创维55英寸LED酷开电视电源电路原理分析与维修

在创维55英寸系列LED酷开液晶电视中，开关电源采用台湾虹冠电子(Champion)提供的CM6900+CM6510C芯片方案。该方案是一款通用于LED背光(侧光式)液晶屏的电源方案，是近两年较为流行的高性价比方案。在此方案中，主要用到的芯片有:谐振加同步整流二合一(SRC&SR)芯片CM6900 (U10);PFC 控制芯片CM6510C(U1);低功耗(0.25W)、大功率(20W/AC220V )开关电源控制芯片TOP253 EN (U904); 24V转12V 的DC/DC控制芯片AP3843GM(IC201)。此电源输入电压范围为AC110V~AC250V，采有由PI公司的TOP253EN组成的待机开关电源电路( 副开关电源电路)输出+5V/3A电压，供CPU、USB及IPTV(宽带有线电视网络)电路以及遥控接收头。主开关电源电路输出24V/6A电压供LED背光;24V/1.5A电压供伴音功放;12V/5A电压供主板和屏上电路，其组成框图如图1所示。

值得一提的是，与常见的开关电源电路相比，该开关电源电路采用同步整流控制芯片CM6900，分别控制电源初次级共四只开关管，由此组成串联谐振加同步整流二合-电路，使整机效率高达90%。

一、主要芯片简介

1.PFC控制芯片CM6510C

CM6510C是一款适用于高密度交流适配器的节能PFC控制器，其引脚功能见表1。

该芯片的工作电压Vcc在10V~18V之间。CM6510C的PFC电路工作频率为67.5kHz，它利用输人电流整形技术来调整PFC脉冲宽度，使其在连续工作升压模式和断续工作升压模式之间切换，其内部的峰值电流限制电路起增强系统的稳定性的作用。当负载突然减小时，PFC过压保护比较器会让PFC电路停止工作。另外，CM6510C内部还设置有1V基准电压限制、PFC开/关检测比较器等电路，并具有Voc过压保护功能。

2.谐振加同步整流二合一芯片CM6900

CM6900是一款通过串联谐振及同步脉冲控制技术达到能量需求的高效率离线式DC-DC芯片，其引脚功能见表2。工作时，芯片通过转换控制方式，即由频率调制模式(FM)转换到脉宽调制模式(PWM)，来实现重载和轻载的转换。该芯片的工作电压在10V~18V之间，典型工作电压为13V， 欠压锁定电压为10V。另外，该芯片在过流或者过压保护时会进人自锁状态。

二、电路工作原理

分析在此电路中，副电源电路采用内置开关管的脉宽调制稳压模块TOP253EN (U904)，如图2所示。R50、R57、U8、U9等元件组成稳压误差取样控制电路，其误差信号送往U904的③脚，通过其内部电路，控制开关管驱动脉冲的占空比，从.而实现稳压。正常工作时，输出的5VSB电压实测为5.25V。

TOP253EN属于TOPSwitch-HX系列芯片中的一种。该系列芯片内置700V的功率MOSFET管、高压开关电流源PWM控制器、振荡器、热关断保护等电路，其型号主要有TOP252- 262。 这些芯片的内部电路基本相同，仅输出功率有所差异，一般来说:TOP后面的数字越大，输出功率就越大。该类芯片有DIP-8C(简称P)，SDIP-10C(简称M)TO-220-7C (简称Y)、eSIP-7C(简称E)eSIP- 7F(简称L)等多种封装形式，引脚总数与各脚功能也不完全相同，为便于维修时参考，特列出TOPSwitch-HX系列芯片引脚与功能对照表，见表3。本电源电路所用TOP253EN采用eSIP-7C封装。

由于采有TOP253EN组成的关电源较为常见，其工作原理在报刊中也多次刑登过，在此不再重复。该机主开关电源电路主要由市电输人电路与整流滤波电路，PFC(功率因数校正)校正与控制电路和+24V、+12V整流稳压电路三大部分组成。
1.市电输入与滤波电路
C7、LF1、C4、LF2、C11、C11、RT3、RT4组成的滤波电路主要是防止外界的杂讯信号对电源造成干扰，同时也防止该电源工作时产生的杂讯信号对电网造成干扰。此部分电路就是常称的EMI抑制电路。
AC220V市电经上述EMI抑制电路后，一路经全桥BD1整流后转变成脉动直流电压，送给PFC电路，如图3所示;另一路送至副开关电源的整流全桥BD2进行整流。

2.PFC校正与控制电路

接通电源后，副电源电路工作，变压器T2输出12VCC、15VS及5VSB电压，参见图2。其中，12VCC电压不受开/待机信号(ENABLE)控制，给PFC芯片CM6510C供电;15VS电压(受ENABLE信号控制)，既给DC-DC芯片CM6900供电，又给12V输出电路中的芯片AP3843GM电路供电。PFC 芯片CM6510C得到12V供电后，开始工作，即升压(BOOST)电路工作，输出约为385V的电压。

