Схемотехника источников постоянных напряжений ЖК мониторов на примере Sony SDM-X72

Для работы современного ЖК монитора требуется сразу несколько питающих напряжений - 1,5, 1,8, 2,5, 3,3, 5, 12 В и др. При всем этом, основным блоком питания вырабатывается одно (как правило, 12 В) или два напряжения (как правило, 12 и 5 В). Для получения остальных номиналов в составе монитора имеется специальный узел - источник постоянных напряжений. Как правило, его элементы размещаются на главной плате (иначе, плате графического контроллера - скалера). Значение этого узла схемы монитора трудно переоценить, так как от его исправности напрямую зависит работоспособность монитора. Поэтому практически при всех неисправностях ЖК мониторов начинать диагностику необходимо именно с этого узла.

Напряжения 1,5, 1,8, 2,5 и 3,3 В используются для питания микросхем скалера, трансмиттера, ресиверов интерфейсов DVI, TMDS и LVDS, микросхем оперативной памяти. Применение низковольтных напряжений для питания этих каскадов и микросхем обусловлено тем, что они функционируют на высоких тактовых частотах. Поэтому снижением величины питающего напряжения высокочастотных микросхем разработчики пытаются уменьшить рассеиваемую на них мощность, повысить их надежность и решить проблему отвода тепла. В некоторых мониторах, особенно в моделях 2006-2009 гг, напряжение 3,3 В используется и для питания управляющего микроконтроллера несмотря на то, что его тактовая частота является относительно низкой. Сейчас еще достаточно часто можно видеть, что в качестве микроконтроллера в ЖК мониторах производители используют "устаревшие" или "медленные", но более дешевые микроконтроллеры с напряжением питания 5 В.

Кроме питания управляющего микроконтроллера, напряжение 5 В часто используется для питания элементов в составе ЖК панели. Если быть более точным, то в составе панели имеется свой регулятор напряжения, который формирует из 5 В постоянные напряжения разной полярности и номинала, необходимые для работы драйверов строк, столбцов и других узлов. Кроме того, напряжение 5 В традиционно используется для питания светодиодного индикатора на лицевой панели управления монитора.

Напряжение 12 В требуется, в первую очередь, для работы энергоемкого инвертора питания ламп задней подсветки, поэтому напряжение 12 В формируется основным блоком питания монитора.

Для того чтобы получить несколько различных номиналов напряжений из одного или двух постоянных напряжений, используется преобразование постоянного тока в постоянный ток, так называемое DC/DC-преобразование. Оно реализуется с помощью линейных или импульсных стабилизаторов (преобразователей). Линейные преобразователи применяются в слаботочных цепях, а импульсные - в сильноточных, где значение тока может достигать нескольких ампер. Как уже отмечалось, все эти преобразователи логически объединены в узел DC/DC-преобразователя, конструктивно размещенный на плате скалера. Именно поэтому неисправности цепей питания часто приводят к необходимости замены всей этой платы, что, конечно же, экономически необоснованно, т.к. провести диагностику и ремонт DC/DC-преобразователя способен специалист даже с небольшим практическим опытом.

Представить место DC/DC-преобразователей в схемотехнике ЖК монитора помогут блок-схемы на рис. 1 и 2. На рис. 1 предполагается, что основным блоком питания формируется два выходных напряжения: 5 и 12 В. В этом случае низковольтные напряжения получают путем линейного преобразования напряжения 5 В.

Рис. 1. Блок-схема DC/DC-преобразователей на основе линейных стабилизаторов

На рис. 2 предполагается, что основным блоком питания формируется только напряжение 12 В. В этом случае сначала из напряжения 12 В методом импульсного DC/DC-преобразования формируется напряжение 5 В, а из него линейными регуляторами формируются низковольтные напряжения.

Рис. 2. Блок-схема DC/DC-преобразователей на основе импульсного стабилизатора

Естественно, на рис. 1 и 2 представлены только два базовых варианта схемотехники DC/DC-преобразователей, но на практике могут попадаться различные комбинации этих вариантов.

