索尼SDM-M72液晶显示器高压逆变电源原理分析

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索尼SDM-M72液晶显示器高压逆变电源原理分析
机型名称

  高压逆变电路结构和工作原理
  
  索尼SDM-M72液晶显示器高压逆变电源电路如图所示,它主要由双通道PWM调制器DZ9601S(编号IC01)、4只双MOSFET管8958(编号IC02~IC05)、6只高频脉冲升压变换器T01—T06及相关控制电路与元器件组成。

  1.直流供电与ON/OFF控制电路
  
  主开关电源产生的+12V直流电压通过接插件CN202→CN1014(1)脚加到背光组件板,经保险管F01和F024分别提供给双MOSFET模块IC02~IC05C(3)脚,为内部P-MOS管源极供电;另一路12V直流电压经R08为Q06集电极供电,经R03加到z1901负端和Q06基极及D21的正端;+12V直流电压还为下图左上部的互补推动级Q10-Q11和Q16-Q17提供集电极电压和基极静态偏置电压。

  Q06、ZD01、R03、R06和D21组成5V串联稳压电源电路,在开关二极管D21截止时,+12V直流电压由R03限流将齐纳二极管ZD01击穿,得到稳定的5.6V直流电压加到电压调整管Q06基极,使Q06导通将+12V直流电压稳压调整成5.6V-0.6V=5.0V直流电压,为下图中的PWM调制器IC01和相关控制保护电路供电。

  在下图中,所有电路的12V直流供电和5V直流供电是逆变电源系统进入正常工作的必要条件,如果其中任一路供电不到位,IC01内的OSC都不能起振,或起振由于保护控制电路动作被强制停振。

  PWM调制器IC201(3)脚为ENA使能控制端,通过上拉电阻R10与CN01(6)脚相接。开机后,微处理器IC301的⑩脚输出BKLT-EN低电平→Q211截止,集电极输出5V2 ON/OFF高电平经CN202→CN01(6)脚加到D21负端,再经R10到IC01(3)脚,D21截止使Q06导通,其集电极得到稳压5.0V直流电压为IC01和相关控制保护电路供电。IC01加电起振工作,高压形成电路产生脉冲高压点亮6只CCFL管。

  关机时,微处理器IC301的(15)脚输出BRLT-EN低电平→Q211饱和导通,集电极输出0V低电平→D21导通→Q06截止切断IC01(5)脚5.0v供电,同时Ic01(3)脚被下拉成低电平,其内偏置电路断开,高压形成电路停止工作,6只CCFL,管熄灭使显示器由ON工作状态进入节能OFF状态。

  2、振荡驱动与高压形成电路
  
  在下图中,IC01为4驱动电源PWM控制器QZ9601S,内部集成有高精度的基准电压源、OSC振荡器、误差放大器、PWM比较器、电流检测比较器、控制逻辑、4路推挽式驱动级以及过电压保护、软启动和欠压锁定等功能电路。

  IC02-IC03和IC04-IC05内部集成有两只MOSFET管,其中上部为N-MOS管,下部为P-MOS管:其中IC02-IC03、谐振电容C39、脉冲变压器T01~T03构成全桥Lc串联式谐振电路;IC204-IC05、谐振电容C40、脉冲变压器T04~T06构成第二全桥LC串联式谐振电路。这两个谐振电路元件电参数完全一致,且共用4路驱动信号。

  为了减少驱动芯片数量,每3只脉冲变压器(T01-T03和T04~T06)初级绕组并联。

  全桥谐振变换电路采用相移式PWM波形控制,它的特点是在每个半桥电路(VPA-VNB和VPC-VNB各为一组)工作时占空比总量50%,通过改变半桥电路的相位来实现PWM控制,以达到调整半桥电路的导通时间来实现改变其输出功率大小的目的。由于采用高频变压器耦合,使提供给负载的电流波形接近正弦波,从而降低了电磁辐射干扰(EMI),有效延长了CCFL的使用寿命。

  在IC01(5)脚加上5.0V直流电压,(3)脚加上ENA高电平后,内部的基准电压源启动提供偏置;由电流源对IC01的(18)脚外接定时电容C12充放电,产生锯齿波脉冲,经OSC内的双稳电路整形变换成方波脉冲,通过PWM比较,逻辑控制处理,得到4路方波脉冲再经相应的驱动级放大,分别从ZC01(11)脚输出NDRV—D,从(12)脚输出PDRV-C,从(19)脚输出PDRV—A,从(20)脚输出NDRV—B激励脉冲:其中PDRV—A由Q8、Q16-Q17放大,产生P-A驱动信号加到IC02-IC04(4)脚内P—MOS管栅极;PDRV—C由Q1、Q10-Q11放大,产生P-C驱动信号加到IC03-IC05(4)脚内P-MOS管栅极;NDRV-B经R18产生N—B驱动信号加到IC03-IC05(2)脚N-MOS管栅极。

  IC01的(11)、(12)、(20)、(19)脚输出方波时序如右图所示,鉴于两路PDRV-A/PDRV-C和两路NDRV-B/NDRV—D激励方波波形相同,相位相反,因此每一全桥对角线上的一对P—N互补MOSFET管轮流导通。例如在某时刻正半周IC02(3)-(6)脚P-MOS管源一漏极和IC03(1)-(8)脚N-MOS管漏-源极导通,则IC02(1)-(8)脚内N—MOS管的漏一源极和IC03(3)-(6)脚P—MOS管的源-漏极截止,+12V电源通过IC02(3)-(6)脚→C39→T01-T02-T03(1)-(5)绕组→IC03(8)-(1)脚→公共地构成回路给电容C39充电,充电电流从上至下流过T01-T02并联的(1)-(5)绕组。

