LED驱动电路(V925、V926这路)未能正常升压形成LED所需的电压。故障原因有:一是背光控制芯片没有正常的驱动信号送到升压电路中的开关管V925,使V925处于截止状态,因此不能升压;二是开机瞬间有驱动信号驱动了V925,并能进行升压,但由于LED负载故障使反馈信号异常,迫使背光控制芯片保护而停止输出驱动信号,使V925截止无输出,升压停止。
为了验证这个问题,再次监测L3P(LED3+)、L3N(LED3-)电压,发现L3P(LED3+)端在开机瞬间达到了300V,判断是LED驱动电压输出电路或灯条断路而使输出电压过高引起的保护。检查LED驱动电压输出接口XP905,发现限流电阻R955脱焊。补焊后试机,故障排除。
下面以康佳KIP+L110E02C2型电源、LED背光驱动电路二合一板为例介绍由FAN7530+FSGM300+FSFR1700+OZ9906为核心构成的电源、LED背光驱动二合一板电路工作原理与故障检修方法。
康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板是专为LED背光源液晶彩电设计的,主要应用在康佳LED32HS11等多种型号的液晶彩电中。该板输入电压:交流100~240V、3.15A、50Hz/60Hz。输出电压有:+5.1V 4.0A MAX;+12.2V 4.0A MAX;+146V0.24A MAX。
1.电源板实物图解
康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板实物如图5-21和图5-22所示。
2.电路组成框图
康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板电路组成框图如图5-23所示。该电路板整体电路可分为开关电源电路及LED背光驱动电路两大部分,其中开关电源电路这部分包括300V形成电路、副电源电路、PFC电路和主电源四个电路单元。
300V形成电路将220V交流市电整流得到300V左右电压,送到PFC电路。副电源电路采用FSGM300,输出5V电压,为主板系统控制电路提供+5V待机电压,同时输出18V左右的VCC电压,给PFC控制芯片及主电源厚膜IC提供VCC工作电压。PFC电路控制器采用FAN7530,开机后输出380V左右的PFC电压,送到副电源和主电源电路。主开关电源采用FSFR1700,输出146V、12V两路电压,分别供LED驱动电路及主板小信号电路使用。LED驱动电路使用了一片OZ9906,输出点亮LED所需的电压(两路输出)。
图5-21 康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板正面元器件分布图
图5-22 康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板背面元器件分布图
图5-23 康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板电路组成框图
1.PFC电路、副电源和主电源
该二合一电源板的PFC电路、副电源如图5-24所示,主电源和保护电路如图5-25所示,这些部分与康佳KPS+L180C3-01型电源板(第三章第二节介绍过)的相似,这里不再赘述,读者自行分析。
2.LED背光驱动电路
康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板的LED驱动模块采用凹凸公司出品的OZ9906作为驱动电路的控制芯片。模块电路采用恒定电流方式驱动LED负载,因此输出电压会随LED负载的正向电压变化而变化做自动调整。
提示与引导 由于主电源输出的+146V电压高于LED串所需的驱动电压,因此该模块的电路没有升压(BOOST)部分,只有降压开关模式(BUCK)平衡电路部分。
(1)OZ9906简介
OZ9906的特点是,采用开关电源方式做电流平衡,效率极高,可达98%;可以支持六路高电压大电流LED串;采用扩频技术,有效减少EMI问题;支持多种模拟调光和PWM调光等调光方式;集成多种保护功能。OZ9906引脚功能和维修数据见表5-6。
