液晶显示屏背光驱动集成电路工作原理.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作对“剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”一文的一点看法（此文为技术探讨）在国内某知名刊物2010年12月份期刊看到一篇关于介绍液晶屏逻辑板TFT偏压电路的文章，文章的标题是：“剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”这是一篇选题极好的文章、目前液晶电视出现的极大部分屏幕故障例如：图像花屏、彩色失真、灰度失真、对比度不良、亮度暗淡、图像灰暗等等故障都与此电路有关，维修人员在维修此类故障时往往的面对液晶屏图像束手无策，而介绍此电路、无疑对类似故障的分析提供了极大的帮助，目前在一般的期刊书籍介绍分析此电路的文章极少。什么是TFT屏偏压电路？现代的液晶电视都是

2、采用TFT屏作为图像终端显示屏，由于我们现在的电视信号（包括各种视频信号）是专门为CRT显示而设计的，液晶屏和CRT的显示成像方式完全不同，液晶屏要显示专门为CRT而设计的电视信号，就必须对信号的结构、像素排列顺序、时间关系进行转换，以便液晶屏能正确显示。图像信号的转换，这是一个极其复杂、精确的过程；先对信号进行存储，然后根据信号的标准及液晶屏的各项参数进行分析计算，根据计算的结果在按规定从存储器中读取预存的像素信号，并按照计算的要求重新组合排列读取的像素信号，成为液晶屏显示适应的信号。这个过程把信号的时间过程、排列顺序都进行了重新的编排，并且要产生控制各个电路工作的辅助信号。重新编排的像素信

3、号在辅助信号的协调下，施加于液晶屏正确的重现图像。每一个液晶屏都必须有一个这样的转换电路，这个电路就是我们常说的“时序控制电路”或“T-CON（提康）电路”，也有称为“逻辑板电路”的。这个电路包括液晶屏周边的“行、列驱动电路”构成了一个液晶屏的驱动系统。也是一个独立的整体。这个独立的整体是由时序电路、存储电路、移位寄存器、锁存电路、D/A变换电路、译码电路、伽马（Gamma）电路（灰阶电压）等组成，这些电路的正常工作也需要各种不同的工作电压，并且还要有一定的上电时序关系，不同的屏，不同的供电电压。为了保证此电路正常工作，一般对这个独立的驱动系统单独的设计了一个独立的开关电源供电（这个向液晶屏驱

4、动系统供电的开关电源一般就称为：TFT偏压电路）；由整机的主开关电源提供一个5V或12V电压，给这个开关电源供电，并由CPU控制这个开关电源工作；产生这个独立的驱动系统电路提供所需的各种电压，就好像我们的电视机是一个独立的系统他有一个单独的开关电源，DVD机是一个独立的系统他也有一个单独的开关电源一样。是非常重要也是故障率极高的部分（开关电源都是故障率最高的部分，要重点考虑）。图1所示是液晶屏驱动系统框图。从图中可以看出，其中的“TFT偏压供电 开关电源”就是这个独立系统电路的供电电源它产生这个驱动系统电路需要的各种电压，有VDD、VDA、VGL和VGH电压供各电路用。图1这个独立的液晶屏驱动

5、电路的供电系统；主要产生4个液晶屏驱动电路所需的电压：1 VDD 屏驱动电路工作电压，类似一般模拟集成电路的VCC。一般为3.3V。2 VGL 屏TFT薄膜开关MOS管的关断电压，一般为 -5V。3 VGH 屏TFT薄膜开关MOS管的开通电压，一般为20V30V。4 VDA 屏数据驱动电压，VDA经基准处理后，由伽马电路用以产生灰阶电压，一般为14V20V。以上电压不同的屏；电压值不同。这些输出的任一电压出现问题，都会出现不同的图像显示故障，可见其重要性。并且也是故障多发部位。也是液晶电视维修人员必须掌握的部分，这个电路在某些文章、资料里称为：液晶屏逻辑板TFT偏压电路。这篇文章的推出；显然是

