第一篇 高压板电路的原理与维修

    液晶彩电的显示屏采用的是液晶屏，由于液晶屏本身不能发光，而是靠液晶屏背面的灯管发光，将液晶屏照亮，方能显示图像。早期生产的液晶彩电背光灯普遍采用直管型冷阴极荧光灯（CCFL）。由于CCFL需很高的交流电压才能够点亮，而液晶彩电的电源板提供的电压一般为12～24V，因此需要用一个电压变换电路把直流电源电压转换成适合背光灯正常工作所需要的800V以上的交流电压，这个电路就是高压板电路，常称为高压板，也称为背光灯驱动电路、背光灯电源、逆变器。最近几年生产的液晶彩电背光灯采用新型节能的LED,具有光谱好、节能的特点。

    由于高压板为CCFL提供一千多伏的交流高电压，背光灯点亮后消耗功率较大，因此背光灯高压板电路在液晶彩电中是消耗功率最大的单元，其故障率较高，是液晶彩电维修的重中之重。本章简要介绍直管型CCFL高压板电路的原理与维修。

    第一节 高压板的结构
    高压板的作用是将开关电源输出的低压直流电转换为CCFL所需的800V以上的交流电。在液晶彩电中，高压板一般做成一个独立的电路板，安装在液晶彩电的背面，通过连接器与控制电路和CCFL相连接，图1-1是创维8TT6机芯高压板的实物标识图，为一块完整的高压电路板。有的高压板做成两个电路板，一个主板加上一个副板，分别安装在液晶屏背面的两侧，便于与CCFL两端插头的连接。

    高压板的电源供电由电源板提供，早期和小屏幕的高压板供电电压为8～15V，输出电压为几百伏至上千伏，多数为600～800V，灯管较少，一般为2～4只CCFL，输出功率较小。随着大屏幕液晶彩电的开发，需要点亮的CCFL不断增加，灯管的长度和功率也在增加，高压板的输出电压和输出功率也随之增加，目前大屏幕的液晶彩电配置的高压板，电源供电电压为12～24V，输出电压增加到1000～1600V，甚至更高，点亮的CCFL增加到6～12只，甚至更多，输出功率大幅度增加0近几年面世的液晶彩电，将电源电路和高压板电路合二为一做在一块电路板上，高压板的振荡与控制电路、激励电路采用12～24V供电，末级功率输出驱动升压电路采用电源电路中的PFC（功率因数校正）后输出的400V左右电压供电，提高了高压板的效率，减小了供电电流。

    一、高压板龟路的组成
    1．高压板框图
    液晶彩电的高压板内部电路有很多形式，常见的高压板内部电路框图如图1-2和图1-3所示，主要由振荡与控制电路（振荡器、调制器）、激励电路、输出升压电路（功率驱动输出管及高压变压器）、保护检测电路（输出电压、电流取样电路）、CCFL五部分组成。

    CCFL高压板电路中，常将振荡器、调制器、控制电路、保护电路集成在一起，组成一块小型集成电路，一般称之为振荡与控制集成电路或称为驱动控制集成电路。应用最多的振荡与控制集成电路型号有TL1451、PF1451、OZ960、OZ962、OZ1060、BIT3106、SG6859ADZ、FAN7313等。它们可以产生高频激励脉冲，激励功率驱动输出升压电路的大功率开关管工于开关状态，其交变电流经升压变压器升压后，产生交流高频电压，将CCFL点亮。

    图1-2是比较常见的结构形式［其驱动电路为罗耶（Royer）形式］，采用低电压12～24V供电，电压检测取自升压变压器的独立绕组；图1-3为新型的桥式或半桥式结构形式，前置振荡与控制电路采用5V供电，激励电路采用12 - 24V供电，后级升压输出电路采用由开关电源板的PFC电路输出的高压供电。

    高压板通过输入连接器与电源和主电路板控制电路相连接，为高压板提供电源和控制电压，通过输出连接器与CCFL相连接，将高频交流高压加到CCFL的两端，将CCFL点亮。
    输入连接器上有四个电压输入：一是电源供电电压，小屏幕一般为12V，大屏幕一般为24V;二是接地端；三是背光接通／关断控制电压（ON/OFF）；四是亮度调整电压（ADJ ）输出连接器因灯管的多少而定，通常液晶彩电的液晶屏灯管有2只、4只、6只、8只或更多，这就需要高压条也应该适当配对，也就是说，这些灯管要分别由高压条的输出连接器进行驱动，小屏幕液晶彩电的灯管一般为10只以下，。随着屏幕尺寸的增大，所采用的灯管数也会相应增加。高压条的输出连接器接CCFL，每只灯管连接器由两根线组成，一根为高电平，另一根为低电平；不同的高压板，其输出连接器有窄口和宽口之分。

