海信TLM3277液晶电视开关电源原理及电路分析（上篇） (海信tlm3233d)
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注：（本电路原理分析资料适用海信寸液晶以上机型）海信TLM系列大屏幕液晶电视机为了保证整机具有国际上规定的电磁兼容（EMC）、电磁干扰（EMI）指标，采用了具有PFC（功率因素校正）功能的先进的开关电源电路，彻底的解决了长期以来，因开关电源的电流波形畸而产生的电磁干扰、电磁兼容及电源线路供电效率低下的问题。另外在设计电路时考虑到电源的高效率，采用了性能优秀的大功率场效应管（MOSFET）作为开关元件，所以其开关性能、功耗、效率非常好。下面以海信TLM-液晶电视开关电源为例进行分析，由于开关电源电路较为复杂，分两部分进行介绍（待机开关电源部分电路比较常见以前在均多次介绍过，此次就不再介绍，在海信寸以上的大屏幕液晶电视机TLM-/TLM-P/TLM-/TLM-的开关电源线路结构、原理相同）。海信TLM-液晶彩色电视机的开关电源是由三块厚膜组成；1；SMA-E主电源供电。2；STR-W背光灯变换器供电。3；STR-A待机电源。
图5电压取样输入第8脚：PFC电压电流相位调整：图6NE激励斩波管，按照7脚的基准电压波形产生了波形相同的电流波形，这电压、电流波形之间的相位关系要求是相位基本相同，电流波形略微滞后电压波形（有利于电路的控制及稳定），这电压、电流波形的相位差调整则由（8）脚外接低通滤波电路校正，在电视机开关电源性能不稳定、启动困难可适当改变其时间常数，该三只元件一般不会出问题，除非电视机遭遇雷击等，如遇到元件有大面积的烧坏，此三只元件（RE/CE/CE）必须用原相同规格调换以保证电路的稳定性。图6相位调整控制“零”点识别，及背光灯电源的启动电压提供（图7）；第脚是过零检测输入脚；TE是PFC部分的储能电感，由于该PFC电路工作在DCM方式，所以在电路中必须对被斩波电压进行“过零识别”以控制PFC激励脉冲的“启”和“停”，在TE设置付线圈L1并经RE输出，向SMA-E（）脚提供一识别信号（图7），以控制NE内部PFC部分振荡器在过零时的“启”和“停”，图中TE中的黑点标明是线圈的同名端，千万不能接反，否则无法工作，RE是限流电阻。这也是DCM方式的特有电路（等离子电视TPW-开关电源是CCM方式则无此电路）。向背光灯电源提供启动VCC电压；储能电感TE另一付线圈L2和L1串连，经过DE向背光灯开关电源模块STR-W提供启动电压（VCC），正常工作时该电压约V左右，在开机的瞬间电压是逐步上升，当上升到V时，STR-W开始启动，要特别注意的是；该启动电压的高低，与TE输出V负载的工作电流大小有关，当整机小信号电路还没有正常工作，或有故障，电流没有或较小时，L2端整流输出的电压就很低，无法启动V背光灯供电，从而保证了正常的时序关系。[Page]图7过零检测电路及背光灯启动电路B+PFC电压检测及稳压控制图8第九脚是B+PFC输出电压控制端，外接分压取样电阻，RE、RE、RE的分压点上，分压点电位的变化直接反应B＋PFC的变化（图），NESMA-E内部根据（9）脚的变化调整（）脚的激励输出使B+PFC电压趋于稳定（其电路类似于普通开关电源的稳压控制电路）。RE及RE为2M高阻值电阻，该电阻极易产生开路故障，应选用功率大些质量较好的电阻，最好选用金属膜电阻。图8B+PFC稳压控制斩波管源极电流检测输入端（）图9第脚接在斩波管QEQE的漏极电阻RERE上，进行源极电流取样。当斩波管过流时，该取样电压上升，输入()脚内部保护电路，用以控制斩波管激励脉冲，使斩波电流得以控制。图9PFC部分斩波管过流检测启动端子（）脚及VCC供电端（1）脚图；开机整流未经滤波的脉动直流经DE经电容CE滤波加到（）脚电路启动，此时TE付线圈的感生电势经过DE整流、CE滤波对（1）提供VCC，VCC的提供，振荡加强VCC逐步上升,当VCC达到.5V时电路趋于稳定，正常工作为V~V。图启动及VCC供电启动冲击电流*DE的作用图；每次在开机电源开关接通的瞬间，此时，加到电感上的可以是交流正弦波的任意瞬时值，如果是在正弦波的过零点附近A图(Vsinωst)，那么在电感TE上电流的增长将是比较缓慢，其TE上的自感电势也比较低。