《液晶電視機電路分析與維修》第四章 液晶彩電開關電源和 DC DC 變換器電路分析

第四章液晶彩電開關電源和DC/DC變換器電路分析第一節(jié)液晶彩電開關電源概述第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析第四節(jié)液晶彩電DC/DC變換器分析返回第一節(jié)液晶彩電開關電源概述一、開關電源的基本工作原理開關電源分為串聯(lián)型開關電源和并聯(lián)型開關電源,液晶彩電的開關電源電路采用的均是并聯(lián)型開關電源,并聯(lián)型開關電源如圖4-1所示。圖4-2所示為并聯(lián)型開關電源的基本原理圖。其中VT為開關管,T為開關變壓器,VD為整流二極管,C為濾波電容,R為負載電阻。并聯(lián)型開關電源是反激式開關電源,即在開關管導通期間,整流管VD截止;在開關管VT截止期間,整流管VD導通,向負載提供能量。所以,這要求不但開關變壓器T的電感量、濾波電容C的容量大,而且開關電源的內阻也要大。下一頁返回第一節(jié)液晶彩電開關電源概述二、液晶彩電開關電源的形式開關電源根據(jù)在液晶彩電中位置的不同,可分為外接和內接兩種形式。1.外接形式所謂外接形式,是指開關電源安裝在液晶彩電外部,這種開關電源一般稱為電源適配器(Adapter)。電源適配器輸出的直流電壓一般為12V,也有一些機型為14V、18V、24V、28V等。電源適配器輸出的直流電壓通過插接口輸入到液晶彩電內部的DC/DC變換器中,經(jīng)DC/DC變換后,再產(chǎn)生整機小信號處理電路所需的5V、3.3V、2.5V、1.8V等幾路電壓。這種供電方案主要應用在小屏幕液晶彩電中。上一頁下一頁返回第一節(jié)液晶彩電開關電源概述2.內接形式所謂內接形式,是指在液晶彩電內部專設一塊開關電源板(有些和高壓逆變電路做在一起),安裝在主板的旁邊,開關電源可輸出+12V、+18V、+24V、+28V等電壓,輸出的直流電壓再加到DC/DC變換器中,產(chǎn)生整機小信號處理電路所需的5V、3.3V、2.5V等電壓。圖4-3所示為某液晶彩電開關電源板在液晶彩電內部的位置示意圖。圖4-4所示為開關電源和高壓逆變電路一體板在液晶彩電內部的位置示意圖。上一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹一、交流抗干擾電路交流抗干擾電路的作用是濾除市電電網(wǎng)中的高頻干擾,以免市電電網(wǎng)中的高頻干擾影響液晶彩電的正常工作,同時還可濾除開關電源產(chǎn)生的高頻干擾,以免影響其他用電設備的正常工作。常用交流抗干擾電路如圖4-5所示。二、整流電路整流電路的作用是將交流電轉換成300V左右的直流電壓。液晶彩電的電路中通常采用橋式整流方式,典型電路如圖4-6所示。電路中,VD1~VD4是全橋堆中的4只整流二極管,ui是輸入的交流電壓,uo是整流輸出后的電壓。下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹三、濾波電路整流電路雖然可以把交流電變換為直流電,但負載上的直流電壓卻是脈動的,它的大小每時每刻都在變化著,不能滿足電子電路和無線電裝置對電源的要求。整流后的脈動直流電壓屬于非正弦周期信號,可以把它分解為直流成分(它的平均值)和各種不同頻率的正弦交流成分。顯然,為了得到波形平滑的直流電,應盡量降低輸出電壓中的交流成分,同時又要盡量保留其中的直流成分,使輸出電壓接近理想的直流電壓,用于完成這一任務的電路稱為濾波電路。電容和電感都是基本的濾波元件,利用它們在二極管導通時儲存一部分能量,然后再逐漸釋放出來,從而得到比較平滑的波形。在液晶彩電開關電源中,濾波電路主要采用以下幾種形式。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹(1)電容器濾波電容器濾波主要應用在開關變壓器初級電路中,用以產(chǎn)生300V直流電壓。電容器濾波電路如圖4-7所示。液晶彩電中,300V電源的濾波電容的容量一般較大,通常采用100~220μF/400V電容。該電容在通電瞬間的充電電流較大,對保險管、整流管有一定危害,所以需要通過設置限流電阻對沖擊電流進行限制。液晶彩電開關電源的限流電阻多采用負溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻。其特點是在工作溫度范圍內電阻值隨溫度的升高而降低,即在冷態(tài)阻值較大,在熱態(tài)阻值較小,這樣在開機瞬間,電容器的充電電流便受到NTC電阻的限制。在14~60s之后,NTC元件升溫相對穩(wěn)定,其上的分壓也逐步降至零點幾伏,在這樣小的壓降下,可視此種元件在完成軟啟動功能后為短接狀態(tài),不會影響電源的正常工作。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹(2)LC濾波電路LC濾波電路主要應用在開關電源次級輸出電路和二次電源輸出電路中,典型電路如圖4-8所示。