夏普46LX430电源板及背光电路分析与实例.docx
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夏普46LX430电源板及背光电路分析与实例
夏普46LX430电源板及背光电路实绘、电压数据、原理祥解、实例
该机的维修手册没有电源板及背光电路的电路图,而这部份电路又是高电压,大功率,故障的高发部位,因此没有电路图,给维修造成了很大困难。
而电源板及背光电路只要有电路图,一般的维修人员都能动手维修。
为此,笔者实测实绘了该机电源板及背光电路的电路图,奉献给大家维修时参考。
因为该机的屏幕尺寸大,整机耗电量超过100W,因此按国家规定设计有PFC电路,PFC电路U7001的芯片是8脚FAN7530,主开关电源U7002芯片FAN7602,背光芯片U7003的型号是BD9211F。
一、PFC电路:
见图1
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,提高了电网的供电质量。
为此,研究出多种提高功率因数的方法,其中,有源功率因数校正技术(简称APFC)就是其中的一种有效方法,它是通过在电网和电源之间串联加入功率因数校正装置,目前最常用的为单相升压前置升压变换器原理,它由专用芯片实现的,且具有高效率、电路简单、成本低廉等优点,本文介绍的低成本电压型临界工作模式APFC控制芯片FAN7530即可实现该功能。
PFC电路主要由U7004:
FAN7530,储能电感L7002,大功率开关管Q7005组成。
在待机状态时,因为主开关电源不工作,因此,FAN7530的8脚VCC端没有供电,PFC电路不工作。
在电视机正常开机状态时,主开关电源产生14V电源电压,加到FAN7530的8脚,PFC电路进入工作状态。
220V市电,经BD7001桥式整流,得到100HZ的全波脉动电压,加到储能电感L7002主绕组的左端,主绕组的右端接开关管Q7005的D极。
D7007是续流二极管,C7021/C7023是滤波大电解电容。
在C7021两端,输出385V的PFC电压,加到主开关电源电路。
FAN7530的7脚输出PFC驱动脉冲,经驱动管Q7001放大,加到开关管Q7005的G极,加到开关管G极是正脉冲时,开关管导通,产生的电流给储能电感L7002充入电能,电流的回路如下:
整流桥正端------L7002主绕组左端-------右端-------开关管Q7005的D极-------S极-------电流取样电阻R7052-------地--------整流桥的负极--------电流构成回路。
上述电流,把220V市电的电能储存在L7002中。
当FAN7530的7脚输出的正驱动脉冲下跳到0V时,开关管Q7005的G极同步为0V,开关管进入截止状态,由于L7002的电感量很大,在感抗的作用下,L7002主绕组产生右端为正、左端为负的感应电压,该电压产生如下的电流:
L7002的右端------D7007------C7021/C7023--------地-------整流桥的负极--------整流桥的正极--------L7002主绕组的左端,电流构成回路,通过该电流,把L7002储能的电能,泄放后提供给负载,上述电流给PFC大电解C7021/C7023充电上正下负的385V电压,给后面的主开关电源供电。
当FAN7530的7脚输出高电平时,经22欧电阻R7042----D7008加到开关管的G极,因为R7042电阻阻值小,二极管D7008导通时内阻更小,因此,芯片的7脚可以给开关管Q7005的G极提供很大的灌电流,给MOS开关管G极分布电容快速充电,这样可以很快的打开开关管Q7005,使开关管的开启损耗很小。
当芯片的7脚输出低电平,7脚外接的驱动管:
PNP管Q7001饱和导通,E----C极间的内阻很小,开关管Q7005的G极分布电容上存储的电荷,可以通过R7049-----Q7001的E-----C极到地,快速泄露放,这样可以快速关断开关管,减小开关管的关断损耗,
开关管的过流保护:
开关管Q7005的电流,流经R7052到地,在该电阻上产生与开关管电流成正比的电压,作为开关管电流取样电压,加到FAN7530的过流保护CS端4脚。
当开关管的电流过大,加到4脚的电压上升到0.8V时,芯片内部的过流保护电路动作,关断7脚的驱动输出,防止烧坏零件。
PFC电路的输出电压,加到PFC取样电路:
R7081----R7024------R7025-----R7026-------R7030----地,在R7030上产生的压降,作为PFC取样误差电压,加到芯片内误差放大器的反相输入端芯片的1脚,当PFC输出电压高于385V时,取样电路加到芯片1脚的取样电压也同比升高,在芯片内部经过误差电压放大-------经接在芯片3脚外部的R、C元件的频率补偿提高PFC电路工作的稳定性-------在芯片内部减小7脚输出驱动脉冲的宽度-------开关管Q7005导通宽度变窄-------储能电感L7002储存的电能变少------PFC输出电压降回到标准值。
芯片2脚外接的电阻,用于设定PFC电路驱动脉冲的工作频率。
芯片的5脚:
是过零检测输入端。
在开关管截止-------储能电感L7002向负载放电时,L7002的辅助绕组左端感应电压为正,经R7043,加到芯片的5脚,通过芯片内部逻辑电路的作用,维持芯片的7脚输出低电平-------保持开关管的截止-------让L7002中储存的电能连续的向负载供电,当L7002中储存的电能向负载泄放完成时,L7002内部的储能没有了,L7002辅助绕组左端的正极性感应电压要消失、下降到0V。
当该电压恰好下降到0点时,5脚内部的过零点检测电路检测到,芯片内部的逻辑电路将从7脚再一次输出正驱动脉冲的前沿------脉冲的上跳沿,加到开关管Q7005的G极,让开关管再次导通。
因为开关管的导通时刻是发生在L7002中电流为零的时刻,因此,开关管的开启损耗最小,这提高了PFC电路的效率,降低了开关管的功耗。
在PFC电路正常工作时,FAN7530各脚电压:
脚号:
12345678
电压:
2.42.81.503.304.214
二:
主开关电源电路
主开关电源电路,主要由振荡芯片U7001:
FAN7602开关管Q7003变压器T7001稳压光耦U7003开机光耦U7002。
FAN7602介绍:
1脚:
LUVP市电欠压保护,当220V电源电压低于150V,停止芯片的振荡,开关电源停止工作,防止烧坏开关管。
2脚:
LATCH/PLIMIT锁定、功率限制,该脚外接主开关电源变压器的辅助绕组整流后的电压,如果开关电源变压器过压,则辅助绕组产生的电压也同步升高,引起2脚的电压超过4V时,芯片内部的锁定电路启动,关断5脚的驱动输出。
开关电源停止工作,防止击穿零件。
只有当芯片6脚的VCC供电下降到低于5V时,这个保护才会自行消除。
3脚:
CS/FB3脚有两个功能,一是开关管过流检测输入,二是稳压反馈输入端。
4脚:
芯片的接地脚,也是控制信号电路的地,应当和大功率器件的功率地线分开走线。
5脚:
DR,大功率开关管的驱动输出。
当这个脚输出正驱动脉冲时,可以输出450mA灌电流,快速接通开关管Q7003。
当输出低电平要关断大功率开关管时,可以吸入600mA的电流,以极快的速度吸净开关管G极在饱和导通时充入的电荷,只有这样才能快速关断开关管,降低开关管的关断损耗。
6脚:
VCC供电端。
为芯片内部电路供电。
7脚:
空脚。
8脚:
VSTR,或称HV。
在芯片启动期间,外部电路提供的启动电流从8脚进入IC,为IC内部的电路供电。
启动之后,8脚内部的开关断开,8脚被悬空。
开关电源的启动:
在IC的8脚-----6脚内部有一个专门用于启动的开关,在启动期间,这个开关闭合,PFC电路输出的385V电压,经过R7013----R7014-----R7015-----加到8脚VSTR启动端,经过内部闭合的开关,给芯片6脚VCC端外接的22uF电解电容以0.9mA的电流充电,该充电使6脚的电压随着充电的进行逐渐升高,作为芯片内部振荡电路的供电电压,芯片启动15mS后,22uF电容上的VCC电压达到了12V,开关电源已经进入常态的工作,不需要这个启动开关了,因此8脚内部的启动开关断开,此时,开关电源变压器T7001辅助绕组产生的感应电压,经R7040-----R7039-----D7006整流-----C7020滤波得到18.5V的供电------再经Q7013------Q7001稳压得到15V供电------为芯片的6脚内部电路供电。
辅助绕组供电的电流远远大于启动电路0.9mA的电流,因此,能保证芯片长期稳定的工作。
如果辅助绕组不能为6脚供电,而启动电路因为串联的限流电阻R7013----R7014----R7015共计30K,电阻太大,提给给芯片的启动电流太小仅0.9mA,不足以维持芯片的长期工作,一旦芯片内部电路开始工作,就会把6脚的VCC电压逐渐拉低,当低于8V时,芯片就停止振荡,随后因为8脚启动电路对6脚外接的22uF电容的充电,6脚电压又开始逐渐升高到12V,该IC又开始振荡,如此反复,就是维修人员在检修时发现的:
6脚电压不停的抖动。
见下图所示:
上图是启动电流和芯片6脚VCC电压的波形关系图。
FAN7602的工作频率是65KHZ。
在待机状态时,主开关电源的负载很轻,此时开关电源不必要工作在大电流模式,为了降低功耗,让芯片进入低功耗的间歇成组振荡状态,此时测量主开关电源的输出电压是波动的、抖动的。
