创维液晶电视电源部分原理和构成

靠前章：创维液晶电源简介：
1、序：
随着平板电视的大量上市，液晶电视在平板彩电中占有重要角色，创维公司以前的液晶电视电源基本以外购为主，为加强产品的竞争力，降低成本，现公司自2006年开始，将以自产电源为主，作为创维用户服务部一线工程师，也应该积极的去学习此电源的工作原理及维修方法，以适应公司发展的需要。 其实液晶电源的工作原理并不比CRT彩电开关电源的原理复杂，只是它的排版布线更紧密，且大量采用贴片元件，所以给我们的感觉是比较陌生。只要了解了它的工作原理，其维修方法基本与CRT彩电相同。
2、液晶电源要求：
大屏幕液晶电视电源的要求、技术难点，从可靠性、保护功能、成本等方面综合考虑，开发面向液晶电视的新型开关电源技术。突出的体现了高可靠性、高安全性、保护功能齐全、电路简洁、性价比较高的适合大屏幕液晶电视的开关电源技术。 LCD电源电路结构较复杂，各部分电路不但在功能上相互配合、相互渗透，且各电路参数设置非常严格，稍有不当则电路不能正常工作。 根据市场和液晶电视机发展的要求，对此液晶电源技术要求为：
2．1 高安全性：虽着消费者权益得到越来越广泛的关注，必须确保消费者的个人使用安全性。否则一旦出现安全事故，尤其是在国际市场上，将面临巨额罚款，企业的生存权、信誉将受到严重打击。
2．2 高可靠性：随着新型显示材料的出现和电视机功能越来越复杂以及液晶电视的发展，如何解决高可靠性问题成为日益严重的课题，是必须考虑的问题。
3．3 保护齐全：只有保护功能设计齐全，才有可能在错误动作发生时，使电源得到有效得保护，避免引起更大故障或事故，同时保护部分误动作恢复后，要求电源可以恢复工作。
3．4 电路简洁：电视机是一种民用产品，对于维护人员，简单的电路便于维护，电路尽可能简洁是必要的，尤其是减少分立件的数量，可以有效的减少设计误差，提高可靠性。减少故障点。
3．5 性价比高：电视行业作为一个成熟的产业，成本竞争成为这个行业的特点。因此，在保证高性能的基础上，如何降低设计成本也是必须考虑的问题，性价比的高低，直接决定了该电源是否能得到大规模的推广使用。
综上所述，这一新型电源技术就是在充分考虑了以上要求的基础上开发出的。
3、液晶电源的功能特点：
创维液晶大屏幕彩电电源分为主电源和待机电源两部分组成，其中主电源部分由一个相对独立的开关电源组成，这是充分考虑了液晶电视工作时的内环境温度提出的设计思路。 低待机功耗技术是电视机行业发展的一个趋势，此电源采用了副电源待机，提高了待机时电源的工作效率，可以满足不同的待机功率输出要求。 谐波抑制技术已越来越被电子行业所关注，创维大屏幕液晶电源采用有源PFC技术，功率因数可达99%以上，同时极大的提高了电源的工作效率，理论上效率可达90%，实测在85%以上。 可靠性设计是电源设计的核心部分，我们已经使用可靠性系统设计中的有关设计和实验方法进行优化设计： 通过建模、电应力分析、可靠性预计、可靠性分配我们进行了优化设计，通过加速试验、可靠性增长试验等方法我们对电源可靠性进行了充分验证。 我们还从元器件选用、降额使用、热设计等方面对该电源技术进行了优化设计。 对于影响半导体失效最关键部分ESD静电防护部分也进行了全面考虑。
4、创维公司液晶电视的电源特征：
4．1 公司所使用的液晶电源都为开关电源；
4．2 目前有内置电源与外置电源之分，早期26寸以下的液晶电源为外置电源模块，即我们也称之为适配器；
4．3 现在全部为内置电源，后续将会由二合一（将背光板与电源部分合在一起）的电源取代现有的电源及背光板。
4．4 输出电压与电流： 创维的液晶电源输出的电压基本只有三种电压输出：向CPU供电的5V电压输出、12V与24V，不同屏幕大小时配的电源板输出的电流不同，如下：（以下数据供参考）。 32电源：输入电压：AC110V-240V/47-63Hz +5V：0.1-0.5A：CPU供电； +12V：0.5-4A：主板供电； +24V：0.5-6A：伴音功放与背光板供电； 37电源：输入电压：AC110V-240V/47-63Hz +5V：0.1-0.5A：CPU供电； +12V：0.5-4A：主板供电；
+24V：0.5-7A：伴音功放与背光板供电； 42电源：输入电压：AC110V-240V/47-63Hz +5V：0.1-0.5A：CPU供电； +12V：0.5-4A：主板供电； +24V：0.5-10A：伴音功放与背光板供电； 46电源：输入电压：AC110V-240V/47-63Hz +5V：0.1-0.5A：CPU供电； +12V：0.5-4A：主板供电； +24V：0.5-12A：伴音功放与背光板供电；