6、“及时雨、雪中送碳”，并且此文是介绍的目前普片采用的TFT偏压供电芯片TPS65161作为典型进行分析，怀着欣喜的心情细细的阅读此文章，看完后感到非常的遗憾、失望，此文把VDD、VDA、VGL和VGH四种电压产生的原理阐述错了，对关键电压的产生过程没有任何交代（模糊词汇一语而过），例如图6中CP22、DP8组成的半波负压整流电路（产生VGL）的工作原理、CP18、DP5组成的半波叠加整流电路（产生VGH）的工作原理，这些都是这个TFT偏压电路的重点，文中并把产生VDA电压的并联型的开关电源误认为是滤波电路（12V电压莫名其妙的经过滤波电路就能上升成为近20多伏的VDA电压？）、把产生VDD电压

7、的串联型的开关电源的蓄能电感（LP2）也误认为是滤波电感、把串联开关电源的续流二极管DP3误认为是稳压二极管等，这样的叙述无法正确的分析故障，误导读者、也容易误导维修人员对电路、故障进行分析。便于对照，以下是复制原文：也请精通此电路的师傅们参加讨论，把液晶的维修技术广为传播。（以上是某杂志某一段原文复制）下面把我们分析的结果提供给大家以便对照参考（如有不对也请指正）。TPS65161集成电路是美国德州仪器公司（Texas Instruments）出品的一款专门为 32寸以上尺寸TFT液晶屏驱动电路提供偏置电压的开关电源芯片。内部有一个高于500K振荡频率的振荡激励电路，该芯片12V供电；可以支

8、持4组经过稳压的输出电压；即 VDD、VGL、VGH、VDA电压，特别是能提供较大的电流容量，并且电压幅度可以调整以适应不同类型的液晶屏。集成电路具有短路保护及过温度保护。下面对VDD、VDA、VGH、VGL产生的原理及过程进行分析，原理图就仍然采用上面作者绘制的电路原理图。（上面图4中原作者把Q2 P沟道 误绘制成N沟道）。VDD电压产生：图3所示（仍旧采用原文图片序号）是TPS65161芯片VDD电压产生部分原理图；图3 原文中VDD电压产生插图图3 原文中VDD电压产生插图（局部放大）在图3中，TPS65161内部的MOS管Q3、外部的LP2及DP3组成了一个串联型的开关电源，由TPS6

9、5161内部的振荡激励信号控制Q3开关电源工作。等效电路如图3.1所示。图3.1在图3.1中；串联开关电源的开关管是集成电路TPS65161内部的Q3，工作过程如下；在T1时间：图3.2所示；集成电路的22脚输入12V电压经Q3、LP2流通向负载供电，由图3.2图3.3于LP2内部自感电势的作用（自感电势方向为：左正右负），由于流经LP2的电流线性的增长，输出端电压逐步上升，并且线性增长的电流在LP2内部以磁能的形式存储起来，图3.2中红色箭头所示是电流方向、蓝色箭头所示是LP2的自感电势方向。在T2时间；输出端电压上升到3.3V时经过分压取样电路RP20、RP12、RP22、RP14组成的分

10、压取样电路的取样电压反馈至TPS65161的稳压控制15脚，控制Q3断开，这时12V输入电压形成的电流被切断；LP2内部的电流也被切断，电流被切断LP2内部存储的磁能也无法继续维持，磁能即迅速转换成方向为左负右正的感生电势（楞次定律）图3.3中蓝色箭头所示感生电势方向，这个左负右正的感生电势的方向正好继续维持着在T1时间流过RP23的电流方向，由于Q3的断开，这个左负右正的感生电势经过LP2、RP23、DP3（续流二极管）流通继续维持着对负载的供电。这就是VDD产生的过程，其中由于输出电压较低3.3V，续流二极管DP3采用了低压降的肖特基管，此管故障率比较高，维修过程中应特别加以注意，此管绝不

