液晶电视LED背光驱动电路原理与故障维修

一、LED背光驱动电路的组成

        在LED液晶电视中，LED驱动基本上都采用串联驱动方式，即液晶屏内的LED发光二极管串联连接后，直接接在背光灯驱动电路的电压输出接口上。既然加在LED发光二极管上的电压为直流电压，为什么不采用开关电源的输出电压直接作为LED发光二极管的驱动电压呢?这是因为开关电源的输出端接有很多负载，其输出电压会随着挂接在开关电源上的负载变化而变化。若用开关电源直接对LED进行供电，开关电源输出电压的变化量会直接反映在LED上，使流过LED的电流也随之变化，进而引起LED发光强度变化。所以，在LED液晶电视中，没有采用开关电源为LED直接供电的方式，而是采用一个类似于PFC电路的能进行自动稳压和升压的电路为LED供电。其目的不外乎是稳定LED的驱动电压，使电视机的亮度不受开关电源其他负载变化的影响。

        图1为LED背光灯驱动电路结构图。从图中可以看出，LED驱动电路主要由驱动脉冲形成、过流和过压保护、调光控制、自举升压和保护取样等电路组成。而在实际电路中，图1中的驱动脉冲形成、过流和过压保护调光控制等电路是由专用集成块及其外部电路组成的，升压电路过流和过压保护取样电路则由分立元件组成。结构图中的电源1和电源2为驱动电路所需要的两种不同电压，电源1通常为12V，电源2通常为80V~130V(由屏决定)。LED 二极管接在升压电路的电压输出接口和过流、过压保护取样电路之间。启动控制信号和调光控制信号则加在由集成块组成的驱动脉冲形成电路上。升压电路的作用是将开关电源送来的低电压进行升压，以满足LED二极管的要求。
        LED驱动电路的工作过程是:当来自开关电源的电源1、电源2的电压和启动控制信号加到驱动电路上后，首先是由专用集成块组成的驱动脉冲形成电路进入工作状态产生驱动脉冲信号，然后直接送往升压电路。升压电路的电路结构和作用与开关电源中的PFC电路相同。开关电源送来的电压经升压电路升高到满足LED发光二极管所需要的电压后送往LED，作为LED的驱动电压。
        过流、过压保护电路主要是对升压电路的输出电压、LED发光二极管的电流进行取样，并将取样后的电压、电流送往保护电路，然后通过驱动脉冲形成电路或开关电源完成过流过压保护的任务。
二、LED的调光控制

       传统上对LED进行调光采用的方法是利用一个DC信号或PWM滤波电路对流过LED中的正向电流进行调节来实现的。这种方法虽然简单、易于实现，但存在一定缺陷，原因是正向电流的变化会引起LED光学特性变化而出现色彩漂移。由于人眼对光的颜色很敏感，因此，液晶电视背光源是不允许LED出现色彩漂移的。所以在LED液晶电视中常用PWM进行调光。

       PWM调光控制的基本思路是用-个PWM信号对LED的工作状态实施控制(见图2)。调光脉冲到达时，断开LED，此时，LED会因无电流流过不发光，调光脉冲过去后，LED接通正常发光。这种调光方式之所以在LED断开时看不到电视机出现黑屏，也看不见光栅出现闪烁现象，是由于调光脉冲频率较高(约100Hz~200Hz，这好比普通CRT彩电中的场频为50/60Hz 时，我们看不见图像闪烁一样)，远高于人眼所能识别的频率。PWM调光利用的是人眼的视觉特性，而LED的亮度则取的是LED的平均亮度。
三、LED背光驱动电路分析
       LED背光驱动电路的工作状态受信号处理板输出的，启动控制电压控制。开关电源输往LED背光驱动电路的电压只有直流电压，正常情况下，若LED背光驱动电路和屏内部的LED发光二极管无故障，只要开关电源和信号处理板有正常的电源电压和启动控制电压加在背光灯驱动电路上，背光灯驱动电路就会启动进入正常工作状态，向LED背光灯输出驱动电压，并点亮背光灯。
        LED背光灯驱动电路通常由驱动脉冲形成电路、自举升压电路、过流和过压保护电路、亮度控制电路等几部分电路组成。当然，不同的LED背光灯驱动电路在结构上也可能存在一些差异，如某些LED背光灯驱动电路中还设计有驱动脉冲形成电路的供电电路和启动控制电路等。

