液晶彩電高壓板電路構(gòu)成方案揭秘

高壓板電路(逆變器)是一種DC-AC(直流-交流)變換器，它的工作過程就是開關(guān)電源工作的逆變過程。開關(guān)電源的作用是將市電電網(wǎng)的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的Vcc電壓(12V或24V)，而高壓板電路正好相反，它是將開關(guān)電源輸出的Vcc電壓(12V或24V)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l(40~80kHz)的高壓(600~800V)交流電。

高壓板電路的種類較多，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的不同，主要有以下幾種構(gòu)成方案。

一、 "PWM控制芯片+Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路"構(gòu)成方案

1."PWM控制芯片+Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路"構(gòu)成方案的基本結(jié)構(gòu)形式

圖1所示是"PWM控制芯片+Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路"構(gòu)成方案的基本結(jié)構(gòu)形式。

從圖中可以看出，該高壓板電路主要由驅(qū)動(dòng)控制電路(振蕩器、調(diào)制器)、直流變換電路、Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路、電壓和電流檢測(cè)電路、CCFL等組成。在實(shí)際的高壓板中，常將振蕩器、調(diào)制器、保護(hù)電路集成在一起，組成一塊小型集成電路，一般稱為PWM控制芯片。

圖1中的ON/OFF為振蕩器啟動(dòng)/停止控制信號(hào)輸入端。該控制信號(hào)來自主板微控制器(MCU)，當(dāng)液晶彩電由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)后，MCU向振蕩器送出啟動(dòng)工作信號(hào)(高/低電平變化信號(hào))，振蕩器接收到信號(hào)后開始工作，產(chǎn)生頻率40~80kHz的振蕩信號(hào)送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)部與MCU部分送來的PWM亮度調(diào)整信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，輸出PWM激勵(lì)脈沖信號(hào)，送往直流變換電路，使直流變換電路產(chǎn)生可控的直流電壓，為Royer結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路功率管供電。功率管及外圍電容c1和變壓器繞組L1(相當(dāng)于電感)組成自激振蕩電路，產(chǎn)生的振蕩信號(hào)經(jīng)功率放大和升壓變壓器升壓耦合，輸出高頻交流高壓，點(diǎn)亮背光燈管。

圖1"PWM控制芯片+Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路"構(gòu)成方案的基本結(jié)構(gòu)形式。

為了保護(hù)燈管，需要設(shè)置過電流和過電壓保護(hù)電路。過電流保護(hù)檢測(cè)信號(hào)從串聯(lián)在背光燈管上的取樣電阻R上取得，輸送到驅(qū)動(dòng)控制芯片。過電壓保護(hù)檢測(cè)信號(hào)由從L3上取得，也輸送到驅(qū)動(dòng)控制芯片，當(dāng)輸出電壓及背光燈管工作電流出現(xiàn)異常時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制芯片控制調(diào)制器停止輸出，從而起到保護(hù)的作用。

當(dāng)調(diào)節(jié)亮度時(shí)，亮度控制信號(hào)加到驅(qū)動(dòng)控制芯片，通過改變驅(qū)動(dòng)控制芯片輸出的PWM脈沖的占空比，進(jìn)而改變直流變換器輸出的直流電壓大小，也就改變了加在驅(qū)動(dòng)輸出管上的電壓大小，即改變了自激振蕩的振蕩幅度，從而使升壓變壓器輸出的信號(hào)幅度、CCFL兩端的高壓幅度發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)節(jié)亮度的目的。

該電路只能驅(qū)動(dòng)一只背光燈管，由于背光燈管不能并聯(lián)和串聯(lián)應(yīng)用，所以，若需要驅(qū)動(dòng)多只背光燈管，必須由相應(yīng)的多個(gè)升壓變壓器輸出電路及相適配的激勵(lì)電路來驅(qū)動(dòng)。

2.實(shí)際電路分析

采用"PWM控制芯片+Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路" 的高壓板電路中，PWM控制Ic主要采用TL1451、BA9741、BA9743、SP9741、BI3101、BI3102、TL494、KA7500等。下面以"TL1451+Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路"高壓板電路為例進(jìn)行介紹，有關(guān)電路如圖2所示。

圖2 "TL1451+Royer結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電路"高壓板電路

TL1451是一個(gè)PWM控制芯片，在開關(guān)電源、逆變電路中有著廣泛的應(yīng)用，該芯片由基準(zhǔn)電源、振蕩器、誤差放大器、定時(shí)器和PWM比較器等部分組成，利用TL1451可以組成各種開關(guān)電源和控制系統(tǒng)，不僅能使開關(guān)電源和控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化，容易維修，成本降低，更重要的是能降低系統(tǒng)的故障率，提高系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。
 

