液晶彩电的电源与CRT彩电的电源相比,它们有好多相似之处,如都属“开关型”的电源, 都有储能元件、电感与电容,以及开关控制元件--功率开关管。将部分维修CRT彩电的经验,套用在液晶彩电电源的维修中也很灵验。比如,判断CRT彩电开关电源是否已起振工作,通常的方法是检测功率开关管的控制极,即普通晶体管的b极、MOS管的G极是否存有负压值来作为检测开关电源起振与否的一项指标,并且可根据负压值的大小,推断其电路的振荡强度如何。将此经验套用在液晶彩电的维修中,同样适宜。再者,不管是液晶还是CRT彩电,其中以保护、控制为目的而采用的光电耦合器,它内部的发光二极管两端正向压降(①、②两脚),在能使内部光敏管呈导通放大态时,①、②两脚压降为1V;呈饱和态时约为1.1V~1.2V。 但是,CRT的经验不可一味地套用在液晶彩电上,否则,维修将会南辕北辙,误入迷宫,难以跳出。

        下面, 笔者分别从理论与实践两方面阐述其“不可”的原因;及“一味套用”后的结果。

一、关于它们的市电整流输出端的滤波电容

        CRT彩电的市电整流输出端的滤波电容,就是维修界俗称的300V滤波电容,其电容耐压值通常在400V ,容值选得比较大,一般在120uF~470uF之间。选择大容值的目的是,让它充、放电的时间较长,以利于平滑,经过全桥整流后的100Hz正弦直流脉冲波,获得较平稳的300V直流电压,并有较强的带载能力。此电容在彩电电路中,是一个具 有“地标性”的元件,有很多种故障的检修是以它为关键点展开的。测其上的电压值是否为300V,如不是,那么,不是它本身失容、漏电,就是它之前,或之后的电路不正常。但是,如果将此规律应用在液晶彩电电源的维修中,那就大错了。因为在具有PFC电路的液晶彩电开关电源中,市电整流输出端所设的滤波电容,不仅不是对100Hz正弦直流脉冲的平滑滤波,反而是在最大程度上保持这100Hz正弦直流波的“原汁、原味”,以便给后面的PFC电路(有源功率因数校正电路),提供220V交流电的全部信息内容(相位、频率、幅值、正弦规律)。故此,它的容值选得很小,目的是为充、放电迅速,能不失真地保持波形的正弦变化规律。容值一般在1uF~1.5uF之间,且为无极性电容,(CRT彩电为电解电容)。

         正常时,此点用万用表直流电压挡测得电压为200V~210V(开机收视态)。此点数值,不像CRT彩电那样,是220V交流电的幅值,而是220V交流电经过全波整流后,所得100Hz正弦直流脉冲波的平均值,即市电的有效值220V乘以全波整流系数0.9而得(220V X 0.9V=198V)。因有1uF~1.5uF的滤波电容存在,所以,所测得电压略大于理论值,为200V~210V。但是,当待机态时,检测这里的电压值,却又与CRT彩电一样又:恢复到300V。如果不了解这一点,已修惯CRT彩电,带着对CRT彩电中的300V滤波电容运作规律的认知,去修液晶彩电电源,那么,当检测到整流输出端滤波电容上只有200V电压,且待机又为300V电压时,似乎在昭示着电源已工作在异常状态,会认为与待排除的液晶彩电故障定有牵连。当以此处作为排除故障的切入点,会越修越茫然,结果只能是徒劳一场。若然,当开关电源中无PFC电路时,开关电源中220V整流滤波电路中的电容容量还是很大的,且比CRT彩电中的电容还更大。
        造成整流滤波电容有上述现象的原因,就是液晶彩电电源的整流输出端滤波电容值选得很小,其上电压值不具备对负载的缓冲能力,开机后其上电压值就近于100Hz正弦脉冲的平均值200V。而待机后功率管截止,虽滤波电容值选得较小,但因负载不再向它索取电流,也就是说,它只有充电回路,而没有放电渠道。所以它就能保持220V交流电的幅值态300V直流电压。
        在CRT彩电与液晶彩电的维修实践中,其整流输出端滤波电容的代换原则截然相反。因为CRT的300V滤波电容的作用为平滑滤波,在更换时严格地讲应按原来的容值更换。但是,彩电的品牌、型号繁多,就维修这个平台。上来讲,很难做到严格,特别是,上门维修,只能做到合理、适度。所以,CRT彩电中的300V滤波电容代换原则是:如果不考虑成本,在耐压值达标的前提下,容值大的代换容值小的,其代换效果较佳,即“用大不用小”。但是,此项原则在液晶彩电中不可为。原因就是前述它们的整流输出端的滤波电容,在各自的电路中所担当的角色不一样。

