长虹电源板JCL50D- 2SF560应用在大屏幕液晶电视65D8K系列产品上。该电源板电路具有典型性及参考性,对实际维修有指导作用。长虹电源板JCL50D-2SF 560主要用在65D8K系列产品上,图1、图2为实物图。该电源板输出的19V,一路为主板提供电压;一路通过升压电路为屏灯条供电,灯串电流为恒定的560mA。

1、电源信号流程

        此电源组件主要由交流滤波整流电路、PFC电路(控制芯片FAN7930C)、LED驱动控制电路(控制芯片BD94121F)、19V(控制芯片LD7538)输出电路、保护控制电路等组成。其信号流程如图3所示。

2、交流抗干扰电路

         220V交流电通过插座CON1,经保险管F1和压敏电阻VR1,LF1.LF2的两级滤波抗干扰,再经过BD1桥式整流输出约300V直流电压,提供给后级PFC电路。相关电路如图4所示。

         交流抗干扰电路采用两级EMI(干扰)低通滤波器,把50Hz的电源功率毫无衰减地传输到整机,保护整机免受电源进线的干扰,同时,又能有效地控制整机自身产生共模干扰信号,防止它们进入电网,污染电磁环境,危害其他设备。
         当瞬间高电压或有雷电进入时,压敏电阻VR1两端电压升高,超过保护电压值560V时,漏电电流增大接近短路,使F1保险管因过流而熔断,对后级电路起到保护作用。
         LF1、LF2为共模扼流圈,它是绕在同一磁环上的两只独立线圈,圈数相同绕向相反,在磁环中产生的磁通相互抵消,磁芯不会饱和,主要抑制共模干扰。
         CY3、CY4为共模电容;CX1、CX2为差模电容,主要抑制共模干扰,即火线和零线分别与地之间的干扰。
3、PFC电路

         PFC电路主要由ICI(FAN7930C )控制芯片、三极管Q5.Q6,开关管Q7、Q8,升压二极管D2,滤波电容C3组成。PFC电路的工作频率很高,大约60kHz。PFC电路的特点是不论交流电处于波峰,还是处于波谷,连续的从电网吸取电能为整机供电,相关电路如图5所示。

3.1芯片FAN7930C
         FAN7930C是飞兆半导体公司推出的一款有源功率因数校正(PFC)控制器,用于在临界导通模式(CRM)下运行的升压PFC应用。它使用电压模式PWM,将内部斜坡信号与误差放大器输出进行比较,产生MOSFET关断信号。因为CRMPFC控制器不需要整流后的交流线路电压信息,所以节省了CRMPFC控制器所需的输入电压感应网络的功率损耗。
         FAN7930C提供过电压保护(OVP)、开路反馈保护、过电流保护(OCP)、输入电压缺失检测,以及欠压锁定保护(UVLO)。PFC引脚可用于在PFC输出电压达到带有迟滞的正确水平时触发其他功率级。如果INV引脚电压低于0.45V,且运行电流降至非常小时,则可以禁用FAN7930C。通过使用新型的可变导通时间控制方法,THD低于传统的CRM升压PFC集成电路。
       (1)芯片FAN7930C引脚功能
        1脚IVN:为误差放大信号输入端,具有输出定电压控制、输出过电压控制以及输出开环控制功能。此引脚正常工作为2.5V,当该脚电压超过2.675V时,芯片将逐个脉冲关断;当输出开环,此脚电压低于0.45V时,振荡停止,工作处于待机模式。
        2脚RDY:该引脚用于检测PFC输出。当输出电压达到额定输出电压的89%时,该引脚被拉高,为(开漏)输出类型。
       3脚COMP:为芯片内部的跨导误差放大器输出脚。此引脚具有误差放大器相位校正补偿功能。
          4脚CS:为过电流检测信号输入端。此引脚具有过电流保护以及电感(MOSFET)电流检测功能。
          5脚zCD:为零电流检测端。在正常工作中,若此引脚电压由1.5V降低于1.4V以下时,芯片将打开MOSFET。
          6脚GND:为芯片的接地端。
          7脚oUT:为门极驱动输出端。输出驱动能力为+ 500mA/-800mA,可以直接驱动外围电路。
          8脚Vcc:为芯片提供电源。
        (2)FAN7930C芯片内部工作电路简要分析

          通常情况下电源电压(Vcc)是由电感副绕组供给,从而被称为启动电源。如果没有这种启动电源,辅助绕组可用于电源的零电流检测。一旦电源电压Vcc超过12V内部启动,而启动电压下降到8.5V时就会关闭,相关电路如图6所示。

