晶辰JSK4260-050液晶電視電源板電路原理分析

JSK4260-050型電源板是晶辰公司生產(chǎn)的系列液晶彩電電源板之一，廣泛用于海爾TCL、創(chuàng)維等液晶彩電中，其型號(hào)命名含義如圖1所示。該型電源板實(shí)物如圖2、3所示，共有24V、16.5V、12V、5V四路電壓輸出，是海爾液晶彩電最常用的電源，適用機(jī)型有L40R1、LU42R1、L42R1A、LR42T1、LU40R1( AX68)、L52A18-AKD 、LU42K1、LU42W1、L40A11-AK、lU52W1、LU37T1、LU52T1、LD42W1、LU42T1、L37A8A-A1、LK42K1、L42A8A-A1、LU40K1、LK40K1等。

一、電路組成概述

JSK4260-050型電源板電路組成與JSK4228-050型板基本相同，主要由EMI輸入、副電源電路PFC功率因數(shù)補(bǔ)償電路、主電源電路、開(kāi)/待控制電路、保護(hù)電路組成，其組成簡(jiǎn)圖如圖4所示。

PFC控制芯片l6562d是意法半導(dǎo)體公司(ST)生產(chǎn)的電流模式PFC控制IC，具有以下特點(diǎn):1.乘法器內(nèi)置THD(總諧波失真)優(yōu)化電路，以減小過(guò)零點(diǎn)失真，降低THD值(這是L6561所不具備的);2.啟動(dòng)電流低(典型值30pA以下)，可降低芯片功耗;3.內(nèi)部參考電壓在259C時(shí)誤差率在1%以?xún)?nèi);4.具有除能(Disable)功能，當(dāng)誤差放大器輸人電壓低于0.2V時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)閉，以降低損耗;5.精確可調(diào)的外部過(guò)電壓保護(hù);6.內(nèi)部啟動(dòng)及零電流偵測(cè)(ZCD)功能;7.在電流檢測(cè)輸人端內(nèi)置領(lǐng)先的數(shù)字RC濾波器，過(guò)零頻率附近的高頻區(qū)域仍然可以工作，因此降低了總的諧振失真度;8.800mA的圖騰級(jí)輸出，可用于直接驅(qū)動(dòng)Power MOSFET管。
主開(kāi)關(guān)電源芯片L6599D是ST公司開(kāi)發(fā)的一款高性能固定脈寬電流模式控制器，具有兩級(jí)過(guò)流保護(hù)(OCP)，自鎖禁止輸入，輕負(fù)載突發(fā)模式操作，上電/斷電順序檢測(cè)及欠壓保護(hù)輸入等功能，工作頻率最高可達(dá)500kHz，具有管腳少，外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

副開(kāi)關(guān)電源芯片ICE3B0565是英飛凌公司生產(chǎn)的PWM控制芯/MOSFET大功率場(chǎng)效應(yīng)管的復(fù)合電源芯片，內(nèi)含振蕩器、取樣穩(wěn)壓、驅(qū)動(dòng)級(jí)等控制電路和MOSFET開(kāi)關(guān)管，如圖5所示，設(shè)有過(guò)流、過(guò)壓欠壓保護(hù)功能，具有性能穩(wěn)定，外圍設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)。

二、單元電路分析
1.EMI(抗電磁干擾)輸入電路

開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程是先將工頻交流電整流為直流電，再通過(guò)振蕩電路變?yōu)楦哳l交流電，最后整流為直流電。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生很多的射頻干擾，干擾信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)供電線(xiàn)路輻射出去，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到線(xiàn)路中其他電子設(shè)備的正常工作。為了達(dá)到電磁兼容性的相關(guān)指標(biāo)，就需有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的干擾，因此在電源輸人電路中增加了EMI濾波電路，如圖6所示。

從結(jié)構(gòu)上看，該電路實(shí)際是一個(gè)低通濾波器，LF1~LF3為共模扼流線(xiàn)圈，它是繞在同一磁環(huán)上的三組獨(dú)立的線(xiàn)圈，圈數(shù)相同，繞向相反，在磁環(huán)中產(chǎn)生的磁通相互抵消，磁芯不會(huì)飽和，主要抑制共模千擾，電感值越大對(duì)低頻干擾濾除效果越好(增加這樣的濾波電感能大幅提高消除共模干擾的能力)。CY3~CY6為共模電容，主要抑制差模干擾，即火線(xiàn)和零線(xiàn)分別與地之間的千擾，電容值越大對(duì)低頻干擾抑制效果越好。CX1、CX3為差模電容，主要抑制共模千擾，即抑制火線(xiàn)和零線(xiàn)之間的干擾，電容值越大對(duì)低頻干擾抑制效果越好。R2~R5對(duì)該電路中的電容起泄放作用，在關(guān)機(jī)后迅速泄放CX1、CX3中存儲(chǔ)的電荷，以防止其儲(chǔ)存的電荷損壞元件或?qū)θ梭w造成電擊傷害。

