Основные параметры блока питания
Блок питания (БП) BN44-0042 (обозначение фирмы SAMSUNG - PD55B2_BHS) используется в ЖК телевизорах SAMSUNG 7000-й серии, например, в модели "Samsung UA55D7000". Этот БП - производство южно-корейской фирмой HANSOL, больше известной своими мониторами. Внешний вид электромонтажной платы БП BN44-0042 приведен на рис. 1.
Рис. 1. Внешний вид электромонтажной платы БП BN44-0042
Примечание. Hansol Electronics - дочерняя компания промышленной группы Hansol Group (год основания - 1965), работающей в области электроники, машиностроения, химической и деревообрабатывающей промышленности, строительства, финансов. Hansol входит в список крупнейших компаний Южной Кореи. Штаб квартира Hansol Electronics находится в Сеуле (Южная Корея), а производственные мощности распределены следующим образом: мониторы (87%), сетевые технологии (2%) и электронные комплектующие (11%).
В таблицах 1-4 приведены параметры блока питания.
Таблица 1. Входные параметры БП
Параметр | Мин. | Норма | Макс. |
Частота сетевого напряжения | 47 Гц | 50/60 Гц | 63 Гц |
Уровень сетевого напряжения | 90 В | 100...240 В | 264 В |
Фаза/ ККМ | Однофазное/Интегрированный ККМ | ||
Частота переключения сигнала On/Off для БП | Не менее 0,1 с | ||
Потребление БП в дежурном режиме | Менее 0,03 Вт (источник ST_BY 5 В/2 мА) | ||
Эффективность БП | 80% (при типовой нагрузке) | ||
Время задержки выходных напряжений (Hold-up) БП после включения | Не более 30 мс (при АС 90 В/50 Гц, типовая нагрузка) | ||
Таблица 2. Параметры выходных каналов БП
Обозначение выхода | Выходное напряжение, В | Выходной ток, А | ||||
Ном. | Регулируемый диапазон | Мин. | Ном. | Maкc. | Пик. | |
A5V | 5,3 | 5,04...5,57 | 0 | 0,32 | 0,1 | 0,1 |
B5V | 5,3 | 5,04...5,57 | 0,2 | 3,80 | 3,93 | 4,43 |
B13V | 12,8 | 11,88...13,13 | 0,2 | 4,24 | 4,42 | 5,92 |
Vamp | 18 | 17,1...19,5 | 0 | 0,35 | 2,76 | 3,90 |
Vdrv | 139 | 132,17...146,09 | 0 | 0,71 | 0,75 | 0,82 |
Таблица 3. Параметры каналов питания LED-линеек задней подсветки
Параметр | Спецификация | Примечание | |||
Мин. | Тип. | Мах. | |||
Выходной ток | Версия 6.4K55 | 108 мА | 140 мА | 143 мА | Измерение при 100% рабочем цикле |
Версия 7K55 | 120 мА | ||||
Выходное напряжение | Версия 6.4K55 | 145 В | 168 В | 197 В | |
Версия 7K55 | 188 В | ||||
Время нарастания/спада выходного тока | 0 | - | 1 мкс | Регулируется внешним ШИМ сигналом | |
Диапазон ШИМ димминга (регулирование рабочего цикла) | 0 | - | 100% | - | |
Частота ШИМ димминга | 0 | - | 300 Гц | Регулируется внешним ШИМ сигналом | |
Таблица 4. Параметры выходных пульсаций и типы защиты каналов БП
Выход | Пульсации | Тип защиты | |
OCP (по току) | OVP (по перенапряжению) | ||
STB A5V | 200 мВ (4%) | SCP и HSCP* | 7 В |
B5V | 200 мВ (4%) | SCP и HSCP | 7 В |
B13V | 500 мВ (4%) | SCP и HSCP | 15 В |
Vamp | 500 мВ (4%) | SCP и HSCP | 15 В (22 В) |
Vdrv | 1,2 В | SCP | 140 В |
| * SCP - Short circuit protection, защита от короткого замыкания | |||
Структурная и принципиальная электрическая схемы
Структурная схема блока питания приведена на рис. 2. Условно ее можно разделить на следующие узлы:
- Входной узел, включает в себя помехоподавляющий фильтр (EMI), токовый ограничитель (Inrush CTR), электронный ключ (ON/OFF) и выпрямитель (Rectifier).
- ККМ, состоит из силового ключа (PFC Switch), управляемого контроллером (PFC IC) и нагрузки-индуктора (PFC Trans).
