大屏幕液晶显示屏背光灯及高压驱动电路原理与维修

1、大屏幕液晶显示屏背光灯及高压驱动电路原理及电路分析(目前液晶电视的销量和社会保有量非常大,液晶电视的维修资料奇缺,而液晶电视的背光灯高压驱动电路又是液晶电视中极易发生故障的部位,它类似于CRT电视的行扫描电路,是高压大电流电路,其故障率不低于CRT电视的行扫描电路。目前对于该部分的原理电路分析维修的资料很少,该文对于背光灯管及驱动电路的特性、构造、组成、要求、电路原理分析比较详尽,以帮助维修人员更加深刻的理解液晶电视背光灯驱动电路,为下一步维修打好基础液晶电视的显示屏是属于被动发光型的显示器件,液晶屏自身不发光,它需要借助背光灯来实现屏的发光,即背光灯管发出光线通过液晶屏透射出来,利用液晶的分

2、子在电场作用下控制通过的光线(对光进行调制以形成图像,所以一块液晶屏工作成像必须配上背光源才能成为一个完整的显示屏,要显示色彩丰富的优质图像,要求背光灯的光谱范围要宽,接近日光色以便最大限度的展现自然界的各种色彩。目前的液晶屏背光灯,一般采用的是光谱范围较好的冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamp;CCFL作为背光光源。大屏幕的液晶电视要保证有足够的亮度、对比度和整个屏幕亮度的均匀性,均采用多灯管系统,32寸屏一般采用16只灯管,47寸屏一般采用24只灯管。耗电量每只灯管约为为8W计算,一台32寸屏的液晶电视背光灯耗电量达到130W,一台47寸的液晶电视背光灯

3、的耗电量达到近200W(加上其它电路耗电,一台32寸屏的液晶电视耗电量在200W左右冷阴极荧光灯的构造和工作原理冷阴极荧光灯CCFL是气体放电发光器件,其构造类似常用的日光灯,不同的是采用镍钽和锆等金属做成的无需加热即可发射电子的电极冷阴极来代替钨丝等热阴极,灯管内充有低气压汞气,在强电场的作用下,冷阴极发射电子使灯管内汞原子激发和电离,产生灯管电流并辐射出253.7nm紫外线,紫外线再激发管壁上的荧光粉涂层而发光,图1。冷阴极荧光灯的特性冷阴极荧光灯是一个高非线性负载,它的触发(启动电压一般是三倍于工作(维持电压,(电压值的大小和灯管的长度和直径有关冷阴极荧光灯在开始启动时,当电压还没有达到

4、触发值(12001600V时,灯管呈正电阻(数兆欧,一旦达到触发值,灯管内部产生电离放电产生电流,此时电流增加,灯管两端电压下降呈负阻特性图2,所以冷阴极荧光灯触发点亮后,在电路上必须有限流装置,把灯管工作电流限制在一个额定值上,否则会因为电流过大烧毁灯管,电流过小点亮又难以维持。 图1 图2图2是冷阴极荧光灯的电压电流特性,垂直轴表示流过灯管电流,水平轴表示灯管两端电压。在灯管开始点亮之前,水平轴上灯管两端的电压上升,当还未达到灯管触发电压时(1200V1600V以下,灯管电流基本没有,当达到触发电压时(1200V1600V灯管内部汞原子电离,产生电流,灯管点亮由于电流上升,灯管两端电压急剧

5、下降,并维持在400V600V左右,此时由于外电路的限流作用,灯管两端的电压基本上维持在触发电压的大约三分之一处,灯管两端电压的小幅度变化会引起灯管电流较大幅度的变化(电流大幅度的变化,直接影响灯管的使用寿命。点亮灯管后维持灯管两端电压的稳定性是重要的。冷阴极荧光灯在良好的供电环境下,寿命可以达到2500050000小时(近似于CRT寿命,即灯管供电的频率、波形、触发电压、维持电压、灯管电流要符合该灯管的特性。对于有亮度控制的灯管,波形要求更加严格,否则灯管寿命大大缩短(有些屏的背光灯管和液晶屏是做成一个整体是不可换的,灯管损坏,屏体整体也成废品。冷阴极荧光灯要求高效率、长寿命,那么对其灯管的

6、供电、激励部分是要符合灯管的特性,供电源必须是交流正弦波,频率为40K60K左右,触发电压在12001600V,维持电压约是触发电压的三分之一点(由灯管的长度和直径决定,由于每一只灯管的电压/电流特性并不是完全一样,灯管不能直接并联使用(串联应用虽然可以点亮,由于特性的差异造成相串联的灯管的亮度不同,会造成整屏亮度不均匀,所以在多灯管液晶屏中,每一只灯管均配单独一只高压变压器,图3是三星32寸屏的背光灯高压驱动板,该屏有16只灯管,其驱动板上就有16个高压输出变压器,图4是高压变压器。图5是三星32寸液晶平背光灯高压驱动电路的信号流程及简单框图。目前背光灯高压驱动板和液晶屏是配套出厂的,不同型

7、号、尺寸的液晶屏其高压驱动板是不可互换的。 图3 图4关于冷阴极荧光灯的亮度控制;液晶电视也应该和CRT电视一样能进行亮度控制,但是冷阴极荧光灯因为其特有的非线性特性,用普通的依靠改变电压控制电流的亮度控制方法,有一定的困难,虽然发光亮度的增大可以通过增大灯管的电流来实现,但增大电流改变亮度的作用是有限的,且过大的电流会使灯管的电极受到损害,进而导致灯管的寿命缩短,同样减小电流控制亮度减小的作用也极其有限,并且电流减小会使放电难以维持导致熄灭,灯管弱电流放电对灯管的寿命也是不利的。所以目前冷阴极荧光灯的亮度控制均采用脉冲调光,具体方法是;用30200Hz的低频PWM脉冲波(PWM脉冲波的宽度受

