Схемотехника и диагностика блока питания 17IPS15-4 16-22-дюймовых ЖК телевизоров HITACHI и VESTEL

В этом материале рассматривается схемотехника блока питания 17IPS15-4 производства HITACHI/VESTEL, который используется в ЖК телевизорах различных производителей и торговых марок, (GRUNDIG, SANYO, HITACHI, VESTEL и др.) с диагональю ЖК панелей 16, 19 и 22 дюйма. В частности, в ТВ VESTEL такой блок питания (Part № Vestel 20433010) используется на шасси 17MB45-2, а если привести конкретные модели телевизоров других производителей, то это "OKI V19B-PH", "SANYO CE19LD90-B", "Technika LCD22-921", "LINSAR 22LVD5" и т.д.

Конструкция

Внешний вид блока питания 17IPS15-4 приведен на рис. 1. Конструктивно элементы этого блока размещены на одной печатной плате, которая соединяется с потребителями (графической платой - скалером, ЖК панелью и ее лампами подсветки) с помощью гибких шлейфов. Функционально блок можно разделить на основной источник питания и DC/AC-преобразователь (инвертор) питания люминесцентных ламп подсветки (CCFL - Cold Cathode Fluorescent Lampe) ЖК панели.

Рис. 1. Внешний вид блока питания 17IPS15-4

Основной источник питания формирует из переменного напряжения бытовой сети 220 В/50 Гц постоянные стабилизированные напряжения, гальванически развязанные от сети, необходимые для питания всех узлов телевизоров, за исключением CCFL, которые питаются от инвертора, формирующего из постоянного напряжения 14,5 В высоковольтное и высокочастотное напряжение. Рассмотрим схемотехнику этих узлов более подробно.

Основной источник питания

Принципиальная электрическая схема этого узла приведена на рис. 2. (см. здесь)

Основной источник питания вырабатывает постоянные,стабилизированные и гальванически развязанные от сети напряжения 33 В (+33V на рис. 2), 14,5 В (+14.5V), 12,5 В (12V_VCC) 12 В (+12V) и 5 В (+5VSTBY и +5V_VCC) для питания всех узлов телевизора. Основа этого источника - ШИМ контроллер IC800 типа STR-W6253 фирмы SANKEN (см. блок-схему на рис. 3). Это 60 Вт (при напряжении питания АС 230 В) контроллер импульсных источников с токовым управлением. Микросхема имеет встроенный силовой ключ - MOSFET-транзистор и требует для функционирования минимальное число внешних компонентов.

Особенности микросхемы STR-W6253:

• блокировка при низком и высоком уровнях входного напряжения (8,9...15,5 В);
• максимальный рабочий цикл выходного сигнала 75 %;
• низкое потребление в дежурном режиме (20 мкА);
• термозащита (140°С);
• схемы защиты OVP (Over Voltage Protection), OLP (Over Load Protection) и TSD (Thermal Shutdown) с рестартом;
• потребляемый рабочий ток 1,4...2,8 мА;
• регулируемое пиковое ограничение тока через силовой ключ;
• пакетный дежурный режим Burst Mode при потреблении источником менее 0,1 Вт;
• схема "мягкого" старта;
• корпус ТО-220.

Назначение выводов ИМС STR-W6253 приведено в таблице 1.

Таблица 1. Назначение выводов микросхемы STR-W6253

Токовое управление означает контроль рабочего цикла с помощью обратной связи по току в первичной цепи. Усиленный токовый сигнал обратной связи сравнивается с напряжением обратной связи, формируемым цепью из вторичного напряжения. Полученный в результате сравнения сигнал ошибки изменяет ширину управляющих импульсов (рабочий цикл схемы), что приводит к стабилизации выходного напряжения преобразователя.

ИМС запускается встроенной схемой старта (StartUP на рис. 3) током около 1,6 мА (выв. 1). После запуска и выхода в рабочий режим ИМС питается от обмотки 5-6 импульсного трансформатора TR801 через диод D805 и параметрический стабилизатор на стабилитроне D804. На резисторе R846 формируется напряжение, пропорциональное току через силовой ключ и управления ШИМ.

Рис. 3. Встроенная схема старта

Цепь обратной связи по напряжению из элементов IC801, D809 контролирует вторичное напряжение 14,5 В (+14.5V на рис. 2), а в дежурном режиме - 5 В (5VSTBY) и формирует напряжение обратной связи VFB на выв. 6 IC800.

В результате сравнения этих сигналов вырабатывается напряжение ошибки, которое и определяет рабочий цикл схемы. Рабочая частота преобразователя фиксированная и составляет 67 кГц.

При уменьшении напряжения на выв. 6 (FB) до уровня 1,1В контроллер переключается в дежурный режим, в котором энергопотребление схемы минимально.

