AOC代工715G2538系列电源高压一体板原理与维修.docx
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AOC代工715G2538系列电源高压一体板原理与维修
AOC代工715G2538系列电源高压一体板原理与维修
现在主流CCFL背光液晶显示器几乎都采用了电源高压一体板的方式，分别为驱动局部和CCFL灯管供电。
尽管各机型采用的芯片方案不尽一样，板子外观五花八门，但实际上易发故障部位根本一样，故障判断方法和检修流程也极其类似。
本文以715G2538系列电源高压一体板为例，讲述工作原理和维修方法，力求原理分析到位，故障排查彻底，使读后达到举一反三的效果。
715G2538系列电源高压一体板由AOC〔冠捷〕代工生产，广泛用在19-24寸等多品牌型号的液晶显示器上，包括AOC、Topview、Maya〔玛雅〕、ENVISION〔易美逊〕、明基、华硕等品牌，都有大量应用，存世量巨大。
此系列一体板包括715G2538-1、715G2538-2、715G2538-3、715G2538-5、715G2538-1-ACE、715G2538-2-ACE等多种板号，各不同板号主要是元件参数略有调整，直流输出局部有的为单5V输出，有的为5V/14V输出，实质性区别很小，电路原理一样，本文对这些板的维修均有指导意义。
电路板实物如图1所示。
图2是板子的组成结构框图。
一、原理篇
1、电源局部的原理
虽然为电源高压一体板，实际上电源和高压局部完全可以理解为相互独立的两个电路，实际维修中也采用分段切割，缩小故障围的方法。
从上面的框图也可以看出，高压局部与电源局部并无反响控制回路，所以从直流输出局部进展分割，是完全可以使两个电路工作的。
电源局部原理图如图3所示。
框图中的EMI滤波即电路中的压敏电阻VAR901之后到整流器BD901之间的电路。
EMI是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象，有传导干扰和辐射干扰两种。
EMI滤波电路就是对开关电源噪声干扰进展滤波的，能较好地滤除来源于电网的干扰或者传入电网的干扰。
符合美国、FEC、欧洲、VDE等多国标准。
开关电源是把工频交流整流为直流后，再通过开关元件变为高频交流，其后再整流成为直流电源，这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关管工作产生的噪声。
在输入侧泄露出去就表现为传导噪声和辐射噪声，在输出侧泄露出去就表现为纹波。
同时外部噪声会进到电子设备中，而供应负载的电源噪声也会泄露到外部。
假设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。
而这些噪声都会影响设备的正常工作。
实际应用中为了满足电磁兼容性的有关指标，就需要有效地抑制开关电源的干扰，因此所有符合要求的电源电路都要采用EMI滤波电路。
而一些廉价开关电源产品就偷工减料，省略了EMI电路元件，仅凭借看这几个元件的有无，就足以判断产品优劣了。
L901是绕在同一磁环上的两只独立的线圈，圈数一样，绕向相反，在磁环中产生的磁通相互抵消，磁芯不会饱和，主要抑制对称性噪声。
C901、C902是共模电容，又称Y电容，主要抑制非对称性噪声。
C903、C904称为差模电容，又称为X电容，主要抑制对称性噪声。
要注意图中R901-R903本身并不参与EMI滤波，它们的作用是对抗干扰电容C903起泄放作用，可于关机后迅速消耗掉C903储存的电能，防止带电损坏元件与电击伤人。
交流市电经过EMI滤波电路后，再经过BD901、C938、C905整流滤波变为300V左右的直流电压。
此电压一路经R904、R932、R933给PWM芯片TEA1530A的⑧脚，使其启动，另一路经过开关变压器T901初级绕组、F901加到开关管Q901的漏极。
这样，我们最熟悉的一个开关电源根本启动电路就建成了。
接下来的主角是TEA1530AT芯片，这是一片第二代绿色开关电源控制器IC，采用固定频率工作模式。
置高压启动电流源，在交流输入70V~276V的情况下，都能稳定工作。
待机进入跳周期模式，输入功率低至300mW。
最大工作频率设在63kHz、连续模式有斜率补偿。
芯片置过热保护、欠压保护、过压保护、过流保护电路，具有系统故障恢复重启电路。
部结构见图4.
