AOC代工715G2538系列电源高压一体板原理与维修.pdf
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1、 AOC 代工 715G2538 系列电源高压一体板原理与维修 现在主流 CCFL 背光液晶显示器几乎都采用了电源高压一体板的方式,分别为驱动部分和 CCFL 灯管供电。尽管各机型采用的芯片方案不尽相同,板子外观五花八门,但实际上易发故障部位基本相同,故障判断方法和检修流程也极其类似。本文以 715G2538系列电源高压一体板为例,讲述工作原理和维修方法,力求原理分析到位,故障排查彻底,使读后达到举一反三的效果。715G2538 系列电源高压一体板由 AOC(冠捷)代工生产,广泛用在 19-24 寸等多品牌型号的液晶显示器上,包括 AOC、Topview、Maya(玛雅)、ENVISION(易
2、美逊)、明基、华硕等品牌,都有大量应用,存世量巨大。此系列一体板包括 715G2538-1、715G2538-2、715G2538-3、715G2538-5、715G2538-1-ACE、715G2538-2-ACE 等多种板号,各不同板号主要是元件参数略有调整,直流输出部分有的为单 5V 输出,有的为5V/14V 输出,实质性区别很小,电路原理相同,本文对这些板的维修均有指导意义。电路板实物如图 1 所示。图 2 是板子的组成结构框图。一、原理篇 1、电源部分的原理 虽然为电源高压一体板,实际上电源和高压部分完全可以理解为相互独立的两个电路,实际维修中也采用分段切割,缩小故障范围的方法。从上
3、面的框图也可以看出,高压部分与电源部分并无反馈控制回路,所以从直流输出部分进行分割,是完全可以使两个电路工作的。电源部分原理图如图 3 所示。框图中的 EMI 滤波即电路中的压敏电阻 VAR901 之后到整流器 BD901 之间的电路。EMI 是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象,有传导干扰和辐射干扰两种。EMI滤波电路就是对开关电源噪声干扰进行滤波的,能较好地滤除来源于电网的干扰或者传入电网的干扰。符合美国、FEC、欧洲、VDE 等多国标准。开关电源是把工频交流整流为直流后,再通过开关元件变为高频交流,其后再整流成为直流电源,这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关管工作产生的噪
4、声。在输入侧泄露出去就表现为传导噪声和辐射噪声,在输出侧泄露出去就表现为纹波。同时外部噪声会进到电子设备中,而供给负载的电源噪声也会泄露到外部。若电源线中有噪声电流通过,电源线就相当于天线向空中辐射噪声。而这些噪声都会影响设备的正常工作。实际应用中为了满足电磁兼容性的有关指标,就需要有效地抑制开关电源的干扰,因此所有符合要求的电源电路都要采用 EMI 滤波电路。而一些廉价开关电源产品就偷工减料,省略了 EMI 电路元件,仅凭借看这几个元件的有无,就足以判断产品优劣了。L901 是绕在同一磁环上的两只独立的线圈,圈数相同,绕向相反,在磁环中产生的磁通相互抵消,磁芯不会饱和,主要抑制对称性噪声。C
5、901、C902 是共模电容,又称 Y 电容,主要抑制非对称性噪声。C903、C904 称为差模电容,又称为 X 电容,主要抑制对称性噪声。要注意图中 R901-R903本身并不参与 EMI 滤波,它们的作用是对抗干扰电容 C903 起泄放作用,可于关机后迅速消耗掉 C903 储存的电能,防止带电损坏元件及电击伤人。交流市电经过 EMI 滤波电路后,再经过 BD901、C938、C905 整流滤波变为 300V 左右的直流电压。此电压一路经 R904、R932、R933 给 PWM 芯片 TEA1530A 的脚,使其启动,另一路经过开关变压器 T901 初级绕组、F901 加到开关管 Q901
6、 的漏极。这样,我们最熟悉的一个开关电源基本启动电路就建成了。接下来的主角是 TEA1530AT 芯片,这 是一片第二代绿色开关电源控制器 IC,采用固定频率工作模式。内置高压启动电流源,在交流输入 70V276V 的情况下,都能稳定工作。待机进入跳周期模式,输入功率低至300mW。最大工作频率设在 63kHz、连续模式有斜率补偿。芯片内置过热保护、欠压保护、过压保护、过流保护电路,具有系统故障恢复重启电路。内部结构见图 4.开机上电瞬间,芯片 8 脚得电,由内部启动电流源开始对 1 脚外接电容进行充电,此时内部开关 S1 是打开的。当 1 脚电压达到 11V 以上时,高压电源引脚充电功能停止
