液晶彩电电源板特殊单元电路分析

液晶彩电电源板大多采用内置电源形式，主要由市电输入与抗干扰电路，整流滤波电路，CPU供电副电源，PFC电路，PWM主电源，稳压控制电路，过电压、过电流、过热保护电路，开待机控制电路等组成，由主板CPU控制其开/待机，待机时仅有+5V副电源输出。

液晶彩电电源板的工作过程是：通电后，市电整流滤波后产生300V的直流电压，首先为副电源电路供电，副电源部分先工作，输出5V电压给主板CPU。CPU得到开机指令后输出控制信号ON/OFF，让电源板上的PFC电路和PWM主电源启动工作，其中PFC电路工作后，将市电整流滤波后的300V进行校正，并将电压提升到370～410V，再为主电源和副电源供电；PWM主电源工作后，从变压器二次侧输出+12V、18V和+24V等几种直流电压，给负载电路供电。其中，+12V、18V电压主要给主板的信号处理电路和伴音功放电路供电；+24V电压主要给背光电路（高压板）供电。

液晶彩电的开关电源与CRT显像管彩电的开关电源相比，电路组成、技术含量、电路原理要复杂得多，采用了很多新技术、新电路，主要是增加了PFC电路，大功率电源板采用了半桥式推挽输出电路。

（一）PFC电路

1.PFC电路作用

传统的开关电源市电整流后直接采用大容量电容滤波，如图1-16a所示，为负载电路提供平滑的直流电压。大容量滤波电容相当于桥式整流电路最直接的负载，所以其负载为容性，电流超前90°，交流电的电压和电流相位不一致，电流最大值和电压最大值并不出现在同一时刻，所以功率的计算还需要乘以一个电路的功率因数，P=UIcosφ，可见提高功率因数可以提高电网能源的利用率。

为此液晶彩电电源板大多在市电桥式整流电路后端与电源滤波电容前端之间，增加了PFC电路（见图1-16b），使供给开关电源的电压和电流的相位校正为同相位，不但提高了电源供电的功率因数，经过PFC电路校正以后能够减少电器对电网电压及电路本身的污染，也就是电磁兼容（EMC）。

图1-16 传统整流滤波与增加PFC电路对比示意图

2.PFC电路种类

PFC电路分为有源PFC电路和无源PFC电路两种。有源PFC电路由较多的电子元器件组成，造价比较高，在桥式整流电路后端、电解滤波电容前端加了一个PFC斩波电路，如图1-16b所示，把桥式整流后的脉动电流斩波成若干个小的电流波形，使整个电流波形的包络与电压波形相位相同，以达到电压和电流波形同相位的目的。有源PFC电路由于校正效果好，被液晶彩电和等离子彩电电源电路广泛应用。无源PFC电路主要是在桥式整流后电容滤波前加上大PFC电感，利用电感电压超前90°的特性，来弥补电解滤波电容电流超前90°的特性，实际效果略差些，只是应用在个别小型液晶彩电中。

3.PFC电路图例

图1-17是长虹FSP205-4E01电源板PFC电路，其中U1（UCC28051）为PFC振荡与控制集成电路，从7脚输出激励脉冲，由Q1放大后控制大功率场效应晶体管Q2工作于开关状态，在D-S极间形成变化的电流。Q2导通时变化的电流在变压器储能电感T1上形成左正右负的感应电压，Q2截止后，在T1两端形成右正左负的电压。此时，220V桥式整流电路输出的HV脉动电压和T1两端的脉冲电压经D3、C3组成的整流滤波电路整流滤波后，在C3两端得到约380V的直流电压，作为主电源中开关管的工作电压。

整流输入电压由R4、R38、R39与R40分压后，送到U1的市电检测端3脚；Q2的S极电流在R43两端形成的电压，经R8送到U1的电流检测端4脚；输出电压由R10、R11、R9与R46分压送到输出电压检测1脚。三组检测数据送到内部乘法器进行运算比较，在较大动态范围内，U1内部模拟乘法器的传输特性呈线性。当正弦波交流输入电压从零上升至峰值时，乘法器将三路输入信号处理后，输出相应电平去控制PWM比较器的门限值，然后与锯齿波比较，产生PWM信号，加到MOSFET的G极，调整其D极、S极的导通宽度和时间，使它能同步跟踪电网输入电压的变化，让PFC电路的负载相对交流电网呈纯电阻特性。结果，使流过一次回路的感性电流峰值包络线紧跟正弦交流输入电压变化，获得与电网输入电压同频同相的正弦波电流。

