液晶彩电高压板电路构成方案揭秘一

2012-10-17 15:32:24来源: 互联网 关键字:液晶  彩电  高压板电路

高压板电路(逆变器)是一种DC-AC(直流-交流)变换器,它的工作过程就是开关电源工作的逆变过程。开关电源的作用是将市电电网的交流电压转变为稳定的Vcc电压(12V或24V),而高压板电路正好相反,它是将开关电源输出的Vcc电压(12V或24V)转变为高频(40~80kHz)的高压(600~800V)交流电

  高压板电路的种类较多,根据驱动电路的不同,主要有以下几种构成方案。

  一、 "PWM控制芯片+Royer结构驱动电路"构成方案

  1."PWM控制芯片+Royer结构驱动电路"构成方案的基本结构形式

  图1所示是"PWM控制芯片+Royer结构驱动电路"构成方案的基本结构形式。

  从图中可以看出,该高压板电路主要由驱动控制电路(振荡器、调制器)、直流变换电路、Royer结构驱动电路、电压和电流检测电路、CCFL等组成。在实际的高压板中,常将振荡器、调制器、保护电路集成在一起,组成一块小型集成电路,一般称为PWM控制芯片。

  图1中的ON/OFF为振荡器启动/停止控制信号输入端。该控制信号来自主板微控制器(MCU),当液晶彩电由待机状态转为正常工作状态后,MCU向振荡器送出启动工作信号(高/低电平变化信号),振荡器接收到信号后开始工作,产生频率40~80kHz的振荡信号送入调制器,在调制器内部与MCU部分送来的PWM亮度调整信号进行调制后,输出PWM激励脉冲信号,送往直流变换电路,使直流变换电路产生可控的直流电压,为Royer结构的驱动电路功率管供电。功率管及外围电容c1和变压器绕组L1(相当于电感)组成自激振荡电路,产生的振荡信号经功率放大和升压变压器升压耦合,输出高频交流高压,点亮背光灯管。

  

图1

 

  图1"PWM控制芯片+Royer结构驱动电路"构成方案的基本结构形式。

  为了保护灯管,需要设置过电流和过电压保护电路。过电流保护检测信号从串联在背光灯管上的取样电阻R上取得,输送到驱动控制芯片。过电压保护检测信号由从L3上取得,也输送到驱动控制芯片,当输出电压及背光灯管工作电流出现异常时,驱动控制芯片控制调制器停止输出,从而起到保护的作用。

  当调节亮度时,亮度控制信号加到驱动控制芯片,通过改变驱动控制芯片输出的PWM脉冲的占空比,进而改变直流变换器输出的直流电压大小,也就改变了加在驱动输出管上的电压大小,即改变了自激振荡的振荡幅度,从而使升压变压器输出的信号幅度、CCFL两端的高压幅度发生变化,达到调节亮度的目的。

  该电路只能驱动一只背光灯管,由于背光灯管不能并联和串联应用,所以,若需要驱动多只背光灯管,必须由相应的多个升压变压器输出电路及相适配的激励电路来驱动。

  2.实际电路分析

  采用"PWM控制芯片+Royer结构驱动电路" 的高压板电路中,PWM控制Ic主要采用TL1451、BA9741、BA9743、SP9741、BI3101、BI3102、TL494、KA7500等。下面以"TL1451+Royer结构驱动电路"高压板电路为例进行介绍,有关电路如图2所示。

  

 

  图2 "TL1451+Royer结构驱动电路"高压板电路

  TL1451是一个PWM控制芯片,在开关电源、逆变电路中有着广泛的应用,该芯片由基准电源、振荡器、误差放大器、定时器和PWM比较器等部分组成,利用TL1451可以组成各种开关电源和控制系统,不仅能使开关电源和控制系统简化,容易维修,成本降低,更重要的是能降低系统的故障率,提高系统设备运行的可靠性。

TL1451为双通道驱动控制电路,可输出两路PWM控制脉冲,分别两路驱动电路进行控制,每路驱动电路均可驱动两只CCFL工作。TL1451适应电源电压范围宽,可以在3.6~40V的单电源下工作,具有短路和低电压误动作保护电路。TL1451内部电路框图如图3所示,引脚功能见表1.另外, 与TL1451内部电路和引脚功能基本一致的芯片还有BA9741、SP9741等。

  

 

  图3 TL1451内部电路框图

  表1 TL1451引脚功能

  

 

  (1)控制电路

  控制电路由PWM控制芯片U201(TL1451)及其外围元器件组成。

  在需要点亮灯管时,微控制器输出的ON/OFF信号为高电平,控制晶体管Q201、Q202导通,于是,由开关电源产生的12V直流电压经导通的Q202加到U201(TL1451)的供电端9脚,TL1451得电后,其内部基准电压源先工作,输出2.5V的基准电压,该基准电压不但供给TL1451片内电路,还通过16脚输出,供给片外部电路作基准电压。然后,TL1451启动内部振荡电路开始工作,振荡频率由1、2脚外接的定时电阻R204、定时电容C208的大小决定。振荡电路工作后,产生振荡脉冲,加到PWM比较器1和PWM比较器2,经过变换整形后从7、10脚输出PWM脉冲,去两路DC-DC变换电路。