(3)π型LC濾波電路在LC濾波電路的基礎上再加上一個電容,就組成了一節(jié)π型LC濾波電路,如圖4-9所示。π型LC濾波電路廣泛應用在開關電源次級輸出電路中。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹四、功率因數(shù)校正(PFC)電路早期的大多數(shù)液晶彩電的開關電源輸入電路普遍都采用帶有大容量濾波電容器的全橋整流變換電路,而沒有加PFC電路。這種電路的缺點是:開關電源輸入級整流和大濾波電容產(chǎn)生的嚴重諧波電流危害電網(wǎng)的正常工作,這使輸電線上的損耗增加,功率因數(shù)較低,浪費電能。加入PFC電路,可以通過適當?shù)乜刂齐娐?不斷調節(jié)輸入電流的波形,使其逼近正弦波,并與輸入電網(wǎng)電壓保持同相,因此,這可使功率因數(shù)大大提高,減小了電網(wǎng)負荷,提高了輸出功率,并明顯降低了開關電源對電網(wǎng)的影響。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹為提高負載的功率因數(shù),往往采取補償措施。最簡單的方法是在電感負載兩端并聯(lián)電容器,這種方法稱為并聯(lián)補償。PFC方案完全不同于傳統(tǒng)的“功率因數(shù)補償冶,它是針對非正弦電流波形而采取的提高線路功率因數(shù),迫使AC線路電流追蹤電壓波形的瞬時變化軌跡,并使電流與電壓保持同相位,使系統(tǒng)呈純電阻性的技術措施。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹長期以來,開關型電源都是采用橋式整流和大容量電容濾波電路來實現(xiàn)AC/DC變換的。由于濾波電容的充、放電作用,在其兩端的直流電壓出現(xiàn)略呈鋸齒狀的紋波。濾波電容上電壓的最小值與其最大值(紋波峰值)相差并不多。根據(jù)橋式整流二極管的單向導電性,只有在AC線路電壓瞬時值高于濾波電容上的電壓時,整流二極管才會因正向偏置而導通;而當AC輸入電壓瞬時值低于濾波電容上的電壓時,整流二極管因反向偏置而截止。也就是說,在AC線路電壓的每個半周期內,只是在其峰值附近,二極管才會導通(導通角約為70毅)。雖然AC輸入電壓仍大體保持正弦波波形,但AC輸入電流卻呈高幅值的尖峰脈沖,如圖4-10所示。這種嚴重失真的電流波形含有大量的諧波成分,會引起線路功率因數(shù)嚴重下降。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹為提高線路的功率因數(shù),抑制電流波形失真,必須采用PFC措施。PFC分無源和有源兩種類型,目前流行的是有源PFC技術。有源PFC電路一般以一片功率控制IC為核心,它被置于橋式整流器和一只高壓輸出電容之間,也稱有源PFC交換器。有源PFC變換器一般采用升壓形式,主要是在輸出功率一定時,有較小的輸出電流,從而可減小輸出電容器的容量和體積,同時也可減小升壓電感元件的繞組線徑。有源PFC電路的基本結構與效果如圖4-11所示。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹五、啟動電路和振蕩器/開關元件為了使開關元件(開關管)工作在飽和、截止的開關狀態(tài),必須有一個激勵脈沖作用到開關管的基極,液晶彩電一般采用他激式電源,這個激勵脈沖一般由專門的振蕩器產(chǎn)生,而振蕩器的工作電壓則由啟動電路來提供。在開關管飽和期間,要求振蕩電路能為開關管提供足夠大的基極電流,否則,開關管會因開關損耗大而損壞。在開關管由飽和轉向截止時,對基極必須加反向電壓,形成足夠的基極反向抽出電流,使開關管迅速截止,以減小關斷損耗給開關管帶來的危害。六、穩(wěn)壓電路為了使開關電源的輸出電壓不因市電電壓、負載電流的變化而發(fā)生變化,必須通過穩(wěn)壓控制電路來對開關管的導通時間進行控制,達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。穩(wěn)壓電路主要由誤差取樣、穩(wěn)壓控制電路構成。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹1.誤差取樣電路液晶彩電的誤差取樣電路主要有間接取樣電路和直接取樣電路兩種。(1)間接取樣電路間接取樣電路的特點是在開關變壓器上專設一個取樣繞組,由于取樣繞組和次級繞組采用緊耦合結構,所以,取樣繞組被感應的脈沖電壓的高低就間接地反映了輸出電壓的高低,因此,這種取樣方式稱為間接取樣方式。這種取樣方式的缺點是穩(wěn)壓瞬間響應差,當輸出電壓因市電電壓等原因發(fā)生變化時,須經(jīng)開關變壓器的耦合才能反應到取樣繞組,不但響應速度慢,而且不便于空裝檢修,檢修時,一般要在開關電源輸出端接假負載。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹(2)直接取樣電路顧名思義,直接取樣電路的取樣電壓直接取自開關電源的主電源輸出端,通過光耦合器再反饋到電源電路的脈寬或頻率調節(jié)電路。