        液晶彩电电源整流输出端滤波电容设置目的有二,以康佳LC32CS11型液晶彩电为例,见图1,一是将经升压电感L4在开关管导通、截止过程中所形成的电流三角波中的多种高次谐波滤除掉,使其整流输出端的电流波形近似于正弦波形。另一项是,为220V交流电信息取样电容,C4上电压带着交流电的全部信息,通过CON2的1号位,经R4、R5、R6的分压,入PFC控制IC(L6563)的③脚,成为L6563内部乘法器中的一个输入因子。乘法器的另一个输入因子则是输出的400V PFC电压,通过CON2的5号位,经R11、R12、R13的分压,输入到L6563的①脚,在L6563内部以两因子乘积的形式左右的L6563③脚输出的PFC激励方波宽度的变化,即为稳定的PFC输出电压。所以,当更换此电容时,其容值不应比所标值大,因为容值大于标值过多,有悖设计初衷。此处的电压波将不再是100Hz正弦直流脉冲,而近似于平滑滤波,其结果将影响PFC电路的工作,甚至影响主板DC/DC变换器的输出电压值。


       实践证实,换上比标值小一点的整流滤波电容,彩电基本上工作正常。所以液晶彩电的电源,因设有PFC电路,其整流输出端的滤波电容代换原则是:容值小于标值的代换效果,要优于容值大于标值的代换效果,即“用小不用大”,当然用标值的电容最好。细心的同仁可能会发问,CRT高清彩电,有的也设有“功率因数校正电路”,其整流输出端滤波电容更换得很随意,也未见异常。没错,但有-点要说明, CRT高清彩电中的“功率因数校正电路”,为“无源功率因数校正电路”,此电容換得过大,充其量也就是失去PFC的功率因数校正功能,变成一般的平滑滤波、功率因数较低的电源而已,结果对电视机影响不大,只对电网影响较大。

        而液晶彩电中的PFC电路为“有源功率因数校正”电路,以康佳LC32CS11型液晶彩电为例,如果此电容(图1中的C4)值过大,那么,影响就不单是“功率因数”低的问题了,它会使PFC控制器L6563 13脚的PFC激励方波信号不再按照100Hz正弦直流脉冲的变化规律变化,使PFC电压控制管Q5、Q6工作失常,而Q5、Q6输出的PFC电压,正是后面DC/DC变换器(24V高压板用电,12V通用电源中谐振半桥的工作电源。同时C4过大,使整流输出端的电流波形严重畸变,高次谐波量增大,DC/DC变换器的工作电源品质变劣。