        图3为海信32英寸LED液晶电视中的背光灯驱动电路中的一组应用电路(注:该LED液晶电视中的背光灯驱动电路共有四组，每组电路结构完全相同，且相互独立，每组电路驱动一个LED灯组)。图3中虚线框内的二极管为屏内部的LED发光管。集成块N901(OZ9957)为LED背光灯驱动电路中的专用集成块，内置振荡、关断延时定时器、过流和过压保护、软启动相移可变调光控制、系统同步控制等多个模块电路。

        该驱动电路的工作过程是:当来自开关电源的12V电压和控制电路的启动电压(SW)分别加到集成块N901的13脚和12脚时，内部振荡电路就会启动，产生振荡脉冲信号。该振荡脉冲信号经内部相关电路处理后从15脚输出，作为V901、V902的驱动信号。其中:加到V901 栅极的脉冲信号使V901 导通，电流经84V->L901->tV901->R733//R734->地，并在L901中形成左正右负的电压。V901 导通期间，能量被储存在L901中，V901截止时，储存在L901中的能量通过VD901向C908充电，这时，C908上的电压将是84V+L901通过VD901向C908的充电电压，两种叠加电压即为LED背光灯的驱动电压。
        图3中的R703、R702、R701和N901⑦脚内部相关电路组成驱动电压稳定电路。LED背光点亮后，流过灯条、V902、R701、R702、R703的电流在“R701//R702+R703"上形成反映灯条电流大小的取样电压，该取样电压经R933加到N901的⑦脚，⑦脚内接电流管理器，电流管理器的基准电压为0.5V，正常情况下，即灯条电流在正常范围内时，反映灯条电流大小的取样电压不会超过0.5V，电流管理器不工作。当由某种原因(如来自开关电源的电压升高导致LED驱动电压升高，或LED灯条中有少量发光二极管击穿)导致灯条电流增大时，"R701//R702+R703”上形 成反映灯条电流大小的取样电压就会升高，升高后的电压进入N901⑦脚后，在电流管理器的电压比较器中与基准电压进行比较，当电压超过0.5V时，电流管理器就会启动进入工作状态，输出控制信号去调整15脚输出的驱动脉冲占空比，使V901的导通时间缩短，LED驱动电压降低，灯条电流下降回到正常值。
       电路中的R733、R734和N901 8脚内部电路组成电流保护电路，R733、R734为取样电阻。当因某种原因导致v901的电流超过设计正常范围时，R733、R734上的电压就会上升，升高的电压经R908加到N901的⑧脚，当⑧脚电压超过0.5V时，内接比较器就会翻转，输出控制信号到驱动脉冲形成电路，去调整驱动脉冲的占空比，使v901的导通时间缩短，迫使V901的电流回到正常范围。
       V913、R745、R752、R751、VD913等元件组成短路保护电路。短路保护电路的工作过程是:LED正常工作或LED灯条中只有少量发光二极管击穿短路时，由于流过电阻R745、R752、R751的电流较小，R745、R752、R751上的压降也较小，V913的基极和发射极间的电压降基本相等，V913截止不工作。当LED灯条有相当部分的发光二极管击穿短路时，即使是N901内部保护电路启动，N901无驱动脉冲输出，但加在灯条上的由开关电源送来的基本电压(84V)也会使流过灯条的电流大幅增加，此时，R745、R752、R751上的压降就会上升，V913基极电压就会大幅下降而使V913由截止转为导通，其集电极输出高电平经VD913去开关电源，使开关电源停止工作，无84V电压输出，从而实现短路保护。
       当需要对背光亮度进行调整时，信号处理板中的CPU就会输出-一个频率约200Hz的调光控制脉冲信号到N901的⑥脚，该信号从⑥脚进入集成块内部电路后，首先由相位调整电路进行相位调整，调整后的信号送到电流管理器的反向输入端，处理后直接输往PWM调制电路，对脉冲振荡电路输出的脉冲信号进行调制。当调制信号为高电平时，15脚无驱动脉冲信号输出，不仅v901截止，V902也会截止，此时LED的驱动电压仅.84V，会因驱动电压低而熄灭。由于调制信号频率较高，所以在亮度调整过程中，我们并没有看到屏幕上光栅出现闪烁。

