第一节 液晶彩电电源板的种类与特点
液晶彩电采用了液晶器,内部空间狭窄,其负载电路信号处理显示屏主板和背光灯逆变器板均为低电压供电,常见供电范围为3.3~28V,由于供电电压低,同样的输出功率,需要较大的输出电流。为此液晶彩电的电源板与传统CRT彩电电源相比,不仅外形设计扁平、输出电压低、输出电流大,而且采用了新技术、新工艺、新器件,确保电源板为液晶彩电功能电路提供稳定的供电。
液晶彩电电源板的型号和种类繁多,其工作原理大同小异。电源板的电路构成既有与CRT彩电电源的相同部分,也有与CTR彩电电源的不同部分。相同部分是都设有市电输入抗干扰电路、市电整流滤波电路、振荡与驱动电路、大功率开关管、开关变压器与二次整流滤波电路等。不同部分一是液晶彩电电源板为了提高电源的效率和抗干扰能力,多设有PFC(功率因数校正)电路;二是在大功率电源板中,主电源输出电路往往采用半桥式推挽电路;三是开关机控制电路往往采用控制PFC和主电源驱动电路VCC供电的方式;四是为了保证电源电路的可靠工作,设有完善的过电流、过电压、过载、过热保护电路,且保护电路多采用切断开关机控制电路输出VCC电压的方式。
由于液晶彩电的厚度较薄,需要电路板采用薄形设计,开关电源板也不例外。因此,在液晶彩电的开关电源中,一方面将大容量电解电容采用卧式安装;另一方面采用双面电路板及贴片元器件,以减小开关电源板的面积,降低元器件的高度。以创维40L98SW液晶彩电电源板为例,图1-1是该电源板上面元器件实物图,与CRT彩电电源相同,将大功率开关管、变压器、线圈、电阻等体积大的元器件安装到电路板上面;图1-2是该电源板下面元器件实物图,除了与CRT彩电电源相同的铜箔走线之外,不同之处是将驱动控制电路、小型电阻、电容等贴面元器件安装在铜箔走线之间。
一、液晶彩电电源板的种类
液晶彩电的电源板电路均是并联型开关电源电路。根据在液晶彩电中位置的不同,开关电源可分为外置电源、内置电源和整合电源三种。
(一)单一电源型
1.电路结构和特点
单一电源型电源板就是只有一个开关电源电路,多输出一种12V电压,也有一些电源板输出18V、24V、28V电压,其输出的直流电压通过插接口送到主板和背光灯板,由主板的DC-DC变换器变换后,再产生整机小信号处理电路所需的5V、3.3V、2.5V、1.8V等几路电压,为主板控制系统和小信号处理电路供电。
图1-1 创维40L98SW液晶彩电电源板上面元器件实物图解
图1-2 创维40L98SW液晶彩电电源板下面元器件实物图解
单一电源型电源板分为外置型和内置型两种,外置型单一电源板是指电源板安装在液晶彩电外部电源盒中,如图1-3所示,通过连接线及插头与液晶彩电连接,将输出电压送到电视机中,这种开关电源一般称为电源适配器。内置型单一电源板安装于液晶彩电内部适当位置,通过连接线及插头将输出电压送到电视机内部的主板、背光灯板电路。图1-4是厦华LC-19HC56、LC-22HC40液晶彩电采用的型号为569HV0320C内置型单一电源板实物图解。图1-5是型号为569HV0320C内置型单一电源板电路组成框图。该电源板由两部分组成:一是市电抗干扰整流滤波电路,滤除市电干扰脉冲,并将AC220V市电整流滤波,产生300V直流电压,为主、副电源供电。二是以厚膜电路MR400(N501)、变压器T501为核心的开关电源电路,将300V直流电压转换为12V和7.5V电压,12V电压为背光灯电路供电;7.5V电压经DC- DC变换器产生5V-1和3.3V低压,为主板控制系统和小信号处理电路供电,待机控制采用控制DC-DC变换器的方式。
图1-3 外置型电源盒实物图
外置型和内置型两种单一电源型电源板电路简单、功率小,与CRT彩电电源板电路相似,只是输出电压降低,常应用于小屏幕液晶彩电中。
图1-4 厦华569HV0320C内置型单一电源板实物图解
2.故障维修提示
单一电源型电源板发生故障无电压输出时,首先区分是抗干扰和整流滤波电路故障还是开关电源电路故障。区分的方法是测量+300V滤波电容两端电压,无300V电压,故障在抗干扰和市电整流滤波电路,如果测量熔丝熔断,需要排除电源板短路、漏电故障;有300V电压,故障在开关电源电路,检查启动电路、厚膜电路、变压器及其二次整流滤波电路。
图1-5 厦华569HV0320C内置型单一电源板电路组成框图
(二)副电源+主电源组合型
1.电路结构和特点
副电源+主电源组合型电源板是在单一电源型电源板基础上增加了副电源。图1-6是海尔L32R1、L32F1液晶彩电采用的HRPS32-184副电源+主电源组合型电源板实物图解;图1-7是型号为HRPS32-184副电源+主电源组合型电源板电路组成框图。