二、关于它们的功率型开关管

       CRT彩电开关电源中的功率型开关管,不管是双极性的普通晶体管,还是单极性的场效应管,其代换原则都是:在耐压、最大电流开关速度达标的前提下,功率大的可代换功率小的,特别是在CRT彩电屡烧电源开关管维修实例中,尤其如此。液晶彩电电源中的功率管都是MOS场效应管,但是液晶彩电开关电源比CRT彩电开关电源多一种“灌流电路”,设置的目的是为MOS开关管提供累积电荷的泄放回路。因此,液晶彩电电源中的功率开关管的代换原则就有别于CRT彩电了,即开关管的功率数值以原型号、原值为最好,而不是像CRT彩电那样,盲目地求大也无所谓。当然,更不能过小,否则也会出现屡损开关管的现象。其原因如下所述。
        以康佳LC32CS11型液晶彩电为例说明,相关关电路图见图1。为了有助于读者理解电路,现将电路中各元件所起的作用简述如下:C4为高频滤波、100Hz全波整流取样电容;L4为升压储能电感;D1为防C5//C6为浪涌充电二极管;D2为续流二极管;C5//C6为PFC电压平滑电容;Q3为射随管,Q4为灌流管;Q5、Q6为场效应功率开关管,产生PFC电压; R24、R25分别是Q5、Q6栅极等效电容充电限流电阻;D4、D5分别是Q5、Q6栅极等效电容放电二极管;R29、R30分别是Q5、Q6栅极在关机后的电荷泄放电阻,以防关机时,功率管Q5与Q6栅极等效电容上的累积电荷损坏,在关机后因无此电阻,即无泄放渠道,再次开机后在激励控制信号还未输出的瞬间,N型导电沟犹存,而产生较大的、不受控制的漏极电流烧坏功率管;R26、R27是过流检测电阻。
       工作过程如下:Q5、Q6为两只并联使用的开关管,两者的工作方式相同,下面只叙述Q5的工作过程。功率因数校正电路PFC控制器L6563,它的13脚输出正激励脉冲,使Q3导通。来自副电源的13V电压,经Q3->R23//R54->R24对Q5的栅极等效电源充电,使之内部产生N型导电沟道,Q5便导通。L4储磁能产生自感电势为左正右负,其中的电流线性增大,此刻D1导通,D2截止。D1将以C4,上的200V为源,先对C5//C6充上一部分电量“垫底儿”,下一步,在D2导通时400V高压会使C5//C6从200V起充电。当Q5导通时,D1还兼有让D2可靠截止的作用。当L6563 13脚输出“负激励脉冲”时,Q4导通,Q3 截止,Q5栅极等效电容上的正电荷经放电二极管D4->R54//R23->Q4入地。因Q5栅极上的正电荷迅速地消失,N型导电沟随之消失,Q5截止,L4中的自感电势极性改变,呈左负右正(约200V),此电势与整流后输出的电压200V相叠加成400V电压,经续流二极管D2对C5//C6继续充电,形成400V的PFC电压,此刻D1因反偏而截止。
       Q5、Q6功率值的大小,决定了它们的栅极等效电容值的大小,一定容值的栅极等效电容,需要有一定电压值的电压源充电,与一定阻值的充电限流电阻R24、R25相匹配,使Q5、Q6“开得及时”,“关得利索”。否则, Q5、Q6开关时间滞后于激励方波信号,使“开关”电阻增大,损耗增大将烧坏Q5、Q6。如果维修液晶彩电电源,在更换功率开关管时,其方法仍沿袭维修CRT彩电的成规,盲目地求大;势必使更换的开关管栅极输入电容大于原管栅极的输入电容,而仍使用原灌流电路(指的是原型号与标值,因为功率管损坏,很可能是灌流电路中射随部分损坏在先,所以原件必然要换掉),那么,新换上的大功率的开关管,其栅极输入电容势必要比原值大,其充电时间与放电时间均要延长,结果使开关管固有的开关节奏,与原灌流电路的激励节奏“合不上拍”,增加了“开关”的阻值,也增大了开关的损耗,从而造成管子的功率虽然增加了,但仍屡损开关管的现象。