11、是稳压管。由于篇幅太长 关于VDA、VGL、VGH电压产生的原理与原文不同的认识之处 下篇继续叙述 借此并整理出一套完整的电路分析及故障检修方法剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”一文的一点看法（中）VDA电压的产生：VDA电压是列驱动电路的数据驱动电压；该电压最终要经过一定的处理产生非线性的阶梯电压以控制液晶屏的分子不同扭曲角度，这个电压就叫灰阶电压，如果没有这个电压或者电压不正常，图像就会没有或者出现严重的层次失真（灰度失真）。不同特性的屏这个电压的高低不同，一般在14V至20V左右的范围内。在“剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”一文中介绍；VDA电压是先由12V供电电压经过升压成为20V左右的

12、VAA_FB电压(不能超过23V否则过压保护电路启控工作)，再经过控制就成为VDA电压（VAA_FB电压就是VDA电压）。原文的图4所示，该VAA_FB电压再经过QP1开关控制由L11输出VDA电压，原文中的图5所示。图4 原文中图4（图中Q2应为P沟道MOS）（图4中上面的V12表示主板送来的12V电压）原文 图4的局部图原文 由VAA_FB产生VDA原理图 （原文中的图5 所示是VAA_FB电压经过QP1控制后成为VAA经过RP9、L11成为VDA）以下是原文中对VAA_FB产生的原理及过程的一段叙述(黑体字是原文)：VAA_FB电压产生电路VAA_FB电压产生电路由UP1(TPS6516

13、1)的15、28脚内部电路及外围电路构成，其电路如图4所示。UPl(TPS65161)12脚为主升压转换器工作方式设置，决定其内部电路是工作在脉冲宽度调制或500750kHz固定开关频率方式。本方案中，12脚经RP25(0电阻)接12V输入电压，工作在750kHz固定开关频率。主升压转换器有一个可调节的软启动电路，以防止在启动过程中的高涌流。软启动时间由连接到28脚的外部电容器CP26设置。28脚内部连接一恒流源，与内部电流限制与软启动脚电压成正比。在达到内部软启动的阈值电压时，比较器被释放电流限制。软启动电容器值愈大，软开始时间越长。上电后，12V输入电压经CP5、CP6、LP3滤波后，一路

14、加到DP1、CP7、CP8、CP9、CPl0组成的滤波电路，产生VAA_FB电压；另一路加到UPl(TPS65161)的4、5脚。VAA_FB电压经CPl6滤波后加到UPl(TPS65161)的3脚，3脚内接一个过电压保护开关Q2和过电压保护比较器，过电压保护比较器将3脚电压与内部基准电压进行比较，当3脚电压上升到23V时，TPS65161内部驱动控制器关掉N通道MOSFET，只有输出电压低于过电压阈值后，内部驱动控制器才会再开始工作。在上面的图4中，VDA电压是如何产生的？ 以上原文中的失误在于：12V电压经过电感LP3 (文中误认为是滤波元件）及DP1就莫名其妙的上升为近20V的VAA_F

15、B电压？，原文；根本没有看到LP3、Q1、DP1的组合实际上是一个并联型的开关电源，LP3在此处是一个储能电感的作用，所以原文的电路的分析也不能是合理的。 图中的关键是 LP3、Q1、DP1的组合是一个典型的并联型开关电源（图4.1所示），其中LP3是开关电源的储能电感，Q1是开关电源的开关管，DP1是开关电源的整流二极管。图4.1所示是组成的并联型开关电源的等效电路，集成电路TPS65161的1(FB)脚是这个并联型开关电源的稳压控制端，由输出端RP2、RP5、RP4、RP3组成的取样电路送来取样信号，控制激励Q1开关管激励信号的脉冲宽度，以达到稳压的目的。 并联型的开关电源一般都是升压型的

16、，在这个并联型的开关电源中输出电压(VAA_FB)等于供电电压12V和LP3上面感生电势(ULP3)的叠加。下面图4.1是上面图4 升压部分电路的等效电路图。图4中所示12V的供电压经过LP3输入开关电源后由DP1输出近20V的VDA电压。 图4.1工作原理及升压过程如图4.2、图4.3所示：集成电路TPS65161内部的激励电路向开关管提供激励开关信号； 在T1时间：图4.2所示；正的激励信控制Q1；Q1闭合导通；此时12V电源经LP3、Q1流通形成电流（图中红色箭头所示），LP3内部感生电势的方向为左正右负（图4.2中蓝色箭头表示感生电势方向），感生电势对抗12V外加电势引起电流的增加（楞