  (2)直流变换电路

  直流变换电路共两路,分别由Q205、Q207、Q203、D201、L201和Q206、Q208、Q204、D202、L202组成,其作用是将输入的12V直流电压变换为可控的直流电压,为功率输出管(Q209、Q210和Q211、Q212)供电。由于两路的工作原理相同,下面只分析其中一路(TL1451的10脚输出的那一路)的工作情况。

  U201(TL1451)的10脚输出的PWM激励脉冲,经Q205、Q207组成的图腾柱电路推挽放大,R216、C211耦合,加到P沟道场效应开关管Q203的栅极,使开关管Q203工作在开关状态。Q203导通时,12v电压经场效应管Q203的S、D极,电感L201,升压变压器PT201的4~5和4~2绕组分别加到功率输出管Q209、Q210的集电极,为Q209、Q210供电;Q203截止期间,由于电感中的电流不能突变,所以L201通过自感产生右正、左负的脉冲电压。于是,L201右端正的电压经PT201的4~5和4~2绕组、输出管Q209或Q210的ce结、续流二极管D201、L201左端构成放电回路,释放能量,继续为输出管Q209、Q210供电。

  从以上分析可以看出,这是一个开关降压型DC-DC变换器

  (3)驱动电路

  驱动电路(共两路)用于产生符合要求要交流高压,驱动CCFL工作,主要由驱动输出管(Q209、Q210和Q211、Q212)、升压变压器(PT201和PT202)等组成,下面以其中的一路(Q209、Q210、RT201)为例进行介绍。

  从图2中可以看出,由Q209、Q210、RT201等元器件组成的电路是一个典型Royer结构的驱动电路,即自激式多谐振动振荡器。电路靠变压器一次侧、反馈绕组同名端的正确连接来满足自激振荡的相位条件,即满足正反馈条件。而振幅条件的满足,首先靠合理选择电路参数,使放大器建立合适的静态工作点,其次是改变反馈绕组的匝数,或它与一次绕组之间的耦合程度,以得到足够强的反馈量。稳幅作用是利用晶体管的非线性来实现的。

  由自激式振荡电路产生的正弦波电压,经变压器PT201感生出高压,通过C215、C216及接插件CN202给CCFL供电。因为变压器耦合自激振荡电路振荡波形为标准的正弦波,恰好适合CCFL的供电要求,因此可以简化末级电路的设计。

  (4)亮度调节电路

  U201(TL1451)的4脚、13脚为亮度控制端,由于这两路控制信号的控制过程相同,下面只以13脚的亮度控制信号为例进行分析。

  当需要调节亮度时,由微控制器输出的DIM控制脉冲发生变化→经R201、C203低通滤波后产生的直流电压发生变化→TL1451的13脚电压发生变化→TL1451的10脚输出脉冲的占空比发生变化→Q205、Q207的基极电压发生变化→Q203的栅极电压发生变化→Q203输出的供电电压发生变化→Q209、Q210振荡的幅度发生变化→PT201输出的高压发生变化→CCFL两端的电压发生变化,从而达到调节亮度的目的。

  (5)保护电路

  ①过电压保护电路:当某种意外原因造成Q203输出的电压过高时,稳压管D203击穿,经R220、R222分压, 使加到TL1451的11脚电压上升,通过内部电路控制10脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。

  同理,当某种意外原因造成Q204输出的电压过高时,稳压管D204击穿,经R221、R223分压,使加到TL1451的6脚电压上升,通过内部电路控制7脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。

  ②欠电压保护电路:当系统刚上电或意外原因使TL1451供电电压不足3.6V时,其输出驱动晶体管很可能因为导通不良而损坏,因此,TL1451内部设置了欠电压保护电路(UVLO)。

  欠电压保护电路启动后,将切断7脚、10脚输出的PWM脉冲,从而达到保护的目的。

  ③过电流保护电路:过电流保护电路用来保护CCFL不致因电流过大而老化或损坏,下面以CN202一路为例进行说明。PT201产生的高压经过CN202所接的CCFL后,将在R236两端产生随工作电流变化的交流电压,电流越大,R236两端电压越高,此电压经过D207整流,R240、C221滤波后,加到TL1451的14脚;若CCFL的工作电流过大,会使14脚电压升高很多,当达到一定值时,经TL1451内部处理,会控制10脚停止输出PWM脉冲,从而达到保护的目的。

④平衡保护电路:TL1451的5脚、12脚内部有一个电压比较器,电压比较器具有两个同相输入端和一个反相输入端,反相输入端电压为基准电压(2.5V)的一半(1.25V),两个同相输入端分别和误差放大器1和误差放大器2的输出端相连。因此,电压比较器能够检测出两个误差放大器输出电压的大小,只要其中一个高于基准电压的一半(1.25V)时,电压比较器的输出即为高电平,该输出电压触发定时回路,从而使基准电压通过15脚向电容C207充电。当C207的电压达到

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