开机上电瞬间，芯片8脚得电，由部启动电流源开始对1脚外接电容进展充电，此时部开关S1是打开的。
当1脚电压达到11V以上时，高压电源引脚充电功能停止，芯片激活功率转换器，本身供电也由开关变压器的辅助绕组来提供。
如果1脚电压低于8.7V，芯片进入欠压保护状态，停止PWM信号输出。
当芯片正式启动后，VCC在8.7-20V之间，都不会影响电路正常工作状态。
TEA1530启动以后，从6脚输出驱动脉冲，通过R910、R938、D903加到开关管Q901栅极（G），使Q901工作在开关状态。
Q901导通后，电流流过开关变压器T901的4-6初级线组，同时也在1-3绕组两端产生感应电动势，经D901整流、C908滤波后，产生约11V的直流电压，为IC901提供工作后所需的电源，取代IC901部的启动电路，使电源能正常工作。
于此同时，开关变压器副绕组也经过整流、滤波产生所需的14V、5V电压。
电源的稳压方式非常普通且简单，采用了KIA431A和光耦组合的方式，光耦反响信号加到TEA1530的4脚，芯片根据4脚电压的上下，来调整输出PWM信号的占空比，最终使输出电压稳定。
KIA431与常见的TL431、uA431功能是完全一致的。
从图3可以看出，KIA431A的输入分别通过R927、R940引入14V和5V的取样电压，这样就使得输出电压更稳定一些，但是对取样电阻误差率要求很高，实际采用为精细贴片电阻〔贴片电阻标注“D33〞表示33kΩ，“C36〞Ω，维修中切记此类特殊标识方法，以免弄错阻值，造成不良后果〕。
如果取样电压升高，KIA431阴极与阳极之间的电流就会增大，使流过光耦中发光管的电流也增大，发光亮度增强，光耦部二极管导通程度增强，IC4脚电压同比升高，输出PWM脉冲占空比减小，最终使输出电压降低。
反之同理。
TEA1530本身还设计有对4脚开路进展保护的功能，当4脚开路时，将立即停止功率激励电路的工作。
本电路在5V和14V输出端还设置了ZD921/D915、ZD922/D916、R942这几个元件，最终接在KIA431的REF端，作用是防止输出电压过高。
ZD921取值为16V，ZD922取值为5.1V，如果这两个输出电压任意一个超过齐纳二极管的击穿电压，如此高电压立刻通过D915或者D916加到KIA431的REF端，使其K-A间电流瞬间大大增加，从而触发TEA1530部的保护电路动作，停止PWM激励信号输出，起到防止过高电压损坏其他元件的目的。
实际这是多重保护电路之一。
TEA1530方案的保护电路主要从欠压、过压、过流、过热几个方面来看。
保护电路设置的很完备，也很灵敏。
欠压保护是通过检测1脚的电压来实现，1脚部是一个欠压锁定比拟器。
欠压锁定比拟器来保证输出级被驱动之前，集成电路已完全可用，防止欠压状态产生不良后果。
欠压锁定回路其实质是一个滞回比拟器，以防止在通过它们各自的门限时产生错误的输出动作。
它的开启电压为11V，关闭电压为8.7V。
当低于8.7V时，停止部激励输出，芯片处于恢复重启状态，直到1脚电压再次升高到11V以上，才开始启动部功率激励电路。
过压保护之一是对第4脚进展监测，如果第4脚电压大于0.63V，芯片部一个电流源开始对3脚外接电容进展充电，当3脚电压大于2.5V时，保护电路启动，系统处于恢复重启模式。
如果该脚电压大于3V，如此处于始终关断状态。
同时3脚外接元件还具有设定软启动功能。
过压保护之二是对第1脚进展监测，如果第1脚电压超过20V，芯片将关断。
过流保护是通过对TEA1530的5脚信号检测来实现的。
R914对开关管Q901漏极电流进展取样，通过R912加到芯片5脚。
电容C909为提高响应速度而设置。
假设负载电路或开关电源异常，引起开关电源初级侧电流过大，流过Q901的电流也加大，在电阻R914两端产生的压降将会增大，IC901的5脚电压也会上升，当该电压上升到1.5V时，IC901部的过流保护电路启动，其6脚停止输出激励脉冲信号，Q901截止，开关电源停止工作，防止了过流带来的危害。
