LED背光恒流源及脱机维修的技术剖析

LED背光源以其体积轻薄,绿色环保,功耗低亮度高,色彩表现力好,寿命长等优点在液晶电视中已经取代了CCFL背光源。LED的中文名字就是发光二极管,所以它本身就是二极管,因此它的伏安(VI)特性和一般的二极管伏安特性非常相似。但是LED的伏安特性并不是固定的,LED的伏安特性具有负温度系数的特点,是随温度而变化的,正向电压的微小变化会引起正向电流的较大变化。其电流的变化不仅会影响到LED的使用寿命,更重要的是会影响到LED的色谱和色温。因为色温的偏移,显示的彩色画面就会随之产生色差,而人眼对彩色的偏差是十分敏感的,这是液晶电视不允许的,所以液晶电视中LED背光必须采用恒流源的开关电源供电,我们有时称为恒流板。

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什么是恒流源呢?在我们的日常维修中,接触到的开关稳压电源基本都是恒压源,不管负载开路还是负载电流在一定的范围内变化,输出电压保持稳定不变。而恒流源则是在负载变化的情况下,能相应调整自己的输出电压,输出电压不是一个固定值,而是一个范围,使得流过负载上的电流保持恒定不变。恒流源的开关电源实际上就是在恒压源的基础上,在输出负载回路上,加上一个阻值较小的电流取样电阻,反馈给电源控制部分,形成一个闭环调节回路,电路保证这个取样电阻上的压降不变,来实现恒流输出;要注意的是恒流源不能开路工作,一旦开路,由于输出电流为零,内部电路会不断调整加大输出,造成输出电压过高击穿某些元件,因此所有恒流源必须设有输出过压检测和保护电路,当检测到电压过高时,保护电路动作,限制电压的继续上升;或者保护电路动作,锁定电路停止工作,以保证电路的安全。

下面通过分析在海信电视中大量采用的一款由芯片AP3843CP组成的LED背光恒流供电电路来认识恒流源,如图1所示。

A3843CP ,和我们熟知的3842是同一类芯片,除了启动电压和欠压保护电压略有不同外,其他功能基本相同,本文仅分析其工作过程及其脱机维修。

1.LED背光供电的启动

如图2所示,当主板发出的背光开启信号sW和亮度PWM控制信号DIM同时送到背光部分后,V914、V912饱和导通,三极管V942截止,VD832反偏截止,AP3843CP进入正常工作状态。另外背光供电升压电路和亮度控制电路都在PWM亮度控制脉冲的控制下同步工作(当PWM脉冲为高电平使V905导通,灯条为点亮状态,电流形成回路时,背光电路也处于正常工作状态,反之,则背光电路处于停止工作状态)。这样设计一是恒流源在正常工作时负载不允许开路,另一个也是做到了节能。

2.电路工作过程

正常工作时AP3843CP产生频率固定脉宽可调的激励脉冲,从⑥脚输出推动功率管V902的导通和截止,当⑥脚的激励脉冲为高电平时,通过灌流电阻R979加到V902的栅极,V902导通,90V电压通过储能电感L906及导通的V902流通到地,此时电感处于储能状态,L906上的自感电势极性为左正右负;当⑥脚的激励脉冲为低电平时,通过灌流电路的VD923、R978迅速拉低V902栅极电压使V902进入截止状态,因电感中的电流不能突变,此时电感中的自感电势极性变为左负右正,与90V电压相叠加,经过升压隔离二极管VD902整流,C909、C931滤波后得的电压,为LED灯条供电。

3.LED背光供电升压电路

过流保护电路R922、R941、R921为升压回路中电流检测电阻,当电路电流过大时,检测电阻上的压降也相应增大,这个电压送到N901的③脚,当这个电压大于1V时,芯片内保护电路动作,减小输出PWM脉冲波的占空比,让输出电压变低,电流减小。

4.LED恒流控制部分

如图3所示,电阻R934就是恒流检测电阻,这个电阻.上的压降反馈到N901(AP3843CP )的②脚反馈电压输入端,在我们以往常见的开关电源中,这个脚反馈回来的一般都是输出电压的取样电压,用来保证输出电压的稳定;而本电路中,反馈回来的却是LED灯条回路的电流在R934,上的压降,N901根据这个反馈电压的高低,与内部的2.5V基准电压进行比较来调整⑥脚输出脉冲的占空比,在一定范围内调整LED灯条供电电压的高低,达到LED灯条恒流的目的。我们可以通过调整这个电阻的大小,来设计调整LED灯串恒流电流的大小。

5.LED灯条回路异常输出过压保护(限压)电路

通过上面介绍我们知道,恒流源会根据负载的变化自行调整输出电压的高低,来达到恒流的目的,恒流源的负载不允许开路,为了防止LED灯条回路出现异常,输出电压过高对电路造成损坏,必须设有限压保护电路。

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当LED灯条开路或插座接触不良,及V905变质损坏造成回路出现异常时,输出电压会出现异常升高,当达到设定的最高值时,电阻R926、R940、R944、R937分压取样后的OVP点的电压,也随之升高到5.6V(Vbe+Vref),V917由截止状态变为导通,V917集电极电压变低导致V945、V943也随之导通饱和,把cOM端电压拉低至0V , N901的①脚COMP端降低为0.7V,芯片停止工作,当电压降至最高电压保护值以下时,v917截止,芯片再次进入工作状态,让输出电压保持在设置的最高电压值上,限制电压继续上升。二次升压过压保护电路如图4所示。