图1-17 长虹FSP205-4E01电源板PFC电路

（二）半桥式推挽电路

1.半桥式推挽电路结构

小功率液晶彩电电源板主电源多采用单管输出电路，与常规的开关电源电路相同。新型大功率液晶彩电主电源为了提高效率，往往采用两只MOSFET（开关管）组成的半桥式推挽电路。图1-18是长虹FSP205-4E01电源板主电源电路。IC1（L6599D）和两只MOSFET（开关管）Q4、Q5，开关变压器T2组成半桥式推挽电路。

2.半桥式推挽电路原理

半桥式推挽电路主要利用LC串联谐振特性，串联谐振的中心频率由L和C的值决定。该电路谐振特点：当输入的AC信号频率等于谐振中心频率时，回路中的电流最大，且电感和电容两端的电压最高，只是L和C上的电压是反相的。故只要改变输入AC信号的频率，就可以改变回路电流，也就改变了L和C上的电压。图1-18中的T2的2-7一次绕组等效为电感L，与一次绕组的下部的电容C33组成串联谐振电路。

图1-18 长虹FSP2O5-4EO1电源板主电源电路

经PFC电路产生的380V电压，一路加到半桥式推挽电路Q4、Q5；另一路经R13、R14、R17分压后的电压加到IC1的7脚启动检测端。遥控开机后，主电源启动供电电路输出的+13.2V电压一旦加到集成块IC1的12脚，IC1内部振荡电路便启动进入振荡状态产生振荡脉冲信号。振荡电路产生的振荡脉冲信号经集成块IC1内部相关电路（门限电路、驱动器等）处理后，从11、15脚分别输出两组互为反相的矩形脉冲，驱动Q4、Q5交替导通，使流过变压器一次侧的交变电流信号感应到二次绕组，再通过二次整流滤波电路得到输出电压。

通过以上分析可以得出这样一个结论：传统开关电源在开关变压器的一次回路是没有串联电容的，只要改变脉冲宽度就可以调节二次输出电压，简称PWM方式；而液晶彩电的开关电源在开关变压器一次回路串联了一只电容，改变脉冲频率，即可方便地调节二次输出电压，这种控制方式简称为PFM方式。

（三）PFC电路与电源双激励电路

1.PFC电路与电源双激励电路结构

由于并联的PFC开关电源和PWM主电源都需要各自的激励、稳压控制系统，早期的液晶彩电电源采用两个独立的激励、稳压控制系统，新型的液晶彩电电源，为了简化电路，把这两个激励、稳压控制系统集成在一块集成电路内，成为复合集成电路，其内部有各自的稳压控制和激励输出，而VCC供电和振荡器则共用。图1-19是海信TLM3201液晶彩电PFC电路和PWM主电源电路，其中PFC电路和PWM主电源振荡控制电路采用SMA-E1017。

2.PFC电路与电源双激励电路原理

图1-19中，集成电路MSA-E1017是复合激励、稳压控制集成电路，其15脚是PFC并联开关电源的激励输出端，接开关管QE01、QE02，9脚是稳压控制输入端，外接RE017和RE019组成的输出电压取样电路，该并联开关电源输出的+BPFC电压为380V。

MSA-E1017的2脚输出PWM主电源的激励信号，推动PWM开关管QE003输出电路；MSA-E1017的5脚是稳压控制输入端，外接稳压控制光耦合器NE501和取样误差放大电路。

（四）保护电路

液晶彩电电源板多设有完善的保护电路，一是围绕开关电源的振荡、驱动集成电路内部的保护功能，开发了过电流、过电压、过热保护电路，保护电路启动时，集成电路内部振荡或驱动电路停止工作，达到保护的目的；二是在开关电源的输出电路，依托待机控制电路，设有过电流、过电压或过热保护电路，保护电路启动时，迫使待机控制电路动作，由开机状态进入待机保护状态。

1.电源一次保护电路

液晶彩电在电源一次电路围绕振荡、驱动集成电路内部的保护功能，开发了过电流、过电压、过热保护电路，保护电路启动时，集成电路内部振荡或驱动电路停止工作，达到保护的目的。

PFC电路和PWM开关电源的振荡、驱动集成电路多设有保护检测引脚。过电压保护检测多在VCC供电引脚内部设有过电压、欠电压检测电路，对VCC供电或开关变压器的反馈电压进行检测，当VCC电压过高、过低超过或低于保护设定值时，内部保护电路启动，集成电路停止振荡或切断开关管的激励脉冲。振荡、驱动集成电路往往单独设有过电流保护检测引脚，英文符号为INES、CS等，该脚通过电阻对MOSFET（开关管）的S极电压进行检测，当开关电源负载和二次整流滤波电路发生短路、漏电故障，造成开关管电流过大，超过