    2．简要工作原理
    图中的ON/OFF为振荡器接通／关断电压输入端，该控制信号一般来自微控制器（MCU）部分。当液晶彩电由待机状态转为正常工作状态后，MCU向振荡器送出启动工作信号（高／低电平变化信号），振荡器接收到信号后开始工作，产生频率为40～80kHz的振荡信号并送入调制器，在调制器内部与MCU部分送来的PWM（脉宽调制）亮度调整信号进行调制后，输出PWM激励脉冲信号，送往直流变换电路，使直流变换电路产生可控的直流电压，为功率输出管供电。功率输出管及外围电容C1和升压变压器绕组L1（相当于电感）组成自激振荡电路，产生的振荡信号经功率放大和高压变压器升压耦合后，在L2高压绕组产生高频交流高压，经连接器输出点亮背光灯管。

    为了保护灯管，需要设置过电流和过电压保护电路。过电流保护检测信号由串联在背光灯管上的取样电阻R上取得，输送到振荡与控制集成电路。过电压保护检测信号从升压变压器13上或在L2两端分压后取得，也输送到振荡与控制集成电路。当输出电压及背光灯管的工作电流出现异常时，振荡与控制集成电路控制调制器停止输出，从而起到保护的作用。

    当调节亮度时，亮度控制信号加到振荡与控制集成电路，通过改变振荡与控制集成电路输出的PWM脉冲的占空比，进而改变直流变换器输出的直流电压高低，也就改变了加在驱动输出管上的电压高低，即改变了自激振荡的振荡幅度，从而使高压变压器输出的信号幅度、CCFL两端的高压幅度发生变化，达到调节亮度的目的。

    由于背光灯管不能并联和串联应用，所以，若需要驱动多只背光灯管，必须由相应的多个高压变压器输出电路及相适配的激励电路来完成。

    二、高压板驱动电路形式
    根据驱动电路形式，液晶彩电的高压板电路主要有以下几种结构，下面分别进行分析。
    1．罗耶驱动电路
    图1-4所示是罗耶（Royer）结构的基本电路，也称为自激式推挽多谐振荡器。它是利用开关晶体管和变压器铁芯的磁通量饱和来进行自激振荡，从而实现开关管“开／关”转换的直流变换器，它由美国人罗耶（G. H. Royer）在1955年首先发明和设计，故又称“罗耶（Royer）变换器”。这种结构在早期液晶彩电高压板中应用较多。罗耶结构的驱动电路和常见的振荡与控制集成电路（BIT3101A, BIT3102A, FP1451, BA9741）等配合使用，即可组成一个具有亮度调整和保护功能的高压板电路。

    罗耶结构为自振荡形式，受元器件参数偏差的影响，不易实现严格的灯频和灯电流控制，而这两者都会影响灯的亮度。尽管如此，罗耶结构由于结构简单、技术成熟，且具有价格上的优势，因此在液晶彩电中应用比较广泛。
    图中，变压器由3个绕组构成。其中，两只推挽晶体管V1、V2集电极之间的绕组（L1 ＋L2）为一次绕组（又称集电极绕组），CCFL两端的绕组（L4）叫二次绕组，V1、V2基极之间的绕组（1.3）为反馈绕组（又称基极绕组）。一次电路中，L为变压器T的中芯抽头提供一个高交流输入阻抗，R为V1, V2提供基极直流偏置，同时也决定了两只管的集电极电流大小，而变压器T的二次电流与V1、V2的集电极电流有关，决定流经CCFL的二次电流的大小。

    由于开关管V1、V2的性能不可能绝对一致，所以在接通电源的瞬间，VC。向开关管V1、V2基极注入的电流也不可能绝对平衡，流经两开关管集电极的电流也不可能完全一致。设i1> i2，则变压器的磁通大小与方向由i1决定，而磁通的变化在反馈绕组上将引起感应电动势。感应电动势的极性在图中反馈绕组13的“·”端为负。

    由于反馈绕组的感应电动势使V2的基极电位下降，Vi的基极电位上升，从而对V2形成负反馈，使V2的集电极电流i2越来越小；对Vi形成正反馈，使Vi的集电极电流i1越来越大。合成磁通增大，磁通的变化及感应电动势的相互作用使V1饱和导通、V2截止。此时，磁通达到最大值，而与磁通变化率呈正比的感应电动势为零。

