一、概述
该电源为创维公司自行设计生产的一种37寸液晶电视内置电源,BOM编号:168P-P37T 00-08,PCB板编号:5800-P37T00-13,成品物料编号:534L-0937T0-06。
该电源设计输出功率190W,电源效率高于85%,功率因素高于0.9。 设计允许负载电流: 5V(待机电源)0.5A; 12V(USB及主板供电)3A; 24V-2(背光板供电)6A。
       本电源由整流滤波网络、待机辅助电源(以下称副电源)、PFC、DC-DC、输出过流、过压保护电路等四大部分组成。本电源采用成熟的器件和单面板设计,免调试、维修检测方便、工作稳定可靠。已完全替代外厂产品配套使用于创维各型37寸液晶电视。
系统构架如附图1


二、基本工作原理
 1、电源工作流程简述
1.1  市电经两极共模抗干扰电路后送全桥整流,输出约220V脉动直流,分两路分别送副电源和功率因素校正PFC电路,PFC输出约380V直流电源送后级DC-DC转换电路,输出稳定的12V和24V直流电源为液晶屏和主板电路供电。 
1.2 市电接通后,待机辅助电源首先启动,输出+5V(主板系统电源)到主板系统控制电路,随后,主板送出一个约3V的开机ON控制信号,使副电源电路中的待机控制管Q5导通,输出一个15V辅助电源,为PFC/DC-DC转换控制电路芯片提供辅助VCC。 
1.3 本电源采用STR-E1555配合外置MOS管和变压器完成PFC和DC-DC电压变换。当P1启动供电端子连接到起动电路和P15 Vcc端 (控制部分用电源)。P1输入的电源以5.6mA 的定电流为P15外接的电解电容充电,Vcc>16.2V(typ)时IC 起动。PFC电路开始工作,P3端输出激励控制信号给Q2,控制Q1工作,此后T1的P2——P3绕组将反馈信号送到的P4零电流检测电路输入端子。由R20~22、R23等组成的PFC输出稳压取样分压电路把PFC电路输出电压变化信息反馈到P6端,控制内部电路实现PFC输出稳压。PFC电路输出的380~400V稳定的直流电源给后级DC-DC转换电路供电。 
1.4  当DC-DC电路15V辅助电源和380V(300V)直流供电同时送达U1后, DC-DC转换电路开始工作。由R58、R40、U7、PC2等组成的误差取样电路把输出电压变化信息反馈到U1的P14端,DC-DC电路输出稳定的12V和24V电源,给电视主板和背光板提供电源。

2、 5V/15V副电源
2.1、 副电源原理图(如附图2所示)

   图2

2.2  U3/STRA6159M 引脚功能简介
P1  原边过电流检出信号输入端(外接取样电阻,取样电压高于0.77V保护电路动作,电源无输出)
P2  Vcc控制电路的电源输入端(启动电压17.5V,工作维持电压高于10.5V即可)
P3  地
P4  定电压控制信号/过负载保护信号输入(电压反馈取样输入脚FB)
P5  启动电源输入脚(可直接接电源、本机设计有外接欠压保护电路,当电压低于120V时,该脚无电压,电源不启动)。
P6  空脚
P7/8 内部MOS管漏极。

2.3 工作流程
本副电源为主板CPU控制系统和电源板其余各IC提供辅助电源,如果它不能正常工作,整机将瘫痪。当市电接通后,U3的P5有正常的启动供电(该供电仅在启动瞬间起作用,启动完成后P5端无需电流输入),起动电路是由Startup 端子(P5)连接到输入电压经整流后的直流电压部分而构成。从Startup 端子输入的电流被IC内部电路定电流处理后(800μA Typ)经IC内部给连接在Vcc端子(P2)的电容C26充电。电源的起动在Vcc 端子电压上升到动作开始电源电压Vcc(ON)=17.5V (TYP)时,开始动作(到动作开始为止的起动时间仅由电容C26的容量决定,而和Startup 端子的直流电压无关)。此后T2的P4端的感应电压经过D8整流、C30滤波为P2端提供大于17.5V的VCC电压,电源启动完成。此时R51、R61、U6、PC3等组成的误差取样电路,将输出电压变化信息反馈到P4(FB端)控制内部激励信号占空比,从而实现电源的稳压输出。副电源输出的5V为主板CPU控制电路供电,待主板控制电路工作正常后,发出开机控制信号ON(主电源开机)送回电源板,使Q5导通,把15V辅助电源送到后级PFC和DC-DC校正电路VCC端,此后主电源启动,主板视频处理电路开始工作、屏背光点亮,电视开机。

