平板电源特点和维修与关键件替换方法

平板电源种类繁多，使用器件型号也多，故障发生概率也高，在平板电视中，电源引起的故障占了电视故障的绝大部分。平板电源种类虽多，但其中的很多电路(如振荡、稳压及过压、过流检测等)与CRT开关电源工作原理是相同的。相比之下，差异较大的是部分电路多了各种各样的有源PFC电路、各种结构的整流滤波电路。平板电源之所以有很多类型，是因为设计时选择了不同的电路拓扑组合方式，不同的芯片与不同的电路匹配便组成了各种开关电源。这些拓扑电路有BOOST升压式DC-DC转换电路LLC谐振半桥拓扑电路、推挽拓扑、半桥拓扑、全桥拓扑、反激变换器等等。

我们只要掌握了这些拓扑电路的特点及工作过程，也就基本上掌握了所有平板电视开关电源的工作原理和维修。从本期开始，我们将介绍平板常见拓扑结构电源的工作特点、维修和器件替换等内容，供维修人员参考。

平板电源常被分成单电源、二合一电源两类。单电源指仅提供主板、背灯模组(驱动)工作电压的开关电源，此类电源常由副电源(产生控制系统工作需要的5VSTB电压)、PFC校正电路(将传统全桥整流形成的300V直流电压提升到380V)、主电源(产生供主板和背光电路所需的电压)三部分电路组成。二合一电源是在原单电源电路的基础上增加了背光灯驱动电路。
一、开关拓扑结构之一:BOOST升压式DC-DC转换电路
1.电路结构
见图1，BOOST升压式DC-DC转换电路的最大特点是:输出电压永远比输入电压高，输入与输出端共用一个“地”。

2.工作过程
当开关管T导通时，电流IL流过电感线圈L，电流IL线性增加，电能以磁能的形式储存在电感线圈中。而当开关管T关断时，线圈中的磁能将改变线圈L两端电压V的极性，以保证电流L，不突变。这样，线圈L转化的电压VL与电源Vin串联并以高于输出的电压向电容Cour和负载供电。
电路中设计二极管D1的目的是给大电容进行预充电，具有抗浪涌冲击功能，故D1用来保护PFC升压二极管D。该二极管的选择与大电容的大小、交流输入电压的高低以及交流输入回路阻抗有关，常用的二极管为1N5408。1N5408的IFSM为200A，在大功率电源中，为了增加电源的可靠性，可用两只1N5408串联使用。
3.电路应用
BOOST升压式DC-DC转换电路通常应用于开关电源的PFC校正电路中。开关电源为何要加PFC电路呢?这是节能的需要。国家有强制要求:“整机额定功率75W及以下的设备不做谐波电流限制;额定功率大于75W的设备，需对谐波进行限制，电路必须设置PFC电路”。PFC电路结构有DCM(非连续导通模式，在断续模式的变换器中，电感电流在周期的某些时刻电流为零)、CCM(连续导通模式，在周期的任何时刻电感都应当有电流流过)和交错模式三种。当输入功率在250W以下时，PFC采用DCM电路结构;当输入功率在250W以上时选用cCM结构;当电路需要重点考虑排版及尺寸大小时，则采用交错模式。
下面两个电路为BOOST升压式DC-DC转换电路的实际应用电路。
图2是创维32英寸~37英寸液晶电视所配电源168P-P37TLU-00的PFC校正电路，电路中的D1在这里被取消。

图3是长虹电源R-HS210-4N02中的PFC校正电路的维修图解。该PFC电路控制芯片采用安森美芯片NCP1606。维修提示:PFC稳压检测取样电阻R22~R20易出现接触电阻漏电，导致390V电压下降到370V左右，引起整机出现“开机又关机或光栅不稳定或自动停机”等故障。

