IPL42A/L型电源高压二合一板(常简称为二合一板或IP板)主要用于TCL部分液晶彩电中,其实物如图1所示,适用于L42E77H、L42E9F、L42F19BD、L42P10FBE 、L42S9FE、L42X9D、L42X9F等机型。

        IPL42A型二合一板配42英寸AUO (友达)液晶屏。该屏采用18支EEFL直灯管并联,屏的典型工作电流为135mA,屏单端电压为AC950V,工作频率为45kHz;点灯电压为AC1225V(0°C),点灯时间1s~2s。

        IPL42L型二合一板配42英寸LG液晶屏。该屏采用16支cCFL直灯管,通过均流电容(15pF)后并联,屏典型工作电流为135mA,屏单端电压为AC1500V,工作频率为58kHz;点灯电压为AC1300V(0°C),点灯时间1s~2s。

一、电路组成与工作时序

         IPL42A/L型二合一板主要由抗干扰电路(EMI)、桥式整流电路、滤波电路、PFC (功率因数校正)电路、副开关电源(又称待机电源)、主开关电源电路及背光电路等组成,其组成框图如图2所示。

         PFC校正电路以集成电路L6562A (U806) 为核心组成,将+300V直流电升到+390V,为主开关电源和逆变器功率输出电路供电;副开关电源以集成电路FSQ510(U801)为核心组成,产生+3.3V/0.2A电压,为主板控制系统供电;主开关电源以集成电路FA5571N(U805)为核心组成,产生+24V/2A电压,为主板和逆变器推动电路供电;背光电路以OZ9926A(U901 )为核心组成,为背光灯管提供高压交流脉冲电压。
         接通AC220V电压后,待机电源工作,输出3.3V电压,供给主板上的开/待机控制器(standby MCU),整机处于等待操作状态。二次开机后,插座P802中的P_ON端为高电压(3.3V),在二合一板上开/待机控制电路的作用下,继电器K801吸合,并且U806得电工作,FPC电路输出约390V的直流电压,主电源开始工作,输出24V电压;同时,插座P802中的BL-ON端为高电平,IC901工作,逆变电路输出高压点亮灯管。
         值得一提的是,该板若24V电压空载或负载较轻,背光驱动电路不工作。另外,在正常工作时,插座P802中的DIM端应设置为PWM调光状态。如果DIM端为低电平或者悬空,则灯管亮度很暗。
二、单元电路分析

1.输入滤波电路

         该板输人滤波电路如图3所示,L809、L808、L804为共模电感,C828、C823为X电容,用来抑制差模干扰,C84、C843用来抑制共模干扰。
         待机时,市电经D808、D815半波整流,I807、C806滤波后得到约295V的脉动直流电,为副开关电源供电;二次开机后,继电器吸合,市电经桥堆D804整流,C808、C809滤波得到约300V的直流电,供给PFC电路。PFC电路工作后,输出390V直流电压,一路通过D816给副开关电源电路供电,以取代待机时的D808、D815半波整流供电。

2.副开关电源电路

         该板的副开关电源采用反激式单路稳压电路,如图4所示。FSQ510内置700V的高反压MOSFET管、脉宽调控电路和软启动电路,具有过载、过热保护及欠压锁定( UVLO )功能,输出功率约9W ,其引脚功能与实测数据见表1。

       (1)启动过程

         通电后,300V电压通过电阻R819、R803加到U801的⑧脚,通过IC内部高压电流源给U801的⑤脚外接的C819充电,当C819两端电压达到8.7V时,IC内部电路开始工作。此时,300V (待机状态)或390V(开机状态)电压通过电阻R825、R801及副开关变压器T802的⑤-④绕组送到U801的⑦脚。

        U801的⑦脚内接高耐压MOSFET管的漏极。在U801内部电路的控制下,T802的⑤-④绕组中流过交变电流,则T802的副绕组和次级绕组均会产生感应电压。其中,①-②副绕组输出的感应电压经D814、C803整流滤波后输出约17V的电压(VC),一路经R816降压后送给U801的⑤脚,以取代启动电压,另一路通过由Q811 及光耦U802等元件组成的vCC开/关控制电路后,供给PFC芯片和继电器。T802次级⑦-⑨绕组输出的感应电压经D809、C838、L805、C839整流滤波后输出3.3V电压(+3.3VSB)。
(2)稳压控制
        R853、R853A、R852、 U807(2431A,基准电压为1.25V的三端精密稳压器)与光耦U804等元件组成稳压控制电路。当+3.3V电压升高时, R853、R853A与R852分压所得的电压值升高,即U807的①脚(R极)电压升高,则U807的③脚(K极)电压下降,U804的①、②脚内部的发光二极管发光增强,U804的③、④脚内部的光敏三极管导通程度加深,即c、e极间等效电阻减小,U801的③脚电压下降,在内部电路的调控下,开关管的驱动脉冲空比下降,则开关电源输出电压下降,从而达到稳压的目的。
         若3.3V电压下降,其稳压控制过程与上述相反。
3.PFC电路
         该板PFC采用电流模式控制电路,其控制芯片为L6562A,如图5所示。