如果在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值峰点附近B图（Vcosωst），那么给电感所加的是一个突变的电压，会引起电感上产生极大的自感电势，该电势会大于所加电压的两倍，并形成较大的电流对后面的电容充电，轻则引起输入电路的保险丝熔断，重则引起滤波电容及斩波管击穿。设置DE后在接通电源的瞬间，由DE导通并对CE充电，使流过TE的电流大大减小，产生的自感电势也要小得多，对滤波电容和斩波管的危害及保险丝的熔断可能要小得多（在开机正常工作时，由于DE右面为B+PFC，电压比左面高，DE呈反偏截止状态）。图启动冲击电流*DE的作用PWM激励输出（2）脚图稳压输出管QE的栅极经过DE和RE接到PWM激励输出脚（2）。RE是栅极充电（场效应管输入为容性）限流电阻，DE是在脉冲下降沿迅速放电的使脉冲后沿陡峭的泄放二极管。RE的作用；RE为PWM开关管QE的G~S泄放电阻，由于QE是MOS管，输入为容性，关机后G~S所充的电荷必须释放，否则在此开机瞬间由于此电荷产生的电场会使MOS管，还没工作就瞬间短路烧坏。RE、RE是QE源极电阻，SMA-E的过流检测（OCP）则由该电阻上进行取样经RE输入SMA-E的（4）脚，其OCP门槛电压VOCP为0.V。图PWM激励VV稳压输出控制端（3）脚图由基准电源NE、RE、RE、N组成，NE中间的端子是基准电压，精确选择RERE的阻值，可以控制流过N的电流，使输出电压为标准值。RE在稳压控制的过程中，分去了部分流过光耦的电流，改变适当RE的大小可以改变稳压控制的控制灵敏度和动态范围。图PWM稳压控制PWM级输出开关管过流保护检测（4）脚图（4）脚接输出开关管源极电阻上端，当开关管QE过流时，该取样电压上升到0.V（门槛电压）时PWM激励输出（2）停止输出，保护开关管及电路的损坏。图PWM过流保护准谐振控制端（5）脚图为了提高开关电源的效率，NESMA-E的PWM部分工作在准谐振方式。输出管工作在“开”与“关”的状态，当输出开关管“关”后，再次“开”通，必须在漏极“振零”波形的低谷区域，由于“振零”的频率由TE的初级电感和其分部电容决定，频率会比较高、周期短，开关管再次导通难以控制在低谷区域内。这样就采取加大其分布电容的办法来降低频率、延长低谷区域的时间，使开关管的再导通始终在低谷区域。准谐振的原理在背光灯原理部分详细阐述。图准谐振控（5）脚延迟控制电源模块NE（SMA-E）、、4、3、1脚的外围电路，设置电容CECECECECE这些电容均是设置在输入脚上（这几只脚均为输入端），是为了虑除K开关频率对该脚的干扰而设置。未完待续...请继续浏览下篇
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图1TLM开关电源组成框图图1为TLM-开关电源框图，从图中可以看出，组成该机实际是由三个（主电源、背光灯电源、待机电源）开关电源组成了TLM-液晶电视供电*。这三个电源的关系是；主电源的供电取自整流桥堆未经滤波输出的脉动直流（保证了PFC的完成），背光灯的B+高压及VCC启动电压均由主电源的PFC部分提供。只有主电源的PFC部分工作，主电源部分的小信号供电源（PWM）部分及背光灯电源才能工作，保证了电源的时序关系（主电源出现故障背光灯电源也不可能正常工作）。待机电源（CPU及继电器供电）功率极小由交流电源单独供电。TLM-液晶电视的主电源和背光灯电源的供电是经过整流桥堆不经过滤波供电，这两级电源占整机耗电的％以上，所以该机的功率因数、电磁兼容、电磁干扰指标都合乎CCC要求。该开关电源的交流输入有较宽的范围（V～V），输出有5路；（1）小信号电源V/3A液晶屏逻辑电路、驱动电路供电及伴音前端供电。（2）小信号电源5VM/3A小信号电路及*前端电路供电（3）伴音功放电源V/3A伴音功率输出部分供电以上三路由主电源供电，输出功率约W（4）背光灯电源V/6A背光灯高压变换器供电以上由背光灯电源供电输出功率约W（5）待机电源5V/2ACPU、存储器及FLASH供电以上由待机电源供电输出功率约WTLM液晶电视的开关电源能提供约；W的供电功率，其中背光灯约占％一．