В качестве примера, в котором реализованы оба типа преобразования напряжений, рассмотрим схему DC/DC-преобразователя монитора "Sony SDM-X72". Схемотехнику преобразователя этого монитора можно отнести к варианту, представленному на рис. 2, а его принципиальная электрическая схема приводится на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная электрическая схема DC/DC-преобразователя монитора Sony SDM-X72

Рис. 4. Блок-схема DC/DC-преобразователя монитора Sony SDM-X72

Блок-схема, помогающая разобраться в назначении элементов принципиальной схемы, представлена на рис. 4. DC/DC-преобразователь формирует следующие выходные напряжения:

- напряжение 2,5 В (обозначение на рис. 3 и 4 - +2.5V) для питания цифровой части скалера;

- напряжение 3,3 В (D3.3V) для питания интерфейсной части скалера;

- напряжение 3,3 В (+3.3V_F) для питания микросхем буферной памяти и трансмиттеров LVDS;

- напряжение 3,3 В (AVDD_3.3V) для питания аналоговой части скалера;

- напряжение 5 В(+5V_A) для питания микроконтроллера и схемы управления монитором;

- напряжение 5 В(+5V_B) для питания ЖК панели, аналогового видеопроцессора, интерфейса DVI. Из этого же напряжения формируются и все низковольтные напряжения (2,5 и 3,3 В).

Оба канала 5 В имеют энергоемкую нагрузку, и для формирования этих напряжений используются импульсные регуляторы.

DC/DC-преобразователь управляется двумя дискретными сигналами OFF и PD (имеют два возможных уровня - высокий и низкий), которые формируются микроконтроллером монитора. Этими сигналами разрешается или запрещается формирование выходных напряжений.

Высокий (активный) уровень сигнала OFF блокирует работу микросхемы IC201, запрещая тем самым формирование напряжений +5V_A и +5V_B, а значит, не формируются напряжения 2,5 и 3,3 В. Другими словами, активизация сигнала OFF приводит к полному отключению монитора и его перезапуску. Микроконтроллер активизирует сигнал OFF при возникновении аварийных режимов работы.

Сигнал PD разрешает или запрещает формирование напряжения +5V_B, отключая тем самым практически все элементы монитора, за исключением микроконтроллера, который питается напряжением +5V_A. Фактически сигнал PD является сигналом "горячего" подключения разъема DVI, т.е. при подключении к этому разъему устройства монитор переводится в активное состояние.

Оба импульсных преобразователя напряжений +5V_A и +5V_B построены по схеме понижающего импульсного преобразователя. Ключевыми элементами этих преобразователей являются МОП транзисторы Q205 и Q206, которые переключаются с высокой частотой импульсами, формируемыми двухканальным ШИМ контроллером IC201 (BA9741F). Сглаживание импульсов, полученных на истоках МОП транзисторов, осуществляется за счет дросселей L201 и L202 и конденсаторов C210 и C214. В фазе "накачки", когда транзисторы Q205 и Q206 открыты управляющими импульсами, происходит накопление энергии в дросселях и фильтрующих конденсаторах. В фазе "разряда", когда транзисторы заперты, накопленная энергия через разрядные диоды D201 и D202 поступает в нагрузку (выпрямительные диоды с барьером Шоттки: I = 3 А, U_ПР = 750 В, U_ОБР = 60 В). В результате формируются постоянные напряжения +5V_A и +5V_B.

Транзисторы Q205 и Q206 управляются микросхемой IC201 через предварительные усилители на транзисторах Q201-Q204, которые образуют собой двухтактные эмиттерные повторители. Этими каскадами создаются двухполярные импульсы на затворах МОП транзисторов, что значительно улучшает их управляемость и снижает динамические потери.

Функциональная схема двухканального ШИМ контроллера BA9741F представлена на рис. 5, а назначение выводов приведено в таблице.

