Инвертор питания CCFL
Этот узел формирует из постоянного напряжения 400 В переменное высоковольтное напряжение для питания CCFL задней подсветки ЖК панели. Принципиальная электрическая схема инвертора приведена на рис. 8 (см. архив).
Инвертор выполнен на специализированной микросхеме UBA2071 фирмы NXP - это драйвер CCFL и EEFL (External Electrode Fluorescent Lamp) задней подсветки ЖК пане-
лей мониторов и ТВ. Приведем основные особенности ИМС:
- применение в инверторах с полумостовой топологией и питанием до 550 В (DC);
- "плавающий" источник питания для драйвера верхнего плеча полумоста и встроенный бутстрепный диод;
- токовое управление;
- регулируемый ток CCFL с виртуальным ZVS-управлением (переключение при нулевом напряжении) и резонансным переключением;
- аналоговый и ШИМ димминг;
- защита при токовой перегрузке, неисправности или отключении CCFL;
- программируемый таймер ошибки.
Назначение выводов ИМС UBA2071 приведено в таблице 4.
Таблица 4. Назначение выводов ИМС UBA2071
Номер вывода | Обозначение | Описание |
1 | IFB | Вход контроля тока CCFL, напряжение на входе пропорционально току CCFL |
2 | CIFB | Конденсатор установки быстродействия цепи токовой обратной связи, второй вывод подключить к SGND |
3 | VFB | Вход обратной связи по напряжению во вторичной цепи инвертора |
4 | CVFB | Конденсатор установки быстродействия цепи обратной связи по напряжению, второй вывод подключить к SGND |
5 | CSWP | Конденсатор установки времени свипирования частоты H во время ШИМ димминга |
6 | CT | Конденсатор установки задержки перед выключением ИМС после ошибки |
7 | CF | Конденсатор установки минимальной ключевой частоты ГУН (частота переключения ключей полумоста вдвое ниже), второй вывод подключить к SGND |
8 | IREF | Внешний резистор 33 кОм источника опорного тока, второй вывод подключить к SGND |
9 | CPWM | Конденсатор установки частоты ШИМ димминга, второй вывод подключить к SGND |
10 | SGND | Сигнальная "земля" |
11 | COMM | Если подключить вывод к SGND, то будет выключен внутренний ШИМ генератор. Этот же вывод для установки ИМС, как ведомого устройства |
12 | NON FAULT | Вход/выход сигнала ошибки. ИМС устанавливает низкий уровень при ошибке или ошибку можно установить внешним сигналом низкого уровня |
13 | PWMD | Выходной сигнал ШИМ димминга для подключения конденсатора. Вторая функция - вход ШИМ сигнала димминга |
14 | PWMA | Вход DC-напряжения аналогового димминга, его уровень пропорционален рабочему циклу ШИМ сигнала димминга |
15 | EN | Вход выключения ИМС, низкий уровень - активный (менее 0,9 В) |
16 | VDD | Напряжение питания ИМС |
17 | PGND | Силовая "земля" |
18 | GL | Выход драйвера на затвор MOSFET-транзистора нижнего плеча полумоста |
19-21 | NC | Не подключены |
22 | SH | Выход для подключения к истоку MOSFET-транзистора верхнего плеча полумоста |
23 | FS | Бутстрепный конденсатор, включается между этим выводом и выводом SH. Он заряжается, когда открыто нижнее плечо полумоста, и от него питается драйвер верхнего плеча полумоста |
24 | GH | Выход драйвера на затвор MOSFET-транзистора верхнего плеча полумоста |
Микросхема питается от стабилизатора ZD801 Q806 (12,5 В), который подключен к тому же источнику питания, что и контроллеры ККМ и основного источника, т.е. напряжение на него подается только в рабочем режиме. Главная особенность данной схемы - отсутствие гальванической развязки от сети, поэтому все управляющие сигналы, поступающие на инвертор как от платы SSB, так и от вторичных цепей инвертора, гальванически развязаны с помощью оптронов (см. рис. 8).
ИМС включается высоким потенциалом (более 2,5 В) на выв. 15 (ENA), для этого управляющий сигнал ENA от платы SSB должен быть низкого уровня. Минимальная опорная частота встроенного ГУН (частота переключения транзисторов полумоста fSW вдвое ниже этой частоты) определяется конденсатором С815, подключенным к выв. 7 (CF) и составляет 10...100 кГц (при CCF=100 пФ fsw min=39...42 кГц). Соотношение минимальной и максимальной частот ГУН (fsw min/fsw min) равно примерно 2,4.