知识链接：PFC校正电路的控制芯片有多种型号，芯片的选用因整机输出功率的不同而不同。如长虹平板开关电源中的PFC电路，在电路输出功率<250W时，通常选用ON Semiconductor公司生产的NCP1606BDR2G、NCP1607BDR2G和INFINEON 公司生产的TDA4863-2G;当电路输出功率二250W时，则使用ON Semiconductor公司的NCP1653A或INFINEON公司的ICE2PCS02。超薄电源常采用瑞萨的R2A20112和SANKEN的SSC2101S。上述器件中，引脚功能、工作电压和振荡频率相同的芯片可以互换。表1是PFC电路中常用的控制芯片型号。

PFC电路中的预充电二极管、升压二极管替换注意事项:预充电二极管D1可用BY254和1N5408、1N5406替换。DCM(非连续导通)模式下，且PFC部分输出功率< 120W时，升压二极管D可用MUR460代换;120W＜PFC部分输出功率＜180W时，可用MURF550代换;PFC输出功率子180W时，可用MUDF860/FMY-1106S代换。CCM(连续)模式下，输出功率大于250W时，升压二极管可用BYC10X-600/FMXA1106S代换;交错模式下，D1可以用两只MUR460或一只FFPF20UP60DNTU代换。
MOSFET管的选择替换:MOSFET有P沟道和N沟道。我们常见电源中使用的开关管或功率管都是N沟道的，这是为何?这是因为在较大功率环境中，在具有相同电流和电压定额时P沟道管子导通电阻比N沟道大，且开关速度也比N沟道慢。N沟道MOSFET管的工作特点是:只要在栅极和源极之间加一定正电压(N沟道)就能导通。
平板电源中，MOSFET管常作开关使用，选择时依照在同参数情况下，RDS(ON)(漏源导通电阻)和结电容小的较好。两管并联使用时，还要考虑驱动能力、温升等参数。在PFC、LLC、高压逆变器使用时尽量向9A/500V和13A/500V的规格靠拢，常见的使用型号有TK8A50D/FQPF9N50C，TK12A50/FQPF13N50C.路为，反激变换器时，PFC电路中通常使用FQPF7N80C。
二、开关拓扑结构之二:反激式变压器反激变压器
能完成能量传输，使输入功率等于输出功率，在开关电源中应用较广。此类电路中的功率变换器T1有双重作用:在-个开关周期内具有电感和变压器的双身份功能。在开关导通期间，反激式变压器初级的作用像一个电感，开关管Q导通后，输入电压加在变压器初级，有逐渐增加的电流通过，此时能量存储在初级电感Np中，极性为上正下负;当开关管Q截止时，通过电流为0A，由于初级电感能量不能突变，变压器初级电势极性反转，极性为上负下正，并通过T1次级使二极管D1导通，电感能量转为电场能量向负载放电和向电容充电，这样能量从初级传递到次级并提供给负载。显然，此时反激式变压器起变压器作用，就这样在一个开关周期内，既作为电感，又作为变压器，见图4。

反激式变，压器在长虹晶辰电源JC128S-3MF01上的应用电路图见图5。

开关电源次级整流二极管替换说明:次级整流二极管主要使用的是肖特基和超快恢复二极管，均要求使用TO-220塑封的产品，主要规格如下:肖特基二极管为10A/100V、20A/100V、10A/150V、20A/150V、20A/60V，超快恢复二极管为10A/200V、20A/200V。

三、LLC拓扑电路

1.LLC振荡电路结构组成

图5是一种单谐振电容结构的LLC谐振电路。LC振荡电路由振荡电容Cr、原边Ip、漏磁电感Lr、激磁电感Lm和两个MOSFET管和副边两只半桥整流二极管组成。其中，CrLr和Im这三个元件因负载变化组成的振荡网络有两个:一个是由Cr与Lr组成的振荡网络，此振荡网络的振荡频率与负载无关;另一-个是由Cr与Lm和Lr组成的振荡网络，此网络振荡频率与负载的轻重有关，通常负载越重，电路的谐振频率越高。