Рис. 5. Архитектура двухканального ШИМ контроллера BA9741F

Таблица. Назначение выводов ШИМ контроллера BA9741F

Микросхема состоит из двух независимых ШИМ контроллеров, работающих синхронно. Общими для этих ШИМ контроллеров являются только задающий генератор, источник опорного напряжения и схема отключения при понижении напряжения питания (UVLO). Длительность импульсов на выходах микросхемы (выв. 7 и 10), а значит, и выходное напряжение преобразователей, определяется соотношением входных сигналов усилителей ошибки (MON1, MON2, INV1, INV2). На инвертирующие входы усилителей ошибки (INV1, INV2) подается опорное напряжение VREF (2,5 В) с выв.16 через резисторные делители R207 R208 и R206 R223. В результате на входах INV1, INV2 формируется напряжение величиной 1,25 В, с которым сравниваются сигналы обратной связи выходных каналов. Сигнал обратной связи канала +5V_A формируется резистивным делителем R219 R220 и прикладывается ко входу MON1 (выв. 3). Сигнал обратной связи канала +5V_В формируется резистивным делителем R217 R218 и прикладывается ко входу MON2 (выв. 14). Увеличение какого-либо сигнала обратной связи приводит к уменьшению длительности импульсов на соответствующем выходе микросхемы, что приводит к пропорциональному снижению выходного напряжения канала 5 В. При снижении напряжения обратной связи выходное напряжение, наоборот, начинает возрастать за счет увеличения времени открытого состояния МОП транзистора. В результате происходит стабилизация напряжения 5 В. Конденсаторы C203 и С202, подключенные к выв. 6 (DT1) и 11 (DT2), обеспечивают "мягкий старт" преобразователей, плавно увеличивая длительность выходных импульсов микросхемы в момент запуска.

Напряжения AVDD_3.3V, +2.5V и D3.3V формируются линейными интегральными стабилизаторами типа XC6203E (IC203, IC205, IC208).

Напряжение +3.3V_F формируется управляемым интегральным регулятором напряжения SI3033 (IC204). Работа этого стабилизатора может быть запрещена сигналом OFF (активный - низкий уровень), подаваемым на выв. 1 (VC). Это приведет к отключению LVDS-трансмиттеров и ЖК панели.

Необходимо обратить внимание на то, что DC/DC-преобразователь защищен входным предохранителем F201 (7 А), установленным в канале +12 В.

Типовые неисправности схемы и методы ее тестирования

Большинство проблем DC/DC преобразователя связано с неисправностью и отказом сильноточных элементов схемы и элементов защиты, а именно:

- предохранителя F201;

- транзисторов Q205 и Q206;

- диодов D201 и D202;

- конденсаторов С210, С214.

Наиболее вероятной проблемой является пробой МОП транзистора, что приводит к появлению на его истоке напряжения 12 В и срабатыванию предохранителя. Поэтому, в случае отказа F201, необходимо проверить всех названные силовые элементыв и элементы защиты омметром на пробой и обрыв. При утечке фильтрующих конденсаторов на выходах каналов появятся пульсации. Это может проявиться в виде шумовых помех на изображении. Конденсаторы проверяют измерителем ESR, а если его нет - методом замены.

Отказ линейных стабилизаторов является крайне редким явлением, исключать который совсем не стоит. Но проверка линейных стабилизаторов очень проста - достаточно вольтметром измерить входное и выходное напряжение каждого.

Немного о проверке ШИМ контроллера BA9741F. Проверка микросхемы также не составит особого труда. Чтобы убедиться в ее исправности, достаточно подать напряжение + 12 В (можно от внешнего источника питания) на выв. 9. После этого контролируют:

- напряжение +2,5 В на выв.16;

- прямоугольные импульсы на выв. 7 и 10.

Отсутствие напряжения или импульсов будет говорить о необходимости замены микросхемы.

В конце обзора хочется еще раз отметить очень важную роль источников постоянного тока в правильной работе ЖК монитора. Практически при любых неисправностях ЖК мониторов диагностику следует начинать с проверки стабилизаторов напряжений 12, 5, 2,5 и 3,3 В. Несмотря на то что рассмотрена схемотехника DC/DC-преобразователя всего лишь одной модели монитора, модели других производителей имеют аналогичные схемные решения этого узла. Поэтому их диагностику выполняют в таком же порядке.

При общем, значительно меньшем количестве отказов ЖК мониторов из-за неисправности DC/DC преобразователей, они занимают почетное третье место среди всех неисправностей ЖК мониторов, и следуют по этому показателю сразу после неисправностей инверторов и основных блоков питания.

Автор: Виктор Ткаченко (г. Пенза)

Источник: Ремонт и сервис