第二章 开关电源相关名词介绍：
开关电源又名直流电源供应器，它为一将交流电源转换成所需直流电源的装置。一个良好的电源供应器必须符合所有功能规格、保护特性、安全规范（如UL、CSA、VDE、DEMKO、SEMKO等之耐压、抗燃、漏电流、接地等安全规格）、电磁兼容能力（如FCC、CE等之传导与幅射干扰）、可靠度（如烧机之寿命测试）、及其它之特定需求等。 一、电源供应器包括下列之型式： AC-DC：如个人用、家用、办公室用、工业用(桌上型PS/2或ATX计算机、外围、传真机、充电器) DC-DC：如可携带式产品(行动电话、笔计型计算机、摄影机) DC-AC：如车用转换器(12V～115/230V) 、通信交换机之振铃信号电源 AC-AC：如交流电源变压器、变频器、UPS不断电电源 以上之输出还包含电压源(一般大多数为电压源)或电流源(如电池充电器)之单组输出或多组输出(视需求而定)之各种结构。 电源供应器之设计、制造及品质管制等测试需要精密的电子仪器设备来仿真电源供应器实际工作时之各项特性(亦即为各项规格)，并验证能否通过。实务上，电源供应器有许多不同的组成结构(单输出、多输出、及正负极性等)和输出电压、电流、功率之组合，因此需要具弹性多样化的测试仪器才能符合许多不同规格之需求。 二、电气功能(Electrical Specifications)及测试 一个电源供应器品质的好坏，可通过对其电气功能的测试得到检验，分别详细说明如下：
1、功能(Functions)测试： 输出电压调整(Hold-on Voltage Adjust)； 电源调整率(Line Regulation)； 负载调整率(Load Regulation)； 综合调整率(Conmine Regulation)； 输出涟波及噪声(Output Ripple & Noise, RARD)； 输入功率及效率(Input Power, Efficiency)； 动态负载或瞬时负载(Dynamic or Transient Response)； 电源良好/失效(Power Good/Fail)时间； 起动(Set-Up)及保持(Hold-Up)时间。
2、保护动作(Protections)测试： 过电压保护(OVP, Over Voltage Protection)； 短路保护(Short)； 过电流保护(OCP, Over Current Protection)； 过功率保护(OPP, Over Power Protection)。
3、安全(Safety)规格测试： 输入电流、漏电电流等； 耐压测试:电源输入对地，电源输出对地；电路板线路须有安全间距； 阻燃：零组件需具备抗燃之安全规格，工作强度须于安全规格； 机壳接地：需于0.1欧姆以下，以避免漏电触电之危险； 变压输出特性：开路、短路及最大伏安(VA)输出； 异常测试：散热风扇停转、电压选择开关设定错误。
4、电磁兼容(Electromagnetic Compliance)测试： 电源供应器需符合CISPR 22、CLASS B之传导与幅射的4dB余裕度，电源供应器需在以下三种负载状况下测试：单个输出为空载、多个输出为50%负载、单个输出为100%负载。 传导干扰/免疫：经由电源线之传导性干扰/免疫 幅射干扰/免疫：经由磁场之幅射性干扰/免疫[Page]
5、可靠度(Reliability)测试： 烧机寿命测试：高温(约50-60度)及长时间(约8-24小时)满载测试。
6、其它测试： ESD：Electrostatic Discharge静电放电(人或物体经由直接接触或间隔放电引起)在2-15KV之ESD脉波下，待测物之各个表面区域应执行连续20次的静电放电测试，电源供应器之输出需继续工作而不会产生突波(Glitch)或中断(Interrupt)，直接ESD接触时不应造成过激(Overshoot)或欠激(Undershoot)之超过稳压范围的状况、及过电压保护(OVP)、过电流保护(OCP)等。此外，于ESD放电电压在高达25KV下，应不致造成零件故障(Failure)。 EFT：Electrical Fast Transient or burst一串切换噪声经由电源线或I/O线路之传导性干扰(由电力站或建筑物引起)。 Surge：经由电源线之高能量瞬时噪声干扰(电灯之闪动引起)。 VD/I：Dips and Interrupts电源电压下降或中断(电力分配系统之故障或失误所引起，例如电力站之过载或断路器之跳闸所引起)

