液晶电视机的开关稳压电源其组成都是由进线滤波器、功率因素校正(PFC)电路、DC/DC变换电路三大部分组成,本节以32寸液晶电视机电源E239218为例介绍:
一、 主要技术指标
1、输入交流电压范围:90〜250V
2、输入交流电压频谱率:47〜63Hz
3、输出电压:见表3-4-1
4、输出功率:202 W
5、待机时最大输入功率:1W
6、效率:输入交流电压为90V时,大于81%;输入交流电压为220V时,大于86%。
7、工作环境:-10〜+50ºC 并具有全电压范围输入,输出过压保护,输出过流保护,短路保护功能,整机过温保护,保护功能复位等功能。
二、 稳压电源的组成
该开关稳压电源的组成见图3-4-1。
输出电压是三组电压:5V、12V、24V;输入是电视机板送来的开关机信号(on/off)。其中5V是作为待机电源,也就是说,电视机遥控关机后此电压应仍然存在,以保证电视机板的CPU加电,否则无法遥控开机。12V是电视机板和屏数字处理板的电源。24V是背光灯的逆变器电源。 因此从图中可见,5V是单独的DC/DC变换器,有专用的PWM控制芯片(TS3843),确保关机后仍然存在。24V、12V因是工作电源,消耗功率大,其DC/DC变换的输入电源是PFC电路输出的400V直流电压,pwm控制芯片与PFC的控制芯片是同一个即TDA16888。 保护功能完善,对输出电压有过压过流保护,所用芯片有欠压、过压过流、过热保护功能。
三、 芯片介绍
1、 PWM控制IC-TS3843 它是离线式DC/DC变换控制器。离线式开关变换器(off-line swiching converter),所说离线并不是变换器与市电线路无关的意思,只是变换器中因有高频变压器隔离,故称离线。其封装和引脚功能如下
表3-4-2 TS3843引脚功能表
7脚是 Vcc IC电源
8脚是 V ref 基准电压
图3-4-3 TS3843内部框图
芯片的工作原理如下:输出电压若偏高或偏低,通过2脚输入,经误差放大器放大后通过分压限幅电路,加到电流检测比较器的同相输入端,反相端是通过Q1的电流在Rs上的压降,其输出幅度大小控制PWM锁存器的转换时刻,达到PWM锁存器输出的脉冲宽度改变,通过或门输出。或门的作用是:振荡器输入是使频率一致,欠压锁存器(UVLO)是控制或门的的开启与关闭,当芯片工作电压Vcc低于7.6V时关门,6脚无输出;高于8.4V时开启,6脚有输出。
2、PFC控制和PWM控制的二合一IC-TDA16888
1)TDA16888封装
表3-4-3 TDA16888管脚功能表
2)TDA16888介绍
①是PFC和PWM二合一的单片IC。
②PFC采用平均电流和电压传感双环控制,前延触发调制脉冲最大占空比为94%.
③PWM是后延触发,,为防止脉冲变压器饱和,最大占空比限止在50%内。
④PFC和PWM在相同的频率上工作,在内部保持同步,其工作频率范围是在15KHZ~200KHZ,可由其(16)脚的外接电阻设定。
⑤保护功能分两部分: 一部分是热地电路的保护。输入端PFC电路过电压保护,欠电压监测,IC电源欠电压闭锁(11V-14V)、是通过9脚的电压采样,芯片内部电源控制电路实行。11脚的PWM电路的过流保护采样,控制PWM输出关闭的保护 另一部分是冷地电路即输出电路过压过流的保护,开待机控制,是通过9脚电压进行的。
⑥+24V、+12V的电压调整,是通过PWM的14脚进行。
⑦一般PFC采用升压的办法是因为在相同输出功率的条件下,通过PFC电路的电流可以成正比减小。
⑧PFC输入电路在交流电源电压90V~270V内可正常工作,使该开关电源在工频电压是110V的国家也能正常工作。
3)内部框图介绍 内部框图见图3-4-6,TDA16888由PFC和PWM控制器两部分组成。
PFC 控制器主要包含有电压误差放大器(OP1)、乘法器、电流放大器(OP2)、比较器(C1~C3)、运算跨导放大器(OTA1~OTA3)、触发器(FF1)和 PFC 输出驱动器等电路。PWM部分主要包括振荡器(与 PFC 共用)、比较器(C4~C10)、触发器(FF2)和PWM图腾柱(脉冲的上升和下降沿很陡,是近理想的矩形)栅极驱动器等单元电路。此外,TDA16888 还内置 7.5V 的精密带隙基准、欠电压锁定(UVLO)和电源控制电路。
TDA16888控制器可以在连续或断续方式下工作,采用平均电流和电压传感双环控制及前沿触发宽度调制,最大占空比为 94%。改进的电流型控制PWM电路可用作设计正向或回扫式变换器。为防止变压器饱和、后沿触发的PWM最大占空比限制在 50%。PFC 和PWM控制器在内部保持同步,在相同的频率上工作,固定频率范围从 15kHz 直至 200kHz。PFC 与PWM均采用快速软开关图腾柱栅极驱动(IA)。TDA16888 启动电源电流典型值为 50μA,静态工作 电流仅 15mA,具有低待机功耗。监视和保护特征主要包括 PFC 直流输出过电压和欠电压监测、峰值电流限制和 IC 电源欠电压闭锁等。TDA16888 可用作设计适用于世界各国AC线路、输入电压从 90V 到 270V 的高品质离线开关电(SMPS),满足国际标准关于 AC 输入电流的谐波限量要求,实现高于 0.99 的线路功率因数,并具有低成本、低损耗和高可靠等优点。