         L6562A具有以下特点:(1)乘法器内置THD(总谐波失真)优化电路,以减小过零失真,降低THD值;(2)启动电流低(典型值低于30uA),可降低芯片功耗;(3)内部参考电压在25C时误差率在1%以内;(4)具有除能(Disable)功能,当误差放大器输入电压低于0.2V时,系统将关闭,以降低损耗;(5)精确可调的外部过压保护;(6)具有内部启动及零电流侦测(ZCD)功能;(7)在电流检测输人端内置领先的数字RC滤波器,过零频率附近的高频区域仍可工作,因此降低了总谐振失真;(8)800mA的图腾级输出,可用于直接驱动Power MOSFET管,其引脚功能与实测数据见表2。


       (1)启动过程
       U806的供电时受P-ON信号控制,当P-ON信号为高电平(大于2V)时,Q808饱和导通,光耦U802的①、②脚内部的发光二极管导通,则③、④脚内部的光敏三极管也导通,Q811的b极电位下降,Q811导通,VC电压通过Q811的e、c极及R817供给U806的⑧脚,U806开始工作,⑦脚输出PFC驱动脉冲信号。
        (2)驱动控制
        当PFC的驱动信号为高电平时,Q805导通,Q809截止,Q802和Q801的G极均为高电平,GS两极正向偏置,Q802和Q801导通,整流后的市电对1801充电,电能转化成磁能并储存在L801中。当PFC的驱动信号为低电平时,Q805截止,Q802、Q801的G极为低电平,GS两极反向偏置, Q802和Q801截止,L801中储存的磁能释放,经D818整流和C840、C840A滤波后,输出电压VBUS约为390V。在此期间,Q809因基极的低电压而导通,原储存在Q802、Q801的G、S极间电容中的电荷,分别通过R804、R805及Q809的e.c极泄放到地,为Q802.Q801的下一次导通作准备。
4.主开关电源电路


        该板的主开关电源采用准谐振开关电路,如图6所示。FA5571N是款电源驱动控制电路,内含 振荡、取样稳压、电流检测和激励输出电路,其引脚功能与实测数据见表3所示。


        (1)启动过程
        PFC输出的380V电路加到U805的⑧脚,通过U805内部电路给⑥脚外接电容C802充电,当⑥脚电压达到9V时,IC启动,从⑤脚输出脉冲信号,使Q803工作在开关状态。
         T801⑤-⑥绕组输出电压经D829、C802整流滤波后,供给U805作为正常工作时的维持电压。次级绕组输出电压经D806、C804、C805整流滤波后输出24V电压,如图7所示。


        (2)稳压控制
         控制U805的⑤脚输出脉冲占空比,就可控制Q803在-一个周期内的导通时间,即控制VBUS电压在T801的①-③绕组中储能多少,从而达到控制T801副绕组和次级绕组感应电压的目的。
         R844、R846、R876A、U808 (基准电压为2.5V的三端精密稳压器)与光耦U803等元件组成稳压控制电路,当24V电压升高时, R844与R846A、R846分压所得的电压值升高,即U808的①脚(R极)电压升高,则U808的③脚(K极)电压下降,U803的①、②脚内部的发光二极管发光增强,U803的③、④脚内部的光敏三极管导通程度加深,即c、e极间等效电阻减小,U805的②脚电压下降,在内部电路的调控下,U805的输出开关管的驱动脉冲占空比下降,则开关电源输出电压下降,从而达到稳压的目的。
        若24V电压下降,其稳压控制近程与上述相反。