8、控于CPU对施加于冷阴极荧光灯管上的连续振荡高压进行调制,使连续振荡波变成断续振荡波,从而达到控制亮度的目的,其控制原理是;断续的在极短间内停止对冷阴极荧光灯供电,由于停止时间极短,不足以使灯管的电离状态消失,但是其辐射的紫外线强度下降,管壁上的荧光粉的激发量减小,亮度也下降,只要控制PWM的脉冲的占空比,就可以改变灯管在一个导通/关闭周期的时间比,从而达到控制灯管平均亮度的目的见图5中,调制器输出的脉冲串信号,目前的技术可以达到400:1或更高的调光控制。但是,由于此种控制方式是反复的启动、截止灯管,即在每一个启动、关闭周期都会造成灯管高启动电压及电流的突变的冲击,这对于气体放电灯的电极而言

9、是极为不利的,会大大的缩短灯管的寿命,为了解决这一问题,目前均采用一种“柔性”启动技术,即对调光脉冲的包络的前沿和后沿,采用连续线性增幅和降幅的处理(前沿是一个逐步增大的过程,在后沿是一个逐步减小的过程图6,这样经过线性变幅处理后的高压脉冲波,再作用于灯管上,就不会对灯管造成损伤,也不会影响灯管的寿命。为了防止断续时间过长灯管熄灭, PWM脉冲信号的频率控制在50200Hz范围内。脉冲调光方法控制亮度的范围比较大,只要波形符合要求,对灯管的寿命没有影响。目前具有亮度控制笔记本电脑的液晶屏的亮度控制,均采用此方法。但是具有脉冲调光的背光灯驱动电路比较复杂,技术要求高。对于多灯管屏的亮度控制,如果

10、同时间断灯管的瞬间供电,PWM的间断频率会和液晶屏的刷新频率差拍,液晶屏会出现滚道干扰、闪烁、亮度不均匀等现象,为了防止这种现象产生,加于每个灯管的断续脉冲波相位上有所差异,即对灯管来说,短暂停止供电在多根灯管中,不是同时断电、供电,必须是交替轮流断电、供电。多灯管系统一般把灯管分为4组,供电系统的PWM脉冲有4个通道,输出4路经过PWM调制的高频脉冲波,每个通道向一组灯管供电,通道之间输出的PWM调制脉冲,依次移相900,这样4组灯管则达到轮流断电、供电,使亮度更均匀,干扰最小,三星32寸液晶屏有16根灯管,分为4组,每组4根灯管(24根灯管液晶屏的就每组6根灯管。 图5 图6 图7功率放大

11、器和输出电路;功率放大器的作用是把调制器调制的高频断续脉冲波,经过放大到足够激励点亮冷阴极荧光灯管点亮的功率。输出电路是利用变压器对功率放大后的激励信号进一步的升压以达到激励并点亮灯管电压,输出电路还有一重要的作用,即是把功率放大输出的方波转化为冷阴极荧光灯管工作必须的正弦波。功率放大器在目前各厂家生产的背光灯高压驱动电路中均采用MOSFET组成的功率输出电路,电路形式有所不同,总的不外以下四种形式;1、全桥架构;全桥架构功率放大电路图8,放大元件由4只MOSFET(两只N沟道及两只P沟道组成,应用的供电电压范围宽(6V24V最适合在低电源电压的场合应用。适合低电源电压的设备如笔记本电脑等低压

12、供电的设备。2、半桥架构;半桥架构功率放大电路如图9;和全桥架构相比,节省了两只功率放大管(一只N 沟道和一只P沟道的MOSFET。在相同的输出功率和负载阻抗情况下,供电电压比全桥架构要提高一倍(电流为全桥架构的一半,用在供电电压较高的设备上(大于12V。以上两种架构的功率输出电路的每一个桥臂的放大元件是N沟道和P沟道MOSFET 组成的串连推挽功率输出电路。3、推挽架构;这种架构的功率放大电路如图10,只用两只廉价的低导通电阻的N沟道MOSFET,使电路的效率更高(P沟道的MOSFET价格高、由于导通电阻大,电路的效率较低,对于MOSFET 的筛选要求也低,电路所用元件也少,有利于最大限度降

13、低成本。该推挽架构对电源的稳定要求较高(如稳定的12V供电,对于如笔记本电脑的电池电压在使用中逐渐下降的设备,不易采用此推挽架构的电路。4、Royer架构(自激振荡;自激振荡器方式图11,不需要激励控制电路,主要两只功率管和变压器加反馈电路组成的最简单应用方式,是在不需要严格控制灯频和亮度的设计中。由于Royer架构是自激式设计,受元件参数偏差的影响,很难严格控制振荡频率和输出电压的稳定,而这两者都会直接影响灯的亮度、使用寿命。并且无法对液晶屏进行亮度控制,一般应用在廉价的节能灯上,正因为此,Royer架构一般不被用于液晶显示屏上。尽管它是本文所述四种架构中最简单、廉价的。 图8 全桥架构图9

14、 半桥架构 图10 推挽架构图11 Royer架构输出电路及正弦波的形成;背光板驱动电路中前级(振荡器和调制器和功率输出部分,基本上是工作在开关状态(开关状态工作效率高、输出功率大,输出基本也是开关信号,前面已经提到冷阴极荧光灯的最佳供电电压波形是正弦波,为了保证背光灯管工作在最佳状态(对于发光亮度及寿命是非常重要的,还必须把功率输出级输出的信号变换为正弦波。正弦波的转换;整个背光灯驱动电路我们可以把它看成是一个它激振荡器。作为一个振荡器输出什么波型,完全取决于振荡器的输出电路特性,输出电路是非谐振电路,输出是脉冲波(输出特性是纯容性输出锯齿波,输出特性是纯阻性输出方波,输出特性是纯感性输出微