过热保护是靠检测芯片本身温度来实现的，当芯片温度超过140℃时，关断输出。
在所有开关电源中，对电源开关管设置尖峰吸收回路都是不可或缺的。
开关调整管由饱和转向截止时，由于输出端的整流二级管存在着截止转为导通恢复时间，再加上变压器的漏感等，会使开关管的漏源极间出现尖峰脉冲，极可能击穿开关管。
由R908、C906、D900和FB901构成尖峰电压吸收回路，主要用于消除开关变压器漏感产生的尖峰电压，保护电源开关管Q901不被尖峰电压击穿而损坏。
同时防止开关变压器产生自激。
Q901导通时电压加在开关变压器T901的4-6绕组上，由于D900截止而阻止C906的充电，所以C906两端电压近似为0；当Q901截止时，由于反激作用，Q901漏极电压快速上升，但由于D900此时有正偏压而导通，即Q2漏极电压对R908、C906分流，C906两端电压逐渐上升，为了确保在开关管截止期间，不能因为C906的充电而减小铁芯向负载释放的能量，即充电时间应小于Toff；另外，为了防止开关管在关断的过程中工作在高电压大电流区，充电时间应大于或等于Toff。
因此综合考虑上述两方面的因素，应取C906的充电时间等于Toff。
本机C906的取值为1500pF，它的耐压值为2KV。
维修时参数不可随意改变。
也就是说C906充电过程把Q901漏极上升的尖峰电压的顶部削掉。
在Q901下一次导通之前，C906充电完毕立刻对R908放电，C906的电压降会返回到原来值。
维修中遇到莫名其妙损坏开关管的故障，千万不要忽略对尖峰吸收回路几个元件的检查。
开关电源次级输出电路非常简单，无法整流滤波，不赘述。
从维修角度来看，以上分析的原理读者也可以对其他芯片方案的电源进展学习，例如常见的NCP1200AP100、NCP1200AP60、NCP1200AP40、NCP1203D6、FAN7601、2AS01、2BS01、LD7535、LD7550、LD7552、LD7575、SG5841、SG6841等等，结构布局极其一致，电路原理小异，找出共同点，很容易举一反三，触类旁通。
TEA1530AT正常工作时数据如表1，均为MF-47型万用表测得。
电压单位V；电阻单位kΩ，为在线红表笔接地测得。
引脚
功能
电压
电阻
1
电源电压
12
充电到20kΩ快速回0
2
接地端
0
0
3
保护和定时器输入
0
60
4
控制输入
9
5
可编程电流检测输入
24
6
MOSFET栅极驱动输出
1
10
7
高压间隙
8
高压整流为启动电源输入电流
300
约20kΩ充电过程
2、高压局部
715G2538系列一体板的高压点灯局部采用了TL494I为主控。
从前面的框图可以看出，高压局部输入端为供电、亮度调节、开关控制，输出端为灯管接口。
可以把高压电路看作一个单独的模块。
维修时如果高压局部损坏严重，可以用单独的高压板进展代换，只要接口对应就可以，而不必拘泥于芯片是什么型号。
从电路形式上，完全可以把高压局部也看成是一个由低压升为高压的开关电源。
图5是高压局部的原理图。
TL494在液晶显示器中应用非常广泛，部有5V基准电源、锯齿波发生器、误差放大器、死区控制器、输出控制逻辑和输出三极管等电路。
其中输出三极管可接成共发射极和射极跟随器两种方式，因而可以选择双端推挽输出或单端输出方式，在推挽输出方式时，它的两路驱动脉冲相差180°，而在单端方式时，其两路驱动脉冲为同频同相。
芯片置的功率晶体管可提供500mA的驱动能力。
图6是它的部结构图。
TL494的1、2脚是误差放大器I的同相和反相输入端；3脚是相位校正和增益控制；4脚为间歇期调理，其上加0～3.3V电压时可使截止时间从2%线性变化到100%；5、6脚分别用于外接振荡电阻Rt和振荡电容Ct，其振荡频率为：