图5-24 康佳KIP+L11OE02C2型二合一电源板的PFC电路和副电源电路
图5-25 康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板的主电路和保护电路
表5-6 OZ9906的引脚功能和维修数据
OZ9906在康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板中的应用电路如图5-26所示。
(2)背光控制芯片的供电电路
当+146V电压正常时,U7001①脚电压建立,U7001③脚到②脚有电流流过,Q7001导通,主电源输出的12V电压经Q7001向背光控制芯片N7101⑨脚供电。
(3)启动控制
二次开机后,主板送来的背光开/关控制信号BKLT_ON为高电平,从插座XS956的②脚输入电源板,经R7007送至N7101②脚(ENA),N7101开始工作,内部的振荡器以⑪⑳⑬脚设定的工作频率振荡,通过驱动电路放大后,从⑦脚、⑪脚输出PWM开关驱动信号,作为Q7101、Q7102的驱动信号。
图5-26 OZ9906在康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板中的应用电路
提示与引导OZ9906有六路DRV驱动脉冲输出,但康佳KIP+L110E02C2型二合一板只应用了⑦脚、⑪脚两路输出。
(4)稳压控制电路
因LED对电流要求严格,因此本LED驱动电路采用了开关模式稳压器来实现LED电流的恒定控制。这种稳压电路也可称为LED恒流电路或LED平衡电路。
开关模式稳压器由MOS管(Q7101、Q7102)、电感(L7101、L7102)、肖特基二极管(D7101、D7102)和N7101的DRV引脚(⑦脚、⑪脚)组成,如图5-27所示。
当加到Q7101栅极的驱动脉冲为高电平时,Q7101导通,电流经+146V→LED灯条→L7101→Q7101→R7171∥R7172→地。当驱动脉冲为低电平时,Q7101截止。R7171、R7172为电流取样电阻。N7101⑪⑯脚为灯条电流反馈输入引脚,对大功率MOSFET开关管Q7101的漏极电流即灯条电流进行检测,以便实现恒流控制。R7171、R7172形成的电压降反馈到N7101⑪⑯脚,N7101根据⑪⑯脚电压的高低调整DRV脚输出脉冲信号的占空比,进而控制开关管Q7101导通时间,从而控制电感线圈L7101储能时间,也就控制了L7101两端电压的大小,最终控制了加至LED灯条两端的驱动电压大小。由于LED灯是电阻性负载,通过控制LED灯串的电压就可以达到控制LED灯电流的目的。
通过稳压控制电路,保证LED灯条的工作电流稳定为设定电流值(60mA或120mA),使背光亮度符合要求。
图5-27 稳压控制电路
(5)背光灯亮度调整
当需要调整亮度时,由主板上的微处理器产生的调光控制信号送到电源板的连接器XS956中③脚(PWM/ADIM端)。该控制信号送到N7101的⑪⑳⑰脚,经内部电路处理后,通过控制N7101⑦脚、⑪脚输出的驱动脉冲占空比,从而达到控制亮度的目的。
(6)保护电路
LED驱动电路中设计了完善的保护电路,以便防止LED灯条因过电流、过电压等原因而损坏,同时也可避免灯条损坏后对电路的影响。
1)LED灯条过电流、断路保护电路。N7101的ISEN引脚还具有过电流保护、LED开路保护的功能。在MOS管导通期间,当任何ISEN引脚(ISEN1~ISEN6)电压超过大约0.5V时,相应的DRV引脚将关闭。OZ9906有6只ISEN引脚,但康佳KIP+L110E02C2型二合一板只有两路LED驱动电压输出,因此只用了⑪⑯、⑪⑱脚两ISEN引脚,其他的ISEN引脚是拉至基准电压VREF,可将相应的控制电路排除在外。
当LED灯条出现短路故障,或由于其他原因导致LED灯条电流异常增大时,经过电流取样电阻R7171、R7172反馈给N7101⑪⑯脚的电压也随之变高。当LED灯条内部出现断路,或是电路板LED驱动输出插座与灯条之间接触不良时。LED灯条无电流流出,使电流取样电阻R7171、R7172上没有电压产生,反馈给N7101⑪⑯脚的电压也随之变低。