- Дежурный источник питания (ИП), состоит из контроллера с интегрированным MOSFET-транзистором (STB IC), коммутирующим обмотку импульсного трансформатора (STB Trans), цепи обратной связи (FB), вторичного выпрямителя и фильтра (Rectifier&Filter), а также управляемого ключа (Load Switch) в цепи канала B5.3.
- Рабочий ИП, состоит из резонансного полумостового контроллера (LLC IC) c интегрированными MOSFET-транзисторами, импульсного трансформатора (LLC Trans), цепи обратной связи (FB), вторичных выпрямителей с фильтрами, а также 4-канального источника питания LED-линеек задней подсветки ЖК панели (четыре полумоста Boost UP, управляемых двумя драйверами Boost IC).
Рис. 2. Структурная схема блока питания
Рассмотрим работу составных узлов БП по принципиальной электрической схеме.
Принципиальная электрическая схема
Входные цепи и корректор коэффициента мощности
Принципиальная электрическая схема входного узла и ККМ приведена на рис. 3 (см. в архиве ниже) . Входной узел формирует из переменного сетевого напряжения постоянное напряжение и защищает сеть от импульсных помех, возникающих при работе основного преобразователя БП, а также защищает элементы БП от бросков сетевого напряжения. В его состав входят защитный варистор VX801S (750 В), П-образный помехоподавляющий фильтр CX801S-CX804S LX801S LX802S, токоограничительный позистор NT801S и выпрямитель HS801S CP806 CP807. Кроме того, в составе входного узла имеется реле RL801S, контакты которого разрывают цепь подачи сетевого напряжения на выпрямитель. Реле управляется ключом на MOSFET-транзисторе QS852 (см. рис. 5 в архиве), на который через разъем CNM801 (контакт 20) от основной платы ТВ поступает сигнал включения рабочего режима PS-ON (активный - высокий уровень сигнала).
Рис. 4. Принципиальная электрическая схема входного узла и ККМ
Таблица 5. Назначение выводов ИМС FA5591N
Номер вывода | Обозначение | Описание |
1 | FB | Вход напряжения обратной связи для контроля выходного напряжения ККМ |
2 | COMP | Выход усилителя сигнала ошибки для подключения цепи компенсации |
3 | RT | Установка максимального времени включения силового ключа и ограничение максимальной частоты ГПН, определяется номиналом внешнего резистора, включенного между выв. RT и "землей" |
4 | RTZC | Установка времени задержки включения после перехода через нулевой ток в индукторе, к выводу подключается резистор |
5 | IS | Вход контроля тока через силовой ключ |
6 | GND | "Земля" |
7 | OUT | Выходной сигнал драйвера на затвор силового MOSFET- транзистора |
8 | VCC | Напряжение питания ИМС |
ККМ реализован по схеме повышающего конвертора (сетевой выпрямитель и нагрузка конвертора - дроссель LP801 - включены последовательно) на специализированном контроллере ICP801S типа FA5591N фирмы Fuji Electric. Архитектура ИМС приведена на рис. 4, а назначение выводов - в таблице 5. ИМС работает в режиме критической проводимости. В ее состав входят источник опорных напряжений (REF), компараторы ошибки (Err Amp), перенапряжения (OVP Comp), низкого напряжения питания (UVLO), короткого замыкания на выходе (Short Comp), ГПН (RAMP OSC), детектор нулевого тока (ZCD Comp), ШИМ (PWM Comp), выходная схема логики и выходной драйвер (Driver). Основные особенности контроллера FA5591N:
- низкий стартовый ток 80 мкА (рабочий ток - 2 мА);
- наличие ГПН, повышающего эффективность конвертора в режиме с низкой нагрузкой;
- защита от короткого замыкания и обрыва в нагрузке;
- защита от низкого напряжения питания (9 В - OFF/13 В - ON).
Пиковые значения токов выходного драйвера (выв. 7 ИМС) составляют IS0URCE/SINK=500/1000 мА.
ИМС включена по типовой схеме (RRT=82 кОм, RIS=100 Ом), в которой максимальная частота ГПН составляет около 350 кГ ц, а максимальное время открытого состояния силовых ключей - 25 мкс. Уровни выходных сигналов (выв. 7) составляют VOL=1,2 В, VOH=8,4 В. Токовое ограничение включается при напряжении на выв. 5 (IS) VTHIS=-0,6 В, а защита от короткого замыкания - при напряжении на выв. 1 (FB) VTHFB=0,3 В.