图1-19 海信TLM32O1液晶彩电PFC电路和PWM主电源电路

过电流检测引脚设定值时，集成电路内部保护电路启动，停止振荡或切断开关管的激励脉冲。其保护电路工作原理与CRT彩电电源电路相同。

2.电源二次保护电路(www.xing528.com)

在开关电源二次输出电路，很多电源板依托待机控制电路，设有过电流、过电压或过热保护电路，保护电路启动时，迫使待机控制电路动作，由开机状态进入待机保护状态。

电源二次保护执行电路往往由晶体管担任，保护检测电路采用运算放大器对取样的电压和电流进行比较运算，产生保护触发电压，触发晶体管导通，迫使待机控制电路动作，进入待机状态，达到保护的目的。

3.保护电路图例

图1-20是长虹FSP205-4E01电源板主电源保护电路。主电源中的过电流、过电压和过热保护电路主要由ICS1（LM324）和PC4组成。

（1）过电压保护：过电压保护检测对象为+5V、+24V输出端电压，该部分电路主要由ZD2、D25、ZD4、D27组成。

当主电源工作异常，导致其任一输出端电压升高到超过稳压二极管ZD2或ZD4的稳压范围时，ZD2、D25或ZD4、D27组成的电路就会导通，+5V、+24V输出端电压就会通过ZD2、D25或ZD4、D27加在Q13的b极，使Q13导通。Q13导通后，光耦合器PC4初、次级的电流增大，主电源中的集成块IC1的8脚注入电流增大，如图1-18所示。IC1的8脚为中断控制信号输入端，当8脚增大的电流超过其设定的门限值时，集成块内部的保护电路就会启动。关闭内部的激励脉冲驱动电路，主电源就会停止工作。

（2）过电流保护：过电流保护电路主要由集成块ICS1组成。过电流保护检测对象为+5V、+24V输出端负载。主电源的+5V、+24V输出端分别接在比较放大器ICS1的反向输入端。当+5V、+24V输出端负载电路出现短路故障导致输出端电压瞬间下降时，比较放大器ICS1的1、8脚电压就会上升而迫使Q13导通。Q13导通后，其最后结果与主电源输出端电压升高到超过稳压范围时的情况相同。

（3）过热保护：过热保护电路由集成块ICS1D和热敏电阻NTC2组成。NTC2为负温度系数热敏电阻，其性能是温度越高，所呈现的阻值越小。常温下阻值约为25kΩ，温度高时可减小到仅有几欧姆。NTC2接在比较放大器的反相输入端，安装在主开关变压器附近。当开关电源工作异常，主电源中的开关变压器温度超过设定的允许温度极限时，NTC2的阻值就会减小，比较放大器ICS1D的13脚电压就会下降，14脚电压就会上升，使Q13导通。Q13导通后，其最后结果与主电源输出端电压升高到超过稳压范围时的情况相同。

（五）LED背光灯升压（Boost）电路

LED背光灯驱动电路，大多采用升压（Boost）电路和均流（Buck）电路。Boost电路一是稳定LED背光灯串的供电电压，二是提升LED背光灯串的供电电压；Buck电路对背光灯串的电流进行调整和均衡，达到亮度稳定均衡的目的。LED背光灯板根据需要驱动的LED背光灯串的多少，往往采用1～4个相同的Boost电路和Buck电路。

1.背光灯驱动电路结构

图1-21是由驱动电路OZ9902C组成的LED背光灯驱动电路。它由Boost电路和调光电路两部分组成，Boost电路工作原理如图1-22所示，等效电路如图1-22a所示。背光灯驱动电路一是驱动升压输出电路，将24V/60V供电提升到LED灯串需要的供电电压，稳定输出电压；二是对LED背光灯串的电流进行调整，达到调整屏幕亮度和均衡亮度的目的。

图1-2O 长虹FSP2O5-4EO1电源板主电源保护电路

图1-21 由OZ9902组成的LED背光灯驱动电路示意图

图1-22 Boost升压电路工作原理示意图

注：1.MOSFET导通时，输入电压V_S给电感L充电，电能以磁能形式存储在电感L当中；二极管D1阳极被短路到地，反向截止；电容C对负载R放电。

2.MOSFET关断时，电感L中的磁场将改变L的电压极性，以保持i_L不变；V_S和V_L串联，以高于V_O的电压向电容C、负载R供电，V_O=V_S+V_L，因此V_O>V_S电路被称为升压电路。

2.背光灯驱动电路原理

电源电路的VCC供电经C10退耦滤波后，一是经储能电感L3为Boost电路MOSFET（开关管）Q5供电，同时经续流二极管D2向升压滤波电容C9充电；二是为驱动控制电路OZ9902C的2脚供电，控制系统送来的点灯控制BL-ON电压送到OZ9902C的3脚ENA使能控制端，数字亮度调整PWM电压送到OZ9902C的6脚，模拟亮度调整ADIM电压送到OZ9902C的7脚，背光灯电路启动工作，OZ9902C从15脚输出升压驱动脉冲DRV，推动Q5工作于开关状态。

