創(chuàng)維55英寸LED酷開電視電源電路原理分析與維修

在創(chuàng)維55英寸系列LED酷開液晶電視中，開關電源采用臺灣虹冠電子(Champion)提供的CM6900+CM6510C芯片方案。該方案是一款通用于LED背光(側光式)液晶屏的電源方案，是近兩年較為流行的高性價比方案。在此方案中，主要用到的芯片有:諧振加同步整流二合一(SRC&SR)芯片CM6900 (U10);PFC 控制芯片CM6510C(U1);低功耗(0.25W)、大功率(20W/AC220V )開關電源控制芯片TOP253 EN (U904); 24V轉12V 的DC/DC控制芯片AP3843GM(IC201)。此電源輸入電壓范圍為AC110V~AC250V，采有由PI公司的TOP253EN組成的待機開關電源電路( 副開關電源電路)輸出+5V/3A電壓，供CPU、USB及IPTV(寬帶有線電視網(wǎng)絡)電路以及遙控接收頭。主開關電源電路輸出24V/6A電壓供LED背光;24V/1.5A電壓供伴音功放;12V/5A電壓供主板和屏上電路，其組成框圖如圖1所示。

值得一提的是，與常見的開關電源電路相比，該開關電源電路采用同步整流控制芯片CM6900，分別控制電源初次級共四只開關管，由此組成串聯(lián)諧振加同步整流二合-電路，使整機效率高達90%。

一、主要芯片簡介

1.PFC控制芯片CM6510C

CM6510C是一款適用于高密度交流適配器的節(jié)能PFC控制器，其引腳功能見表1。

該芯片的工作電壓Vcc在10V~18V之間。CM6510C的PFC電路工作頻率為67.5kHz，它利用輸人電流整形技術來調整PFC脈沖寬度，使其在連續(xù)工作升壓模式和斷續(xù)工作升壓模式之間切換，其內部的峰值電流限制電路起增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性的作用。當負載突然減小時，PFC過壓保護比較器會讓PFC電路停止工作。另外，CM6510C內部還設置有1V基準電壓限制、PFC開/關檢測比較器等電路，并具有Voc過壓保護功能。

2.諧振加同步整流二合一芯片CM6900

CM6900是一款通過串聯(lián)諧振及同步脈沖控制技術達到能量需求的高效率離線式DC-DC芯片，其引腳功能見表2。工作時，芯片通過轉換控制方式，即由頻率調制模式(FM)轉換到脈寬調制模式(PWM)，來實現(xiàn)重載和輕載的轉換。該芯片的工作電壓在10V~18V之間，典型工作電壓為13V， 欠壓鎖定電壓為10V。另外，該芯片在過流或者過壓保護時會進人自鎖狀態(tài)。

二、電路工作原理

分析在此電路中，副電源電路采用內置開關管的脈寬調制穩(wěn)壓模塊TOP253EN (U904)，如圖2所示。R50、R57、U8、U9等元件組成穩(wěn)壓誤差取樣控制電路，其誤差信號送往U904的③腳，通過其內部電路，控制開關管驅動脈沖的占空比，從.而實現(xiàn)穩(wěn)壓。正常工作時，輸出的5VSB電壓實測為5.25V。

TOP253EN屬于TOPSwitch-HX系列芯片中的一種。該系列芯片內置700V的功率MOSFET管、高壓開關電流源PWM控制器、振蕩器、熱關斷保護等電路，其型號主要有TOP252- 262。 這些芯片的內部電路基本相同，僅輸出功率有所差異，一般來說:TOP后面的數(shù)字越大，輸出功率就越大。該類芯片有DIP-8C(簡稱P)，SDIP-10C(簡稱M)TO-220-7C (簡稱Y)、eSIP-7C(簡稱E)eSIP- 7F(簡稱L)等多種封裝形式，引腳總數(shù)與各腳功能也不完全相同，為便于維修時參考，特列出TOPSwitch-HX系列芯片引腳與功能對照表，見表3。本電源電路所用TOP253EN采用eSIP-7C封裝。

