海信TLM3277液晶電視開關(guān)電源原理及電路分析（上篇）

注：（本電路原理分析資料適用海信32寸液晶以上機型）
海信TLM系列大屏幕液晶電視機為了保證整機具有國際上規(guī)定的電磁兼容（EMC）、電磁干擾（EMI）指標(biāo)，采用了具有PFC（功率因素校正）功能的先進(jìn)的開關(guān)電源電路，徹底的解決了長期以來，因開關(guān)電源的電流波形畸而產(chǎn)生的電磁干擾、電磁兼容及電源線路供電效率低下的問題。另外在設(shè)計電路時考慮到電源的高效率，采用了性能出色的/卓越的/優(yōu)異的/杰出的的大功率場效應(yīng)管（MOSFET）作為開關(guān)元件，所以其開關(guān)性能、功耗、效率非常好。下面以海信TLM-3277液晶電視開關(guān)電源為例進(jìn)行分析，由于開關(guān)電源電路較為復(fù)雜，分兩部分進(jìn)行介紹（待機開關(guān)電源部分電路比較常見以前在均多次介紹過，此次就不再介紹，在海信32寸以上的大屏幕液晶電視機TLM-3788/TLM-3788P/TLM-4277/TLM-4777的開關(guān)電源線路結(jié)構(gòu)、原理相同）。 海信TLM-3277液晶彩色電視機的開關(guān)電源是由三塊厚膜組成；
1；SMA-E1017主電源供電。
2；STR-W5667背光燈變換器供電。
3；STR-A6351待機電源。

圖1 TLM3277開關(guān)電源組成框圖

圖1為TLM-3277開關(guān)電源框圖，從圖中可以看出，組成該機實際是由三個（主電源、背光燈電源、待機電源）開關(guān)電源組成了TLM-3277液晶電視供電系統(tǒng)。這三個電源的關(guān)系是；主電源的供電取自整流橋堆未經(jīng)濾波輸出的脈動直流（保證了PFC的完成），背光燈的B+高壓及VCC啟動電壓均由主電源的PFC部分提供。只有主電源的PFC部分工作，主電源部分的小信號供電源（PWM）部分及背光燈電源才能工作，保證了電源的時序關(guān)系（主電源出現(xiàn)故障背光燈電源也不可能正常工作）。待機電源（CPU及繼電器供電）功率極小由交流電源單獨供電。
TLM-3277液晶電視的主電源和背光燈電源的供電是經(jīng)過整流橋堆不經(jīng)過濾波供電，這兩級電源占整機耗電的90％以上，所以該機的功率因數(shù)、電磁兼容、電磁干擾指標(biāo)都合乎CCC要求。
該開關(guān)電源的交流輸入有較寬的范圍（85V～265V），輸出有5路；
（1） 小信號電源 12V/3A 液晶屏邏輯電路、驅(qū)動電路供電及伴音前端供電。
（2） 小信號電源 5V M/3A 小信號電路及視頻前端電路供電
（3） 伴音功放電源 14V/3A 伴音功率輸出部分供電 以上三路由主電源供電，輸出功率約 60W
（4） 背光燈電源 24V /6A 背光燈高壓變換器供電以上由背光燈電源供電 輸出功率約140W
（5） 待機電源 5V /2A CPU、存儲器及FLASH供電 以上由待機電源供電 輸出功率約 10W TLM3277液晶電視的開關(guān)電源能提供約；210W的供電功率，其中背光燈約占70％

一．主電源部分：
主電源SMA-E1017部分輸出12V/3.5A、5V M及14V，它向信號處理電路、液晶屏驅(qū)動電路供電，伴音及伴音功放電路供電。該主電源由PFC部分和PWM部分組成，它采用了一塊PWM / PFC組合集成電路SMA-E1017，該集成電路的PFC工作模式是工作在非連續(xù)導(dǎo)通模式即DCM（PFC原理及CCM, DCM 工作原理，請閱技術(shù)推進(jìn)部編寫“開關(guān)電源功率因數(shù)校正及原理”一文），它的PFC部分輸出的380V （B+PFC）除了向主電源的PWM部分供電外，還向24V背光燈開關(guān)電源STR-W5667提供B+電源。STR-W5667的啟動VCC（約24V）取自PFC部分?jǐn)夭娐穬δ茈姼蠺E001的付線圈經(jīng)DB001整流后提供。 圖2主電源電原理圖，圖3為主電源工作框圖。