直接取樣電路具有安全性能好、穩(wěn)壓反應速度快、瞬間響應時間短等優(yōu)點,在液晶彩電的電源電路中得到了廣泛的應用。2.穩(wěn)壓控制電路穩(wěn)壓控制電路的主要作用是,在誤差取樣電路的作用下,通過控制開關管激勵脈沖的寬度或周期,控制開關管導通時間的長短,使輸出電壓趨于穩(wěn)定。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹七、保護電路開關電源的許多元件都工作在大電壓、大電流條件下,為了保證開關電源及負載電路的安全,開關電源設置了許多保護電路。1.尖峰吸收回路由于開關變壓器是感性元件,所以,在開關管截止的瞬間,其集電極上將產(chǎn)生尖峰極高的反峰值電壓,容易導致開關管過壓損壞,為此,開關電源大都設置了如圖4-12所示的尖峰吸收回路。實際應用中的尖峰脈沖吸收電路是由鉗位電路和吸收電路復合而成的,圖4-13所示是鉗位電路和吸收電路在開關電源應用時的不同效果。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹2.過壓保護電路為避免因各種原因引起的輸出電壓升高,而造成負載電路的元件損壞,一般都設置過壓保護電路。方法有多種,可以在輸出電壓和地之間并聯(lián)晶閘管(又稱可控硅,SCR),一旦電壓取樣電路檢測到輸出電壓升高,就會觸發(fā)可控硅導通,起到過壓保護的功能,也可以在檢測到輸出電壓升高時,直接控制開關管的振蕩過程,使開關電源停止工作。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹3.過流保護電路為了避免開關管因負載短路或過重而過流損壞,開關電源必須具有過流保護功能。最簡單的過流保護措施是在線路中串入保險管,在電流過大時,保險管熔斷,從而起到保護的作用。另外,在整流電路中常接有限流電阻,一般采用功率很大的水泥電阻,阻值為幾歐,其能起一定的限流作用。同時比較有效的方法是在開關調整管的發(fā)射極(對三極管而言)或源極(對場效應管而言)串接一只過流檢測小電阻,一旦某種原因引起飽和時的電流過大,則過流檢測電阻上的壓降增大,從而觸發(fā)保護電路,使開關管基極上的驅動脈沖消失或調整驅動脈沖的脈寬,使開關管的導通時間下降,達到過流保護的目的。上一頁下一頁返回第二節(jié)液晶彩電開關電源基本電路介紹4.軟啟動電路一般在開關電源開機瞬間,由于穩(wěn)壓電路還沒有完全進入工作狀態(tài),開關管將處于失控狀態(tài),極易因關斷損耗大或過激勵而損壞。為此,一些液晶彩電的開關電源中設有軟啟動電路,其作用是在每次開機時,限制激勵脈沖導通時間不至于過長,并使穩(wěn)壓電路迅速進入工作狀態(tài)。有些電源控制芯片中集成有軟啟動電路,有些開關電源則在外部專設有軟啟動電路。5.欠壓保護電路當市電電壓過低時,將引起激勵脈沖幅度不足,導致開關管因開啟損耗大而損壞,因此,有些開關電源設置了欠壓保護電路。需要說明的是,很多開關電源控制IC大都內含欠壓保護電路,因此,不需在外部單獨設置此電路。上一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析一、由STR-E1565+STR-2268構成的開關電源電路由STR-E1565+STR-2268構成的開關電源電路在長虹46英寸以上液晶彩電中應用十分普遍。該電源方案中,共輸出+12V、+5V(signal小信號)、+5V(MCU)、+24V共4組電壓,其中+12V和+5V(signal)2組電壓供液晶彩電信號處理電路使用,+5V(MCU)電壓供MCU使用,+24V電壓供逆變器使用。+12V、+5V(signal)、+5V(MCU)3組電壓由STR-E1565及相關電路產(chǎn)生,稱為主開關電源;+24V電壓由STR-2268產(chǎn)生,稱為副開關電源。圖4-14所示為該電源方案的電路原理圖。下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析1.主開關電源電路分析主開關電源電路以厚膜集成電路U807(STR-E1565)為核心。STR-E1565是日本三肯公司開發(fā)的開關電源模塊,該電源模塊具有輸出功率大、帶負載能力強、待機功耗小、保護功能完善等優(yōu)點。其內部含有功率因數(shù)校正電路、振蕩電路、功率開關管、過壓/欠壓保護電路、過熱保護電路等。STR-E1565內部電路框圖如圖4-15所示,STR-E1565引腳的功能與電壓數(shù)據(jù)見表4-1。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(1)整流濾波電路220V左右的交流電壓先經(jīng)延遲保險管F801,然后進入由L801、C801、C802、C803、C804、C805、L801、L802組成的交流抗干擾電路,濾除市電中的高頻干擾信號,同時保證開關電源產(chǎn)生的高頻信號不竄入電網(wǎng)。