FSP241-4F01(电路图)是“永胜宏"FSP系列中适用37~42英寸液晶电视的开关电源,其输出电压插座脚位功能表见表1所示,应用该开关电源的液晶电视型号有:CHD-TD370F8、CHD-W370F8、CHD-W370F8P、LT3718N、LT3788等。
1.电路基本构造
开关电源主要由进线抗干扰电路及桥式整流滤波电路,PFC(功率因数补偿)形成与电压输出电路,电流脉宽调制电路、半桥调频主电源功率输出电路、同步整流电路、电网电压及PFC电压检测电路,5VSTB待机电压产生电路(副电源),开/待机控制电路,过压保护电路等共同组成。
2.电源接口输出电压介绍
FS241-4F01电源同样采用IR2184S+TDA4863G+200A6方案,其正反面实物如图1、2所示。
该电源输出四组电压:逆变器供电为24V/9A;伴音供电为12V/4A;小信号供电为5V/3A;待机供电为5VSTB/1A,它的电压流程框图如图3所示。
3.电源工作原理分析
(1)进线抗干扰和桥式整流滤波电路
交流电压220V首先经过保险管F1,进入由压敏电阻Z1、电容CY1、CY2、CY3、CY4、CX1和电阻R1、R2、电感FL1~FL3组成的过压保护和抗干扰电络,来滤除交流电源中的高频干扰,其中压敏电阻Z1为防止交流过压,CY1、CY2和CY3、CY4为共模电容,抑制非对称性干扰,CX1为差模电容,抑制对称性干扰。然后进入由BD1和L1、C2、C3、C4、D1、C1组成的桥式整流滤波电路,产生大约300V的直流电压,送至待机电源电路。抗千扰及桥式整流滤波电路见图4所示。
(2)待机电路
待机电源由IC5 (NCP1200)( 实物上标200A6 )和外围元件组成。NCP1200是双列贴片8脚封装,最高工作电压16V,正常工作电压11.2V~13.1V,工作频率53~68kHz,具有PWM电流模式跳跃周期控制,内部输出短路保护等功能。
待机电压形成电路主要由IC5、T1、Q1、Q6、Q9、Q10、Q17、IC7、 CRS1、QS7、QS10、QS11、ICS3等元器件组成。桥式整流BD1形成的B高电压( 290V )经过电阻R35、R36限流,提供给IC5的高压启动⑧脚,同时开关变压器T1的⑤-⑥绕组有电流流过而产生电动势,由于互感作用在其②-③绕组感应电动势,经D11、C24整流滤波形成12.9V电压,通过Q10导通提供给其⑥脚,内部振荡器开始振荡,从⑤脚输出驱动脉冲激励MOS管Q1的栅极,使其工作在导通与截止状态,并在T1的次级经CRS1、CS23、CS24、CS25整流滤波形成5VS待机电压。
由于某种原因致使5VS待机电压升高,送至光耦IC7初级的导通电流增大,次级光敏三极管导通增强,IC5的②脚反馈电压降低,通过内部跳越周期比较器,致使其⑤脚输出驱动信号脉宽占空比变小,开关变压器T1传送的能量减少,5VS待机电压降低,如此不断调整,达到稳压的目的。
另外如果光耦IC7次级④脚电压过高,Q17饱和导通,致使Q10截止,IC5因无VCC电压将停止工作,达到过压保护的目的。若开关变压器T1的②-③绕组感应电动势过高,通过D12、R57、R58分压,致使二极管DZ2齐纳击穿,Q9Q15将饱和导通,而Q10截止,同样IC5因其⑥脚不能提供正常供电而停止工作。
当某种原因致使MOS管Q1过流,三极管Q6导通(正常工作时Q6截止),在Q1的源极过流检测电阻R69两端形成电压升高,送至IC5的③脚内部进行过流检测,致使驱动脉冲停止输出,达到过流保护的目的。待机电压形成控制电路见图5所示。
(3)PFC电路1)PFC电压形成芯片TDA4863G简介
TDA4863G芯片具有低启动电流、零电流控制、输出过压保护、欠压锁定、内有启动定时器、图腾柱驱动输出等特点,其引脚功能及参考电压见表2,内部框图如图6所示。
2)PFC电压的形成