После запуска ИМС она входит в режим поджига CCFL, в котором частота переключения вначале максимальная и соответствует резонансной частоте инвертора в ненагру-женном состоянии. При этом обратные связи по току и напряжению разблокированы, напряжение на CCFL достигает уровня поджига и лампы зажигаются. В этот момент напряжение на CCFL начнет снижаться до уровня, соответствующего нагруженному состоянию цепи. Частота переключения снижается, ток ламп растет до тех пор, пока не достигнет уровня регулирования (это определяется средним значением напряжения на входе обратной связи IFB). Этот момент детектируется, как включение ламп, и разрешается ШИМ димминг.
Если ток CCFL достигает уровня регулирования, а напряжение на CCFL остается выше порогового уровня (1,05 В на входе IFB), это является признаком того, что лампы не зажглись, димминг запрещается и включается таймер ошибки.
Как и ИМС основного источника MCP1271D, ИМС UBA2071 работает в режиме токового управления. Диапазон напряжения на входе токового усилителя ошибкиIFB в рабочем режиме равен ±2,5 В. Это управляющее напряжение формируется обратной связью на трансформаторе T801. Его первичная обмотка включена последовательно с вторичными обмотками трансформатора T802, от которых питаются CCFL, а вторичная обмотка T801 подключена непосредственно к выв. 1 (IFB).
Напряжение на CCFL контролируется по входу VFB (выв. 3), рабочий диапазон входного напряжения на нем равен 0,2...2,4 В, уровень менее 0,15В соответствует короткому замыканию на выходе инвертора, а уровень 2,5 В - перенапряжению на выходе, в результате, после тайм-аута (времязадающий конденсатор C814, подключен к выв. 6 (CT)), срабатывает схема защиты и ИМС блокируется. Напряжение на входе VFB формируется управляемым делителем напряжения, R824 R816 R815 1С806, подключенным к стабилизатору напряжения 12,5 В (ZD801 Q806). Нижнее плечо делителя управляется цепью обратной связи T801 R822 IC808 IC806, контролирующей напряжение на CCFL.
ИМС UBA2071 имеет двунаправленный вход/выход сигнала ошибки N.FAULT (выв. 12), который можно использовать как для записи ошибки внешним сигналом (вытекающий ток должен превышать уровень -27 мкА, уровень тока -220 мкА соответствует короткому замыканию в нагрузке), так и для контроля ошибки, фиксируемой встроенной схемой. Когда ошибки не обнаружено, на выходе присутствует высокий потенциал 5 В.
В рассматриваемом варианте схемы ошибка (короткое замыкание в нагрузке) фиксируется внешней цепью. Напряжения А и В (обозначение на рис. 8), пропорциональные напряжениям на CCFL, снимаются с емкостных делителей С806 С807 С826 (С808 С809 С828 - 2-й канал), фильтруются и подаются на узел на транзисторах Q803-Q805, формирующий низкий потенциал в точке С в случае замыкания в одной из нагрузок. Это приводит к тому, что транзистор оптрона IC805 открывается и через выв. 12 IC801 вытекает ток, уровень которого соответствует короткому замыканию в нагрузке. Включается таймер ошибки, и схема работает, как и в случае внутренней ошибки (см. выше).
Силовая часть инвертора выполнена по схеме полумоста на NMOSFET-транзисторах Q801, Q802, к выходу которого подключена первичная обмотка импульсного трансформатора T803. Второй вывод обмотки T803 подключен к "земле" через разделительный конденсатор C802. Питание схемы, напряжение +400 В, подается на верхнее плечо полумоста с выхода ККМ. Бутстрепный конденсатор C801 "плавающего" источника, от которого питается драйвер верхнего плеча, заряжается до уровня 400 В от встроенного диода во время открытого состояния нижнего плеча полумоста Q801 Q802. Для защиты от сквозных токов в моменты переключений полумоста GL high/GH low и GL low/GH high транзисторы полумоста принудительно запираются на фиксированное время (ton=1,2 мкс).
В качестве силовых ключей применены N-MOSFET-транзисторы типа FQPF8N60C (ID=7,5A, VD=600 В, RDS(on)=1,2 Ом при VGS = 10 В).
