TCL王牌LCD3026H/S液晶电视电源工作原理分析

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TCL王牌LCD3026H/S液晶电视电源工作原理分析
机型名称

  LCD3026H/S是TCL公司2004年底推出的两款30英寸液晶电视,这两款机型视频处理采用TCL-Genesis(捷尼)联合开发的DDHDTM数字高清芯片。电源采用飞宏电子生产的同步整流方式电源转换器,具有转换效率高、发热量低、性能稳定可靠、PCB面积小等优点。国产长虹、康佳等同类机型普遍采用该电源。

  1、电源电路的组成及工作原理

    飞宏电源采用ICE1PCS01+2×NCP1207组合芯片方案,ICE1PCS01构成前级有源功率因数校正电路,其中两片NCP1207分别构成+12V和+24V开关电源,这两组电源都引入了同步整流技术。

  (1)有源功率因数校正电路(如附图所示)

     1)PEC控制器ICE1PCS01  ICE1PCS01芯片集成有基准电压源、可变频率振荡器(50kHz~250kHz)、斜波发生器、PWM比较器、RS锁存器、非线性增益控制、电流控制环、电压控制环、驱动级、电源软启动、输入交流电压欠压、输出电压欠压和过压、峰值电流限制及欠压锁定等功能。它采用8脚P-DIP塑封形式。各引脚功能见附表。

脚号 符号 功能 1 GND 地 2 I COMP 电流控制环频率补偿端 3 I SENSE 电感电流检测输入 4 FREQ DSC频率设置端,外接定时电阻决定OSC工作频率 5 V COMP 电压控制环频率补偿端 6 V SENSE 升压输出电压采样输入 7 VCC 内部控制电路供电,欠压锁定值10.5V 8 GATE 驱动脉冲输出,内部为图腾柱(推拉)结构

  2)APEC电路工作原理    ICE1PCS01⑦脚VCC端内设电压监视电路,电源启动条件是Vcc电压大于11.2V,同时⑥脚VISENSE端电压大于0.8V;在APFC未进入工作之前,②脚电压由开关电源反馈绕组产生15V直流电压,经Q3、Q4构成的直流稳压电路提供;⑥脚VIESNSE初始电压由整流直流电压通过电阻网络分压提供。上述两个条件任缺其一,ICE1PCS01不能工作。

  合上电源开关,市电由CA/NF1、C4/NF2构成的两级共模滤波器滤波和BD1-C整流滤波,产生280V直流电压经L1分为两路:一路加到MOSFET开关管01漏极,另一路经D1(R7+R7A+R7B)和R8分压后加到IC1⑥脚;开关电源(非受控电源)产生的15V直流电压经Q3、Q4组成的电路稳压加到IC1⑦脚给外接电容C51充电。当C51的电压上升到11.5V时,控制电路进入软启动模式,内部一个10.8μA的电流给IC1⑤脚外接补偿网络中的电容恒流充电,使该脚电位线性增高,输入电感电流幅度随之线性增大,只要APFC输出电压达到额定平均值的80%,软启动结束,电源进入正常PWM激励方式。

  APFC输出电压稳压控制调整过程如下;VBOOST直流电压由(R7+R7A+R7B)和R8分压采样加到IC1⑥脚内DTA1反相输入端,与同相输入端5V基准电压比较,产生误差电压通过⑤脚外接RC网络进行频率补偿和增益控制,并输出信号控制斜波发生器对内置电容充电,调整IC1⑧脚驱动脉冲占空比。

  如果某种原因使VBOOST直流电压下降,⑥脚反馈电压就会减小,集成块内部非线性增益处理器会促使锯齿波电压上升到同相输入端基准电压的速度加快,RS锁存器Q端就会提前输出高电平,即在恒定周期内IC1⑧脚输出驱动方波占空比增大,升压电感L1中存储能量增加,VOOST电压上升至380V不变。

  3)APFC电路的保护功能

    A、输入交流电压欠压保护:当输入交流电压低于下限85V时,为了提供额定功率,IC1会通过⑥脚的电压控制环来增大升压电感L1中的输人电流,但这一来有可能超出MOSFET开关管漏极电流极限值IMD。当IC1③脚输入检测电压因电流增大VISENSE=-0.6V时,控制开关S2接通,IC2②脚电位上升到4.0V,⑧脚输出驱动脉冲占空比迅速减小,控制IC1内电路转换到待机模式执行输入交流电压欠压保护。

  B、输出直流电压欠压和过压保护:IC1⑥脚检测出采样电压加到内部电压比较器的同相输入端,与反相输入端2.5V基准电压比较;若APF2输出电压下降到额定值的一半,即380/2=190V,分压加到⑥脚反馈电压小于2.5V,IC内部自动转换到待机模式。IC1⑥脚内还有一个电压比较器C3用于掉电保护,C3同相输入端加有0.8V门限基准电压,IC1⑥脚输入VISENSE<0.8V,则通过保护逻辑关闭LC的大部分电路,直到该脚电位上升到0.8V,电源才能重新启动工作。