注:P4端的OFF Timer 电路决定MOS FET 的关断时间,并产生MOS FET 导通开始的定时脉冲信号。这和通常的PWM 控制方式不同,如果IC 内部的OCP 比较器和FB 比较器没有输出ON 期间中止信号给PRC Latch复位端子(R),MOS FET 将不被关断,振荡动作不会继续。

2.4  主要外围器件作用
P1外接R37为过流保护取样电阻,当其上的压降达到0.77V电源即进入过流保护状态,无5V和15V电源输出,故该电阻变质可能导致过流保护控制电路误动作,电源表现为带负载能力差或无法正常启动! 保护过程:在每个脉冲内,对MOS 管的漏极电流的峰值进行检测,当漏极电流的检出(1脚和3脚GND间的)电压达到OCP端子的门坎电压0.77V (TYP)时,MOS管被关断。注:保护在负载电流正常后可自动解除。
P4外接电容C25为抗干扰电容,若击穿电源无输出,若漏电将导致副电源输出电压低。ZD2、C24等组成了输出过载保护动作延时电路。C24若开路,电源正常工作时无明显变化,若短路或严重漏电,将导致电源过载时过载保护电路不动作而击穿MOS管。ZD2是为防止电源正常工作时C24接入电路影响而设立的,该二极管击穿或者漏电时,由于和光电耦合器并联的电容C24的电容值较大,该端子FB功能对负载变化的响应会变坏。 U6为误差取样可调稳压管,外接取样电阻R61阻值变大输出电压升高,R51阻值变大输出电压降低,PC3若内部光敏三极管击穿、漏电时输出电压变低,发光二极管老化则输出电压升高。
Q8、R3、PC4、Q10、R64等组成了(PFC/DC-DC)待机控制电路,当Q8击穿时,15V辅助电源无法关断,主电始终无法关闭。当Q8放大能力下降内助增高可能导致15V辅助电源电压输出过低,PFC和DC-DC电路无法启动。另外PC4不能进入饱和状态或内助增加也会导致辅助电源电压下降,PFC等电路无法正常启动。 R43、D7等组成了反峰吸收回路,当D7漏电可能导致电压过热,开路则会导致U3击穿损坏。
ZD6~8为欠压保护二极管,若有击穿或者漏电,可能导致欠压保护失效,若开路,则电源不启动,无5V和15V输出.

3、PFC和DC-DC电路
3.1 PFC电路原理图 (如附图3)