图3-4-6 TDA16888内部结构框图
输入电压从 90V 到 270V 的高品质离线开关电(SMPS),满足国际标准关于 AC 输入电流的谐波限量要求,实现高于 0.99 的线路功率因数,并具有低成本、低损耗和高可靠等优点。
图3-4-6 TDA16888内部结构框图
3、双运放IC-LM393 LM393是双运算放大器,其电源工作电压的范围很宽,单电源是2-36V,双电源供电是1-18V。其引脚如图3-4-7。
四、液晶开关稳压电源的工作原理
1、待机电源部分 当电源接入交流220V市电后,交流电通过进线滤波器(原理上节已分析)经桥式整流器和LC组成的高频滤波器变为100HZ的脉动直流,经电阻R80A-D与U2内部电路分压后,给U2送入启动电源,U2开始工作,其6脚送出驱动信号使功率开关管MOSFET开始工作,通过高频变压器T1和对应的整流管整流后,送出如下电源:
1)T1线组4经D4整流后,给U2(TS3843)送入工作电源。
2)T1绕组7经D23、D24整流后,给电视板送出待机电源5Vsb。
3)T1绕组8经D8整流后,提供本电源板使用的待机辅助电源30Vsb 4)T1绕组5经D5整流,Q14稳压,产生TDA16888的工作电源Vcc1 2、工作电源(12V、24V)部分 当电视机送入高电平开机信号(on/off)后,Q13导通,光耦U5工作,Q11导通,使Vcc1产生Vcc2,送入TDA16888的9脚,使芯片内PFC控制电路工作,8脚输出PFC驱动信号,功率开关管Q1、Q2工作,经升压电感L1和升压二极管D1后,输出400V直流电压。 PWM控制电路经软起动时间过渡后,10脚输出PWM驱动信号,功率开关管Q5Q6工作,经高频变压器T2耦合,整流滤波后,输出24V、12V电压。稳压调整取自24V电源,通过U11误差放大,光耦U4隔离,送入TDA16888的14脚,调整10脚输出的驱动脉冲信号宽度,以此来稳定输出电压。
2、 保护电路
1) TDA16888本身自带的保护功能有: ① 其19脚的输入电压(PFCR的分压)过高就过压保护,过低是欠压保护,立即关闭PFC和PWM的栅极驱动。 ② 其11脚是PWM的工作电流取样,即R2上的压降,若过大立即关闭PWM的栅极驱动。
③ 其6脚上电压取自PFC的开关管的工作电流,即R1上的压降,若过大立即关闭PFC的栅极驱动。
2) 输出电压的保护 ①12V、24V的过流保护信号分别取自MR2和MR1上的压降,加到 U7(双运放)的同相输入端,其运放的反相输入端是U9和U10提供的基准电压。过流时,运放输出高电平,使Q7、Q8饱和导通接地,光耦U5输入也跟着接地而截止, Q11将断开TDA 16888的工作电源Vcc2,PFC与PWM电路都不工作,无12V和24V电压输出。
②12V、24V的过压保护:分别来自ZD4与D18串联,ZD3与D19串联结点的过压保护信号,加到运放U8B的反相端,当大于设定值,运放输出高电平,使Q12、Q15饱和导通接地,光耦U5输入也跟着接地而截止, Q11将断开TDA 16888的工作电源Vcc2,PFC与PWM电路都不工作,无12V和24V电压输出。 [Page]
五、电源的维修
1、维修方法
1)外观目视法 观察电路板有哪些元件有发烫,或烧伤变色的痕迹,再分析与此有关的电路,这种方法可以邦我们很快缩小故障范围。
2)电阻法 测量有关电路或元件的阻值,常用此法电阻、电容、晶体管的好坏。
3.电压法
测量有关电压值,特别是直流电压值,来判断故障。一般不用电流测量法,因为测量电流要断开有关电路,很麻烦。
4.外灌DC法
此法主要是外灌控制信号,如高电平或低电平信号,给芯片提供工作电压,来判定芯片或有关电路的工作是否正常。 5.关键点或组件切除法.如对有关电路或有关组件进行幵路,若故障消除,则故障就在切除的部分。
3、故障分析 该电源的组成框图如图3-4-8所示,该电源的待机电源与12V、24V电路无关。但12V、24V与它有关,因为TD16888的工作电源Vcc2是待机电路高频变压器一专用绕组提供的。见原理图3-4-8,保护电路三个通道运放的输出端是合在一起的,然后去控制Q12、Q15的接地,使光耦U5的输入端也随之接地,Q5断开,TDA16888失去Vcc2而不工作,达到保护的目的。开关机信号也是去控制光耦的输入电源,与上面一样,控制Vcc2的有无,而达到开关机目的。
图3-4-8 电源框图
4、无12V和24V的故障分析举例:见3-4-9
图3-4-8 无12V和24V的故障分析
图3-4-9 液晶电视开关稳压电源
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