该电源板由三部分组成:一是市电抗干扰整流滤波电路,滤除市电干扰脉冲,并将AC220V市电整流滤波,产生300V直流电压,为主、副电源供电;二是以集成电路NCP1014AP56G(U3)、变压器T3为核心组成的副电源,产生+5V、+15V和VCC电压,+5V电压为主板控制系统供电,+15V电压经开关机电路控制后,为主电源驱动电路供电,VCC电压为副电源U3供电;三是以集成电路NCP1377B(U1)、变压器T1为核心组成的主电源,产生+24V电压,为背光灯逆变器板供电,同时经DC-DC变换电路LM34167(U2)将+24V电压降压为+12V,为主板小信号处理电路供电。
副电源+主电源组合型电源板通电后,AC220V市电经抗干扰电路和整流滤波电路后,产生的300V电压首先送到副电压电路,副电源首先工作,产生+5V电压和VCC电压,+5V电压为主板控制系统供电,控制系统进入工作状态,指示灯点亮;遥控开机后,控制系统输出高电平开机电压,控制开关机为主板驱动电路(或厚膜电路)提供VCC供电,主电源启动工作,为主板小信号处理电路、伴音功放电路、背光灯板提供所需12V或24V工作电压。
2.故障维修提示
副电源+主电源组合型电源板发生故障时,引起无光栅、无伴音、无图像的三无故障,其故障现象有两类:
一是引起开机三无,指示灯不亮故障,其故障范围在市电抗干扰、整流滤波电路和副电源电路。区分方法是测量整流滤波电路300V滤波电容两端电压,无300V电压,故障在抗干扰和市电整流滤波电路;有300V电压,故障在副电源电路,检查副电源启动电路、驱动电路或厚膜电路、变压器及其二次整流滤波电路。
二是引起开机三无,指示灯亮故障,其故障范围在主电源和开关机控制电路。区分方法是测量主电源驱动电路(或厚膜电路)的VCC供电,无VCC供电,故障在开关机控制电路和VCC整流滤波电路;有VCC供电,故障在主电源电路,检查主电源驱动电路或厚膜电路、变压器及其二次整流滤波电路。
图1-6 海尔HRPS32-184副电源+主电源组合型电源板实物图解
图1-7 海尔HRPS32-184副电源+主电源组合型电源板电路组成框图
(三)PFC电路+副电源+主电源组合型
1.电路结构和特点
PFC电路常用于大屏幕液晶彩电电源板中,该电路串联在市电整流滤波电路和主电源之间,将整流滤波后的供电电压和电流校正为同相位,提高功率因数,减少电源干扰,并将主电源的供电电压提升到370~400V。PFC电路可与单一电源型电源板组合,也可与副电源+主电源组合型电源板组合。
PFC电路+副电源+主电源组合型电源板,是在副电源+主电源组合型电源板基础上增加了PFC电路。图1-8是长虹LT52720F、LT52900FHD(L08)、LT52900FHD(L09)ITV55820D、IVT55820D(L14)等LM24机心、LS20A机心、LS20A+IT02机心等大屏幕液晶彩电采用的HS488-4N01PFC电路+副电源+主电源型电源板实物图解;图1-9是型号为HS488-4N01PFC电路+副电源+主电源组合型电源板电路组成框图。
图1-8 长虹HS488-4N01 PFC电路+副电源+主电源组合型电源板实物图解
该电源板由四部分组成:一是市电抗干扰整流滤波电路,滤除市电干扰脉冲,并将AC220V市电整流滤波,产生100Hz峰值300V脉动电压,送到PFC电路;二是以集成电路
图1-9 长虹HS488-4NO1 PFC电路+副电源+主电源组合型电源板电路组成框图
NCP1653ADR2G(U2)、储能电感T2、T3、开关管Q7~Q9为核心组成的PFC电路,将整流滤波后的市电校正后提升到400V为主电源供电;三是以集成电路NCP1271A(U1)、变压器T1为核心组成的副电源,产生+5VS和VCC电压,为主板控制系统以及PFC驱动电路、主电源驱动电路供电,其中+5VS电压经Q3控制后,产生5V电压,为主板小信号处理电路供电;四是以集成电路NCP1396(U3)、半桥式输出电路开关管Q13、Q15、变压器T4、T5为核心组成的主电源,产生+24V-Ⅰ、+24V-Ⅱ、+12V三组电压,为主板和逆变器板供电。
由于该电源板为大屏幕液晶彩电电源供电,设有PFC电路,提高开关电源的功率因数,不仅可以节能,还可以减少电网的谐波污染。主电源采用半桥式推挽输出电路,为了提高输出功率,PFC电路设有两个储能电感和三个PFC开关管,主电源设有两个主电源输出变压器。
开关机采用控制PFC电路和主电源驱动电路VCC供电的方式。通电后,AC220V市电整流滤波后的100Hz脉动电压,经PFC电路为PFC滤波电容充电,产生待机状态300V电压为副电源供电,副电源首先工作,产生+5VS和VCC电压,+5VS电压为主板控制系统供电,指示灯点亮;遥控二次开机后,开关机控制电路将副电源产生的VCC电压送到PFC驱动电路U2和主电源驱动电路U3,PFC电路和主电源启动工作,PFC电路将供电电压提升到400V,为主电源供电,同时将副电源工作电压提升到400V;主电源启动工作后,将400V供电转换为+24V-Ⅰ、+24V-Ⅱ、+12V三组电压,为主板和逆变器板供电。