  负半周IC01的(11)、(12)、(20)、(19)脚输出激励方波反向,IC03(3)-(6)脚PMOS和IC02(1)-(8)脚N-MOS管导通,IC02(3)-(6)脚P-MOS和IC03(1)-(8)脚N—MOS管截止,+12V电源通过IC03(3)-(6)⑥脚→T01-T02-T03(5)-(1)绕组→C39→IC02(8)-(1)脚→公共地构成的闭合回路给c39反向充电(即C39放电),放电电流从下至上流过T01-T02-T03并联的(1)-(5)绕组……以上过程不断交替进行,从回路进入周期性振荡。

  全桥Lc串联变换电路谐振,在T01-T02-T03(1)-(5)绕组激发感生电动势,由T01-T02-T03(7)-(6)绕组升压,得到高频脉冲电压点亮CN02、CN03和CN04中插入的3只CCFL背光管。另一个全桥LC串联变换原理与上述过程相同。

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  3、背光亮度控制电路
  
  背光源亮度控制电路如下图所示,它由运算放大器LM358(编号IC207)、PWM控制器IC01的(14)脚DIM相位控制接口和相关元件组成。

  由数字电路板上视频处理芯片中嵌入式MC:u输出的PWMI)控制信号加到IC207(3)脚,经放大从(1)脚得到ADJ送到CN202-CN01(7)脚,然后通过电阻R17//R12分压加到IC01的(14)脚内误差放大器的反相输入端,与同相输入端的基准电压比较,得到误差电压与IC01的(18)脚的锯齿波电压比较,产生PWM调制信号控制IC01输出激励方波宽度来调整半桥电路的导通时间,改变输出功率大小即流过CCFL管的电流实现背光源亮度控制。

  在前图电路中,6只CCFL灯管的亮度为加到IC01的(14)脚的控制电压成反比,即该脚ADJ直流电压越低,与基准电压比较得到误差电压越大,充电锯齿波电压上升到这一值所需时间越长,通过PWM调制IC01输出方波脉冲宽度增大半桥电路导通时间延长,CCFL灯管流过电流增大亮度也越强。

  4.背光灯电流检测保护电路
  
  背光灯管电流检测保护电路由前图中的D14~D19、R22~R27、R31~R36、D08~D13、Q3~Q05、Q25~Q27、Q02和IC01(9)脚FB接口及相关元件组成。其中D14~D19、D08~D13、R22~R27、R31~R36构成灯管电流检测稳定电路;D14~D19、Q03~Q05、Q25~Q27、Q02构成灯管电流异常保护电路。

  开机6只CCFL灯管点亮后,流过每支灯管的电流分别由D14~D19整流,R23∥R22、R25∥R24、R27∥R26、1k32∥R31、R34∥R33、R36∥R35分压,得到相应的直流电压作为每支灯管电流采样,经D08~D13后混合加到IC01(9)脚内电流检测放大器,与内部基准电压比较,产生误差信号由IC01(10)脚电容进行频率补偿加到另一通道的PWM比较器,与DSC振荡产生的锯齿波电压进行比较,得到PWM调制关断信号,通过控制调整半桥电路的导通时间来稳定流过CCFL灯管的电流。

  如果某种原因使流过CCFL管的电流增大,则整流分压反馈至IC01(9)脚FBC电压增大→与内部基准电压比较产生的误差电压减小→经PWM调制使IC01输出激励方波宽度变窄一半桥电路的导通时间缩短一流过CCFL灯管电源减小。

  在PWM控制器IC01(9)脚接口内部还设有一路比较器,通过检测该脚外接电平转换管Q02、Q24漏极的电位来判断确认每只CCFL灯管的工作状态,以便执行灯管异常(如灯丝脱落、老化等)保护。

  流过6只CCFL灯管的电流由。D14→D19整流,分别在R22+R23、R24+R25、R26+R27和R31+R32、R33+R34、R35+R36上形成电压降,再经相应的隔离二极管D01~D03和D06、D04、D05加到Q03~Q05和Q25~Q27的栅极。6只CCFL,灯管工作正常时,经整流转换加到Q03~Q05和Q25~Q27栅极的灯管电流采样电压依次为8.8V/9.0V/8 9V和8 4V/8.7V/8.2V,Q03~Q05和Q25~Q27六只场效应管都饱和导通,结果Q02和Q24截止,保护电路不介入电源变换工作。

  6只CCFL灯管只要有1只出现灯管脱落开路或衰老电流急骤减小,则加到六个场效应管Q03~Q05和Q25~Q27中相应电流采样电压为零或急骤下降,对应的场效应管截止,结果导致Q03~Q05或Q25~Q27中3只场效应管截止,Q03~Q05截止→Q02饱和导通;Q25~Q27截止→Q24饱和导通。IC01(9)脚电位被下拉到0.1V低电平→内部比较器翻转关断IC01输出的4路激励方波通道一高压变换电路停止工作。以确保整屏亮度均匀一致,杜绝某一只灯管亮度异常引起亮度不均匀或出现暗区。

  5、过电压保护电路
  
  IC01(2)脚为逆变高压输出检测端口,内设有电压比较器,通过高压采样电压与内部设置的门限基准电压比较,在高压异常时执行过电压保护功能。

  在前图中,脉冲变压器T03(7)-(6)绕组产生的高压脉冲由电容CY03和C19分压采样,再经D20整流,C11滤波加到IC01(2)脚内比较器的同相输入端,在其反向输入端加有o.85v的门限电平,如果T03(7)-(6)绕组高压脉冲幅度升高,使加到IC01(2)脚的HV采样电压达到0.85V,则比较器翻转触发Rs锁存器复位,关断激励方波通道使高压变换电路停止工作。

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