15、分波为主,输出电路如果是谐振电路输出必然是正弦波。我们只要把背光灯高压驱动输出电路,做成一个谐振电路就可以输出正弦波,如果谐振电路的谐振频率就是振荡器的振荡频率,那么该背光灯驱动电路,就能做到最大限度的高效的把能量传输给灯管。输出电路的处理方式是;在高压变压器的输出端(输入端也可以和灯管连接处串连一只电容器C 图12,电容器C和输出高压变压器输出端L及负载R(灯管组成了一个低Q 值的串连谐振电路。等效电路图13。在图中对于功率输出信号的频率作用于电感L和电容C,来说,在此频率下,当电感L的感抗X L等于电容C的容抗X C时,电路产生谐振,在此谐振电路中即产生谐振,由于组成是串连谐振电路,所以谐

16、振时;电流达到最大值,此最大电流即是流过冷阴极荧光灯管的电流。其谐振时达到的最大值,也意味着功率输出的能量,最大限度的输送给了灯管,由于灯管也串连在电路中的一部分,形成了串连谐振电路的电阻份量,所以该谐振电路是低Q值电路,即使是振荡频率略有偏差,也能保证能量的传输。前面介绍过,在灯管点亮后的负阻特性,必须有限流的作用,此电路中电容器C的容抗,正好起到限流的左右,此种方式限流能量损耗极小,此输出电路极为巧妙。但是为了保证电容C和电感L的谐振频率就是振荡器的振荡频率,又要使电容C的容抗XC的大小基本正好是灯管的限流值,电路的精确设计是至关重要的。在维修中,电容C是比较容易损坏的元件,如有损坏,一定

17、要用和原来一样的电容代换,否则其性能会大幅下降,甚至不能使用。 图12 图13以上第一部分主要介绍冷阴极荧光灯的构造、特性。工作时对驱动电路的要求,特别是具有亮度控制的冷阴极荧光灯及多灯管液晶屏系统灯管的驱动供电要求作了介绍。下一部分;是冷阴极荧光灯高压驱动电路的电路原理,故障分析,以三星屏为例。内容;一、电路组成二、工作原理三、保护电路四、检修方法及注意事项五、BD9884FV 详细分析 海信TLM-3277液晶电视采用韩国三星屏,该屏内置冷阴极荧光灯管16只。冷阴极荧光灯驱动电路板,随屏配套。该冷阴极荧光灯驱动电路由两块 BD9884及8组全桥架构功率输出电路组成,功率输出采用8SPM3

18、MOSFET N沟道、P沟道模块。两只8SPM3模块及输出高压变压器组成一个桥式输出架构。变压器有初级绕组 X X 接功率输出模块,次级高压绕组 X X接冷阴极荧光灯管次级低压绕组X X为作为取样电压送往BD9884的电压检测部分。BD9884 有两路激励输出2627输出一路2324一路,每一路激励输出向两个全桥功率电路提供激励信号,每一组全桥功率输出向两个高压变压器驱动电压(点亮两只冷阴极荧光灯管,这样;每一块BD9884 可以驱动8 只灯管,两只BD9884共驱动16只灯管。在两块集成电路的4路输出激励信号中,在进行亮度控制时,是采用PWM方式控制,4路PWM脉冲,每路之间的相位差为900

19、海信TLM32XX系列大屏幕液晶电视背光灯电路原理及分析海信32寸液晶电视主要采用韩国三星屏和LG屏,以下把三星屏背光驱动电路进行介绍;在本文的第一部分,介绍了背光灯管及驱动电路,并对驱动电路的要求进行了较详细的叙述,下面以韩国三星屏为例,对电路的组成形式、工作原理、控制方式进行介绍。背光灯高压驱动电路在液晶电视机中,是一个单独工作的受控于CPU的电路组件,其主要作用是点亮液晶屏内的背光灯管并受CPU控制对其能进行启动、停止(on/off及亮度控制。由于液晶屏的尺寸、灯管的数量、点亮电压、启动特性均不相同,背光灯高压驱动电路其输出特性必须适配于所驱动的液晶屏,所以背光灯高压驱动电路组件是随屏配

20、套提供,在同一尺寸的液晶屏其型号不同,其背光灯高压驱动电路组件是不能互换的。背光灯高压驱动电路组件部分主要由;振荡器、调制器、功率输出电路及保护检测电路组成,在三星32寸液晶屏中,背光灯高压驱动电路中除功率输出部分和检测保护部分外,振荡器、调制器及控制部分采用一块ROHM(罗姆公司的单片集成电路BD9884FV来完成(图1虚线框内,功率输出采用N沟道和P沟道组合的MOSFET功率模块SP8M3来完成,保护检测由集成电路10393完成,输出电路有高压变压器、谐振电容及背光灯管(CCFL完成(并有输出电压、输出电流取样电路,以上这几部份安装在一块电路板上,基本电路框图及工作过程如图1所示。 图1一

21、、信号流程及工作原理;图1中CPU部分送来的控制信号控制振荡器开始工作,产生频率约100KHz的振荡信号,送入调制器内部和CPU部分送来的PWM亮度控制信号进行调制,调制后输出断续的100KHz 激励振荡信号送入功率输出电路,输出高压并点亮背光灯管。PWM调制信号改变输出高压脉冲的宽度达到改变亮度的目的,背光灯管点亮后L2、C及CCFL的组合又使高压波形正弦形变化(低Q值串联谐振,电容C的容抗及L2的感抗又起到背光灯管的限流作用。串联在背光灯管上的取样电阻R上的压降作为背光灯管的工作状态取样电压输送到保护检测电路(由10393组成,高压变压器L3的输出,作为输出电压取样信号也输送到保护检测电路

