一、工作原理
该开关电源以NCP1650( IC1 )为核心组成功率因数校正电路,以NCP1217(1C2 )为核心组成供逆变器24V电源电路,以NCP1377(IC6 )为核心组成12V电源电路。
1.整流滤波电路
电路中F1为延迟保险管,ZV1、R1、CX1、CX2、LF1、LF2、CY1、CY2等组成交流抗干扰电路,滤除电网及开关电源产生的高频干扰信号,AC220V市电经BD1整流C3滤波得到约310V的脉动电压,供给后级电路。
2.PFC功率因数校正电路
电视机工作在待机状态时,PFC电路不工作,在PFC电路中,集成块NCP1650的启动工作电压由T1次级绕组输出的脉冲信号,经D18、C10组成的整流滤波电路产生,因为待机时24V电路没有工作,T1没有感应电压建立。24V开关电源-旦启动进入工作状态,PFC电路即可进入工作状态。PFC功率校正电路利用升压电感中流过变化电流而产生感应电压,通过D1续流二极管整流、C16滤波产生直流电压与300V直流电压叠加,实现在C16正端产生远高于传统整流电路产生300V直流电压的目的,从而提高电源功率因数,提高电能的利用率。如图1所示,PFC电路由IC1(NCP1650)组成,可适应85V~265V的宽交流输入电压范围,是一个开关频率固定、采用平均电流型控制环的脉宽调制器。
NCP1650引脚功能如表1所示,其工作频率为70kHz左右。经BD1整流、C3滤波后的310V脉动电压,由R2、R3分压,C4高频滤波后送至IC1⑤脚。PFC校正后形成的电压经R12、R13、R14、R15分压后送入IC1⑥脚,在IC1内部经过对比与运算,控制16脚输出脉冲的占空比,从而保证输出电压的稳定。当⑤脚输入电压降低时,NCP1650 16脚输出的脉冲占空比增大,开关管Q1导通时间变长,电感L2储能增大;当⑤脚输入电压升高时,NCP1650 16脚输出的脉冲占空比减小,Q1导通时间变短,电感L2储能变小。
Q1在NCP1650的16脚输出脉冲的控制下工作于开关状态。当Q1导通时,电流由L2、Q1的D、S极到地,此时D1截止,停止向C6充电。当Q1截止时,电流经L2.D1给C16充电,随着充电的进行,充电电流变得越来越小,L2因流过的电流逐渐变小会产生阻碍充电电流减小的自感电动势,此感应电流的方向与原充电电流方向相同,其叠加作用使C16两端电压充到400V左右,因整流滤波后的输入电流随输入电压变化,致使输入电流与输入电压波形趋于同相,从而提高电源的利用效率,因而系统功率因数提升至接近1。
3.12V开关电源电路
12V开关电源电路以IC6(NCP1377)为核心构成,其作用是形成12V/4A的稳定直流电压。NCP1377是准谐振电源控制芯片,采用电流模式调制器,设有过压锁定、自动恢复短路、过热等保护电路。其引脚功能如表2所示。
(1)启动电路
接通电源时,220V整流滤波电路输出约300V电压送至IC6⑧脚,其内部电流源(典型值4mA)向IC6⑥脚外接电容C34充电,Vcc上升,当Vcc达到12.5V时电路启动工作。这一过程还激活 1ms软启动功能,使启动变得较缓慢。启动后,从IC6⑤脚输出的开关脉冲加到大功率MOS开关管Q5 G极,使其工作在开关状态。
开关电源启动后,开关变压器T2一个次级绕组感应的脉冲电压经D13整流C34滤波后产生的直流电压加到NCP1377⑥脚,取代启动电路,为NCP1377提供工作电压。
(2)稳压控制电路
当12V输出电压升高时,由R50、R51得到的取样电压也升高,使IC7的R端电位升高,K端(上端)电位下降,光耦IC8导通电阻变小,NCP1377②脚电位下降,⑤脚输出的脉冲占空比变小,致使开关管Q5提前截止,导通时间变短,输出电压下降,从而使其稳定在12V;反之,则使Q5导通时间变长,T2初级绕组储能增多,次级绕组感应输出电压上升至12V正常值。
(3)过流保护电路
