Файл для скачивания:
Схема блока питания EAX64744201(v 1.3) ЖК ТВ LG 42LM660S
Друзья всем привет.
Продолжаю цикл статей по устройству и ремонту ЖК телевизоров.
В этой статье мы разберем формирование дежурного напряжения блоком питания на примере блока питания EAX64744201(v 1.3) ЖК ТВ LG 42LM660S.
Так же закроем тему с Корректором Коэффициента Мощности, разобрав формирование питающего напряжения АККМ.
Но в начале, я хотел бы подробно остановиться на важных моментах, которые я поверхностно затронул в прошлой статье, при рассмотрении работы катушки индуктивности. Они будут полезны, при разборе схем импульсных блоков питания.
Уважаемые коллеги. Огромная просьба. Так как в статье буду описывать все подробно, со всеми нюансами, велика вероятность оговорок, и может быть, ошибок (хотя насчет последних, быть их не должно, вроде все перепроверил), но все же. Если заметите чего, в комментариях напишите пожалуйста, чтоб не было, как в культовом произведении "... И тут Остапа понесло..." :-).
Так же, огромная просьба, если кто знает, где почитать инфу, написанную доступным языком, по импульсным трансформаторам, особенно, что касается намотки обмоток, ткните носом пожалуйста.
Если при чтении прошлой статьи не скачивали схему блока питания, можно скачать ее в шапке статьи. Я конечно в статье буду размещать части схемы с рассматриваемыми узлами, но качество скорее всего будет не очень.
Итак поехали...
1. Катушка индуктивности. Продолжение.
Катушка индуктивности обладает свойством накопления магнитной энергии только при работе в цепи переменного / импульсного тока. При работе в цепях постоянного тока, это свойство проявляется на начальном этапе, в момент, когда мы подали питание на катушку. Далее происходит накопление магнитного поля в катушке, а затем насыщение, и катушка теряет свои полезные свойства и начинает работать, как обычный кусок провода. Так же при отключении питания, мы будем кратковременно наблюдать преобразование магнитной энергии в электрическую.
Другими словами, накопление магнитного поля в сердечнике катушки индуктивности происходит только при изменении величины электрического тока, а не просто при протекании этого тока постоянной величины через катушку. Так же разработчики всячески пытаются избегать режимов работы катушки, при которых происходит насыщение магнитным полем (момент, когда катушка больше не может запасать магнитную энергию), так как после этого, она начинает работать, как обычный проводник.
Еще один важный момент.
В прошлой статье, я приводил из Википедии определение, что такое явление самоиндукции. Согласно ему, направление ЭДС самоиндукции всегда оказывается таким, что при возрастании тока в цепи, ЭДС самоиндукции препятствует этому возрастанию (направлена против тока), а при убывании тока — убыванию (сонаправлена с током).
Исходя из этого определения, катушка индуктивности обладает весьма интересным свойством:
Важно! При уменьшении значения тока, магнитная энергия, накопленная в сердечнике, преобразуется обратно в электрическую энергию, причем ЭДС самоиндукции образует разность потенциалов на выводах катушки, противоположной полярности.
Теперь зная эти моменты, рассмотрим, работу катушки индуктивности в импульсном режиме. И рассмотрим мы его опять на повышающем преобразователе.
1 режим. Ключевой мосфет открыт:
Принцип работы ничем не отличается от описанного мною в прошлой статье. На что я хочу обратить внимание, так это на полярность напряжения на выводах катушки индуктивности и диода. При открытом ключевом мосфете, на выводах катушки индуктивности будет присутствовать полярность, изображенная на рисунке выше. Ток будет протекать по указанному контуру, не только из-за низкого оммического сопротивления между "истоком" и "стоком" ключевого мосфета, но и из-за того, что "бустерный диод" заперт обратным напряжением.
2 режим. Ключевой мосфет закрыт:
Ключевой мосфет закрыт. Значение тока уменьшается. Накопленная энергия магнитного поля, преобразуется обратно в электрическую энергию. ЭДС самоиндукции меняет полярность на выводах катушки индуктивности (см. рис. выше).