В качестве внешнего силового ключа для увеличения выходной мощности используются два MOSFET-транзистора Q6P801, QP802 фирмы MagnaChip типа MDF10N60G (VDS=600 В, ID/IDM=10/40 А, RDS (ON)=0,58...0,7 Ом при VGS=10 B и ID=5 A), включенные параллельно. На выходе ККМ формируется постоянное стабилизированное напряжение 390 В (указано значение при AC напряжении 220 В), которым питаются рабочий и дежурный ИП.
Контроллер ККМ ICP801S питается от дежурного источника напряжением 12 В через ключ на транзисторе QS802 (см. рис. 4). Ключ управляется сигналом PFC_OVP, формируемым схемой контроля выходного напряжения ККМ на элементах RP814-RP817, ICP802 (прецизионный шунт-регулятор типа AS431ANTR). То есть, в аварийной ситуации (перенапряжение на выходе ККМ) питание с контроллераICP801S снимается.
Дежурный источник питания
Принципиальная электрическая схема этого узла приведена на рис. 5. Дежурный источник (ДИ) формирует постоянные стабилизированные напряжения 5 В (два канала - дежурное напряжение A5V и коммутируемое B5V) и 12 В (PFC VCC, MULTI VCC), которым питаются ИМС основного источника и ККМ. ДИ реализован по схеме импульсного обратноходового преобразователя на основе ШИМ контроллера с токовым управлением ICS801S типа SQD3011K. Эта ИМС предназначена для применения в маломощных AC/DC-преобразователях (до 5 Вт) при напряжении сети 95...240 В.
Назначение выводов ИМС приведено в таблице 6. Микросхема работает на фиксированной частоте, имеет схемы защиты от низкого (UVL) и высокого (OVP) напряжения питания, токового ограничения силового ключа - встроенного MOSFET-транзистора, а также пакетный энергосберегающий режим при работе с низкой нагрузкой.
Таблица 6. Назначение выводов ИМС SQD3011K
Номер вывода | Обозначение | Описание |
1 | S/OCP | Исток встроенного MOSFET-транзистора и вход токовой защиты |
2 | VCC | Напряжение питания ИМС |
3 | GND | "Земля" |
4 | FB/OLP | - Инвертирующий вход ШИМ компаратора. В стандартной схеме включения сюда подключен коллектор фототранзистора оптрона цепи ОС. - Вход защиты от перегрузки по мощности с рестартом |
5-8 | D/ST | Сток встроенного MOSFET-транзистора и вход высоковольтной схемы старта |
Контроллер ICS801S запускается сетевым напряжением, поступающим по цепи NTS802S DS807 DS808, подключенной к сетевому фильтру до контактов реле RL801S - то есть, на входе ДИ присутствует напряжение сразу после подключения ТВ к сети. В рабочем режиме ДИ питается от ККМ. Напряжение с выв. 5 ICS801S (сток встроенного MOSFET-транзистора) через внутренний токоограничительный резистор подается на выв. 2 ИМС (VCC). Когда на обмотках трансформатора ТS801S появляются напряжения, контроллер питается от обмотки 6-7 и выпрямителя DS803 CS806. От этого же источника через ключ на MOSFET-транзисторе QS802S питаются контроллеры ККМ и рабочего ИП.
Цепь обратной связи из регулируемого стабилизатора ICS851 и оптрона PCS801S контролирует вторичное напряжение 5 В и формирует напряжение ошибки на входе компаратора ошибки FB в составе ИМС (выв. 4). В результате изменяется длительность импульсов, управляющих MOSFET-транзистором, что приводит к стабилизации вторичных напряжений ДИ.
На выходе ДИ формируется постоянное стабилизированное напряжение 5 В: дежурное напряжение A5V подается в нагрузку непосредственно с выхода вторичного выпрямителя, а напряжение B5V - через ключ на MOSFET-транзисторе QS851S (MDS1653: VD=30 В, ID=12 A, RDSON=12 Ом при VGS=10 В), управляемый выходным напряжением 13 В (B13V) основного ИП.
Несколько слов о замене этой микросхемы. Полным аналогом является ИМС STR-2A152D фирмы SANKEN, кроме того, по данным источника [1] можно использовать недефицитную ИМС типа STR-A6169, но придется доработать плату, потому что цоколевка ИМС не совпадает (см. фрагмент схемы включения STR-A6169 на рис. 6).
