三星公司生产的CCFL专用驱动板PWM控制芯片SEM2005 ,采用SOP16封装,其引脚功能及实测电压见表1所示,其内部集成了低频PWM发生器,只要对其输人可变直流电平便可实现cCFL亮度调节功能。内部的软启动电路可降低系统开机时的电流冲击,使系统工作的稳定性大大提高。同时,IC内部还设有灯管开路保护,过压保护,过流保护等电路,与同类电路相比,具有低功耗、高可靠性外围电路简洁等优点,广泛应用于三星LG等19英寸及以上的宽屏机的背光电路。下面根据三星943NW实物绘制电路图,对其工作原理作简单介绍,如图1所示。
一、工作原理简介
1. 驱动控制 电路
由开关控制原理可知,U2的工作与否,是通过A/D板送来的使能控制信号ON/OFF(即EN)的高/低电平来决定的。本机设定为高电平开机(即oN-H),低电平关机(即OFF-L)但与普通的背光电路明显不同的是,由于U2的待机功耗非常小,所以U2的供电Vcc并未设专门的电子开关电路来控制,而是直接把开关电源的+14V电压加到U2的Vcc端10脚,U2的工作状态由其⑤脚的高/低电平来控制。
(2)半桥驱动电路
U2进人工作状态后,从其⑨脚输出的脉冲加至背光激励电路U301 (AOP610/CD631Y)的④脚,从其⑧脚输出的脉冲信号加至U301的②脚,U301为复合型DIP⑧脚封装的场效应管(较少见),内部集成了一个N沟场效应管和一个P沟场效应管,其引脚功能及实测数据见表2所示。
从实测波形看(见图1),U2的⑧、⑨脚输出的脉冲相位刚好相反,当U2的⑨脚输出的脉冲送至U301的④脚内部对应的P沟场效应管并使之导通时,U2的⑧脚输出的脉冲送至U301的②脚内部对应的N沟道场效应管时,一定使之可靠截止;反之,U301的②脚内部的场效应管导通时,U301的④脚内部的场效应管截止。也就是说,虽然U2从⑧、⑨脚是同时输出脉冲激励信号的,但是U301内部的场效应管是轮流导通的(其等效图参见图2所示)。
假设在某一时刻,Q2导通,Q1截止(此时相当于B-C短路,A-B开路),Vcc经L301、C230、T303的①-②脚Q2的D2- S2至地,对C230充电,电流流动方向为:Vcc->A- >L301->C230->T303的1->2->地->Vcc。在此后的下一时刻,Q2截止,Q1导通(此时相当于A-B短路,B-C开路),C230通过L301、Q1的S1 -D1、T303放电,放电电流方向与上一时刻相反:Vcc->B->T303的2->1->C230->L301->A->Vcc直到下-时刻重复上述变化。
由于流经T303①-②绕组的电流是随周期变化的交变电流,故通过电磁感应,在T303的副边感应出交流脉冲高压,分别通过CN301、CN302、CN303、CN304加至背光灯管,使其启辉工作。在启辉时刻,CCFL灯管两端的交流电压可达1500V,正常工作后,CCFL两端的维持电压瞬间回落至800V左右。显然,U301的导通周期越长,T303副边绕组感应出的脉冲电压越高,灯管亮度越高;反之,则灯管越暗,从而使背光灯的亮度可控。(3)亮度控制电路
在主板A/D电路的MCU接口中,有两组亮度控制线,其中A-DIM为模拟亮度控制信号(ANALOG),B-DIM为脉冲宽度亮度控制信号(PWM)。通过CN2的⑧脚.①脚,分别送至U2的11脚、14脚。
当需要增加亮度时,通过用户的OSD菜单控制B-DIM输出的脉冲宽度增加,U2的④脚电位上升,通过内部A/D转换处理,使其内部PWM输出的脉冲占空比增加,U301输出的脉宽加大,T303的储能增加,副边输出的脉冲电压上升,cCFL灯管亮度增强,反之,则控制过程与前述相反。实测亮度(BRT)=100(即最亮)时,B-DIM端直流电位max=4.13V,BRT=0 (即最暗)时,B-DIMmin=0.12V。而BRT在0~100变化时,副亮度控制A-DIM的直流电位基本保持在1V左右,实测时,也未观察到可变的脉冲波形,但若断开A-DIM后开机,背光灯点亮后随即熄灭。
2.保护电路
过压保护电路,为了防止灯管高压变压器次级在非正常情况下输出过高的高压而损坏高压变压器和灯管,所有液晶背光电路中,都设有过压保护电路(OVPT)。C311、C312、C313、C314、C231、C232、C233、C234、D211、D212、D213、D214、R214与U2的②脚( OVPT)内部电路构成本机的过压保护电路。以CN301组灯管为例,当某种原因使T303的输出电压过高时,经C311、C231分压、D211整流、R214限流后加到U2的②脚电压上升,经内部比较器处理,当这一电压达到阈值时,触发内部保护电路,关闭PWM输出。过流保护电路,由于cCCHL灯管属于高电压、低电流器件(正常19英寸及以上机器的灯管工作电流约9mA),设计过流保护电路,对于保护CCFL不致因过流老化甚至损坏,有着非常重要的意义。如图2所示,在四个灯管接口的低压回路中,分别设有取样整流电路:R221、R222、R223、R224、D221、D223、D224及R215等,与U2的④脚(ISEN )内部电路共同构成灯管的电流检测电路。以CN301组灯管为例,当流过灯管的电流增大时,R211上压降随之增大,经D221整流、R215限流后,加至U2的④脚电位上升,通过U2内部控制电路稳定灯管电流;若cCFL的工作电流继续增大,U4的④脚电压达到保护阈值时,U2内部的比较器提前翻转,及时关闭PWM输出,从而保护灯管不致过流损坏。