2.副開(kāi)關(guān)電源電路

該電源板副開(kāi)關(guān)電源電路如圖7所示，在冷地端輸出+5VSB電壓，在熱地端輸出約15V的vCC電壓。單芯片ICE3B0565( IC6 )的引腳功能與實(shí)測(cè)電壓見(jiàn)表1。

副并關(guān)電源不受開(kāi)/關(guān)機(jī)控制，接通AC220V市電后，整流全橋BD1輸出的+300V直流電壓VDC，通過(guò)保險(xiǎn)電阻FB2加至開(kāi)關(guān)變壓器T2的初級(jí)④-⑤繞組上。IC6 的⑤腳得電后分兩路:一路加給內(nèi)部MOS管漏極，此時(shí)MOS管源漏極間阻值接近無(wú)窮大 ，T2A初級(jí)繞組中無(wú)電流通過(guò);另一路經(jīng)過(guò)分壓電路后對(duì)IC6的①腳外接電容C36充電，當(dāng)C36兩端電壓達(dá)到4.3V時(shí)，IC6內(nèi)部的振蕩電路開(kāi)始工作，輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到MOS管柵極，此時(shí)MOS管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其導(dǎo)通時(shí)間受內(nèi)部脈寬調(diào)整電路控制。這時(shí)T2A初級(jí)繞組中有交流電流流過(guò)，則次級(jí)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，T2A的②腳輸出電壓經(jīng)D16、C22整流濾波后，給IC6的⑦腳提供14V供電，此時(shí)軟啟動(dòng)電路停工作，IC6轉(zhuǎn)為正常工作模式。
穩(wěn)壓過(guò)程:當(dāng)+5V輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)過(guò)RS41、RS42分壓得到的電壓也會(huì)升高，ICS2導(dǎo)通變深，光耦I(lǐng)C5的③、④腳間的等效電阻阻值變小，IC6的②腳電壓下降，內(nèi)部脈寬控制電路輸出的PWM變窄，使輸出電壓下降，反之其過(guò)程則相反。
保護(hù)電路:在IC6內(nèi)部，其③腳路直接接MOS管源極，另一 路接過(guò)流保護(hù)電路。當(dāng)MOS管輸出電流過(guò)大時(shí)，R65和R78兩端壓降升高，當(dāng)該電壓高于0.7V時(shí)，內(nèi)部過(guò)流保護(hù)電路動(dòng)作，IC6停止工作。
3.功率因數(shù)校正電路(PFC)

家用電器多為感性負(fù)載，由于感性負(fù)載的電流滯后于所加電壓，即電壓和電流的相位不同，如圖8所示，這就使得供電線(xiàn)路效率低下。為了提高供電線(xiàn)路的效率，要求在感性用電器上并聯(lián)一只電容，用以調(diào)整用電器上的電壓、電流相位特性，即利用電容上電流超前電壓的特性來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，使總特性接近于阻性，從而提高供電效率，這種方法叫做功率因數(shù)校正(PFC)。

PFC分無(wú)源和有源兩種類(lèi)型，比較常用的是有源PFC (液晶彩電電源板多采用此類(lèi)型)。有源PFC電路可等效為一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，將該轉(zhuǎn)換器放在開(kāi)關(guān)電源的整流輸出電路和濾波電容之間，它的工作原理和我們常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)電源類(lèi)似。有源PFC變換器絕大部分采用升壓式，其目的是在輸出功率一定時(shí)有較小的輸出電流，從而減小輸出電容的容量和體積，同時(shí)也可減小升壓電感元件的繞組線(xiàn)徑。有源PFC轉(zhuǎn)換之后輸出的電壓約為380V~400V。