由于采有TOP253EN組成的關電源較為常見，其工作原理在報刊中也多次刑登過，在此不再重復。該機主開關電源電路主要由市電輸人電路與整流濾波電路，PFC(功率因數(shù)校正)校正與控制電路和+24V、+12V整流穩(wěn)壓電路三大部分組成。
1.市電輸入與濾波電路
C7、LF1、C4、LF2、C11、C11、RT3、RT4組成的濾波電路主要是防止外界的雜訊信號對電源造成干擾，同時也防止該電源工作時產(chǎn)生的雜訊信號對電網(wǎng)造成干擾。此部分電路就是常稱的EMI抑制電路。
AC220V市電經(jīng)上述EMI抑制電路后，一路經(jīng)全橋BD1整流后轉變成脈動直流電壓，送給PFC電路，如圖3所示;另一路送至副開關電源的整流全橋BD2進行整流。

2.PFC校正與控制電路

接通電源后，副電源電路工作，變壓器T2輸出12VCC、15VS及5VSB電壓，參見圖2。其中，12VCC電壓不受開/待機信號(ENABLE)控制，給PFC芯片CM6510C供電;15VS電壓(受ENABLE信號控制)，既給DC-DC芯片CM6900供電，又給12V輸出電路中的芯片AP3843GM電路供電。PFC 芯片CM6510C得到12V供電后，開始工作，即升壓(BOOST)電路工作，輸出約為385V的電壓。

待機時，ENABLE信號變?yōu)榈碗娖?，Q11截止，副開關電源輸出的5VSB電壓使場效應管Q12和光電耦合器U6導通，此時SD信號和Tifault信號均為低電平，PFC控制芯片CM6510C和主芯片停止工作;同時，副開關電源中的Q13截止(參見圖2)，則Q9.Q8均截止，無15VS電壓輸出，CM6900和AP3843GM停止工作，無24V和12V輸出，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)。反之，當主板發(fā)出開機信號后，ENABLE信號由低電平變?yōu)楦唠娖?約為3.3V)，Q11飽和導通，Q12和U6截止，Trfault 信號和SD信號均為高電平，芯片CM6510C開始工作;副開關電源中的Q13導通，Q9Q8也隨之導通，輸出15VS電壓，CM6900和AP3843GM工作，輸出24V和12V電壓;同時，高電平的ENABLE信號還使副開關電源板上的三極管Q32導通，其c極為低電平，則P溝道MOSFET管Q10A導通，輸出+5V電壓，供給主板，整機進人開機狀態(tài)。
CM6900正常工作時13、14腳會輸出一組異步脈沖，用來實現(xiàn)對輸出電壓的控制;同時11、12腳輸出一組同步脈沖，驅動開關管Q26~Q29用于對+24V電壓的同步整流，如圖4所示。

3.+24V、+12V整流穩(wěn)壓電路

主開關電源輸出24V和12V電壓，伴音+24V電壓(24V2)采用傳統(tǒng)的全波整流方式，而背光的+24V供電采用同步整流方式，如圖5所示。

背光+24V電壓形成電路的核心部件為U10。該芯片位于電源板次級，控制位于次級的低壓MOS管Q14、Q15、Q19、Q20，并通過隔離變壓器T6控制位于初級(熱地側)的高壓MOS管Q16、Q18，實現(xiàn)同步整流，輸出背光+24V電壓。這種同步整流方式在提高效率的同時，還具有降低輻射的效果。在主電路中，變壓器T4、T5采用初級串聯(lián)、次級并聯(lián)的方式連接。
+12V電壓是由背光+24V電壓轉換而來。該轉換電路以IC201(AP3843GM)作為DC/DC控制芯片，采用降壓式變換(Buck)電路，將背光+24V通過降壓的方式穩(wěn)壓至+12V，為主板和屏供電，如圖6所示。

IC201 的⑥腳輸出脈沖，驅動圖，騰柱Q202、Q203，能量通過變壓器TR1耦合到級次，再驅動由MOS管Q206及電感L201L202組成的降壓式變換電路，從而輸出+12V電壓，在此電路中，L201為儲能電感，Q206為低壓開關管，D206為復合續(xù)流肖特基二極管。

