LED拼接大屏幕電源電路原理及故障檢修

　　某大屏幕顯示器由80個(gè)LED顯示單元拼接而成，20個(gè)開(kāi)關(guān)電源模塊為它們供電，每個(gè)電源模塊為4個(gè)LED顯示單元提供5V電源。拼接屏故障現象為：開(kāi)始是其中6個(gè)LED顯示單元的亮度變暗，關(guān)斷交流220V供電，重新加電后，變?yōu)?0塊LED顯示單元變?yōu)橥耆涣?，另?2個(gè)LED顯示單元亮度變暗。經(jīng)檢查確認，故障由電源模塊故障引起，其中，為完全不亮的20個(gè)LED顯示單元供電的5個(gè)電源模塊無(wú)輸出電壓，為亮度變暗的32個(gè)LED顯示單元供電的8個(gè)電源模塊的輸出電壓不同程度地變低(電壓在3～3.9V之間)。電源模塊采用的是誠聯(lián)電源生產(chǎn)的CL-A-200-5型5V/40A直流電源。

　　電源工作原理

　　圖1為根據電路板實(shí)物繪制的原理圖，元件標號與實(shí)物一致。電源電路由交流干擾抑制(EMI)及主整流濾波電路、DC/DC變換電路、穩壓控制電路以及過(guò)流/短路保護電路4部分組成。

　　1.EMI及主整流濾波電路

　　EMI電路由C1-C4、L1構成。其作用：1)抑制輸入市電的電磁干擾，以免影響電源工作;2)防止電源工作時(shí)產(chǎn)生的高頻電磁信號通過(guò)交流線(xiàn)路傳導或輻射到市電網(wǎng)絡(luò )，影響其他電氣設備的正常工作。R13用于泄放C1存儲的電荷。

　　整流濾波電路由整流全橋BD1和主濾波電容C5、C6構成。其作用是將交流220V供電變換為DC/DC變換電路所需的300V直流電壓V0。C5、C6兩端并接的電R2、R1不僅可均衡2只電容的電壓，而且在斷電后可快速泄放掉電容儲存的電能。負溫度系數電阻RT1用于防止加電瞬間產(chǎn)生的沖擊大電流。

　　2. DC/DC變換電路

　　該電路由脈寬調制控制芯片IC1(KA7500B)及其外圍元件構成的脈沖振蕩信號產(chǎn)生電路5部分構成。其中，由激勵變壓器T2、三極管Q3/Q4及相關(guān)元件構成了驅動(dòng)電路;由濾波電容C5、C6、高頻變壓器T1、開(kāi)關(guān)管Q1/Q2及相關(guān)元件構成的功率變換電路;由D18、D19、L2、C22～C25構成了輸出整流濾波電路;由T1的副邊6-4-7繞組及D9、D10、C9組成了IC1的供電電路。

　　(1)KA7500B的簡(jiǎn)介

　　KA7500B(TL494)是一種性能較強的開(kāi)關(guān)電源脈寬調制控制芯片，集成了多種功能電路。包括：由外接元件決定振蕩頻率的鋸齒波振蕩器(1～300kHz)，脈寬調制邏輯電路，由2個(gè)集電極開(kāi)路的三極管構成的輸出脈沖信號驅動(dòng)電路，控制2個(gè)驅動(dòng)三極管同時(shí)截止的死區時(shí)間控制(DTC)電路(死區時(shí)間為振蕩周期的4～*)，2個(gè)用于調制輸出脈沖寬度(即輸出三極管導通時(shí)間)的電壓誤差放大器，以及給外圍電路提供5V參考電壓VREF的穩壓電路等。