 3.2 UI/STR-E1555引脚功能说明
STR-E1555是一个由前后两个变换器组成的开关电源混合IC,其前段是用来消除高次谐波的PFC变换器,后段是一个DC/DC变换器。它采用21脚的SLA封装结构,内部集成了前段变换器(升压斩波型PFC)的控制电路以及后段DC/DC变换器的控制用MIC和DC/DC部分的功率MOSFET(IC 内部)。
1脚 起动电路输入端子 作用:IC 内部,Start Up端子连接到起动电路和Vcc端子(控制部分用电源)。通常VPFB(DD ON)=3.2V 超过以后,起动电路停止动作。起动电路动作时,以5.6mA的定电流为Vcc 外接的电解电容充电,Vcc>16.2V(typ)时IC起动。
2脚  空
3脚  PFC部分MOSFET门极驱动信号输出端子
作用:PFC Out 端子输出外接MOSFET的驱动信号。该端子的输出特性为Source 300mA,Sink500mA。根据所使用的MOS FET特性,确定是采用直接驱动或者设置外部缓冲电路。
4脚  PFC部分零电流检出端子 作用:当从该点流出电流达200微安时驱动无输出,这与电流采样电阻(Rcs)有关系,      该电流还参与5脚电压控制(功率因数调整)。
5脚 PFC部分MOSFET漏极电流检出端子(过流保护检测)
作用:该端子用来检出PFC 部分MOSFET 流过的漏极电流Id。PFC 部分MOS FET的源极一侧,插入耐浪涌特性好的金属膜电阻等器件,将漏极电流Id 转换成电压。
6脚 PFC输出定电压控制信号输入端子、PFC输出过电压检出端子[Page]
7脚  PFC部分误差放大器输出及相位补偿端子 作用:COMP 端子是PFC 控制电路中用于相位校正端子。通过加大外接电容的容量,虽然可以提高电路的稳定,但有必要基于相位的超前或者滞后来进行参数调整。
8、9脚  PFC、DC/DC控制电路Gnd端子 10脚 PFC的乘法器输入端子、外部锁定触发端子 作用:Mult FP是乘法器的输入端子。输入电压先经全波整流,再通过分压输入该端子。该电压波形在使输入电流波形正弦化的过程 (功率因素校正过程中)中起到重要作用。
11脚 PFC关断延迟调整端子 作用:IC 起动后,对于频繁在Min 负载~Max 负载之间等状态下进行迅速的负载变动,Min负载下DC/DC进入低频动作时,PFC反复在起动→停止间切换,变压器等器件可能会发出异常的声音。E1555在DC/DC部分进入低频动作后,在外接电容所产生的延迟时间达到后,才停止PFC。具体动作是,DC/DC部分负载减轻,进入低频动作后,通过IC内部的定电流电路为DLP 端子外接的电容充电。DLP端子电压上升到一定的阈值,DLP端子电容充电期间内,即使负载急剧变化,PFC都不会关断,因此不会发出异常的声音。
12脚 准共振信号输入端子(谷底检测)作用:ZCD是零电流检测电路的输入端子。STR-E1555的PFC侧采用临界电流检测方式。PFC的MOSFET在电感的零电流处导通,流过电感的峰值电流达到由乘法器设定的门坎值时关断。 13脚 DC/DC部分过电流检出端子 作用:该端子对DC-DC电路的内置MOS源极(P17端)电流进行取样,当该脚电压超过0.6V时DC-DC电路进入过流保护状态,停止输出。
14脚 DC/DC部分定电压控制用信号输入端子 作用:DFB 端子是DC/DC 部分用作定电压控制的反馈端子。通常由光耦来进行反馈。
15脚 IC驱动用电源端子
17脚 DC/DC侧内藏MOSFET源极端子 作用:E1555的DC/DC转换电路MOSFET内藏。DC/DC的过电流设定采用和CS同样的检出方式。首先在源极串联检出电阻。以此将漏极电流Id变换成电压信号。在这个中,为了避免导通时产生浪涌电流冲击导致电路不稳定,插入了一个CR滤波器,但CR滤波器的时间常数不能过长,否则可能会延缓电流检出,导致保护过迟、MOS管击穿等后果。
18、19脚  空
20脚 DC/DC电路内藏MOSFET漏极端子(剪脚)
21脚 DC-DC电路内藏MOSSFET漏极端子

3.3  PFC电路工作流程与主要外围器件作用 
3.3.1 PFC电路工作流程
当U1的P1/P15加上电源后,PFC电路的P3端(PFC部分MOSFET门极驱动信号输出端子)开始输出激励信号,控制Q1进入导通状态,此后T2的2-3绕组将谷底检测信息送回P4端(PFC部分零电流检出端子)P4内部电路及时动作调整PFC激励信号波形,T1输出的电压经D2整流,由R20、21、22/R23分压取样,把反馈电压送到P6端(PFC输出定电压控制信号输入端子、PFC输出过电压检出端子)控制激励信号占空比,从而实现PFC电路输出稳压。同时P10端送入一个市电整流后的参考电压给内部乘法器电路,参与PFC电路工作波形控制,实现PFC校正。P5外接过流保护取样电阻R9把PFC过流信息反馈到P5端,随时监控过流情况,当R9上压降达到0.65V以上时,PFC电路过流保护动作,输出截止。P6端还兼有过压保护检测的功能,当输出反馈电压达到约3.2V时,PFC电路停止输出。

