液晶显示器电源工作原理及维修40263.docx

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液晶显示器电源工作原理及维修40263

液晶显示器电源工作原理及维修

详细介绍液晶显示器电源的作用、工作原理、维修及代换，

一、电源的作用

1、 电源的基本知识

液晶电源的作用是为整机提供能量，常见的电源适配器外观如图所示

它的输入是220V交流电，输出为12V、4A直流电。

电源适配器的内部电路结构如图所示

2、 液晶电源的常见存在形式

常见的液晶电源有内置式和外置式两种。

内置式电源一般是和高压板做在一起，形成二合一电源板，驱动板需要的各路电压均有电源板产生。

外置式电源也就是通常所说的电源适配器，它一般是220V交流电输入，12V直流电输出，驱动板需要的其他电原在驱动板上进行变换。

二、          电源的工作原理

由于LCD采用低电压工作，而一般市电提供提是110V或220V的交流电压，因此显示器需要配备电源。

电源的作用是将市电的220V交流电压转变成12V或其它低压直流电，以向液晶显示器供电。

LCD显示器中的电源部分均采用开关电源。

由于开关电源具有体积小、重量轻、变换效率高等优点，因此被广泛应用于各种电子产品中，特别是脉宽调制（PWM）型的开关电源。

PWM型开关电源的特点是固定开关频率、通过改变脉冲宽度的占空比来调节电压。

PWM开关电源的基本工作原理是：

交流电220V输入电源经整流滤波是路变成300V直流电压，再由开关功率管控制和高频变压器降压，得到高频矩形波电压，经整流滤波后获得显示器所需要的各种直流输出电压。

脉宽调制器是这类开关电源的核心，它能产生频率固定具脉冲宽度可调的驱动信号，控制开关功率管的导通与截止的占空比，用来调节输出电压的高低，从而达到稳压的目的。

以下将要介绍的电源适配器就是此类开关电源，我们以采用UC3842脉宽调制集成控制器的电源为例讲解相关电路。

1、UC3842的性能特点

（1）      它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少，外围是路简单、安装调试方便、性能优良、价格低廉等优点。

而且通过高频变压器与电网隔离，适合构成无工频变压器的20-50W小功率开关电源。

（2）          最高开关频率为500KHZ，频率稳定度高达0.2%。

电源效率高，输出电流大，能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS管、DMOS管、TMOS管工作。

（3）          内部有高稳定的基准电压源，档准值为5V，允许有+0.1%的偏差，温度系数为0.2mV/0C

（4）          稳压性能好。

其电压变化率可达0.01%/V。

启动电流小于1mA，正常工作电流为15mA

（5）          除具有输入端过压何护与输出端过流保护电路之外，还设有欠压何护电路，使用工作更稳定、可靠。

（6）      可调整的振荡电路，可精确地控制占空比，并具有自动补偿功能。

（7）      带锁定的PWM，可以进行逐个脉冲的电流限制。

如图所示为UC3842的内部框图

其各引脚作用如表所示

引脚

定义

引脚

定义

Pin1

自动补偿

Pin5

接地端

Pin2

电压反馈输入端

Pin6

脉冲输出端

Pin3

过流检测湍

Pin7

直流输入端

Pin4

振荡输入端

Pin8

基准电压输出端

该IC用于电源中的典型电如图所示，这里采用的N沟道MOS功率管场效应管作为开关功率管，设计的输出电源V0=12V。

下面将分析该电路的工作原理

该电路属于单端反激式变换器。

所谓单端，是指高频变压器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧，并且只有一个输出端。

所谓反激，是指MOS管开关功率管导通时，后级整流二极管截止，电能将储存在高频变压器的初级电感线圈中；当MOS管功率管关断时，后级整流二极管导通，初级线圈上的电能通过磁芯的藕合传输给次极绕组，并经过后级整流二板管输出。