6.LED背光供电恒流源脱机维修方法

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在现实维修中,许多经验不多的师傅遇到ED背光不亮或者LED背光闪一下就黑屏的故障感到无从下手,对于这样的故障,很难判定是屏内灯条出现问题还是背光恒流供电部分出现问题,如果判断错误,造成误开屏检查内部灯条,带来风险。还有的维修师傅只能靠购置新的电源板代换来确定故障部位,再有针对性地进行维修,这样无疑增加了维修成本。当我们了解了恒流源的特性后,我们就可以自己制作简易的假负载来代替工装,配合万用表方便直观地来进行故障部位的判断,和进行恒流板的脱机维修。

本人自制的LED背光假负载,照明用的LED灯条如图5所示, 100W/1500Ω可调电阻如6所示。

我们可以按图5、图6所示多准备几个相同的灯芯和大功率电阻,把一个灯条和一个大功率电阻串联,作为一路LED灯条的假负载,以方便在维修时满足多路输出的LED背光恒流板的需要,如果遇到电压、电流参数不相符的恒流板,还可以灵活运用串并联的方法解决。

具体使用方法:在遇到故障机时 ,首先查看LED背光板上或者图纸给出的恒流电流值和电压参考值,如图7所示。根据电路板上的电压参考值,再根据自己所备的灯条正常工作时的压降,通过简单的计算,来调节可调电阻的阻值( 此值不一定要精确允许有误差),代替LED液晶电视的灯条来进行故障部位判断和脱机维修。

现以海信LED背光恒流源板为例,介绍使用方法,验证其可行性。查看其电路板上标示为135V/0.135A。本人假负载采用的灯条在照明时测得其在电流为0.283A时,灯条两端的压降为53V。因本板恒流电流值为0.135A,远远小于其正常工作电流0.283A, 其两端压降也会稍微降低,所以暂按50V计算;计算可得出所需可调电阻的阻值为(135-50)v/0.135A=630Ω。于是把可调电阻的阻值调到630Ω左右,按正确极性把假负载接入电路,开机,灯条点亮,此时测得LED供电为140V,灯条两端的压降为49.3V,电流稳定在0.135A。为了进一步实验,把可调电阻的阻值调在400Ω和1450Ω这个范围内逐渐增大时,LED的供电电压也在112V~265V之间变化,但是电流仍是0.135A恒定不变,灯条两端的压降也仍是恒定的49.3V。这也证明了恒流源为保证输出电流的恒定,电路根据负载的变化自行调整输出电压这一特性。在这次试验中,当继续增大可调电阻的阻值时,发现LED供电最高升至266V,不再随阻值的增大而升高,而电流随着可调电阻的阻值增大在减小,说明过压保护电路已经保护动作,限制电压继续上升,以防止电路元器件击穿损坏。

7.利用假负载修机两例

例1:康佳LED32E2900CE(版号:35017012)液晶彩电,故障现象是开机屏幕微闪一下,声音正常。检修过程;开机检测N701(

OZ9902

的12V供电和为LED灯条升压电路供电100V电庄均正常,测试二次升压电压,在开机瞬间有上升,随即降为100V,判断为过压保护电路动作,首先判断是否因灯条不良引起的过压保护,参考图纸,估算并调整假负载电阻阻值,接入电路,开机灯条亮度正常,测试电压为稳定的170V,断定问题出在屏内LED灯条。小心拆屏后,发现底部灯条挨近插座的第一颗灯珠变黑。因手头无合适的灯条和灯珠更换,考虑只有-颗灯珠损坏并且其所处位置对屏亮度影响不明显,于是应急修理将第一颗灯珠用导线短接后,接.上电源板试机,灯条点亮装机交付使用。

例2:海信LED32T36 (电源板板号:RSAG7.820.4511)液晶彩电,故障现象为开机背光闪一下后黑屏,声音正常检修过程:首先测量N901(NCP1252)的⑦脚供电电压12V和背光供电100V均正常,主板送来的SW和PWM电压也正常,背光闪一下就黑屏,说明LED背光恒流供电电路部分能够瞬间工作,后因电路不正常造成进入保护状态;测试V914的基极为0.6V,显然是过压保护电路动作导致电路停止工作,证明判断正确。接下来判断是升压电路部分引起的过压还是屏内部灯条异常引起电压升高。

按照上述方法,查看电路板标示输出电压范围,估算调整可调电阻值,制作两路相同假负载接电源板开机(注意连接极性),假负载的LEd灯串依然是闪亮一下就灭,确定故障在电源板上,接下来对升压电路的过压保护取样部分进行检测,在路测试发现R993阻值不稳定,用风枪将其吹下后测试阻值正常,怀疑R933下面红胶漏电,经过刮干清洗后,焊上R933,通电两路假负载的灯条全部点亮。拆除假负载电源板装机测试,故障排除。

提示:对于电路板和图纸没有标示输出参考电压值的机型,我们可以按照原理图,查看电路部分的过压取样点OVP的起控电压值,如例1中,芯片N701(OZ9902C)的13脚OVP达到3V时起控保护,例2中海信4511板OVP端达到16.6V时,保护电路起控保护锁定,再参考电源板OVP取样分压电阻的实际阻值,反算一下即可得出安全工作电压的范围,以此来调整假负载可调电阻的阻值。

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THE END