PFC電路原理、檢修及用示波器分析故障

2021-01-18 王師傅談維修

大家都知道,大屏幕的LCD電視機,比CRT電視機多了一個電路單元:PFC電路。因為PFC電路要向整機供電,電路功率大,電壓高,電流大,是電視機故障的高發部位。

在CRT電視機中,電網的220V交流電,進入電視機電源板後,先經橋式整流把交流電變成脈動的直流電大電解電容濾波得到含有較大紋波的300V直流電--加到開關電源-利用開關電源變壓器輸出多路電壓為整機各電路單元提供多路電壓不同、電流大小不同的直流供電。

再看現在的大屏幕LCD電視機,電網的220V交流電,進入電視機的電源板後,先經橋式整流得到脈動的直流電-加到PFC電路逆變成高頻方波續流二極體整流--經大電解電容濾波得到穩壓的380V直流電(紋波極小、電壓極為穩定的直流電)--380V直流加到主開關電源--利用主開關電源變壓器輸出多路直流電壓--為電視機各電路單元提供電壓不同、電流不等的直流供電。

對比上述兩者:區別在於CRT電視機的交流電經橋式整流後直接經大電解電容濾波,再為全機供電。而大屏幕LCD電視機,交流電源經橋式整流後,不是馬上接大電解電容濾波,而是先經PFC電路逆變成高頻方波,然後再經大電解電容濾波。

CRT電視機電源存在的缺陷:橋式整流後接的大電解電容,因為容量很大,在交流電一個周期中,其上一直保持很高的直流電壓中(300V),只有當交流電正、負波峰到來時,經橋式整流後才會高於大電解電容上的300V電壓,在正、負波峰的極短暫時間整流橋才會導通,把電網的交流電向大電解電容充電為電視機供電。而交流電的正、負波峰之外的其它絕大部份時間,因為交流電的振幅低於大電解電容上的電壓,因此,電網不能給電視機供電。全國上億臺電視機都這樣工作,就會把電網交流電的正、負波峰拉低、拉變形,電網上傳輸的將不再是正弦波狀交流電,而是正、負波峰被削平了的交流電。這樣的交流電,在流過電網中的變壓器、電感器時,會產生極大的變壓器損耗、同時發出很響的噪聲,也會干擾各種電子設備的正常工作。為此,必須消除交流電波峰整流帶來的危害。PFC電路就是專門用來解決這個問題的。

PFC電路,實際上是一個高頻開關電源,也是一個DC-DC變換器,它的工作頻率大約是60K,50HZ交流電經橋式整流後得到的100HZ脈動直流電,加到PFC的輸入端,作為PFC電路的電源,PFC電路開始振蕩,PFC電路的大功率MOS開關管以60K的頻率,極快的導通截止導通-截止--周期性的重複工作,PFC電路輸出的60K高頻方波,再經續流二極體整流--大電解電容濾波,得到380V純直流電輸出。在電網正弦交流電的一個周期360度波形時間內,PFC電路連續的工作,在正弦交流電的一個周期內,PFC電路一直給電視機整機供電。消除了CRT電視機中,只在正弦交流電的正、負波峰時給電視機整機供電的弊端。使電網中傳輸的正弦交流電正、負波峰不再被削頂,保持電網中正弦波交流電的良好波形。提高了電視機的功率因數。

從上面的分析中可看出:電視機中增加了PFC電路,不是為了提高電視機的性能、讓電視機節電,而是為了消除電視機電源板整流橋只在交流電正/負波峰時整流的弊端、電視機只在交流電波峰時才從電網吸收電能。整流橋後邊接大電解電容濾波是引起這一問題的原因。它對電網交流電的正弦波造成了損害。為了消除這一弊端,在交流電整流橋的後邊,不再接大電解電容,而是改成PFC電路。有了PFC電路後,在電網正弦波交流電1周期的360度時間內,PFC電路一直連續均勻的從電網吸取電能,為電視機整機供電。如果整流橋後邊不接PFC電路,而是直接大電解電容濾波,在電網正弦波1周期的360度時間內,只在正弦波交流電的正、負波峰約30度(只佔一周期的1/12)極短暫時間,急促的給電視機整機供電,在此極短時間內必將產生極大的脈衝電流,這將嚴重損壞電網正弦波的形狀。

從上述的分析可看出:電源板內的PFC電路,是為了減小電視機對電網的汙染而設置的,沒有PFC電路,電視機照樣可以正常工作。況且,一臺功率極小、100W左右的電視機對強大的電網(幾十萬兆瓦)產生的負面影響微乎其微,可以乎略。

當電視機電源板內的PFC電路故障而又不能排除時,或是PFC電路損壞的零件買不到時,完全可以把PFC電路拆除,電網的220V交流電經整流橋整流--跨過PFC電路--直接加到大電解電容上濾波--為主開關電源供電。

拆除PFC電路最為簡便的方法:把PFC電路功率MOS管拆掉或是斷開MOS管的D極即可,其它部位保持原樣不做任何改動。也可以把PFC電路晶片的15V供電切斷,或是拆下PFC晶片。其它電路單元不做任何改動,電視機就可以正常的工作。