灯管开路检测电路,D201、D202、R216、R217、R218、R219、C211、C213、C214、C216等与U2的③脚(VSEN)内部电路共同构成灯管开路检测电路。
正常工作时,各组灯管电流在各自的对地通路负载电阻上均有一定的压降,以CN301组为例,R221上的动态变化电压经R216分压、C214滤波后,在D201的负极形成一定的偏压,D201处于截止状态,一旦因某种原因造成灯管开路时,由于R221上的压降消失,D201正偏导通,U2的③脚电位迅速下降,内部电路检测到这一变化后,将视为PWM负载工作异常而自动关闭PWM输出。
二、常见故障及排除
1.CCFL点不亮
遇此故障,应首先检查背光电路的供电电压是否正常,若无14V供电电压,则查开关电源板的C113正端电压是否正常,若有,则F301开路性损坏,此时,重点查U301是否有对地短路性损坏,只有排除U301故障后,方可加电试机。若C113正端无14V电压,则进一步查开关电源电路。
若14V供电正常,则按面板电源键POWER时,测量CN2的⑧脚ON/OFF电压是否有0/3V跳变,若无此电压,则可断开CN2的⑧脚,用一只4.7k电阻,一端接CN2的⑥或⑦脚(即+5V电压),另一端接CN2的⑧脚,若此时背光灯点亮,则故障在A/D板电路。若ON/OFF电压正常,则多为U2损坏。正常U2的10、⑤脚对地电阻均应大于10k。
实修中,U2损坏相对较少,当U301损坏时,多为其③脚对地击穿,同时会伴随F301烧毁开路。U301为高效互补型N+P沟复合场效应管。从参数看,代用型号很多,如:APM4600、4604 、4606、APM4511、4532、4546及STM4512等都可以,但由于它采用的是DIP8脚封装,所以,代换不太方便,主要是引脚不好处理,因为它们都是SOIC8封装,不能直接安装DIP8的焊盘。经测试,可用TO-251/252封装的中功率场效应管代换:N沟可选AOD444、P3055等,P沟可选常见的IRFU9024等,共同组成N+P沟复合电路代换试机。
若代换后管子发热严重,则多为T303性能不良。由于这种单变压器很难找,当遭遇屡损U301时,可考虑用通用高压板代换原一体板的背光灯部分电路(后面会详细介绍高压板的代换方法及注意事项)。实测T303两个副边绕组的直流电阻约1k,供参考。
2.CCFL点亮后马上熄灭
这是典型的保护动作的表现,由U2的工作原理可知,引起保护电路动作的主要原因有:过压保护、过流保护、灯管开路保护。此外,由于A/D板控制异常、电源供电异常等,也会造成上述现象。判断是A/D板故障还是背光电路本身异常的方法很简单:断开A/D板至背光板的ON/OFF脚,用4.7k电阻将+5V直接加至CN2的⑧脚,短接CN2的①、⑨脚,用一只10k电阻,一端接+5V,另一端接CN2的①或⑨脚,若加电后背光灯点亮正常,则故障在A/D板电路,若仍是一亮即灭,则查上述三个保护电路。
(1)过压保护检修
在没有示波器的情况下,如果14V供电正常,U301的输出端⑤、⑥、⑦、⑧脚直流电压应在8V以下,实测BRT=0时约7.6V,BRT=100时约7.1V。如果实测这个电压基本正常,则用数字表的交流20V挡测灯管高压接线的插座表面,以作大概的判断。方法是:黑表笔接地,红表笔接触cN301-CN304任一插座的表面(注意:不是直接测量引线,否则,很可能会引起高压保护而造成误判。同时,脉冲高压也会对万用表的安全构成威胁)。正常BRT=0时,插座表面约1.74V ,BRT=100时,约3.42V(仅供参考)。
(2)灯管开路保护检修
由于受到外力影响,灯管的接插件松动、引线焊接头脱焊、灯管断裂等,均会造成背光灯灯管开路保护电路启动。检测此项保护电路的方法很简单:用一片独立的单灯背光灯电路板,逐一测试各灯管,如果发现某-灯管不亮,则直接拆屏进行更换(后面将详细介绍灯管的代换方法及注意事项)。
(3)灯管电流检测电路检修
一般来说,由于灯管过流而造成的上述故障并不多见,最常见的是灯管老化、灯管电流取样电路有开路性元件或u2芯片本身性能不良等原因造成的背光灯一亮即灭。按照常规的检测方法,一般都是用外接背光灯板对灯管进行测试来确定,当所测灯管严重老化时,通常表现为灯管发红、发黄或偏暗,用这种方法检测非常直观、简便;但是,当灯管出现轻微老化时,用外接背光灯板对灯管进行测试时,很可能一切正常,但接原机背光板时又表现为一亮即灭!这是由于逆变驱动芯片的参数不同、灯管电流检测电路的设计灵敏度不同、结构不同、整体电器性能老化等原因,造成灯管电流检测保护起控点有很大的差异所致。这也是困扰初学者的最常见的故障之一。
当出现这种情形时,应先检查灯管的电流检测及其他保护电路,如果其他保护电路无明显的异常元件,则可判为灯管轻微老化。那么,是更换灯管,还是更换背光电路板呢(因为这两种维修方法都能排除故障)?这要视具体的环境而定,因为两者的维修工作量、成本毕竟相差很大,所涉及的收费也有很大的差异,要针对不同的用户作不同的选择。
三星943NW机器的背光电路的故障率有以下特点:升压变压器T303的故障率大于其他元件,灯管轻微老化次之,U2、U301损坏相对较少。
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