    反馈绕组上感应电动势的消失使V1的基极电位下降，V1的集电极电流也下降，电流的变化率反向，引起磁通的变化率反向，从而导致绕组的感应电动势反向，即反馈绕组的“·”端为正，这样引起V2的基极电位上升，Vi的基极电位下降，从而对Vi形成负反馈，使Vi的集电极电流i1越来越小；对V2形成正反馈，使V2的集电极电流i2越来越大。合成磁通增大，磁通的变化及感应电动势的相互作用使V2饱和导通、Vi截止，此时，磁通达到最大值，而与磁通变化率呈正比的感应电动势为零。

    上述两种过程不断循环，从而在变压器的二次侧形成振荡，而谐振电容器C1的存在使振荡电路按照特定的频率进行简谐振荡。

    在变压器T的二次侧，变压器的二次绕组L4与电容C2, CCFL的等效电阻构成一个谐振电路。在CCFL被电离之前，阻抗是无穷大的，因为空载谐振电路具有高4（品质因数）值，它可以在灯管上产生非常高的电压，实现启动。当CCFL启动后，CCFL基本上是一个电阻型阻抗，因此通过限制并维持通过CCFL的电流，可使CCFL在一定的电流作用下工作，并产生相应的压降。

    2．推挽驱动电路
    推挽驱动电路示意图如图1-5所示，推挽驱动器只有两只N沟道MOSFET（开关管），将升压变压器的中芯抽头接在Vcc正电源，在驱动控制电路的推动下，两只MOSFET交替工作，输出端得到交流电压。该驱动电路结构简单，由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。

    推挽驱动电路最大的缺点是要求高压板直流电源电压的范围小于2:1。否则，当直流电源电压处于高端时，由于交流波形的高振幅因数，系统的效率会降低。这使推挽结构不适用于笔记本电脑，但对于液晶彩电却非常理想，因为高压板直流电源电压通常会稳定在土20%以内。

    电路工作时，在振荡与控制集成电路的控制下，推挽驱动电路中两只开关管V1和V2交替导通，在一次绕组L1和L2两端分别形成相位相反的交流电压。改变输入到V1, V2开关脉冲的占空比，可以改变V1, V2的导通与截止时间，从而改变了变压器的储能，也就改变了输出的电压值。需要注意的是，当V1和V2同时导通时，相当于变压器一次绕组短路，因此应避免两只开关管同时导通。

    3.全桥驱动电路
    全桥驱动电路最适合于直流电源电压范围非常宽的应用，这就是几乎所有笔记本电脑都采用全桥方式的原因。在笔记本电脑中，高压板的直流电源直接来自系统的主直流电源，其变化范围通常在7V（低电池电压）至21V（交流适配器）。另外，全桥结构在液晶彩电、液晶显示器中也有较多的应用。

    全桥驱动电路一般采用4只MOSFET或4只晶体管构成，根据MOSFET或晶体管的类型不同，全桥驱动电路有多种形式。图1-6所示是采用4只N沟道MOSFET的驱动电路形式。

    电路工作时，在振荡与控制集成电路的控制下，使V1、V4同时导通，V2、V3同时导通，且V1、V4导通时，V2、V3截止。也就是说，V1、V4与V2、V3是交替导通的，使变压器一次侧形成交流电压，改变开关脉冲的占空比，就可以改变V1、V4和V2、V3的导通与截止时间，从而改变了变压器的储能，也就改变了输出的电压值。

    需要注意的是，如果V1、V4与V2、V3的导通时间不对称，则变压器的一次交流电压中将含有直流分量，会在变压器二次侧产生很大的直流分量，造成磁路饱和，因此对全桥驱动电路，应注意避免电压直流分量的产生。也可以在一次回路串联一个电容，以阻断直流电流。

    图1-7所示是采用两只N沟道MOSFET和两只P沟道MOSFET的驱动电路形式。电路工作时，在振荡与控制集成电路的控制下，使V4与V1同时导通（截止），V2与V3同时导通（截止），当V4、V1导通时，V2、V3截止，也就是说，V4、V1与V2、V3是交替导通的，使变压器一次侧形成交流电压。

    4．半桥驱动电路
    与全桥驱动电路相比，半桥驱动电路最大的好处是每个通道减少了两只MOSFET（开关管），电路结构如图1-8所示。但是，它需要更高匝数比的变压器，这会增加变压器的成本。

    电路工作时，在振荡与控制集成电路的控制下，从Vg1、Vg2端输出开关脉冲，控制V1与V2交替导通，使变压器一次侧形成交流电压。改变开关脉冲的占空比，就可以改变V1、V2的导通与截止时间，从而改变了变压器的储能，也就改变了输出的电压值。


   

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