2.故障维修提示
PFC电路+副电源+主电源组合型电源板发生故障时,引起无光栅、无伴音、无图像的三无故障,其故障现象有两类:
一是引起开机三无,指示灯不亮故障,其故障范围在市电抗干扰、整流滤波电路和副电源电路。区分方法是测量PFC滤波电容E10、E11两端待机状态的300V电压,无300V电压,故障在抗干扰和市电整流滤波电路;有300V电压,故障在副电源电路,检查副电源启动电路、驱动电路或厚膜电路、变压器及其二次整流滤波电路。
二是引起开机三无,指示灯亮故障,其故障范围在PFC电路、主电源和开关机控制电路。区分方法是:遥控开机后,测量PFC滤波电容E10、E11两端电压,该电压待机状态为300V,遥控开机后上升到400V,如果该电压仅为300V,则是PFC电路或开关机控制电路故障。测量PFC驱动电路U2的8脚或主电源驱动电路U3的12脚VCC供电,无VCC供电,故障在开关机控制电路和VCC整流滤波电路;有VCC供电,故障在PFC电路。如果PFC电路输出的400V和开关机控制电路输出的VCC电压正常,故障在主电源电路。检查主电源驱动电路、半桥式输出电路开关管Q13、Q15、变压器T4、T5及其二次整流滤波电路。
需要注意的是:带有PFC电路的电源板,有的主电源具有PFC输出电压检测电路,当PFC电路不工作或输出电压过低时,主电源据此停止工作;而有的主电源没有PFC输出电压检测电路,当PFC电路不工作或输出电压降低时,主电源照常工作,只是带负载能力稍有降低,甚至不影响电源板的正常工作。当遇到后者PFC电路发生不工作故障,输出电压降低时,由于技术和元器件问题无法维修时,可暂时不予维修。
(四)电源+背光灯电路组合型
1.电路结构和特点
电源+背光灯电路组合型电源板,就是在上述几种类型电源板基础上,增加了背光灯逆变器电路,将电源电路与背光灯高压逆变器电路制作在一个电路板上,常称为整合板或IP板。上述电源板与背光灯逆变器可组成单一电源+背光灯二合一板、副电源+主电源+背光灯二合一板、PFC电路+副电源+主电源+背光灯二合一板、PFC电路+主电源+背光灯二合一板多种组合方式。
图1-10是创维32L01HM、32S16IW液晶彩电采用的5800-P32TQF-0030 PFC电路+副电源+主电源+背光灯二合一板实物图解;图1-11是5800-P32TQF-0030 PFC电路+副电源+主电源+背光灯二合一板电路组成框图。
图1-10 创维5800-P32TQF-0030 PFC电路+副电源+主电源+背光灯二合一板实物图解
创维5800-P32TQF-00×××二合一板开关电源电路由四部分组成:一是市电抗干扰整流滤波电路,滤除市电干扰脉冲,并将AC220V市电整流滤波,产生100Hz峰值300V脉动电压,送到PFC电路;二是以厚膜电路FSQ110(U8)、T5为核心组成的副电源,为主板上微处理器控制系统提供+5V供电,同时为PFC电路和主电源驱动控制PWM电路提供18V左右的VCC工作电压;三是以驱动控制电路FAN7530(U3)和大功率MOSFET(开关管)Q5、储能电感T2为核心组成的PFC电路,校正后为主电源和背光灯升压输出电路提供约380V的工作电压;四是以驱动控制和大功率厚膜电路FSQ0565R(U1)、变压器T1为核心组成的主电源,为负载电路提供+12V、+24V的电压。
背光灯逆变器电路主要由背光控制电路U5(FAN7316)、激励电路U6(FAN7382)、高压形成电路三大部分组成。二次开机后,主电源输出的12V电压经R118、R119限流为VCC1送到U5的11脚;电源部分热地端输出的VCC3电压送到U6的1脚,为推动电路供电,PFC电路输出的+380V电压为推挽输出电路Q7、Q8供电;开机ON/OFF高电平经R69送到U5的7脚ENA使能控制端,U5启动工作,从9脚和13脚输出驱动脉冲信号,经输入变压器T3隔离转换后,二次侧得到的激励脉冲分为两组送到U6的2、3脚,经U6放大后,从7、5脚输出,激励MOSFET(开关管)Q7、Q8交替导通,工作于开关状态,其脉冲电流在输出变压器T4产生感应电压,T4二次感应电压送到升压变压器TS1~TS3的一次侧,经过变压器升压后,从二次高压绕组产生交流高压,将背光灯灯管点亮。
图1-11 创维58OO-P32TQF-OO3O PFC电路+副电源+主电源+背光灯二合一板电路组成框图
开关机采用控制PFC电路U3和主电源U1驱动电路供电的方式。接通市电电源后,副电源首先工作,产生VCC和+5V电压,其中+5V电压为控制系统提供电源。二次开机后开关机控制电路将VCC电压送到U3和U1驱动电路,PFC电路启动后为主电源和电源板上的背光灯逆变器升压输出电路提供370~400V电压,主电源再次启动工作,为主板负载电路和电源板上的背光灯驱动控制电路供电,进入开机状态。