三、功能测试 ：
1、 输出电压调整 当制造交换式电源供应器时，靠前个测试步骤为将输出电压调整至规格范围内。此步骤完成后才能确保后续的规格能否符合。 通常，当调整输出电压时，将输入交流电压设定为正常值(115Vac或230Vac)，并且将输出电流设定为正常值或满载电流，然后以数字电压表测量电源供应器的输出电压值并调整其电位器(VR)直到电压读值位于要求之范围内。
2、电源调整率 电源调整率的定义为电源供应器于输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。此项测试系用来验证电源供应器在最恶劣之电源电压环境下，如夏天之中午(因气温高，用电需求量最大)其电源电压最低；又如冬天(因气温低，用电需求量最小)其电源电压最高。在前述之两个极端下验证电源供应器之输出电源之稳定度是否合乎需求之规格。 为精确测量电源调整率，需要下列之设备：
能提供可变电压能力的电源，至少能提供待测电源供应器的最低到最高之输入电压范围。 一个均方根值交流电表来测量输入电源电压。 一个精密直流电压源具备至少高于待测物调整率十倍以上。 以及连接至待测物输出的可变负载。 测试步骤如下：于待测电源供应器以正常输入电压及负载情况下热机稳定后，分别于低输入电压(Min)，正常输入电压(Normal)，及高输入电压(Max)下测量并记录其输出电压值。 电源调整率通常以一正常之固定负载(Nominal Load)下，由输入电压变化所造成其输出电压偏差率(deviation)的百分比，如下列公式所示： V0(max)-V0(min) /V0(normal)*10% 电源调整率亦可用下列方式表示之：于输入电压变化下，其输出电压之偏差量须于规定之上下限范围内，即输出电压之上下限规格内。
3、负载调整率 负载调整率的定义为电源供应器于输出负载电流变化时，提供其稳定输出电压的能力。此项测试系用来验证电源供应器在最恶劣之负载环境下，如个人计算机装置最少之接口且磁盘驱动器均不动作(因负载最少，用电需求量最小)其负载电流最低；又如个人计算机的装置最多之接口，且磁盘机有动作(因负载最多，用电需求量最大)其负载电流最高。在前述之两个极端下验证电源供应器之输出电源之稳定度是否合乎需求之规格。 所需的设备和连接与电源调整率相似，较早不同的是需要精密的电流与待测电源供应器的输出串联。 测试步骤如下：于待测电源供应器以正常输入电压及负载情况下热机稳定后，测量正常负载下之输出电压值，再分别于轻载(Min)、重载(Max)负载下，测量并记录其输出电压值(分别为Vmax与Vmin)，负载调整率通常以正常之固定输入电压下，由负载电流变化所造成其输出电压偏差率的百分比，如下列公式所示： V0(max)-V0(min)/V0(normal)*100% 负载调整率亦可用下列方式表示：于输出负载电流变化下，其输出电压之偏差量须于规定之上下限电压范围内，即输出电压之上下限规格内。
4、综合调整率 综合调整率的定义为电源供应器于输入电压与输出负载电流变化时，提供其稳定输出电压的能力。这是电源调整率与负载调整率的综合，此项测试系为上述电源调整率与负载调整率的综合，可提供对电源供应器于改变输入电压与负载状况下更正确的性能验证。 综合调整率用下列方式表示：于输入电压与输出负载电流变化下，其输出电压之偏差量须于规定之上下限电压范围(即输出电压之上下限规格内)或某一百分比界限内。
5、输出噪声 输出噪声系指于输入电压与输出负载电流均不变的情况下，其平均直流输出电压上的周期性与随机性偏差量的电压值。输出噪声是表示在经过稳压及滤波后的直流输出电压上所有不需要的交流及噪声部分(包含低频之50/60Hz电源信号、高于20 KHz之高频切换信号及其谐波，再与其它之随机性信号所组成))，通常以mVp-p峰对峰值电压为单位来表示。 一般的交换式电源供应器的规格均以输出直流输出电压的1%以作为输出噪声之规格，其频率为20Hz到20MHz(或其它更高之频率如30MHz、50MHz等)。 电源供应器实际工作时最恶劣的情况(如输出负载电流最大、输入电源电压最低等)，若电源供应器在恶劣环境状况下，其输出直流电压加上噪声后之输出瞬时电压，仍能维持稳定的输出电压不超过输出高低电压界限情形，否则将可能会导致电源电压超过或低于逻辑电路(如TTL电路)之承受电源电压而误动作，进一步造成死机现象。 