晶辰JSK4260-050液晶电视电源板电路原理分析

JSK4260-050型电源板是晶辰公司生产的系列液晶彩电电源板之一，广泛用于海尔TCL、创维等液晶彩电中，其型号命名含义如图1所示。该型电源板实物如图2、3所示，共有24V、16.5V、12V、5V四路电压输出，是海尔液晶彩电最常用的电源，适用机型有L40R1、LU42R1、L42R1A、LR42T1、LU40R1( AX68)、L52A18-AKD 、LU42K1、LU42W1、L40A11-AK、lU52W1、LU37T1、LU52T1、LD42W1、LU42T1、L37A8A-A1、LK42K1、L42A8A-A1、LU40K1、LK40K1等。

一、电路组成概述

JSK4260-050型电源板电路组成与JSK4228-050型板基本相同，主要由EMI输入、副电源电路PFC功率因数补偿电路、主电源电路、开/待控制电路、保护电路组成，其组成简图如图4所示。

PFC控制芯片l6562d是意法半导体公司(ST)生产的电流模式PFC控制IC，具有以下特点:1.乘法器内置THD(总谐波失真)优化电路，以减小过零点失真，降低THD值(这是L6561所不具备的);2.启动电流低(典型值30pA以下)，可降低芯片功耗;3.内部参考电压在259C时误差率在1%以内;4.具有除能(Disable)功能，当误差放大器输人电压低于0.2V时，系统将关闭，以降低损耗;5.精确可调的外部过电压保护;6.内部启动及零电流侦测(ZCD)功能;7.在电流检测输人端内置领先的数字RC滤波器，过零频率附近的高频区域仍然可以工作，因此降低了总的谐振失真度;8.800mA的图腾级输出，可用于直接驱动Power MOSFET管。
主开关电源芯片L6599D是ST公司开发的一款高性能固定脉宽电流模式控制器，具有两级过流保护(OCP)，自锁禁止输入，轻负载突发模式操作，上电/断电顺序检测及欠压保护输入等功能，工作频率最高可达500kHz，具有管脚少，外围电路设计简便等优点。

副开关电源芯片ICE3B0565是英飞凌公司生产的PWM控制芯/MOSFET大功率场效应管的复合电源芯片，内含振荡器、取样稳压、驱动级等控制电路和MOSFET开关管，如图5所示，设有过流、过压欠压保护功能，具有性能稳定，外围设计简洁等优点。

二、单元电路分析
1.EMI(抗电磁干扰)输入电路

开关电源的工作过程是先将工频交流电整流为直流电，再通过振荡电路变为高频交流电，最后整流为直流电。在这个过程中，会产生很多的射频干扰，干扰信号会经过供电线路辐射出去，严重时会影响到线路中其他电子设备的正常工作。为了达到电磁兼容性的相关指标，就需有效地抑制开关电源的干扰，因此在电源输人电路中增加了EMI滤波电路，如图6所示。

从结构上看，该电路实际是一个低通滤波器，LF1~LF3为共模扼流线圈，它是绕在同一磁环上的三组独立的线圈，圈数相同，绕向相反，在磁环中产生的磁通相互抵消，磁芯不会饱和，主要抑制共模千扰，电感值越大对低频干扰滤除效果越好(增加这样的滤波电感能大幅提高消除共模干扰的能力)。CY3~CY6为共模电容，主要抑制差模干扰，即火线和零线分别与地之间的千扰，电容值越大对低频干扰抑制效果越好。CX1、CX3为差模电容，主要抑制共模千扰，即抑制火线和零线之间的干扰，电容值越大对低频干扰抑制效果越好。R2~R5对该电路中的电容起泄放作用，在关机后迅速泄放CX1、CX3中存储的电荷，以防止其储存的电荷损坏元件或对人体造成电击伤害。

2.副开关电源电路

该电源板副开关电源电路如图7所示，在冷地端输出+5VSB电压，在热地端输出约15V的vCC电压。单芯片ICE3B0565( IC6 )的引脚功能与实测电压见表1。