電路中,TH801為負溫度系數(shù)熱敏電阻,開機瞬間溫度低,阻抗大,防止電流對回路的浪涌沖擊;VZ801為壓敏電阻,即在電源電壓高于250V時,壓敏電阻VZ801擊穿短路,保險管F801熔斷,這樣可避免電網(wǎng)電壓波動造成開關電源損壞,從面保護后級電路。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(2)功率因數(shù)校正(PFC)電路功率因數(shù)校正電路由T801、T802、Q803~Q806、STR-E1565內部電路等組成。由BD801整流,C814、L803、C812、C813濾波后的直流電壓,經(jīng)R816、R815、R813、R812分壓后,送到STR-E1565的逾腳(STR-E1565的逾腳既是PFC電路乘法器的輸入端又是外部鎖定觸發(fā)端),在內部乘法器中經(jīng)邏輯處理、推挽放大后,從STR-E1565的③腳輸出的開關脈沖經(jīng)Q803、Q804推挽放大后,從Q803、Q804的發(fā)射極輸出,再分別加到Q805、Q806的G極,驅動Q805、Q806工作在開關狀態(tài)(開關頻率在幾十kHz到100kHz)。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析STR-E1565的⑤腳為PFC部分開關管源極電流檢測端。Q805、Q806漏極電流從源極輸出,經(jīng)R831、R832接地,在R831、R832上形成與Q805、Q806源極電流成正比的檢測電壓。該電壓經(jīng)R827反饋到STR-E1565的⑤腳內部,內部電流檢測電路及邏輯處理電路自動調整STR-E1565的③腳輸出脈沖的大小,從而自動調整Q805、Q806源極電流。STR-E1565的⑧腳為PFC電路輸出過壓/過壓保護端。該腳用于檢測濾波電容C834正端400V電壓,其外部由R810、R808、R822、R821組成的分壓電路對C834正端電壓(VIN)進行分壓。液晶彩電正常工作時。STR-E1565的⑥腳電壓為4.3V,當PFC電路輸出的開關脈沖過高時,其會導致C834正端電壓異常升高,STR-E1565的⑥腳電壓也隨之升高;當電壓超過4.3V時,內部過壓保護電路啟動,輸出控制信號到PFC邏輯控制電路,調整STR-E1565的③腳輸出的開關脈沖,使其恢復到正常范圍。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(3)啟動與振蕩電路C834兩端的400V電壓分為兩路:一路經(jīng)開關變壓器T804的1-3繞組加到STR-E1565的④腳內部MOS開關管的D極;另一路作為啟動電壓加到STR-E1565的①腳,經(jīng)內部電路對%腳的外接電容C832充電。當C832正端即STR-E1565的%腳電壓上升到16.2V時,STR-E1565內部振蕩電路工作,并輸出開關脈沖,經(jīng)內部推挽緩沖放大后加到大功率MOS開關管的G極,使MOS開關管工作在開關狀態(tài)。開關電源啟動后,開關變壓器T804自饋繞組(5-6繞組)感應的脈沖電壓經(jīng)D813整流,C832濾波獲得22V左右的直流電壓,加到STR-E1565的%腳,取代啟動電路為STR-E1565提供啟動后的工作電壓。若電源啟動后,STR-E1565的%腳無持續(xù)的電壓供給,%腳充得的電壓將隨著電流的消耗逐漸下降,當電壓下降到9.6V時,電源停止工作。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(4)穩(wěn)壓控制電路穩(wěn)壓控制電路以取樣放大電路U808(SE005N)、光耦合器U804和厚膜電路STR-E1565為核心構成,取樣點在C846正端(5V輸出端)。圖4-16所示為取樣放大電路U808(SE005N)內部電路框圖。穩(wěn)壓控制的過程如下:設某一時刻C846兩端的電壓升高,U808的①腳電壓隨之升高,取樣電壓也隨之升高,經(jīng)U808內部分壓電阻R1、R2分壓后的電壓升高,U808內部Q管的導通能力增強,導致U808的于腳電壓下降,流過光電耦合器U804中發(fā)光二極管的電流增大,其發(fā)光強度增強,則光敏三極管導通加強,使STR-E1565的$腳電流增大,經(jīng)內部誤差電流檢測電路檢測后,控制內部開關管提前截止,使開關電源的輸出電壓下降到正常值。反之,當輸出電壓降低時,經(jīng)上述穩(wěn)壓電路的負反饋作用,STR-E1565內部開關管導通時間變長,使輸出電壓上升到正常值。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(5)保護電路為了保證開關電源可靠地工作,該開關電源設有以下保護電路:過流保護電路。過流保護電路由R843、R841、C833及STR-E1565的&、#腳內部電路構成。液晶彩電正常工作時,STR-E1565內部大功率開關管漏極電流從&腳源極輸出,經(jīng)電阻R843到地形成回路,R843上形成壓降并通過R841反饋到STR-E1565的#腳。