该类型电源板与上两种类型电源板相比,最大的区别是:这种电源板送给逆变器的供电电压并不是+24V或+12V,而是市电整流滤波及PFC变换后的370~400V直流电压。逆变器将370~400V通过DC-AC升压达到灯管所需高压,省去了24V转换,减少了功率损耗,从而提升了系统能效,减少了电源板的发热量,降低了总成本,但这种方案对逆变器上元器件的耐压提出了更高的要求。目前,这种电源板应用在新型液晶彩电或小屏幕液晶彩电中。
2.故障维修提示
PFC电路+副电源+主电源+背光灯电路组合型电源板发生故障时,一是引起无光栅、无伴音、无图像的三无故障,其故障现象有两类,其维修步骤和维修方法参见上面PFC电路+副电源+主电源组合型电源板的故障维修提示。二是产生有伴音、无光栅的故障,主要是背光灯逆变器电路发生故障,其无光栅故障现象主要有两种:
一种故障现象是显示屏始终不亮,引起故障的原因一是背光灯逆变器的工作条件不具备,维修时,首先检查背光灯逆变器与主电路板的连接器输入电源供电电压、ON/OFF点灯启动电压、亮度调整电压是否正常。如果电源供电电压不正常,检查电源板相关供电电路,如果ON/OFF点灯启动电压、亮度调整电压不正常,故障在主电路板控制系统,首先排除开关电源板和主电路板相关电压的产生和控制电路故障。需要注意的是,当背光灯板的MOSFET(开关管)、滤波电容、升压变压器发生短路、击穿故障,造成熔丝熔断,也会造成工作条件不具备,维修时应首先排除短路漏电故障。如果逆变器的工作条件不正常,可采用模拟工作条件进行维修:逆变器板供电不正常,可寻找电压和供电电流等指标符合的电源板,单独为逆变器供电;将逆变器连接器的ON/OFF引脚与5V供电电压相连接,模拟ON/OFF点灯启动电压;将连接器的亮度调整引脚通过适当电阻与供电电压相连接模拟亮度调整电压。模拟工作条件后,进行通电开机实验,观察背光灯是否被点亮,若背光灯能正常点亮,则判定逆变器板正常,故障在其他组件;如背光灯不能点亮或点亮后马上熄灭,可判定故障在逆变电路部分或CCFL背光灯管。
另一种故障现象是显示屏亮一下就灭,引起故障的原因是逆变器保护电路启动所致。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,则是过电压保护所致。维修时,一是直接检测容易引起保护电路启动的升压变压器、背光灯连接器、过电流、过电压检测分压电路;二是测量背光灯驱动电路保护引脚电压,判断是否保护,然后采取解除保护的方法进行维修。
(五)LED彩电电源超薄型
1.电路结构和特点
LED彩电电源超薄型电源板,其电路组成和上述普通液晶彩电电源板基本相同。根据LED显示屏大小和功率需求,电源板类型可以是单一电源型、副电源+主电源组合型、PFC电路+副电源+主电源组合型、PFC电路+主电源组合型多种组合方式。由于LED背光灯与CCFL背光灯供电电压不同,LED彩电电源超薄型电源板为背光灯电路的供电电压在几十伏到200V之间,主板和伴音功放电路的供电电压与上述CCFL背光灯液晶彩电电源板相同。
由于LED电源板安装于超薄机型的内部,受电视机狭窄空间的限制,该电源板大多采用矮平元器件和贴片元器件,对于体积较高的电容等元器件,采用平躺安装,避免高度过高。图1-12是海信TLM42T69GP、TLM42T08GP、TLM47T08GP大屏幕LED彩电采用的RSAG7.820.1535PFC电路+副电源+主电源组合型电源板实物图解;图1-13是型号为RSAG7.820.1535PFC电路+副电源+主电源组合型电源板电路组成框图。
图1-12 海信LED彩电RSAG7.820.1535 PFC电路+副电源+主电源组合型电源板实物图解
图1-13 海信LED彩电RSAG7.82O.1535 PFC电路+副电源+主电源组合型电源板电路组成框图
该电源板由四部分组成:一是市电抗干扰整流滤波电路,滤除市电干扰脉冲,并将AC220V市电整流滤波,产生100Hz峰值300V脉动电压,送到PFC电路;二是以集成电路NPC33262(N801)、开关管VZ801、储能电感L805为核心组成的PFC电路,将整流滤波后的市电校正后提升到+380V为主、副电源供电;三是以集成电路NPC1207(N803)和开关管V809、变压器T803为核心组成的副电源,产生+5.1V电压和两组VCC电压,+5.1V电压为主板控制系统供电,一组VCC电压为副电源N803供电,另一种VCC电压经开关机电路控制后为PFC驱动电路N801和主电源驱动电路N802供电;四是以集成电路NCP1396(N802)、半桥式输出电路开关管V806、V805、变压器T801为核心组成的主电源,产生+24V/8A、+12V/4A、16V电压,为主板和逆变器板供电。