         INV引脚嵌入了许多功能:跨导放大器、输出OVP比较器、禁用比较器和输出UVLO比较器。对于输出电压控制,使用跨导放大器代替传统的电压放大器。跨导放大器(电压控制电流源)有助于实现OVP和禁用功能。放大器的输出电流根据放大器的反相和非反相输入的电压差而变化。
         为了消除线路输入电压对功率因数校正的影响,PFC的有效控制响应比线路频率慢,这与控制器的瞬态响应相冲突。两极零型补偿可用于满足这两个要求。
3.2PFC电路分析
          BD1整流的100Hz脉动直流电压,通过储能电感L1的初级3-6绕组送到PFC功率因数校正电路Q7、Q8的D极。
         开机(PS-ON)输出的高电平(3V左右)经RS16、RS2分压后在QS3的b极电压约为0.65V,使其导通,+19VS经过光耦IC4A导通电流增强,IC4B内光电三极管导通,Q4也导通,Z2稳压15V,避免VCC1电压过高导致后续电路损坏。

         开关变压器T1初级副绕组TIF的6-5端电流经二极管D11整流、C18滤波后输出22V电压,经过Q4的c-e极形成vcC1给PFC控制芯片FAN7930C的8脚供电(见图7)。

         在图5中,芯片FAN7930C 得电后开始工作,当7脚输出驱动信号,Q5导通,Q6截止,驱动信号使开关管Q7.Q8导通,300V电压经电感L1、Q7/Q8(D-S)、R62、R45到地形成回路;当7脚停止输出驱动信号,Q5截止,Q6导通,开关管Q7、Q8截止,300V电压无法经电感L1、Q7/Q8 (D-S)、R62、R45到地形成回路,那么流过L1电流呈减小趋势,电感两端必然产生左负、右正的感应电压。这一感应电压与300V电压的直流分压叠加,在滤波电容C3正端形成390V左右的VDC直流电压。该电压不但提高了电源的利用率,而且使得流过L1的电流波形和输入电压的波形趋于一致,从而达到提高功率因数的目的。
         PFC过压电路:输出电压的变化经R7、R8、R9与R44分压后作为VDC取样电压,由IC1的1脚输入;L1的次级4-5绕组感应电压经R40送到IC1的5脚,作为过零检测信号,输出PFC(VDC)取样电压和过零检测电压,经内部比较放大后,进行对比与运算,确定输出端7脚的脉冲占空比,维持输出电压的稳定。在一定的输出功率下,当输入电压降低时,IC1的7脚输出的脉冲占空比变大,开关管Q7.Q8的导通时间延长,输出电压升高到正常值;当输入电压升高时,IC1的7脚输出的脉冲占空比变小,开关管Q7、Q8的导通时间缩短,输出电压降低到正常值。
         过压、欠压保护电路:FAN7930C的8脚vCC1为供电送入端,并设有电压检测电路。当该脚电压过低或过高时,内部保护电路启动,切断IC内部供电,达到保护目的。FAN7930C的1脚输出电压取样输入端,内设误差放大器和采样点关断电路,该点正常电压在2.5V左右。当输入到1脚的取样电压低于0.45V或者高于2.675V时,PFC校正电路关断。
         过流保护电路:FAN7930C的4脚为电流检测输入端,通过电阻R42对Q7/Q8的D极电阻R62、R45两端电压进行检测。R42两端的电压降反应了PFC电路电流的大小,当Q7/Q8电流过大,R42两端的电压降随之增大,4脚电压超过0.8V时PFC就会停止输出。
4、LED驱动控制电路
        4.1LED驱动控制电路分析
        LED驱动控制电路主要由控制芯片BD94121F,激励变压器T3、T2、Q13、Q14、Q2、Q3、二极管DL,VCC控制电路,FAIL电路,LED保护电路等组成。
          BD94121F是一款使用频率控制LED电流的电流谐振型白光LED驱动器,具有低功耗的特点,工作电流的典型值为2.3mA,可以满足各类应用的低功耗需要。它的工作电源电压范围为9.0V~18.0V,工作温度范围为-40°C~+85°C。
          BD94121F有多种功能,比如从脉冲到直流的转换功能,通过驱动频率实现电流和电压反馈,通过外部PWM信号实现突发控制,通过外部直流信号实现模拟调光;还可以通过STB端子切换到保存模式和FAIL端输出错误信号。BD94121F集成了多种针对故障条件的保护功能,包括过压保护、IC电源线的欠压检测LED短路保护和LED开路保护。
4.2BD94121F引脚功能详细描述