Рис. 6. Фрагмент схемы включения STR-A6169
Рабочий источник питания
Рабочий ИП (см. рис. 7 в архиве) формирует постоянные стабилизированные напряжения 12,8 В (B13V), 18 В (Vamp) и 138 В (Vdrv) для питания узлов телевизора в рабочем режиме. Он реализован по схеме импульсного источника на основе ИМС полумостового резонансного конвертора типа FSFR1800XSL (ICM801S), входящего в состав семейства FSFR-XS - Fairchild Power Switch (FPS™). Архитектура ИМС приведена на рис. 8, назначение выводов - в таблице 7, а расположение выводов в корпусе - на рис. 9.
Рис. 8. Архитектура ИМС
Рис. 9. Расположение выводов в корпусе
Таблица 7. Назначение выводов ИМС FSFR1800XSL
Номер вывода | Обозначение | Описание |
1 | VDL | Сток MOSFET-транзистора верхнего плеча полумоста, в типовом включении подключается к входному DC-напряжению |
2 | AR | Вывод для подключения внешнего конденсатора схемы "мягкого" старта. Когда напряжение на нем понижается до 0,2 В, происходит сброс всех схем защиты и рестарт контроллера |
3 | RT | Вход программирования ключевой частоты. В типовом включении сигнал на вывод подается через оптрон для контроля ключевой частоты с целью регулировки выходного напряжения конвертора |
4 | CS | Вход для контроля тока через MOSFET-транзистор нижнего плеча полумоста. В типовом включении к этому выводу прикладывается отрицательное напряжение |
5 | SG | Сигнальная "земля" |
6 | PG | Силовая "земля", к выводу подключен исток MOSFET-транзистора нижнего плеча полумоста |
7 | LVcc | Напряжение питания контроллера |
8 | NC | Не подключен |
9 | HVcc | Напряжение питания драйвера верхнего плеча полумоста |
10 | VCTR | Сток MOSFET-транзистора нижнего плеча полумоста, к нему подключается обмотка трансформатора |
Данная ИМС имеет встроенные мощные N-MOSFET-транзисторы, включенные по полумостовой схеме, гарантированный 50% рабочий цикл и фиксированное время паузы между переключениями (Dead Time) 350 нс. Параметры N-MOSFET транзисторов (BVDSS=540 В, RDS ON=0,77 Ом при VGS=10 В и ID=3 A) позволяют реализовать конверторы с выходной мощностью 120/260 Вт (с радиатором/без радиатора). В ИМС используется генератор, управляемый током. Напряжение на выводе RT регулируется цепью обратной связи конвертора в диапазоне 0...2 В, через токовое зеркало оно заряжает/разряжает задающий конденсатор генератора. При увеличении тока ключевая частота растет, и наоборот. При указанных номиналах элементов, подключенных к выводу RT, ключевая частота fMIN=106 кГц, fMAX=226 кГц, а fss=266 кГц.
Регулирующее напряжение на выводе RT формируется цепью обратной связи из прецизионного шунт-регулятора ICM851 (TL431) и оптрона PCM801, контролирующей вторичное напряжение конвертора 13 В (B13V).
Нагрузка полумоста на MOSFET-транзисторах - первичная обмотка трансформатора TM801S - включена между его выходом VCTR (выв. 10) и "землей" через развязывающий конденсатор СМ811.
Ток через нижнее плечо полумоста контролируется цепью CM805 RM809-RM811, формирующей отрицательное напряжение на входе CS (выв. 4).
Контроллер питается напряжением 12 В (MULTI VCC) от дежурного источника через ключ на транзисторе QM801, управляемый узлом контроля выходного напряжения ККМ на элементах RM803-RM807, ICM802. При достижении номинального уровня на выходе 390 В (т.е. рабочий режим ТВ) регулятор ICM802 начинает пропускать ток, ключ на транзисторе QM801 открывается и на контроллер ICM801S подается питание.
Все вторичные выпрямители рабочего ИП выполнены по двухполупериодным схемам и особенностей не имеют. Узел на транзисторах QM851-QM853 защищает БП от перенапряжения на выходах рабочего источника и LED-драйверов. Все выходы объединены по схеме ИЛИ с помощью диодных сборок DM854, D9052. Если на одном или на нескольких выходах выходное напряжение превысит пороговый уровень, ключ Q851 Q852 закрывается, а ключ на транзисторе Q853 открывается, и цепь POINT "B" (рис. 6) подключается к "земле". Цепь POINT "B" на рис. 4 - это затвор ключевого транзистора QS852, переключающего БП в дежурный или рабочий режимы. Таким образом, в случае аварии рабочего источника или LED-драйверов низким потенциалом сигнала POINT "В" БП переключится в дежурный режим.
Недостающие схемы находятся здесь.
Продолжение следует
Автор: Николай Елагин (г. Зеленоград)
Источник: Ремонт и сервис