副并关电源不受开/关机控制，接通AC220V市电后，整流全桥BD1输出的+300V直流电压VDC，通过保险电阻FB2加至开关变压器T2的初级④-⑤绕组上。IC6 的⑤脚得电后分两路:一路加给内部MOS管漏极，此时MOS管源漏极间阻值接近无穷大 ，T2A初级绕组中无电流通过;另一路经过分压电路后对IC6的①脚外接电容C36充电，当C36两端电压达到4.3V时，IC6内部的振荡电路开始工作，输出PWM驱动信号加到MOS管栅极，此时MOS管工作在开关状态，其导通时间受内部脉宽调整电路控制。这时T2A初级绕组中有交流电流流过，则次级绕组中产生感应电压，T2A的②脚输出电压经D16、C22整流滤波后，给IC6的⑦脚提供14V供电，此时软启动电路停工作，IC6转为正常工作模式。
稳压过程:当+5V输出电压升高时，经过RS41、RS42分压得到的电压也会升高，ICS2导通变深，光耦IC5的③、④脚间的等效电阻阻值变小，IC6的②脚电压下降，内部脉宽控制电路输出的PWM变窄，使输出电压下降，反之其过程则相反。
保护电路:在IC6内部，其③脚路直接接MOS管源极，另一 路接过流保护电路。当MOS管输出电流过大时，R65和R78两端压降升高，当该电压高于0.7V时，内部过流保护电路动作，IC6停止工作。
3.功率因数校正电路(PFC)

家用电器多为感性负载，由于感性负载的电流滞后于所加电压，即电压和电流的相位不同，如图8所示，这就使得供电线路效率低下。为了提高供电线路的效率，要求在感性用电器上并联一只电容，用以调整用电器上的电压、电流相位特性，即利用电容上电流超前电压的特性来进行补偿，使总特性接近于阻性，从而提高供电效率，这种方法叫做功率因数校正(PFC)。

PFC分无源和有源两种类型，比较常用的是有源PFC (液晶彩电电源板多采用此类型)。有源PFC电路可等效为一个DC-DC转换器，将该转换器放在开关电源的整流输出电路和滤波电容之间，它的工作原理和我们常见的开关电源类似。有源PFC变换器绝大部分采用升压式，其目的是在输出功率一定时有较小的输出电流，从而减小输出电容的容量和体积，同时也可减小升压电感元件的绕组线径。有源PFC转换之后输出的电压约为380V~400V。

本电源PFC电路如图9所示，其核心元件IC1(L6562D )的引脚功能与实测电压见表2。

IC1的⑧脚的15V供电来自副电源，由开/待机控制电路中的Q5进行控制。IC1的⑦脚输出PFC校正信号，由Q6进行放大并送到Q1的栅极，驱动Q1工.作在开关状态。当Q1导通时，L1A将300V电能转换为磁能进行存储，此时电压的极性为左正右负，IC1的⑤脚通过L1B检测L1A的磁能存储状态。同时， 300V电压经D8和TH1对负载供电，并对C6进行充电。当C6两端电压达到300V，且Q1截止时，L1A中存储的磁能以电能形式开始释放，此时的极性为左负右正，正极通过D9对负载进行供电并对C6充电。稳定时，C6两端的电压约为上述两者之和(B+PFC)，即约等于400V，这时D8反向截止。当IC1的⑤脚检测到磁场消失后，IC1进人下一个工作周期。

稳压过程:当PFC输出电压升高时，通过R17~R19与R26分压得到的电压也会升高，此电压送到IC1的①脚，在IC1内部进行比较，IC1的⑦脚输出的PWM信号占空比变窄，即Q1导通时间变短，L1A储能下降，最后使输出电压降低。PFC输出电压降低时的控制过程与上述相反。

保护电路:当交流供电电压高于或者低于该电源板的设定阈值时，其电压通过R71、D21、R73、D22、R22、R23反馈给IC1的③脚，此时IC1停止工作。当Q1源漏极电流增加时，R42两端产生的压降也会随着升高，此电压反馈到IC1的④脚，当超过设定值时，IC1停止工作。