當某種原因導致STR-E1565內部大功率開關管漏極電流增大時,R843上的壓降增大,使加到STR-E1565#腳的電壓增大,當STR-E1565的#腳電壓升高到0.75V以上時,內部過流保護電路啟動,開關電源停止工作。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析過熱保護電路。過熱保護電路集成在STR-E1565內部,當某種原因造成STR-E1565內部溫度升高到135益以上時,內部過熱保護電路啟動,開關電源停止工作。準諧振電路。STR-E1565內部開關管截止時,其源極與漏極間有較大的脈沖電壓,在該脈沖電壓的后沿降到低電平之前,開關管不應導通,否則,開關管就會有較大的導通損耗。為保證開關管在漏極脈沖電壓最低時導通,本電路應用了準諧振電路。STR-E1565的_腳的外接電容C842和變壓器T804的1-3繞組組成串聯(lián)諧振路,諧振電路在C842兩端產(chǎn)生諧振電壓,若在該諧振電壓的最低點開關管導通,則可將開關管的導通損耗降至最小。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析2.副開關電源電路分析副開關電源電路以厚膜集成電路U806(STR-2268)為核心。SRT-2268是日本三肯公司開發(fā)的厚膜集成電路,該厚膜塊具有自動跟蹤、多種模式控制及保護等功能,配合三肯公司的STR-E1565厚膜塊可以進行待機控制。圖4-17所示是STR-2268內部電路框圖,STR-2268引腳的功能與電壓數(shù)據(jù)表4-2。(1)啟動電路正常工作時,C834兩端的400V左右的電壓經(jīng)開關變壓器T803的8-4初級繞組加到STR-2268的)、_腳,為STR-2268內部開關管的源極提供電壓。另外,由主開關電源開關變壓器T804的4-6繞組產(chǎn)生的感應電壓經(jīng)D811整流、C837濾波后得到28V直流電壓,上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(2)穩(wěn)壓控制電路穩(wěn)壓控制電路由光耦U802、誤差放大器U809、R819及STR-2268的逾腳內部電路組成。其中R861、R859、R857組成取樣電路,當某種原因造成+24V電壓升高時,經(jīng)R861、R859、R857分壓后,在電阻R857上的壓降增大,U809的R極電壓隨之升高,U809的K極(上端)電壓下降,光耦U802的①、于腳電流增大,其③、④腳電流也增大,STR-2268的逾腳內部控制電路啟動,使振蕩電路輸出的脈沖變窄,輸出電壓降至24V。當輸出電壓降低時,穩(wěn)壓過程與上述過程相反。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(3)保護電路軟啟動保護電路。軟啟動保護由STR-2268的@腳內部電路及外接電容C819完成,C819為軟啟動電容。當STR-2268開關電源啟動時,@腳內部電路輸出電流對C819充電,使STR-2268內部雙MOS管導通時間縮短,限制漏極電流,實現(xiàn)軟啟動。過壓/欠壓保護電路。過壓/欠壓保護由STR-2268的俞腳內部電路實現(xiàn)。當某種原因導致C815上電壓在28V以上時,電路進入過壓保護狀態(tài);當C815上電壓在7V以下時,電路進入欠壓保護狀態(tài)。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析過載保護電路。過載保護電路由STR-2268的逾腳內部電路及R819、C816構成。當某種原因造成24V電壓逐漸降低時,光耦U802的電流也逐漸降低。當逾腳電流降到150μA時,內部電路不再對內部振蕩電路進行控制。此時,STR-2268的逾腳輸出12μA電流,對外接電容C816充電,當逾腳電壓上升至6V時,內部電路進入過載保護狀態(tài),振蕩電路被關閉。過流保護電路。過流保護電路由STR-2268的#腳內部電路及R835、C823構成。STR-2268過流檢測采用負電壓檢測,內部MOS開關管電流從&、*腳輸出,經(jīng)R833、R834到地。#腳外接R835、C823組成RC濾波器,以消除浪涌和不穩(wěn)定現(xiàn)象。當某種原因造成電流增大,使#腳電壓降至-0.7V時,過流保護電路啟動,電源處于保護狀態(tài)。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析3.待機控制電路待機控制電路由Q810、Q809、Q808、Q807、Q812、Q813、Q815、U803、D820、D821、D822等元器件組成。液晶彩電正常工作時,從主板組件上送來的控制電平經(jīng)JP804的①腳輸入,分兩路分別對主開關電源及副開關電源進行控制。