3.3.2 PFC电路主要外围器件作用
P1端为启动供电端,无15V电源输入,STR-E1555不能启动。
注:在本电源中,U1的P1和P15辅助供电端电压随电源输出负载水平升高而降低,故该辅助电源的升高可以作为辅助判断U1是否进入过压保护状态的依据。若P10端过压保护电路动作,则此供电电压会升高到约19V,而正常工作时,该辅助供电端电压为14.5V(模拟试验时接入约30W负载测得的数据)。
P3为激励信号输出端,外接驱动耦合电阻、激励缓冲管Q2和反峰泄放控制管Q3,当R15阻抗变大到一定程度和Q2性能不良时,激励信号的幅度可能发生改变,从而导致Q1因激励不足、损耗过大而损坏;Q3是Q1能否及时截止的关键,若Q3击穿则Q1不能工作,若Q3回路开路,则会导Q1击穿损坏。
P4为PFC凝电流检测电压输入端,外接取样电阻和取样绕组,若C7、R8开路,PFC效率会降低,若C7击穿PFC电路会发生过载保护电路误动作而无输出。
P5为过流保护电压输入端,当外接电阻R9阻值变大可导致PFC过流保护电路提前动作而无输出。C11为抗干扰电容,若开路可能导致PFC过流保护误动作,而带负载能力差,若击穿PFC过流保护不动作,可能在过载时损坏电源。
P6为PFC稳压反馈电压输入端,外接取样分压电阻R23若阻值变大,则PFC输出电压降低,R20~22变质,则输出电压升高;C19为过压保护动作延迟(抗干扰)电阻,若开路会导致过压保护提前,电源无输出,若漏电,可能导致PFC输出电压升高。
P7外接相位补偿电容,其开路电路稳定性变差,短路不工作
P10为PFC的乘法器输入端子、外部锁定触发端子(过压保护), 若D4/D3、外接电容C17、R4、R5、R6任一开路,都将导致PFC电路过压保护误电路动作——PFC、DC-DC均无输出电压,任意一个二极管导通,PFC和DC-DC电路同时进入保护锁定状态。
P11为 PFC关断延迟调整端子,外接动作延迟电容C13,若其开路,PFC电路会出现反复在起动→停止间切换,输出不稳定。若短路,将导致保护不动作,损坏U1。

3.4 DC-DC电路工作流程与主要外围器件作用
3.4.1 DC-DC电路原理图 (如附图4) 

3.4.2工作流程
当电路通电后,U1的P15端VCC正常后,内部DC-DC转换电路开始工作。T3的3-6绕组开始有电流流过,此后副边绕组感应电压经D12、14整流滤波,由R58/40、U7/PC2等组成的误差取样反馈电路,把输出电压变化信息反馈到U1的P14端,实现DC-DC稳压输出。在STR-E1555的工作模式当中,准共振模式下,必须对电压共振进行底部检出,加入延时后导通。T3的1-7绕组将谷底检测电压信息反馈到P14端,实现电源的准共振模式工作(BD端子的输入阈值电压是0.76V(typ)如果该端子的输入信号波形低于此阈值时,IC从准共振动作进入100KHz的PWM 模式)。U1的P13端为DC-DC过流保护控制电压输入端,当该脚电压达到0.6V以上时,DC-DC电路进入过流保护状态。 由于DC-DC电路输出稳压取样点设计在24V上,开机瞬间由于24V(背光电路工作时序要求背光后点亮)负载很轻,而12V负载较重,可能导致12V电源瞬间输出电压严重下降,为此,电源设计有一个由于ZD5、Q7、Q8、R35等组成的临时12V电源补偿电路,当12V电源低于正常值后,Q7、Q8导通,24V经电阻R35向12V负载电路供电,由于ZD5的取值为12V,所以当12V电源电压达到12V时,Q7截止,电源互不干扰。
3.4.3 主要外围器件作用
P12外接电容C16/D6若击穿或者漏电,DC-DC工作模式会改变,R34开路会导致DC-DC电路效率下降或MOS管损坏。
P13端电压超过0.6V时DC-DC进入过流保护状态。该脚外接电阻为DC-DC过流保护取样耦合电阻和抗干扰电容,电阻变质将导致过流保护提前动作,C15开路可能导致过流保护电路误动作,击穿将导致过流保护电路不动作或者动作延迟。
P14外接DC-DC稳压取样反馈电路器件,外接电容击穿或漏电将导致输出电压变低,PC2老化,或者取样分压电阻R58阻值变大会导致输出电压升高,严重时导致过压保护,DC-DC和PFC电路同时停止工作(PFC输出电压为300V,DC-DC输出电压为0V,)
P17为内部MOS管源极,外接过流保护取样电阻,此电阻变质将导致过流保护电路提前动作,轻者电源尖叫输出电压低,重者电源无输出、P1/P15端的辅助供电电压拉低(输出负载严重短路导致的DC-DC电路过流保护动作将直接拉低辅助电源供电。过流保护动作时,实测辅助电源电压仅为0. 8~2V,但副电源其他绕组输出电压正常,这是该电源过流保护电路动作时特有的现象)! [Page]
注1:本电源的PFC电路在负载低功率的情况下,不工作。即在不接12V/24V负载或者负载低于30W的时候,PFC电路不工作, DC-DC电路输入电压为市电整流滤波后的电压(约300V)。以上为试验测试数据,该电源PFC动作负载功率要求相关参数尚无官方文献。试验时,在12V输出端接15欧、24V输出端接入51欧电阻一个,PFC电路不启动。再试将24V输出端模拟负载电阻减小到25.5欧,PFC电路正常启动,输出电压为380V。 注2:STR-E1555的PFC侧采用临界电流检测方式。PFC的MOSFET在电感的零电流处导通,流过电感的峰值电流达到由乘法器设定的门坎值时关断。当线圈副边Ns 的电压下降到门坎值以下时,ZCD间接检测出电感的电流,判断其过零。当VZCD达到VZCD(th) =1.6(typ)时,才可以判断为进入关断区间,当电压减小到VZCD(th)-VZCD(His)以下后,再次导通。为了防止误动作,设置了0.11V的滞环。ZCD内部有两个过电压保护功能。6.5V防止了该端子电压过高;反向振荡电压下限设在0.62V,防止电压过低。