N7101⑪⑯、⑪⑱脚的电压高于最大的保护电压阈值或低于最小的保护电压阈值时,N7101内部的保护电路都会启动,关闭⑦脚、⑪脚驱动信号的输出,MOSFET管Q7101、Q7101不再工作,从而实现对LED的灯条过电流、断路保护。同时,N7101还从⑤脚(STATUS,LED状态输出引脚)由高电平变为低电平,使Q7003截止,Q7003的D极为高电平。该高电平经R967、D954送到主开关电源保护电路,向模拟晶闸管电路Q954基极送入高电平触发电压,模拟晶闸管电路被触发导通,将开/关机控制电路光耦合器U902的①脚电压拉低,与关机控制相同,光耦合器U902的发光二极管不能发光,光敏晶体管不导通,进而控制QB901截止,切断了PFC控制芯片和主电源厚膜块的VCC电压,PFC电路和主电源停止工作,整机进入待机保护状态。
提示与引导 LED驱动电路发生故障以及LED灯条开路、短路等,都可能引起主电源进入保护状态,表现为开机瞬间主电源有+12V、+146V电压输出,但随后降为接近0V。
2)延时保护电路。在N7101内部还有一个延时保护电路,由N7101⑪⑳⑭脚的内部电路和外接电容C7109组成。当收到各保护电路送来的起控电压时,保护器不会立即动作,而是让起控电压对C7109进行充电。当充电电压达到延时保护器设置的阈值时,延时保护器才向后级驱动电路输出关断控制信号,从而实现延时保护。这样可以有效地避免电路出现的误保护现象,也就是说,只有出现持续的保护电压时,保护电路才会动作。
1.摘板维修方法
康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板可以从液晶彩电上摘下独立维修,维修时只需将开/关机控制信号(PS_ON)输入端通过一只1k左右的电阻连接到副电源的+5V输出端,电源板就处于开机状态,主、副电源各路电压均有输出。
图5-28 强制打开电源和背光电路的接线方法
维修LED驱动电路部分故障时,由于OZ9906具有LED灯条断路保护功能,因此必须接上屏上的灯条或假负载(可以采用220V、25W的白炽灯作为假负载,每路接一只灯泡)。同时,由于LED驱动电路需要主板送来点灯控制电压(BLKT_EN)和调光控制信号(PWM/ADIM)才能正常工作,因此可用一只10k左右的电阻将XS956的BLKT EN输入端与副电源的+5V输出端相连接,为OZ9906的②脚芯片使能引脚(ENA)提供一个高电平;用一只27k左右的电阻将XS956的调光控制信号(PWM/ADIM)输入端与副电源的+5V输出端相连接,为OZ9906的⑪⑳⑰脚(PDIM)调光信号输入端提供一个固定的控制电压,VSYNC输入端不用连接,如图5-28所示。
2.常见故障维修思路、方法及检修流程
康佳KIP+L110E02C2型二合一电源板发生故障,主要引发不开机、开机“三无”、开机黑屏故障,可通过观察待机指示灯是否点亮、测量关键的电压、解除保护的方法进行维修。
(1)待机指示灯不亮
若指示灯不亮,故障一般在副电源电路中。首先测量PFC电路输出滤波电容CF913、CF919两端是否有待机300V电压,若无电压,则故障在市电输入抗干扰电路和市电整流滤波电路,先检查熔断器F901是否熔断。
如果熔断器F901已经熔断,说明开关电源存在严重短路故障,主要对以下电路进行检测:一是检查压敏电阻Z901和交流抗干扰电路CY901~CY904、CX901、CX903和整流滤波电路元器件BD901、CF902、CF903是否击穿漏电;二是检查PFC电路开关管QF902是否击穿;三是检查主电源厚膜电路FSFR1700的①脚内部开关管是否击穿;四是检查副电源厚膜集成块FSGM300N是否击穿,如果击穿,继续查与TB901的②-④绕组并联的尖峰吸收电路元器件DB901、CB90l、RB914。