17、次定律）；流过LP3的电流呈近似线性的逐步增大并且以磁能（集聚大量的磁力线）的形式存储在LP3内部。 在T2时间：图4.3所示；负的激励信号控制Q1；Q1截止断开；由于Q1的截止断开，12V流经LP3、Q1的电流被切断，LP3电流被切断；LP3在T1时间存储的磁能即无法维持（集聚的大量磁力线瞬间逃走），此时LP3因切割磁力线产生的感生电势ULP3，方向为左负右正，图4.3中蓝色箭头表示感生电势方向（楞次定律），LP3两端的感生电势为ULP3，这个感生电势的方向和12V外加电压正好是一个叠加的串联关系，叠加电压的幅度是：12V+ULP，这个叠加的电压正好符合二极管D1正向导通的方向，这个电压经过

18、CP7等滤波后输出为VAA_FB，经过开关QP1控制输出为VDA电压。 由于供电电压是12V，那么设计电路时，可以控制LP3的电感量及Q1的导通占空比，使其LP3两端产生的感生电势ULP3为8V左右，这样12V+8V(ULP)=20V 这就是后面Gamma电路产生灰阶电压所需的驱动电压。图4.3所示、图4.2图4.3待续 后面一篇介绍 产生VGH和VGL电压的半波倍压整流电路的工作原理。对“剖析液晶屏逻辑板TFT偏压电路”一文的一点看法（下）前一天此文已经写好，由于我对TPS65161的产生VGL和VGH输出端的输出特性了解不够，误把单向脉冲电压的输出信号作为双向脉冲输出信号看待（倍压整流电路

19、分析双向信号可以，用来分析单向信号是不恰当的，）经过善意的朋友的提醒(”方建” 和 “龙” 朋友)，我又纠正了重写了一遍，在此再次 感谢善意的两位朋友。VGH、VGL电压的作用：液晶屏控制光线是依靠液晶分子的扭曲控制光线的透过，以产生一个像素的亮点,众多的像素亮点在组合成图像。在电视信号的显示过程中;这个像素光点的点亮时间必须持续到电视信号一幅图像在屏幕上出现的时间(SDTV的信号一幅图像重现时间标准为20毫秒)标准,在CRT电视显示中,这个时间主要是依靠CRT荧光屏上面荧光粉的余晖来实现的。而液晶显示屏是没有余晖的（所以早期的液晶屏只能用于字符显示，无法显示电视图像信号；直到TFT液晶屏发明

20、才能把液晶屏应用于电视图像信号重现）。现代的液晶屏；光点显示持续时间的控制是依靠；像素信号通过一个开关对电容充电，依靠电容电压形成的电场再控制液晶分子的扭曲，由于电容上面的电压可以长时间维持就可以控制亮点长时间点亮，那么我们只要在这个电容上面安装一个“开关”，每过20毫秒由图像信号通过“开关”对电容充放电一次，就可以达到采用液晶屏显示目前的电视图像信号的目的,图3.1所示。图3.1 这样在控制每一个通过一个像素的光点的电场都必须安装一个“开关”一个显示SDTV信号标准的液晶屏就要有150万个这样的“开关”，这些开关就是一个个在生产液晶屏时一并制作上的“薄膜场效应开关管”，薄膜场效应管的英语为：

21、 Thin Film Transistor ，都取第一个字母，即为TFT。TFT液晶屏是指液晶显示屏上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。由于TFT屏的研制发明成功，才能把液晶屏作为电视信号的图像显示。每一个场周期；此TFT都要打开一次，以便对电容冲放电一次，那么这个打开TFT的电压就是VGH。关闭TFT的电压就是VGL。TFT是N沟道MOS管，所以VGH是正电压约20V30V，以便充分打开。VGL是负电压约；-5V以便充分关闭。在购买液晶电视时，如果在液晶屏的某区域始终有一个“亮点”或“黑点”就是对应这个像素点的薄膜场效应管短路或者断路，这种故障是不可逆转的，这个屏的含金量就