该部分的主要作用是防止交流输入电压引入的干扰以及抑制电源内部产生反馈噪声。

该滤波器被设计成是磁兼容（EMI）滤波器。

开关电源是把220V交流电整流为300直流电后，再经过开关变为高频交流，其后再整流为稳定的一种电源。

这休养就会出现交流电源的整流波形畸变产生的噪声和开关管开关的波形产生的噪声，在输入侧泄漏出去表现为传导噪声和辐射噪声，在输出侧泄漏到外部。

若电源线中有噪声电流通过，电源线就相当于向空中辐射噪声的天线。

因此，在开关电源输入侧要加入由电容与电感构成的滤波器，用于抑制交流电源产生的干扰。

噪声分为共态噪声和正态噪声。

单相电源的输入侧有两根交流电源线和一根地线。

电源输入侧的两根交流电源本与地线之间产生的噪声为共态噪声，两根交流电源线之间产生的噪声为正态噪声。

电源输入侧接入的滤波器必须滤除这两类噪声。

常见的滤波电路如图所示 

滤波电路由跨接线路电容C901以及线路高通滤波电容C902和C903构成。

其中，互古感滤波线圈用于滤除低频共态噪声，C901用于滤除低频正态噪声，C902和C903用于滤除高频共态和正态噪声。

图中R901、R902在拔掉电源时对电容起放电作用。

3、桥式整流及滤波

  经过滤波的220V交流输入经桥式整流输出后，再经滤波电容C904滤波后生成大小约为300V的直流电压。

C907可滤除高频是磁干扰。

4、 软启动电路

软启动电路如下图所示，图中的电阻R为R905、R906、R907、R908、R909、R910的等效电阻，由于这些电阻的阻值很大，所以其工作电流很小。

刚启动开关电源时，UC3842所需要的+16V工作电压由R、C906电路 

提供。

+300V直流高压经过R降压后加至UC3842的输入端Vin，利用C906的充电过程使Vin逐渐升至16V以上。

也就实现了软启动。

一旦开关功率管转入正常的工作状态，自馈线圈N2上所建立的高频电压经D902、C906整流滤波后，就作为芯片的工作电压。

此时由于R、C906电路的电流很小不能为芯片提供工作电压。

至此启动过程结束。

5、脉宽调制控制器UC3842

UC3842属于电流控制型脉宽调制器。

所谓电流控制型是指，一方面把自馈线圈的输出电压Vin反馈给误差放大器，在与基准电压进行比较之后，得到误差电压Vr；另一方面初级线圈中的电流在取样电阻R930上建立电压，直接加到过流检测比较器的同相输入端，与Vr作比较，进而控制输出脉冲的占空比，使流过开关功率管的最大峰值Ipm电流总是受误差电压Vr的控制，这就是电流控制型的原理。

其优点是调整速度快，一旦+300V输入电压发生变化，就立即引起取样电压的变化，迅速调整输出脉冲的宽度。

UC3842第8脚输出的+5V的基准电压源有三个作用：

一是提供4脚振荡器使用；二是衰减成+2.5V，接误差放大器的同相输入端，作为基准信号；三是向内部的其他电路提供工作电源。

UC3842的电源供电端与地之间并接了一个34V的齐纳二极管，以保证内部电路工作在34V以下，防止高输入电压带来的损坏。

UC3842的误差放大器同相输入端接在内部的+2.5V基准电压上，反相输入端接收外部控制信号。

在输出端和反相输入端之间可外接RC补偿网络，在使用过程中可改变RC的取值来改变放大器的闭环增益和频率响应。

UC3842还能自动限流，将Ipm限制在1.18A。

把过流检测电阻上的电压直接加在过流检测比较器的同相输入端。

只要该电压达到1V，就会使比较器翻转，输出变成高电平，将PWM锁存器置零，使脉冲调制器处于关闭状态，从而实现过流保护。

由于噪声干扰的影响，开关功率管有可能超负荷工作而损坏，为此芯片设有PWM锁存器。

其作用是保证在每个时钟周期内只输出一个脉宽调制信号，能消除在过流检测比较器翻转时产生的噪声干扰。

输入欠压锁定电路的开启电压为16V，关断电压为10V。

仅当Vin＞16V时UC3842才能启动，此时芯片工作电流约为1mA，自馈电后变成15mA。

当输入欠压时，开关功率管迅速关断。

UC3842的输出级为图腾柱式输出电路，输出晶体管的平均电流为200mA最大峰值电流可达±1A。

6、高压保护回路

高压保护回路如下图所示，当电网电压升高超过最大值时，自馈线圈输出的电压也将升高。

该电压将会超过18V，此时ZD901被击穿，R916上就会产生压降，当这个压降有0.6V时将使Q903导通，拉低Q902的基极电位，使Q902也导通，这样UC3842Pin8的5V基准电压通过D904、Q903直接接地，产生瞬间短路电流，使UC3842迅速关断脉冲输出。

因此Adapter也就没有电压输出，达到高压保护作用。

7、开关功率管及限流电路

如下图所示电路图。

UC3842的Pin6脚输出一个脉冲波，该脉冲的频率为58.5kHz，占空比为11.4%。

该脉冲控制功率管Q901的按其工作频率进行开关动作。

这样变压器就开始工作，电流从Q901的漏极流向源极，在R930上产生电压。

R930为电流检测电阻，由它产生的电压直接加到UC3842的过流检测比较器的同相输入端，只要该电压超过1V，将使UC3842内部的电流保护电路启动，使Pin6关闭，实现过流保护。