圖2A 主電源電原理圖

在主電源電路圖中；電路功能有兩部分；一是PFC部分主要由斬波管QE001/QE002及儲能電感TE001完成。另一部分是PWM部分主要由開關(guān)管QE003及TB002完成穩(wěn)壓輸出。NE001 （SMA－E1017）是PFC斬波管（QE001、QE002）及PWM電源輸出開關(guān)管（QE003）的激勵控制模塊。PFC及PWM部分工作控制均由NE001完成。 從圖2B可以看出主電源是在傳統(tǒng)的開關(guān)電源的基礎(chǔ)上，在整流和濾波之間增加一個斬波器電路，從而達(dá)到具有PFC功能。

圖2B 主電源電組成框圖

NE001的各引腳功能見表1。其中7、8、9、10、11、15腳是圍繞PFC部分工作。2、3、4、5腳是圍繞PWM穩(wěn)壓輸出部分工作。6腳為公共地，1腳為PWM部分VCC供電。 圖3是主電源框圖，在圖中EN001上劃分的紅色虛線，其左上部分為PFC處理部分，紅色虛線的右下部分為PWM部分。


圖3 主電源框圖（簡單原理圖）
圖中SMA-E1017虛線以上為PFC部分，虛線以下為PWM部分

SMA-E1017各引腳功能介紹：


表1 SMA-E1017 引腳資料

下面我們逐腳來分析每一個引腳的作用，以達(dá)到理解整個PFC、PWM部分的工作原理。 第15腳：斬波管QE001/QE002激勵輸出 圖4； （15）腳輸出斬波激勵脈沖，經(jīng)過“灌流電路”（灌流電路原理另文敘述）激勵QW001/QE002工作，VE001、DE002組成灌流電路，RE011是限制QW001/QE002柵－原極初始充電的限流電阻，DE003是激勵脈沖下降沿促使柵－源迅速放電的放電二極管。工作過程如下：在激勵脈沖上升沿（T1時間）；VE001截止，DE002導(dǎo)通對柵－源充電，形成柵－源電場，斬波管迅速導(dǎo)通。在激勵脈沖平頂持續(xù)時間（T1~T2時間），由于電場的持續(xù)，導(dǎo)通維持，此時導(dǎo)通呈阻性。在激勵脈沖下降沿（T3時間）；VE001導(dǎo)通DE002截止，所充電荷通過VE001迅速放電；斬波管迅速關(guān)斷，完成一個斬波周期。

圖4 斬波激勵及灌流電路

該腳接在串聯(lián)分壓電阻 RE003、RE004、RE007的分壓點上，其分壓點上的電壓波形即是整流橋堆輸出的波形（因為整流后無濾波電容，波形是正弦半波）。該波形經(jīng)電阻取樣輸入NE001（SMA-E1017）的（7）腳，NE001內(nèi)部的激勵電路以此波形為依據(jù)控制斬波管 QE001/QE002使斬波電流的包絡(luò)和此電壓波形形狀相同。


圖5 電壓取樣輸入

第8腳：PFC電壓電流相位調(diào)整：圖6 NE001激勵斬波管，按照7腳的基準(zhǔn)電壓波形產(chǎn)生了波形相同的電流波形，這電壓、電流波形之間的相位關(guān)系要求是相位基本相同，電流波形略微滯后電壓波形（有利于電路的控制及穩(wěn)定），這電壓、電流波形的相位差調(diào)整則由（8）腳外接低通濾波電路校正，在電視機開關(guān)電源性能不穩(wěn)定、啟動困難可適當(dāng)改變其時間常數(shù)，該三只元件一般不會出問題，除非電視機遭遇雷擊等，如遇到元件有大面積的燒壞，此三只元件（RE015/CE010/CE011）必須用原相同規(guī)格調(diào)換以保證電路的穩(wěn)定性。