例如5V输出，其输出噪声要求为50mV以下(此时包含电源调整率、负载调整率、动态负载等其它所有变动，其输出瞬时电压应介于4.75V至5.25V之间，才不致引起TTL逻辑电路之误动作)，而12V输出其输出噪声要求为120mV以内，24V输出其输出噪声要求为240mV以内。 在测量输出噪声时，电子负载的PARD必须比待测之电源供应器的PARD值为低，才不会影响输出噪声之测量。同时测量电路必须有良好的隔离处理及阻抗匹配，为避免导线上产生不必要的干扰、振铃和驻波，一般都采用双同轴电缆，并使用差动式量测方法(可避免地回路之噪声电流)，来获得正确的测量结果。
6、输入功率与效率 电源供应器的输入功率之定义为以下之公式： True Power = Pav(watt) = V1 Ai dt = Vrms x Arms x Power Factor 即为对一周期内其输入电压与电流乘积之积分数，需注意的是Watt≠VrmsArms而是Watt=VrmsArmsxP.F.，其中P.F.为功率因素(Power Factor)，通常电源供应器的功率因素在0.6～0.7左右，而大功率之电源供应器具备功率因素校正器者，其功率因素通常大于0.95，当输入电流波形与电压波形完全相同时，功率因素为1，并依其不相同之程度，其功率因素为1～0之间。 电源供应器的效率之定义为： out x lout True Power (watts) 即为输出直流功率之总和与输入功率之比值。通常个人计算机用电源供应器之效率为60%～70%左右。效率提供对电源供应器正确工作的验证，若效率超过规定范围，即表示设计或零件材料上有问题，效率太低时会导致散热差而影响其使用寿命。 由于近年来对于环保及能源消耗愈来愈重视，如计算机能源之星「Energy Star」对电源供应器之要求：于交流输入功率为30Wrms时，其效率需为60%以上(即此时直流输出功率必须高于18W)；又对于ATX架构之电源供应器于直流失能(DC Disable)动态其输入功率应不大于5W。因此交流功率量测之仪表需要既精确又范围广，才能合乎此项测试之需求。[Page]
7、动态负载或瞬时负载 一个定电压输出的电源供应器，于设计中具备回授控制回路，能将其输出电压连续不断地维持稳定的输出电压。由于实际上回授控制回路有一定的频率，因此限制了电源供应器对负载电流变化时的反应。若控制回路输入与输出之相移于增益(Unity Gain)为1时，超过180度，则电源供应器之输出便会呈现不稳定、失控或振荡之现象。 实际上，电源供应器工作时的负载电流也是动态变化的，而不是始终维持不变(例如硬件、软件、CPU或RAM动作等)，因此动态负载测试对电源供应器而言是极为重要的。电子负载可用来仿真电源供应器实际工作时最恶劣的负载情况，如负载电流迅速上升、下降之斜率、周期等，若电源供应器在恶劣负载状况下，仍能够维持稳定的输出电压不产生过高激(Overshoot)或过低激(Undershoot)情形，否则会导致电源之输出电压超过负载组件(如TTL电路其输出瞬时电压应介于4.75V至5.25V之间，才不致引起TTL逻辑电路之误动作)之承受电源电压而误动作，进一步造成当机现象。
8、电源良好/失效时间(Power Good、Power Fail或Pok) 电源良好信号，简称PGS(Power Good Signal或Pok High)，是电源供应器送往计算机系统的信号，当其输出电压稳定后，通知计算机系统，以便做开机程序之动作. 而电源失效信号(Power Fail或Pok Low)是电源供应器表示其输出电压尚未达到或下降超过于一正常工作之情况。 以上通常由一「PGS」或「Pok」信号之逻辑改变来表示，逻辑为「1或High」时，表示为电源良好(Power Good)，而逻辑为「0或Low」时，表示为电源失效(Power Fail)，： 电源供应器的电源良好(Power Good)时间为从其输出电压稳定时起到PGS信号由0变为1的时间，一般为100ms到2000ms之间。 电源供应器的电源失效(Power Fail)时间为从PGS信号由由1变为0的时间起到其输出电压低于稳压范围的时间，一般认为1ms以上。博计的3600A可直接测量电源良好与电源失效时间，并可设定上下限，做为是否合格的判别。