三、关于5V电源带载力的要求及其达标对策
        液晶彩电电源、CRT彩电电源,它们的输出电压多有不同,但5V电源的输出却是它们共有的,且用途较广。CRT彩电的5V电源,多用于CPU、存储器的供电、指示灯的电源,部分CRT彩电还将它作为电视信号处理IC、高频头等工作电源,它们都是小电流用电,即5V电源的负载较轻。CRT彩电5V电源滤波电容的容值也不大,多为50uF/10V~100uF/10V,且只有一只;液晶彩电的5V电源,不但具有上述CRT彩电的多种负载,出于液晶彩电的自身需要,其5V电源还多了下面两种负载。
1.大容量的存储器供电

         当前电视信号的标准仍是为CRT彩电量身定制的。CRT彩电的显像原理是:“扫描成像”,即“点动成线,线动成面”。点动成线,行扫像素成“-行"直线线动成面,场扫像素成“一场”光栅。而液晶彩电的成像原理是:“矩阵成像”,只有“线动成面”这一环节。要想与CRT彩电的电视信号兼容从而形成画面,液晶彩电需要将一定时域内(64us)的视频模拟电视信号和不同格式的数字信号经模/数转换电路、变频处理电路和时序转换电路后进行存储,当存储达到“一行”再调出,最后通过逐行寻址形成“线动" ,布满全屏,形成画面。在液晶彩电内部,这个将电视数字信号中途暂存的任务靠大容量存储器来完成,它以数据流的形式将不同时刻的数字电视信号低速“写入”,当存储达“一行"后又高速地“读出”。这样,在瞬间数据流的频繁“写入”、“读出”,造成存储器瞬间所需电流极大,这就是液晶彩电5V电源负载重的原因之一。

        以康佳LC32CS11型液晶彩电为例,大型存储器N501 (MY5DU281622ET)作为 5V负载的情况如图2所示。

2.液晶彩电主IC的供电
       液晶彩电主IC的内部包括微处理器、数字图像/音频处理器,包含了大量的模拟电路、数字电路,都属于5V电源的负载。以康佳LC32CS11型液晶彩电为例,情况如图3所示。


        笔者对N500( MST9U89AL-LF)内部具体电路结构不了解,但从它的脚位数量(260脚以及脚位性能的标注来判断,它是一只低电压、大电流用电负载。因为它内部含有大量的高速逻辑电路、不同工作模式之间的快速切换电路等,这两种电路都是瞬间索取电流较大的电路,所以N500对5V电源带载能力的要求极高。故此,液晶彩电5V电源故障与CRT彩电5V电源故障,在界定标准,上差异极大,在维修过程中应区别对待。下面举例说明。
        一台康佳LC32CS11型液晶彩电,症状表现不一,大多数时为:不能正常开机,等待时间过长。如,开机后只显示N标“丽翔二代引擎"字样后便黑屏,不能观看。指示灯在绿与橙之间不断闪烁。若想收看,需关机,再开机,反复2~3次方出现对比度较小、图像内容较淡,且带有横条纹,无伴音,这种情况大约经3~4分钟,图像才渐渐清晰,再过一会儿,伴音出现,图像正常。正常后若关机,再开机启动,电视机一切正常。但关机的时间过长,则再次开机启动的时间也更长,反复开关的次数也更多。此机的5V电源由电源厚膜IC3( ICE3B0565)、开关变压器T2为主组成的电路形成(见图4),故障时检测排插CN1的①脚( 即5V电源的输出端)电压值为4.9V~5V。