圖 6 相位調(diào)整控制

“零”點識別，及背光燈電源的啟動電壓提供（圖7）；
第11腳是過零檢測輸入腳； TE001是PFC部分的儲能電感，由于該PFC電路工作在DCM方式，所以在電路中必須對被斬波電壓進(jìn)行“過零識別”以控制PFC激勵脈沖的“啟”和“?！保赥E001設(shè)置付線圈L1并經(jīng)RE005輸出，向SMA-E1017 （11）腳提供一識別信號（圖7），以控制NE001 內(nèi)部PFC部分振蕩器在過零時的“啟”和“停”，圖中TE001中的黑點標(biāo)明是線圈的同名端，千萬不能接反，否則無法工作，RE005是限流電阻。這也是DCM方式的特有電路（等離子電視TPW-4211開關(guān)電源是CCM方式則無此電路）。
向背光燈電源提供啟動VCC電壓；
儲能電感TE001另一付線圈L2和L1串連，經(jīng)過DE001向背光燈開關(guān)電源模塊STR-W5667 提供啟動電壓（VCC），正常工作時該電壓約23V左右，在開機的瞬間電壓是逐步上升，當(dāng)上升到16V時，STR-W5667開始啟動，要特別注意的是；該啟動電壓的高低，與TE002輸出12V負(fù)載的工作電流大小有關(guān)，當(dāng)整機小信號電路還沒有正常工作，或有故障，電流沒有或較小時，L2端整流輸出的電壓就很低，無法啟動24V背光燈供電，從而保證了正常的時序關(guān)系。 [Page]

圖7 過零檢測電路及背光燈啟動電路

B+PFC 電壓檢測及穩(wěn)壓控制 圖8 第九腳是B+PFC輸出電壓控制端，外接分壓取樣電阻，RE017、RE018、RE019的分壓點上，分壓點電位的變化直接反應(yīng)B＋PFC的變化（圖 ），NE001 SMA-E1017內(nèi)部根據(jù)（9）腳的變化調(diào)整（15）腳的激勵輸出使B+PFC電壓趨于穩(wěn)定（其電路類似于普通開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制電路）。RE017及RE018為2M高阻值電阻，該電阻極易產(chǎn)生開路故障，應(yīng)選用功率大些質(zhì)量較好的電阻，最好選用金屬膜電阻。

圖8 B+PFC穩(wěn)壓控制

斬波管源極電流檢測輸入端（10）圖9 第10腳接在斬波管QE001 QE002的漏極電阻RE013 RE014上，進(jìn)行源極電流取樣。當(dāng)斬波管過流時，該取樣電壓上升，輸入(10)腳內(nèi)部保護(hù)電路，用以控制斬波管激勵脈沖，使斬波電流得以控制。

圖9 PFC部分?jǐn)夭ü苓^流檢測

啟動端子（12）腳及VCC供電端（1）腳 圖10； 開機整流未經(jīng)濾波的脈動直流經(jīng)DE017 經(jīng)電容CE019濾波加到（12）腳電路啟動，此時TE002付線圈的感生電勢經(jīng)過DE007整流、CE022濾波對（1）提供VCC ，VCC的提供，振蕩加強VCC逐步上升,當(dāng)VCC達(dá)到17.5V時電路趨于穩(wěn)定，正常工作為22V~24V。