          BD94121F引脚功能见表1。

         1脚为vcC,电源引脚:正常工作范围(典型值)为9V~18V。在vCC和地之间接的CL4为旁路电容,起消除噪音的作用。
         2脚为STB,用于芯片的开关设置:关机时可作为复位使用。STB电压一般低于vCC电压,芯片会根据STB引脚的输入电压,切换(ON/OFF )IC的状态,但不能在0.8V~2.0V的这两种状态之间设置开关。
         3脚为芯片内部接地。
         4脚为RT,通过内部IC的频率设置充放电电流;过改变RRI引脚和GND之间电阻的阻值,可以设置驱动频率。此外, 频率可能会因位于RT和FB引脚之间的电阻RADJ发生变化。
         5脚为FB,是LED电流反馈(IS引脚)误差放大器和开路LED电压反馈(VS引脚)误差放大的输出引脚。
         FB和IS之间的电容CFBIS也决定了相位补偿和亮度调节所需的LED电流启动时间.B和VS之间的电容CFBVS用于误差放大器的相位补偿。
         6脚为IS,这是LED电流反馈误差放大器的输入引脚,正常电压为(ADIM/4.4)V[Typ]。当IS引脚电压低于(ADIM/8.8)V(Typ)或高于1.0V 时,输出将停止并锁存。在突发亮度调节关闭期间,50uA (典型值)电流从IS引脚流向外部电阻,器。
         7脚为VS,这是开路LED电压反馈(vS引脚)误差放大器的输入引脚。当LED开路时电压为1.25V;当LED亮起时,电压为0.5V~1.0V。当VS引脚电压超过1.25V时,保护电路开始工作,如果超过CP定时器设置时间(Timer Latch),它将关闭。
         8脚为PWM/COMP,此引脚电压由驱动输出N1.N2的DUTY固定,与内部IC的锯齿波比较。该引脚具有100pA的灌/拉电流能力,当外部电容连接在PWM/CMP和GND之间时,IC将在亮度启动阶段运行PWM。
         9脚为CP,该引脚设置从异常检测点到关闭(定时器锁存)的时间。CP脚外接电容有1nA恒流充电,电压超过2.0V时关断。在软启动期间,即使满足CP引脚充电条件(定时器锁存),cP外部电容器也不充电。

          10脚为PWM_IN,通过PWM_IN引脚输入PWM脉冲信号,可以调节突发亮度(高电平:1.8V以上,低电平:0.8V以下),见表2。

           11脚为ADIM,该引脚是用于模拟调光的直流信号的输入和输出引脚。根据ADIM输入电平,每个引脚的功能变化见表3。

         ADIM电压的1/4.4 为IS阈值电压,具有线性特性。但是,ADIM电压低于0.44V(Typ),Is阈值电压被钳位在0.44V/4.4=0.1V( Typ );ADIM电压超过2.2V (Typ),Is 阈值电压被钳位在2.2V/4.4=0.5V(Typ)。如果要使用线性特性范围时,需将ADIM电压设置为0.5V~2.1V,而脉冲信号输入到PWM2DC端, 再通过IC内部的100k电阻和连接在ADIM端的电容器对其进行平均(这意味着脉冲到DC信号传输电路)。
         12脚为SS,这是软启动时间和SDON时间设置引脚。2.0uA(典型值)电流充电到外部电容(0.01uF~0.1uF)。当SS端电压高于2.0V时,可以检测到cOMPSD;当SS端电压小于2.0V时,锁存保护电路不动作。当ss端电压高于2.5V时,软启动完成。当软启动处于运行状态时(SS引脚电压小于2.5V),CP充电时定时器锁存保护电路不会运行。
         13脚为FAIL,这是IC的故障信号输出引脚。在正常情况下,它输出低电平,并在定时器锁存后变为Open,以防检测到任何异常。Open期间的上拉电压必须为低于FAIL引脚的额定电压5.5V。在FAIL引脚与地接有0.1uF的降噪电容。
         14脚为COMPSD,这是过压保护电路比较器的输入引脚。比较器检测电压为4.0V(Typ),开始计数2个CLK过压检测。2个CLK计数后被定时器锁存关闭。
         15脚为PWM2DC ,脉冲信号输入端,通过IC内部的100kI电阻和连接在ADIM端的电容器对其进行平均(即脉冲到DC信号传输电路)。当高于8V (Typ)的电压强制施加到PWM2DC端时,IC中的缓冲器输出变为高阻抗,IC功能转变为直接DC输入模式到ADIM。
         16脚为PGND,这是驱动器部分输出引脚N1、N2的电源GND引脚。该引脚不与IC内部的GND引脚连接。
         17脚为N2低侧外部场效应管的栅极驱动输出引脚。一般通过约10Ω的电阻将其连接到FET栅极,目的是为了降噪。栅极通过1k~10k的电阻下拉至源极。18脚为N1低侧外部NchFET的栅极驱动输出引脚。一般通过约10Ω的电阻将其连接到FET栅极,作用降噪。栅极通过1kΩ~10kΩ的电阻下拉至源极。
4.3实际电路运用

