联想LXB-L15C液晶显示器电源及逆变电路分析与维修

PWPC板是机器内置的由电源部分与升压部分组合构成，这样设计上简化了机构，降低了成本，提高了产品的性能。电源部分由:桥式整流滤波、软启动电路、脉宽调制控制芯片(SG6841)及输出整流12V .5V.直流电压等电路构成。升压部分由:电压启动回路、PWM控制器(BA9741)、直流变换回路LC振荡及输出回路等电路构成。
一、电源部分的电路原理分析
1.交流输入及滤波电路
该部分的主要作用是用于防止由交流输入线引入的噪声，抑制电源内部产生的反馈噪声。该滤波器被设计成为电磁兼容(EMI) 滤波器。
开关电源是把工频交流整流为直流后，再通过开关变为高频交流，其后再整流为稳定直流的一种电源，这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关波形产生的噪声。在输人侧泄漏出去就表现为传导噪声和辐射噪声，在输出侧泄漏出去就表现为纹波。外部噪声会进到电子设备中，而供给负载的电源噪声也会泄漏到外部。若电源线中有噪声电流通过，电源线就相当于天线向空中辐射噪声。为此，在开关电源的输入侧要接入电容与电感构成的滤波器，用于抑制交流电源产生的EMI。

噪声分为共态噪声和正态噪声。对于单相电源，输人侧有2根交流电源线和1根地线。在电源输人侧2根交流电源线与地线之间产生的噪声为共态噪声;2根交流电源线之间产生的噪声为正态噪声。这就要求在电源输入侧接人的EMI滤波器要滤除这两类噪声。

在该电源电路中使用如图1的EMI滤波器。它由共态扼流圈L902 ，跨接线路电容C901以及线路高通滤波电容C902和C903构成。其中，L901用于滤除低频共态噪声，C901用于滤除低频正态噪声， c902和C903用于滤除高频共态和正态噪声。图中R901、R902用于拔掉电源时对电容起放电作用。
2.桥式整流及滤波
当220V交流输入经桥式整流输出后，经滤波电容C905滤波后生成一高压的直流电压，其大小为1.414VAC，C900起滤除高频电磁干扰作用。

3.软启动电路

软启动电路如图2所示，图中的R906，R907为1MΩ的等效电阻，由这些电阻的阻值很大，所以其工作电流很小。刚启动开关电源时，SG6841D所需要的启动工作电流由+300V直流高压经过R降压后加至SG6841D的输人端Vin实现了软启动。一旦开关功率管转入正常的工作状态，自馈线圈④-⑤端上所建立的高频电压经D902 、c908 整流滤波后，就作为芯片的工作电压，至此启动过程结束。
4.脉宽调制控制器SG6841D
在LCD Monitor 中Adapter 采用的是开关电源设计方法。开关电源具有体积小重量轻变换效率高等优点，因此被广泛应用于电子产品中，特别是脉宽调制(PWM)型的单片开关电源。PWM型开关电源的特点是固定开关频率，改变脉冲宽度来调节占空比。其基本工作原理是:当交流220V输人电压经过整流滤波电路变成直流电压，再由开关功率管斩波和高频变压器降压，得到高频矩形波电压，经整流滤波后获得所需要的直流输出电压。脉宽调制器是这类开关电源的核心，它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信号，控制开关功率管的通断状态，来调节输出电压的高低，达到稳压的目的。

以下将要介绍的电源适配器就是这种类型的脉宽调制的单片开关电源。它所用的是SG6841D脉宽调制集成控制器。sG6841D有下列性能特，点，其引脚功能见表1，内部框图见图3所示。

(1)它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离，适合于构成无工频变压器的20W~50W小功率开关电源。
(2)绿色模式待机时的低功耗和完美的保护特性。在待机模式下:把反馈电压作为参考值，一旦反馈电压低于门限值，输出线性下降以减少功耗，同时提供一定的输出电压。保护特性:
1)NTC电热检测器用于检测温度升高时起保护作用。当环境温度上升，IC RT PIN电压小于0.65V时，PWM占空比将减小，使SMPS功率输出降低，进而使温度下降。如果环境温度再次上升，将关闭输出PWM;
2) 功率检测器起过载保护，当检测到PIN电压高于门限电压0.85V时，GATE输出被关闭。
(3)启动电流和工作电流分别降至30pA和3mA，从而改善功率转换效率， PWM频率可以通过改变外接电阻来改变。
启动电流:典型值为30uA，超低启动电流允许用户使用高阻抗启动电阻，以提供SG6841所需的启动电流。工作电流为3mA，它用于降低VDD的保持电容要求。
(4)SG6841D属于电流控制型脉宽调制器。
所谓电流控制型是指，一方面把自馈线圈的输出电压Vin反馈给误差放大器，在与基准电压进行比较之后，得到误差电压Vr;另一方面初级线圈中的电流在取样电阻R919上建立电压，直接加到IC901PIN6电流检测比较器的同相输人端，与Vr作比较，进而控制输出脉冲的占空比，使流过开关功率管的最大峰值Ipm电流总是受误差电压Vr的控制，这就是电流控制型的原理。其优点是，调整速度快，但如果+300V输人电压发生变化，就立即引起Ipm的变化，迅速调整输出脉冲的宽度。为了改善开关mOs管的控制和保护其不至于过压，输出驱动电压被限为18V。