本電源PFC電路如圖9所示，其核心元件IC1(L6562D )的引腳功能與實(shí)測(cè)電壓見(jiàn)表2。

IC1的⑧腳的15V供電來(lái)自副電源，由開(kāi)/待機(jī)控制電路中的Q5進(jìn)行控制。IC1的⑦腳輸出PFC校正信號(hào)，由Q6進(jìn)行放大并送到Q1的柵極，驅(qū)動(dòng)Q1工.作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，L1A將300V電能轉(zhuǎn)換為磁能進(jìn)行存儲(chǔ)，此時(shí)電壓的極性為左正右負(fù)，IC1的⑤腳通過(guò)L1B檢測(cè)L1A的磁能存儲(chǔ)狀態(tài)。同時(shí)， 300V電壓經(jīng)D8和TH1對(duì)負(fù)載供電，并對(duì)C6進(jìn)行充電。當(dāng)C6兩端電壓達(dá)到300V，且Q1截止時(shí)，L1A中存儲(chǔ)的磁能以電能形式開(kāi)始釋放，此時(shí)的極性為左負(fù)右正，正極通過(guò)D9對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電并對(duì)C6充電。穩(wěn)定時(shí)，C6兩端的電壓約為上述兩者之和(B+PFC)，即約等于400V，這時(shí)D8反向截止。當(dāng)IC1的⑤腳檢測(cè)到磁場(chǎng)消失后，IC1進(jìn)人下一個(gè)工作周期。

穩(wěn)壓過(guò)程:當(dāng)PFC輸出電壓升高時(shí)，通過(guò)R17~R19與R26分壓得到的電壓也會(huì)升高，此電壓送到IC1的①腳，在IC1內(nèi)部進(jìn)行比較，IC1的⑦腳輸出的PWM信號(hào)占空比變窄，即Q1導(dǎo)通時(shí)間變短，L1A儲(chǔ)能下降，最后使輸出電壓降低。PFC輸出電壓降低時(shí)的控制過(guò)程與上述相反。

保護(hù)電路:當(dāng)交流供電電壓高于或者低于該電源板的設(shè)定閾值時(shí)，其電壓通過(guò)R71、D21、R73、D22、R22、R23反饋給IC1的③腳，此時(shí)IC1停止工作。當(dāng)Q1源漏極電流增加時(shí)，R42兩端產(chǎn)生的壓降也會(huì)隨著升高，此電壓反饋到IC1的④腳，當(dāng)超過(guò)設(shè)定值時(shí)，IC1停止工作。

4.主開(kāi)關(guān)電源電路
(1)LLC諧振轉(zhuǎn)換器工作原理
隨著開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，已推出了不少高效率的電路，尤其是諧振型的軟開(kāi)關(guān)電源和PWM型的軟開(kāi)關(guān)電源。近幾年來(lái)，隨著半導(dǎo)體器件制造技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻、寄生電容和反向恢復(fù)時(shí)間越來(lái)越小，這為諧振變換器的發(fā)展提供了又一次機(jī)遇。

對(duì)于諧振變換器來(lái)說(shuō)，如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)變換，從而使得開(kāi)關(guān)電源具有較高的效率。LLC諧振變換器實(shí)際上來(lái)源于不對(duì)稱(chēng)半橋電路，后者用調(diào)寬型(PWM)控制，而LLC諧振是調(diào)頻型(PFM)LLC諧振電路簡(jiǎn)圖如圖10所示，工作波形圖如圖11所示。

電路中有兩只功率MOS管(S1和S2)，其工作的占空比均為0.5。諧振電容為Cs。Tr為匝數(shù)相等的中心抽頭變壓器，其漏感為L(zhǎng)s，激磁電感為L(zhǎng)m(Lm在某個(gè)時(shí)間段也是一個(gè)諧振電感)。從圖11中不難看出，在LIC諧振變換器中，諧振元件主要由諧振電容Cs、電感Ls和激磁電感Lm組成，LLC變換器的穩(wěn)態(tài)工作原理如下:
當(dāng)t=t1時(shí)，S2關(guān)斷，諧振電流給S1的寄生電容放電，一直到S1上的電壓為零，然后S1的體內(nèi)二極管導(dǎo)通。此階段D1導(dǎo)通，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位，因此只有Ls和Cs參與諧振。
當(dāng)t=t2時(shí)，S1在零電壓的條件下導(dǎo)通，變壓器原邊承受正向電壓; D1繼續(xù)導(dǎo)通，S2及D2截止。此時(shí)Cs和Ls參與諧振，而Lm不參與諧振。
當(dāng)t=t3時(shí)，S1仍然導(dǎo)通，而D1與D2處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr副邊與電路脫開(kāi)，此時(shí)Lm，Is和Cs一起參與諧振。由于實(shí)際電路中Lm>>Ls，因此在這個(gè)階段中，可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。
當(dāng)t=t4時(shí)，S1關(guān)斷，諧振電流給S2的寄生電容放電，一直到S2上的電壓為零，然后S2的體內(nèi)二極管導(dǎo)通。此階段D2導(dǎo)通，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位，因此只有Ls和Cs參與諧振。
當(dāng)t=t5時(shí)，S2在零電壓的條件下導(dǎo)通，Tr原邊承受反向電壓;D2繼續(xù)導(dǎo)通，而S1和D1截止。此時(shí)僅Cs和Is參與諧振，Lm上的電壓被輸出電壓鉗位，而不參與諧振。
當(dāng)t=t6時(shí)，S2仍然導(dǎo)通，而D1和D2處于關(guān)斷狀態(tài)，Tr副邊與電路脫開(kāi)，此時(shí)Lm、Ls和Cs一起參與諧振。實(shí)際電路中Im>>Ls，因此，在這個(gè)階段可以認(rèn)為激磁電流和諧振電流都保持不變。
(2)主開(kāi)關(guān)電源電路分析
該電源板主開(kāi)關(guān)電源電路主芯片L6599D(IC2)的引腳功能與實(shí)測(cè)電壓見(jiàn)表3所示。
1)啟動(dòng)控制