有的PFC晶片,內含電網電壓、頻率檢測電路,電網交流電進入電源板後,經過取樣電路,加到PFC晶片檢測輸入腳,以此檢測電網電壓、頻率是否正常,檢測到正常後,PFC晶片會輸出一個反饋電壓,有的機型把此反饋電壓加到主開關電源晶片,控制主開關電源工作與否。有的機型把此反饋電壓加到電源板的微處理器,以控制電源板是否進入工作狀態。如果有這種功能的PFC晶片在拆除時,一定要人為的提供一個反饋電壓給主開關電源晶片或是微處理器。以此防止電源板進入保護狀態、拆除PFC晶片後電源板不工作。有的電視機,交流電進入電源板經整流橋整流後,再進行取樣獲得反饋電壓,加到PFC晶片的檢測輸入端。通過看PFC電路的原理圖,這些檢測電路都可以看出來。有好多從外國買回的電視機,帶到國內來看,就發生電源板不工作,就是因為電源板PFC晶片可以檢測輸入電視機電源板交流電源的頻率異常。因為國外的電網交流電頻率是60HZ,而國內的電網交流電是50HZ。因此,把外國的電視機帶到國內來看,PFC電路檢測到交流電源的頻率是50HZ時,PFC晶片就會發出電源頻率異常的反饋電壓,關閉電視機的主開關電源,或是電源板內微處理器收到這個反饋電壓後進入保護關機狀態。遇到這種情況,就要手工切斷這個反饋電壓,解除交流電源頻率的保護。

 

 本文以夏普46/52LX920A為例,說明電源板PFC電路的檢修。特別指出:夏普46LX620A與LX920A系列的電源板電路圖是相同的。

在該機的維修手冊中,沒有電源板的電路原理圖,為此,筆者比對電源板實物,一個零件一個零件的繪出了整個電源板的電路圖。有關PFC電路,見下圖所示:


上圖中,L4702是PFC儲能大電感,其外形很像變壓器,只不過只有一個線圈,沒有次級線圈,只有一個線圈的變壓器,就是電感。D4704是PFC續流二極體。這是一個高頻、大電流的二極體,損壞後,不能用IN系列的工頻二極體(普通整流二極體)代換,而必須用肖特基高頻二極體代換。C4707是PFC濾波大電解電容。IC4701是PFC晶片。

上圖中IC721是待機開關電源晶片,T721是待機開關電源變壓器,只要通電,不論是處於待機狀態還是開機狀態,待機開關電源就工作,輸出5V電源給主板內的微處理器供電。T721的輔助繞組產生的感應電壓,經D759整流----C731濾波得到22V供電,加到供電開關管Q721的C極,該管B極到地接有17V穩壓管,從E極輸出16.5V的供電,經D4707加到PFC晶片的供電端8腳。實測8腳的供電是16V。

PFC晶片的型號是R2A20113:這是一個臨界導通模式的PFC晶片。該晶片2011年上市。所謂臨界導通模式是指前一個工作周期結束後,PFC儲能電感裡的電流下降到零時,才啟動下一個工作周期。這樣設計的目的,是開啟PFC功率MOS管時,讓PFC電感裡的電流為零,這樣可以顯著降低MOS管的開啟損耗。降低MOS管的熱量,提高PFC電路的可靠性。這就需要一個零電流檢測電路。在其它PFC電路中,都是在PFC電感中專門增加一個輔助繞組:儲能電感零電流檢測繞組。稱為過零檢測繞組。本PFC電路為了簡化電路,去掉了PFC電感中的輔助繞組,儲能電感的零電流檢測,改在電網交流電整流橋的負極迴路中,見上圖中的R4701\R4702\R4703\R4705。每個電阻是0.1歐,4個並聯是0.025歐。

PFC電感L4702的電流,給負載供電,通過負載流到地線--再通過R4701\R4702\R4703\R4705流回到整流橋的負極。因為這4個並聯電阻的右端接地,因此,左端到地是一個負電壓,這個負電壓的高低,反應了PFC電感、MOS開關管的電流值大小。當PFC電感流過電流時,會在四個電阻左端到地產生一個負電壓,當PFC電感的電流下降到零時,四個電阻左端到地的負壓降到0V,這就很好的檢測到了PFC電感電流的零點。把這個電流零點的檢測電壓,經過R4723,加到PFC晶片的5腳CS,CS就是英文電流檢測的縮寫。進入5腳的電流檢測電壓,在晶片內主要有兩個功能:1是用來對MOS管的過流保護,當MOS管發生過流時,流過4個並聯電阻的電流增大,加到CS端的負壓升高,就會啟動晶片內部的過流保護動作。2是用來檢測電感電流的零點,當PFC電感中儲存的電能,全部加到負載上消耗光時,電感中的電流就下降到0,此時CS腳的負壓也下降到0V,晶片此時就從7腳輸出驅動方波的前沿,以開啟MOS管。在此零電流下開啟MOS管,MOS管的功耗最低,MOS管不發熱,工作最理想。

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