　　芯片采用16腳直插或貼片封裝，工作電壓為8～42V。

　　(2)振蕩信號產(chǎn)生電路

　　IC1(KA7500B)內含一個(gè)鋸齒波振蕩電路。當VCC的12腳電壓達到8V時(shí)，振蕩器開(kāi)始工作，振蕩頻率由5腳外接電容C14和6腳外接電阻R20決定。根據實(shí)際參數計算，電路的振蕩頻率=1.1/(R20×C14)=50kHz。芯片8腳C1端和11腳C2端分別以振蕩頻率的一半(即25kHz)交替輸出脈寬調制信號。

　　(3)驅動(dòng)電路

　　IC1供電VCC經(jīng)電阻R12(1.5k)加到驅動(dòng)變壓器T2初級繞組的中間抽頭2，Q4、Q3的c極分別連接到T2初級繞組的1、3抽頭，IC1的8、11腳分別連接Q4和Q3的b極，T2的2個(gè)次級6-7、8-9繞組分別驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管Q2和Q1工作，使它們工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當IC1的8、11腳同時(shí)為高電平時(shí)，Q3、Q4導通，T2初級1-2、2-3繞組中流過(guò)大小相等方向相反的電流，T2的2個(gè)次級繞組均無(wú)感應電壓輸出;當8腳有低脈沖信號而11腳仍為高電平時(shí)，Q4截止、Q3導通，T2的1-2繞組無(wú)電流流過(guò)，2-3繞組中有電流流過(guò)，6-7、8-9繞組產(chǎn)生左負、右正的感應電壓;當8腳變?yōu)楦唠娖蕉?1腳有低脈沖信號時(shí)，Q4導通、Q3截止，T2的1-2繞組有電流流過(guò)，2-3繞組無(wú)電流流過(guò)，6-7、8-9繞組均產(chǎn)生左正右負的感應電壓。Q3、Q4的e極所接D15、D16和C13用于將e極電位抬高到1.3V以上，使得Q3、Q4能可靠截止。

　　(3)高頻電壓變換及輸出整流濾波電路

　　IC1的8、11腳輸出的脈沖信號經(jīng)推動(dòng)電路放大后，在T2的2個(gè)次級繞組產(chǎn)生感應脈沖電壓。當T2的6-7、8-9繞組產(chǎn)生左正、右負的感應電壓時(shí)，Q1的b極獲得正向脈沖而導通，Q2的b極獲得反向脈沖電壓而截止，電流從C6的正極經(jīng)Q1的ce結、T2的5-4繞組、開(kāi)關(guān)變壓器T1的初級9-8繞組、C7流向C6的負極，給T1充磁，此時(shí)T1的次級1-3、3-2繞組感應出上正下負的低電壓輸出脈沖。當T2的6-7、8-9繞組產(chǎn)生左負右正的感應電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)管Q2的b極獲得正向脈沖電壓而導通，Q1的基極獲得反向脈沖電壓而截止，電流從C5的正極經(jīng)C7、開(kāi)關(guān)變壓器T1的初級8-9繞組、T2的4-5繞組、Q2的ce結流向C5的負極，給T1反向充磁，此時(shí)T1的次級1-3、3-2繞組感應出下正、上負的脈沖電壓，它們經(jīng)D18、D19全波整流，利用L2、C22～C25構成的濾波網(wǎng)絡(luò )濾波后，輸出5V直流電壓。

　　C10、C11用于加速Q1和Q2的導通和截止，以降低功率開(kāi)關(guān)管的熱損耗;R6、R7和R10、R11為Q1和Q2的b極限流電阻;D7、R5和D4、R9的作用是抬高Q1、Q2的導通電壓，使Q1和Q2能可靠截止;D5、D6是續流二極管，在Q1、Q2由導通變?yōu)榻刂箷r(shí)，分別為T(mén)1的初級8-9繞組提供接續電流;C8、R3構成尖峰脈沖消除網(wǎng)絡(luò )，用于吸收T1初級繞組產(chǎn)生的尖峰脈沖，以免開(kāi)關(guān)管截止瞬間過(guò)壓損壞。R34(51Ω)為電源空載時(shí)的輸出負載電阻。