Если мысленно представить, что катушка индуктивности это источник энергии, то мы увидим 2 источника питания, соединенных последовательно. При последовательном соединении источников питания напряжения их складываются. Поэтому я говорил о суммарном напряжении источника питания и катушки индуктивности в прошлой статье.
Ну и соответственно на "бустерный диод" будет прикладываться "открывающее" p-n переход напряжение. Суммарное напряжение Б1+L1 будет больше напряжения на конденсаторе C1, и между анодом и катодом диода возникает разность потенциалов, и накопленная энергия будет заряжать конденсатор и частично запитывать нагрузку.
Ну а дальше все, как в прошлой статье. Накопленная энергия на конденсаторе сравнялась по значению с суммарной энергией Б1+L1 (разность потенциалов стала равна 0) и диод закрылся.
Разность потенциалов - скалярная физическая величина, равная отношению работы сил электростатического поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную, к значению этого заряда:
Единица разности потенциалов в Си — вольт:
= 1 В (V).
Теперь, после того, как мы рассмотрели подробно два важных свойства катушки индуктивности, можно приступать к рассмотрению принципа работы "дежурной части" импульсного блока питания.
2. ШИМ контроллер "дежурного" напряжения STR-A6059H.
Для начала разберемся с ШИМ контроллером "дежурного" напряжения STR-A6059H, под позиционным номером IC501 (скачать Datasheet).
Переводил Яндекс переводчиком, поэтому не судите строго :-).
Исходя из описания, данный ШИМ контроллер имеет встроенный ключевой мосфет (7-8 вывод - Drain, 1 вывод - Source). Так же на 7-8 вывод поступает при первоначальном запуске стартовое напряжение питания, с первичной обмотки импульсного трансформатора (T501 выв 1-3), которое запускает ШИМ контроллер, и переводит его в рабочий режим.
3. Формирование дежурного напряжения.
Давайте взглянем на часть схемы с "Дежурным" источником питания и разберемся с работой импульсного трансформатора (скачать файл).
Импульсный трансформатор T501 имеет три обмотки:
- основная (выв. 1-3) - с помощью нее импульсный трансформатор будет накапливать магнитное поле в сердечнике.
- вспомогательная (выв. 4-5) - обмотка, на которой индуцируется пониженное импульсное напряжение основного питания ШИМ контроллера.
- Вторичная (выв 6,7 - 8,9) - на ней индуцируется вторичное импульсное напряжение "дежурного" блока питания.
Для накопления магнитной энергии в сердечнике и индуцирования напряжения на вспомогательной и вторичной обмотках трансформатора, необходимо чтобы через первичную обмотку не просто протекал ток постоянной величины, а именно ток, с изменяемым значением. Для таких целей прекрасно подходит импульсный ток.
Из прошлых статей мы помним, что на сетевом конденсаторе присутствует постоянное напряжение, величиной 310В (APFC еще не запущен).
Каким образом нам получить из постоянного напряжения, импульсное напряжение положительной полярности на первичной обмотке трансформатора?
Все просто. Необходимо периодически, с необходимой нам частотой, подтягивать вывод 3 основной обмотки трансформатора T501 к "Земле", тем самым, замыкая контур электрической цепи. Как раз этим и занимается наш ШИМ контроллер в рабочем режиме. С помощью встроенного ключевого мосфета, он с определенной частотой подтягивает вывод 3 основной обмотки к "Земле".
Работу блока питания "Дежурного напряжения" можно разбить на 3 режима работы.
- Первый режим - назову его первоначальный запуск ШИМ контроллера. Встроенный ключевой мосфет ШИМ контроллера закрыт. На первичную обмотку поступает напряжение для первоначального запуска.
- Второй режим - встроенный ключевой мосфет ШИМ контроллера открылся.
- Третий режим - встроенный ключевой мосфет ШИМ контроллера закрылся.
1 режим. Первоначальный запуск ШИМ контроллера.