7、,芯片激活功率转换器,本身供电也由开关变压器的辅助绕组来提供。如果 1 脚电压低于8.7V,芯片进入欠压保护状态,停止 PWM 信号输出。当芯片正式启动后,VCC 在 8.7-20V之间,都不会影响电路正常工作状态。TEA1530 启动以后,从 6 脚输出驱动脉冲,通过 R910、R938、D903 加到开关管 Q901栅极(G),使 Q901 工作在开关状态。Q901 导通后,电流流过开关变压器 T901 的 4-6 初级线组,同时也在 1-3 绕组两端产生感应电动势,经 D901 整流、C908 滤波后,产生约11V 的直流电压,为 IC901 提供工作后所需的电源,取代 IC901 内部
8、的启动电路,使电源能正常工作。于此同时,开关变压器副绕组也经过整流、滤波产生所需的 14V、5V电压。电源的稳压方式非常普通且简单,采用了 KIA431A 和光耦组合的方式,光耦反馈信号加到 TEA1530 的 4 脚,芯片根据 4 脚电压的高低,来调整输出 PWM 信号的占空比,最终使输出电压稳定。KIA431 与常见的 TL431、uA431 功能是完全一致的。从图 3 可以看出,KIA431A 的输入分别通过 R927、R940 引入 14V 和 5V 的取样电压,这样就使得输出电压更稳定一些,但是对取样电阻误差率要求很高,实际采用为精密贴片电阻(贴片电 阻标注“D33”表示 33k,“
9、C36”表示 3.6k,维修中切记此类特殊标识方法,以免弄错阻值,造成不良后果)。如果取样电压升高,KIA431 阴极与阳极之间的电流就会增大,使流过光耦中发光管的电流也增大,发光亮度增强,光耦内部二极管导通程度增强,IC 4 脚电压同比升高,输出 PWM 脉冲占空比减小,最终使输出电压降低。反之同理。TEA1530 本身还设计有对 4 脚开路进行保护的功能,当 4 脚开路时,将立即停止功率激励电路的工作。本电路在 5V 和 14V 输出端还设置了 ZD921/D915、ZD922/D916、R942 这几个元件,最终接在 KIA431 的 REF 端,作用是防止输出电压过高。ZD921 取值
10、为 16V,ZD922 取值为 5.1V,如果这两个输出电压任意一个超过齐纳二极管的击穿电压,则高电压立刻通过 D915 或者 D916 加到 KIA431 的 REF 端,使其 K-A 间电流瞬间大大增加,从而触发TEA1530 内部的保护电路动作,停止 PWM 激励信号输出,起到防止过高电压损坏其他元件的目的。实际这是多重保护电路之一。TEA1530 方案的保护电路主要从欠压、过压、过流、过热几个方面来看。保护电路设置的很完备,也很灵敏。欠压保护是通过检测 1 脚的电压来实现,1 脚内部是一个欠压锁定比较器。欠压锁定比较器来保证输出级被驱动之前,集成电路已完全可用,防止欠压状态产生不良后果
11、。欠压锁定回路其实质是一个滞回比较器,以防止在通过它们各自的门限时产生错误的输出动作。它的开启电压为 11V,关闭电压为 8.7V。当低于 8.7V 时,停止内部激励输出,芯片处于恢复重启状态,直到 1 脚电压再次升高到 11V 以上,才开始启动内部功率激励电路。过压保护之一是对第 4 脚进行监测,如果第 4 脚电压大于 0.63V,芯片内部一个电流源开始对 3 脚外接电容进行充电,当 3 脚电压大于 2.5V 时,保护电路启动,系统处于恢复重启模式。如果该脚电压大于 3V,则处于始终关断状态。同时 3 脚外接元件还具有设定软启动功能。过压保护之二是对第 1 脚进行监测,如果第 1 脚电压超过
12、 20V,芯片将关断。过流保护是通过对 TEA1530 的 5 脚信号检测来实现的。R914 对开关管 Q901 漏极电流进行取样,通过 R912 加到芯片 5 脚。电容 C909 为提高响应速度而设置。若负载电路或开关电源异常,引起开关电源初级侧电流过大,流过 Q901 的电流也加大,在电阻 R914两端产生的压降将会增大,IC901 的 5 脚电压也会上升,当该电压上升到 1.5V 时,IC901内部的过流保护电路启动,其 6 脚停止输出激励脉冲信号,Q901 截止,开关电源停止工作,避免了过流带来的危害。过热保护是靠检测芯片本身温度来实现的,当芯片温度超过 140时,关断输出。在所有开关