Вход FM/SS (выв. 7) используется для выключения ШИМ контроллера в аварийных ситуациях - бросках напряжения в первичной и вторичной цепях. Узел на элементах D823, D824, Q809, Q810 контролирует уровни напряжений на выв. 6 (FB) и выв. 4 (VCC), при превышении пороговых значений(соответственно 5,6 В и 18 В) формируется сигнал выключения ИМС VSTR (напряжение около 4,5 В).

Пиковое значение тока через MOSFET-транзистор ограничено на заданном уровне и контролируется по выв. 3. При напряжении на этом выводе 0,93...1,04 В выходной драйвер микросхемы выключается.

Узел гашения переднего фронта сигнала (LEB) в составе микросхемы блокирует ШИМ в момент времени, когда MOSFET-транзистор полностью открыт и возможны импульсные выбросы в сигнале, что привело бы к нарушению цикла обратной связи. Постоянная времени гашения задается параметрами микросхемы и равна 400 нс.

Перегрузка на выходе преобразователя, обрыв в нагрузке, перенапряжение или перегрев кристалла фиксируются блоком защиты в составе ИМС - схемой-защелкой, которая выключает ШИМ модулятор и силовой ключ. После выключения силового ключа начинает работать схема "мягкого" старта.

Основные параметры встроенного силового MOSFET-транзистора: V_D=650 В, I_DM=10 А, R_DS=1,9 Ом при V_GS=10 В и I_D=1,2 А, t_r=400 нс.

Вторичные выпрямители основного источника выполнены по однополупериодной схеме. Напряжение 12 В формируется из вторичного напряжения 14,5 В с помощью управляемого интегрального стабилизатора IC804 типа KA78R12.

Дежурное напряжение 5 В формируется обмоткой 9-8 TR801 и выпрямителем D811 D812 C820 L805 L880 C825.

Для питания ТВ тюнера требуется напряжение 33 В, оно формируется из 12В узлом на элементах Q801, L806, C828, C829, который представляет собой генератор. Импульсы генератора через развязывающий конденсатор C830 поступают на выпрямитель D816 D817, полученное постоянное напряжение фильтруется и стабилизируется стабилитроном D822 (33 В).

В дежурный режим основной источник переводится сигналом управляющего микроконтроллера STBY_ON/OFF (ON - высокий уровень, OFF - низкий). Этим сигналом:

- выключается ключ Q804 Q808, коммутирующий напряжение 14,5 В (напряжение на выходе ключа равно 12 В (12V_VCC));

- выключается управляемый 12 В стабилизатор IC804 и снимается выходное напряжение 12 В (+12V);

- выключается ключ на MOSFET-транзисторе IC871, коммутирующий выходное напряжение 5 В (5V_VCC);

- включается ключ на транзисторе Q802 и увеличивается ток через диод оптрона IC801 для поддержания необходимого уровня дежурного напряжения 5 В (5VSTBY).

Инвертор питания CCFL задней подсветки

Принципиальная схема этого узла приведена на рис. 4 (см. здесь). Он выполнен по схеме двухтактного преобразователя. Нагрузкой каскадов на полевых MOSFET-транзисторах с n- и р-проводимостью IC102, IC104 (тип FDS8962C, основные параметры: Q1 - n-канал, I_DM=20 A, I_D=7 A, V_D=30 В, R_DS(ON)=30 мОм при V_GS=10 В; Q2 - p-канал, I_DM=-20A, I_D=-5 A, V_D=-30 В, R_DS(ON)=-50 мОм при V_GS=-10 В) служат первичные обмотки импульсных трансформаторов TR100, TR200. В каждом плече транзисторы с n- и р-каналами включены последовательно и управляются противофазными сигналами драйвера IC100 - ШИМ контроллером типа TL494 фирмы Texas Instruments. Производитель рекомендует ее для применения в первичных источниках питания, в данном случае она используется в качестве контроллера инвертора CCFL. В состав ИМС входят (см. рис. 5) два усилителя сигнала ошибки (УСО), управляемый генератор, компаратор контроля времени паузы между переключениями (Deat Time), 5 В прецизионный стабилизатор (точность 5 % и выходной ток 10 мА) и выходные драйверы - n-p-n-транзисторы. Назначение выводов микросхемы приведено в таблице 2.

Рис. 5. Состав ИМС

Таблица 2. Назначение выводов контроллера TL494

Микросхема питается напряжением 14,5 В (выв. 12) от основного источника питания через ключ Q100 Q102, который управляется сигналом микроконтроллера BKL_ON/OFF (контакт 8 PL803 на рис. 2). Уровень сигнала более 2 В включает питание ИМС, а менее 0,7 В - выключает.