Для регулировки яркости CCFL применяется метод НЧ ШИМ димминга: ток ламп коммутируется (включается и выключается) с частотой гораздо ниже ключевой частоты полумоста, но достаточно высокой для того, чтобы мерцание не было заметно человеческому глазу. Причем, рабочий цикл сигнала НЧ ШИМ регулируется внешним DC-напряжением или ШИМ сигналом, формируемым схемой управления. Диапазон частот НЧ ШИМ генератора составляет 75...1000 Гц, а рабочий цикл регулируется в пределах 12.100%, что соответствует и регулировке яркости CCFL от 12 до 100%.
С помощью 3-х выводов ИМС (9, 13 и 14) можно конфигурировать режимы аналогового или цифрового димминга и, соответственно, режимов Master и Slave:
- аналоговый димминг и режим Master: выв. 13 подключается к "земле" через времязадающий конденсатор частоты НЧ ШИМ, выв. 14 - вход DC-напряжения димминга, выв. 13 - выход НЧ ШИМ сигнала;
- цифровой димминг и режим Slave: выв. 13 и 14 подключаются к "земле", выв. 14 - вход ШИМ сигнала димминга.
Диагностика неисправностей инвертора
При отсутствии подсветки, в первую очередь, проводят визуальный осмотр платы на наличие обгоревших участков, особенно во вторичных цепях - в месте разъемов, через которые к ней подключаются лампы. Довольно часто из-за плохого качества разъема контакт нарушается, и инвертор переключается в режим защиты (см. описание). Проверяют электролитические конденсаторы на отсутствие вздутий корпуса и резисторы - на отсутствие гари на корпусе. Довольно часто выгорают обмотки высоковольтного трансформатора T803, что легко диагностируется визуально.
Если визуальный осмотр ничего не дал, на инвертор подают питающее напряжение и с помощью осциллографа (необходимо использовать внешний щуп-делитель с высоким входным сопротивлением) проверяют наличие выходного напряжения на лампах. Если оно равно нулю, проверяют цепь питания инвертора - поступление напряжения 13 В от дежурного источника (Vdd-S), работу стабилизатора 12,5 В (ZD801 Q806) и поступление напряжения 400 В на схему полумоста. Если все напряжения поступают, проверяют наличие управляющих сигналов (включение ENA (контакт 1 CN902), регулировки яркости DIM (контакт 2 CN902)) на входах инвертора и соответствующих входах микросхемы (см. описание). Одним из признаков исправности контроллера UBA2071 является наличие сигнала ключевой частоты на выв. 7 (СF) частотой около 40 кГц. Если генератор мик-
росхемы работает, а в момент включения ТВ на выходах контроллера появляется и пропадает ШИМ сигнал, скорее всего, срабатывает одна из схем защиты. Проверяют в соответствии с описанием ИМС, какая защита включается, выясняют причину и устраняют.
В случае если подсветка работает нестабильно (яркость самопроизвольно изменяется), это может быть связано со стабильностью входного сигнала управления яркостью DIM или с неисправностью элементов времязадающей цепи генератора(см. описание). Элементы цепи проверяют заменой. Если результата нет, заменяют контроллер.
Довольно часто яркость самопроизвольно меняется из-за старения CCFL-ламп. Для проверки ламп их заменяют на заведомо исправные. Если таковых нет, вместо проверяемой лампы включают эквивалент - резистор номиналом 100 кОм/5...10 Вт, и проверяют стабильность выходных напряжений инвертора.
Особенности блока питания 42-дюймовых моделей ТВ
Принципиальная схема этого блока приведена в архиве (ККМ, основной и дежурный источники) и на рис. 9 (инвертор CCFL). Они реализованы на такой же элементной базе и почти не отличаются от схем 32-дюймовых моделей ТВ, за исключением того, что в качестве силовых ключей в составе ККМ, основного источника и инвертора применены более мощные N-MOSFET-транзисторы, поскольку телевизоры с 42-дюймовой диагональю панели имеют большее энергопотребление. Позиционные обозначения элементов также имеют отличия.
Все необходимые рисунки и схемы можно найти здесь.
Литература
1. Николай Елагин. ЖК телевизоры "Philips 32PFL3605xx*/42PFL3605xx" на шасси TPM4.1E LA. Сервисные режимы и регулировки. Ремонт & Сервис №12, 2011.
2. PHILIPS. Service Manual Chassis TPM4.1E LA.
Автор: Павел Потапов (г. Москва)
Источник: Ремонт и сервис