22、,当输出电压及背光灯管工作电流出现异常,保护检测电路控制调制器停止输出。由于三星32寸屏是采用16只背光灯管,又由于背光灯管不能并联和串联应用,所以必须每个背光灯管配用一个高压变压器,此16个高压变压器要有相适配的激励电路来驱动。图2A是三星32寸屏背光灯高压驱动组件图片,图2B是主要元件标注。 图2A 图2 B【郝铭原创作品转载请注明出处】二、集成电路BD9884FV 及MOS功率输出模块SP8M3介绍1、BD9884FVBD9884FV是ROHM(罗姆公司专门为液晶显示屏背光灯高压驱动电路设计的系列集成电路之一(适合不同的屏及电路形式有BD9882BD9886系列选用。该集成电路支持多灯管

23、大屏幕液晶显示器的背光灯高压驱动电路,每块BD9884FV 可支持到8只灯管驱动。BD9884 特点;12通道输出半桥拓扑结构(电路上改变即可用于全桥结构2内置灯管电流、电压反馈检测控制电路3支持多灯管方案4软启动功能5具有时间锁存短路保护6具有欠压和过压保护7具有脉冲(PWM输入和直流输入两种亮度控制方式8具有待机控制功能(由STB脚实现9供电电压511V10具有内置同步移相通讯接口,支持多IC并联使用,实现大屏幕多灯管驱动(16根灯管11SS0P-B28封装(表面贴片BD9884FV 外形如图3所示内部框图如图4所示各引脚的功能及实测电压值见表1(用数字表测 图3图4 表1【郝铭原创作品请

24、勿转载请勿链接】2、SP8M3SP8M3是N沟道+ P沟道组合功率放大MOSFET模块具有体积小、功率大、导通电阻小、对称性好、无需散热器的贴片元件,Vds为30V ID 最大达到7A,内部电路及外形图5所示。 图5 SP8M3 内部电路及外形 图6 SP8M3内部N沟道及P沟道参数 三、BD9884FV基本电路介绍三星32寸液晶屏采用了两块BD9884FV完成对16灯管背光灯的激励驱动,电路比较复杂,为了便于对三星32寸液晶屏16灯管背光灯高压驱动电路的理解,先介绍图7所示的采用一块BD9884FV构成的两灯管驱动电路的基本方案。 图7BD9884FV是具有两通道输出的驱动集成电路,图7方案

25、是两个通道分别点亮各自一只背光灯管的激励驱动原理图,两个通道均同时受16脚输入的on/off启动信号及1脚输入的PWM 亮度控制信号的控制。由26、27脚输出第一通道激励信号,23、24脚输出第二通道激励信号第一通道高压激励驱动;BD9884FV的26、27脚输出激励信号及Q1、Q2、T1、C1、CCFL1、R1组成第一通道激励驱动电路,18脚是该通道背光灯管工作状态取样反馈输入端,10脚是输出高压取样反馈输入端,起到输出电压异常和灯管工作异常时即进入停止激励输出的保护作用。电路特点;Q1、Q2为SP8M3功率输出模块,组成了全桥架构功率输出模式,等效电路图8所示(BD9884FV的设计是支持

26、半桥架构功率输出模式,在本电路中增加了Q507、Q508电路,使其具有支持全桥架构功率输出的功能,输出电路由T1、C1、CCFL1及R1组成一个低Q 值串联谐振电路。 图8工作过程;在液晶电视开机后24V电源即加于背光灯驱动电路板上,该电压直接加于Q1Q4功率输出模块,并经过降压稳压为6V后加到BD9884FV的28 脚作为VCC电压,此时CPU送来开机on/off信号进入16脚,BD9884FV内部振荡器开始工作产生100KHz方波信号送入调制器并和CPU来经过BD9884FV 1脚输入的PWM亮度控制信号进行调制、放大后由26、27脚输出激励信号加到全桥架构功率输出电路Q1、Q2的两只N沟

27、道MOS管的栅极(G1上,从图8等效电路中可以看到Q1、Q2中的四只MOS管组成了全桥架构的四个桥臂,由26、27脚输出激励信号,分别加到Q1和Q1功率模块的N沟道MOS管上,使其轮流导通,放大后的激励信号则经过L1流通,经过TI升压加到背光灯管并点亮灯管,TI的L3、C1 和CCFL1组成一个低Q值的串联谐振电路,谐振频率和激励振荡频率相同时,输出波形进行了正弦化的矫正,在CCFL1灯管点亮后,其T1的感抗和C1的容抗起到了灯管限流作用。R1为CCFL1灯管工作电流取样电阻,该电压反映了灯管的工作状态是否正常工作,当灯管工作异常,灯管电流产生变化在R1上产生的压降Ui也相应变化,该灯管工作电

28、流取样电压Ui 反馈到BD9884FV的18脚,控制振荡激励电路停止工作(在多灯管的液晶屏中当某一只灯管出现故障或启动性能有差异即会出现屏不能启动点亮的故障。T1的L2为输出电压过压、欠压取样绕组,取样电压Uv反馈到振荡、控制集成电路BD9884FV 的10脚,该取样电压Uv的变化反应点亮灯管高压输出的正常与否,当电路出现故障引起该电压出现异常时,由10脚内部的比较控制电路,控制振荡电路停止工作。高压变压器外形及接线图如图9所示。 图9第二通道高压激励驱动;23、24脚输出激励Q3、Q4、T2、C2、CCFL2、R2组成第二路通道系统,工作原理和第一路通道相同17脚为第二路通道的灯管电流取样输