3.5 过流过压保护电路工作流程与主要外围器件作用
     本电源设计有完善的过流过压保护电路: DC-DC输出过压保护:(如附图5)由ZD3、ZD4、PC1等组成了过压保护取样反馈电路,当输出电压升高导致ZD3、ZD4之一导通时,光耦PC1内部发光管发光增强,光敏三极管导通,D5导通,将过压控制电压加到U1的P10端,U1停止工作,PFC、DC-DC电路同时停止工作。

    图5

PFC输出过压保护:(如附图6)由R25~29、R46/47、U2、Q6等组成了PFC输出过压保护取样控制电路,当输出电压升高使得Q6导通D4导通时,P10内部过压保护电路锁定,实现PFC过压保护。

    图6

PFC过流保护:由U1P5内部电路和外接取样电阻R9等组成,当R9上的压降达到0.65V以上时PFC电路进入过流保护状态。 DC-DC过流保护:U1的P13外接过流保护电阻,当该脚电压达到0.6V以上时,DC-DC电路进入过流保护状态。

三、常见故障检修流程
(如附图7)

          图7

四、电源检修注意事项
1、本电源靠近交流输入接口的一侧的三个散热片均带220V市电。检修测量时谨防触电!使用示波器测量波形必须加隔离电容或隔离变压器,否则会导致电网短路和仪表损坏!
  2、本电源PFC电路输出电压近400V,且工作电流很大。对滤波电容的安全容限要求很高,故不得使用任何普通国产电容代替PFC主滤波电容,否则可能导致火灾! 
3、严禁在脱开过流过压保护控制回路的情况下,将电源接入电视机开机测试——输出电压异常升高可能导致屏模组损坏!若必须做在路测试,则必须保证在过流、过压保护电路工作正常的情况下进行!
4、检修测量前无论电源是否能正常启动,均需对C8做放电处理。放电不得采取导线直接短路法放电(直接短路放电瞬间冲击电流过大,可能导致电容内部导线开路、打火——引发火灾、电路MOS管或IC等敏感器件损坏等严重后果),应采取在电容的两端并联一阻值大于300欧、功率大于10W的电阻进行放电(比较简单的方法如:拿电烙铁的插头在电容引脚上触碰数次放电)。 
5、本电源发生DC-DC输出短路引起过流保护时,15V副电源输出电压会变得只有不超过2V,此时拔掉电源插头、短时间再次通电仍无法退出保护状态,若要电源再次启动必须对C8做放电处理。
6、本电源DC-DC电路输出整流二极管均为肖特基二极管,反向恢复时间为n秒级,普通二极管或者快恢复二极管均不能用于替换,故必须使用原型号或性能相当的肖特基二极管代换!另外,本电源使用的一些快恢复二极管在创维其他产品上很少使用,不得已时可以相同参数其他二极管代换,但D6必须使用原型号肖特基二极管,否则会导致严重后果,具体参数见原理图上的标识。 
7、附图所示参考电压为当电源全部空载情况下,强制(ON接+5V电源)启动电源,用VC980D数字万用表测得的参考电压。因副电源稳压取样点设计在5V上,当5V空载时,原边的各绕组输出输出电压变化不能得到及时纠正(下降),故辅助电源输出电压只有约15V。若给5V电源接入约500mA负载电流,正常工作时的辅助电源电压会高于15V(约17.5V)。另:由于仪表频响特性和采样率等技术指标限制,与实际工作电压有较大出入,仅有开关控制电压,启动供电(vcc)、欠压保护端的电压比较接近真实值,故以上电压仅供参考!
8、由于个人水平限制加之能获取的上游芯片供应厂商技术支持有限,相关原理剖析可能存在错误,望广大同行能及时发现和指正!

完结...