在電視機正常工作時,JP804的①腳輸入的高電平(4.8V)分為兩路:一路經(jīng)R880送到Q810的基極,Q810飽和導通,D820、D821、D822導通,Q812、Q813、Q815導通,Q814、Q811、Q816導通,其源極分別輸出+5V、+12V電壓,經(jīng)JP804、JP805提供給主板組件;另一路經(jīng)R881送到Q809的基極,Q809飽和導通,光耦U803導通,Q807、Q808飽和導通,D810、D811整流,C837濾波得到的28V電壓經(jīng)Q807送到STR-2268的5、9腳,向STR-2268提供工作電壓,STR-2268輸出24V電壓提供給逆變器。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析二、由TDA16888+UC3843構成的開關電源電路由TDA16888+UC3843構成的開關電源電路主要應用在康佳LC-TM3719液晶彩電上,有關電路如圖4-18所示。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析1.主開關電源電路主開關電源電路以Ul(TDA16888)為核心構成,主要用來產(chǎn)生24V和12V電壓。TDA16888是英飛凌(Infineon)公司推出的具有PFC功能的電源控制芯片,其內置的PFC控制器和PWM控制器可以同步工作。PFC和FWM集成在同一芯片內,因此具有電路簡單、成本低、損耗小和工作可靠性高等優(yōu)點,這也是TDA16888應用最普及的原因。TDA16888內部的PFC部分主要有電壓誤差放大器、模擬乘法器、電流放大器、3組電壓比較器、3組運算放大器、RS觸發(fā)器和圖騰柱式驅動級。PWM部分主要有精密基準電壓源、DSC振蕩器、電壓比較器、RS觸發(fā)器和圖騰柱式驅動級。此外,TDA16888內部還設置有對過壓、欠壓、峰值電流限制、過流、斷線掉電等的完善的保護功能。圖4-19所示為TDA16888內部電路框圖,其引腳的功能見表4-3。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(1)整流濾波電路220V左右的交流電壓先經(jīng)延遲保險管F1,然后進入由CY1、CY2、THR1、R8A、R9A、ZNR1、CX1、LFl、CX2、LF4組成的交流抗干擾電路,濾除市電中的高頻干擾信號,同時保證開關電源產(chǎn)生的高頻信號不竄入電網(wǎng)。電路中,THR1是熱敏電阻器,主要是防止浪涌電流對電路的沖擊;ZNR1為壓敏電阻,即在電源電壓高于250V時,壓敏電阻ZNR1擊穿短路,保險管F1熔斷。這樣可避免電網(wǎng)電壓波動造成開關電源損壞,從而保護后級電路。經(jīng)交流抗干擾電路濾波后的交流電壓被送到由BD1、CX3、L7、CX4組成的整流濾波電路,經(jīng)BD1整流濾波后,形成一直流電壓。由于濾波電路電容CX3儲能較小,所以在負載較輕時,經(jīng)整流濾波后的電壓為310V左右;在負載較重時,經(jīng)整流濾波后的電壓為230V左右。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(2)PFC電路輸入電壓的變化經(jīng)R10A、R10B、R10C、R10D加到TDA16888的①腳,輸出電壓的變化經(jīng)R17D、R17C、R17B、R17A加到TDA16888的(腳,TDA16888內部根據(jù)這些參數(shù)進行對比與運算,確定輸出端⑧腳的脈沖占空比,維持輸出電壓的穩(wěn)定。在一定的輸出功率下,當輸入電壓降低,TDA16888的⑧腳輸出的脈沖占空比變大;當輸入電壓升高,TDA16888的⑧腳輸出的脈沖占空比變小。在一定的輸入電壓下,當輸出功率變小,TDA16888的⑧腳輸出的脈沖占空比變小,反之亦然。(3)啟動與振蕩電路當接通電源時,從副開關電源電路產(chǎn)生的VCC1電壓經(jīng)Q5、R46穩(wěn)壓后,加到TDA16888的俞腳,TDA16888得到啟動電壓后,內部電路開始工作,并從逾腳輸出PWM驅動信號,經(jīng)過Q12、Q13推挽放大后,分成兩路,分別驅動Q3和Q11處于開關狀態(tài)。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(4)穩(wěn)壓控制電路當次級24V電壓輸出端輸出電壓升高時,經(jīng)R54、R53分壓后,誤差放大器Ull(TL431)的控制極電壓升高,U11的K極(上端)電壓下降,流過光耦合器U4中發(fā)光二極管的電流增大,其發(fā)光強度增強,則光敏三極管導通加強,使TDA16888的$腳電壓下降,經(jīng)TDA16888內部電路檢測后,控制開關管Q3、Q11提前截止,使開關電源的輸出電壓下降到正常值;反之,當輸出電壓降低時,經(jīng)上述穩(wěn)壓電路的負反饋作用,開關管Q3、Q11導通時間變長,使輸出電壓上升到正常值。(5)保護電路過流保護電路。TDA16888的③腳為過流檢測端,流經(jīng)開關管Q3源極電阻R2兩端的取樣電壓增大,使加到TDA16888的③腳的電壓增大,當③腳電壓增大到閾值電壓時,TDA16888關斷逾腳輸出。