        笔者维修CRT彩电时,检测5V电源的输出时常为4.9V(甚至更低一些),CRT彩电仍然正常收视。这0.1V的差值,常认为是指针表的误差,没有引起足够重视。基于此观点,认为此台液晶彩电的5V电源也属正常。没有料到,维修也因此而入误区,将维修搞得复杂化,甚至认为故障是高压板上的保护电路误启动所为。当维修折腾一番无果后,开始对恪守这一来自CRT彩电,其5V电源带载力的标准可否施用在液晶彩电中产生了怀疑。又因此机5V电源的滤波电容结构有别于CRT彩电,再联系症状中的一些细节,从而否定了源自CRT彩电5V电源带载力的标准,以及它在液晶彩电电源维修中所起的指导作用。
        先分析症状中的细节。当屏幕被点亮后,有淡淡的图像出现,又经3~4分钟的“自调"过程,症状由重到轻、再到消失的渐进过程。这一点类似CRT彩电中,当某些电路中的电解电容品质变劣后在屏幕上的表象。因此机的高频头工作电源也是5V,再联系图像、伴音出现的渐进过程,则把问题的焦点聚焦在5V电源带载能力上。具体地说,就是5V电源滤波电容上。其中,CS14为两只同规格的电解电容并联使用。在此之前,笔者曾在其他型号的液晶彩电中多次见过类似的情况,包括12V、24V PFC电压的滤波电容。让笔者印象较深的是-台夏普LCD-32BK8型液晶彩电,5V电源的滤波电容竟然用了四只同规格的电解电容并联,笔者从未认定为有特定的设计初衷。但是,经历了这次维修,认识到同规格电解电容的并联一定有所讲究。检测CS14,与新电解电容进行对照,不见显著的差异。但当用两只同规格新的电解电容代换后,机器恢复正常。为了比较、鉴别,将这两只病灶电解电容,分别用到能正常收视的CRT彩电之上,先做5V电源的滤波电容,未见异常;考虑到容量不在一个数量级上,又将这两只电容用在CRT彩电的音频功放电源的滤波电容位置,也很正常。由此得出结论,液晶彩电的开关电源,特别是5V电源,对其带载力的最低要求要远远地高于CRT彩电电源带载力的标准。
         此台液晶彩电虽已修复,但因这两只电解电容所引起的5V电源带载力下降的原因不详,笔者有些不甘心,于是,将换上的两只电解电容拆下,换上容值近似的单只新购入的电解电容,彩电也一切正常。而后,用从未上过机,但已购置多年的同规格电解电容代之,结果出现的症状与上述症状基本上相同。由此可知,电源带载力下降是因电解电容内部老化、功效被打折造成的。
         对于液晶彩电电源滤波电容,采用多只同规格、小容量电解电容并联成大容量作为滤波用的做法,此举与液晶彩电电源带载力提升有何内在的关联呢?经笔者一番寻找.查阅有关开关电源设计的文献后,终于有了答案,详述如下。
        CRT彩电开关电源的负载,属高电压小电流的负载,远远地轻于液晶彩电开关电源的负载(特别是对电源的“动态负载”能力。上的要求,远低于液晶彩电)。在液晶彩电中,开关电源的一些负载,属低电压、大电流的,是一些瞬间电流变化较大的电路,如高速逻辑电路。还有目前常使用的低电压微处理器,它内部的不同工作模式之间进行快速切换的模式转换电路,以及从存储器等数据库中存入与调出大量的数据时,它们对电流的需求量极高。因工作电压较低( 1.8V~3.3V),当负载索取较大的电流时,其工作电压要下跌。以下跌0.1V为例,在CRT彩电电源中,电压值下跌0.1V是微不足道的,但是对工作电压只有1.8V~3.3V 的液晶电电路来讲,0.1V电压波动引起的数据变化就大了,其结果是液晶彩电便会出现启动困难等故障。那么,多个小容量的电解电容并联使用,是怎样提高电源瞬间负载性能的呢?
         在CRT彩电开关电源中,因开关频率不高,要求其瞬间负载力也不高,所以对其滤波电容的评价,只谈其“损耗因数”。简单地讲,就是在评价电容的漏电电阻的大小。而在液晶彩电开关电源中,因开关频率变高,对其滤波电容的评价,不只限于“损耗因数”,还要顾及其“等效串联电阻”的大小。我们在维修中所遇到的电容器,在CRT彩电电源内,可以认为它仅是一只电容器,而在液晶彩电开关电源内,一只电容器要看成由四种等效元件组成,见图5。