13、电源中,对电源开关管设置尖峰吸收回路都是不可或缺的。开关调整管由饱和转向截止时,由于输出端的整流二级管存在着截止转为导通恢复时间,再加上变压器的漏感等,会使开关管的漏源极间出现尖峰脉冲,极可能击穿开关管。由 R908、C906、D900 和 FB901 构成尖峰电压吸收回路,主要用于消除开关变压器漏感产生的尖 峰电压,保护电源开关管 Q901 不被尖峰电压击穿而损坏。同时防止开关变压器产生自激。Q901 导通时电压加在开关变压器 T901 的 4-6 绕组上,由于 D900 截止而阻止 C906的充电,所以 C906 两端电压近似为 0;当 Q901 截止时,由于反激作用,Q901 漏极电压快
14、速上升,但由于 D900 此时有正偏压而导通,即 Q2 漏极电压对 R908、C906 分流,C906两端电压逐渐上升,为了确保在开关管截止期间,不能因为 C906 的充电而减小铁芯向负载释放的能量,即充电时间应小于 Toff;另外,为了避免开关管在关断的过程中工作在高电压大电流区,充电时间应大于或等于 Toff。因此综合考虑上述两方面的因素,应取 C906 的充电时间等于 Toff。本机 C906 的取值为 1500pF,它的耐压值为 2KV。维修时参数不可随意改变。也就是说 C906 充电过程把 Q901 漏极上升的尖峰电压的顶部削掉。在 Q901 下一次导通之前,C906 充电结束立刻对
15、 R908 放电,C906 的电压降会返回到原来值。维修中遇到莫名其妙损坏开关管的故障,千万不要忽略对尖峰吸收回路几个元件的检查。开关电源次级输出电路非常简单,无法整流滤波,不赘述。从维修角度来看,以上分析的原理读者也可以对其他芯片方案的电源进行学习,例如常见的 NCP1200AP100、NCP1200AP60、NCP1200AP40、NCP1203D6、FAN7601、2AS01、2BS01、LD7535、LD7550、LD7552、LD7575、SG5841、SG6841 等等,结构布局极其一致,电路原理大同小异,找出共同点,很容易举一反三,触类旁通。TEA1530AT 正常工作时数据如表
16、 1,均为 MF-47 型万用表测得。电压单位 V;电阻单位 k,为在线红表笔接地测得。引脚 功能 电压 电阻 1 电源电压 12 充电到 20k快速回0 2 接地端 0 0 3 保护和定时器输入 0 60 4 控制输入 1.3 9 5 可编程电流检测输入 0.1 24 6 MOSFET 栅极驱动输出 1 10 7 高压间隙 8 高压整流为启动电源输入电流 300 约 20k充电过程 2、高压部分 715G2538 系列一体板的高压点灯部分采用了 TL494I 为主控。从前面的框图可以看出,高压部分输入端为供电、亮度调节、开关控制,输出端为灯管接口。可以把高压电路看作一个单独的模块。维修时如果
17、高压部分损坏严重,可以用单独的高压板进行代换,只要接口对应就可以,而不必拘泥于芯片是什么型号。从电路形式上,完全可以把高压部分也看成是一个由低压升为高压的开关电源。图 5 是高压部分的原理图。TL494 在液晶显示器中应用非常广泛,内部有 5V 基准电源、锯齿波发生器、误差放大器、死区控制器、输出控制逻辑和输出三极管等电路。其中输出三极管可接成共发射极和射极跟随器两种方式,因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式,在推挽输出方式时,它的两路驱动脉冲相差 180,而在单端方式时,其两路驱动脉冲为同频同相。芯片内置的功率晶体管可提供 500 mA 的驱动能力。图 6 是它的内部结构图。TL494 的
18、 1、2 脚是误差放大器 I 的同相和反相输入端;3 脚是相位校正和增益控制;4 脚为间歇期调理,其上加 03.3V 电压时可使截止时间从 2%线性变化到 100%;5、6脚分别用于外接振荡电阻 Rt 和振荡电容 Ct,其振荡频率为:f=1/RtCt,其中 Rt 的单位为,Ct 的单位为 F;7 脚为接地端;8、9 脚和 11、10 脚分别为 TL494 内部两个末级输出三极管集电极和发射极;12 脚为电源供电端;13 脚为输出控制端,该脚电平低于 0.4V 时(通常接地)为并联单端输出方式,大于 2.4V 小于 5V 时时为推挽输出方式(通常接 14 脚)。本电路采用推挽输出方式,在 CCF
19、L 背光电源中运用推挽电路唯一的缺点是元件耐压要求高。优点是线路简单,成本低,变换效率较高。;14 脚为 5V 基准电压输出端,最大输出电流 10mA,此电压产生要求 VCC 电压必须大于 7V 以上;15、16 脚是误差放大器 II 的反相和同相输入端。在电源部分接入市电以后,直流输出端立刻有 14V 和 5V 电压输出,这两个电压是不受开关控制的。高压电路只需要 14V 供电。如果从驱动板送来高压开启信号,也就是ON/OFF 端为高电平,系统处于运行状态,有高压输出,CCFL 灯管被点亮。具体工作过程如下:ON/OFF 端为高电平,则 Q805、Q804 相继导通,14V 电压加到 TL4