开关机采用控制PFC电路N801、主电源驱动电路N802的VCC供电和小信号处理电路M5V/4A供电的方式。接通市电电源后,副电源首先工作,产生VCC和+5.1V电压,其中+5.1V电压为控制系统供电。二次开机后开关机控制电路启动,一是控制V816、光耦合器N805、晶体管V807导通,将副电源产生的VCC电压送到N801和N802驱动电路,PFC电路和主电源启动工作,为整机提供+24V/8A、+12V/4A、16V电压;二是控制MOS管V813导通,输出M5V/4A电压,为小信号处理电路供电,整机进入开机状态。
2.故障维修提示
LED彩电电源超薄型电源板,其电路组成和上述普通液晶彩电电源板基本相同。根据LED显示屏大小和功率需求,电源板类型可以是单一电源型、副电源+主电源组合型、PFC电路+副电源+主电源组合型、PFC电路+主电源组合型多种组合方式,可根据LED彩电电源超薄型电源板的类型,参照上面相同类型的普通液晶彩电电源板维修提示进行维修。
(六)LED彩电电源+背光灯组合型
1.电路结构和特点
LED彩电电源+背光灯组合型电源板,就是在LED电源板基础上,增加了LED背光灯驱动电路,将电源电路与LED背光灯驱动电路制作在一个电路板上。与普通液晶彩电二合一板一样,组成多种电路组合,不同的是背光灯电路供电、电路结构,输出电压。
普通液晶彩电显示屏采用直管型CCFL(冷阴极荧光灯),其工作原理与荧光灯一样,需要600~1500V的交流高压才能将CCFL灯管内部气体电离,将背光灯点亮,背光灯逆变器电路将电源板提供的12V或24V直流电压转换为600~2000V的交流高压,俗称逆变器板。对于LED液晶彩电背光LED灯,每个LED灯的供电仅为2.8~3.5V直流电压,应用时将几十个LED灯串联成灯串使用,供电电压因灯串的LED灯数量不同而不同,点亮电压低则几十伏,高则200多伏,所需供电电压不是很高,而且是直流电压,往往采用电源板直接输出所需的电压进行供电。为了确保LED灯串的供电和电流的稳定,大屏幕LED彩电也设有升压、稳压和电流调整电路,称为LED驱动板。LED驱动板与电源板融合后称为电源LED板。
图1-14是海信LED彩电RSAG7.820.4448电源+背光灯组合型电源板实物图解;图1-15是海信LED彩电RSAG7.820.4448电源+背光灯组合型电源板电路组成框图,由开关电源电路和背光灯电路两部分组成。
该电源板开关电源电路由三个单元电路组成:一是以厚膜电路STR-A6000(N831)、变压器T901为核心组成的副电源,为主板提供5VS工作电压,同时输出20V电压,经开关机电路控制后,为PFC电路和主电源驱动电路供电;二是以集成电路NCP33262(N810)为核心组成的PFC电路,将供电电压和电流的相位校正为同相位,提高功率因数,并将市电整流后的电压提升到380V左右,产生PFC电压,为主电源电路供电,并将副电源供电提升到380V;三是以驱动电路NPD1396(N802)、变压器T902为核心组成的主电源,产生12V、AUDIO和100V电压,为主板、伴音功放和背光灯升压电路供电。
图1-14 海信LED彩电RSAG7.820.4448电源+背光灯组合型电源板实物图解
图1-15 海信LED彩电RSAG7.820.4448电源+背光灯组合型电源板电路组成框图
LED背光灯电路由三部分组成:一是以2个集成电路OZ9902(N905/N906)为核心组成的背光灯驱动控制电路;二是以4个MOSFET(开关管)V919、V922、V925、V928,4个储能电感L908、L905、L908、L907,4个整流管VD926、VD929、VD931、VD934,4个滤波电容C896、C900、C905、C909为核心组成的4路升压输出电路;三是以4个MOSFET(开关管)V920、V923、V926、V929为核心组成的均流控制电路。
开关机采用控制PFC电路和主电源驱动电路VCC供电的方式,通电后副电源首先工作,产生5VS和20V电压,5VS电压为主板控制系统供电,指示灯点亮;遥控开机时,主板送来的开关机PS-ON为高电平,开关机电路动作,将副电源输出的+20V电压变为VCC1电压,为PFC驱动电路N810和主电源驱动电路N802提供VCC1电压,PFC电路和主电源启动工作,输出+12V、AUDIO和+100V电压,为主板和背光灯电路供电,整机进入开机状态。
2.故障维修提示
LED彩电电源+背光灯组合型电源板发生故障时,一是开关电源部分发生故障,其检修方法和步骤请参照上面相关类型电源板的维修提示;二是LED背光灯电路发生故障,其故障现象有两种:
一种故障现象是背光灯始终不亮。首先检查LED驱动电路工作条件,测LED驱动电路OZ9902的2脚+12V供电、3脚点灯控制电压、7~9脚亮度调整电压和1脚的100V电压检测取样电压是否正常。如LED驱动电路工作条件正常,检查OZ9902的22、23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;否则故障在升压输出电路。