TL1451為雙通道驅(qū)動(dòng)控制電路，可輸出兩路PWM控制脈沖，分別兩路驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制，每路驅(qū)動(dòng)電路均可驅(qū)動(dòng)兩只CCFL工作。TL1451適應(yīng)電源電壓范圍寬，可以在3.6~40V的單電源下工作，具有短路和低電壓誤動(dòng)作保護(hù)電路。TL1451內(nèi)部電路框圖如圖3所示，引腳功能見表1.另外， 與TL1451內(nèi)部電路和引腳功能基本一致的芯片還有BA9741、SP9741等。

圖3 TL1451內(nèi)部電路框圖

表1 TL1451引腳功能

(1)控制電路

控制電路由PWM控制芯片U201(TL1451)及其外圍元器件組成。

在需要點(diǎn)亮燈管時(shí)，微控制器輸出的ON/OFF信號(hào)為高電平，控制晶體管Q201、Q202導(dǎo)通，于是，由開關(guān)電源產(chǎn)生的12V直流電壓經(jīng)導(dǎo)通的Q202加到U201(TL1451)的供電端9腳，TL1451得電后，其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源先工作，輸出2.5V的基準(zhǔn)電壓，該基準(zhǔn)電壓不但供給TL1451片內(nèi)電路，還通過16腳輸出，供給片外部電路作基準(zhǔn)電壓。然后，TL1451啟動(dòng)內(nèi)部振蕩電路開始工作，振蕩頻率由1、2腳外接的定時(shí)電阻R204、定時(shí)電容C208的大小決定。振蕩電路工作后，產(chǎn)生振蕩脈沖，加到PWM比較器1和PWM比較器2,經(jīng)過變換整形后從7、10腳輸出PWM脈沖，去兩路DC-DC變換電路。

(2)直流變換電路

直流變換電路共兩路，分別由Q205、Q207、Q203、D201、L201和Q206、Q208、Q204、D202、L202組成，其作用是將輸入的12V直流電壓變換為可控的直流電壓，為功率輸出管(Q209、Q210和Q211、Q212)供電。由于兩路的工作原理相同，下面只分析其中一路(TL1451的10腳輸出的那一路)的工作情況。

U201(TL1451)的10腳輸出的PWM激勵(lì)脈沖，經(jīng)Q205、Q207組成的圖騰柱電路推挽放大，R216、C211耦合，加到P溝道場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管Q203的柵極，使開關(guān)管Q203工作在開關(guān)狀態(tài)。Q203導(dǎo)通時(shí)，12v電壓經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管Q203的S、D極，電感L201,升壓變壓器PT201的4~5和4~2繞組分別加到功率輸出管Q209、Q210的集電極，為Q209、Q210供電;Q203截止期間，由于電感中的電流不能突變，所以L201通過自感產(chǎn)生右正、左負(fù)的脈沖電壓。于是，L201右端正的電壓經(jīng)PT201的4~5和4~2繞組、輸出管Q209或Q210的ce結(jié)、續(xù)流二極管D201、L201左端構(gòu)成放電回路，釋放能量，繼續(xù)為輸出管Q209、Q210供電。

從以上分析可以看出，這是一個(gè)開關(guān)降壓型DC-DC變換器。

(3)驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路(共兩路)用于產(chǎn)生符合要求要交流高壓，驅(qū)動(dòng)CCFL工作，主要由驅(qū)動(dòng)輸出管(Q209、Q210和Q211、Q212)、升壓變壓器(PT201和PT202)等組成，下面以其中的一路(Q209、Q210、RT201)為例進(jìn)行介紹。

從圖2中可以看出，由Q209、Q210、RT201等元器件組成的電路是一個(gè)典型Royer結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路，即自激式多諧振動(dòng)振蕩器。電路靠變壓器一次側(cè)、反饋繞組同名端的正確連接來滿足自激振蕩的相位條件，即滿足正反饋條件。而振幅條件的滿足，首先靠合理選擇電路參數(shù)，使放大器建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，其次是改變反饋繞組的匝數(shù)，或它與一次繞組之間的耦合程度，以得到足夠強(qiáng)的反饋量。穩(wěn)幅作用是利用晶體管的非線性來實(shí)現(xiàn)的。