待机时，ENABLE信号变为低电平，Q11截止，副开关电源输出的5VSB电压使场效应管Q12和光电耦合器U6导通，此时SD信号和Tifault信号均为低电平，PFC控制芯片CM6510C和主芯片停止工作;同时，副开关电源中的Q13截止(参见图2)，则Q9.Q8均截止，无15VS电压输出，CM6900和AP3843GM停止工作，无24V和12V输出，系统处于待机状态。反之，当主板发出开机信号后，ENABLE信号由低电平变为高电平(约为3.3V)，Q11饱和导通，Q12和U6截止，Trfault 信号和SD信号均为高电平，芯片CM6510C开始工作;副开关电源中的Q13导通，Q9Q8也随之导通，输出15VS电压，CM6900和AP3843GM工作，输出24V和12V电压;同时，高电平的ENABLE信号还使副开关电源板上的三极管Q32导通，其c极为低电平，则P沟道MOSFET管Q10A导通，输出+5V电压，供给主板，整机进人开机状态。
CM6900正常工作时13、14脚会输出一组异步脉冲，用来实现对输出电压的控制;同时11、12脚输出一组同步脉冲，驱动开关管Q26~Q29用于对+24V电压的同步整流，如图4所示。

3.+24V、+12V整流稳压电路

主开关电源输出24V和12V电压，伴音+24V电压(24V2)采用传统的全波整流方式，而背光的+24V供电采用同步整流方式，如图5所示。

背光+24V电压形成电路的核心部件为U10。该芯片位于电源板次级，控制位于次级的低压MOS管Q14、Q15、Q19、Q20，并通过隔离变压器T6控制位于初级(热地侧)的高压MOS管Q16、Q18，实现同步整流，输出背光+24V电压。这种同步整流方式在提高效率的同时，还具有降低辐射的效果。在主电路中，变压器T4、T5采用初级串联、次级并联的方式连接。
+12V电压是由背光+24V电压转换而来。该转换电路以IC201(AP3843GM)作为DC/DC控制芯片，采用降压式变换(Buck)电路，将背光+24V通过降压的方式稳压至+12V，为主板和屏供电，如图6所示。

IC201 的⑥脚输出脉冲，驱动图，腾柱Q202、Q203，能量通过变压器TR1耦合到级次，再驱动由MOS管Q206及电感L201L202组成的降压式变换电路，从而输出+12V电压，在此电路中，L201为储能电感，Q206为低压开关管，D206为复合续流肖特基二极管。

AP3843GM是AP384X系列高性能电流模式PWM控制器中的一种。该系列控制器专为离线式AC-DC和DC-DC变换器设计，外围元件少，内置UVLO及过电流保护电路，具有启动电流小、图腾柱输出电流强等优点。
三、保护电路工作原理分析
在该电源电路中，保护电路设计得比较完善，这也是实际维修中的关键检测点，下面进行重点分析。
1.CM6510C保护电路的特点
若PFC输出电压超过工作限值，或PFC反馈电路发生故障，这极易造成电源严重损坏。为此，在CM6510C内部设计有一个保护电
路，对PFC电压进行检测，以判断PFC电压反馈支路有无开路、短路或浮地电路(floating-circuit)有无故障，这种功能常称作为三重故障检测(Trifault Detect)。
CM6510C通过⑤脚(VFB)、⑥脚( Trifault)进行检测，参见图3。一旦⑤脚、⑥脚电压达到设定阈值，芯片内部保护电路起控，关断PFC驱动脉冲，从而达到保护的目的。当⑤脚电压高于2.5V时，芯片进人过压保护状态;当⑥脚电压低于(vCC-1.4V)/2时，芯片进人故障保护状态。
CM6510C⑤脚与PFC电路输出电压采样端口相连，当采样VSEN电压高于2.5V时，芯片判断PFC电压过高，从而进人保护状态。
CM6510C⑥脚电压由以下两路控制:(1)当变压器T2输出的12VCC电压过高时，会使得LM358(u2 )③脚电压随之升高，误差放大器U2A的①脚输出高电平，开关管Q10导通，从而将CM6510C的⑥脚电位拉低，进而关断PFC电路。(2)当主板送来的ENABLE电压为低电平时，开关管Q11截止，将D10的阴极电位拉低，从而使光耦U6导通，CM6510C的⑥脚电位下降，从而关断PFC电路。
2.CM6900保护电路的特点
CM6900的②脚(VFB)是+12V与+24V输出电压的过压检测端，参见图4，当该引脚电压大于2.5V时，CM6900会关断驱动脉冲输出。CM6900⑦脚为FM/PWM软启动的控制输入端(SD)，内接控制器的反相输入端的基准电压为1V，当正向输人端为高电平时，CM6900工作正常;当正向输入端为低电平时，CM6900关断驱动脉冲输出。误差放大器U2B控制着CM6900⑦脚的电位，当VSEN电压高于2.5V时，光耦U5截止，CM6900的⑦脚电位变低，CM6900进人保护状态。
3.12V、24V过压保护电路
当12V或者24V中任何一组电压大幅升高时，误差放大器U11A (LM339)②脚会输出高电平，如图7所示，二极管D22导通，使得输出点B变成高电平，可控硅U12导通，Q30导通(参见图5)， CM6900⑦脚的电位下降，CM6900关断驱动脉冲输出，实现过压保护。

4.12V、24V过流保护
当24V电流过大时，U11B的14脚输出高电平，D20导通，则B点变成高电平，可控硅U12导通，Q30导通，CM6900的⑦脚的电位下降，CM6900关断驱动脉冲输出，实现过流保护。
另外，5V的过流保护控制与上述相同，当电流过高时，U14A①脚输出高电平，D19导通，使B点变成高电平，后续控制同上。
四、 常见故障检修
检修该电源板时，应首先检测待机开关电源输出的5.25V电压(5VSB )是否正常?开/待机控制电平是否高于3.3V?只有这两者正常，主关电源电路才能正常工作。实修时，可摘下该板单独进行检修，其方法是将待机5.25V电压通过一只2k的电阻与电源板上的开/待机控制端相连。该电源板常见故障的检修流程如图8~12所示。