Вступление
В данном материале рассматривается ситуация, когда сама светодиодная подсветка ЖК-экрана телевизора или монитора исправна, но схема управления подсветкой вышла из строя или функционирует с "глюками".
Обычно в таких случаях ремонт предполагает замену материнской платы телевизора полностью или её ремонт на уровне отдельных элементов.
Однако замена платы целиком обходится дорого, да и найти такую же или совместимую модель может быть затруднительно. Ремонт на уровне элементов требует специализированного оборудования и подходит в основном для профессионалов, работающих с SMD-компонентами (радиоэлементами поверхностного монтажа).
Существует и третий способ решения проблемы, который профессиональные ремонтники могут счесть примитивным, а любители — новаторским (зависит от точки зрения). Он заключается в замене штатной схемы питания подсветки на упрощённую систему с повышающим DC-DC преобразователем (преобразователем постоянного тока в постоянный).
Хотя такой метод не обеспечивает полной функциональности (например, может возникнуть проблема с регулировкой яркости), в большинстве случаев он является приемлемым решением.
В этом материале мы рассмотрим в какой-то мере спорный случай ремонта схемы подсветки, при котором выбранное техническое решение будет функционировать на пределе своих возможностей.
Сущность идеи нестандартного ремонта схемы подсветки
Основная сложность ремонта схемы подсветки заключается в том, что в современных дисплеях для подсветки используются светодиодные линейки, состоящие из множества последовательно соединённых белых светодиодов. Для их работы требуется относительно высокое напряжение питания, которое может варьироваться от 30 до 150 вольт и даже выше!
Это напряжение превышает то, которое выдаёт блок питания телевизора или монитора. Поэтому для питания подсветки применяются специальные DC-DC преобразователи (установлены на материнской плате ТВ), которые повышают напряжение и регулируют ток выхода, что позволяет управлять яркостью дисплея.
Существуют также преобразователи без регулировки выходного тока. Они просто задают определённое значение тока, а яркость изображения регулируется «цифровым» способом — путём перекодирования изображения на более светлое или тёмное. Однако такой метод не считается технически корректным и в настоящее время используется редко.
Но в рамках данного проекта будет создан именно такой упрощённый преобразователь. Если в телевизоре не предусмотрен «цифровой» способ регулировки яркости, то яркость регулироваться вообще не будет, а будет настроена фиксированно на уровне 0,5–0,75 от максимальной. Устанавливать яркость на максимум не рекомендуется, так как это может привести к ускоренной деградации светодиодов подсветки и их выходу из строя.
Поскольку вольт-амперная характеристика светодиодов подсветки изменяется по мере их прогрева, между DC-DC преобразователем и светодиодными линейками (их может быть несколько в одном дисплее) необходимо установить резисторы для стабилизации тока подсветки. Резисторы должны быть подобраны таким образом, чтобы потери мощности на них были минимальными по сравнению с мощностью подсветки.
Кроме того, схема подсветки должна работать не постоянно, а включаться при включении телевизора и выключаться при выключении. Это необходимо для того, чтобы подсветка не потребляла излишнюю энергию и не сокращала срок службы светодиодов при выключенном телевизоре. Дело в том, что в телевизорах в подавляющем большинстве случаев, в отличие от компьютеров, при выключении работает не слабенький дежурный источник питания +5 В, а продолжает выдавать все положенные напряжения штатный блок питания. Поэтому DC-DC преобразователь должен иметь контакт управления для включения и выключения.
Для реализации этой функции потребуется доработка выбранного DC-DC преобразователя (да, придётся "повозиться").
Выбор и доработка повышающего DC-DC преобразователя для подсветки ЖК-экрана
Основные требования к DC-DC преобразователю для системы подсветки включают достаточную мощность и достаточное напряжение на выходе. В большинстве случаев мощность, потребляемая светодиодами подсветки, составляет около 10 Вт для экранов с диагональю 22 дюйма, 20-30 Вт для экранов 40 дюймов и увеличивается пропорционально размеру экрана.
Напряжение на светодиодных линейках подсветки может варьироваться в зависимости от модели монитора, но значения ниже 30 В для экранов с диагональю 22 дюйма и более не встречаются. Рекомендуется проверить это в datasheet на дисплей, если получится найти.
Для иллюстрации рассмотрим процесс ремонта системы подсветки в телевизоре Supra STV-LC39520FL, который уже не производится, но в своё время был популярен благодаря невысокой цене и качественному экрану с хорошими углами обзора и насыщенными цветами.
