长虹HSM45D-1M型(电源+LED驱动)二合一板是长虹公司近年推出的一款性能优异的大屏幕液晶彩电电源板。
图1是它的电路结构方框图。从图1可知，该电源板主要由市电输入抗干扰及整流滤波电路、PFC电路(控制芯片U201 FA5591)、PWM控制电路(控制芯片U101 NCP1251A）、背光LED控制、驱动电路（控制芯片U203 UCC25710）、反馈、保护及开/待机控制等电路组成，省去了常用的独立待机电源电路(待机电源仍由PWM电源输出电压经主板上DC/DC控制芯片降压获得)和常规独立的LED升压电路。电源板输出电压为12.3V。该二合一电源板具有性价比高、性能稳定、保护功能完善等优点。在目前长虹大屏幕液晶电视中得到广泛使用。下面先就该二合一板电路工作原理、故障维修思路作下说明，最后给出维修实例。
一、工作原理介绍
1、电源工作过程简述
市电经保险管F101、热敏电阻RT101、压敏电阻RV101、抗干扰电容CX101进入抗干扰滤波电路(见图2)。电容CX102～CX104、电阻R101～R104、电感 LF101、LF102等构成EMC电路，以消除电网与开关电源之间的相互干扰。滤除干扰后的市电经D101～D104全波整流、C102滤波后在C102正极对热地获得约300V的脉动直流电压。在图2中，控制芯片U201(FA5591)与它周边元件构成PFC电路。在开机后，开关变压器T101次级①－②绕组产生的感应电压，经D106整流、C108滤波、Q108后获得VC1电压。此电压由Q202(T4401)作开关控制，经D205续流后，作为PFC_VCC(约16V)送到U201电源端⑧脚。U201进入工作状态，内部振荡器开始振荡，在⑦脚输出的激励脉冲作用下，Q201工作于开关状态。在Q201截止期间，储能电感L202的感应电压是左负右正，与市电整流获得的+300V脉动电压同相位，二者迭加，在续流管D203负极得到约+390V的PFC电压。稳压过程是：当某种原因使PFC电压变低时，经R220、R219、R208 …… 等等与R211的分压值(取样电压)被送到U201反馈端①脚，与内部的基准电压比较后产生的误差电压先与振荡器产生的PWM信号比较，再通过触发器使⑦脚输出的脉冲占空比增加→开关管Q201导通时间延长→储能电感L202储能时间延长→PFC电压上升到正常值。反之亦然。为了保证PFC提升电压(L202两端的自感电压)始终与市电整流后的100HZ脉动直流电压同相位，使Q201的导通损耗最小，所以设置了市电过零检测电路。由于流过电阻R216的电流是呈周期性变化的，因而经R222在U201⑤脚形成了一个随市电电流变化的电压检测信号，此检测信号加至U201内部的ZCD检测比较器正端，与-10mV基准信号进行比较，获得误差电压，去控制⑦脚输出激励脉冲电压的相位，以保证Q201的工作效率最高。
该电源板中的PWM电源在PFC电路工作之前，实际已率先工作，其过程是：由抗干扰电阻R101～R104的连接中点取出1/2的市电电压VB，经D208整流、R221限流、C104、C105滤波后，得到约16V的启动电压送至控制芯片U101(NCP1251A)的电源端⑤脚→内部振荡器、脉宽调制器工作→⑥脚输出开关激励脉冲→开关管Q106、Q101工作于开关状态→开关变压器T101被注入能量→①－②绕组产生感应电压。经D108整流、R120、R121限流、C108滤波、Q108稳压后，由防倒灌二极管D204、限流电阻R138向U101⑤脚提供约18V的正式工作电源为其供电。另外，T101次级⑩－⑧绕组产生的感应电压，经D301整流、C302、C303、C309、C306及L301等滤波后，得到12.3V电压，作为LED驱动电路和主板的输入电源。该PWM电源稳压系统主要由光耦器N101（PC817）、基准电压比较器U301（TL431）和它们周围元件及U101(NCP1251A)内部相关电压比较器、脉宽调制器等组成。其工作过程是：当负载变重导致12.3V输出电压降低时，经电阻R303加至光耦器初级N101A①脚的电压降低→流过光耦器N101初级①－②脚（发光二极管）的电流下降→光耦器次级N101B③－④脚（光敏三极管）内阻变大→U101②脚（电压反馈端）电压上升→U101内部脉宽调制器输出的脉冲宽度增加→开关管Q106、Q101导通时间延长→对T101的注能增加→保持输出电压不变。当负载变轻导致输出电压升高时的稳压过程与上述相反。顺便指出，图2中C103、R119、D105为高压吸收电路，防止开关管Q101截止时，T101初级绕组感应出的尖脉冲高压将它击穿。