IC2的供電電路如圖12所示，T2B繞組的感應(yīng)電壓經(jīng)D10整流，Q5、Z3穩(wěn)壓后輸出Vcc2(14V左右)，供給PFC芯片，并通過(guò)Q9、Z4穩(wěn)壓后輸出Vcc3 (12V左右)供給L6599D 12腳。過(guò)流過(guò)壓、ON/OFF信號(hào)通過(guò)光耦I(lǐng)C4.控制Q5的導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)而控制PFC、LLC電路是否工作，以實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)與開(kāi)/關(guān)機(jī)功能。
當(dāng)IC2的12腳加上電壓后，通過(guò)IC的內(nèi)部電路給①腳(CSS)外接電容C27充電，如圖13所示。此時(shí)C26可視為短路，R57與R61并聯(lián)(阻值較小)， L6599D的振蕩頻率升高，電源功率下降。當(dāng)C27充滿(mǎn)電時(shí)，C27可視為開(kāi)路，振蕩頻率由R57決定，振蕩頻率降低，電源輸出正常，由此實(shí)現(xiàn)變頻軟啟動(dòng)功能。

同時(shí)，VDC1電壓經(jīng)電阻R7~R9及R45分壓后加到IC2的⑦腳。R45上并聯(lián)的電容C17用來(lái)旁路噪聲千擾。當(dāng)⑦腳(Line)電壓低于1.25V 時(shí)，關(guān)閉IC;當(dāng)高于1.25V但低于6V時(shí)，IC正常工作，通過(guò)對(duì)VDC的電壓檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)功能。
IC完成軟啟動(dòng)后，內(nèi)部振蕩器開(kāi)始振蕩，從15腳(HVG)與11腳(LVG)輸出占空比接近50%的脈沖，驅(qū)動(dòng)MOS管正常工作。
2)穩(wěn)壓控制
次級(jí)電壓通過(guò)取樣電阻加在光耦(IC3)內(nèi)發(fā)光管上，并與TL431 (ICS1) 的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，ICS1的穩(wěn)壓值由上偏電阻RS25//RS30和下偏電阻RS26 、RS27決定，見(jiàn)圖13所示。
當(dāng)負(fù)載由滿(mǎn)載轉(zhuǎn)向空載時(shí)，輸出電壓上升，ICS1的R極的電壓將上升，而R極的電壓被ICS1內(nèi)部電路穩(wěn)定在2.5V， 這將引起ICS1的AK極間流過(guò)的電流增大，光耦I(lǐng)C3內(nèi)發(fā)光二極管中通過(guò)的電流增大，IC3的③、④腳內(nèi)光敏三極管上流過(guò)的電流也增大。IC3內(nèi)的光敏三極管相當(dāng)于一個(gè)可變電阻，與R58、R59串聯(lián)起來(lái)接到IC2的④腳( RFMIN)，此時(shí)IC3內(nèi)光敏三極管的電阻變小，IC振蕩頻率升高，則輸出電壓下降。反之，當(dāng)負(fù)載由空載轉(zhuǎn)向滿(mǎn)載時(shí)，輸出電壓降低，其穩(wěn)壓過(guò)程與上述相反。
3)L6599D的sCP(過(guò)流)保護(hù)控制
當(dāng)T1次級(jí)短路時(shí)，輸出電壓會(huì)降低，這一電壓變化會(huì)通過(guò)光耦I(lǐng)C3反饋到L6599D的④腳(RFMIN)，引起L6599D振蕩頻率降低，由于此時(shí)IC3內(nèi)光敏三極管等效于開(kāi)路，振蕩頻率大大偏離LLC諧振電路的諧振點(diǎn)，C8上的振蕩電壓急劇增大，通過(guò)C19、R46、，D12、D13全波整流輸人到⑥腳( ISEN)，當(dāng)⑥腳電壓高于0.8V時(shí)，L6599D的②腳開(kāi)始對(duì)C28充電(隨后C28對(duì)R54放電)，同時(shí)IC內(nèi)部電路對(duì)①腳外接軟啟動(dòng)電容放電，導(dǎo)致工作頻率上升(功率下降)，②腳反饋電壓快速上升到3.5V，內(nèi)部電路在關(guān)閉對(duì)電容充電的同時(shí)，芯片也停止振蕩。延遲保護(hù)時(shí)間由②腳外接電阻R54和外接電容C28決定。
當(dāng)C28通過(guò)R54放電到C28兩端電壓降為0.3V 時(shí)，L6599D重新啟動(dòng)。由于IC2的②腳電壓在3.5V和0.3V間不斷變化，IC在保護(hù)與正常工作狀態(tài)間跳動(dòng)，輸出電壓也會(huì)波動(dòng)，即工作在間歇保護(hù)模式下(只有在次級(jí)OCP一直沒(méi)有啟動(dòng)的情況下，才會(huì)出現(xiàn)這樣的情況)，L6599D的sCP過(guò)流保護(hù)是不鎖定的，只要其②腳電壓降到0.3V時(shí)又會(huì)重新工作。
5.次級(jí)OCP(過(guò)流)與OVP(過(guò)壓)保護(hù)
次級(jí)OCP(過(guò)流)與OVP(過(guò)壓)保護(hù)電路如圖14所示，低功率低電壓雙比較器LM393 (ICS3)為OCP保護(hù)電路控制芯片;QS2、QS3組成自鎖電路。