4.主开关电源电路
(1)LLC谐振转换器工作原理
随着开关电源的发展，软开关技术得到了广泛的发展和应用，已推出了不少高效率的电路，尤其是谐振型的软开关电源和PWM型的软开关电源。近几年来，随着半导体器件制造技术的发展，开关管的导通电阻、寄生电容和反向恢复时间越来越小，这为谐振变换器的发展提供了又一次机遇。

对于谐振变换器来说，如果设计得当，能实现软开关变换，从而使得开关电源具有较高的效率。LLC谐振变换器实际上来源于不对称半桥电路，后者用调宽型(PWM)控制，而LLC谐振是调频型(PFM)LLC谐振电路简图如图10所示，工作波形图如图11所示。

电路中有两只功率MOS管(S1和S2)，其工作的占空比均为0.5。谐振电容为Cs。Tr为匝数相等的中心抽头变压器，其漏感为Ls，激磁电感为Lm(Lm在某个时间段也是一个谐振电感)。从图11中不难看出，在LIC谐振变换器中，谐振元件主要由谐振电容Cs、电感Ls和激磁电感Lm组成，LLC变换器的稳态工作原理如下:
当t=t1时，S2关断，谐振电流给S1的寄生电容放电，一直到S1上的电压为零，然后S1的体内二极管导通。此阶段D1导通，Lm上的电压被输出电压钳位，因此只有Ls和Cs参与谐振。
当t=t2时，S1在零电压的条件下导通，变压器原边承受正向电压; D1继续导通，S2及D2截止。此时Cs和Ls参与谐振，而Lm不参与谐振。
当t=t3时，S1仍然导通，而D1与D2处于关断状态，Tr副边与电路脱开，此时Lm，Is和Cs一起参与谐振。由于实际电路中Lm>>Ls，因此在这个阶段中，可以认为激磁电流和谐振电流都保持不变。
当t=t4时，S1关断，谐振电流给S2的寄生电容放电，一直到S2上的电压为零，然后S2的体内二极管导通。此阶段D2导通，Lm上的电压被输出电压钳位，因此只有Ls和Cs参与谐振。
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Cs和Is参与谐振，Lm上的电压被输出电压钳位，而不参与谐振。
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、Ls和Cs一起参与谐振。实际电路中Im>>Ls，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。
(2)主开关电源电路分析
该电源板主开关电源电路主芯片L6599D(IC2)的引脚功能与实测电压见表3所示。
1)启动控制

IC2的供电电路如图12所示，T2B绕组的感应电压经D10整流，Q5、Z3稳压后输出Vcc2(14V左右)，供给PFC芯片，并通过Q9、Z4稳压后输出Vcc3 (12V左右)供给L6599D 12脚。过流过压、ON/OFF信号通过光耦IC4.控制Q5的导通状态，进而控制PFC、LLC电路是否工作，以实现过压、过流保护与开/关机功能。
当IC2的12脚加上电压后，通过IC的内部电路给①脚(CSS)外接电容C27充电，如图13所示。此时C26可视为短路，R57与R61并联(阻值较小)， L6599D的振荡频率升高，电源功率下降。当C27充满电时，C27可视为开路，振荡频率由R57决定，振荡频率降低，电源输出正常，由此实现变频软启动功能。