PFC电路主要采用了英飞凌公司的TDA4863G芯片作为PFC电压形成模块,是由IC2、IC4.L2.D2、Q14、Q8、Q7、Q13、Q2、Q18.Q16.IC10等元件组成。在待机状态下,由于Q14处于待命状态,故三极管Q8截止,PFC模块IC4因无供电而不工作。二次开机时,高电平控制信号POWER- ON经R39、DS5加至MOS管QS8的栅极,QS8饱和导通,通过光耦IC10控制后,Q14、Q8均导通,IC4的⑧脚得到工作电压VCC(12V),同时储能电感L2次级感应脉冲电压送至其⑤脚,并检测到零电流(目的:减小MOS管开关损耗)后,双稳态多谐振荡器开始工作,从其⑦脚输出PWM驱动脉冲,送至由电阻R3、三极管Q7和Q13组成的推挽放大电路,激励MOS管Q2,使其处于导通和截止状态。储能电感L2的③-⑧绕组在Q2导通时电流增大开始进行储能,截止时开始释能,并通过D2、L3把电容C1端的电压升压至400V左右,从而提高了电源的功率校正因数。
若由于电网电压降低,经过电阻R51、R52、R53、R74分压加至IC4的③脚电压降低至1V以下,通过内部乘法器电路、电流比较器比较,使其驱动电路停止工作。同时引起桥式整流形成的B电压也会降低(约电网电压的1.4倍),再经电阻R50、R80、R81、R82分压后,致使ZD6和Q18截止,此时PFC电压也偏低,约为70V左右,但PFC电压经过电阻R44、R76、R77、R75(此时 R78已断开)分压至IC4的①脚电压会升高,当IC4的①脚高于2.5V时,使内部驱动电路停止工作。若当电阻R75、R78和MOS管Q18的D-S极击穿,IC4的①脚低于0.2V时,经过内部比较器比较,也会促使内部驱动电路停止工作。
当某种原因致使MOS管Q2过流,在Q2的源极过流检测电阻R47两端形成电压升高,送至IC4的④脚内部电流比较器进行比较,促使多谐振荡器停止工作,达到过流保护的目的。PFC电压形成控制电路见图7所示。
3)电网电压及 PFC电压检测芯片FP103简介
FP103内既有双运算放大器,又有参考电压2.5V调节器,其引脚功能及电压参考见表3,内部结构电路如图8所示。
4.主电源电路
主电源电路采用电流脉宽调制块uC3845B(IC1)和半桥调频主电源块IR2184S( IC3 )共同完成。
(1)12V/24V电压形成
当信号主板送来开机高电平控制信号POWER-ON至插座CNS1的①脚后,通过光耦IC10的作用,致使三极管Q14.Q8导通,PFC模块IC4的⑦脚得到工作电压12V , PFC电路开始工作,IC2检测到PFC电路工作并从其②脚输入后,⑦脚输出低电平,致使三极管Q12导通,从c极输出8V电压,送至IC1的⑦脚。而后IC1内部开始振荡工作,从其⑥脚输出PWM驱动脉冲,送至IC3的①脚,在IC3的⑤脚得到12V供电和⑧脚形成倍压143V,IC3内部脉冲发生器开始工作,从其④脚和⑦脚输出低边和高边驱动脉冲,分别驱动MOS管Q4和Q3的栅极,使其处于交替导通和截止状态,即当Q3导通时,400V的PFC电压流经D-S极、C11及开关变压器T2的③-①绕组到地形成回路,在T2的③-①绕组形成上正下负的电动势,而Q4导通时,电流经地至Q4的S-D极,也在T2的③-①绕组形成上正下负的电动势,而后T2上产生交变磁场耦合到次级绕组,由于互感作用,在次级绕组感应出正弦交流电压,利用同步整流电路产生12V、24V电压。
由光耦IC9和精密电压比较器ICS4构成24V稳定取样控制电路。当某种原因使24V电压升高时, ICS4的控制极电压增高,ICS4导通,IC9的初级发光二极管发光增强,次级光敏三极管导通增强反馈于IC1的①脚电流加大,通过内部电流比较检测,致使PWM驱动脉宽占空比减小,⑥脚输出电压降低,最终控制IC3的④、⑦脚驱动脉宽占空比输出,达到稳压的目的。
(2)同步整流电路