        4.3.1 LED驱动实际电路(如图8所示)

       (1)芯片外围电路分析整机输出开机信号PS-ON高电平4.5V,经电阻RS16.RS2分压后在三极管QS3的基极电压为0.65V,使其导通,使加载在电阻RS1的19V电压经光耦IC4.QS3(c-e极)到地,光耦电流增强,在X1接点上的电压为0V,并连接在DL19二极管的负端,导致三极管QL1的b极为低电平,使其导通,电压19V通过QL1(e-c极)到QL5的c极,由于QL5的b极接了反相稳压二极管ZL3,b极电压稳定在13V,QL5将导通,使19V电压输入到芯片ICL1的1脚作为供电电压;另一路作为VCC3到LED1+、LED2+过压保护电路。
         整机开启时输出背光开关信号BL- ON,经电阻RL62、RL63分压,直接输出到芯片ICL1的2脚STB,作为芯片关闭/开启控制输入。电阻RL64的阻值为基本频率设定,RL65的阻值为驱动频率设定。在芯片的5、6脚间的电容CL2设定相位补偿和亮度调节所需的LED电流启动时间。电容CL9用于芯片内误差放大器的相位补偿。
         PWM信号通过电阻RL61、RL68作为芯片PWM调光控制,在11脚接电容CL14到地关闭了模拟调光。
         CL17为软启动充电电容,当充电电压到2.5V时开始启动。正常工作时小于2.5V,容量大小决定软启动时间。CL41为FAIL的降噪电容。
         VCC电压其中一路经RL57、RL58分压到芯片的15脚,通过施加在该脚上的电压大小改变调光模式是直流还是脉冲。

          芯片的14脚接过压保护电路(见图9),当LED1+和LED2+其中任意一路电压过高时, 分别经分压电阻RL13、RL17、RL21,二极管DL11和RL14、RL18、RL22,二极管DL12,最后在二极管上的反相电压过压时,三极管QL2的b极电压上升,导致其截止coMPSD无输入,与芯片内部基准电压4V比较后,芯片停止工作。

         (2)功率转换驱动电路(如图10所示)

         T3为激励变压器,T2为功率输出变压器。激励变压器为功率放大级的前置推动级,因为放大器不能一次把功率放到很大,必须分几级完成。用变压器来完成阻抗匹配和把功率传输到最后级的输入端。应用激励变压器实现电压脉冲变换和隔离。
          激励变压器的设计与一般脉冲变压器类同,由于激励占空比的原因,通常情况下纯磁化电感不能很大。由主绕组产生正负电能,感应到次级输出线圈也是产生正负的电能,激励线圈也会感应到正负的电压,来控制开关管的导通时间,控制输出电压的高低。
          激励变压器T3有两个次级,反相驱动两个功率开关MOS管Q2和Q3。驱动该变压器的初级、次级输出两路脉冲信号驱动开关管,由芯片内部输出两路N1、N2驱动信号,经稳压管ZL1限位为22V ,再经CL12电容隔离直流后,通过驱动变压器T3的初级绕组->电阻RL27->CL13->RI29->地,在T3形成激励驱动信号,再经保护二极管D3、栅极串联电阻R13向栅极输入激励驱动信号使Q2导通,从而进入饱和区完成开通过程,VDC电压经过Q2、T2向C38充电;当变压器输入低电平时,三极管Q13导通、Q2栅极经电阻R14拉低,使Q2快速由导通转为关断状态(变压器T3提供驱动信号N1原理相同)。

       (3)整流输出LED+电路分析(如图11所示)

        T2功率变压器输出的电流,一路经滤波电容CL20滤除比工频稍高的一些干扰( 如火花干扰,日光灯干扰等),然后送至二极管DL1整流;一路经二极管DL4整流,电容CL31、CL30滤波后分别输出LED1+、LED2+电压。
          LED1-、 LED2-电流流经恒流电阻RL32、RL31、RL41、RL43,因此调节恒流电阻值可以改变灯串的电流。该电源经RL38限流,再经RL40、RL44、RL45分流送入芯片BD94121F的6脚,用来检测灯串开路或短路时导致的电流异常。当电流大于0.5V时,芯片关断输出,停止工作。