若主电源厚膜电路FSFR1700损坏,一是检查CW911是否损坏,如果损坏需选用2kV的优质电容。CW911串联谐振电容既是隔直电容又是谐振电容,它用于存储谐振的能量,由于谐振的能量取决于输出功率,谐振电容的容量越小,其电压就越高;而且还提供谐振电路,给软开关提供最佳开关点,降低开关功耗。如果CW911损坏,FSFR1700很快也会损坏。二是检查FSFR1700的⑨脚外部的供电电路DW905以及②脚外部稳压电路光耦合器UW903。
如果测量熔断器F901未熔断,测量副电源有无+5V电压输出。若无输出,检测副电源UB902及其外部电路元器件,如果测量UB902正常,先断开市电欠电压保护电路中的QB904以及5V电压输出过电压保护电路(U957),然后检测UB902各个引脚的电压是否正常,进一步检测各部分外围电路;5V电压在不正常范围内,检测稳压电路UB951、UB952及相关元器件有无异常。副电源的输出端的负载电路发生严重短路故障,也会造成副电源无电压输出。该故障的检修流程如图5-29所示。
图5-29 待机指示灯不亮故障检修流程
(2)待机指示灯亮,但不开机
指示灯亮,说明副电源正常。在按遥控“POWER”键时测量连接器有无PS_ON开机高电平。若无开机高电平,故障在微处理器控制系统;若有开机高电平,测主电源开关变压器TW902的二次侧有无146V、12V直流电压输出。如果测量主电源始终无电压输出,说明主电源未工作,由于主电源380V供电由PFC电路提供,主电源VCC2供电由PFC输出电压控制,先查PFC输出端大滤波电容CF913的电压是否正常,如果仅为300V左右,则PFC电路未工作,检查PFC驱动电路UF901的⑧脚有无VCC1电压。若无VCC1电压,则检查开/关机控制电路Q952、U902、QB901;若有VCC1电压,则检测DF902是否短路损坏,检测PFC控制集成电路UF901的⑦脚(DRV)输出的驱动波形是否正常,若异常更换UF901试试。
PFC输出380V电压正常,检查主电源FSFR1700的⑦脚有无VCC供电,若无VCC供电,检查QW902、QW903等组成的VCC2控制电路,检测UW902各个引脚的电压是否正常,进一步检测各部分外围电路;若UW902已损坏,更换新集成电路。
12V/146V电压不在正常范围内,检测稳压电路U952、UW903及相关元器件有无异常。如果12V/146V只有其中一路异常,检测此路的整流滤波电路元器件是否异常。
该故障的检修流程如图5-30所示。
图5-30 待机指示灯亮,但不开机故障检修流程
(3)自动关机
发生自动关机故障原因有:一是开关电源接触不良;二是保护电路启动,主电源保护电路、LED背光部分保护电路启动都会出现这种现象。对于后者,维修时可采取测量关键的电压判断是否保护电路动作,怀疑有关保护电路出问题时可去掉相应的保护电路来判断故障部位。
在开机的瞬间,测量保护电路的模拟晶闸管Q954的B极电压,该电压正常时为低电平(0V)。如果开机时或发生故障时Q954的B极电压变为高电平(0.7V)以上,则是以模拟晶闸管为核心的过电流、过电压保护电路启动。检测U956的⑧脚是否输出高电平,如果由正常时的低电平变为高电平,则是过电流保护电路启动;检测R967与D954相连端是否为高电平,如果由正常时的低电平变为高电平,则是背光部分的保护电路启动。若不是这两种情况,则是过电压保护电路启动。
对于过电流保护:一是检查U956A/B/C及其周围电路;二是检查过电流取样电阻RW951、RW952是否阻值变大。
对于过电压保护:一是检查引起过电压的主电源稳压控制电路U952、UW903;二是检查过电压保护取样电路ZD951、ZD952是否漏电。
对于背光驱动电路部分引起主电源保护:一是检查LED灯条是否开路、短路,LED驱动电压输出接口XS7101是否接触不良;二是检查OZ9906⑤脚外接的元器件Q7003、R7017、R7018是否开路、损坏。如果不是这两种故障,需对MOS开关管Q7101、Q7102和背光控制芯片OZ9906及其外围电路进行仔细检查。
确定保护之后,可采用解除保护的方法,通电测量开关电源输出电压,确定故障部位。为了防止开关电源输出电压过高,引起负载电路损坏,建议先接假负载测量开关电源输出电压,在输出电压正常时,再连接负载电路。