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析過壓保護電路。當24V或12V輸出電壓超過一定值時,穩(wěn)壓管ZD3或ZD4導通,通過D19或Dl8加在U8的⑤腳電位升高,U8的⑦腳輸出高電平,控制Q8、Q7導通,使光耦合器U5內發(fā)光二極管的正極被鉗位在低電平而不發(fā)光,光敏三極管不能導通,進而控制Q5截止。這樣,由副開關電源產(chǎn)生的VCC1電壓不能加到TDA16888的俞腳,TDA16888停止工作。2.副開關電源電路副開關電源電路以電源控制芯片U2(UC3843)為核心構成,用來產(chǎn)生30V、5V電壓,并為主開關電源的電源控制芯片U1(TDA16888)提供VCC1啟動電壓。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析副開關電源控制芯片UC3843內部電路框圖如圖4-20所示,它主要由基準電壓發(fā)生器、VCC欠壓保護電路、振蕩器、PWM閉鎖保護、推挽放大電路、誤差放大器及電流比較器等電路組成。該控制芯片與外圍振蕩定時元件、開關管、開關變壓器可構成功能完善的他激式開關電源。UC3843引腳的功能見表4-4。UC384×主要包括UC3842、UC3843、UC3844、UC3845等電路,它們的功能基本一致,其不同點有三:一是集成電路的啟動電壓(⑦腳)和啟動后的最低工作電壓(即欠壓保護動作電壓)不同;二是輸出驅動脈沖占空比不同;三是允許工作環(huán)境溫度不同。另外,集成電路型號末尾字母不同表示封裝形式不同。主要不同點見表4-5。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(1)啟動與振蕩電路由D6整流、C49濾波后產(chǎn)生的300V左右的直流電壓一路經(jīng)開關變壓器T1的1-2繞組送到場效應開關管Q9的漏極(D極)。另一路經(jīng)R80A、R80B、R80C、R80D對C8充電,當C8兩端電壓達到8.5V時,UC3843的⑦腳內的基準電壓發(fā)生器產(chǎn)生5V基準電壓,從⑧腳輸出,經(jīng)R89、C42形成回路,對C42充電,當C42充電到一定值時,C42就通過UC3843迅速放電,在UC3843的④腳上產(chǎn)生鋸齒波電壓,并送到內部振蕩器,從UC3843的⑥腳輸出脈寬可控的矩形脈沖,控制開關管Q9工作在開關狀態(tài)。Q9工作后,在T1的4-3反饋繞組上感應的脈沖電壓經(jīng)R15限流,D4、C8整流濾波后,產(chǎn)生12V左右的直流電壓,將取代啟動電路,為UC3843的⑦腳供電。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(2)穩(wěn)壓調節(jié)電路當電網(wǎng)電壓升高或負載變輕而引起Tl輸出端產(chǎn)生+5V的電壓升高時,經(jīng)R22、R23分壓取樣后,加到誤差放大器U6(TL431)的R端的電壓升高,這導致K端電壓下降,光耦合器U3內發(fā)光二極管的電流增大,發(fā)光加強,這導致U3內光敏三極管的電流增大,相當于光敏三極管ce結電阻減小,這使UC3843的①腳電壓下降,控制UC3843的⑥腳輸出脈沖的高電平時間縮短,開關管Q09的導通時間縮短,其次級繞組感應電壓降低,5V電壓輸出端電壓降低,達到穩(wěn)壓的目的。若5V電壓輸出端電壓下降,則穩(wěn)壓過程相反。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析(3)保護電路欠壓保護電路。當UC3843的啟動電壓低于8.5V時,UC3843不能啟動,其⑧腳無5V基準電壓輸出,開關電源電路不能工作。當UC3843已啟動,但負載有過電流使T1的感抗下降,其反饋繞組輸出的工作電壓低于7.6V時,UC3843的⑦腳內部的施密特觸發(fā)器動作,控制⑧腳無5V電壓輸出,UC3843停止工作,避免了Q9因激勵不足而損壞。過電流保護電路。開關管Q9源極(S)的電阻R87不但用于穩(wěn)壓和調壓控制,而且還作為過電流取樣電阻。當由于某種原因(如負載短路)引起Q9源極的電流增大時,R87上的電壓降增大,UC3843的③腳電壓升高,當③腳電壓上升到1V時,UC3843的⑥腳無脈沖電壓輸出,Q9截止,電源停止工作,實現(xiàn)過電流保護。上一頁下一頁返回第三節(jié)液晶彩電開關電源電路分析3.待機控制電路開機時,MCU輸出的ON/OFF信號為高電平,使加到誤差放大器U8的于腳的電壓為高電平,U8的①腳輸出低電平,三極管Q6導通,光耦合器U5的發(fā)光二極管發(fā)光,光敏三極管導通,進而控制Q5導通。這樣,由副開關電源產(chǎn)生的VCC1電壓可以加到TDA16888的俞腳。待機時,0N/OFF信號為低電平,這使加到誤差放大器U8的于腳的電壓為低電平,U8的①腳輸出高電平,三極管Q6截止,光耦合器U5的發(fā)光二極管不能發(fā)光,光敏三極管不導通,進而控制Q5截止,這樣,由副開關電源產(chǎn)生的VCC1電壓不能加到TDA16888的俞腳,TDA16888停止工作。