过流保护电路由开关管的源极电阻R39、取样电阻R42、滤波电容C32、IC6③脚电流检测端等构成。当因某种原因使流过开关管Q5源极电阻R39的③脚电压上升到阈值电压时,NCP1377将关断⑤脚输出,使Q5截止,开关变压器停止储能,禁止12V电源输出。
(4)过压保护电路
过压保护电路由开关变压器 T2的一个次级绕组、限流电阻R35、滤波电容C31、NCP1377①脚过压检测端等构成,当因某种原因使输入T2的电压过大时,T2绕组也感应出过大的电压,经R35送到NCP1377①脚。当检测电路检测到①脚电压超过额定数值(7.2V )时,NCP1377⑤脚停止输出驱动脉冲,使Q5截止,T2停止输出电压,从而起到保护作用。
(5)12V形成同步整流电路
同步整流电路由变压器T3、场效应管Q6、Q14、Q7、Q8、Q9等组成。采用半波整流驱动控制方式,当T3有电流流过时,其次级绕组感应出的电压,经R45加在Q7基极使Q7、Q8导通、Q9截止,Q输出的电压加在并联的场效应管Q6.Q14的栅极,使Q6、Q14截止,半个波形通路被截断,只输出另半个波形电压。
(6)准谐振电路
由NCP1377构成的开关为准谐振电源或最低点电源,通过检测开关变压器T2有无感应信号(次级绕组的回扫电压)或者开关管Q5的漏极电压的最低点来触发导通Q5。当IC6①脚电压高于65mV时,其⑤脚输出低电平,Q5保持关断状态;当①脚电压低于65mV时,经内部消隐延迟时间后,其⑤脚输出高电平,Q5导通,开始新的变换周期。这样,可使EMI(电磁噪声干扰)最小。设置消隐延迟,可防止因开关频率过高引起Q5误动作,NCP1377的开关频率固定为100kHz。
4.24V开关电源电路
24V开关电源电路以IC2(NCP1217)为核心构成,其作用是将PFC电路输出的400V电压变换为24V/4A稳定输出。IC2采用电流模式调制器,工作频率固定在65kHz。电路输出的400V电压经D3整流、C18滤波后输入IC2⑧脚,其内部电流源向⑥脚外接电容C21充电。⑥脚电压Vcc达到12.5V后作为1C2的启动工作电压。电视机工作在待机状态时,由于Q4截止,Q12导通,IC5导通,IC2②脚为低电平(接近“0V"),IC2 不工作,同样PFC校正电路也不工作。二次开机后Q4导通,Q12.IC5截止,IC2启动进入工作状态,由T1次级绕组输出的电压,经L5.D7整流、ZD1稳压C21滤波后加到⑥脚,取代启动供电电路,作为IC2启动后的工作电压。启动后,IC2⑤脚输出开关脉冲,Q20导通,并联场效应管Q2、Q17同时导通,T1开始储能。在Q217截止时,T1次级感应的电压经二极管整流、LC滤波、稳压后输出24V/4A的直流电压,为逆变器供电,作为背光灯的电源。
(2) 稳压控制电路
稳压控制电路由取样电阻 R27、R28,三端精密稳压器IC4,光耦IC3.NCP1217②脚电压反馈信号端等组成。当因某种原因使24V电压升高时,经R27.R28分压后的取样电压随之升高,IC4 R端电压升高、K端电压下降,光耦IC3导通加强,将IC2②脚电位拉低,其⑤脚输出脉冲占空比变小,Q2.Q17提前截止,使开关变压器T1输出电压变小,将输出端电压降至24V/4A正常值。当因某种原因使24V电压降低时,其稳压过程与之相反,从而使输出端电压上升至24V正常值。
(3)过流保护电路
过流保护电路由开关管的源极电阻R20、取样电阻R17、滤波电容C22.NCP1217③脚电流检测端组成。当流过Q2.Q17的电流增大时,R20上的电压随之增大,加到IC2③脚的电压亦增大。当该脚电压增大到阈值电压时,IC2关断⑤脚输出,Q2.Q17截止,开关变压器T1停止输出24V电压。
(4)待机控制电路
待机控制电路主要由三极管Q4、Q12,光耦IC5,IC2②脚等组成,通过控制IC2②脚电压的高低来控制Q2.Q17的导通与截止,从而控制开关变压器T1的24V电压输出。
在开机时,P_ON端输入高电平,Q4导通.Q12截止,IC5截止,对IC2②脚电压无影响,此时其②脚只受稳压电路控制,⑤脚输出正常脉冲,Q2.Q17正常导通,开关变压器TI输出正常24V电压。