5.高压保护回路与温度过高保护回路

高压保护回路如图4所示，当电网电压升高超过最大值时，自馈线圈输出的电压也将升高。该电压将会超过20V，此时ZD901被击穿，R911上就会产生压降，当这个压降有0.6V时将使Q902导通，拉低Q901的基极电位，使Q902也导通，使D903导通，这样sG6841D Pin4接地，产生瞬间短路电流，使sG6841D迅速关断脉冲输出。另外Q902导通，这样SG6841D Pin7的15V基准电压通过R909、Q901直接接地。因此切断了IC的电源，达到高压保护作用。
温度过高保护回路:当电路的元件(IC、开关管)工作温度升高超过最大值时，IC的内部专有一个热保护器从PIN 5接电阻连到地以检测温度。当此PIN的电压低于门限电平0.65V时，迅速关断脉冲输出，保护电路的重要元件。

6.开关功率管及限流电路

SG6841D的Pin8脚输出一个如图5所示的脉冲波，该脉冲的频率为58.5kHz，占空比为11.4%。该脉冲控制功率管Q903按其工作频率进行开关动作，变压器开始工作，电流从Q903的漏极流向源极，在R917.上产生电压。R917为电流检测电阻，由它产生的电压直接加到sG6841D的过流检测比较器的同相输人端，只要该电压超过1V，将使SG6841D内部的电流保护电路启动，使Pin8关闭，实现过流保护。这就是限流电路的工作原理。

7.直流变换回路(变压器T901)

当SG6841D输出如图5所示的波形后，Q903做开关状态，其工作频率为58.5kHz，占空比为11.4%。T901开始工作(电路见图6)，在高电平Q903导通，T901的初级线圈有电流流过，产生上正下负的电压，则次级产生下正上负的感应电动势，这时次级上的二极管D910截止，此阶段为储能阶段;而低电平时，开关管截止，初级线圈上的电流在瞬间变为0，初级的电动势为下正上负，在次级上感应出上正下负的电动势，此时D910导通，有电压输出。再经过整流滤波后即可输出，该电压波形有较大的浪涌电压和振铃现象，其浪涌电压的峰-峰值超过70V这是由MOS管自身关断时产生和内部二极管的反向恢复特性产生的浪涌电压，由于在电路中没有加RC吸收电路或加二极管来抑制而产生的。
图6中T901的次级输出端的二极管上并接了一RC(R920.C920)回路，用于吸收二极管D910上产生的浪涌电压。
当关机时T901的初级线圈还有电流，此时Q903已截止，D901、R911、C906即形成放电回路，C906同时还起滤除高频谐波的作用。

8.电压取样和反馈回路

图7所示为电流、电压取样和反馈回路。图中的IC903为TL431芯片，该芯片内部有一个电压比较器，该电压比较器的反相输人端接内部基准电压，该基准电压提供一个基准的比较电压，该电压为2.495V±2%。该比较器的同相输人端接外部控制电压，比较器的输出用于驱动一个NPN的晶体管，使晶体管导通，电流就可以从Cathode端流向Anode。12V 的直流电压经过R922、R924分压，在R924.上产生电压，该电压直接加到TL431的R端，由电路上的电阻参数可知该电压正好能使TL431导通。这样就有电流流过发光二极管，光电耦合器IC902开始工作。至此完成电压的取样。
如果电网电压升高导致输出电压随之升高，这样流过IC902光电耦合器的电流也就随之增大，光电耦合器内部发光管的亮度越大，光敏三极管的内阻就越小，则光敏三极管的导通程度加强，IC的PIN 2端电压下降，该电压加到sG6841D内部误差放大器的反相输入端，从而控制SG6841D输出脉冲的占空比，降低输出电压。这样就构成了过压输出反馈回路，达到稳定输出的作用，能使输出电压稳定在12V和5V左右。
9.输出过压保护回路

当次级二组输出电压异常升高，此时电压将会超过12.2V或5.1V，此时ZD902或ZD903被击穿将导致光电耦合器内部发光管的亮度异常加大，致使IC PIN2通过光敏三极管接地，迅速关断脉冲输出，达到保护目的。