单谐振电路结构的LIC谐振电路其实就是LRC串联振荡电路，其原理是:将变压器的次级和负载折合回初级回路，次级相当于LRC串联谐振变流器的子负载，故LLC转换器的工作频率与负载的功率需求有关。功率需求较高时，工作频率高;反之，控制环路会降低开关频率。若以fr表示LLC转换器的振荡频率，则可通过参数选择使其工作在五种振荡状态:一是振荡在f1以下;二是直接谐振在fr1;三是高于fr1;四是振荡在fr2;五是在fr2之上振荡。LLC谐振电路的振荡频率计算公式如下:

半桥LLC振荡拓扑电路要求其LLC谐振网络振荡频率高于fr2，电路阻抗呈感性，原边所有电路等效为一只电感，从而实现原边两只主MOS开关管零电压导通(ZVS )和副边整流2极管零电流关断(ZCS)。采用这样的开关拓扑实现了初次级损耗最小，故它是一种具有高性价比、高能效和EMI性能优异的开关电源电路。
2.LLC谐振电路工作过程
在(t1，t2)区间，t=t1时，S2关断，谐振电流给S1的极间电容放电，直到S1的DS极上电压为零，这时S1的体二极管导通(SD极间)，此阶段也使整流管D1导通，Lm上的电压被输出电压钳位。谐振电路的振荡元件由Lm和Cr参与，振荡网络处于感性状态，方便实现MOSFET管ZvS导通。
在(2，t3)区间，t=t2时，s1在零电压(zVS )的条件下导通，此时电源通过S1.Lp、Cr给变压器原边Ip供电，Ip承受正向电压;D1继续导通，S2及D2截止，此时Lr和Cr参与谐振，而Im不参与谐振。
在(t3，t4 )死区这段，t=t3时，S1仍然导通，而D1与D2处于关断状态，相当于副边空载反射到初级的R为无穷大，此时流过谐振电路的电流只有激磁电流，故Tr副边与电路脱开，此时Lm、Lr和Cr一起参与谐振。实际电路中，Lm大于Lr，因此在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
在(t4，t5 )期间，t=t4时，S1关断，谐振电流给S2的极间电容放电，直到S2上的电压为零，然后S2的体二极管导通。此阶段D2导通，Lm上的电压被输出电压钳位，因此只有Lr和Cr参与谐振。
在(t5，t6 )期间，当t=t5时，S2在零电压的条件下导通，Tr原边承受反向电压，D2继续导通，而S1和D1截止，此时仅Cr和Lr参与谐振，Lm上的电压被输出电压钳位，不参与谐振。
在(t6，t7)期间，当t=t6时，S2仍然导通，而D1和D2处于关断状态，Tr副边与电路脱开，此时Lm、Lr和Cr一起参与谐振。实际电路中Lm大于Lr，因此在这个阶段可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。

以上是半桥LLC振荡开关电源基本工作过程的介绍，整个电路的工作过程可用图6来表示。

LLC谐振网络需要两个磁性元件Lr和Lm。然而，在实际应用中，考虑到高频变压器实际结构，通常把磁性元件Lm和Lp集成在-个变压器内，且利用变压器的漏感作为Lr，利用变压器的磁化电感作为Lmo这样一来，可以大大减少磁性元件数目。

3.LLC拓扑电路实际应用

图7是采用NCP1395与NCP5181芯片组在电源组件HS210-4N02中做主电源振荡控制块时的电路图。

图7中，U4产生驱动LLC振荡电路工作的驱动脉冲，包括死区转换时间设定，实现开关管ZVS开关转换。U4的①、②脚用于设置驱动脉冲工作最小与最大频率，③脚设置死区时间。U4的启动需要12脚提供VCC1供电，同时还要检测⑦脚接入的PFC电压。PFC电压经R93、R11、R35与R33分压送入⑦脚检测脚。当PFC电路未工作时，⑦脚电压下降，U4将保护停止工作;PFC电路工作后，LLC振荡电路形成的振荡脉冲在C6上形成的电，压将送入16脚，此电压由U4内比较器比较后从15脚送出误差信号，再经D12、C37、R46形成平滑电压进入⑦脚，实现对整个LLC振荡电路实施过压保护控制。13、14脚内接的也是检测电路，对振荡脉冲幅度进行检测，实现快或慢方式关断方式控制。整个U4各脚功能及维修数据见表2。