同时，VDC1电压经电阻R7~R9及R45分压后加到IC2的⑦脚。R45上并联的电容C17用来旁路噪声千扰。当⑦脚(Line)电压低于1.25V 时，关闭IC;当高于1.25V但低于6V时，IC正常工作，通过对VDC的电压检测，实现欠压保护功能。
IC完成软启动后，内部振荡器开始振荡，从15脚(HVG)与11脚(LVG)输出占空比接近50%的脉冲，驱动MOS管正常工作。
2)稳压控制
次级电压通过取样电阻加在光耦(IC3)内发光管上，并与TL431 (ICS1) 的基准电压进行比较，ICS1的稳压值由上偏电阻RS25//RS30和下偏电阻RS26 、RS27决定，见图13所示。
当负载由满载转向空载时，输出电压上升，ICS1的R极的电压将上升，而R极的电压被ICS1内部电路稳定在2.5V， 这将引起ICS1的AK极间流过的电流增大，光耦IC3内发光二极管中通过的电流增大，IC3的③、④脚内光敏三极管上流过的电流也增大。IC3内的光敏三极管相当于一个可变电阻，与R58、R59串联起来接到IC2的④脚( RFMIN)，此时IC3内光敏三极管的电阻变小，IC振荡频率升高，则输出电压下降。反之，当负载由空载转向满载时，输出电压降低，其稳压过程与上述相反。
3)L6599D的sCP(过流)保护控制
当T1次级短路时，输出电压会降低，这一电压变化会通过光耦IC3反馈到L6599D的④脚(RFMIN)，引起L6599D振荡频率降低，由于此时IC3内光敏三极管等效于开路，振荡频率大大偏离LLC谐振电路的谐振点，C8上的振荡电压急剧增大，通过C19、R46、，D12、D13全波整流输人到⑥脚( ISEN)，当⑥脚电压高于0.8V时，L6599D的②脚开始对C28充电(随后C28对R54放电)，同时IC内部电路对①脚外接软启动电容放电，导致工作频率上升(功率下降)，②脚反馈电压快速上升到3.5V，内部电路在关闭对电容充电的同时，芯片也停止振荡。延迟保护时间由②脚外接电阻R54和外接电容C28决定。
当C28通过R54放电到C28两端电压降为0.3V 时，L6599D重新启动。由于IC2的②脚电压在3.5V和0.3V间不断变化，IC在保护与正常工作状态间跳动，输出电压也会波动，即工作在间歇保护模式下(只有在次级OCP一直没有启动的情况下，才会出现这样的情况)，L6599D的sCP过流保护是不锁定的，只要其②脚电压降到0.3V时又会重新工作。
5.次级OCP(过流)与OVP(过压)保护
次级OCP(过流)与OVP(过压)保护电路如图14所示，低功率低电压双比较器LM393 (ICS3)为OCP保护电路控制芯片;QS2、QS3组成自锁电路。

在主电源次级输出电路中，电阻RS19、RS20分别将+12V、+24V的输出电流转化为电压信号，即C1、B1信号，分别送往ICS3的⑥脚和②脚。当+12V或+24V电压输出过流时，则C1 B1电压大幅下降，ICS3的输出端输出高电平，二极管DS13或DS9导通，QS2、QS3饱和导通，将光耦IC4内部发光二极管的供电大幅拉低，发光二极管截止，则IC4的③、④脚内的光敏三极管也截止，其c、e 极间电阻为无穷大，Q5因无基极偏压而截止，L6562D与L6599D均失电停止工作，以达到过流自锁保护的目的。
值得一提的是，由于L6599D也具有过流(SCP)保护功能，故要求次级OCP电路具有延时保护特点，以避免出现控制冲突，具体过程如下:当运放ICS3检测到过流时，其输出端输出的高电平对CS36充电，同时通过RS16 和RS17分压后给CS34充电。由于L6599D靠前次检测到过流时，IC2的②脚设定的延时时间很短，这时电容CS36、CS34两端的电压很低，QS3不能导通，次级OCP保护电路不启动。当L6599D的②脚电压通过R54放电从3.5V降到0.3V时，L6599D重新工作，过流检测电路再次对CS36、CS34充电，此时CS34两端的电压已能使QS3导通，QS2也随之导通，即次级OCP电路起控。
在检修中，有时会看到输出电压刚出现就消失，这是因i，为次级的oCP电路要在L6599D的sCP电路第二次动作后才实现保护，所以次级的oCP电路在保护时间上要滞后于L6599D的SCP电路，大概相差40ms左右，具体时间由其外接的延时电阻电容决定。
在次级OVP(过压)保护电路中，三只稳压二极管ZS2~ZS4分别监测24V、16.5V和12V电压的高低，当其中任意一路输出电压过高时，相应的稳压二极管便会反向击穿，QS2、QS3饱和导通，保护电路动作并自锁。