Напряжение с сетевого конденсатора величиной 310В, поступает на первичную обмотку трансформатора T501 (выв. 1-3). Далее, через основную первичную обмотку, поступает на выводы 7-8 (D/ST), ШИМ контроллера STR-A6059H (позиционный номер IC501).
Напряжения на вторичной и вспомогательной первичной обмотках не индуцируются, так как ток через первичную обмотку не течет (обмотка не подтянута к "земле".
Исходя из даташита на контроллер, при первоначальной подаче напряжения на выводы 7-8 (D/ST), ШИМ контроллер переходит в рабочий режим и открывает встроенный ключевой мосфет.
2 режим. Встроенный ключевой мосфет ШИМ контроллера открылся.
При открытии встроенного ключевого мосфета, первичная обмотка трансформатора притягивается к "земле", цепь замыкается, и через первичную обмотку (выв. 1-3) начинает протекать плавно нарастающий ток (скачать схему).
Трансформатор начинает накапливать магнитную энергию в сердечнике. Изменяющийся магнитный поток, индуцирует на вспомогательной и вторичной обмотках напряжение указанной полярности (см. рис. выше). Это напряжение никуда в нагрузку не поступает, так как является "запирающим" для диодов D510 и D201 и притянуто к "земле". Трансформатор накопил магнитную энергию в сердечнике, и встроенный в контроллер ключевой мосфет закрывается.
3 режим. Встроенный ключевой мосфет ШИМ контроллера закрылся.
При закрытии встроенного в контроллер ключевого мосфета, ток начинает стремиться к нулю. Значение тока уменьшается. Накопленная энергия магнитного поля, преобразуется обратно в электрическую энергию. ЭДС самоиндукции меняет полярность на обмотках трансформатора Т501 (см. рис. ниже) (скачать схему):
Рассмотрим процессы, происходящие в 3-ем режиме для каждой из обмоток трансформатора по отдельности.
3 режим. Процессы на основной первичной обмотке трансформатора (выв. 1-3).
После закрытия ключевого мосфета, на первичной обмотке возникает большой отрицательный выброс напряжения (величину и форму этого выброса я показывал в прошлой статье, при разборе процессов на катушке индуктивности). Этот выброс суммируется с входным напряжением 310В и если бы не использовались защитные цепи в схеме, это высокое напряжение вывело бы из строя ШИМ контроллер, так как оно приложилось бы на встроенный ключевой мосфет.
В нашей схеме таким защитным элементом служит "снабберная цепь" (см. рис. ниже):
Давайте принцип работы снабберной цепи разберем подробнее, так как при ремонтах блоков питания, она практически всегда встречается именно в таком схемотехническом исполнении.
Когда трансформатор накапливает магнитное поле в сердечнике (2 режим), напряжение для диода D501 является "запирающим", и прикладывается к выводам 7-8 (D/ST) ШИМ контроллера, минуя снаббер (см. рис. ниже):
Встроенный ключевой мосфет закрывается (см. рис. ниже):
ЭДС самоиндукции меняет полярность на первичной обмотке, напряжение для диода D501 будет "отпирающим" и выброс проходит через диод D501 и "оседает" на конденсаторах С501, С502, заряжая их. В последствии эти конденсаторы разрядятся через сопротивление R503.
Для лучшего понимания материала, хотелось бы дополнить статью. Хочу поблагодарить уважаемого Дмитрия Пахомова, за прекрасное дополнение к объяснению процессов, происходящих в магнитопроводе. С его разрешения, дополняю статью этим объяснением:
Для более лучшего понимания процессов в индуктивности, добавим физики. Вспомним о законе сохранения энергии, при намагничивании магнитопровода индуктивности, в оном накапливается энергия, которая не может просто исчезнуть, поэтому при прерывании тока в катушке, энергия найдет путь, куда переместиться. В данном случае напряжение на катушке будет возрастать теоретически до бесконечности, до пробоя ключей, если нет снабберной цепочки, которая поглотит энергию.