本电源没有设置独立的待机电源。当彩电处于待机状态时，主板送来的低电平PS-0N待机信号经R312加至控制管Q301的G极→Q301截止→光耦器N102初级发光二极管中无电流通过→次级光敏三极管截止→控制管Q202截止→加至PFC电路控制芯片U201⑧脚的PFC_VCC电压为零→PFC电路停止工作。与此同时，主板送来的低电平PS-0N待机信号还经R446(见图3)加至控制管Q401的G极→Q401截止→Q404截止→LED驱动电路U203因失去工作电源而停止工作。此时由于U101的负载变轻了，U101工作频率自动由65KHZ降为26KHZ。PWM电路输出的12.3V电压降为约7V左右，仍送到主板上的待机电源DC/DC变换块的输入端，使待机电源继续正常工作，为主控芯片(MCU)与遥控等相关电路提供工作电源。
2.LED驱动电路原理
在主控芯片发出高电平PS-0N开机指令后，控制管Q401的G极呈高电平（见图3）→Q401导通→Q404导通→12.3V电压经D503送到LCC半桥谐振式驱动控制芯片U203(UCC25710)电源端①脚。与此同时，主板送来的高电平BL-ON背光点亮信号经R418加至U203的⑩脚、高电平亮度调节信号PWM_DIM也经R420送至U203的亮度控制端⑨脚。于是，U203内部的半桥驱动脉冲振荡器开始工作→②、③脚分别轮流输出正、负激励脉冲→Q406、Q405/Q407、Q408分别轮流导通和截止→开关变压器T502初级①－④绕组中分别出现顺时针和逆时针流动的电流→T502次级⑥－⑤/⑩－⑨绕组中分别感应出极性相反的正、负激励脉冲→Q503/Q504轮流截止、导通→Q503导通时，Q504截止→开关变压器T501初级①－④绕组中有顺时针方向流动的电流，同时对电容C501充电，极性是上正、下负→Q504导通时、Q503截止→C501放电，T501初级①－④绕组中有逆时针方向流动的电流→T501次级8－⑦绕组中有感应电压产生→经D401～D404全波整流、C401滤波后得到LED+电压，并被送到插座CON301①脚，由插头软线接至显示屏后面的LED背光灯串的正电压端。LED灯串的负电压端由软线经插头送回插座CON301③脚，经跳线J402、电流取样电阻R447～R451到地，形成电流回路→点亮LED背光灯串→显示屏发光。取样电阻上端产生的ISNS电流取样电压经R452送回U203的过功率保护设置端13脚。当彩电画面亮度增大时→主控芯片会使亮度控制电平升高→驱动控制芯片U203驱动脉冲输出端②、③脚输出的脉冲宽度增加→开关管Q405～Q408及Q503、Q504导通程度增加→通过的电流增大→输出的LED+电压升高，加至LED灯串组的输入电压升高→流过的电流增加(即流过LED灯串的电流增大)→屏幕亮度变亮。反之亦然。顺便指出，U203的15脚为LED电流值设定端。当某种瞬间原因引起LED电流增大过多时，13脚的取样电压与内部的电压比较器比较后输出一控制电平，使开关管Q405～Q408及Q503、Q504导通变浅→LED电流变小→屏幕亮度变暗。也就是说，U203内部的控制电路会根据13脚返回的LED电流的取样电压，按画面实际要求精准调整②、③脚输出的激励脉冲占空比，使其在一定正常范围内变化，也就是按画面实际要求在一定范围内调整LED+灯条供电电压的高低，从而保证屏幕画面亮度不会突然变亮或变暗。
3.保护电路
1） 过/欠压保护
（1)市电过/欠压输入保护