29、入,13脚为输出电压取样输入。四、采用两块BD9884FV的16背光灯管驱动方案三星32寸液晶屏的高压驱动电路采用了两只BD9884FV支持16只背光灯管,每只BD9884FV支持8只背光灯管,如图10所示。在图10中可以看到BD9884FV的26、27脚输出通道同时激励两组全桥架构功率输出电路; Q1、Q2为一组,Q3、Q4为一组,这两组的激励输入端并联后接于. BD9884FV的26、27脚,一个BD9884FV输出激励通道支持两组率输出电路。再看图中由Q1 Q2组成的一路输出电路在输出端连接两只高压输出变压器,并支持两只背光灯管,这样每一路通道即可以支持4只背光灯管,一块BD9884FV

30、的两路通道即可以完成支持8只灯管。 图1016只背光灯管32寸液晶屏采用如图11所示的方案;用两块ND9884FV并联应用,采用一套控制信号控制,支持16只背光灯管点亮。在两块BD9884FV 16灯管支持方案中,要求两块BD9884FV的四通道输出激励输出信号的PWM调制脉冲,依次移相900,这样4组灯管则达到轮流断电、供电,使亮度更均匀,干扰最小,为了达到此目的,两块BD9884FV的通讯连接移相控制由在两块BD9884FV的2、3、4、5、6之间进行,使四通道输出的PWM调制信号的相位关系如图12所示。未完待续保护电路及故障维修 图11 图12TLM3277液晶电视背光灯驱动稳定保护电路

31、工作原理背光灯驱动电路向背光灯管供电并点亮背光灯管,要求液晶屏整个屏幕亮度均匀、稳定。在实际应用中,由于电源、灯管特性、温度等原因等的影响会造成发光亮度不稳定,此时要求背光灯高压驱动电路要有自动稳压、稳流功能。又由于液晶屏是多灯管点亮,当某只背光灯管异常损坏或者性能不良,该灯管不亮或亮度极低,液晶屏即出现亮度不均匀甚至出现暗区,这是不能允许的,此时要求背光灯高压驱动电路能进行保护性关机。为了解决上述问题,在背光灯高压驱动电路上设置了;自动检测输出电压、自动检测灯管电流,并稳定电压、电流的自动检测控制电路。当某只背光灯管异常损坏或者性能不良出现暗区时,有故障的灯管会无电流或电流极小,此时背光灯高

32、压驱动电路设置检测控制电路,检测灯管异常电流,并控制整个背光灯高压驱动电路停止工作(黑屏,等待检修的。图1 所示是该背光灯驱动电路的电压、电流稳定控制及自动检测保护电路的示意图。【郝铭原创作品请勿转载请勿链接】图中,高压变压器的L3是输出电压的取样绕组、电阻R是灯管电流取样电阻。L3的取样电压经过电压反馈电路加到BD9884FV的电压反馈输入引脚10,R上的取样电压Ui(经D502、C1整流滤波,反映灯管工作电流大小经过电流反馈电路加到BD9884FV的电流反馈输入引脚9,这两路反馈电压进入BD9884FV后,和引脚1来的亮度工作PWM信号一起加到PWM亮度调制电路,完成亮度控制及亮度稳定的作

33、用。同时R上的取样电压进入比较控制电路IC502和基准电压进行比较,当灯管衰老、损坏时取样电压大幅变化,比较控制电路动作输出控制电压进入BD9884FV的引脚17,使振荡器停止工作整个电路停止工作。 图1 图2具体电原理图如图2所示,一.电压、电流反馈电路;(第一通道工作原理;电压反馈电路;TI的L2、R553、R554、D510、BD9884FV的10脚组成电压反馈电路。工作时由于某些原因造成输出电压幅度变化不稳定时,L2输出的电压Uv即相应的变化不稳定,该电压经过R553、R554分压取样后经D510加到BD9884FV的10脚电压反馈控制输入端。电流反馈电路;R1、D502、C1、R53

34、7、R538、BD9884FV的9脚组成电流反馈电路。当灯管在点亮后由于温度的变化等原因引起电流变化造成亮度不稳定时,变化的电流在取样电阻上的压降Ui也随之变化,经D502、C1整流滤波后该电压经过R537、R538分压取样后经D502加到BD9884FV的9脚电流反馈输入端。电压和电流反馈电路的把反馈信号输入后进入BD9884FV内部的调制电路和和经由1脚送来的PWM亮度控制信号,在调制电路中共同作用完成亮度控制和对灯管的电压、电流稳定性控制。二.灯管电流异常保护控制电路;(第一通道由取样电路、基准比较电路及控制输出两部分组成。工作原理;取样电路;由Q105、R540、D530组成,取样电压

35、仍取自Ui。灯管工作正常时,Ui流入Q105的基极,Q105的集电极电流Ic上升,并饱和导通,集电极电压Uc下降约为零,此时D530截止。当灯管损坏或衰老,Ui很小甚至无电压,此时Q105的集电极电流Ic下降到很小甚至无电流,则集电极电压Uc上升,当上升电压大于IC502引脚2电压时D530导通,此电压经过D530加于基准比较电路IC502的输入引脚2上。基准比较电路;电路采用了一块比较器集成电路IC502(10393,控制精度高,且控制门槛可调,等效电路图3所示。IC502 的引脚3是基准电压输入端,引脚2是电流取样电压输入端。引脚1是控制信号输出端,R571、R572的分压比决定了基准电压

36、的设置(门槛大小。【郝铭原创作品请勿转载请勿链接】 图3比较器的工作条件;当引脚3为高电平,引脚2为低电平时输出引脚1为高电平。当引脚3为低电平引脚2为高电平时输出引脚1为低电平。在正常工作时;由于取样电路送来的是低电平(电压小于1V加于IC502的引脚2,引脚3的电压由R571、R572(10K分压设置为3V,引脚2电压小于引脚3电压,此时引脚1为高电平输出。在背光灯管损坏时,取样电路送来的时高电平(约6V,引脚2电压大于引脚3电压,此时引脚1为低电平输出。控制输出部分;IC501 BD9884FV的引脚17为保护控制输入端,连接受控于IC502的控制输出引脚1, BD9884FV正常工作引