当6脚外接的22uF电容容量变小或失效时,主开关电源就会变得启动困难或不能起动,此时测得6脚电压周期性的抖动。
过载保护:
当主开关电源出现负载电流过大时,必然会引起开关电源输出电压下降,经过输出电压的取样和误差放大,加到芯片3脚的反馈电压也同比下降,当3脚的电压下降到低于50mV时,3脚内的比较器输出高电平,加到22mS定时器,如果在22mS时间内3脚反馈电压持续偏低,,22mS定时器输出过载保护OLP信号,停止芯片5脚输出开关管的驱动信号,开关电源变压器停止工作,从而防止长时间过载烧坏开关电源。
市电欠压保护电路:
当市电220V电源电压降低时,为了保持开关电源输出给主板和背光电路的电源电压不下降,开关电源就要增加开关管的导通时间宽度,因为开关管的负载是开关变压器的初级绕组,是一个大电感,因此,开关管的电流是随导通时间宽度呈线性增长的,可见,当220V市电降低较多时,开关电源中开关管Q7003电流会变的很大,会因此烧坏开关管。
为此,应当在220V下降到一定值时,停止开关电源的工作,防止过流损坏开关管。
在电视机通上220V电源,PFC电路还没有启动前,220V的市电经D7002整流和C7021/C7023滤波,得到全波脉动电压,此电压经D7015-----R7085-------R7086-----R7087------加到芯片的欠压检测输入端1脚,和1脚内部的电阻构成分压取样,加到上图中IC的1脚,当1脚的取样电压低于2V时,上图中的比较器输出高电平,启动欠压保护电路,关断芯片5脚输出的驱动,让开关电源停止作,从而防止了烧坏开关管Q7003的可能性。
芯片供电过压保护:
在芯片供电的6脚内部,有一个OVP过压比较器,当芯片的供电超过19V时,输出过压保护高电平OVP,关断芯片5脚的驱动输出,开关电源停止工作,防止击穿零件。
当开关电源失控、不稳压时,才会出现开关电源变压器T7001辅助绕组提供给芯片6脚的供电过压。
因此,该电路也能有效的防止T7001次级输出过压损坏主板的可能性。
芯片FAN7602的5脚输出驱动脉冲是高电平时,经R7016------R7032加到开关管Q7003的G极,为G极提供450mA的灌电流,这使开关管瞬间导通,产生如下的D极电流:
PFC:
385V的正极-------开关变压器T7001的初级-------开关管Q7003的D极--------S极-------R7037-------地。
这一电流流过开关电源变压器T7001的初级绕组,把PFC电路输出的电能储存在T7001中。
当芯片的5脚正脉冲过后变为低电平时,Q7003:
G极在导通时存储的电荷现在经过D7004----R7016-------芯片5脚-----芯片内部---地,泄放掉G极的电荷,5脚可以吸入的泄放电流达600mA.,使开关管迅速从导通状态转换到截止状态。
开关管截止后,T7001内储存的电能,在次级产生上正下负的感应电压,此时与次级相连的整流管D7010导通整流-------C7031/C7035滤波-------L7004滤波,输出UR13V电源电压,给主板供电。
开关管S极的电流流过R7037,产生的电压,作为开关管的电流取样电压,经R7036加到芯片的的3脚,在开关管导通时,因为开关管的D极负载是变压器初级的大电感,因此,开关管的电流随导通时间宽度的增加,呈线性增长,所以3脚的电压呈锯齿波状上升,当上升到一定值时,芯片内部的逻辑电路就会从5脚输出低电平,关断开关管,结束一个工作周期。
开关电源正常工作时,在开关变压器T7001的辅助绕组上产生的感应电压,经R7040-----R7039------D7006整流-------电解电容C7020滤波------得到18.5V的电压,经R7077-------25V稳压管ZD7077------加到芯片的2脚,因为该电压低于25V,因此稳压管ZD7077不导通,不影响芯片的正常工作。
当开关电源失控输出电压异常升高时,辅助绕组整流后的电压也同步升高,C7070上电压升高到超过25V时,ZD7077齐纳击穿,芯片2脚电压超过4V,启动保护电路,关断5脚的驱动脉冲输出,防止击穿损坏零件。
主开关电源芯片U7001的供电:
T7001辅助绕组经D7006整流\C7020滤波,得到的18.5V电压,先经
Q7013----ZD7008稳压电路,从E极输出17.5V电压,再加到Q7001-----ZD7004组成的稳压电路,从E极输出15V的电源电压,加到主开关电源芯片U7001的6脚VCC供电。
PFC芯片U7004的供电:
上图中右侧的光耦是U7002,是启动PFC电路的开机光耦。
光耦的4脚供电来自Q7001:
E极输出的15V电源,1脚的供电来自于开关电源变压器次级输出的UR13V。
当主板送到电源板的电源开指令PS-ON为高电平时,经D7011-----R7070--------加到Q7009的基极----该管导通-------光耦发光-------光耦内光敏管导通-----从3脚输出高电平加到Q7002的基极------Q7002导通------Q7002的C极是来自Q7001:
E极输出的15V电源-----从Q7002的E极输出14V电源电压------为PFC芯片U7004的8脚VCC端供电-------PFC电路进入工作。
由上分析可看出,PFC电路的工作受控于主板送来的PS-ON指令:
一是受控于主板来的开机指令,当主板来的PS-ON为高电平时,Q7009导通------光耦U7002导通-------Q7002导通------为PFC芯片U7004供电-------才能开启PFC电路。
二是受控于主开关电源,因为PFC芯片的供电14V,来自于主开关电源辅助绕组产生的15供电。
如果主开关电源T7001不工作,那么PFC电路L7002肯定也不工作。
主开关电源的稳压过程:
主开关电源变压器的次级产生的感应电压,经D7010整流-----C7031/C7035滤波得到UR13V电源电压,给整机供电,。
该电压经R7061-----R7065两个分压电阻取样,把R7065上端分得的取样电压,加到误差放大器U7006的输入端:
控制极,控制稳压光耦U7003内发光管的电流,从而达到稳压反馈的目的。
T7001输出的UR13V电源电压,经R7060为光耦U7003内发光管正极供电,Q7001:
E极输出的15V,通过R7022为光耦U7003光敏管4脚供电。
当UR13V输出电压高于标准值时-------R7065上的取样电压同比升高--------U7006控制极升高-------U7006:
K极电流变大--------光耦U7003内发光变强------光敏管内阻变小------U7003的4----3脚间内部变小-----3脚电压升高------U7001的3脚反馈电压升高-------U7003的5脚输出驱动正脉冲宽度变窄-------开关管Q7003导通变窄-------开关变压器T7001储能变少-------次级输出的UR13V降回到标准值。
主开关电源的开机、待机控制:
该机型没有专门的待机用付电源,主开关电源兼做待机电源,即在待机时,由主开关电源作为待机电源使用,此时主开关电源输出的UR13V降到7.8V,为主板内的微处理器供电。
其控制过程是:
当主板发出待机的指令时-------PS-ON从开机时的3V降到0V------加到上图中D7011的正极-------R7070-----Q7009的基极-----因为现在是0V因此Q7009截止--------PNP管Q7012截止---------Q7010截止------R7064下端到地开路------此时分压取样的下电阻仅由R7065一个电阻构成-------分得的取样电压升压------U7006控制极电压升高------导通电流变大----U7003内阻变小-----U7001的3脚电压升高-----芯片5脚输出正驱动脉冲宽度变窄-------开关管Q7003导通变窄--------T7001储能变少--------T7001次级输出的UR13V降到7.8V。
而当PS-ON是高电平3.3V时,加到D7011正极导通-------Q7009导通-------Q7012导通-------Q7010导通------R7064下端通过Q7010接地------R7064与R7065并联------下取样电阻变小分压取样降低-------U7006控制极电压下降-------U7006电流变小------U7003内阻变大--------U7001的3脚电压降低---------U7001的5脚输出的正驱动脉冲增宽--------开关管导通时间增宽-------T7001储能增多---------次级输出电压由待机时的7.8V升高到标准值13V。
二、背光电路:
背光电路的芯片型号是LED背光驱动BD9211F,下图是内部框图。
各脚名称及功能:
1VCC芯片的供电脚,内带欠压保护电路。
当VCC供电偏低时,进行欠压保护,关断17、18脚驱动脉冲输出。
2STB背光开---关控制输入端。
3GND接地脚。
4RT驱动脉冲频率设置端子。
5FB灯电流、灯电压误差放大器输出,外接RC滤波零件,用于提高电路工作的稳定性。
6IS灯电流反馈输入端,接内部误差放大器输入端。
7VS灯电压反馈输入端,接内部误差放大器输入端。
在灯开路时起作用。
8PWMCMP在调节灯的亮度时,控制脉宽调制器的工作,该脚接脉宽调制比较器的输入端。