       由于LED液晶电视中，组成背光的灯条不止一个，为了保证每个灯条发光的一致性，需要每个驱动电路同步工作。图3中集成块N901的①、③、⑤脚即为同步工作相关脚。在采用N901作为背光灯驱动IC的海信液晶电视中，N901设定为同步工作主芯片(通过①、⑤脚外接元件设定)，③脚输出同步控制信号到其他集成块，使其他芯片同步工作，保证背光亮度的一致性。

       上面看了海信32英寸LED液晶电视中的背光灯驱动电路，下面让我们再看一个46英寸LED液晶电视中的背光灯驱动电路。
        图4为长虹ITV46920DE型LED液晶电视中的LED背光灯驱动电路中的一组(注:该LED液晶电视中的背光灯驱动电路共有六组，全部电路参看《家电维修》今年第5期中心图。每组电路结构完全相同，且相互独立，每组电路驱动一个LEd灯组应用电路。该LED驱动电路输出电压为170V/90mA。和前面看到的海信LED液晶电视中的背光灯驱动电路一样，该背光灯驱动电路中的集成块HV9911NG也是LED背光灯驱动IC，该集成块内置有单开关驱动模式控制器、高边电流检测电路、输出电流闭环控制电路、高PWM调光比电路9V~250V的内部线性稳压器、恒频或恒定关断时间控制电路VDD=10V的输出短路保护电路、输出过电压保护、同步锁定电路可编程MOSFET的电流限制电路、软启动等多个模块电路。
        图4中的LED背光灯驱动电路工作过程是:当开关电源由待机状态转为正常工作状态时，电源输出的130V电压经电阻R9006、R9005、R9004 分压后，在R9004，上形成约2.47V电压加到ZDT9001栅极，ZDT9001导通。此时，12V电压经R9011、R9010、ZDT9001到地，分压后在R9010H上形成11.25V电压，此电压加到Q9002基极，使Q9002饱和导通，此时12V电压经Q9002 e-c极后，从c极输出到HV9911NG的①脚(注:也会同时加到IC9201 IC9301、IC9401、IC9501 IC9601的①脚)，作为HV9911NG(IC9201、IC9301 IC9401、IC9501、IC9601 )的工作电压。与此同时，信号处理板上输出的背光灯驱动电路的启动控制电压“BL_ON"(高电平)经电阻R9013与电阻R9003分压后形成0.56V电压加到9003基极，使Q9003饱和导通。其集电极电压由高电平变为低电平，此时， Q9004因基极无电压而进入截止状态， +5VS电压经R9016、R9017加到集成块IC9101的13脚(注:也会同时加到IC9201 IC9301 IC9401 IC9501、IC9601的13脚)。集成块IC9101的①、13脚得电后，内部振荡电路就会启动进入工作状态，产生振荡脉冲信号。振荡电路产生的振荡脉冲信号经内部相关电路处理后，从集成块③脚输出，直接加到Q9102、Q9103的基极，作为其输入信
        HV9911NG内部基准电压产生电路形成的基准电压(1.24V)从10脚输出，此基准电压经电阻R9107加到HV9911NG 15脚，作为该脚的基准电压。
        HV9911NG⑦脚外接电阻R9105为频率设定电阻改变该电阻的大小，能对振荡器的频率进行调整，电阻R9105的阻值一旦确定， 振荡器的振荡频率便随之确定下来。此后，振荡器将按设定的固有振荡频率工作。
        HV991ING③脚输出的驱动脉冲信号经Q9012放大后，经电阻R9101加到Q9101的栅极，使Q9101工作在开关状态。
