聯(lián)想LXB-L15C液晶顯示器電源及逆變電路分析與維修

PWPC板是機器內(nèi)置的由電源部分與升壓部分組合構(gòu)成，這樣設(shè)計上簡化了機構(gòu)，降低了成本，提高了產(chǎn)品的性能。電源部分由:橋式整流濾波、軟啟動電路、脈寬調(diào)制控制芯片(SG6841)及輸出整流12V .5V.直流電壓等電路構(gòu)成。升壓部分由:電壓啟動回路、PWM控制器(BA9741)、直流變換回路LC振蕩及輸出回路等電路構(gòu)成。
一、電源部分的電路原理分析
1.交流輸入及濾波電路
該部分的主要作用是用于防止由交流輸入線引入的噪聲，抑制電源內(nèi)部產(chǎn)生的反饋噪聲。該濾波器被設(shè)計成為電磁兼容(EMI) 濾波器。
開關(guān)電源是把工頻交流整流為直流后，再通過開關(guān)變?yōu)楦哳l交流，其后再整流為穩(wěn)定直流的一種電源，這樣就有工頻電源的整流波形畸變產(chǎn)生的噪聲與開關(guān)波形產(chǎn)生的噪聲。在輸人側(cè)泄漏出去就表現(xiàn)為傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲，在輸出側(cè)泄漏出去就表現(xiàn)為紋波。外部噪聲會進(jìn)到電子設(shè)備中，而供給負(fù)載的電源噪聲也會泄漏到外部。若電源線中有噪聲電流通過，電源線就相當(dāng)于天線向空中輻射噪聲。為此，在開關(guān)電源的輸入側(cè)要接入電容與電感構(gòu)成的濾波器，用于抑制交流電源產(chǎn)生的EMI。

噪聲分為共態(tài)噪聲和正態(tài)噪聲。對于單相電源，輸人側(cè)有2根交流電源線和1根地線。在電源輸人側(cè)2根交流電源線與地線之間產(chǎn)生的噪聲為共態(tài)噪聲;2根交流電源線之間產(chǎn)生的噪聲為正態(tài)噪聲。這就要求在電源輸入側(cè)接人的EMI濾波器要濾除這兩類噪聲。

在該電源電路中使用如圖1的EMI濾波器。它由共態(tài)扼流圈L902 ，跨接線路電容C901以及線路高通濾波電容C902和C903構(gòu)成。其中，L901用于濾除低頻共態(tài)噪聲，C901用于濾除低頻正態(tài)噪聲， c902和C903用于濾除高頻共態(tài)和正態(tài)噪聲。圖中R901、R902用于拔掉電源時對電容起放電作用。
2.橋式整流及濾波
當(dāng)220V交流輸入經(jīng)橋式整流輸出后，經(jīng)濾波電容C905濾波后生成一高壓的直流電壓，其大小為1.414VAC，C900起濾除高頻電磁干擾作用。

3.軟啟動電路

軟啟動電路如圖2所示，圖中的R906，R907為1MΩ的等效電阻，由這些電阻的阻值很大，所以其工作電流很小。剛啟動開關(guān)電源時，SG6841D所需要的啟動工作電流由+300V直流高壓經(jīng)過R降壓后加至SG6841D的輸人端Vin實現(xiàn)了軟啟動。一旦開關(guān)功率管轉(zhuǎn)入正常的工作狀態(tài)，自饋線圈④-⑤端上所建立的高頻電壓經(jīng)D902 、c908 整流濾波后，就作為芯片的工作電壓，至此啟動過程結(jié)束。
4.脈寬調(diào)制控制器SG6841D
在LCD Monitor 中Adapter 采用的是開關(guān)電源設(shè)計方法。開關(guān)電源具有體積小重量輕變換效率高等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，特別是脈寬調(diào)制(PWM)型的單片開關(guān)電源。PWM型開關(guān)電源的特點是固定開關(guān)頻率，改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)占空比。其基本工作原理是:當(dāng)交流220V輸人電壓經(jīng)過整流濾波電路變成直流電壓，再由開關(guān)功率管斬波和高頻變壓器降壓，得到高頻矩形波電壓，經(jīng)整流濾波后獲得所需要的直流輸出電壓。脈寬調(diào)制器是這類開關(guān)電源的核心，它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動信號，控制開關(guān)功率管的通斷狀態(tài)，來調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

以下將要介紹的電源適配器就是這種類型的脈寬調(diào)制的單片開關(guān)電源。它所用的是SG6841D脈寬調(diào)制集成控制器。sG6841D有下列性能特，點，其引腳功能見表1，內(nèi)部框圖見圖3所示。