二、逆变电路分析
1.升压板概述
逆变器，又叫电压升压板。它是专为Panel的背光灯提供工作电源的。Panel 用的背光灯采用的是冷阴极荧光灯管(CCF)，该灯管的工作电压很高，正常工作时的电压为600-800V，而启动电压则高达1500~1800V，工作电流则为5~9mA。因此逆变器需要有如下功能:能够产生1500V以上的高压交流电，并且在短时间内迅速降至800V左右，这段时间约持续1~2s，由于逆变器提供电流的大小将影响冷阴极荧光灯管的使用寿命，因此输出的电流应小于9mA，需要有过流保护功能;出于使用的考虑，要有控制功能，即在显示暗画面的时候，灯管不亮，该控制信号可以由主板上的MCU或图形处理器提供，逆变器是一种DCTOAC的变压器，它其实与Adapter是一种电压逆变的过程。Adapter是将市电电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电;两个部分同样都采用了目前用得比较多的脉宽调制(PWM)技术，其核心部分都是一个PWM集成控制器，Adapter用的是SG6841D，逆变器则采用BA9741F芯片。
2.逆变器的工作原理简要分析
图8为其工作原理框图。

3.逆变器输入接口部分
逆变器输人部分有3个信号，它们分别为:12V直流输入VIN、I作使能电压ON/OFF及Panel 的亮度调节信号。其中12V直流由电源提供;ON/OFF电压由主板上的GM2115提供，其值为OV或3V，当OFF时=0V，逆变器不工作，而ON时=3V，逆变器处于正常工作状态;而亮度调节电压由主板提供，其变化范围在0~5V之间，将不同的电压值反馈给PWM控制器反馈端，逆变器向负载提供的电流也将不同，DIM值越小，逆变器输出的电流就越小，亮度就越暗。

电压启动回路:图9的电路是常用的电源控制回路，由一个PNP和一个NPN管组成，它有两个工作阶段:靠前-阶段，当ENB电压为低电平(OV)时，Q201管处于截止状态，因此Q202管也截止，此时Q202管c极上的直流电压不能加到U201(BA9741)的Pin2输人端，所以U201因无输人而不工作，Pin1就无输出脉冲，因此整个逆变器就不工作;第二阶段， ENB为高电平，此时Q201管饱和导通，Q202管b极电位被拉低，因Q202为PNP管，且其c极上加有12V的直流电压，故Q2导通，12V电压加至IC供电脚Pin2，启动IC工作，U201就有脉冲输出去控制开关管工作，整个逆变器就处于正常工作状态，输出高压去点亮Panel的背光灯灯管。
4.直流变换回路
由MOS开关管Q203和储能电感L201及D201组成电压变换电路，BA9741F输出的脉冲经过Q205、Q207组成的推挽放大器放大后驱动MOs管做开关动作，使得直流电压对I201进行充放电。由于电路中的MOS关管Q203采用P沟道场效应管，因此当U201输出脉冲为低电平时对L201进行充电，高电平时Q203截止，L201放电。图10中的Q205.Q207组成的推挽放大电路是起放大作用，由于U201输出脉冲的电流较小，不能直接驱动MOS管Q203工作，因此必须加上放大电路加以放大。

过压保护电路:利用BA9741F的DTC死区控制电路可以组成一个过压保护电路，其工作原理见图7，当L201输出的电压过高，超过D203管的稳压值11V时，D203管将会被击穿，使得Q6管导通，这样就把U1的Pin6脚DTC的电压拉至低于0.7V，内部死区控制电路就关闭输出晶体管的输出。
5. LC振荡输出回路及输出电压反馈

电路参考图11，C213和PT201初级线圈组成LC振荡，Q209、Q210组成PUSH-PULL回路，它们处于交替工作状态，R224、R225、R226、R227为启动电阻。Q209 、Q210的输出电压在PT上叠加通过LC振荡就产生了高压正弦交流电输出。
在输出方面，C215、C216为耦合分压电容。当负载的Panel 灯管未点亮时，输出回路没有导通，由PT1产生的1500V的高压电通过电容耦合作用加在负载两端，这样就满足了冷阴极荧光灯的启动条件，荧光灯被点亮。此时输出回路导通，有电流流过电容，由于电容有阻抗存在，因此电容两端就产生了压降，选择电容的参数值就可以使通过电容衰减后加在负载两端的电压变为800V左右的工作电压。
输出电压反馈:当负载工作时，在R232两端有交流电压存在，该电压经过D205、D207、C211整流滤波后，得到一个直流的采样电压。将该电压反馈给BA9741F的Pin14端，用于反馈控制BA9741F输出脉冲的占空比，达到稳定逆变器输出高压的作用。
三、常见故障检修流程及维修实测波形数据
1. PWPC板电源部分维修流程图
(1)电源指示灯不亮或暗的检修流程如图12所示。

(2)图像闪(异常)故障的检修流程如图13所示。

(3)电源部分IC及三极管工作时的参考电压表表2~表5所示。

2.PWPC板升压部分维修流程图
(2)画闪故障的检修流程如图14所示。

(2)画暗、画面亮一下 变暗的检修流程如图15所示。

(3)升压部分IC及三极管工作时的参考电压如表6、表7所示。