另一种故障现象是背光灯亮后熄灭。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,同时电视机三无,主电源无电压输出,则是过电压保护所致。
二、液晶彩电电源板的特殊单元电路
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供电副电源,PFC电路,PWM主电源,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,首先为副电源电路供电,副电源部分先工作,输出5V电压给主板CPU。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,再为主电源和副电源供电;PWM主电源工作后,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(高压板)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。
(一)PFC电路
1.PFC电路作用
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1-16a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(见图1-16b),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,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)。
图1-16 传统整流滤波与增加PFC电路对比示意图
2.PFC电路种类
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1-16b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,被液晶彩电和等离子彩电电源电路广泛应用。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。
3.PFC电路图例
图1-17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,作为主电源中开关管的工作电压。
整流输入电压由R4、R38、R39与R40分压后,送到U1的市电检测端3脚;Q2的S极电流在R43两端形成的电压,经R8送到U1的电流检测端4脚;输出电压由R10、R11、R9与R46分压送到输出电压检测1脚。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信号,加到MOSFET的G极,调整其D极、S极的导通宽度和时间,使它能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。
图1-17 长虹FSP205-4E01电源板PFC电路
(二)半桥式推挽电路
1.半桥式推挽电路结构
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)组成的半桥式推挽电路。图1-18是长虹FSP205-4E01电源板主电源电路。IC1(L6599D)和两只MOSFET(开关管)Q4、Q5,开关变压器T2组成半桥式推挽电路。
2.半桥式推挽电路原理
半桥式推挽电路主要利用LC串联谐振特性,串联谐振的中心频率由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1-18中的T2的2-7一次绕组等效为电感L,与一次绕组的下部的电容C33组成串联谐振电路。
图1-18 长虹FSP2O5-4EO1电源板主电源电路
经PFC电路产生的380V电压,一路加到半桥式推挽电路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电压一旦加到集成块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IC1内部相关电路(门限电路、驱动器等)处理后,从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,简称PWM方式;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方式。
(三)PFC电路与电源双激励电路
1.PFC电路与电源双激励电路结构