(1)它屬于電流型單端PWM調(diào)制器，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點。能通過高頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適合于構(gòu)成無工頻變壓器的20W~50W小功率開關(guān)電源。
(2)綠色模式待機時的低功耗和完美的保護(hù)特性。在待機模式下:把反饋電壓作為參考值，一旦反饋電壓低于門限值，輸出線性下降以減少功耗，同時提供一定的輸出電壓。保護(hù)特性:
1)NTC電熱檢測器用于檢測溫度升高時起保護(hù)作用。當(dāng)環(huán)境溫度上升，IC RT PIN電壓小于0.65V時，PWM占空比將減小，使SMPS功率輸出降低，進(jìn)而使溫度下降。如果環(huán)境溫度再次上升，將關(guān)閉輸出PWM;
2) 功率檢測器起過載保護(hù)，當(dāng)檢測到PIN電壓高于門限電壓0.85V時，GATE輸出被關(guān)閉。
(3)啟動電流和工作電流分別降至30pA和3mA，從而改善功率轉(zhuǎn)換效率， PWM頻率可以通過改變外接電阻來改變。
啟動電流:典型值為30uA，超低啟動電流允許用戶使用高阻抗啟動電阻，以提供SG6841所需的啟動電流。工作電流為3mA，它用于降低VDD的保持電容要求。
(4)SG6841D屬于電流控制型脈寬調(diào)制器。
所謂電流控制型是指，一方面把自饋線圈的輸出電壓Vin反饋給誤差放大器，在與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較之后，得到誤差電壓Vr;另一方面初級線圈中的電流在取樣電阻R919上建立電壓，直接加到IC901PIN6電流檢測比較器的同相輸人端，與Vr作比較，進(jìn)而控制輸出脈沖的占空比，使流過開關(guān)功率管的最大峰值Ipm電流總是受誤差電壓Vr的控制，這就是電流控制型的原理。其優(yōu)點是，調(diào)整速度快，但如果+300V輸人電壓發(fā)生變化，就立即引起Ipm的變化，迅速調(diào)整輸出脈沖的寬度。為了改善開關(guān)mOs管的控制和保護(hù)其不至于過壓，輸出驅(qū)動電壓被限為18V。

5.高壓保護(hù)回路與溫度過高保護(hù)回路

高壓保護(hù)回路如圖4所示，當(dāng)電網(wǎng)電壓升高超過最大值時，自饋線圈輸出的電壓也將升高。該電壓將會超過20V，此時ZD901被擊穿，R911上就會產(chǎn)生壓降，當(dāng)這個壓降有0.6V時將使Q902導(dǎo)通，拉低Q901的基極電位，使Q902也導(dǎo)通，使D903導(dǎo)通，這樣sG6841D Pin4接地，產(chǎn)生瞬間短路電流，使sG6841D迅速關(guān)斷脈沖輸出。另外Q902導(dǎo)通，這樣SG6841D Pin7的15V基準(zhǔn)電壓通過R909、Q901直接接地。因此切斷了IC的電源，達(dá)到高壓保護(hù)作用。
溫度過高保護(hù)回路:當(dāng)電路的元件(IC、開關(guān)管)工作溫度升高超過最大值時，IC的內(nèi)部專有一個熱保護(hù)器從PIN 5接電阻連到地以檢測溫度。當(dāng)此PIN的電壓低于門限電平0.65V時，迅速關(guān)斷脈沖輸出，保護(hù)電路的重要元件。

6.開關(guān)功率管及限流電路

SG6841D的Pin8腳輸出一個如圖5所示的脈沖波，該脈沖的頻率為58.5kHz，占空比為11.4%。該脈沖控制功率管Q903按其工作頻率進(jìn)行開關(guān)動作，變壓器開始工作，電流從Q903的漏極流向源極，在R917.上產(chǎn)生電壓。R917為電流檢測電阻，由它產(chǎn)生的電壓直接加到sG6841D的過流檢測比較器的同相輸人端，只要該電壓超過1V，將使SG6841D內(nèi)部的電流保護(hù)電路啟動，使Pin8關(guān)閉，實現(xiàn)過流保護(hù)。這就是限流電路的工作原理。

7.直流變換回路(變壓器T901)