       Q9101 导通后，电流经130V->L9101->Q9101的"D"极->Q9101的"S"极->R9102- >地形成回路，并将能量储存在L9101中，产生左正右负的电压。Q9101 截止后，由于电感两端的电流不能突变，便在L9101两端形成左负右正的电压，该电压经D9101、D9105向电容C9110充电，使c9110上形成130V+I901向其充电的电压，两种电压叠加结果得到170V/90mA的直流电压后，经电阻R9128、R9129加到LED发光二极管(灯条)上，作为点亮LED灯条的驱动电压。
        电路中， 由Q9103、D9102组成的电路为灌流电路，该电路的作用与前面介绍过的海信LED液晶电视背光灯驱动电路中的灌流电路一样，是为了泄放Q9101截止期间栅-源极之间储存的电荷而设计的。
         该灌流电路的工作过程是:当HV9911NG的③脚输出低电平时，Q9102截止，Q9103导通。Q9102 截止后，源极电压为低电平，Q9101由导通转为截止。此时，由于Q9103导通，累积在Q9101栅极上的电荷就会经D9102->Q9102源极->Q9102漏极->地进行泄放，从而有效避免Q9101的因栅-源间电荷累积而损坏。不扩大故障范围，电路中还设计了由R9602、R9603和HV9911NG⑤脚内部相关电路组成的电流反馈电路。电路中的R9602为取样电阻，⑤脚为电流反馈检测信号输入端。电流反馈电路是通过对开关管Q9101的电流检测实现的。当开关管Q9101工作异常，导致流过其漏-源间的电流增大时，电阻R9102上的压降就要增加，增加的电压经R9103加到HV9911⑤脚，进入集成块内部电路后，由内部相关电路进行处理，处理结束输出控制信号到驱动脉冲输出电路使其停止工作无脉冲信号输出，从而实现开关管的过流保护。
         长虹ITV46920DE型LED液晶电视背光灯驱动中设计有亮度设定电路，该电路由R9018、R9019、R9003、VR9001、ICM9001组成。
          在图4中，12V电压经电阻R9018、R9019组成的串联电路分压后在R9019上得到约3.58V电压，该电压再经电阻R9003和电位器VR9001分压后加到集成块ICM9001的③脚，③脚为内接比较器的正向输入端。ICM9001的①脚经电阻R9002接于HV9911NG的15脚上，HV9911NG 15脚为驱动脉冲形成电路的电流设定端，调整电位器VR9001改变ICM9001的③脚电位时，其①脚电压就会发生变化，①脚电压变化也就是HV9911NG 15脚输出电流设定发生变化，15脚设定电流变化必然会改变驱动脉冲形成电路输出脉冲的宽度，最终达到按设计要求调整背光亮度的目的。
        该背光灯驱动电路中的电流稳定电路由Q9104、R9121和集成块HV9911NG 16脚内部相关电路组成。当流过LED灯条的电流增大或减小时，流过Q9104、R9121的电流也会增大或减小，变化的电流在R9121上形成的压降也会增高或降低。在R9121， 上形成的反映LED灯条电流大小的电压经R9120加到HV9911NG的16脚，经HV9911NG内部相关电路处理后，输出控制信号去控制集成块③脚驱动脉冲的占空比，通过对脉冲占空比的调整使LED灯条电流回归到正常值，从而实现LED灯条电流稳定。
        该背光灯驱动电路中保护电路分过压、过流保护两种。
        过压保护电路主要由R9114、R9115、R9116和集成块HV9911NG 12脚内部相关电路组成。当因某种原因导致LED驱动电路的输出电压异常升高时，升高的电压经R9114、R9115、R9116组成的串联电路分压后加到集成块HV9911NG 12脚，12脚输入的电压经集成块内部的电压比较器等保护电路处理后，输出控制信号到驱动脉冲输出电路，使其停止工作无驱动脉冲输出。