Генератор вырабатывает на время задающем конденсаторе СТ (выв. 5) пилообразное напряжение амплитудой 3,0 В. Рабочая частота генератора может находиться в диапазоне 1...300 кГц и определяется по формуле f_op=1/RTxCT. C указанными на схеме номиналами элементов С111, С108, R109, R113 рабочая частота (на выв. 5 ИМС) составляет примерно 83 кГц.

Вход контроля времени паузы между переключениями через компаратор паузы задает необходимую минимальную паузу между импульсами в плечах схемы. Это необходимо как для недопущения сквозного тока в силовых каскадах инвертора (IC102 и Ю104), так и для стабильной работы ИМС.

При напряжении питания ИМС не менее 7 В, если пилообразное напряжение генератора больше, чем на управляющем входе DT (выв.4), и если напряжение пилы больше чем на любом из усилителей ошибки - разрешаются выходные сигналы схемы. В нашем случае выбран режим парафазных выходов - к выв. 13 подключено опрное напряжение 5 В. Триггер с парафазным выходом делит частоту на два, т.е. частота переключения силовых ключей вдвое ниже опорной частоты генератора.

В качестве выходных драйверов ипользуются n-p-n транзисторы Дарлингтона со встроенной тепловой защитой (но без защиты по току). Минимальное падение напряжения между коллектором (как правило замкнутым на плюсовую шину) и эмитттером (на нагрузке) равно 1,5 В при токе 200 мА. Предельный выходной ток (при одном открытом транзисторе)ограничен на уровне 500 мА, предельная мощность на весь кристалл - 1 Вт.

Выходные транзисторы в составе TL494 включены по разным схемам: один (выв. 8 и 9) - по схеме эмиттерного повторителя, а второй (выв. 10 и 11) - по схеме с общим эмиттером. Это обусловлено тем, что они управляют MOSFET-транзисторами с разными типами каналов - n и р. Дополнительные каскады в выходных цепях ИМС выполнены на транзисторах Q103 и Q104 для быстрой разрядки емкости затворов силовых ключей по окончании управляющего отпирающего импульса.

Ко вторичным обмоткам 1-2 и 3-4 импульсного трансформатора TR100 (рис. 3) подключены по две люминесцентных лампы, между собой они включены последовательно, а точка их соединения между собой - "земля". В цепь "холодного" вывода ламп включены резистивные датчики тока ламп R129 R139 и R120 R130, с которых снимается напряжение обратной связи FB и через делитель R134 R106 R107 подается на вход УСО1 (выв. 1). На этот же вход подается напряжение регулировки яркости CCFLA/D_DIM, которое формируется управляющим микроконтроллером телевизора. Результирующее напряжение на входе УСО1 задает ток CCFL.

Узлы на транзисторах Q105 и Q106 служат для защиты силовых цепей инвертора в случае разрушения одной из ламп или нарушении контакта в разъемах их подключения. Транзисторы Q105 и Q106 в нормальном режиме заперты и не влияют на потенциал инвертирующего входа УСО2, напряжение на котором задается делителем R117 R118, подключенным у ИОН. Неинвертирующий вход УСО2 (выв. 16) через делитель R115 R116 также подключен к ИОН (5 В). В аварийной ситуации (разрушение, отключение CCFL) напряжение на одном из "холодных" выводов ламп становится низким, что приводит к отпиранию транзистора Q105 (или Q106), напряжение на выв. 15 станет ниже порогового уровня на выв. 16 (примерно 1,08 В) и выходным сигналом УСО2 выходы ИМС заблокируются. После этого начинает работать схема "мягкого" старта и, если аварийная ситуация сохраняется, процесс повторяется.

Силовая цепь инвертора - ключи IC102, IC104 - защищена плавким предохранителем F101 (7 А).

Диагностика неисправностей основного источника питания

Ввиду того, что все управляющие сигналы для основного источника питания и инвертора формируются микроконтроллером ТВ, будем рассматривать диагностику источников в составе телевизора с условием, что все управляющие сигналы в норме.

ТВ не включается и индикатор на передней панели не светится

Скорее всего, неисправен основной источник питания. Для того чтобы в этом убедиться, включают ТВ сетевой кнопкой и измеряют напряжение 5 В на выходе дежурного источника - конденсаторе C825 (рис. 2). Если напряжение равно нулю, проверяют входное напряжение - около 300.310 В (здесь и далее указаны значения при напряжении сети AC 220 В) на выв. 1, 2 TR801. Если и здесь напряжение отсутствует, отключают ТВ от сети и проверяют на обрыв предохранитель F800. Если предохранитель сгорел, проводят осмотр элементов схемы основного источника на наличие обгоревших корпусов, разъемов, вздутие корпуса электролитического конденсатора сетевого выпрямителя С812. Подозрительные элементы выпаивают и проверяют омметром исправность.