U4输出驱动脉冲去U3进行驱动脉冲整形，通过触发器输出驱动上管Q2、下管Q3的开关信号。

U3是一个功率推动IC，内电路结构见图8。U3的工作程序是在电源送入瞬间，其内M3管导通，此时Q3功率管导通，VCC1通过C31、C32、Q3形成充电回路，为高边驱动供电。当开关驱动脉冲在①脚送入高电平时，经R-S触发器送出低电平驱动脉冲使U3内接M1导通。M1管工作后，⑧脚供电通过M1给外接Q2栅极提供高电平驱动电压，此时Q2导通，PFC高压接入变压器T2原边，T2与电容C6组成的LLC振荡电路开始工作;同时，①脚送入低侧驱动低电平控制信号，经反相器后送出高电平，此时④脚内下管M4工作，对Q3栅极电荷进行放电。反之，当②脚为低电平，M2导通时，则Q2栅极电荷放电，同时M3导通，M1截止，形成谐振元件的放电回路。由于开关脉冲极性转换期间频率高，LLC谐振元件存储的能量不能很快消失，故T2不是一个普通的变压器，而是一个集成了激磁电感Lm和漏磁电感Ir的集成变压器。
高端侧自举悬浮驱动电压形成电路:图7中，⑥、⑧脚内外电路组成了高端侧自举悬浮驱动电压形成电路。电路中D3、C32、C31分别为自举电容和隔离二极管。当⑦、⑧脚内M1管导通时，自举电容上的电压作为M1管的工作电压，⑥脚输出驱动幅度达vcc1的脉冲给Q2栅极，此时Q2导通，⑥脚有近PFC的电压接入;与此同时，IC内电路驱动脉冲使M4导通，对Q3结电荷进行放电。经短暂的死区时间(td)之后，②脚送入脉冲使M3导通，④脚有近vCC电压输出使Q3导通工作，这时vCC1将通过D3、Q3对C32、C33进行充电，由于⑥脚因为C6、T2诣皆振反复充放电的原因，加之转换频率较高，故⑥脚有近200V的悬浮电压，并通过自举电容使⑧脚也抬高到200V左右。当M1再次导通时，⑧脚电压又为M1提供工作电压，使M1能正常导通，这样整个电路工作又重复先前的过程。显然，⑥脚有接近PFC的电压是因为电路的工作频率高，一直保持 在高电压状态所致， 故⑥脚对⑦、⑧脚而言是一个浮地。
4.LLC拓扑电路故障检修
(1)驱动脉冲形成电路
首先，振荡脚不要测量电压，只需检测、替换失效元件即可。因为测量电压时表的接触电阻会导致振荡频率改变，损坏MOSFET管。主电源不工作的判定方法:测量振荡电路输出高低侧驱动脉冲波形即可。驱动脉冲就是方波信号，高低側驱动波形极性刚好相反。NCP1395的10、11两脚没波形输出，问题肯定在NCP1395，应查①、②、③脚振荡相关元件，⑦脚PFC电压检测电路，以及判定PFC电路是否工作。PFC电压如果为300V ，表明PFC电路未工作，这时应查PFC电路。
最后，查13、14脚快速关断检测电路中的元件。
(2)脉冲开关整流电电路
测高低侧的驱动脉冲输出脚，如NCP5181的⑤⑦脚是否有开关脉冲波形。如果输出脚没波形，通常是NCP5181损坏。此IC损坏的同时还应检查开关管Q2、Q3是否已击穿。