待机时,P_ON端输入低电平,Q4截止Q12导通,光耦IC5导通,将IC2②脚电位拉低,其⑤脚无激励脉冲输出开关管Q2.Q17截止,开关变压器T1无24V电压输出停止工作。此时,②脚电位受待机控制电路控制。
二、故障实例
例1:一台TCL 4071-P型液晶彩电,三无。分析检修:测电源12V、24V均无电压输出,说明故障在400V之前的公共电路、PFC电路或抗干扰电路。查保险丝F1已烧断变黑,测R1、CX1、CX2等抗干扰元件均正常,整流桥BD1也正常。顺线路检测,发现是Q1的D、S极之间击穿短路,从而导致后级电路无电压,开关变压器T1、T2次级绕组均无24V、12V电压输出。更换保险F1、Q1后,机器恢复正常。
例2:一台 TCL 40A71-P 型液晶彩电,图像忽明忽暗。分析检修:有图像,声音正常,只是光栅忽明忽暗。 拆机,发现背光灯有闪烁现象,判断可能为24V电源电路中有元件性能不稳,导致24V输出电压不稳定。检测稳压电路元件均正常,怀疑NCP1217启动后工作电压不稳定,导致⑤脚输出电压不稳,开关管Q2、Q17不能良好导通,T1输出电压不稳定。用万用表检测启动电路,发现IC2⑥脚Vec端电压在9V左右波动(正常启动后,该脚电压应为12.5V)。NCP1217启动后,⑥脚电压要保持在稳定的12.5V,二次供电支路L5、D7、C21组成的电路工作才正常。D1正E常,D7正反向阻值正常,电感L5性能不良。用同规格电感代换后,故障排除。
例3:一台TCL 41A71-P型液晶彩电,黑屏。分析检修:由故障现象初步判断故障在24V电源电路,因为24V电压只供逆变器点亮背光灯所用。用万用表测量无24V电压输出,分析可能是保护电路起作用或稳压电路异常引起。用万用表测IC2各引脚电压,发现⑤脚无脉冲电压输出,导致开关管Q2、Q17截止,开关变压器T1无输出。测量IC2②脚电压呈低电平。断电,测量待机电路,发现Q12 c、e极之间击穿短路,使光耦内阻变小,将IC2②脚电平拉低使其⑤脚停止输出。 更换Q12,机器恢复正常 。
例4:一台TCL 40A71-P型液晶彩电,黑屏,声音正常。分析检修:根据现象分析,可能是24V电源无输出,背光灯点不亮,液晶屏显示不出图像,有声音,说明12V电源正常。测量24V输出端没有24V电压,由此排除逆变器等其余电路故障。该机24V电源只为逆变器供电,测量开关变压器T1初级绕组有400V 电压输入,开关管Q2、Q17均导通。IC2⑥脚Vcc端有12.5V 电压,表明电源控制电路已经启动并进入正常工作状态。测量开关变压器TI的次级绕组有24V电压,说明该处电路有开路性故障,观察24V输出部分电路元件的焊脚,发现滤波电感L3 -端有裂纹,用表测量其一端无电压,一端有24V电压,断电补焊L3后接通电源试机,机器恢复正常。此故障表明只要PFC输出达400V,就表明12V及24V振荡电路工作正常。
例5:一台TCL 40A71-P型液晶彩电,开机有光栅,无图无声分析检修:液晶屏能点亮,说明24V电源逆变器无问题,故障可能在高频头及中频处理电路。该机主副高频头均采用中放一体化高频头。测量主副高频头12脚均无5V电压输入,该5V电压由开关电源12V经DC/DC变换电路而来,除供高频头外,还为视频解码电路U23(SAA7117AH)、视频控制与处理电路U3(FLI8532 )等供电,据此分析,应是12V电源无输出或DC/DC变换电路出故障。测12V电源,发现无12V电压输出,看来故障在以电源控制芯片NCP1377为核心组成的控制电路上。断电,用电阻法测量启动电路。测试高压端的二极管D11正、反阻值正常,电容C36正常,测量D13、R37正常。测稳压管ZD5正反向阻值一样大,并且只有几欧。ZD5损坏,造成NCP1377不能正常启动,T2的自馈绕组不能向⑥脚Vcc提供正常的工作电压,致使12V开关电源停止工作,将ZD5更换后,一切正常。
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