揭秘:液晶彩電高壓板電路(逆變器)構成

　　高壓板電路（逆變器）是一種DC-AC（直流-交流）變換器，它的工作過程就是開關電源工作的逆變過程。開關電源的作用是將市電電網的交流電壓轉變為穩定的Vcc電壓（12V或24V），而高壓板電路正好相反，它是將開關電源輸出的Vcc電壓（12V或24V）轉變為高頻（40~80kHz）的高壓（600~800V）交流電。

　　高壓板電路的種類較多，根據驅動電路的不同，主要有以下幾種構成方案。

 

　　一、 「PWM控制晶片+Royer結構驅動電路」構成方案

 

　　1.「PWM控制晶片+Royer結構驅動電路」構成方案的基本結構形式

　　圖1所示是「PWM控制晶片+Royer結構驅動電路」構成方案的基本結構形式。

　　從圖中可以看出，該高壓板電路主要由驅動控制電路（振蕩器、調製器）、直流變換電路、Royer結構驅動電路、電壓和電流檢測電路、CCFL等組成。在實際的高壓板中，常將振蕩器、調製器、保護電路集成在一起，組成一塊小型集成電路，一般稱為PWM控制晶片。

　　圖1中的ON/OFF為振蕩器啟動/停止控制信號輸入端。該控制信號來自主板微控制器（MCU），當液晶彩電由待機狀態轉為正常工作狀態後，MCU向振蕩器送出啟動工作信號（高/低電平變化信號），振蕩器接收到信號後開始工作，產生頻率40~80kHz的振蕩信號送入調製器，在調製器內部與MCU部分送來的PWM亮度調整信號進行調製後，輸出PWM激勵脈衝信號，送往直流變換電路，使直流變換電路產生可控的直流電壓，為Royer結構的驅動電路功率管供電。功率管及外圍電容c1和變壓器繞組L1（相當於電感）組成自激振蕩電路，產生的振蕩信號經功率放大和升壓變壓器升壓耦合，輸出高頻交流高壓，點亮背光燈管。

 

　　

　　圖1「PWM控制晶片+Royer結構驅動電路」構成方案的基本結構形式。

 

　　為了保護燈管，需要設置過電流和過電壓保護電路。過電流保護檢測信號從串聯在背光燈管上的取樣電阻R上取得，輸送到驅動控制晶片。過電壓保護檢測信號由從L3上取得，也輸送到驅動控制晶片，當輸出電壓及背光燈管工作電流出現異常時，驅動控制晶片控制調製器停止輸出，從而起到保護的作用。

　　當調節亮度時，亮度控制信號加到驅動控制晶片，通過改變驅動控制晶片輸出的PWM脈衝的佔空比，進而改變直流變換器輸出的直流電壓大小，也就改變了加在驅動輸出管上的電壓大小，即改變了自激振蕩的振蕩幅度，從而使升壓變壓器輸出的信號幅度、CCFL兩端的高壓幅度發生變化，達到調節亮度的目的。

　　該電路只能驅動一隻背光燈管，由於背光燈管不能並聯和串聯應用，所以，若需要驅動多隻背光燈管，必須由相應的多個升壓變壓器輸出電路及相適配的激勵電路來驅動。

　　2.實際電路分析

　　採用「PWM控制晶片+Royer結構驅動電路」 的高壓板電路中，PWM控制Ic主要採用TL1451、BA9741、BA9743、SP9741、BI3101、BI3102、TL494、KA7500等。下面以「TL1451+Royer結構驅動電路」高壓板電路為例進行介紹，有關電路如圖2所示。

 

　　

　　圖2 「TL1451+Royer結構驅動電路」高壓板電路

 

　　TL1451是一個PWM控制晶片，在開關電源、逆變電路中有著廣泛的應用，該晶片由基準電源、振蕩器、誤差放大器、定時器和PWM比較器等部分組成，利用TL1451可以組成各種開關電源和控制系統，不僅能使開關電源和控制系統簡化，容易維修，成本降低，更重要的是能降低系統的故障率，提高系統設備運行的可靠性。

　　TL1451為雙通道驅動控制電路，可輸出兩路PWM控制脈衝，分別兩路驅動電路進行控制，每路驅動電路均可驅動兩隻CCFL工作。TL1451適應電源電壓範圍寬，可以在3.6~40V的單電源下工作，具有短路和低電壓誤動作保護電路。TL1451內部電路框圖如圖3所示，引腳功能見表1.另外， 與TL1451內部電路和引腳功能基本一致的晶片還有BA9741、SP9741等。

 

　　

　　圖3 TL1451內部電路框圖

 

　　表1 TL1451引腳功能

　　

 

　　（1）控制電路

　　控制電路由PWM控制晶片U201（TL1451）及其外圍元器件組成。

　　在需要點亮燈管時，微控制器輸出的ON/OFF信號為高電平，控制電晶體Q201、Q202導通，於是，由開關電源產生的12V直流電壓經導通的Q202加到U201（TL1451）的供電端9腳，TL1451得電後，其內部基準電壓源先工作，輸出2.5V的基準電壓，該基準電壓不但供給TL1451片內電路，還通過16腳輸出，供給片外部電路作基準電壓。然後，TL1451啟動內部振蕩電路開始工作，振蕩頻率由1、2腳外接的定時電阻R204、定時電容C208的大小決定。振蕩電路工作後，產生振蕩脈衝，加到PWM比較器1和PWM比較器2，經過變換整形後從7、10腳輸出PWM脈衝，去兩路DC-DC變換電路。