С некоторыми допущениями,магнитопровод индуктивности можно сравнить с пружиной. Намагничивая магнитопровод (сжимая пружину), энергия запасается, насытив (сжав пружину до упора) невозможно запасти энергии больше, а ток протекающий по обмотке будет нагревать оную. Прервав ток обмотки (отпустив пружину) - накопленная энергия по большей части уходит во вторичную обмотку, но часть оной возвращается в первичную обмотку, для этого и нужна снабберная цепочка, чтобы поглотить "откат", и не допустить неконтролируемого возрастания напряжения, до повреждения (пробоя) ключа. Легко представить, что происходит с резко отпущенной пружиной, она выстрелит, ибо энергия накопленная в пружине не может просто исчезнуть и переходит в кинетическую энергию - в скорость. Так и в обмотке, скорость нарастания напряжения стремится к бесконечности, снабберная цепочка переводит энергию от магнитопровода в тепловую.
3 режим. Процессы на вспомогательной обмотке трансформатора (выв. 4-5).
(Напомню. Встроенный ключевой мосфет закрыт. Накопленное Магнитное поле индуцирует напряжение на вспомогательной обмотке). Положительное импульсное напряжение со вспомогательной обмотки (выв. 4-5), через R504, D510, R502, D502 поступает на сглаживающий конденсатор С510 (напряжением с этого конденсатора контроллер будет питаться в момент когда трансформатор будет накапливать энергию). С конденсатора С510, постоянное напряжение, при необходимости стабилизируется стабилитроном ZD503 и поступает на вывод VCC.
Это основное питающее напряжение ШИМ контроллера. При его поступлении на вывод VCC, внутренняя схема первоначального запуска и питания отключается и ШИМ контроллер переходит на это основное питание.
3 режим. Процессы на вторичной обмотке трансформатора (выв. 6,7 - 8,9).
Положительное Импульсное Напряжение со вторичной обмотки трансформатора Т501, через диод D201 поступает на накопительные конденсаторы С201, С206, С202, и далее, сформированное "дежурное напряжение" величиной 3.5В запитывает конструктивные узлы телевизора.
Когда Магнитное поле рассеивается, индуцирование напряжений на вспомогательной и вторичной обмотках трансформатора прекращается.
Далее опять встроенный ключевой мосфет ШИМ контроллера открывается, первичная обмотка притягивается к "земле", и трансформатор начинает накапливать магнитную энергию в сердечнике. ШИМ контроллер в этот момент питается накопленной на конденсаторе С510 энергией, а конструктивные узлы телевизора - накопленной энергией на конденсаторах С201, С206, С202. И так по кругу.
В описанном мною принципе работы "Дежурного" источника питания, можно заметить, что питающее напряжение передается в нагрузку в момент, когда ключевой транзистор ШИМ контроллера закрыт. Это сделано для того, чтобы не перегружать ШИМ контроллер, иначе он просто выйдет из строя.
Вот в принципе и все формирование "дежурки". Осталось только разобрать, как осуществляется стабилизация по напряжению, и будем переходить к формированию питающего напряжения для APFC.
"Дежурка". Стабилизация по напряжению.
В данном ШИМ контроллере стабилизация по напряжению осуществляется с помощью Отрицательной Обратной Связи (ООС). Поправка для стабилизации формируется частичным "притягиванием" напряжения c вывода 4 (FB/OLP) к "земле", и осуществляется следующим образом (скачать файл):
Часть входного напряжения "дежурки", через резистивный делитель R204, R205 - R206, поступает на управляющий вывод микросхемы AZ431 (IC202). Тем самым приоткрывается на некоторую величину p-n переход между выводами "А" и "К" микросхемы. Через выводы 1-2 оптопары (IC502) начинает протекать ток, величина которого зависит от того, насколько приоткрыт p-n переход между "А" и "К" IC202. Внутренний светодиод оптопары приоткрывает переход Коллектор-Эмиттер встроенного в микросхему фототранзистора, и напряжение на выводе 4 (FB/OLP) ШИМ контроллера, частично просаживается на землю. Чем сильнее приоткрыт этот переход, тем сильнее "просаживается" на "землю" напряжение на выводе 4 ШИМ контроллера.
Вот, в принципе и вся стабилизация по напряжению. Осталось рассмотреть формирование напряжения питания Активного Корректора Коэффициента Мощности.