AP3843GM是AP384X系列高性能電流模式PWM控制器中的一種。該系列控制器專為離線式AC-DC和DC-DC變換器設計，外圍元件少，內置UVLO及過電流保護電路，具有啟動電流小、圖騰柱輸出電流強等優(yōu)點。
三、保護電路工作原理分析
在該電源電路中，保護電路設計得比較完善，這也是實際維修中的關鍵檢測點，下面進行重點分析。
1.CM6510C保護電路的特點
若PFC輸出電壓超過工作限值，或PFC反饋電路發(fā)生故障，這極易造成電源嚴重損壞。為此，在CM6510C內部設計有一個保護電
路，對PFC電壓進行檢測，以判斷PFC電壓反饋支路有無開路、短路或浮地電路(floating-circuit)有無故障，這種功能常稱作為三重故障檢測(Trifault Detect)。
CM6510C通過⑤腳(VFB)、⑥腳( Trifault)進行檢測，參見圖3。一旦⑤腳、⑥腳電壓達到設定閾值，芯片內部保護電路起控，關斷PFC驅動脈沖，從而達到保護的目的。當⑤腳電壓高于2.5V時，芯片進人過壓保護狀態(tài);當⑥腳電壓低于(vCC-1.4V)/2時，芯片進人故障保護狀態(tài)。
CM6510C⑤腳與PFC電路輸出電壓采樣端口相連，當采樣VSEN電壓高于2.5V時，芯片判斷PFC電壓過高，從而進人保護狀態(tài)。
CM6510C⑥腳電壓由以下兩路控制:(1)當變壓器T2輸出的12VCC電壓過高時，會使得LM358(u2 )③腳電壓隨之升高，誤差放大器U2A的①腳輸出高電平，開關管Q10導通，從而將CM6510C的⑥腳電位拉低，進而關斷PFC電路。(2)當主板送來的ENABLE電壓為低電平時，開關管Q11截止，將D10的陰極電位拉低，從而使光耦U6導通，CM6510C的⑥腳電位下降，從而關斷PFC電路。
2.CM6900保護電路的特點
CM6900的②腳(VFB)是+12V與+24V輸出電壓的過壓檢測端，參見圖4，當該引腳電壓大于2.5V時，CM6900會關斷驅動脈沖輸出。CM6900⑦腳為FM/PWM軟啟動的控制輸入端(SD)，內接控制器的反相輸入端的基準電壓為1V，當正向輸人端為高電平時，CM6900工作正常;當正向輸入端為低電平時，CM6900關斷驅動脈沖輸出。誤差放大器U2B控制著CM6900⑦腳的電位，當VSEN電壓高于2.5V時，光耦U5截止，CM6900的⑦腳電位變低，CM6900進人保護狀態(tài)。
3.12V、24V過壓保護電路
當12V或者24V中任何一組電壓大幅升高時，誤差放大器U11A (LM339)②腳會輸出高電平，如圖7所示，二極管D22導通，使得輸出點B變成高電平，可控硅U12導通，Q30導通(參見圖5)， CM6900⑦腳的電位下降，CM6900關斷驅動脈沖輸出，實現(xiàn)過壓保護。

4.12V、24V過流保護
當24V電流過大時，U11B的14腳輸出高電平，D20導通，則B點變成高電平，可控硅U12導通，Q30導通，CM6900的⑦腳的電位下降，CM6900關斷驅動脈沖輸出，實現(xiàn)過流保護。
另外，5V的過流保護控制與上述相同，當電流過高時，U14A①腳輸出高電平，D19導通，使B點變成高電平，后續(xù)控制同上。
四、 常見故障檢修
檢修該電源板時，應首先檢測待機開關電源輸出的5.25V電壓(5VSB )是否正常?開/待機控制電平是否高于3.3V?只有這兩者正常，主關電源電路才能正常工作。實修時，可摘下該板單獨進行檢修，其方法是將待機5.25V電壓通過一只2k的電阻與電源板上的開/待機控制端相連。該電源板常見故障的檢修流程如圖8~12所示。