由于并联的PFC开关电源和PWM主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,新型的液晶彩电电源,为了简化电路,把这两个激励、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1-19是海信TLM3201液晶彩电PFC电路和PWM主电源电路,其中PFC电路和PWM主电源振荡控制电路采用SMA-E1017。
2.PFC电路与电源双激励电路原理
图1-19中,集成电路MSA-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QE01、QE02,9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+BPFC电压为380V。
MSA-E1017的2脚输出PWM主电源的激励信号,推动PWM开关管QE003输出电路;MSA-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。
(四)保护电路
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,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;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,保护电路启动时,迫使待机控制电路动作,由开机状态进入待机保护状态。
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。
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
图1-19 海信TLM32O1液晶彩电PFC电路和PWM主电源电路
过电流检测引脚设定值时,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。其保护电路工作原理与CRT彩电电源电路相同。
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,由开机状态进入待机保护状态。
电源二次保护执行电路往往由晶体管担任,保护检测电路采用运算放大器对取样的电压和电流进行比较运算,产生保护触发电压,触发晶体管导通,迫使待机控制电路动作,进入待机状态,达到保护的目的。
3.保护电路图例
图1-20是长虹FSP205-4E01电源板主电源保护电路。主电源中的过电流、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,主电源中的集成块IC1的8脚注入电流增大,如图1-18所示。IC1的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,主电源就会停止工作。
(2)过电流保护:过电流保护电路主要由集成块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,比较放大器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:过热保护电路由集成块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,其最后结果与主电源输出端电压升高到超过稳压范围时的情况相同。
(五)LED背光灯升压(Boost)电路
LED背光灯驱动电路,大多采用升压(Boost)电路和均流(Buck)电路。Boost电路一是稳定LED背光灯串的供电电压,二是提升LED背光灯串的供电电压;Buck电路对背光灯串的电流进行调整和均衡,达到亮度稳定均衡的目的。LED背光灯板根据需要驱动的LED背光灯串的多少,往往采用1~4个相同的Boost电路和Buck电路。
1.背光灯驱动电路结构
图1-21是由驱动电路OZ9902C组成的LED背光灯驱动电路。它由Boost电路和调光电路两部分组成,Boost电路工作原理如图1-22所示,等效电路如图1-22a所示。背光灯驱动电路一是驱动升压输出电路,将24V/60V供电提升到LED灯串需要的供电电压,稳定输出电压;二是对LED背光灯串的电流进行调整,达到调整屏幕亮度和均衡亮度的目的。
图1-2O 长虹FSP2O5-4EO1电源板主电源保护电路
图1-21 由OZ9902组成的LED背光灯驱动电路示意图
图1-22 Boost升压电路工作原理示意图
注:1.MOSFET导通时,输入电压VS给电感L充电,电能以磁能形式存储在电感L当中;二极管D1阳极被短路到地,反向截止;电容C对负载R放电。