當(dāng)SG6841D輸出如圖5所示的波形后，Q903做開關(guān)狀態(tài)，其工作頻率為58.5kHz，占空比為11.4%。T901開始工作(電路見圖6)，在高電平Q903導(dǎo)通，T901的初級線圈有電流流過，產(chǎn)生上正下負(fù)的電壓，則次級產(chǎn)生下正上負(fù)的感應(yīng)電動勢，這時次級上的二極管D910截止，此階段為儲能階段;而低電平時，開關(guān)管截止，初級線圈上的電流在瞬間變?yōu)?，初級的電動勢為下正上負(fù)，在次級上感應(yīng)出上正下負(fù)的電動勢，此時D910導(dǎo)通，有電壓輸出。再經(jīng)過整流濾波后即可輸出，該電壓波形有較大的浪涌電壓和振鈴現(xiàn)象，其浪涌電壓的峰-峰值超過70V這是由MOS管自身關(guān)斷時產(chǎn)生和內(nèi)部二極管的反向恢復(fù)特性產(chǎn)生的浪涌電壓，由于在電路中沒有加RC吸收電路或加二極管來抑制而產(chǎn)生的。
圖6中T901的次級輸出端的二極管上并接了一RC(R920.C920)回路，用于吸收二極管D910上產(chǎn)生的浪涌電壓。
當(dāng)關(guān)機時T901的初級線圈還有電流，此時Q903已截止，D901、R911、C906即形成放電回路，C906同時還起濾除高頻諧波的作用。

8.電壓取樣和反饋回路

圖7所示為電流、電壓取樣和反饋回路。圖中的IC903為TL431芯片，該芯片內(nèi)部有一個電壓比較器，該電壓比較器的反相輸人端接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓提供一個基準(zhǔn)的比較電壓，該電壓為2.495V±2%。該比較器的同相輸人端接外部控制電壓，比較器的輸出用于驅(qū)動一個NPN的晶體管，使晶體管導(dǎo)通，電流就可以從Cathode端流向Anode。12V 的直流電壓經(jīng)過R922、R924分壓，在R924.上產(chǎn)生電壓，該電壓直接加到TL431的R端，由電路上的電阻參數(shù)可知該電壓正好能使TL431導(dǎo)通。這樣就有電流流過發(fā)光二極管，光電耦合器IC902開始工作。至此完成電壓的取樣。
如果電網(wǎng)電壓升高導(dǎo)致輸出電壓隨之升高，這樣流過IC902光電耦合器的電流也就隨之增大，光電耦合器內(nèi)部發(fā)光管的亮度越大，光敏三極管的內(nèi)阻就越小，則光敏三極管的導(dǎo)通程度加強，IC的PIN 2端電壓下降，該電壓加到sG6841D內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端，從而控制SG6841D輸出脈沖的占空比，降低輸出電壓。這樣就構(gòu)成了過壓輸出反饋回路，達(dá)到穩(wěn)定輸出的作用，能使輸出電壓穩(wěn)定在12V和5V左右。
9.輸出過壓保護(hù)回路

當(dāng)次級二組輸出電壓異常升高，此時電壓將會超過12.2V或5.1V，此時ZD902或ZD903被擊穿將導(dǎo)致光電耦合器內(nèi)部發(fā)光管的亮度異常加大，致使IC PIN2通過光敏三極管接地，迅速關(guān)斷脈沖輸出，達(dá)到保護(hù)目的。

二、逆變電路分析
1.升壓板概述
逆變器，又叫電壓升壓板。它是專為Panel的背光燈提供工作電源的。Panel 用的背光燈采用的是冷陰極熒光燈管(CCF)，該燈管的工作電壓很高，正常工作時的電壓為600-800V，而啟動電壓則高達(dá)1500~1800V，工作電流則為5~9mA。因此逆變器需要有如下功能:能夠產(chǎn)生1500V以上的高壓交流電，并且在短時間內(nèi)迅速降至800V左右，這段時間約持續(xù)1~2s，由于逆變器提供電流的大小將影響冷陰極熒光燈管的使用壽命，因此輸出的電流應(yīng)小于9mA，需要有過流保護(hù)功能;出于使用的考慮，要有控制功能，即在顯示暗畫面的時候，燈管不亮，該控制信號可以由主板上的MCU或圖形處理器提供，逆變器是一種DCTOAC的變壓器，它其實與Adapter是一種電壓逆變的過程。Adapter是將市電電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的12V直流輸出，而逆變器是將Adapter輸出的12V直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l的高壓交流電;兩個部分同樣都采用了目前用得比較多的脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)，其核心部分都是一個PWM集成控制器，Adapter用的是SG6841D，逆變器則采用BA9741F芯片。
2.逆變器的工作原理簡要分析
圖8為其工作原理框圖。