    (3)点灯控制
        待机时,副开关电源输出的电压+3.3V经电阻R876为Q807提供正向偏置电压,Q807导通,将BL-ON电平拉低,则背光驱动电路不工作。二次开机后,PFC及主开关电源启动工作,24V绕组输出的方波信号经D824、C836整流滤波后,得到一个负电压(正常值约-100V)。该电压经R802加到Q807的基极,与通过R876送来的3.3V电压相叠加,加之D819的钳位作用,使得Q807的b极为负电压,Q807截止,BL-ON端为高电平,背光驱动电路驱动工作。
        当PFC电路或主开关电源电路异常,导致无24V电压输出时,因无负电压加到Q807的b极,则Q807导通,BL-ON信号为低电平。背光驱动电路停止工作,以防止故障扩大化。
        提示:当24V空载或者负载极轻时,U805进入间歇工作模式,工作电流变小,则在C836上所得的负电压不够,Q807导通,将BL-ON电平拉低,则背光驱动电路不工作。
5.背光驱动电路
       在液晶彩电中,背光驱动电路常被称作逆变器,即Inverter电路。(1)逆变器的作用逆变器的作用是将一个直流电压转变为多个交流电压,作为液晶屏灯管的工作电压,其信号流程如图8所示。


        逆变器有三个输入信号,分别是:供电电压,开机使能信号(ENA),亮度控制信号(DIM)。其中,供电电压由电源板提供,一般为直流24V(小屏幕机为12V);开机使能信号即开机控制电平,由主板提供,高电平(3V )时逆变器工作,低电平(OV)时逆变器不工作;亮度控制信号由主板提供,它是一个0~3V的模拟直流电压,调节该电压即可改变逆变器输出的交流电压的高低,从而改变灯管亮度。逆变器一般会输出多组交流电压,电压值约为AC800V,每组交流电压供给一支灯管。逆变器电路由输人接口PWM控制、MOS管导通与直流变换、IC振荡及高压输出、取样反馈等电路组成,其框图如图9所示。


        (2)0Z9926A简介
        OZ9926A是凸凹公司推出的一款用于驱动CCFL/EEFL灯管的背光控制电路,是一款高效率脉宽调制解调器,专为离线式LCD背光系统设计。该芯片内置高效率零电压切换的DC-AC转换电路,以及灯管开路过压和欠压保护电路,具有很宽的输人电压范围和固定的运行频率,其亮度控制可用一个模拟电压或低频的脉冲宽度调制(PWM)信号控制,其引脚功能与实测数据见表4。


        (3)背光驱动电路
        IPL42A/L型二合一板的背光驱动电路如图10所示。

        OZ9926A(U901 )的关键引脚如下:
        ⑦脚(RPT):定时电阻外接端,般外接一只电阻到地或到基准电压端(②脚),改变该电阻大小,即可改变输出驱动脉冲的频率。
        ⑧脚(CT):定时电容外接端,一般外接一只电容到地,改变该电容大小,即可改变输出驱动脉冲的频率。图中,RW977为驱动脉冲频率调整电位器。
       11脚(PDIM):亮度控制信号输人端,经电阻R882与插座P802中的DIM端(来自主板一个模拟直流控制电压)相连。在U901内部,10脚(LCT,调光频率设置)产生的三角波11脚电位进行比较,产生需要的方波。改变11脚的电压,即可改变方波的占空比,通过控制PWM驱动脉冲宽度来改变MOS管的导通时间,从而控制灯管的亮度。
        12脚(VSEN_POL):灯管过压检测端。灯管电压(逆变器输出的高压)通过电容分压及二极管整流后作为反馈电压,送到该脚。灯管电压越高,则反馈电压越高,OZ9926A通过该脚电压控制输出。当反馈电压超过IC设定的阈值时, OZ9926A会停止输出,以保护灯管。
        13脚(ISEN):灯管电流检测端。灯管输出电流通过电阻转变为电压,通过二极管整流后作为反馈电压,送到该脚。流过灯管的电流越大,反馈电压也就越高,OZ9926A通过该脚电压控制输出。当反馈电压低于2.4V时,OZ9926A启动保护,IC内部定时器动作,其15脚(TIMER)脚内部电流源给电容C915、C915A充电,当C915、C915A两端电压达到2.9V时,OZ9926A进人保护状态,关闭输出。同样,当反馈电压高于3V时,OZ9926A也会启动保护。调整RW978,可调节过流保护的设定值。
       14脚(SSTCMP):软启动电路补偿端。该脚电压决定芯片输出脉冲的占空比,电压越高,占空比越大。OZ9926A进入保护状态后,该脚电压为0V。
       16脚(OVPT):过压保护点设置端。
       21脚输出的5.5V基准电压,通过R969和R932分压后送到该脚,改变R969或R932的阻值即可改变过压保护点的电压。
       当U901正常工作后,其④脚(LDR1)和23脚(HDR1)轮流输出一组高低电平;⑤脚(LDR2 )和②脚(HDR2)也轮流输出一组高低电平。这两组电平分别送到场效应管Q914、Q913和Q915、Q920的源极,对其进行电压放大,然后送往后级由三极管Q905~Q912组成的推挽电路进行功率放大,最后驱动推动变压器T901、T902。下面以推动变压器T901一组为例进行分析。
        当HDR2信号为高电平(幅度为5V)时,Q920截止,24V电压经过R902、R926、R925使Q908导通;同时,LDR2信号为低电平,Q915导通,其漏极为低电平, Q910导通。此时,24V电压经Q908、T901的初级绕组、C911及Q910到地,形成电流通路。下一个时刻,HDR2信号变为低电平,LDR2信号变为高电平,如此反复,则Q920和Q915交替导通,在Q908、Q911及Q907、Q910组成的推挽电路作用下驱动T901,这样就在T901初级绕组中形成交变电流,在T901初级绕组两端产生高频方波,其波形如图11所示。