2.MOSFET关断时,电感L中的磁场将改变L的电压极性,以保持iL不变;VS和VL串联,以高于VO的电压向电容C、负载R供电,VO=VS+VL,因此VO>VS电路被称为升压电路。
2.背光灯驱动电路原理
电源电路的VCC供电经C10退耦滤波后,一是经储能电感L3为Boost电路MOSFET(开关管)Q5供电,同时经续流二极管D2向升压滤波电容C9充电;二是为驱动控制电路OZ9902C的2脚供电,控制系统送来的点灯控制BL-ON电压送到OZ9902C的3脚ENA使能控制端,数字亮度调整PWM电压送到OZ9902C的6脚,模拟亮度调整ADIM电压送到OZ9902C的7脚,背光灯电路启动工作,OZ9902C从15脚输出升压驱动脉冲DRV,推动Q5工作于开关状态。
Q5导通时,相当于开关短接,等效电路如图1-22b所示。VCC电流IL经L3、Q5的D-S极、R14到地,如图1-21的实线所示;电流IL在储能电感L3中产生感应电压VL并储能。此时续流二极管D2正极电压低于负极电压而截止;LED背光灯由升压滤波电容C9两端电压VO供电,供电电流IO如图中的实线所示。
Q5截止时,相当于开关断开,等效电路如图1-22c所示。VCC电压和储能电感L3中储存的电压VL叠加,电流IL经L3、续流管D2向升压电容C9充电,充电后的电压VO=VCC+VL,将背光灯供电电压提升,IL电流方向如图1-21的虚线所示;同时C9两端电压VO向LED背光灯供电,其供电电流IO如图中的虚线所示。
(六)LED背光灯均流(Buck)电路
新型大屏幕LED彩电背光灯驱动电路,大多采用均流(Buck)电路,每个背光灯串设有一个Buck电路,对背光灯串的电流进行调整和均衡,达到亮度稳定均衡的目的。
1.Buck电路结构
图1-23是海信LED彩电RSAG7.820.1945二合一电源板背光灯Buck电路,开关电源输出的135V电压为LED背光灯串供电,背光灯驱动控制电路对LED背光灯串的电流和亮度进行调整和控制。
图1-23 海信LED彩电RSAG7.820.1945二合一电源板背光灯Buck电路
2.均流控制原理
Buck电路结构和工作原理如图1-24所示,上部为常规Buck电路结构和工作原理示意图,下部是LED背光灯均流电路采用的变形Buck电路结构和工作原理示意图,电路中VS为供电电源,K为MOSFET(开关管),L为储能电感,D为续流二极管,C为充放电电容,R为负载电路(背光灯串)。两者对比,常规Buck电路的开关管K和储能电感L位于负载电路R的上端;而变形Buck电路的开关管K和储能电感L位于负载电路R的下端,其工作原理基本相同。
图1-24 Buck电路结构和工作原理示意图
开关管K的驱动脉冲为正半周时,开关管K导通,相当于短接,VS电流经储能电感L、负载电路R构成回路,并向电容C充电,在负载电路R两端形成供电电压VO,同时在储能电感L两端形成感应电压并储存能量VL;开关管K的驱动脉冲为负半周时,开关管K截止,相当于断开,这时储能电感L中储存的能量VL和电容器C储存的能量,通过负载电路R构成回路放电,维持对负载电路R的供电VO不变。
LED背光灯均流控制电路采用的变形Buck电路,由MOSFET开关管对LED背光灯串回路的下端电压进行控制,即对加到背光灯串两端的供电电压进行控制,达到调整LED背光灯串电流和亮度的目的。开关管的导通程度,受前置激励脉冲的脉宽控制,脉宽越宽,开关管导通时间变长,LED背光灯串下端电压下降,灯串两端电压增加,LED灯串亮度增加;反之脉宽变窄,开关管导通时间缩短,LED背光灯串下端电压上升,灯串两端电压降低,LED灯串亮度下降。
图1-23中的两路Buck电路结构相同。下面以V901~V904组成的Buck电路为例,介绍其工作原理。
驱动控制电路输出的激励脉冲CM1送到V901的S极。当激励脉冲为正半周时,V901截止、V902导通、大功率开关管V904导通,135V电压经过背光灯串、L902、V904的D-S极、R927//R928//R971到地构成回路,将LED背光灯串点亮;储能电感L902上的电流逐渐增大,开始储能,在电感的两端形成上正下负的感应电动势。当激励脉冲为负半周时,V901导通、V902截止、V903导通、大功率开关管V904截止,电感L902两端的感应电动势变为上负下正,续流管VD901导通放电,维持背光灯串下端电压稳定不变。正半周再次来临,V904再次导通,储能电感L902重新储能,电路重复上述步骤完成背光灯串电流控制过程。
开关管V904的源极电阻R927//R928//R971两端电压IS1,反映了V904电流的大小,IS1作为电流取样电压经R914反馈到驱动控制电路的电流检测输入端。其他Buck电路电流取样电压分别送到驱动控制电路的电流检测输入端,在芯片内部进行比较,控制各路输出脉冲的宽度,对各路LED背光灯串电流进行调整,直到各路背光灯串电流相同,亮度稳定。