　　(4)芯片IC1的供電電路

　　該電路由T1的副邊6-4-7繞組及D9、D10、C9構成。正常工作時(shí)，隨著(zhù)T1初級繞組中正反向電流的流動(dòng)，在T1的6-4-7繞組交替產(chǎn)生的感應電壓經(jīng)D9、D10全波整流、C9濾波后，為IC1提供工作電壓VCC。

　　(5)自激啟動(dòng)過(guò)程

　　接入交流電后，整流全橋BD1開(kāi)始給C5、C6充電，C6正、負極間的電壓經(jīng)R4A、R4B、R7、R5、T2的5-4繞組、C7、T1的初級繞組9-8構成充電回路，在R5兩端建立啟動(dòng)電壓。當R5兩端電壓達到0.7V時(shí)，Q1導通，電流由C6的正極通過(guò)Q1、T2的5-4繞組自下向上  流過(guò)T1的9-8繞組，再經(jīng)C7到達C6的負極，給T1充磁;同時(shí)，T2的6-7、8-9繞組產(chǎn)生左正右負的感應電壓，加速Q1導通，抑制Q2導通，直至流過(guò)T1的初級繞組的電流不再增長(cháng);此后，T2的6-7、8-9繞組產(chǎn)生左負右正的感應電壓，使Q1迅速截止，并且加速Q2導通，電流由C5的正極通過(guò)C7、自上向下流過(guò)T1的初級8-9繞組，再經(jīng)T2的4-5繞組、Q2到達C5的負極，給T1反向充磁。重復該過(guò)程，在T1的副邊6-4-7繞組產(chǎn)生感應電壓，經(jīng)D9、D10整流，C9濾波，產(chǎn)生IC1的工作電壓VCC。

　　當VCC高于8V時(shí)，IC1開(kāi)始工作，內部振蕩器產(chǎn)生的振蕩脈沖，控制PWM脈沖發(fā)生器產(chǎn)生驅動(dòng)信號，經(jīng)放大后從8、11腳交替輸出。

　　(6)軟啟動(dòng)過(guò)程

　　當VCC達到8V時(shí)，芯片IC1的14腳先產(chǎn)生5V參考電壓VREF，該參考電壓經(jīng)C17(1μF)、R21(12k)分壓后加到IC1的4腳(DTC)，并給C17充電，IC1內部的死區時(shí)間控制電路將8、11腳置位為高電平。隨著(zhù)C17的充電及其兩端電壓的升高，IC1的4腳電位從5V逐漸降低，當4腳的電位降低到3.3V時(shí)(大約5ms延時(shí))，IC1的死區時(shí)間減小到振蕩周期的96%，8、11腳開(kāi)始交替輸出*窄的負脈沖信號(占空比為4%)，電源開(kāi)始輸出電壓。隨著(zhù)4腳電位的進(jìn)一步下降，8、11腳輸出的負脈沖寬度逐漸增大，電源的輸出電壓也逐步升高，直到電容C17被充滿(mǎn)電，4腳的電位變?yōu)镽25(120k)和R21(12k)對VREF的分壓值(約0.45V)時(shí)，IC1的輸出脈沖不受死去時(shí)間控制電路控制，IC1的8、11腳的輸出負脈沖寬度開(kāi)始由兩個(gè)誤差比較器控制，完成軟啟動(dòng)過(guò)程。

　　3. 穩壓控制電路

　　穩壓控制電路由IC1內誤差放大器1、R22～R24、電位器RW1、R29～R31、C16、C19等元件組成。VREF經(jīng)R23、R24分壓，給IC1誤差放大器1的反相端2腳提供2.5V電壓，輸出5V電壓經(jīng)R31、R29與R30、RW1分壓后加到誤差放大器1的同相端1腳。