f=1/RtCt，其中Rt的单位为Ω，Ct的单位为F；7脚为接地端；8、9脚和11、10脚分别为TL494部两个末级输出三极管集电极和发射极；12脚为电源供电端；13脚为输出控制端，该脚电平低于0.4V时〔通常接地〕为并联单端输出方式，大于2.4V小于5V时时为推挽输出方式〔通常接14脚〕。
本电路采用推挽输出方式，在CCFL背光电源中运用推挽电路唯一的缺点是元件耐压要求高。
优点是线路简单，本钱低，变换效率较高。
；14脚为5V基准电压输出端，最大输出电流10mA，此电压产生要求VCC电压必须大于7V以上；15、16脚是误差放大器II的反相和同相输入端。
在电源局部接入市电以后，直流输出端立刻有14V和5V电压输出，这两个电压是不受开关控制的。
高压电路只需要14V供电。
如果从驱动板送来高压开启信号，也就是ON/OFF端为高电平，系统处于运行状态，有高压输出，CCFL灯管被点亮。
具体工作过程如下：
ON/OFF端为高电平，如此Q805、Q804相继导通，14V电压加到TL494的12脚，TL494得电工作。
9脚和10脚推挽输出两路相位相差180度、频率约几十kHz、宽度可调的PWM激励信号，经Q801/Q804、Q811/Q812缓冲放大后，通过R839/R850加到末级功率放大管的栅极。
为了防止在两路激励信号交替处推挽开关管Q802/Q803部两只场效应管同时导通，TL494的第4脚外接元件设定死区时间，保证一组驱动脉冲使推挽电路一臂导通后，相隔一死区时间，才发出另一组驱动脉冲，使另一臂导通〔第4脚电压越高，死区时间越长〕。
末级功率放大管Q802/Q803为贴片8脚封装元件，型号为P5506HVG，置了两个N沟道功率场效应管，根本参数为60V4.5A2W。
注意此芯片型号后缀区别，有P5506NVG和P5506BVG，彼此之间结构不同，是不能相互代换的。
高压变换局部电路由T801和T802为核心元件，每个变压器最终承当点亮两个灯管的任务，这两局部电路是完全一样的，构成两路并联推挽式逆变器。
为节省篇幅，只以T801相关电路为例进展讲解。
经过缓冲放大的推挽信号加在Q802的两个栅极，使部两个场效应管处于开关状态，交替导通和截止，在变压器Ｔ801的次级统组产生了方波电压，改变场效应管激励脉冲的占空比，就能起到调节输出电压的作用。
目前采用的冷阴极灯管CCFL是一个非线性负载，根据发光特性要求，只有提供30-80kHz的交流正弦波供电，发光效率才最高，使用寿命最长。
高压电路次级就要把方波转换为正弦波。
输出电路如果处于谐振状态，就能很好地解决方波变正弦波问题。
如果谐振电路的谐振频率就是振荡器的振荡频率，那么该背光灯驱动电路，就能做到最大限度的高效的把能量传输给灯管。
本电路是通过变压器次级绕组与灯管电容来巧妙实现的。
电容器C801并联在T801高压变压器输出端，对高压启动一个平滑滤波的作用，并非一般高压电路的输出电容。
如果没有C801，如此正弦波上面将增加很多阶梯甚至尖峰，这样既对灯管不利，也容易触发保护电路动作。
在维修中，电容C801是比拟容易损坏的元件，如有损坏，一定要用和原来一样的电容代换，否如此会对电路性能造成很大影响。
本机灯管电流检测电路和灯管开路保护电路是由四路完全一样的电路组成，所以仅以801一路为例进展说明。
流过灯管的电流在R801上面产生交流压降，经D801进展整流，再通过R841、R851、C842的阻容网络后，与驱动板送来的调光信号一起加到TL1451的1脚误差放大器I同相输入端。
误差放大器反相输入端电压为14脚输出的5V基准电压通过R831、R832分压得到。
灯管反响的电流信号和误差放大器的设定信号经过比拟放大，进一步控制输出的脉冲占空比，从而达到稳定灯管亮度的目的。
灯管开路保护电路是对灯管低压端进展电压取样。
以801为例，取样元件是由R817、C819、D805组成，此电压经D806隔离后，加到Q809的栅极。