上一頁返回第四節(jié)液晶彩電DC/DC變換器分析一、線性穩(wěn)壓器線性穩(wěn)壓器主要包括普通線性穩(wěn)壓器和LDO(LowDropoutRegulator的縮寫,意為低壓差線性穩(wěn)壓器)兩種類型,它們的主要區(qū)別是:普通線性穩(wěn)壓器(如常見的78系列三端穩(wěn)壓器)工作時要求輸入與輸出之間的壓差值較大(一般要求在2V以上),功耗較高;而LDO工作時要求輸入與輸出之間的壓差值較小(可以為1V甚至更低),功耗較低。下一頁返回第四節(jié)液晶彩電DC/DC變換器分析1.線性穩(wěn)壓器的基本工作原理普通線性穩(wěn)壓器是通過輸出電壓反饋、誤差放大器等組成的控制電路來控制調整管的管壓降VDO(即壓差)來達到穩(wěn)壓的目的,如圖4-21所示。其特點是:VIN必須大于VOUT,調整管工作在線性區(qū)(線性穩(wěn)壓器由此得名)。無論是輸入電壓的變動還是負載電流的變化引起輸出電壓變動,通過反饋及控制電路改變VDO的大小,輸出電壓VOUT都基本不變。LDO是在普通線性穩(wěn)壓器的基礎上,通過降低壓差而生產(chǎn)出來的,因此,LDO的工作原理與傳統(tǒng)線性三端穩(wěn)壓器的原理是一致的,可以通過采用不同的結構來降低壓差,如圖4-22所示。上一頁下一頁返回第四節(jié)液晶彩電DC/DC變換器分析有些液晶彩電中使用的線性穩(wěn)壓器設有輸出控制端,也就是說,這種穩(wěn)壓器的輸出電壓受控制端的控制。圖4-23所示是可控穩(wěn)壓器的內部框圖。圖中,EN(有時也可用符號SHDN表示)為輸出控制端,一般由微處理器加低電平(或高電平)使LDO關閉(或工作),在關閉電源狀態(tài)時,耗電約1μA。有些線性穩(wěn)壓器還設有電源工作狀態(tài)信號輸出端,當電源工作正常時,輸出高電平;當電源有故障或輸出電壓低于正常電壓的5%時,輸出低電平。此信號可輸入MCU作故障或輸出電壓過低報警。圖4-24所示是輸出電壓為3.3V的LD1117S33(LDO)應用電路。電路的工作過程十分簡單,圖中,VIN為LD1117S33的輸入端,電壓為5V,5V電壓經(jīng)LD1117S33穩(wěn)壓后,從其輸出端VOUT輸出3.3V電壓,加到負載電路。上一頁下一頁返回第四節(jié)液晶彩電DC/DC變換器分析2.線性穩(wěn)壓器的特點線性穩(wěn)壓器具有成本低、封裝小、外圍器件少和噪聲小的特點。線性穩(wěn)壓器的封裝類型很多,非常適合在液晶彩電中使用。對于固定電壓輸出的使用場合,外圍只需2~3個很小的電容即可構成整個方案。超低的輸出電壓噪聲是線性穩(wěn)壓器最大的優(yōu)勢。輸出電壓的紋波不到35μV(RMS),又有極高的信噪抑制比,非常適合用作對噪聲敏感的小信號處理電路供電。同時在線性電源中因沒有開關時較大的電流變化所引發(fā)的電磁干擾(EMI),所以便于設計。上一頁下一頁返回第四節(jié)液晶彩電DC/DC變換器分析二、開關型DC/DC變換器開關型DC/DC變換器主要有電感式DC/DC變換器和電容式(電荷泵式)DC/DC變換器。這兩種DC/DC變換器的工作原理基本相同,都是先儲存能量,再以受控的方式釋放能量,從而得到所需的輸出電壓。不同的是,電感式DC/DC變換器采用電感儲存能量,而電容式DC/DC變換器采用電容儲存能量。由于開關型DC/DC變換器工作在開關狀態(tài),因此,變換效率較大,功率消耗較小,但缺點是輸出電壓波紋較大(電感式更大)。在開關型DC/DC變換器中,電容式DC/DC變換器的輸出電流較小,帶負載能力較差,因此,在液晶彩電中一般采用電感式開關型DC/DC變換器。上一頁下一頁返回第四節(jié)液晶彩電DC/DC變換器分析對于開關型DC/DC變換器,按照輸入、輸出電壓的大小,其又分為升壓式和降壓式兩種。當輸入電壓低于輸出電壓時,稱為升壓式;當輸入電壓高于輸出電壓時,稱為降壓式。在液晶彩電中,主要采用降壓式開關型DC/DC變換器。綜上可知,液晶彩電中采用的開關型DC/DC變換器一般為電感降壓式DC/DC變換器,下面也以此為例進行重點介紹。1.電感降壓式DC/DC變換器的工作原理電感降壓式DC/DC變換器的原理框圖如圖4-25所示。圖中VIN為輸入電壓,VOUT為輸出電壓,L為儲能電感,VD為續(xù)流二極管,C為濾波電容,電源開關管VT既可采用N溝道絕緣柵場效應管,也可采用P溝道場效應管,當然也可采用NPN或PNP晶體三極管,在實際應用中,一般采用P溝道場效應管者居多。上一頁下一頁返回第四節(jié)液晶彩電DC/DC變換器分析在實際電路中,電感降壓式DC/DC變換器的型號很多,這里只列舉一例。圖4-26所示是電感降壓式DC/DC變換器AP1510的引腳排列圖和內部電路框圖,AP1510的①腳為誤差反饋信號輸入端,于腳為輸出使能端(高電平使能,即該腳為高電平時,①腳才有輸出),③腳為振蕩設置端(通過外接電阻來設置最大輸出電流),④腳為電壓輸入端,⑤、⑥腳為電壓輸出端,⑦、⑧腳接地。上一頁下一頁返回第四節(jié)液晶彩電DC/DC