Как правило, причиной перегорания предохранителя F800 служат элементы сетевого выпрямителя и силовой ключ в составе ИМС IC800. Реже встречаются дефекты элементов демпфирующей цепи (включена параллельно обмотке 2-4 TR801) и короткое замыкание в первичной обмотке TR801. Все эти элементы проверяют вначале визуально(обгора-ние, вздутие корпуса), а затем омметром на короткое замыкание, неисправные заменяют. Электролитические конденсаторы желательно проверить измерителем ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) на отсутствие утечки.

Если сетевой предохранитель цел, проверяют на обрыв цепь от сетевого разъема до входа диодного моста, и от выхода моста до выв. 1 IC800. При отсутствии обрыва в цепи подают питание на ИП и контролируют выходной сигнал IC800. Если высокочастотные импульсы размахом 350.450 В появляются на выв. 1 и сразу же пропадают, проверяют вторичные цепи источника на отсутствие короткого замыкания во вторичных цепях, исправность элементов в цепи обратной связи, внешние элементы ИМС, прежде всего IC801, D809, D806. Если после проверки элементов результата нет, заменяют ИМС IC800.

ТВ не включается, светится индикатор дежурного режима

Возможно, неисправен один из транзисторных ключей, переключающих источник в рабочий режим (см. описание). Проверяют транзисторы Q800, Q802, Q804, Q806, Q808, сборку полевых транзисторов IC871,стабилизатор IC804 (12 В).

Не принимаются ТВ каналы, не работает режим автопоиска, в режиме НЧ входа ТВ работает

Скорее всего, не работает источник напряжения 33 В. Проверяют элементы Q801, D814, D806, L806, С828, С829, D816, D817, C834, R845 и D822.

Диагностика неисправностей инвертора питания CCFL-ламп задней подсветки

Нет подсветки (звук есть, а изображение еле просматривается при внешнем освещении)

В первую очередь, проводят визуальный осмотр платы на наличие обгоревших участков, особенно во вторичных цепях - в месте разъемов, через которые к ней подключаются люминесцентные лампы. Довольно часто из-за плохого качества разъемов контакт нарушается и инвертор переключается в режим защиты (см. описание). Проверяют электролитические конденсаторы на отсутствие вздутий корпуса и резисторы - на отсутствие гари на корпусе.

Если визуальный осмотр ничего не дал, на инвертор подают питающее напряжение и с помощью осциллографа проверяют наличие выходного напряжения (около 700 В) на "горячих" выводах ламп - контактах 1 разъемов PL101-PL104, PL200, PL201. Если оно равно нулю, проверяют наличие напряжения 14,5 В на конденсаторе С143. Если оно отсутствует, проверяют на обрыв предохранитель F101. Если он перегорел, скорее всего, причина неисправности - силовые ключи IC102, IC103. Их легко диагностировать с помощью омметра. Если же 14,5 В есть, а на выв. 12 IC100 (VCC) отсутствует, проверяют элементы ключа Q100 Q102.

Если 14,5 В на инвертор поступает и короткого замыкания в цепи питания нет, проверяют наличие питания (14,5 В на выв. 12) и управляющих сигналов на микросхеме IC100. Если ИМС исправна, должен работать опорный генератор (сигнал частотой около 80 кГц на выв. 5), а на выв. 14 (VREF) должно присутствовать опорное напряжение 5 В. При отсутствии одного из этих условий микросхему заменяют.

Если в момент включения ТВ на выходах контроллера (выв. 9,11) появляются и пропадают ШИМ сигналы размахом не менее 8,5 В, скорее всего, срабатывает защита. Контролируют элементы в цепи обратной связи и в цепи защиты от обрыва (отключения) ламп в соответствии с описанием микросхемы (см. выше). Если такие сигналы на входах микросхемы присутствуют, необходимо выяснить причину срабатывания защиты и устранить.

Подсветка работает нестабильно (яркость самопроизвольно изменяется)

Это может быть связано со стабильностью напряжения питания 14,5 В, входных сигналов управления яркостью A/D_DIM и разрешения BKL_ON/OFF, а также неисправностью элементов, подключенных к выв. 4-6 IC100. Эти элементы цепи проверяют заменой, а если результата нет, то заменяют ИМС контроллера.

Литература

1. Sanken Electric Co., Ltd. STR-W6253MD, 60 W-Universal Input/90 W-230 Vac Input PWM Switching Regulators. Datasheet.

2. Texas Instruments. TL494. Pulse-Width-Modulation control circuits. SLVS074E January 1983 revised february 2005.

Автор: Павел Потапов (г. Москва)

Источник: Ремонт и сервис