        过流保护电路是通过使主电源停止工作实现保护的，由R9128、R9129、R9123、R9124、R9125、Q9105、D9104组成。过流保护电路针对的是LED灯条内部的发光二极管的短路保护。
        电视机正常时，由于流过电阻R9128、R9129的电流较小，其上的压降也较低， Q9105的基极电压与射极电压基本相等，Q9105截止，相当于过流保护电路停止工作。当屏内部lED灯条上的发光二极管出现严重击穿短路故障时，LED灯条电流会急剧增加。此时，Q9105的基极电压会急剧下降，使Q9105由截止转为导通状态，驱动电路输出的170V电压经Q9105的发射极、集电极R9124、R9125、D9104、DB9006、RB883加到QB857的基极，使QB857饱和导通，主电源中的光耦PCB803S进入工作状态，次级输出过流检测信号到主电源中的集成块IC801的10脚，10脚输入的信号经集成块内部相关电路处理后输出控制信号，使开关电源中的主电源停止工作。
        比较图3和图4中电路，不难发现两种背光灯驱动电路所采用的专用集成块虽然不同，但电路结构却基本相同。特别是电路中的自举升压电路、电流和电压稳定电路、过流和短路保护电路的电路结构和工作原理更是几乎完全相同。这告诉我们，在液晶电视维修中，只要掌握了一种LED液晶电视背光灯驱动电路的工作原理和维修方法，其他LED液晶电视中的背光灯驱动电路的维修也就迎刃而解了。
四、LED背光灯驱动电路的维修思路
        从上面的分析可以看出，LED液晶电视中的背光灯驱动电路的工作状态虽然受信号处理板输出的启动控制电压控制，但这种启动控制电压是直流电压，其启动控制方式与LCD液晶电视中的背光灯驱动电路启动控制方式相同。这说明， LED液晶电视中的背光灯驱动电路也和LCD液晶电视中的背光灯驱动电路一样可独立工作，采用强制方式启动使其进入工作状态，为LeD背光灯提供工作电压。这里讲的强制方式指给LED背光驱动电路外加一个启动电压。
        LED 液晶电视中的背光灯驱动电路从实物看起来复杂，但实际电路是简单的，从电路结构看，LED液晶电视中的背光灯驱动电路出故障时，只要屏内部的LED发光二极管不是大量击穿短路，电视机中的主开关电源应当是工作的。如果LED背光灯驱动电路中的一组电路不工作， 也仅仅是对屏幕上局部光栅造成影响，而不是整个液晶屏都不亮。而实际维修LED背光驱动电路时，也仅相当于维修开关电源中的PFC电路而已。
        从LED背光灯驱动电路的工作原理和实际维修看，检修LED液晶电视时，若所维修的液晶电视出现的故障现象是指示灯亮，但无光栅、无伴音，打开后盖后，测得主开关电源无电压输出，但在取下LED背光灯的插头后开关电源输出电压能恢复正常，则说明此时电视机的故障在液晶屏内的LED背光灯上。要排除故障，要么对屏内的LED灯条进行更换，要么对液晶屏进行更换。当然，如果取下LED背光灯的插头后开关电源仍然无输出电压，且测量背光灯驱动电路中的开关管也无击穿短路，同时查得电路中的短路保护电路(如图3、图4中由V913、V9105等元件组成的电路也正常(可采用从电路中断开的方式进行好坏判定)，则指示灯亮，无光栅、无伴音故障在开关电源。
        由于LED液晶电视中的背光灯驱动电路由多个电路结构完全相同的单元电路组成，所以，在LED液晶电视维修中，若查得故障在背光灯驱动电路，只要不是所有单元电路同时损坏，则完全可以采用对比的方法进行故障范围确定和器件级维修。这里讲的对比方法是指通过对地电阻、电压的测量与正常单元电路进行比较。