由自激式振蕩電路產(chǎn)生的正弦波電壓，經(jīng)變壓器PT201感生出高壓，通過C215、C216及接插件CN202給CCFL供電。因?yàn)樽儔浩黢詈献约ふ袷庪娐氛袷幉ㄐ螢闃?biāo)準(zhǔn)的正弦波，恰好適合CCFL的供電要求，因此可以簡(jiǎn)化末級(jí)電路的設(shè)計(jì)。

(4)亮度調(diào)節(jié)電路

U201(TL1451)的4腳、13腳為亮度控制端，由于這兩路控制信號(hào)的控制過程相同，下面只以13腳的亮度控制信號(hào)為例進(jìn)行分析。

當(dāng)需要調(diào)節(jié)亮度時(shí)，由微控制器輸出的DIM控制脈沖發(fā)生變化→經(jīng)R201、C203低通濾波后產(chǎn)生的直流電壓發(fā)生變化→TL1451的13腳電壓發(fā)生變化→TL1451的10腳輸出脈沖的占空比發(fā)生變化→Q205、Q207的基極電壓發(fā)生變化→Q203的柵極電壓發(fā)生變化→Q203輸出的供電電壓發(fā)生變化→Q209、Q210振蕩的幅度發(fā)生變化→PT201輸出的高壓發(fā)生變化→CCFL兩端的電壓發(fā)生變化，從而達(dá)到調(diào)節(jié)亮度的目的。

(5)保護(hù)電路

①過電壓保護(hù)電路：當(dāng)某種意外原因造成Q203輸出的電壓過高時(shí)，穩(wěn)壓管D203擊穿，經(jīng)R220、R222分壓， 使加到TL1451的11腳電壓上升，通過內(nèi)部電路控制10腳停止輸出PWM脈沖，從而達(dá)到保護(hù)的目的。

同理，當(dāng)某種意外原因造成Q204輸出的電壓過高時(shí)，穩(wěn)壓管D204擊穿，經(jīng)R221、R223分壓，使加到TL1451的6腳電壓上升，通過內(nèi)部電路控制7腳停止輸出PWM脈沖，從而達(dá)到保護(hù)的目的。

②欠電壓保護(hù)電路：當(dāng)系統(tǒng)剛上電或意外原因使TL1451供電電壓不足3.6V時(shí)，其輸出驅(qū)動(dòng)晶體管很可能因?yàn)閷?dǎo)通不良而損壞，因此，TL1451內(nèi)部設(shè)置了欠電壓保護(hù)電路(UVLO)。

欠電壓保護(hù)電路啟動(dòng)后，將切斷7腳、10腳輸出的PWM脈沖，從而達(dá)到保護(hù)的目的。

③過電流保護(hù)電路：過電流保護(hù)電路用來保護(hù)CCFL不致因電流過大而老化或損壞，下面以CN202一路為例進(jìn)行說明。PT201產(chǎn)生的高壓經(jīng)過CN202所接的CCFL后，將在R236兩端產(chǎn)生隨工作電流變化的交流電壓，電流越大，R236兩端電壓越高，此電壓經(jīng)過D207整流，R240、C221濾波后，加到TL1451的14腳;若CCFL的工作電流過大，會(huì)使14腳電壓升高很多，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，經(jīng)TL1451內(nèi)部處理，會(huì)控制10腳停止輸出PWM脈沖，從而達(dá)到保護(hù)的目的。

④平衡保護(hù)電路：TL1451的5腳、12腳內(nèi)部有一個(gè)電壓比較器，電壓比較器具有兩個(gè)同相輸入端和一個(gè)反相輸入端，反相輸入端電壓為基準(zhǔn)電壓(2.5V)的一半(1.25V)，兩個(gè)同相輸入端分別和誤差放大器1和誤差放大器2的輸出端相連。因此，電壓比較器能夠檢測(cè)出兩個(gè)誤差放大器輸出電壓的大小，只要其中一個(gè)高于基準(zhǔn)電壓的一半(1.25V)時(shí)，電壓比較器的輸出即為高電平，該輸出電壓觸發(fā)定時(shí)回路，從而使基準(zhǔn)電壓通過15腳向電容C207充電。當(dāng)C207的電壓達(dá)到一定值時(shí)，內(nèi)部觸發(fā)器置位，控制7腳、10腳停止輸出PWM脈沖，從而保護(hù)了后級(jí)電路和設(shè)備。