　　（2）直流變換電路

　　直流變換電路共兩路，分別由Q205、Q207、Q203、D201、L201和Q206、Q208、Q204、D202、L202組成，其作用是將輸入的12V直流電壓變換為可控的直流電壓，為功率輸出管（Q209、Q210和Q211、Q212）供電。由於兩路的工作原理相同，下面只分析其中一路（TL1451的10腳輸出的那一路）的工作情況。

　　U201（TL1451）的10腳輸出的PWM激勵脈衝，經Q205、Q207組成的圖騰柱電路推挽放大，R216、C211耦合，加到P溝道場效應開關管Q203的柵極，使開關管Q203工作在開關狀態。Q203導通時，12v電壓經場效應管Q203的S、D極，電感L201，升壓變壓器PT201的4~5和4~2繞組分別加到功率輸出管Q209、Q210的集電極，為Q209、Q210供電；Q203截止期間，由於電感中的電流不能突變，所以L201通過自感產生右正、左負的脈衝電壓。於是，L201右端正的電壓經PT201的4~5和4~2繞組、輸出管Q209或Q210的ce結、續流二極體D201、L201左端構成放電迴路，釋放能量，繼續為輸出管Q209、Q210供電。

　　從以上分析可以看出，這是一個開關降壓型DC-DC變換器。

　　（3）驅動電路

　　驅動電路（共兩路）用於產生符合要求要交流高壓，驅動CCFL工作，主要由驅動輸出管（Q209、Q210和Q211、Q212）、升壓變壓器（PT201和PT202）等組成，下面以其中的一路（Q209、Q210、RT201）為例進行介紹。

　　從圖2中可以看出，由Q209、Q210、RT201等元器件組成的電路是一個典型Royer結構的驅動電路，即自激式多諧振動振蕩器。電路靠變壓器一次側、反饋繞組同名端的正確連接來滿足自激振蕩的相位條件，即滿足正反饋條件。而振幅條件的滿足，首先靠合理選擇電路參數，使放大器建立合適的靜態工作點，其次是改變反饋繞組的匝數，或它與一次繞組之間的耦合程度，以得到足夠強的反饋量。穩幅作用是利用電晶體的非線性來實現的。

　　由自激式振蕩電路產生的正弦波電壓，經變壓器PT201感生出高壓，通過C215、C216及接插件CN202給CCFL供電。因為變壓器耦合自激振蕩電路振蕩波形為標準的正弦波，恰好適合CCFL的供電要求，因此可以簡化末級電路的設計。

　　（4）亮度調節電路

　　U201（TL1451）的4腳、13腳為亮度控制端，由於這兩路控制信號的控制過程相同，下面只以13腳的亮度控制信號為例進行分析。

　　當需要調節亮度時，由微控制器輸出的DIM控制脈衝發生變化→經R201、C203低通濾波後產生的直流電壓發生變化→TL1451的13腳電壓發生變化→TL1451的10腳輸出脈衝的佔空比發生變化→Q205、Q207的基極電壓發生變化→Q203的柵極電壓發生變化→Q203輸出的供電電壓發生變化→Q209、Q210振蕩的幅度發生變化→PT201輸出的高壓發生變化→CCFL兩端的電壓發生變化，從而達到調節亮度的目的。

　　（5）保護電路

　　①過電壓保護電路：當某種意外原因造成Q203輸出的電壓過高時，穩壓管D203擊穿，經R220、R222分壓， 使加到TL1451的11腳電壓上升，通過內部電路控制10腳停止輸出PWM脈衝，從而達到保護的目的。

　　同理，當某種意外原因造成Q204輸出的電壓過高時，穩壓管D204擊穿，經R221、R223分壓，使加到TL1451的6腳電壓上升，通過內部電路控制7腳停止輸出PWM脈衝，從而達到保護的目的。

　　②欠電壓保護電路：當系統剛上電或意外原因使TL1451供電電壓不足3.6V時，其輸出驅動電晶體很可能因為導通不良而損壞，因此，TL1451內部設置了欠電壓保護電路（UVLO）。

　　欠電壓保護電路啟動後，將切斷7腳、10腳輸出的PWM脈衝，從而達到保護的目的。

　　③過電流保護電路：過電流保護電路用來保護CCFL不致因電流過大而老化或損壞，下面以CN202一路為例進行說明。PT201產生的高壓經過CN202所接的CCFL後，將在R236兩端產生隨工作電流變化的交流電壓，電流越大，R236兩端電壓越高，此電壓經過D207整流，R240、C221濾波後，加到TL1451的14腳；若CCFL的工作電流過大，會使14腳電壓升高很多，當達到一定值時，經TL1451內部處理，會控制10腳停止輸出PWM脈衝，從而達到保護的目的。

　　④平衡保護電路：TL1451的5腳、12腳內部有一個電壓比較器，電壓比較器具有兩個同相輸入端和一個反相輸入端，反相輸入端電壓為基準電壓（2.5V）的一半（1.25V），兩個同相輸入端分別和誤差放大器1和誤差放大器2的輸出端相連。因此，電壓比較器能夠檢測出兩個誤差放大器輸出電壓的大小，只要其中一個高於基準電壓的一半（1.25V）時，電壓比較器的輸出即為高電平，該輸出電壓觸發定時迴路，從而使基準電壓通過15腳向電容C207充電。當C207的電壓達到一定值時，內部觸發器置位，控制7腳、10腳停止輸出PWM脈衝，從而保護了後級電路和設備。