这就是限流电路的工作原理。

8、直流变换回路（变压器T901）

T901开始工作后，高电平时Q901导通，T901的初级线圈有电流流过，产生上正下负的电压，从而使次级产生下正上负的感应电动势，此时次级上的二极管D911截止，初级线圈上的电流此时在瞬间为0，初级的感应电动势为下正上负，从而使次级产生上正下负的感应电动势，此时D911导通，其输出电压经过整流滤波后即可输出供电。

如下图所示为Q901漏级电压波形（ƒ=58.9KHz）从中可以看出该电压波形有较大的浪涌电压和振铃现象，其浪涌电压的峰值超过70V。

在MOS管关断时，由于电路中没有包含RC吸收电路或二极管，从而导致浪涌电压的产生。

上图中T901的次级输出端的二极管上并接了一个RC（R931、R932、C920）回路，用于吸收二极管D911上产生的浪涌电压。

R926、D905组成波形整形回路，改善Q901的开关速度。

ZD903起保护功率管的作用。

由于噪声干扰或元件本身产生的干扰会在UC3842的输出脉冲上产生尖峰脉冲干扰，当此电压加到Q901的G极时，如果其值超过18V时将击穿齐纳二极管ZD903，保护功率管。

当关机时T901的初级线圈还有电流，此时Q901已截止，D901、R911、C905即形成放电回路，C905同时还有起滤除高频谐波的作用。

9、输出整流滤波回路

D911、C921、C922、L902、C923和C924构成了电容和LC滤波器。

使得输出为12V的直流电压向负载供电。

10、电压取样和反馈回路

如下图所示的电路图为，电流、电压取样和反馈回路。

图中的IC905为TL431芯片。

其内部原理图如图5-10所示。

其内部有一个电压比较器，该电压比较器的反相输入端接内部基准电压，该基准电压提供一个基准的比较电压，该电压为2.495V±2%。

该比较器的同相输入端接外部控制电压，比较器的输出用于驱动一个NPN的晶体管，使晶体管导通，电流就可以从Cathode端流向Anode。

图5-9 电压、电流取样和反馈电路

12V的直流电压经过R936，R937分压，在R937上产生电压该电压直接加到TL431的R端，由电路上的电阻参数可知该电压正好能使TL431导通。

这样就要电流流过发光二极管，光电耦合器IC903开始工作。

至此完成电压的取样。

图5.10TL431原理图

如果电网电压升高导致输出电压随之升高，这样流过IC903光电耦合器的电流也就随之增大，光电耦合器内部发光管的亮度越大，光敏三极管的内阻就越小，则流过光敏管端的电阻也就随之增大，这样在R924上产生的电压就越大，该电压经R925加到UC3842内部误差放大器的反相输入端，从而控制UC3842输出脉冲的占空比，降低输出电压。

这样就构成了过压输出反馈回路，达到稳定输出的作用，能使输出电压稳定在12V左右。

电源维修

如果我们仔细研究和领会了上面的开关电源的原理，就可以轻松维修液晶显示器的电源了，液晶显示器的电源开关在开关电源系统中属于比较简单的类型，一般是单１２Ｖ或１２Ｖ和５Ｖ的组合输出，电路结构相对简单，元器件较少。

其维修也比较简单，常见故障包括电压无输出、电压过高、电压过低、电压不稳等。

检修思路如

电源、高压二合一板的维修

如果液晶显示器采用的是电源、高压二合一板，如下图所示

虽然是电源、高压二合一的电路板，但是它们之间还是相对独立的，所以如果电源出了故障，可以单独维修电源，维修思路和方法与上面相同。

这里需要说明的是，如果这类板的高压部分坏了，在修不好或没有维修价值的情况下，不必要换整个电路板。

高压部分和电源部分虽然在同一块电路板上，但是它们可以单独更换。

如果更换高压部分，可以将原板的高压部份拆掉（主要拆高压线圈和相关电路元器件），目的是为新高压板留出安装空间。

然后将新高压板贴在原板拆件的地方，并将新高压板的供电及信号控制和原板对应接上即可。

这是最合理的维修方法，并且在我们日常维修中，采用此方法修复后的高压、电源二合一电路板其性能和原板一样。

因为液晶的高压部分只负责背光灯的工作，只要有高压板，灯管就可以工作；只要灯管工作了，背光问题也就自然解决了，所以这并不是太难的问题。

如图所示