  IC1⑥脚内设置的窗口检测器则用于输出电压过压(()VP)保护。如果APF2输出VBOOST电压超出额定值380V的5%,电阻网络分压反馈到IC1⑥脚的VISENSE电压会超出门限上值5.25V,窗口控制检测器触发S1开关导通,非线性增益控制电路的误差电压被下拉至低电平,迫使斜波发生器停止充电,驱动级通道关闭,MOSFET开关管截止。

  C、峰值电流限制保护:反馈到IC1③脚电压达-1.0V时,加到电流比较器同相端电压会超出反相端1.5V基准阀值,比较器翻转输出高电平,使暂态延时电路消隐(防干扰尖脉冲误触发)触发RS锁存器关闭驱动通道,迫使IC1⑧脚输出低电平使MOSFET开关管Q1截止。

  D、欠压锁定与待机:IC1⑦脚内部设计有UVLO电路,如果加到⑦脚Vcc电压下降到10.5V以下,UVLO电路就被激活,关断基准电压源,直到该脚电压上升至11.2V电源才能重新启动。利用UVLO锁定功能,借助⑦脚外接Q3、Q4组成的控制电路,在待机时将IC1⑦脚Vcc电压下拉成10.5V以下,就可以关断有源功率校正电路,降低待机功耗。


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  (2)12V开关电源电路

     12V开关电源电路原理如上图所示。其中,NCP1207是安森美生产的电流模式单端PWM控制器,它以QRC准谐振和频率软折弯为主要特点。QRC的操作可以使MOSFET功率管在漏极电压最小时导通:在电路输出功率减小时,可以在不变的峰值电流上降低其工作频率,因此能够省去常规外接待机控制电路。通过QRC操作和频率软折弯特性配合,可以实现电源最低开关损耗,提高DC-DC变换频率。

  NCP1207内部电路框图如中图所示,芯片集成的功能有:

  7.0mA的高压电流源、基准电压源、跳周期比较器,可变频率时钟电路。电流检测比较器,RS锁存器、驱动级、过压保护、过流保护和过载保护等。它采用与8脚PDIP塑封形式,各引脚功能见附表。

脚号 符号 功能 1 Dema g

初级零电流检测和过电压保护输入端

2 FB

电压反馈输入,外接光电耦合器

3 CS

电流检测输入识别和间隔周期确定

4 GND

内部控制电路接地

5 DRI VE

PWM驱动脉冲输出

6 VCC

内部控制电路供电,典型值15V

7 NC

空脚,用于增大HV与VCC间绝缘强度

8 HV

高压启动端,内设有7mA高压电流源

  1)工作原理接通电源开关。

    交流220V电压经两级共模滤波和整流滤波得到的280V电压通过开关变压器T1①一③绕组加到MOSFET‘开关管Q2漏极;共模滤波交流电源由R70、R11限流和D8整流直接加到:NCPl207(IC2)⑧脚HV端。集成块内部高压电流源产生的7.0mA电流通过内部给IC2⑥脚外接电容C16充电,当充电电压上升到12V时,基准电压源启动为控制电路提供偏置,时钟电路触发RS锁存器输出,PWM脉冲由驱动级放大,从IC2⑤脚输出驱动Q2进入导通。

  Q2导通后,电流通过Q2漏-源极在R12上产生电压压降,经R13给C13充电并加到IC2③脚,经380ns延迟消隐加到电流比较器的反相输入端,与同相输入端电压比较。当IC2③脚电压达到同相端电位时,比较器翻转触发RS锁存器关断驱动级、IC2⑤脚输出低电平使MOSFET功率管Q2截止,直到时钟脉冲上升沿到来再次触发RS锁存器输出高电平。驱动MOSFET功率管Q2导通……上述过程循环进行,开关电源进入周期性振荡状态。

  NCP1207属于电流型PWM控制器件,电源输出电压的稳定是通过IC2②脚的电压环和③脚的电流环共同作用实现的。12V直流电压由R35、R34分压采样加到三端精密电压SHR1控制端,与内部2.5V基准电压比较,产生误差电压放大后控制光电耦合器PC1内部发光二极管中的电流。进而通过PC1副边光敏三极管改变IC2②脚的反馈电压,然后再通过内部电路控制IC③脚电容C13充电时间调整⑤脚驱动脉冲的占空比,使电源输出12V直流电压稳定不变。