灯管正常工作时，Q809处于导通状态，D814导通，使TL494的误差放大器II同相输入端16脚电压低于反相输入端15脚，不影响部振荡器工作。
如果灯管开路，如此低压端电压近似为0，Q809立刻截止，漏极电压升高，二极管D814反相截止，TL494的16脚电压大于15脚，振荡器停振。
我们再来看一下TL494的外围元件，第4脚是死区时间控制，外接电阻C822、R820构成软启动电路，开机瞬间C822充电，DTC端电压是个由高到低的过程，TL494输出端PWM脉冲占空比由小到大，防止瞬间大电流对元件造成损坏。
DTC引脚外接的D808是隔离二极管。
开机时ON/OFF端为高电平，Q805、Q806导通后高电压加到Q810栅极，Q810立即导通，其漏极电压为0，二极管D808反偏，对DTC电路不产生影响。
在关机瞬间，Q810栅极电压瞬间消失，Q810截止，14V电压经过R813、Q810漏源极、D808加到TL494的DTC引脚，促使部逻辑电路停止PWM信号输出，灯管瞬间熄灭。
TL494的6脚RT端出来外接定时电阻R810以外，还接了Q807支路，作用是在开机瞬间Q807导通，相当于在R810的根底上并联了一个R861与Q807导通阻的电阻，使定时电阻总阻值降低，振荡器振荡频率升高，利于灯管点亮。
随着灯管点亮后高压建立，Q809导通，拉低了Q807基极电压，Q807截止，此时不影响振荡器的设定频率。
实测第5脚锯齿波频率开机瞬间约100kHz，灯管点亮后降为90kHz左右，这也符合根据公式计算的结果。
这个高压电路亮度控制比拟简单，由驱动板送来的低频PWM调宽脉冲，经过二极管D817隔离后加到误差放大器I的同相输入端，最终调整输出级的PWM脉冲占空比，达到控制亮度的目的。
有的电路也通过调节DTC端电压来实现同样功能。
TL494正常工作时数据如表2，均为MF-47型万用表测得。
电压单位V；电阻单位kΩ，为在线红表笔接地测得。
引脚
功能
电压
对地电阻
1
第一组误差放大器的同相输入端
2
第一组误差放大器的反相输入端
2
3
反响PWM比拟器输入端
10
4
死区控制端，当电压大于5V基准电压时，输出脉冲关断
0
5
部振荡电路，外接定时电容
6
外接定时电阻
7
共地端，也是供电的负极端
0
0
8
输出放大管的集电极
13
Ω开始缓慢充电
9
部驱动放大管的发射极，接地
1
10
部驱动放大管的发射极，接地
1
11
输出放大管的集电极
13
Ω开始缓慢充电
12
供电端，允许输入电压可达8-40V
11
13
工作状态设定端
5
4
14
输出5V的稳定基准电压
5
4
15
第二组误差放大器的反相输入端
29
16
第二组误差放大器的同相输入端
0
13
二、维修篇
维修液晶显示器的电源高压一体板，既要有一定的逻辑思维能力，对故障部位进展大体判断，又要有应手的工具，来提高检修速度。
只有最大化提高工效，才能增加维修利润。
现在液晶显示器的廉价化，也容不得一个板子修半天的做法。
我常和初学者讲，不管怎样，先想方法把维修费赚到手再说，喜欢钻牛角尖研究技术，那是阴天下雨夜深人静时候才该干的事。
闲话不多说，先来谈谈维修一体板需要的得力工具吧，单凭一块万用表打天下是难行得通的。
1、电源高压一体板维修工具介绍
这里抛开常规的万用表、电烙铁之类不说，如果拥有一台维修电源和一台示波器在维修中是能得到很大便利的。
维修一体板的电源，建议选择那种30V5A的专用维修电源，图7是笔者选用的一款维修电源，这种电源在市场上很容易买到，价格在200-500元不等。
这种电源专门为手机维修、笔记本维修、生产线测试等应用场合设计，带负载能力强,纹波低、噪音低,高精度稳压、稳流、输出电压、电流可从0到5A之间连续可调。
大数码管显示输出电压和电流，一目了然。
同时具有限流保护和短路保护功能。
维修一体板时用它来代替电源局部，直接调节为适宜的电压给高压局部供电，就能很快锁定故障是电源引起还是高压故障，几秒钟对故障围定位。