        它们分别是:理想电容器、等效串联电阻器等效串联电感器、等效并联漏电电阻器。分别解释如下:等效串联电感:因为电容器是由两块彼此绝缘的极板组成,而极板可看成为有一定长度的导体,所以,在有电荷量变动的情况下,极板也会有一定值的电感量。特别是电解电容,其等效串联电感要远远大于无极性电容。等效串联电阻:请参考图6曲线图。

       如果实际所使用的电容器为一个理想电容器,即不含等效串联电感,那么,当电路中电压频率较低时,电容对电路的阻碍作用为容抗,且值较大。随着电压频率的升高,容抗在逐渐下降,当电压频率升为极高时,其容抗会降至无限小。但是,实际所使用的电容不是理想电容,有串联等效电感的成分。电感对电路的阻碍作用,即感抗性质与电容相反,随时随地在抵消着容抗,且感抗是随电压频率升高而增大,当电压频率升至图6的B点时,电容的容抗值恰好等于自身的等效串联电感的感抗值,由于性质相反,彼此互消,这一时刻就是电容器的“自谐振"状态。电容器在此频率的电压下,对电路的阻碍作用,它既不是容性(电压变化慢于电流变化),也不是感性(电压变化快于电流变化),而是阻性(电流与电压变化同相,对电路的阻碍作用呈现为一具体的电阻值)。实质上,它就是电容内部的电介质,因极化作用,分子间发生摩擦的外在表象。电容器在此频率下所表现出的这一具体电阻值,即为等效串联电阻。当电压的频率继续升高时,这里的电容器类似于一位“变性人”,不是电容器,而是电感器了,即图6的C段。正因为如此,当开关电源的开关频率较高时,对滤波电容选择的要求是挑选“自谐振频率”较高的电容器,即高频电容器,它可以使等效串联电阻值较小,见图6中的曲线趋势。

         电源欲提升瞬间负载性能,就必须要求滤波电容器工作在远离阻抗呈等效电阻的状态,即它对电路所呈现的容抗越大,更能凸显“电压变化,慢于电流变化”这一容抗特性,使电容器对负载的缓冲量也越大,应付负载在瞬间索取大电流的能力也越强。选用自谐振频率比较高的电容器做滤波电容,可以做到这-点。但站在制造者的角度考虑,会增加很大的成本。那么,如何在成本不增加,又能使电容器的自谐振频率升高,等效串联电阻变小,以利于增加电源的瞬间负载性能提高呢?解决这一难题, 就是采用并联多个同规格的小容量电解电容,合成大电容的方式。
          电解电容的特性:电容值越大,其自身的漏电电阻,等效串联电阻等效串 联电感也越大。而采用较小容值多只并联使用,见图7。

         因为每只的容值较小,相对而言,自身的漏电电阻也小,等效串联电感等效串联电阻都相应地变小。以三只并联为例,并联后总的等效串联电阻为单只的1/3,而总的容量却是单只的3倍。并联后的等效串联电感不变,仍是单只小容量等效串联电感,其结果是:并联后的总容量变大了,等效串联电阻大幅度地变小了,等效串联电感仍为单只小容值时的状态,所以,开关电源的瞬间负载能力,远远地优于只靠一只同等容量的电解电容做滤波电容的。
        至于上面提及的用单只生产日期较近的电解电容,代替两只并联后容量相等电解电容的做法,液晶电视也能正常收视。如果坚持使用,正常状态能维持多久,笔者不得而知。但有一点可以肯定,它使开关电源正常运行的时间,一定短于多只小容量并联后的。此方法在上门服务,当条件不具备时作为权宜之计。但无论是从讲职业道德上,以及从维护自己的维修信誉上考量,笔者主张,还是以保持原格局为佳。