全部解除保护:将模拟晶闸管Q954的B极对地短路。
逐路解除保护:断开R967后开机测试,如果开机不再保护,则是背光驱动部分引起的保护;断开D952后开机测试,如果开机不再保护,则是12V/146V过电流保护电路引起的保护;否则是过电压检测电路引起的保护。
该故障的检修流程如图5-31所示。
(4)背光灯始终不亮
首先检查LED驱动电路的工作条件。测背光控制芯片OZ9906⑨脚的+12V供电、②脚的点灯控制电压、⑪⑳⑰脚的亮度调整电压是否正常。若⑨脚无+12V电压,检查由Q7001、U7001等构成的供电电路。查LED驱动电路工作条件正常,检查OZ9906的⑦、⑪脚有无激励脉冲输出,若无激励脉冲输出,则故障在OZ9906及其外部电路,否则故障在Q7101、Q7102等构成的LED电流平衡控制电路以及LED灯条。要注意检查XS956、XS7101两个接插件。
(5)背光灯亮后熄灭
如果开机的瞬间,显示屏亮一下就灭(背光灯亮后熄灭会引起自动关机),则是LED背光驱动部分保护电路启动所致。这部分的保护电路是通过OZ9906检测从⑪⑯、⑪⑱脚输入的LED灯条电流反馈信号,再从⑤脚输出LED状态检测信号,用于控制主电源保护电路。检修时,可在开机后保护前的瞬间通过测量OZ9906的⑪⑯、⑪⑱脚电压判断保护电路是否启动。如果⑪⑯、⑪⑱脚电压异常,则可判断电流反馈电路引起保护(在MOS管导通期间,当任何OZ9906的ISEN引脚电压超过大约0.5V时,相应的DRV引脚将关闭,同时⑤脚由正常时的高电平变为低电平,实施保护。ISEN引脚电压为0V,也会保护)。
图5-31 自动关机故障检修流程
3.维修案例
例1有伴音,但黑屏。
分析与检修 有伴音,说明主电源工作正常,黑屏是由于LED背光电路不工作所引起的。首先测量主电源送到背光电路的+12V、+146V电压正常。接下来检查背光控制芯片OZ9906的工作条件。经查OZ9906的⑨脚无12V供电电压,而芯片使能(ENA)②脚为高电平,正常,调光信号输入⑪⑳⑰脚(PDIM)的电压能够受微处理器控制且可调,也正常,故障是OZ9906供电的问题。测量供电电路中Q7001各极电压,E极为12.5V正常,但B极为12.5V异常(正常应为11.9V),C极为0V异常(正常应有12.4V电压输出),说明Q7001没有导通。接着检查U7001,测得其①脚(R端)电压约为0V,正常应为2.2V左右。U7001①脚电压是由+146V经R7005、R7004与R7003分压得到的,于是检查分压电阻。但经检查分压电阻无问题,故怀疑C7002击穿或漏电。焊下C7002测量,已严重漏电。用0.1μF贴片电容更换后,通电试验,OZ9906的⑨脚已有12.4V电压,且背光正常点亮,故障排除。
例2二次开机后,背光一闪即灭,并自动关机。
分析与检修 液晶彩电屏幕能亮,说明液晶彩电控制电路等基本正常,故障可能是电源保护、主电源自身保护、LED背光保护都会引起本故障。
监测主电源+12V、+146V输出电压,开机瞬间有正常电压输出,但几秒后降为接近0V,说明主电源保护,停止工作。再测主电源模拟晶闸管保护电路中的Q954基极电压为0.7V,说明模拟晶闸管已被触发导通。为了判断故障范围,断开LED背光保护(断R967)后,主电源+12V、+146V输出电压恢复正常,背光也能亮,且不保护,判断是LED背光电路故障引起的主电源保护。
测量OZ9906的⑪⑯、⑪⑱脚(ISEN引脚)电压约为0.4V基本正常,说明LED灯条没有过电流、开路现象。再测OZ9906的⑤脚(LED状态输出引脚)电压为高电平(2.5V),正常。测Q7003各极电压,D极电压为4.9V异常(正常应为0V),G极电压为0V异常(正常应为2.5V),说明Q7005截止。检查Q7003的G极与OZ9906的⑤脚之间的电阻R7017正常,但发现Q7003的G极至R7017间的印制电路断裂。用细导线将Q7003的G极与R7017接通并恢复R967后,故障排除。
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