  在上图中,MOSFET功率管Q10、互补推动管Q8、Q9、缓冲级Q7和变压器T3组成二次回路的同步电路。它采用的是变压器次级线圈直接提供驱动栅极信号的电路设计。

  变压器T3初级绕组串联在开关变压器T1的11-⑧次级绕组,T3次级绕组感应脉冲由Q7缓冲、Q8和Q9互补推动放大,驱动MOSFET管Q10与电源同步进入开关工作状态;正常工作时,开关变压器11-⑧绕组中感应的脉冲信号与Q10漏极输出的脉冲信号叠加后,经L2给负载提供直流电流。

  MOSFET功率管Q10为专用同步整流开关器件,其导通电阻小,损耗甚微。工作时不需要加散热器。

  2)12V电源的保护功能

    A、浪涌尖峰抑制保护:MOSFET开关管Q2截止时,突变的漏极电流在T1①-③绕组激发一个下正上负的反向电动势,与APFC输出直流电压叠加,其幅度达交流电压峰值的数倍。

  此时D4正向导通给C8快速充电并通过R16放电,将浪涌尖峰吸收在电阻上释放,以免击穿MOSFET开关管。

  B、12V过压保护:电源输出12V电压直接加到ZD2负端,如果12V电压升高超出设定阈值→ZD2雪崩击穿→单向晶闸管SCR1导通→PC1中发光二极管流过电流迅速增大→其内部光敏三极管饱和导通→IC2②脚电位下拉成低电平→电流比较器翻转触发RS锁存器复位关断驱动级促使IC内部进入低频间歇振荡状态。

  C、电源过电压保护:开关变压器T1⑤-⑥反馈绕组感应脉冲经R15加到IC2①脚,由内置电阻分压采样1/1.44电路衰减加到电压比较器同相输入端,反相端加有5.0V门限阈电压;开关电源出现过压,加到比较器的采样电压达到5V阈值,比较器翻转,经保护电路处理后关闭IC内大部分偏置供电,开关电源停止工作。

  D、过电流保护:IC2②脚内电流检测比较器同相输入端接有一只齐纳二极管,其作用是将比较器同相端电压钳位在1.0V以限制电感峰值电流。如果流过开关管Q2漏极电流增大。使过流检测电阻R12上压降达到比较器同相端电压1.0V,开关管截止。IC2③脚没有延时380ns的LEB电路,加到该脚峰值在1.0V以上的电压必须持续380m以上,保护功能才会生效。这样可以杜绝幅度大、周期小的干扰脉冲造成误触发。

  (3)24V开关电源电路

    24V开关电源产生的24V直流电压专为LCD显示屏内的逆变器供电,它经DC-AC变换产生1000V以上的高频脉冲电压。点亮屏后部整齐均匀排列的16只冷阴极荧光灯管(CCFL),因此24V电压异常会出现黑屏。

  24V开关电源也采用PWM控制器NCP1207,除在MOSFET开关管栅极的前级增加了Q11、Q12构成的互补推动放大电路之外,其稳压控制环电路与+12V电源电路结构相同,因此电源工作原理也相同。

  电源二次回路中的同步整流采用脉宽调制控制单端驱动MOSFET开关管栅极方式,原理电路如下图所示。其中N3856(IC4)是典型PWM控制器,具有低功耗、低成本、外围电路简洁等优点。N3856芯片集成有基准电压源、DSC振荡器、PWM比较器、电流检测比较器、缓冲放大以及驱动电路等。N3856采用8引脚TSSOP塑封结构。各引脚功能见附表。

脚号 符号 功能 1 GATE PWM驱动信号输出,用于控制同步整流管 2 P GND 驱动极电路接地 3 GND 控制电路接地 4 BIAS 内部电流检测放大器的偏置输入 5 DRAIN 电流检测输入,外接MOSFET管漏极 6 A OUT 内部电流检测放大器的输出端,控制PWM占空比 7 RT/CT 外接定时阻容件,决定OSC工作频率 8 VCC

内部控制电路供电

  N3856的工作原理与一般PWM控制器相同。一次网路开关电源起振,开关变压器T2⑨-11绕组感应脉冲由D18整流加到IC4⑧脚和④脚,内部OSC电路起振产生时钟脉冲经缓冲和驱动放大,激励IC4①脚外接MOSFET功率管Q6进入开关状态。由于IC4⑦脚OSC设置工作频率与一次回路振荡频率一致,且为T2⑨-11绕组感应脉冲锁定,因此在电源开关管Q5导通。T2③-①绕组储能时,同步整流开关管Q6截止;电源开关管Q5截止时,IC4①脚输出高电平,驱动整流开关管Q6导通、T2⑩-11绕组感应脉冲由Q6同步整流和C39~C41-L3-C42π型滤波,产生24V电压为逆变器供电。

  24V开关电源的保护功能有浪涌尖峰吸收、24V过电压以及NCP1207内的过压、过流和欠压等,其原理与12V开关电源完全相同。



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