20、94 的 12 脚,TL494得电工作。9 脚和 10 脚推挽输出两路相位相差 180 度、频率约几十 kHz、宽度可调的PWM 激励信号,经 Q801/Q804、Q811/Q812 缓冲放大后,通过 R839/R850 加到末级功率放大管的栅极。为了避免在两路激励信号交替处推挽开关管 Q802/Q803 内部两只场效应管同时导通,TL494 的第 4 脚外接元件设定死区时间,保证一组驱动脉冲使推挽电路一臂导通后,相隔一死区时间,才发出另一组驱动脉冲,使另一臂导通(第 4 脚电压越高,死区时间越长)。末级功率放大管 Q802/Q803 为贴片 8 脚封装元件,型号为 P5506HVG,内置了两
21、个 N 沟道功率场效应管,基本参数为 60V4.5A2W。注意此芯片型号后缀区别,有 P5506NVG 和 P5506BVG,彼此之间结构不同,是不能相互代换的。高压变换部分电路由 T801 和 T802 为核心元件,每个变压器最终承担点亮两个灯管的任务,这两部分电路是完全相同的,构成两路并联推挽式逆变器。为节省篇幅,只以T801 相关电路为例进行讲解。经过缓冲放大的推挽信号加在 Q802 的两个栅极,使内部两个场效应管处于开关状态,交替导通和截止,在变压器801 的次级统组产生了方波 电压,改变场效应管激励脉冲的占空比,就能起到调节输出电压的作用。目前采用的冷阴极灯管 CCFL 是一个非线性
22、负载,根据发光特性要求,只有提供 30-80kHz 的交流正弦波供电,发光效率才最高,使用寿命最长。高压电路次级就要把方波转换为正弦波。输出电路如果处于谐振状态,就能很好地解决方波变正弦波问题。如果谐振电路的谐振频率就是振荡器的振荡频率,那么该背光灯驱动电路,就能做到最大限度的高效的把能量传输给灯管。本电路是通过变压器次级绕组与灯管电容来巧妙实现的。电容器 C801 并联在 T801 高压变压器输出端,对高压启动一个平滑滤波的作用,并非一般高压电路的输出电容。如果没有 C801,则正弦波上面将增加很多阶梯甚至尖峰,这样既对灯管不利,也容易触发保护电路动作。在维修中,电容 C801 是比较容易损
23、坏的元件,如有损坏,一定要用和原来一样的电容代换,否则会对电路性能造成很大影响。本机灯管电流检测电路和灯管开路保护电路是由四路完全相同的电路组成,所以仅以 CN801 一路为例进行说明。流过灯管的电流在 R801 上面产生交流压降,经 D801 进行整流,再通过R841、R851、C842的阻容网络后,与驱动板送来的调光信号一起加到TL1451的 1 脚误差放大器 I 同相输入端。误差放大器反相输入端电压为 14 脚输出的 5V 基准电压通过 R831、R832 分压得到。灯管反馈的电流信号和误差放大器的设定信号经过比较放大,进一步控制输出的脉冲占空比,从而达到稳定灯管亮度的目的。灯管开路保护
24、电路是对灯管低压端进行电压取样。以 CN801 为例,取样元件是由R817、C819、D805 组成,此电压经 D806 隔离后,加到 Q809 的栅极。灯管正常工作时,Q809 处于导通状态,D814 导通,使 TL494 的误差放大器 II 同相输入端 16 脚电压低于反相输入端 15 脚,不影响内部振荡器工作。如果灯管开路,则低压端电压近似为 0,Q809 立刻截止,漏极电压升高,二极管 D814 反相截止,TL494 的 16 脚电压大于 15 脚,振荡器停振。我们再来看一下 TL494 的外围元件,第 4 脚是死区时间控制,外接电阻 C822、R820构成软启动电路,开机瞬间 C82
25、2 充电,DTC 端电压是个由高到低的过程,TL494 输出端PWM 脉冲占空比由小到大,避免瞬间大电流对元件造成损坏。DTC 引脚外接的 D808 是隔离二极管。开机时 ON/OFF 端为高电平,Q805、Q806 导通后高电压加到 Q810 栅极,Q810立即导通,其漏极电压为 0,二极管 D808 反偏,对 DTC 电路不产生影响。在关机瞬间,Q810 栅极电压瞬间消失,Q810 截止,14V 电压经过 R813、Q810 漏源极、D808 加到 TL494的 DTC 引脚,促使内部逻辑电路停止 PWM 信号输出,灯管瞬间熄灭。TL494 的 6 脚 RT端出来外接定时电阻 R810 以
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