9、激活时间(Set-Up Time)与保持时间(Hold-Up Time) 激活时间为电源供应器从输入接上电源起到其输出电压上升到稳压范围内为止的时间，以一输出为5V的电源供应器为例，激活时间为从电源开机起到输出电压达到4.75V为止的时间。 保持时间为电源供应器从输入切断电源起到其输出电压下降到稳压范围外为止的时间，以一输出为5V的电源供应器为例，保持时间为从关机起到输出电压低于4.75V为止的时间，一般为17ms或20ms以上，以避免电力公司供电中于少了半周或一周之状况下而受影响。
10、其它 Power Up delay：+5/3.3V 的上升时间(由10%上升到90%电压之时间) Remote ON/OFF Control：遥控「开」或「关」之控制 Fan Speed Control/Monitor：散热风扇之转速「控制」及「监视」
11、保护功能测试
11．1 过电压保护(OVP)测试： 当电源供应器的输出电压超过其最大的限定电压时，会将其输出关闭(Shutdown)以避免损坏负载之电路组件，称为过电压保护。过电压保护测试系用来验证电源供应器当出现上述异常状况时(当电源供应器局部之回授控制电路或零件损坏时，有可能产生异常之输出高电压)，能否正确地反应。 过电压保护功能对于一些对电压敏感的负载特别重要，如CPU、内存、逻辑电路等，因为这些贵重组件若因工作电压太高，超过其额定值时，会导致永久性的损坏，因而损失惨重。
11．2 短路保护测试 当电源供应器的输出短路时，则电源供应器应该限制其输出电流或关闭其输出，以避免损坏。短路保护测试是验证当输出短路时(可能是配线连接错误，或使用电源之组件或零组件故障短路所致)，电源供应器能否正确地反应。
11．3 过电流保护OCP测试 当电源供应器的输出电流超过额定时，则电源供应器应该限制其输出电流或关闭其输出，以避免负载电流过大而损坏。又若电源供应器的零件损坏而造成较正常大的负载电流时，则电源供应器也应该关闭或限制其输出，以避免损坏或发生危险。过电流保护测试是验证当上述任一种情况发生时，电源供应器能否正确地反应。
11．4 过功率保护OPP测试 当电源供应器的输出功率(可为单一输出或多组输出)超过额定时，则电源供应器应该限制其输出功率或关闭其输出，以避免负载功率过大而损坏或发生危险。又若电源供应器的零件损坏而造成较正常大的负载功率时，则电源供应器也应该关闭或限制其输出，以避免损坏。 过功率保护测试是验证当上述任一种状况发生时，电源供应器能否正确地反应。 本项测试通常包含两组或数组输出功率之功率限制保护，因此较上述单一输出之保护测试(OVP、OCP、Short等)稍具变化。

第三章 开关电源的基本电路构成
一般地，开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。 如果细致划分，它包括：输入滤波、输入整流、开关变换电路、采样、基准电路、比较放大、PWM控制（频率振器荡器）、开关管驱动、输出整流、输出滤波电路等。 实际的开关电源还要有保护电路、功率因素校正（PFC）电路、同步整流驱动电路及其它一些辅助电路等。下面是一个典型的开关电源原理框图3-1。 开关电源的电路构成原理:
一、 输入电路: 线性滤波电路（EMC滤波）、浪涌电流抑制电路、浪涌电压抑制电路、整流电路； 作用：对电网输入的交流电源进行净化及防止电源向外干扰，并转化为直流电源。
1、线性滤波电路: 抑制谐波和噪声（EMC滤波）。
2、 浪涌电流抑制电路、浪涌电压抑制电路: 抑制开机瞬间的浪涌电流及输入的瞬间高电压。
3、整流电路: 把交流变为直流。 有电容输入型、扼流圈输入型两种，开关电源多数为前者。

图3-1：开关电源原理框图
二、变换电路: 含开关电路、输出隔离（变压器）电路等，是开关电源电源变换的主通道完成对带有功率的电源波形进行斩波调制和输出。 这一级的开关功率管是其核心器件。 开关电路 ： 驱动方式:自激式、它激式。 变换电路：隔离型、非隔离型；谐振型。 功率器件：最常用的有GTR、MOSFET、IGBT。 调制方式：PWM、PFM、混合型三种。PWM最常用。 三、控制电路: 向开关功率管提供调制后的矩形脉冲驱动信号，达到调节输出电压的目的。
1、 振荡器：产生高频振荡波；
2、 基准电路：提供电压基准；
3、 反馈输入控制：采样的信号经与比较器比较放大后，用于调制驱动；
4、 驱动输出：为开关功率管的开通与关断提供控制信号。
四、输出电路： 整流、滤波，把输出电压整流成脉动的直流，并平滑成低纹波直流电压。