在主電源次級(jí)輸出電路中，電阻RS19、RS20分別將+12V、+24V的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，即C1、B1信號(hào)，分別送往ICS3的⑥腳和②腳。當(dāng)+12V或+24V電壓輸出過(guò)流時(shí)，則C1 B1電壓大幅下降，ICS3的輸出端輸出高電平，二極管DS13或DS9導(dǎo)通，QS2、QS3飽和導(dǎo)通，將光耦I(lǐng)C4內(nèi)部發(fā)光二極管的供電大幅拉低，發(fā)光二極管截止，則IC4的③、④腳內(nèi)的光敏三極管也截止，其c、e 極間電阻為無(wú)窮大，Q5因無(wú)基極偏壓而截止，L6562D與L6599D均失電停止工作，以達(dá)到過(guò)流自鎖保護(hù)的目的。
值得一提的是，由于L6599D也具有過(guò)流(SCP)保護(hù)功能，故要求次級(jí)OCP電路具有延時(shí)保護(hù)特點(diǎn)，以避免出現(xiàn)控制沖突，具體過(guò)程如下:當(dāng)運(yùn)放ICS3檢測(cè)到過(guò)流時(shí)，其輸出端輸出的高電平對(duì)CS36充電，同時(shí)通過(guò)RS16 和RS17分壓后給CS34充電。由于L6599D靠前次檢測(cè)到過(guò)流時(shí)，IC2的②腳設(shè)定的延時(shí)時(shí)間很短，這時(shí)電容CS36、CS34兩端的電壓很低，QS3不能導(dǎo)通，次級(jí)OCP保護(hù)電路不啟動(dòng)。當(dāng)L6599D的②腳電壓通過(guò)R54放電從3.5V降到0.3V時(shí)，L6599D重新工作，過(guò)流檢測(cè)電路再次對(duì)CS36、CS34充電，此時(shí)CS34兩端的電壓已能使QS3導(dǎo)通，QS2也隨之導(dǎo)通，即次級(jí)OCP電路起控。
在檢修中，有時(shí)會(huì)看到輸出電壓剛出現(xiàn)就消失，這是因i，為次級(jí)的oCP電路要在L6599D的sCP電路第二次動(dòng)作后才實(shí)現(xiàn)保護(hù)，所以次級(jí)的oCP電路在保護(hù)時(shí)間上要滯后于L6599D的SCP電路，大概相差40ms左右，具體時(shí)間由其外接的延時(shí)電阻電容決定。
在次級(jí)OVP(過(guò)壓)保護(hù)電路中，三只穩(wěn)壓二極管ZS2~ZS4分別監(jiān)測(cè)24V、16.5V和12V電壓的高低，當(dāng)其中任意一路輸出電壓過(guò)高時(shí)，相應(yīng)的穩(wěn)壓二極管便會(huì)反向擊穿，QS2、QS3飽和導(dǎo)通，保護(hù)電路動(dòng)作并自鎖。