随着现代电源模块朝着低电压、大电流的方向发展,电源整流器的开关损耗及导通压降损耗就成为电源功率损耗的重要因素,在传统的次级整流电路中,肖特基二极管是低电压、大电流应用的首选,其导通压降基本都大于0.4V, 当电源模块的输出电压随着技术发展继续降低时,电源模块的效率就更低了,为了提高效率降低损耗,逐步采用同步整流技术来完成。通常同步整流技术分为自驱动(self driven)和他驱动(controldriven)两种方式。目前该电路就是采用自驱动方式,在开关变压器的次级利用MOS管进行整流,其作用与普通整流二极管原理一样 ,但其导通压降比普通二极管小得多,所以提高了整个电路的效率,降低了损耗。
开关变压器T2的初级绕组在MOS管Q3、Q4轮流导通时进行储能,次级的MOS管QS3、QS4和QS5、QS6截止,而MOS管Q3、Q4截止时,开关变压器的次级产生感应电动势对负载进行释能。即T2次级绕组的13脚感应高压电动势加至MOS管QS6的漏极,次级绕组的15脚感应电动势高压加至MOS管QS5的漏极,T2次级绕组的11脚感应高压电动势加至MOS管QS3的漏极,次级绕组的12脚感应高压电动势加至MOS管QS4的漏极,同时次级绕组的10脚感应高压电动势,QS1导通,加在MOS管QS4和QS6的栅极,次级绕组的14脚感应低压电动势,加在MOS管QS3和QS5的栅极,经地至MOS管QS3、QS4和QS5、QS6源极形成整流回路,此时MOS管QS3、QS4和QS5、QS6于交替导通状态完成同步整流,产生12V和24V电压。同步整流电路见图9所示。
(3)5V电压形成
当二次开机高电平控制信号送至三极管QS10后,QS10饱和导通,QS11导通,12V电压加至MOS管QS7的栅极,在MOS管QS7的漏极得到5VS待机电压后,从源极输出5V电压,提供给信号主板。
过流和过压保护电路由ICS1、 ICS2、QS2、QS9及外围元件组成。其中ICS1/ICs2( FP131 )是比较运算放大器。
ICS1(FP131)是12V过流检测保护,其⑧脚接在12V输出端,①脚接在电阻RS12的前端,当某种原因导致12V电流过大时,在电阻RS12两端的压降也就变大;ICS1内部的比较放大器开始工作,从其④脚输出低电平,QS2导通,致使可控硅QS9导通,开机电平被短路到地,主电源停止工作,起到过流保护的作用。
同样ICs2( FP131 )是24V过流检测保护,其工作原理和12V过流保护电路相同。
过压保护电路由稳压二极管ZDS1、ZDS2和电阻RS37组成。当某种原因使12V电压升高时,ZDS1齐纳击穿,致使可控硅QS9导通,主电源停止工作。但此部分电路没有采用。保护电路见图10所示。
5.常见典型故障检修
FSP241-4F01检测流程图如图11所示。
(1)无24V/12V电压输出
首先检测从主板送来的开机信号,测得通过插座CSN1的①脚电压为3.6V,正常,再检测电容C1两端电压却为300V,说明PFC电路没工作。进-步检查IC4的⑧脚供电为0V,测其对地电阻仅为几十欧姆,说明IC4内部损坏,更换后故障排除。
(2)三无,且保险管烧坏
保险管F1损坏说明前后级电路均有短路现象存在,在检测前级电路元件没有问题情况下,进一步检测发现MOS管Q3、Q4已击穿,电阻R12也开路,随后检测次级整流输出的场效应管QS5也已短路,说明引起Q3、Q4击穿的原因是QS5短路造成,更换上述元件后开机,5V正常,但是12V和24V电压还是没有输出,再把IC3代换后开机一切正常。
(3)热机自动关机
热机两小时左右出现自动关机,用遥控器再次开机后又能正常工作,过半小时再次出现自动关机现象,随后检测电源板上插座CNS1的①脚电压为2V左右,说明自动关机的原因是电源板保护电路起控引起。进一步检测过流、过压保护电路中的元件均没发现问题,最后用热风枪对保护电路部分元件进行加热试验,当加热到可控硅QS9时故障立即出现,更换一只可控硅后,经长时间试机没有再次出现故障,说明自动关机的原因是由于可控硅QS9热稳定性能不良引起。
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