　　當輸出電壓因某種原因下降時(shí)，經(jīng)取樣后使IC11腳輸入的電壓降低，誤差放大器1輸出變低，經(jīng)IC1內部的脈寬調制電路作用，使8、11腳輸出的脈沖寬度增大，開(kāi)關(guān)管Q1、Q2的導通時(shí)間延長(cháng)，開(kāi)關(guān)變壓器T1存儲的能量增加，使輸出電壓升高到正常值，實(shí)現穩壓控制。反之，穩壓控制過(guò)程相反。

　　C16和R22為誤差放大器1的補償電路。調整電位器RW1可以微調輸出電壓。

　　4. 過(guò)流及短路保護電路

　　輸出過(guò)流保護電路由IC1內誤差放大器2、R35、R36、R231、康銅電阻J3-J6、R38、C12及C32構成。誤差放大器2的同相端16腳經(jīng)R231和C32接地，VREF經(jīng)R35和R36、J3～J6分壓，為誤差放大器2的反相端15腳提供約54mV的電壓。正常情況下，誤差放大器2的輸出為低電平，IC1的8、11腳輸出脈沖信號寬度由誤差放大器1控制。當負載電流增大時(shí)，康銅電阻J3-J6兩端電壓升高，誤差放大器2的反相端15腳電壓隨之下降;負載電流大于42A時(shí)，誤差放大器2的反相端15腳電壓低于0，誤差放大器2的輸出變?yōu)楦唠娖?，高于誤差放大器1的輸出電壓，IC1的8、11腳輸出脈沖信號由誤差放大器2控制，脈沖寬度隨誤差放大器2輸出電壓的升高而變窄，電源的輸出電壓降低。當誤差放大器2的輸出電壓超過(guò)3.5V時(shí)，IC1的8、11腳無(wú)驅動(dòng)脈沖刪除，電源無(wú)輸出電壓。從而實(shí)現電源的過(guò)流保護功能。C12和R38為誤差放大器2的補償電路。

　　輸出短路保護電路由Q5、R21、R26～R28、D17和C18構成。一旦負載出現短路，輸出端電壓低于2.1V時(shí)Q5截止，參考電壓VREF經(jīng)R26對C18充電，使IC1的4腳電壓升高。當該電壓達到3.3V時(shí)，死區時(shí)間控制邏輯電路使IC1停止輸出負脈沖，8、11腳被置位為高電平，電源無(wú)電壓輸出。

　　故障檢修

　　故障現象：帶負載時(shí)電源輸出電壓為0或只有3V左右。

　　分析與檢修：空載加電，測得輸出電壓為3.9V，并且電源盒發(fā)出輕微的“吱吱”聲。斷電后打開(kāi)外殼，仔細察看主要元器件時(shí)，發(fā)現5V輸出濾波電容C22～C25(3300μF/10V)鼓包，拆下并逐個(gè)測量，容量分別為19μF、22μF、29μF、31μF。用4只*同規格同規格電容更換后加電，輸出電壓變?yōu)?.63V，但仍能聽(tīng)到輕微的“吱吱”聲，說(shuō)明開(kāi)關(guān)電源仍有故障。斷電后，在路測量整流全橋BD1正常，測量C5、C6(470μF/200V)的容量正常。加電后，測量300V供電V0為299V，測IC1(KA7500B)的12腳的VCC電壓只有2.03V，并且14腳的VREF電壓僅為1.27V，說(shuō)明IC1未工作，懷疑其供電電路異常。斷電后，在路測IC1供電的整流二極管D9、D10正常，檢測C9(47μF/50V)的容量不足0.4μF，說(shuō)明它已失效。用同型號電解電容更換后再次加電，測得電源輸出為5.07V，“吱吱”聲消失，故障排除。

　　為了便于今后維修，筆者測量了空載和接1.8Ω假負載時(shí)，使用勝利VC9805A+型萬(wàn)用表測得IC1(KA7500B)各腳的電壓值，如附表所示。

　　腳號空載電壓(V)1.8Ω負載時(shí)電壓(V)腳號空載電壓(V)1.8Ω負載時(shí)電壓(V)