4. Формирование напряжения питания АККМ.
При подаче сетевого напряжения, после диодного моста BD101, однополярное пульсирующее напряжение, через "обходные диоды" D601, D602 поступает на сетевой конденсатор C610, и заряжает его до амплитудного значения 310В.
Далее, через первичную обмотку импульсного трансформатора "дежурного напряжения" Т501 (выв. 1-3), напряжение поступает на цепи первичного запуска ШИМ контроллера "Дежурки" IC501 (выв. 7-8 D/ST).
ШИМ контроллер переходит в рабочий режим. На вторичной обмотке трансформатора появляется напряжение дежурки.
Дежурное напряжение, через токоограничительный резистор R210, так же поступает на первый вывод оптопары IC503. Вывод №2 оптопары IC503 подключен к коллектору NPN транзистора Q201, работающего в ключевом режиме.
К базе транзистора подключен вывод, через который поступает управляющий сигнал POWER_ON. В "Дежурном режиме" на этом выводе 0В. Чтобы база транзистора не висела в воздухе, когда ТВ находится в "дежурном режиме", она через резистор R211 подтягивается к эмиттеру транзистора, ну и , соответственно к "земле". Так как NPN транзистор открывается, когда на его базу подается положительное напряжение (логическая единица), а у нас в "дежурном режиме" на базе 0В, транзистор закрыт и через выводы 1-2 оптопары IC503 ток не протекает (так как вывод 2 оптопары через транзистор не притянут к "земле") - ждем сигнал на включение.
Источник питания контроллера APFC собран на основе стабилизатора напряжения, ключевыми элементами которого являются N-P-N транзистор Q501 (KTC3551T) и стабилитрон ZD502 с напряжением пробоя 15В.
Эта схема на основе эмиттерного повторителя поддерживает напряжение на выходе стабилизатора приблизительно такое же, какое присутствует на базе транзистора Q501. Судя по напряжению пробоя стабилитрона ZD502, оно должно быть около 15В.
Так как такое схемное решение встречается очень часто при ремонте блоков питания, предлагаю рассмотреть ее в подробностях:
Телик находится в "Дежурном режиме". Присутствует только дежурное напряжение 3,5В.
Как известно, для того, чтобы N-P-N транзистор открылся, на базу должно быть подано напряжение положительной полярности. Так как оптопара IC503 закрыта, на базе транзистора Q501 - 0В.
Пользователь перевел телик в "Рабочий режим" (скачать файл)
Процессор на материнской плате, получив сигнал на включение, коммутирует "дежурное напряжение" 3.5В на управляющий вывод POWER_ON, который поступает обратно на блок питания и подается на базу транзистора Q201.
Через выводы 1-2 оптопары IC503 начинает протекать ток, так как транзистор Q201 открылся и подтянул вывод 2 оптопары IC503 к земле. Внутренний светодиод оптопары IC503 открывает фототранзистор оптопары IC503, и напряжение со вспомогательной обмотки трансформатора Т501, сглаженное конденсатором С504, поступает на базу транзистора Q501, тем самым приоткрывая переход Эмиттер - Коллектор транзистора Q501.
Таким образом мы на выходе транзистора получаем напряжение, величиной около 15В, которое сглаживается конденсатором C509 и поступает на вход APFC контроллера.
APFC контроллер "оживает" и включает в работу модуль APFC, который накачивает сетевой конденсатор до 390В.
Фу-у-ух. Вот, в принципе и все, чем хотел сегодня с Вами, Дорогие друзья, поделиться.
Надеюсь статья была интересна, я очень старался, чтоб это было так.
На этом я с Вами, Дорогие друзья, прощаюсь до следующей публикации. Всем жму руку.
Ну и как обычно...
Так же рекомендую мою программу Teleservice. Она абсолютно бесплатна, будет полезна как радиолюбителям, так и самозанятым телемастерам.
Если информация была полезна, поддержите пожалуйста Лайком, ну и Подписывайтесь, буду стараться выкладывать только полезную информацию.