3.逆變器輸入接口部分
逆變器輸人部分有3個信號，它們分別為:12V直流輸入VIN、I作使能電壓ON/OFF及Panel 的亮度調(diào)節(jié)信號。其中12V直流由電源提供;ON/OFF電壓由主板上的GM2115提供，其值為OV或3V，當(dāng)OFF時=0V，逆變器不工作，而ON時=3V，逆變器處于正常工作狀態(tài);而亮度調(diào)節(jié)電壓由主板提供，其變化范圍在0~5V之間，將不同的電壓值反饋給PWM控制器反饋端，逆變器向負(fù)載提供的電流也將不同，DIM值越小，逆變器輸出的電流就越小，亮度就越暗。

電壓啟動回路:圖9的電路是常用的電源控制回路，由一個PNP和一個NPN管組成，它有兩個工作階段:靠前-階段，當(dāng)ENB電壓為低電平(OV)時，Q201管處于截止?fàn)顟B(tài)，因此Q202管也截止，此時Q202管c極上的直流電壓不能加到U201(BA9741)的Pin2輸人端，所以U201因無輸人而不工作，Pin1就無輸出脈沖，因此整個逆變器就不工作;第二階段， ENB為高電平，此時Q201管飽和導(dǎo)通，Q202管b極電位被拉低，因Q202為PNP管，且其c極上加有12V的直流電壓，故Q2導(dǎo)通，12V電壓加至IC供電腳Pin2，啟動IC工作，U201就有脈沖輸出去控制開關(guān)管工作，整個逆變器就處于正常工作狀態(tài)，輸出高壓去點亮Panel的背光燈燈管。
4.直流變換回路
由MOS開關(guān)管Q203和儲能電感L201及D201組成電壓變換電路，BA9741F輸出的脈沖經(jīng)過Q205、Q207組成的推挽放大器放大后驅(qū)動MOs管做開關(guān)動作，使得直流電壓對I201進(jìn)行充放電。由于電路中的MOS關(guān)管Q203采用P溝道場效應(yīng)管，因此當(dāng)U201輸出脈沖為低電平時對L201進(jìn)行充電，高電平時Q203截止，L201放電。圖10中的Q205.Q207組成的推挽放大電路是起放大作用，由于U201輸出脈沖的電流較小，不能直接驅(qū)動MOS管Q203工作，因此必須加上放大電路加以放大。

過壓保護(hù)電路:利用BA9741F的DTC死區(qū)控制電路可以組成一個過壓保護(hù)電路，其工作原理見圖7，當(dāng)L201輸出的電壓過高，超過D203管的穩(wěn)壓值11V時，D203管將會被擊穿，使得Q6管導(dǎo)通，這樣就把U1的Pin6腳DTC的電壓拉至低于0.7V，內(nèi)部死區(qū)控制電路就關(guān)閉輸出晶體管的輸出。
5. LC振蕩輸出回路及輸出電壓反饋

電路參考圖11，C213和PT201初級線圈組成LC振蕩，Q209、Q210組成PUSH-PULL回路，它們處于交替工作狀態(tài)，R224、R225、R226、R227為啟動電阻。Q209 、Q210的輸出電壓在PT上疊加通過LC振蕩就產(chǎn)生了高壓正弦交流電輸出。
在輸出方面，C215、C216為耦合分壓電容。當(dāng)負(fù)載的Panel 燈管未點亮?xí)r，輸出回路沒有導(dǎo)通，由PT1產(chǎn)生的1500V的高壓電通過電容耦合作用加在負(fù)載兩端，這樣就滿足了冷陰極熒光燈的啟動條件，熒光燈被點亮。此時輸出回路導(dǎo)通，有電流流過電容，由于電容有阻抗存在，因此電容兩端就產(chǎn)生了壓降，選擇電容的參數(shù)值就可以使通過電容衰減后加在負(fù)載兩端的電壓變?yōu)?00V左右的工作電壓。
輸出電壓反饋:當(dāng)負(fù)載工作時，在R232兩端有交流電壓存在，該電壓經(jīng)過D205、D207、C211整流濾波后，得到一個直流的采樣電壓。將該電壓反饋給BA9741F的Pin14端，用于反饋控制BA9741F輸出脈沖的占空比，達(dá)到穩(wěn)定逆變器輸出高壓的作用。
三、常見故障檢修流程及維修實測波形數(shù)據(jù)
1. PWPC板電源部分維修流程圖
(1)電源指示燈不亮或暗的檢修流程如圖12所示。

(2)圖像閃(異常)故障的檢修流程如圖13所示。

(3)電源部分IC及三極管工作時的參考電壓表表2~表5所示。

2.PWPC板升壓部分維修流程圖
(2)畫閃故障的檢修流程如圖14所示。

(2)畫暗、畫面亮一下 變暗的檢修流程如圖15所示。

(3)升壓部分IC及三極管工作時的參考電壓如表6、表7所示。