圖10 啟動及VCC供電

啟動沖擊電流限制 DE17的作用 圖11； 每次在開機電源開關(guān)接通的瞬間，此時，加到電感上的可以是交流正弦波的任意瞬時值，如果是在正弦波的過零點附近A圖(Vsinωst)，那么在電感TE001上電流的增長將是比較緩慢，其TE001上的自感電勢也比較低。如果在電源開關(guān)接通的瞬間是在正弦波的最大值峰點附近B圖（Vcosωst），那么給電感所加的是一個突變的電壓，會引起電感上產(chǎn)生極大的自感電勢，該電勢會大于所加電壓的兩倍，并形成較大的電流對后面的電容充電，輕則引起輸入電路的保險絲熔斷，重則引起濾波電容及斬波管擊穿。設(shè)置DE17后在接通電源的瞬間，由DE17導(dǎo)通并對CE019充電，使流過TE001的電流大大減小，產(chǎn)生的自感電勢也要小得多，對濾波電容和斬波管的危害及保險絲的熔斷可能要小得多（在開機正常工作時，由于DE017右面為B+PFC，電壓比左面高，DE017呈反偏截止?fàn)顟B(tài)）。

圖11 啟動沖擊電流限制 DE017的作用

PWM激勵輸出（2）腳 圖12 穩(wěn)壓輸出管QE003的柵極經(jīng)過DE020和RE050接到PWM激勵輸出腳（2）。 RE050是柵極充電（場效應(yīng)管輸入為容性）限流電阻，DE020是在脈沖下降沿迅速放電的使脈沖后沿陡峭的泄放二極管。 RE023的作用；RE023為PWM開關(guān)管QE003的G~S泄放電阻，由于QE003是MOS管，輸入為容性，關(guān)機后G~S所充的電荷必須釋放，否則在此開機瞬間由于此電荷產(chǎn)生的電場會使MOS管，還沒工作就瞬間短路燒壞。 RE025、RE026是QE003源極電阻，SMA-E1017的過流檢測（OCP）則由該電阻上進(jìn)行取樣經(jīng)RE026輸入SMA-E1017的（4）腳，其OCP門檻電壓VOCP為0.62V。

圖 12 PWM激勵

12V 14V穩(wěn)壓輸出控制端（3）腳 圖13 由基準(zhǔn)電源NE050、RE502、RE503、N002組成，NE050中間的端子是基準(zhǔn)電壓，精確選擇RE502 RE503的阻值，可以控制流過N002的電流，使輸出電壓為標(biāo)準(zhǔn)值。 RE502在穩(wěn)壓控制的過程中，分去了部分流過光耦的電流，改變適當(dāng)RE502的大小可以改變穩(wěn)壓控制的控制靈敏度和動態(tài)范圍。

圖13 PWM 穩(wěn)壓控制

PWM級輸出開關(guān)管過流保護(hù)檢測（4）腳 圖14 （4）腳接輸出開關(guān)管源極電阻上端，當(dāng)開關(guān)管QE003過流時，該取樣電壓上升到0.62V（門檻電壓）時PWM激勵輸出（2）停止輸出，保護(hù)開關(guān)管及電路的損壞。

圖14 PWM 過流保護(hù)

準(zhǔn)諧振控制端（5）腳 圖15 為了提高開關(guān)電源的效率，NE001 SMA-E1017的PWM部分工作在準(zhǔn)諧振方式。輸出管工作在“開”與“關(guān)”的狀態(tài)，當(dāng)輸出開關(guān)管“關(guān)”后，再次“開”通，必須在漏極“振零”波形的低谷區(qū)域，由于“振零”的頻率由TE002的初級電感和其分部電容決定，頻率會比較高、周期短，開關(guān)管再次導(dǎo)通難以控制在低谷區(qū)域內(nèi)。這樣就采取加大其分布電容的辦法來降低頻率、延長低谷區(qū)域的時間，使開關(guān)管的再導(dǎo)通始終在低谷區(qū)域。準(zhǔn)諧振的原理在背光燈原理部分詳細(xì)闡述。

圖 15 準(zhǔn)諧振控（5）腳 延遲控制

電源模塊NE001（SMA-E1017）10、11、4、3、1腳的外圍電路，設(shè)置電容CE009 CE018 CE015 CE012 CE013 這些電容均是設(shè)置在輸入腳上（這幾只腳均為輸入端），是為了慮除100K開關(guān)頻率對該腳的干擾而設(shè)置。

未完待續(xù)...請繼續(xù)瀏覽下篇