松下P50UT30C型液晶电视是2013年上市的3D电视,其电源板的板号为NOAE6KK00009。该电源板的内部组成为:以Z601为核心的PFC电路、以Z401为核心的5V待机电源电路、以Z301为核心的F15V电源电路、以Z201为核心的VUSS VDA电源电路、以Z701为核心的电源板微处理器电路。
一、PFC电路
PFC振荡芯片Z601的型号是R2A20117SP,这是功率因数校正专用IC。各引脚功能:①脚:主变换器零电流检测输入,输入6VP的正脉冲,宽度2Rs,相邻脉冲间隔:1 RS;②脚:副变换器零电流检测输入,输入6VP的正脉冲,脉冲宽度1 ps,相邻脉冲间隔:1vs;③脚:软启动定时设定,9V直流电压;④脚:IC内部5V基准电压输出;⑤脚:振荡频率设定,实测2.5V;⑥脚:锯齿电压波形设置,正向锯齿波电压,0.2VPP,周期2ps ;⑦脚:A路误差放大器输出,实测1AV;⑧脚:B路误差放大器输出,实测1.4V ;⑨脚:PFC误差放大器输入,实测2.5V;⑩脚:定时器锁存时间设定,外接定时电容,实测0V;11脚:变换器过流检测输入,实测0V;12脚:主变换器过流检测输入,实测0V;13脚:副变换器功率管驱动输出,15VPP正脉冲,宽度0.3μs,周期:2.3μs;14脚:接地脚;15脚:主变换器功率管驱动输出,15VPP正脉冲,宽度:0.5μs,周期:2.3μs;16脚:供电脚,14V。Z601的15脚和13脚输出大功率MOS开关管G极驱动脉冲(15脚输出的是主路开关管G极驱动正脉冲,13脚输出的是副路开关管G极驱动正脉冲),本机的PFC电路是双路开关管交替导通工作。这两路正脉冲在时间上是交替的,即当13脚输出正脉冲时,15脚是低电平;而当15脚输出正脉冲时,13脚是低电平。
220V市电经P9电源插座进入P板,见图1。先经过保险丝F101、F102、压敏电阻NR101(用于吸收市电的浪涌电压,如雷电等,防止浪涌电压损坏P板),再经过L101、C101、C105组成的第一级抑噪电路,共模扼流圈L102、L103组成的第二级抑噪电路,NR103是第二级浪涌电压吸收电阻,再经过保险电阻R104、电源继电器RL102的触点短接X2-X3触点,把220V的市电加到整流桥RC 101、RC 102的交流输入端。图1中的RC 103没有安装零件,也就是说全桥整流实际上是采用了RC 101、RC 102两只整流桥并联工作,整流桥输出的脉动电压加到C602两端,因为C602的容量很小只有1μF,对于整流后的100Hz脉动电压并没有滤波作用,只是滤除高频尖脉冲干扰。C602上的脉动电压向后加到PFC变压器的输入端。
图2中,L601为主路PFC开关电源变压器,L602为副路PFC开关电源变压器。Q603、Q605两只大功率MOs管并联,作为主路PFC开关管,Q602、Q604并联作为副路PFC开关管。Z601的15脚输出的主路驱动脉冲GD -M经Q607缓冲后,同时加到并联的Q603、Q605的G极,这两只大功率MOs管同步导通,产生导通电流流过L601的初级①-③绕组(注:因为MOs管具有正温度特性,A、B两只MOs并管,在工作中当A管流过的电流大于并联的B管时,A管的温度高于并联的B管,由于具有正温度特性,A管的内阻大于B管,这将自动减小A管的电流,使之与B管电流均等,因此MOs管具有自动均流的作用,所以在提供功率大的环境中常采用大功率的MOs管并联运用。而普通双极型大功率管具有负温度特性,当A管的电流大时,A管的温度会高于B管,因为有负温度特性,A管的电阻会小于B管,这将使A管的电流更大,结果A管的电流越来越大,B管的电流越来越小,A管因为不堪过载而烧坏。因此,在实际电路中没有见到两只双极型的大功率管并联运用)。Q603、Q605产生的主路PFC导通电流如下:C602的上引脚→L601的初级①脚和③脚→Q603\Q605的D极→s极→R611→地→C602的下引脚。上述电流流过L601的初级时,L601线圈把电流转化成磁能,储存在L601内。当Z601输出的正脉冲变成OV时,Q603、Q605的G极变为0V,两个管子同时截止,L601产生的感生电压③脚为正、①脚为负,③脚的正电压将使续流二极管D607导通,电流如下:L601的③脚→D607正极→D607负极→C617、C619正极→C617、C619负极(给大电解电容C617、C619充电上引脚为正下引脚为负→地、整流桥的负极。整流桥的正→L603的①脚。上述电流构成闭合回路,在C617、C619上得到PFC输出电压390V。从上述可看出:开关管导通时,市电给储能线圈L601充电,当开关管截止时,储能线圈L601向电容供电。