主电源部分：主电源SMA-E部分输出V/3.5A、5VM及V，它向信号处理电路、液晶屏驱动电路供电，伴音及伴音功放电路供电。该主电源由PFC部分和PWM部分组成，它采用了一块PWM/PFC组合集成电路SMA-E，该集成电路的PFC工作模式是工作在非连续导通模式即DCM（PFC原理及CCM,DCM工作原理，请阅技术推进部编写“开关电源功率因数校正及原理”一文），它的PFC部分输出的V（B+PFC）除了向主电源的PWM部分供电外，还向V背光灯开关电源STR-W提供B+电源。STR-W的启动VCC（约V）取自PFC部分斩波电路储能电感TE的付线圈经DB整流后提供。图2主电源电原理图，图3为主电源工作框图。图2A主电源电原理图在主电源电路图中；电路功能有两部分；一是PFC部分主要由斩波管QE/QE及储能电感TE完成。另一部分是PWM部分主要由开关管QE及TB完成稳压输出。NE（SMA－E）是PFC斩波管（QE、QE）及PWM电源输出开关管（QE）的激励控制模块。PFC及PWM部分工作控制均由NE完成。从图2B可以看出主电源是在传统的开关电源的基础上，在整流和滤波之间增加一个斩波器电路，从而达到具有PFC功能。图2B主电源电组成框图NE的各引脚功能见表1。其中7、8、9、、、脚是围绕PFC部分工作。2、3、4、5脚是围绕PWM稳压输出部分工作。6脚为公共地，1脚为PWM部分VCC供电。图3是主电源框图，在图中EN上划分的红色虚线，其左上部分为PFC处理部分，红色虚线的右下部分为PWM部分。图3主电源框图（简单原理图）图中SMA-E虚线以上为PFC部分，虚线以下为PWM部分SMA-E各引脚功能介绍：表1SMA-E引脚资料下面我们逐脚来分析每一个引脚的作用，以达到理解整个PFC、PWM部分的工作原理。第脚：斩波管QE/QE激励输出图4；（）脚输出斩波激励脉冲，经过“灌流电路”（灌流电路原理另文叙述）激励QW/QE工作，VE、DE组成灌流电路，RE是*QW/QE栅－原极初始充电的限流电阻，DE是激励脉冲下降沿促使栅－源迅速放电的放电二极管。工作过程如下：在激励脉冲上升沿（T1时间）；VE截止，DE导通对栅－源充电，形成栅－源电场，斩波管迅速导通。在激励脉冲平顶持续时间（T1~T2时间），由于电场的持续，导通维持，此时导通呈阻性。在激励脉冲下降沿（T3时间）；VE导通DE截止，所充电荷通过VE迅速放电；斩波管迅速关断，完成一个斩波周期。图4斩波激励及灌流电路该脚接在串联分压电阻RE、RE、RE的分压点上，其分压点上的电压波形即是整流桥堆输出的波形（因为整流后无滤波电容，波形是正弦*）。该波形经电阻取样输入NE（SMA-E）的（7）脚，NE内部的激励电路以此波形为依据控制斩波管QE/QE使斩波电流的包络和此电压波形形状相同。图5电压取样输入第8脚：PFC电压电流相位调整：图6NE激励斩波管，按照7脚的基准电压波形产生了波形相同的电流波形，这电压、电流波形之间的相位关系要求是相位基本相同，电流波形略微滞后电压波形（有利于电路的控制及稳定），这电压、电流波形的相位差调整则由（8）脚外接低通滤波电路校正，在电视机开关电源性能不稳定、启动困难可适当改变其时间常数，该三只元件一般不会出问题，除非电视机遭遇雷击等，如遇到元件有大面积的烧坏，此三只元件（RE/CE/CE）必须用原相同规格调换以保证电路的稳定性。图6相位调整控制“零”点识别，及背光灯电源的启动电压提供（图7）；第脚是过零检测输入脚；TE是PFC部分的储能电感，由于该PFC电路工作在DCM方式，所以在电路中必须对被斩波电压进行“过零识别”以控制PFC激励脉冲的“启”和“停”，在TE设置付线圈L1并经RE输出，向SMA-E（）脚提供一识别信号（图7），以控制NE内部PFC部分振荡器在过零时的“启”和“停”，图中TE中的黑点标明是线圈的同名端，千万不能接反，否则无法工作，RE是限流电阻。这也是DCM方式的特有电路（等离子电视TPW-开关电源是CCM方式则无此电路）。向背光灯电源提供启动VCC电压；储能电感TE另一付线圈L2和L1串连，经过DE向背光灯开关电源模块STR-W提供启动电压（VCC），正常工作时该电压约V左右，在开机的瞬间电压是逐步上升，当上升到V时，STR-W开始启动，要特别注意的是；该启动电压的高低，与TE输出V负载的工作电流大小有关，当整机小信号电路还没有正常工作，或有故障，电流没有或较小时，L2端整流输出的电压就很低，无法启动V背光灯供电，从而保证了正常的时序关系。