37、脚17电压为11.5V(由R529、R530设定,当背光灯管出现故障, IC502引脚1为低电平,把17脚的电压下拉为小于1V的低电平,经过IC501 BD9884FV内部的控制,停止振荡及激励输出。由于大屏幕液晶屏是多灯管方式,所以在电路上每一个灯管均设一个取样电路,多个取样电路的输出端经过隔离二极管(D530、D830接在一个基准比较电路的控制端(IC502的引脚2,多个灯管在工作时,只要有任一个灯管工作异常,其升高的Uc即会通过隔离二极管加于基准比较电路上,保护电路即会动作如图四所示。 图4以上介绍第一通道的原理,其它通道原理相同。振荡控制电路振荡控制电路主要包括振荡器、调制器、激励输出

38、、保护控制电路,位于背光板的输入控制接口和功率放大电路之间,其主要功能如下。接受CPU的控制指令(ON/OFF,产生高频振荡信号。接受CPU送来的亮度控制信号(PWM,对高频振荡进行PWM调制。把PWM调制信号放大并输出。接受输出电路反馈来的电压、电流取样信号,进行保护控制。振荡控制电路是背光板部分的前端电路,功率小、电路复杂,电路功能较多。为了液晶屏生产厂家为了便于配套,这部分电路均采用一块集成了上述功能的集成电路。目前,市场上有很多此类背光板前端集成电路提供。这些集成电路都是考虑到不同的屏幕尺寸、不同的电路形式、不同的控制方式及不同的供电电压精心设计的,功能齐全、稳定可靠。采用这种集成电路

39、的背光板,功能强大、外电路简单、成本下降,故障率也减小很多。图5.1是一个采用6只CCFL灯管的26寸液晶屏背光板,图5.2是一个采用EEFL灯管的32寸液晶屏背光板。可以看出,振荡控制集成电路只占了极小的位置,整个电路板非常简洁、工整,维修也极其方便。 图5.1 图5.2目前比较常见的、背光板上应用较多的振荡控制集成电路有以下几种。美国仙童(FAIRCHILD公司的FAN7316、FAN7317、FAN7313等。微科(MICRO公司的OZ960、OZ964、OZ9910、OZ9925、OZ9938等。硕颉(Bitek公司的BIT3101、BIT3109、BIT3105、BIT3106等。M

40、SP(Mstart公司的MP1026、MP1029、MP1038等。罗姆(Rohm公司的BD9883、BD9884、BD9886等。还有很多集成电路的型号不胜枚举。对于维修人员来说,把这些集成电路的资料收集起来,了解各集成电路的引脚功能,对背光板维修的帮助极大。5.1典型振荡控制集成电路的工作流程图5.3是一块典型振荡控制集成电路的内部框图。CPU送来的控制信号由ENA(使能控制引脚输入,经过启动电路控制,振荡器开始工作。启动电路有一个SS(软启动引脚,外接一只启动延迟电容,以实现软启动。振荡器(OSC启动后,振荡频率由RT、CT引脚外接的电阻R和电容C的时间常数决定,内部的基准电压(REF向

41、电阻R和电容C提供充放电的基准电压。 图5.3振荡器产生CCFL灯管工作所需的40100kHz的高频振荡等幅信号,送入PWM调制电路; CPU送来的PWM亮度控制信号(有的CPU送来的是直流亮度控制信号,经PWM引脚也送入PWM调制电路。在调制电路内部,PWM亮度控制信号对振荡器送来的高频等幅振荡信号进行PWM调制(幅度调制,产生断续的高频振荡信号,经过相位控制、激励输出,产生多路适应不同N沟道及P沟道MOS管激励信号,由N-OUT1、P-OUT1、N- OUT2、P-OUT2引脚输出。背光板高压输出部分的电压取样反馈信号由OVP引脚输入,CCFL灯管的工作电流取样信号由FB引脚输入及多灯管屏

42、的背光灯管断路取样信号由OLP 引脚输入。这些取样信号进入集成电路后,和集成电路内部设定的电压基准电平(阈值和电流基准电平(阈值进行比较,在高压输出或CCFL灯管出现异常时输出一个误差控制电压,经过保护延迟电路,控制调制电路送往激励输出电路的信号;切断信号的输出,功率放大电路停止工作,进入保护状态。(注:FB反馈的背光灯管工作电流取样信号,在集成电路内部还参与到PWM调制电路进行亮度控制;当背光灯管出现亮度不稳定时;反映亮度的电流反馈信号也不稳定;进入FB端参与亮度控制的调制;使亮度控制调制相应变化达到稳定亮度的目的在这个保护控制过程中,保护电路并不是在电路异常时立即切断输出、停止工作,而是延

43、迟一段时间再停止工作。CTIMR引脚外接电容用于设定延迟时间,改变其容量大小即可改变延迟时间长短,一般设定为1秒钟左右(这和普通电源电路的保护截然不同,普通电源要求出现异常时保护越快越好。延迟保护的目的在于,背光板的负载是气体放电的荧光灯管,这类灯管的启动有一个滞后的过程(就像我们打开日光灯一样:开关打开的瞬间,日光灯并不是马上亮,多个日光灯管也并不是同时亮;特别是气温低的时候,点亮滞后现象更加严重。一旦打开液晶电视机的电源,相关电路即开始工作,背光板的取样保护电路也立即开始工作。由于开机瞬间CCFL灯管的延迟作用,灯管没有电流。此时,输出电压没有负载,电压高出正常值许多,过压保护电路会出现误