9CP定时器锁存设置脚。
10PWMIN背光亮度调节PWM输入脚。
11SDONLED灯供电欠压保护电路的使能端。
12SS软启动设置脚。
13FAIL背光故障指示输出脚,正常时L电平,故障时高电平。
14COMPSD:
LED灯供电欠压检测信号输入脚。
15COMP过压和故障延迟输入脚,。
16PGND外接MOS开关管功率地。
17N2驱动输出。
18N1驱动输出。
背光电路见图:
1、背光芯片的供电:
主开关电源产生的UR13V电源电压,加到上图中左边Q7023的C极,Q7023与ZD7001组成12V稳压电路,从Q7023的的E极输出的11.5V电源电压,加到背光芯片BD9211的1脚VCC端,背光芯片得到供电开始工作。
2、主板发出的背光ON高电平指令,通过排插CON7002的16脚------R7180------加到芯片的STB端2脚------在芯片内部输出ON指令------背光电路开始工作。
3、主板送来的背光调光电压OFL,通过R7014-------R7097--------加到背光芯片的10脚,调节背光驱动脉冲串的占空比,从而控制背光的亮度。
4、当背光电路发生过压、过流保护时,从芯片13脚输出FAIL:
背光故障指示高电平,经R7058加到Q7028的基极,该管导通,从C极输出ERROR低电平,送到主板微处理器,通知主板:
背光电路发生故障。
5、背光芯片从17、18脚输出正负对称的驱动脉冲,加到T7002的初级,在两个次级产生幅度相等、极性相反的驱动脉冲,分别加到推挽大功率管Q7019\Q7020的G极,因为驱动脉冲的极性相反,因此,这两个大功率管一个导通时,另一个必然是截止的。
也就是说两个大功率管是轮流导通的,上管导通时,下管必须截止,下管导通时,上管必须截止。
如果电路出现错误或是两个驱动脉冲同一极性了,造成上管与下管同时导通,PFC电压因为两个管子的同时导通而短路到地,必定产生很大的直通电流,烧坏两个大功率管及PFC电源。
这两个串联的大功率管,只要有一个管子击穿,另一个也会随之马上烧坏。
6、当上管导通时,下管截止,产生如下的电流:
PFC电源-------Q7019-------T7004的初级上端-------T7004的初级下端--------C7058右侧--------C7058左侧-------地,在T7004初级产生上正下负的电压,上述电流,一方面流经T7007初级,同时给C7058充电,C7058充电极性是右正左负。
当上管截止,下管导通时,C7058放电,放电电流:
C7058右侧------T7004初级下端--------T7004的初级上端-----Q7020:
D极-------S极--------C7058左侧------电流构成回路,这一电流在T7004的初级产生下正上负的电压。
在次级产生的感应电压经二极管整流为LED灯串供电。
7、LED灯串的整流供电:
该机的背光由两个LED灯串组成:
CON7003的1---4脚间接的是LED灯串1,5----8脚间接的是LED灯串2,由T7004的次级为这两组LED灯串供电。
插接件CN7003连接电源板与LED背灯串。
当T7004的次级产生的感应电压为上正下负时,为LED灯串2供电,此时LED灯串的电流如下:
L7004的次级上端------D7041-------R7040/R7157/R7139-------CN7003:
5---------下组LED灯串2正极--------负极-------CN7003:
8--------D7044-------C7077-------T7004次级的下端,电流构成回路。
当T7004的次级为下正上负时,为LED灯串1供电,产生电流如下:
T7004次级的下端-------C7077-------D7043----R7040/R7139/R7157----CN7003:
1脚---------上组LED灯串1的正极---------负极-------CN7003:
4------D7042------T7004次级上端,电流构成回路。
8、灯电流的稳定电路:
LED背光灯,有一个最佳的电流值,在这个最佳电流值工作,LED发光效率最高,发光寿命最长,光谱和色温最理想。
因此,应当让LED灯串的电流恒定在这个最佳电流值上,当环镜温度变化时,保持LED灯的电流不变。
在全部的LED背光电路中,均设计有LED灯串的稳流电路。
下图中,T7004的初级线圈与C7058构成一个LC串联谐振电路,背光芯片BD9211产生的激励电压经T7002放大偶相-------Q7019/Q7020功
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