Z601的⑩脚输出的副路驱动脉冲GD-S经Q606缓冲放大后,加到并联的大功率MOs管Q602、Q604的G极,这两只大功率MOs管同步导通,产生导通电流,流过副路PFC变压器L602的①-③脚,为L602储入电能。当Q601的13脚正脉冲过后变成0V时,Q602,Q604同步截止,L602的③脚产生正极性电压,①脚产生负极性电压,该电压经续流二极管D608向C617、C619充电,在C617、C619上得到PFC电压。
因为主路开关管和副路开关管是交替、轮流导通,因此,在市电的一个周期中,D607、D608轮流给C617、C619充电,这使C617、C619上的PFC电压纹波较小。
开关管的过流保护:主路开关管的电流流过S极的电流取样电阻R611(0.03Ω),副路开关管的电流流过S极的过流取样电阻R605 (0.03Ω) ,R611、R605把开关管的电流转化成电压,分别加到Z601的12脚和11脚。当开关管过流时,Z601的12脚或11脚电压升高,会启动Z601内部的过流保护电路,关断15脚或13脚的驱动脉冲输出,防止损坏元件。
PFC电压的取样和稳压:C617、C619上的PFC输出电压,加到PFC分压取样电路:R619~R626、R633、R627、R628,在R627上端分得的取样电压作为稳压反馈电压FB加到Z601的⑨脚,经过IC内部的控制电路,自动调节13、15脚输出驱动脉冲的宽度,从而达到稳定PFC输出电压的目的。
储能线圈电流的过零点检测:当开关管截止时,储能线圈通过续流二极管向负载供电,当储能线圈中储存的电能负载放完电的瞬间,储能线圈中的电流会下降到零。我们应当设计一个电路,能检测到这个电流的零点,当零点到来时,说明储能线圈中的电能没有了,此时应当再次开启开关管导通,给储能线圈再次充电。L601、L602的次级线圈⑤-⑦,就是用来检测储能线圈电流零点的。在开关管截止后储能线圈通过续流二极管向负载放电时,次级线圈产生的感应电压⑦脚为正、⑤脚为负,主路和副路变压器⑦脚产生的正电压分别加到Z601的①脚、②脚,该正电压维持Z601:15脚、13脚输出0V,主路开关管和副路开关管的截止。当储能线圈中的电能向负载放电刚好放完时,储能线圈次级的感应电压极性发生转变:⑦脚为负、⑤脚为正,主路和副路储能线圈次级⑦脚的负极性电压分别加到Z601的①脚、②脚,该下跳电压会触发Z601内部的控制电路翻转,使Z601的15脚、13脚输出电压上跳到15VP的正脉冲,开启主路开关管和副路开关管,再次为储能线圈L601、L602充电。这样的开关电源称为“准揩振工作模式”。
Z601的供电:16脚是VCC供电脚,加到该脚的供电最大值不能超过24V。超过24V时,IC内部的过压保护电路动作,关闭PFC的振荡电路。其典型值是14V,当16脚的电压高于10.5V时,IC开始启动工作;当低于9.3V时,IC内部的欠压保护电路动作,关闭驱动输出GD-M,GD-S。
14V从16脚进入Z601内部后,加到5V基准电压产生电路,产生的5V基准电压一方面为IC内部振荡电路供电,另一方面可从IC的④脚输出,为外部电路供电。④脚到地接有高频滤波电容C609 (0.1μF)。
Z601的⑦脚和⑧脚外接有PFC电路开、关控制电路。来自P板微处理器Z701的⑩脚PFC-ON2低电平指令,加到光耦PC601的④脚,光耦内部发光管导通发光,光耦内部光敏管随之导通,从PC601的③脚输出15V高电平,加到Z802的11脚(运放的正输入端),⑩脚(运放的负输入端)接的是基准电压2.5V。因为运放的正端电压高于负端,因此输出端13脚输出高电平1AV,加到Z601的输入端⑦脚和⑧脚,使Z601内部的PFC电路正常工作。光耦PC601的③脚输出15V高电平,同时加到了16V电源开关管Q601的b极,该管导通,把来自待机电源电路的16V电源电压从e极输出14V,为Z601的16脚供电。