当市电输入电压高于压敏电阻的耐压值时（相关电路见图2），压敏电阻RV101将会击穿，使交流输入保险管F101熔断，达到保护之目的。如果压敏电阻失效，因R101～R104连接中点取出的VB电压会升高很多→经D208整流输出的电压会经R223使控制管Q109导通→Q110导通→控制芯片U101的⑤脚因VCC电压极低而停振→靠U101工作后供电的所有电路均停止工作→整机得以保护。如果这路保护电路也出现问题，那么，T101①－②绕组输出的VC电压会大幅升高，经R135加至U101③脚(功能之一为过功率保护)电压将≥3V，U101停止工作。相反，当市电输入电压低于110V时→U101⑤脚工作电源电压将低于8.8V→芯片进入欠压锁定状态→U101停止工作→靠U101工作后供电的所有电路均停止工作→整机处于保护状态。
(2)PFC电路输出过压、欠压及U201电源电压欠压保护
当PFC电路输出的PFC电压过高→控制芯片U201①脚电压将大于2.7V→U201内的过压保护电路动作，关闭其⑦脚的脉冲输出，进入保护状态。反之，当PFC电压过低→U201①脚电压低于0.3V时→内部欠压保护电路动作，关闭⑦脚的脉冲输出，进入保护状态。当U201电源端⑧脚PFC_VCC电压低于9V时，U201启动欠压锁定功能，其⑦脚无输出，进入保护状态。
(3）PWM电源输出过压保护
当电源的稳压环路（见图2）失控时→开关变压器T101①－②绕组产生的VC电压必升高，过高的VC电压会经R135加至U101③脚。若该脚电压超过3V时，内部电路进入锁定状态 ，电源无输出。还有，若加至U101⑤脚的VCC电压超过25.5V时，U101芯片会自动进入过压保护状态，电源无输出。可见过压保护措施非常完善。
(4）LED驱动电路输入欠压、过压保护
U203电源端①脚电压低于9.3V时，内部欠压保护电路动作，高于18V时，内部过压输入保护电路动作，U203均停止工作。U203的11脚为LED+ 输入欠压保护检测端。当(R417+R423)与R415的分压值低于2.4V时，U203内部的LED+欠压输入锁定电路动作，U203关闭②、③脚的驱动脉冲，LED+电路停止工作。若输出的LED+电压过高，加至芯片U203的LED+过压保护端⑤脚(R422+R429)与R421分压后的取样电压高于2.6V时，U201内部的过压保护电路动作，U203的②、③脚无驱动脉冲输出，背光灯熄灭，避免故障扩大。
2)过流保护
(1)开机浪涌电流限制
在冷机开机时，由于在市电输入回路串入了负温度系数热敏电阻RT101(1.5Ω)，因而可避免对电网和市电整流二极管及相关元件造成过流冲击，开机后因RT101上有电流流过，温度升高，阻值会迅速下降，对输入电路造成的影响可忽略。
(2)PFC电路过流保护
当PFC电路输出电流过大，致使经R222加至U201的⑤脚的取样电压低于0.6V时，内部的过流(OCP)比较器输出控制信号，关闭U201⑦脚输出的激励脉冲，进入保护状态。
(3）PWM电源电路输出过流保护
当负载出现问题而引起输出过流时→开关管Q201的S极所接的过流保护取样电阻R122(0.27Ω/2W)两端压降增大→若经R124加至U101过流检测端④脚电压达到0.2V以上时→U101内部过流保护电路动作→U101⑥脚无脉冲输出→电源停止工作→整机处于断电保护状态。顺便提及：当电源输出过流时，通过稳压环路使开关变压器T101①－②绕组的感应电压升高，显然经R135加至U101D的③脚电压也会同步升高，当达到3V时，U101会停止工作，可见过流、过压保护有时也是相辅相成的。
(4)LED驱动电路输出过流保护
当因某种原因，引起LED驱动电路输出过流时→电流取样电阻R447～R451两端的电压取样上升→通过R452使U203功率检测端13脚电压达到0.95V时→U203内部过功率保护电路动作→U203②、③脚无激励脉冲输出→LED电路进入保护状态。与此同时，R447～R451两端的取样电压还会通过R411加至U203的过流保护检测端16脚，当电压大于0.85V时，U203内部过流保护电路动作，关闭②、③脚的激励脉冲，这可理解为一种双保险措施。
顺便指出，芯片U203(UCC25710)还具有过热保护功能，当芯片内部温度达160℃时，芯片将停止工作。
湖北 余俊芳