[Page]图7过零检测电路及背光灯启动电路B+PFC电压检测及稳压控制图8第九脚是B+PFC输出电压控制端，外接分压取样电阻，RE、RE、RE的分压点上，分压点电位的变化直接反应B＋PFC的变化（图），NESMA-E内部根据（9）脚的变化调整（）脚的激励输出使B+PFC电压趋于稳定（其电路类似于普通开关电源的稳压控制电路）。RE及RE为2M高阻值电阻，该电阻极易产生开路故障，应选用功率大些质量较好的电阻，最好选用金属膜电阻。图8B+PFC稳压控制斩波管源极电流检测输入端（）图9第脚接在斩波管QEQE的漏极电阻RERE上，进行源极电流取样。当斩波管过流时，该取样电压上升，输入()脚内部保护电路，用以控制斩波管激励脉冲，使斩波电流得以控制。图9PFC部分斩波管过流检测启动端子（）脚及VCC供电端（1）脚图；开机整流未经滤波的脉动直流经DE经电容CE滤波加到（）脚电路启动，此时TE付线圈的感生电势经过DE整流、CE滤波对（1）提供VCC，VCC的提供，振荡加强VCC逐步上升,当VCC达到.5V时电路趋于稳定，正常工作为V~V。图启动及VCC供电启动冲击电流*DE的作用图；每次在开机电源开关接通的瞬间，此时，加到电感上的可以是交流正弦波的任意瞬时值，如果是在正弦波的过零点附近A图(Vsinωst)，那么在电感TE上电流的增长将是比较缓慢，其TE上的自感电势也比较低。如果在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值峰点附近B图（Vcosωst），那么给电感所加的是一个突变的电压，会引起电感上产生极大的自感电势，该电势会大于所加电压的两倍，并形成较大的电流对后面的电容充电，轻则引起输入电路的保险丝熔断，重则引起滤波电容及斩波管击穿。设置DE后在接通电源的瞬间，由DE导通并对CE充电，使流过TE的电流大大减小，产生的自感电势也要小得多，对滤波电容和斩波管的危害及保险丝的熔断可能要小得多（在开机正常工作时，由于DE右面为B+PFC，电压比左面高，DE呈反偏截止状态）。图启动冲击电流*DE的作用PWM激励输出（2）脚图稳压输出管QE的栅极经过DE和RE接到PWM激励输出脚（2）。RE是栅极充电（场效应管输入为容性）限流电阻，DE是在脉冲下降沿迅速放电的使脉冲后沿陡峭的泄放二极管。RE的作用；RE为PWM开关管QE的G~S泄放电阻，由于QE是MOS管，输入为容性，关机后G~S所充的电荷必须释放，否则在此开机瞬间由于此电荷产生的电场会使MOS管，还没工作就瞬间短路烧坏。RE、RE是QE源极电阻，SMA-E的过流检测（OCP）则由该电阻上进行取样经RE输入SMA-E的（4）脚，其OCP门槛电压VOCP为0.V。图PWM激励VV稳压输出控制端（3）脚图由基准电源NE、RE、RE、N组成，NE中间的端子是基准电压，精确选择RERE的阻值，可以控制流过N的电流，使输出电压为标准值。RE在稳压控制的过程中，分去了部分流过光耦的电流，改变适当RE的大小可以改变稳压控制的控制灵敏度和动态范围。图PWM稳压控制PWM级输出开关管过流保护检测（4）脚图（4）脚接输出开关管源极电阻上端，当开关管QE过流时，该取样电压上升到0.V（门槛电压）时PWM激励输出（2）停止输出，保护开关管及电路的损坏。图PWM过流保护准谐振控制端（5）脚图为了提高开关电源的效率，NESMA-E的PWM部分工作在准谐振方式。输出管工作在“开”与“关”的状态，当输出开关管“关”后，再次“开”通，必须在漏极“振零”波形的低谷区域，由于“振零”的频率由TE的初级电感和其分部电容决定，频率会比较高、周期短，开关管再次导通难以控制在低谷区域内。这样就采取加大其分布电容的办法来降低频率、延长低谷区域的时间，使开关管的再导通始终在低谷区域。准谐振的原理在背光灯原理部分详细阐述。图准谐振控（5）脚延迟控制电源模块NE（SMA-E）、、4、3、1脚的外围电路，设置电容CECECECECE这些电容均是设置在输入脚上（这几只脚均为输入端），是为了虑除K开关频率对该脚的干扰而设置。未完待续...请继续浏览下篇 