44、动作;由于CCFL灯管没有电流流过,电流取样电路没有取样输出,灯管断路保护电路也会误判断灯管开路损坏,从而使保护电路出现误判断。因此,保护控制电路设计了一个保护延迟,给气体放电灯管留出启动的时间(约1秒钟,等灯管正常点亮后,再进行正常工作。以上只是一个典型集成电路内部框图工作流程的简介。我们能接触到的此类集成电路,虽然型号不同,但其内部主要电路的工作流程和原理基本相同。由于此类集成电路的生产厂家很多,为适用于不同的液晶屏(屏的尺寸、屏的生产厂家,其功能、种类也很多,集成电路的引脚定义、引脚功能、引脚数量、激励信号输出方式(单灯管激励、多灯管激励、全桥激励、半桥激励、推挽激励也均不相同;对于保护

45、控制电路来说,不同厂家的背光板,其保护电路的取样方式(特别是多灯管断路取样、取样电压的极性也不尽相同。所以,要掌握各种背光板电路的原理及维修方法,首先应该掌握基本电路的分析能力。当然,由于新技术、新电路的不断推出,新型集成电路也不断推陈出新,收集大量的集成电路资料,了解其功能、引脚定义、应用方法也是非常重要的。5.2振荡器振荡器主要受控于振荡启动电路和振荡频率控制电路,如图5.4所示。CPU送来的ON/OFF信号经ENA引脚进入集成电路内部的启动电路,软启动电路控制振荡电路开始工作。ENA(Enable的含义是“使能”,就是允许的意思,即允许启动或允许停止。“SS”(Soft start是软启

46、动的意思(改变此引脚外接电容器的容量大小,即可改变软启动的时间,软启动的目的是使后级输出在开机的瞬间不至于产生电压的突变,减少对后级电路元件及CCFL灯管的冲击。 点亮CCFL灯管所需的高频高压交流电频率为40100kHz(一般为60kHz左右,频率高有利于背光灯管的启动,对于频率精度的要求并不高,所以现在的背光板电路振荡器一般采用与非门多谐振荡器。与非门多谐振荡器的等效电路如图5.5所示,F1和F2是两个反向器,R T、C T是振荡频率的定时元件,各部分的振荡波形如图5.6所示。该振荡器输出方形波,也正好符合要求。作为集成电路,该振荡器的频率、幅度、温度的稳定性仍然是很高的,是非常优秀的背光

47、板驱动信号源,并且频率可人为设置(改变R T、C T的值就可以改变振荡频率、外电路简单。图5.4所示集成电路中设置有基准电压REF,由V CC降压稳压形成,向振荡定时元件R T和C T提供充放电的基准电压,电压大小直接影响频率的高低,电压的稳定性也直接影响频率的稳定性。一般集成电路基准电压的稳定性极高,一般在2.55V范围内(不同集成电路的值不同,而其他部分的基准电压也取自REF基准电压,例如保护控制电路比较器的基准电压。 图5.5 图5.6虽然CCFL灯管对频率精度没有太严格的要求,但其设置应等于背光板高压输出正弦波形成电路的谐振频率,这样该背光板才会有最大功率的输出加到CCFL灯管上。这些

48、都是在背光板出厂前调试、设置好的,维修时不可以随意改变;否则,将会引起输出功率的下降,缩短CCFL灯管的使用寿命。5.3 调制器调制器是背光板的亮度控制电路,具有两个输入端和一个输出端,如图5.4所示。其中,一个输入端输入的是CPU送来的亮度控制信号(PWM脉冲,一般是100200Hz的占空比受CPU控制的方波;另一个输入端输入的是振荡器送来的高频等幅波信号。在调制器中, PWM亮度控制信号对振荡器送来的高频等幅波信号进行幅度调制:当PWM脉冲波为正时,调制器有高频等幅波输出;当PWM脉冲波为负时,调制器没有高频等幅波输出。这样,调制器的输出就形成了和PWM信号正半周宽度对应的高频等幅脉冲串,

49、如图5.7所示,CPU 只要控制PWM信号的占空比,即可改变脉冲串的宽度,从而达到控制亮度的目的。 图5.7调制是一个很简单的过程,等效电路如图5.8所示。Q是一个普通的NPN型晶体三极管,电路是共发射极形式。振荡电路送来的高频等幅波及CPU送来的PWM亮度控制信号都同时加到Q的基极,调制后的信号由Q的集电极输出。三极管Q没有设置偏置电路,调制原理如下。从电路中可以看出,高频等幅波经电容器C加到Q的基极,经放大后输出;亮度控制PWM 信号直接加到基极,PWM信号就是三极管Q的偏置电压。t0t1时段,PWM信号为正,三极管Q正偏而具有正常的放大能力,集电极输出放大后的高频等幅波信号。t1t2时段

50、,PWM信号为负,三极管Q反偏而不具备输出能力,集电极没有高频等幅波信号输出。于是,三极管Q的集电极输出一串断续的高频振荡波群,每个高频波群的宽度正比于PWM 信号的正半周,并随PWN信号正半周宽度的变化而变化。当CPU改变PWM亮度控制信号的占空比时,输出高频振荡波群的宽度也相应改变,从而达到控制亮度的目的;采用不同占空比的PWM亮度控制信号,断续高频振荡波包络宽度也不同,如图5.9所示。 图5.8高频等幅波经过PWM调制后,脉冲包络的前沿和后沿(上升沿和脉冲下降沿不能是瞬变的过程(否则会严重缩短CCFL灯管寿命,必须是缓变的过程,如图5.10所示。处理的方法是,在输出电路适当施加积分处理(

51、图5.8所示虚线框,改变脉冲包络的前沿和后沿的波形(当然,具体电路是要复杂得多。 图 5.9 图5.10另外,有的背光板前端CPU送来的亮度控制信号是线性变化的直流信号,依靠电压变化的大小,控制调制器输出脉冲串的宽度随线性电压大小的变化而变化。这类用线性电压控制亮度的调制电路,在线性电压进入调制电路之前有一个专门的A/D变换电路,把线性电压转换成PWM信号,再进入调制电路进行调制。变线性直流电压为PWM信号的电路,由三角波发生器、比较器等组成,如图5.11所示。 图5.115.4 激励输出电路调制电路输出的高频等幅波是一个具有一定频率、相位单一的信号,而激励全桥功率放大电路正常工作需要相位不同

