恒流源是什么呢?在我们的日常维修中,接触到的开关稳压电源基本都是恒压源,不管负载开路还是负载电流在一定的范围内变化,输出电压保持稳定不变。而恒流源则是在负载变化的情况下,能相应调整自己的输出电压,输出电压不是一个固定值,而是一个范围,使得流过负载上的电流保持恒定不变。恒流源的开关电源实际上就是在恒压源的基础上,在输出负载回路上,加上一个阻值较小的电流取样电阻,反馈给电源控制部分,形成一个闭环调节回路,电路保证这个取样电阻上的压降不变,来实现恒流输出;要注意的是恒流源不能开路工作,一旦开路,由于输出电流为零,内部电路会不断调整加大输出,造成输出电压过高击穿某些元件,因此所有恒流源必须设有输出过压检测和保护电路,当检测到电压过高时,保护电路动作,限制电压的继续上升;或者保护电路动作,锁定电路停止工作,以保证电路的安全。
下面通过分析在海信液晶电视中大量采用的一款由芯片AP3843CP组成的LED背光恒流供电电路来认识恒流源,如下图1所示。
A3843CP,和我们熟知的3842是同一类芯片,除了启动电压和欠压保护电压略有不同外,其他功能基本相同,本文仅分析其工作过程及其脱机维修。
一、LED背光供电的启动
如下图2所示,当主板发出的背光开启信号SW和亮度PWM控制信号DIM同时送到背光部分后,V914、V912饱和导通,三极管V942截止,VD832反偏截止,AP3843CP进入正常工作状态。另外背光供电升压电路和亮度控制电路都在PWM亮度控制脉冲的控制下同步工作(当PWM脉冲为高电平使V905导通,灯条为点亮状态,电流形成回路时,背光电路也处于正常工作状态,反之,则背光电路处于停止工作状态)。这样设计一是恒流源在正常工作时负载不允许开路,另一个也是做到了节能。
二、电路工作过程
正常工作时AP3843CP产生频率固定脉宽可调的激励脉冲,从⑥脚输出推动功率管V902的导通和截止,当⑥脚的激励脉冲为高电平时,通过灌流电阻R979加到V902的栅极,V902导通,90V电压通过储能电感L906及导通的V902流通到地,此时电感处于储能状态,L906上的自感电势极性为左正右负;当⑥脚的激励脉冲为低电平时,通过灌流电路的VD923, R978迅速拉低V902栅极电压使V902进入截止状态,因电感中的电流不能突变,此时电感中的自感电势极性变为左负右正,与90V电压相叠加,经过升压隔离二极管VD902整流,C909、C931滤波后得的电压,为LED灯条供电。
ILED背光供电升压电路过流保护电路
R922、R941、R921为升压回路中电流检测电阻,当电路电流过大时,检测电阻上的压降也相应增大,这个电压送到N901的③脚,当这个电压大于1V时,芯片内保护电路动作,减小输出PWM脉冲波的占空比,让输出电压变低,电流减小。
三、LED恒流控制部分
如图3所示,电阻R934就是恒流检测电阻,这个电阻上的压降反馈到N901(AP3843CP)的②脚反馈电压输入端,在我们·以往常见的开关电源中,这个脚反馈回来的一般都是输出电压的取样电压,用来保证输出电压的稳定;而本电路中,反馈回来的却是LED灯条回路的电流在R934上的压降,N901根据这个反馈电压的高低,与内部的2.5V基准电压进行比较来调整⑥脚输出脉冲的占空比,在一定范围内调整LED灯条供电电压的高低,达到LED灯条恒流的目的。我们可以通过调整这个电阻的大小,来设计调整LED灯串恒流电流的大小。
四、LED灯条回路异常输出过压保护(限压)电路
通过上面介绍我们知道,恒流源会根据负载的变化自行调整输出电压的高低,来达到恒流的目的,恒流源的负载不允许开路,为了防止LED灯条回路出现异常,输出电压过高对电路造成损坏,必须设有限压保护电路。
当LED灯条开路或插座接触不良,及V905变质损坏造成回路出现异常时,输出电压会出现异常升高,当达到设定的最高值时,电阻R926、R940、R944、R937分压取样后的OVP点的电压,也随之升高到5.6V(Vbe+Vref)、V917由截止状态变为导通,V917集电极电压变低导致V945、V943也随之导通饱和,把COM端电压拉低至0V、N901的①脚COMP端降低为0.7V,芯片停止工作,当电压降至最高电压保护值以下时,V917截止,芯片再次进入工作状态,让输出电压保持在设置的最高电压值上,限制电压继续上升。二次升压过压保护电路如图4所示。
五、LED背光供电恒流源脱机维修方法
在现实维修中,许多经验不多的师傅遇到LED背光不亮或者LED背光闪一下就黑屏的故障感到无从下手,对于这样的故障,很难判定是屏内灯条出现问题述是背光恒流供电部分出现问题,如果判断错误,造成误开屏检查内部灯条,带来风险。还有的维修师傅只能靠购置新的电源板代换来确定故障部位,再有针对性地进行维修,这样无疑增加了维修成本。当我们了解了恒流源的特性后,我们就可以自己制作简易的假负载来代替工装,配合万用表方便直观地来进行故障部位的判断,和进行恒流板的脱机维修。
本人自制的LED背光假负载,照明用的LED灯条如图5所示,100W/ 1500Sl可调电阻如6所示。 我们可以按图5、图6所示多准备几个相同的灯芯和大功率电阻,把一个灯条和一个大功率电阻串联,作为一路LED灯条的假负载,以方便在维修时满足多路输出的LED背光恒流板的需要,如果遇到电压、电流参数不相符的恒流板,还可以灵活运用串并联的方法解决。
具体使用方法:在遇到故障机时,首先查看LED背光板上或者图纸给出的恒流电流值和电压参考值,如图7所示。根据电路板上的电压参考值,再根据自己所备的灯条正常工作时的压降,通过简单的计算,来调节可调电阻的阻值(此值不一定要精确允许有误差),代替LED液晶电视的灯条来进行故障部位判断和脱机维修。
以海信LED背光恒流源板为例,介绍使用方法,验证其可行性。查看其电路板上标示为135V/0.135A。本人假负载采用的灯条在照明时测得其在电流为0.283A时,灯条两端的压降为53V。因本板恒流电流值为0.135A,远远小于其正常工作电流0.283A,其两端压降也会稍微降低,所以暂按50V计算;计算可得出所需可调电阻的阻值为(135-50)V/0. 135A=630Ω。于是把可调电阻的阻值调到630Ω左右,按正确极性把假负载接入电路,开机,灯条点亮,此时测得LED供电为140V,灯条两端的压降为49.3V,电流稳定在0.135A。为了进一步实验,把可调电阻的阻值调在400Ω和1450Ω这个范围内逐渐增大时,LED的供电电压也在112V~265V之间变化,但是电流仍是0.135A恒定不变,灯条两端的压降也仍是恒定的49.3V。这也证明了恒流源为保证输出电流的恒定,电路f良据负载的变化自行调整输出电压这一特性。在这次试验中,当继续增大可调电阻的阻值时,发现LED供电最高升至266V,不再随阻值的增大而升高,而电流随着可调电阻的阻值增大在减小,说明过压保护电路已经保护动作,限制电压继续上升,以防止电路元器件击穿损坏。
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