Q5导通时，相当于开关短接，等效电路如图1-22b所示。VCC电流I_L经L3、Q5的D-S极、R14到地，如图1-21的实线所示；电流I_L在储能电感L3中产生感应电压V_L并储能。此时续流二极管D2正极电压低于负极电压而截止；LED背光灯由升压滤波电容C9两端电压V_O供电，供电电流I_O如图中的实线所示。

Q5截止时，相当于开关断开，等效电路如图1-22c所示。VCC电压和储能电感L3中储存的电压V_L叠加，电流I_L经L3、续流管D2向升压电容C9充电，充电后的电压V_O=VCC+V_L，将背光灯供电电压提升，I_L电流方向如图1-21的虚线所示；同时C9两端电压V_O向LED背光灯供电，其供电电流I_O如图中的虚线所示。

（六）LED背光灯均流（Buck）电路

新型大屏幕LED彩电背光灯驱动电路，大多采用均流（Buck）电路，每个背光灯串设有一个Buck电路，对背光灯串的电流进行调整和均衡，达到亮度稳定均衡的目的。

1.Buck电路结构

图1-23是海信LED彩电RSAG7.820.1945二合一电源板背光灯Buck电路，开关电源输出的135V电压为LED背光灯串供电，背光灯驱动控制电路对LED背光灯串的电流和亮度进行调整和控制。

图1-23 海信LED彩电RSAG7.820.1945二合一电源板背光灯Buck电路

2.均流控制原理

Buck电路结构和工作原理如图1-24所示，上部为常规Buck电路结构和工作原理示意图，下部是LED背光灯均流电路采用的变形Buck电路结构和工作原理示意图，电路中V_S为供电电源，K为MOSFET（开关管），L为储能电感，D为续流二极管，C为充放电电容，R为负载电路（背光灯串）。两者对比，常规Buck电路的开关管K和储能电感L位于负载电路R的上端；而变形Buck电路的开关管K和储能电感L位于负载电路R的下端，其工作原理基本相同。

图1-24 Buck电路结构和工作原理示意图

开关管K的驱动脉冲为正半周时，开关管K导通，相当于短接，V_S电流经储能电感L、负载电路R构成回路，并向电容C充电，在负载电路R两端形成供电电压V_O，同时在储能电感L两端形成感应电压并储存能量V_L；开关管K的驱动脉冲为负半周时，开关管K截止，相当于断开，这时储能电感L中储存的能量V_L和电容器C储存的能量，通过负载电路R构成回路放电，维持对负载电路R的供电V_O不变。

LED背光灯均流控制电路采用的变形Buck电路，由MOSFET开关管对LED背光灯串回路的下端电压进行控制，即对加到背光灯串两端的供电电压进行控制，达到调整LED背光灯串电流和亮度的目的。开关管的导通程度，受前置激励脉冲的脉宽控制，脉宽越宽，开关管导通时间变长，LED背光灯串下端电压下降，灯串两端电压增加，LED灯串亮度增加；反之脉宽变窄，开关管导通时间缩短，LED背光灯串下端电压上升，灯串两端电压降低，LED灯串亮度下降。

图1-23中的两路Buck电路结构相同。下面以V901～V904组成的Buck电路为例，介绍其工作原理。

驱动控制电路输出的激励脉冲CM1送到V901的S极。当激励脉冲为正半周时，V901截止、V902导通、大功率开关管V904导通，135V电压经过背光灯串、L902、V904的D-S极、R927//R928//R971到地构成回路，将LED背光灯串点亮；储能电感L902上的电流逐渐增大，开始储能，在电感的两端形成上正下负的感应电动势。当激励脉冲为负半周时，V901导通、V902截止、V903导通、大功率开关管V904截止，电感L902两端的感应电动势变为上负下正，续流管VD901导通放电，维持背光灯串下端电压稳定不变。正半周再次来临，V904再次导通，储能电感L902重新储能，电路重复上述步骤完成背光灯串电流控制过程。

开关管V904的源极电阻R927//R928//R971两端电压IS1，反映了V904电流的大小，IS1作为电流取样电压经R914反馈到驱动控制电路的电流检测输入端。其他Buck电路电流取样电压分别送到驱动控制电路的电流检测输入端，在芯片内部进行比较，控制各路输出脉冲的宽度，对各路LED背光灯串电流进行调整，直到各路背光灯串电流相同，亮度稳定。