22、大大下降了。VGH、VGL电压的产生电路：VGL电压和VGH电压产生电路：在TFT液晶屏驱动电路供电中VGH电压和VGL电压担负着；开通TFT（薄膜场效应管）对电容充电（修正电容两端电压），和关闭TFT,使电容电压保持（一场周期时间）的作用。如果此VGH和VGL电压出现问题，电压丢失或者电压幅度变化，都会引起图像故障而且故障现象繁多。由于产生VGH和VGL电压的电路较为特殊、元件较多、电压相互牵制影响，所以是故障率较高的部位，也是维修的重点。图3.2所示是原文中绘制的集成电路TPS65161的VGH和VGL电压产生的电原理图（原文中是图6）。图3.2下面所示的是原文中VGH和VGL电压产生的叙

23、述部分摘录：（文章中对VGL电压的产生过程只字未提及，VGH电压产生的过程含糊不清一语带过）VGL电压的产生电路：图3.3所示图中；红色框线内部是VGL电压的产生部分，按液晶屏的要求；VGL电压为-5V至-6V左右。下面红色框线内部的CP22、DP8(1)、DP8(2)、CP24即组成了一个“负压半波整流电路”TPS65161的11脚输出幅度为5V左右的方波开关信号，加到此负压半波整流电路的CP22。这个电压经DP8(1) 对CP24进行上正下负的充电输出约-5V 上负下正的VGL电压。图3.3图3.4所示是上述电路的等效电路图；图中11脚是TPS65161输出的约5V幅度的激励开关信号，此信

24、号经过整流后输出为VGL电压。图3.4工作原理及升压过程；图3.5所示在T1时间: 图3.5所示: 集成电路TPS65161的11脚的信号为“正”5V，此“正”电压经过CP22、DP8（2）流通；并对CP22充电,电压为UC2幅度5V,方向为左正右负。在T2时间: 图3.6所示: 集成电路TPS65161的11脚的信号为“0V”，此“0”电压等效于把CP22的左边接地，此时CP22右边的负电压经过DP8（1）对CP24进行上负下正的充电；电压为负5V,此电压就是VGL电压。在图3.7中；TPS65161的13（FB）脚；由VGL输出电压经过RP15、RP18取样电路送来的取样信号和 24（RE

25、F）脚；由TPS65161内部提供的基准电压进行比较的误差电压进行稳压控制。图3.5图3.6VGH电压的产生:由于VGH电压比较高；达到25至30V左右，采取了；用VAA电压（20V）叠加整流的方法获得。图3.7所示，图中红色框线内部的CP18、DP5（1）、DP5（2）、CP19即组成了一个；叠加VAA电压的半波整流电路。图3.7图3.8所示是其产生VGH电压的等效电路:图3.8所示的等效电路中 12(DRP)脚是TPS65161输出的约5V幅度的激励开关信号，此信号经过后并叠加上VAA_FB的20V电压经过DP5(2)输出25V的VGH电压。图3.8VGH电压产生的工作原理及电压叠加过程；

26、图3.9所示在T1时间，图3.9所示: 集成电路TPS65161的10脚的信号为“0V”10脚等效接地，VAA_FB的+20V电压经过CP18、DP5（1）流通；并对CP18充电,电压为UCP18,方向为左负右正，（在该电路中必须注意DP5(1)并没有直接接地，而是接到VAA_FB的+20V电压上面，所以加到CD18右边的电压为+20V,CP18左边的电压是0V；此时CP18两边的电位差是20V）,所以CP18在TI时间所充电电压UCP18为20V，并且是左负右正。图3.9中CP18两边所示电压。图3.9在T2时间，图3.10所示: 集成电路TPS65161的10脚的信号为“正”5V，此“正”5V电压经过和CP18、DP5（1）在T1时间所充的电压UCP18(20V)叠加；共计为25V；经过DP5（2）对CP43进行上正下负的充电；电压为 +25V,此电压就是VGH电压。图3.10在图3.7中；TPS65161的14（FBP）脚；由VGH输出电压经过RP28、RP27取样电路送来的进行稳压控制的取样信号。全文完