维修一体板用的示波器性能要求不高，家电维修杂志社以前推荐的一款ST16C型单踪10MHz示波器就完全够用了，价格也很低廉，另外现在市场上有大量的廉价二手示波器，对于日常维修用都绰绰有余，挑选一款自己心仪的购置来，也能为自己的维修多助一臂之力。
2、维修流程和手段
一体板最常见的故障无非没直流电压输出、高压灯管不亮，对此给出下面两流程图，供读者参考〔图08、09〕
一体板除了以上两项“硬故障〞外，还出现灯管一亮就灭、灯管抖动、画面干扰、显示器吱吱响、不开机等软故障，实际无非都是电源或者高压不稳定引起的，只不过故障比拟隐蔽罢了，后面将结合维修实例来逐一分析。
在实际维修中，由于显示器部空间狭小，连接线较短，多是金属屏蔽壳，而电源板本身大面积为“热地〞，连接线较短，不便于翻动检修，因此多采用“单板检修法〞。
所谓单板检修法，就是把电源板脱离驱动板后从机取出，进展单独检修，这样测量、翻动、更换元件都很方便。
脱离驱动板后，需要给电源板提供适宜的负载，并提供模拟高压开启电平才行。
通常的做法是在高压输出端接上普通带架灯管，17寸-22寸的灯管都可以，这样就解决了高压负载问题，并不建议直接用液晶屏本身灯管来代替，那样不便于观察灯管发光现象。
对于低压负载，因为14V本身驱动高压已经有了负载，大多数时候不需要再另外接；而对于5V只需要对地接一个47Ω/2W的电阻就足矣！
最后剩下解决高压开关问题，笔者通常采用的方法是用一小段导线直接将5V与ON/OFF端短接。
以上都接好以后，如果一体板是正常的，就会达到通电灯亮的效果。
有读者会问亮度调节怎么办？
悬空即可！
用此方法检修其它一体板时，如果灯管不能点亮或抖动，可视具体情况，将亮度控制端通过一个1kΩ左右电阻接地或者接5V来测试。
在检修中，如果为了判断故障是出在高压局部还是电源局部，笔者喜欢用维修电源，负极接在D905的散热片上，因为这个散热片正好是冷地。
有的板子D905采用的普通圆柱肖特基二极管，就没有散热片，那也只需要把维修电源负极接在D905附近的螺丝安装孔焊盘上，因为这个焊盘也正好是冷地。
之所以选择这两个冷地位置，是因为都可以方便地用鳄鱼夹夹住，而不需要焊接。
维修电源的正极就夹在直流输出插座焊盘的+14V位置上。
打开维修电源之前，要先将电压调低，以防高压损坏一体板上元件。
或者调节维修电源输出到14V后，再夹好电源正极，给板子供电。
维修电源的电流切换按键弹出，选择安培级输出，电流粗调旋钮调节在整个旋转角度中间位置。
正常情况下高压电路供电电流在1.2-1.6A之间，根据维修电源上面电流表显示数值，也能对故障部位进展估测。
三、维修实战篇
1、开机无反响
对于开机无反响的故障首先想到的是电源局部没有工作，致使驱动板得不到供电，电源指示灯因无电而不亮，表现为开机无反响，按任何键都不起作用。
这里也要注意由驱动板损坏引起的同类现象，即电源正常，因驱动板故障导致不能开机。
当然在拆开显示器外壳后，通过简单测量电源板直流输出电压，很快就能判断清楚。
因为电源板的直流输出是不受任何控制的，只要通上电就会有输出。
如果直流电压根本正常，无反响故障在驱动板，反之在电源板。
本文只对电源板造成的开机无反响故障进展解析。
1〕显示器在使用过程中突然黑屏，再开机无反响
分析与检修：
对于此故障，属于自然损坏，可能是由于外界供电电压升高导致保险管熔断，或者部元件老化损、过热损坏。
先从机外用万用表电阻×1kΩ挡正反向测量电源插头的电阻，来判断是否保险管熔断，保险管如果熔断电阻值为无穷大。
结果测得正反向均有500kΩ充电现象，说明保险管没有熔断，需要开壳检修。
开壳后直观检查电源板无明显损坏元件。
通电首先测量+5V和+14V均为零，再测C905两端有约30
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