         T901、T902既是推动变压器,又是隔离变压器,其次级与高压驱动电路(由PFC电路供电,热地)相连,如图12所示。

         因T901、T902的次级两个绕组同名端位置相反,因此其感应电压相位也相反,则Q901和Q902、Q904和Q903轮流导通。当Q901和Q903同时导通时,PFC电路输出的VBUS电压经Q901的D、S极,T903、T904的②-①绕组,电容C912及Q903的D、S极到地,形成电流回路;当Q902和Q904同时导通时,PFC电路输出的VBUS电压经Q904的D、S极,电容C912及T903 T904的①-②绕组,Q902的D、S极到地,形成电流回路。
         从上述分析可知,流过高压变压器T903、T904初级绕组的电流方向是变化的,这就有效地避免了变压器T903、T904出现磁饱和现象,从而大大提高变换效率。功率管Q901~Q904的G极驱动波形如图13所示。


        (4)灯管电流检测电路
        高压变压器次级的电流(灯管电流)先通过R959、R961等电流取样电阻转换为电压,再通过整流、分压、滤波,后送到U901的13脚,如图14所示。U901通过对13脚电压的检测,调整内部四个驱动器输出脉冲的相位差,从而改变流过高压变压器初级线圈脉冲电流的占空比,使次级电流恒定。

        在启动点灯时,U901以最大占空比工作(不受DIM端信号控制),如果此时13脚电压低于2V,则OZ9926A启动保护,关闭输出。
         (5)灯管过压检测电路
        灯管电压先经电容c901与C906、C930分压(另一路经电容C902与C905、C931分压)后得到取样电压,再通过D916整流后得到一直流电压,送到U901的12脚。正常工作时,如果12脚的电压高于16脚电压,则OZ9926A启动保护,关闭输出。
        (6)灯管拉弧检测电路
        正常工作时,因两路高压基本相等,则电阻R942两端电压约为0V,Q922因无基极偏压而截止Q924截止。当灯管出现打火拉弧现象时,则对应一路的高压会瞬间大幅下跌,即两路高压出现较大的差值,使R942两端形成较大压降。电容C913将R942的压降变化值进行取样,并通过D901及R966加到Q922的基极。
         当由C913取样的电压达到Q922的导通电压时,Q922导通,随即Q924也导通,则U901的21脚(VREF)输出的5.5V基准电压分为3路输出:
        第一路通过D902送到U901的12脚,让过压保护动作;
        第二路通过D905、R927送到U901的15脚,给C915充电,缩短保护延时时间;第三路使三极管Q923导通,将U901的④脚(SSTCMP)电压拉低,降低驱动脉冲的占空比。一旦灯管有拉弧现象时, 上述三路一起动作,从而达到快速保护的目的。
         (7)灯管开路保护电路
         逆变器启动时,电路以最大占空比状态(即DIM=100%)工作,此时U901的13脚正常电压约为2.45V。当灯管全部开路或逆变器空载时,由于这时流过高压变压器次级的电流很小,则U901的13脚检测到的电压也很低,当低于0.4V时,U901判断灯管开路,从而进入保护状态。
         若某支灯管开路则启动时对应高压变压器的次级电流偏小,在U901的控制下,驱动脉冲占空比增大,则开路灯管对应的高压变压器次级负载很轻,电压升高, U901的12脚检测到这一过高电压后,过压保护电路启动。
        若某一支灯管插座松脱,则两路高压输出不平衡,因此电阻R942两端有压降,由C913、Q922、Q924等元件组成的拉弧保护电路动作。