52、、直流电平不同的信号。激励输出电路的功能就是要把调制电路输出的高频等幅波进行分相及多路输出处理,以适应N沟道及P沟道MOS管组成的桥式电路对激励信号相位及直流分量的要求。图5.12 是一组全桥功率放大电路和激励输出电路连接的等效电路。 图5.12一组全桥电路需要四路激励输入信号:Q1、Q2需要相位相同、直流分量不同的两路信号, Q3、Q4也需要相位相同、直流分量不同的两路信号;Q1、Q2的输入信号和Q3、Q4的输入信号彼此反相180°。这个信号分配及反相的过程是在集成电路内部完成。图5.13是信号分配及反相的简单流程图。由调制电路来的信号,经相位控制电路分相变为彼此反相180

53、6;的两路信号,分别送入两组激励输出电路。其中,上激励输出电路输出的是N-OUT1及P-OUT1,支持全桥电路的一对互补MOS管;下激励输出电路输出的是N-OUT2及P-OUT2,支持全桥电路的另一对互补MOS管,完成全桥功率放大的激励任务。激励输出电路的输出端一般与全桥电路功率放大电路的MOS管的栅极直接相连,其输出端实际是一个灌流输出电路。激励输出电路从框图上看似简单,实际上包含放大、信号分配、信号直流分量设置、灌流输出等,电路非常复杂。好在这些功能全部在集成电路内部完成,我们只要理解、掌握输出引脚的波形相位及直流分量并正确应用就可以了。 图5.13图5.12中,四路激励信号(N-OUT1

54、、P-OUT1、N-OUT2、P-OUT2激励一组全桥功率放大电路。其中,N-OUT是N沟道MOS管的激励信号,P-OUT是P沟道MOS管的激励信号; N-OUT1和P-OUT1的相位、振幅完全一样,但所含的直流份量不同,正好可以激励一对互补单端功率放大电路;N-OUT2和P-OUT2的相位、振幅也完全一样,也可以激励一对互补单端功率放大电路;N-OUT1、P-OUT1的相位和N-OUT2、P-OUT2的相位正好反相。对于多灯管的驱动,可以把多个全桥功率放大电路的输入端并联,同时接到这个激励输出电路的输出端,如图5.14所示。在实际的应用中,一块这样的激励输出集成电路可以驱动四组全桥功率放大电

55、路,每组全桥功率放大电路又可以驱动两只高压升压变压器(两只变压器初级并联,即每只这样的激励输出电路可以点亮8只CCFL灯管。不同的桥式功率放大电路(半桥或全桥所需的激励信号是不同的,不同生产厂家生产的集成电路也有半桥激励、全桥激励、推挽激励(已不多见之分。其中,全桥电路需要四路激励信号,半桥电路只需要两路激励信号。显然,全桥激励电路要比半桥激励电路更复杂些。5.5 把支持半桥功率放大电路的振荡控制集成电路用作全桥驱动具体应用中,也可以把支持全桥功率放大电路的振荡控制集成电路用作半桥驱动,只选用其一半的输出引脚即可,也不需作其他修改,不过有点大材小用罢了;也可以把支持半桥功率放大电路的振荡控制集

56、成电路用作全桥驱动,但外电路需要作一些改变,增加一个倒相电路。 图5.14 韩国三星公司采用的支持半桥功率输出的振荡控制集成电路BD9884FV(2ch Half Bridge如图5.15所示,通过对其外围电路的巧妙修改,驱动两路半桥功率放大电路的BD9884FV可以支持两路全桥功率放大电路工作。BD9884FV是罗姆公司生产的背光板振荡控制集成电路之一,可以支持两路半桥功率放大电路:23脚、24脚支持一路,引脚26、27支持一路。其中,23脚(P2支持P沟道MOS管, 24脚(N2支持N沟道MOS管,这两个引脚输出信号的相位相同、直流分量不同,可以支持一组半桥功率放大电路;26脚(N1支持N

57、沟道MOS管,27脚(P1支持P沟道MOS管,这两个引脚输出信号的相位相同、直流分量不同,可以支持另一组半桥功率放大电路。图5.15在26脚、27脚增加了倒相电路及直流偏置电路,从而可以支持一组全桥功率放大电路,现分析如下。罗姆公司提供的相关资料显示,26脚、27脚输出信号是同相位关系。支持一组全桥功率放大电路需要两对(4路反相信号,要用26脚、27脚支持一组全桥功率放大电路就必须产生一组反相信号并解决N、P沟道MOS管的栅极电位差问题,这两点图5.15所电路都做到了。27脚输出的负信号,经过Q107、Q108组成的倒相电路(共发射极互补电路,其特点之一就是输入信号和输出信号是反相关系,信号由

58、负转变为正。该正信号经过电阻R147(此时, R147及D105分别是N沟道MOS管Q2灌流电路的充电限流电阻及放电二极管加到全桥电路的Q2的栅极,Q2 导通(在此,Q107、Q108又相当于Q2的灌流管;同时,正信号经过电容C122(容量较大,约50000pf、电阻R146 (此时,R146及D106分别是P沟道MOS 管Q1灌流电路的充电限流电阻及放电二极管加到Q1的栅极,Q1反偏截止。激励信号通过C122耦合到Q1的栅极,因而失去了直流分量,Q1由DZ104、R145提供偏置。DZ104是稳压管,其稳压值就是Q1栅极偏置电压值(恢复了信号的直流分量。R145是Q1栅极灌流放电的通路。26脚输出的负信号,直接通过电阻R