В данном телевизоре используется матрица HK390LEDM-AH50H, для которой, увы, не удалось найти datasheet. Подсветка этой матрицы состоит из двух линеек, расположенных сверху и снизу экрана.
Измерение напряжения на линейках светодиодов с помощью внешнего блока питания с выходным напряжением 60 В и резистором 1 кОм показало, что светодиоды начинают светиться при 54 В. Предполагая падение напряжения на каждой секции светодиодов в 3 В, можно сделать вывод, что в каждой панели должно быть около 20 последовательно соединённых секций, а номинальное напряжение должно составлять около 60 В.
Таким образом, DC-DC преобразователь должен обеспечивать напряжение не менее 60 В, а лучше немного выше. В итоге был выбран мощный (даже избыточно мощный) повышающий DC-DC преобразователь на базе контроллера FP5139 с внешним MOSFET и диодом Шоттки.
С обзором этого DC-DC преобразователя можно ознакомиться по ссылке.
Преобразователь имеет номинальное выходное напряжение 55 В. Однако в ходе испытаний выяснилось, что реальное напряжение может достигать 63–64 В. Повышать выходное напряжение выше этого значения нельзя, поскольку на выходе установлен электролитический конденсатор, рассчитанный на 63 В, а также используется MOSFET с максимально допустимым напряжением 60 В.
Ещё одна проблема заключается в отсутствии входа для управления включением/выключением преобразователя. Хотя чип FP5139 поддерживает такую функцию, в данном конкретном исполнении она не реализована (как уже говорилось, придётся "повозиться"). Как выглядит её схемная реализация, можно найти в datasheet FP5139. Здесь тоже приведу эту схему:
Для реализации этого необходимо отсоединить резистор, который идёт от контакта 4 чипа к земле, и установить дополнительный транзистор в образовавшийся разрыв. Эту задачу можно выполнить, процарапав металлизацию на плате преобразователя и установив добрый старый транзистор КТ315 (или аналогичный) с парой резисторов навесным монтажом, как показано на следующих двух фотографиях:
Сама эта дополнительная схема управления - по предела простая:
Представленная схема предназначена для работы с уровнем управляющего сигнала 12 В. Если этот уровень отличается (как в других телевизорах), необходимо заменить резистор 10 кОм на пропорциональный изменению значения управляющего напряжения.
Перед этим этапом нужно демонтировать плату преобразователя из корпуса и снять радиатор (альтернативной бескорпусной конструкции найти не удалось). Радиатор не потребуется, так как нагрев элементов на плате незначителен.
Следующий шаг — определение источника питания и управляющего сигнала для преобразователя.
В результате разборки телевизора выяснилось, что блок питания на материнской плате генерирует два напряжения: стабилизированное 12 В и нестабилизированное около 35 В в режиме холостого хода (при выключенном телевизоре). Это значение может изменяться в зависимости от режима работы ТВ.
Если телевизор имеет только одно выходное напряжение от блока питания, выбор источника питания для DC-DC преобразователя становится очевидным.
В случае нескольких напряжений, подключение осуществляется к нестабилизированному, чтобы избежать перегрузки стабилизированной части блока питания. Важно убедиться, что это напряжение ниже, чем напряжение питания светодиодных линеек. Это необходимо, чтобы преобразователь не передавал входное напряжение на выход, что может привести к перегреву и повреждению светодиодов подсветки.
Для наглядности - материнская плата телевизора Supra STV-LC39520FL выглядит следующим образом:
Кстати, эта плата - хороший пример современной конструкции телевизора: вся электроника поместилась на одной плате. В первых ТВ с жидкокристаллическими экранами устанавливалось несколько плат (по отдельности блок питания, материнская плата, плата формирования подсветки (инверторы), плата звука, плата соединений), а сейчас - всё "в одном флаконе"!
Вернёмся же "к нашим баранам".
Нужно определить источник управляющего сигнала для схемы подсветки.
Существует несколько вариантов: найти схему на материнскую плату, определить нужный контакт и подключить его (предварительно убедившись, что логический уровень сигнала соответствует требуемому и не потребуется его инвертирование).
Альтернативный метод заключается в использовании сигнала управления, который явно присутствует на разъёме питания матрицы экрана. В рабочем режиме телевизор одновременно подаёт питание на подсветку и на электронику матрицы. Обычно это напряжение для матрицы составляет 3.3 В, 5 В или 12 В (в данном конкретном случае — 12 В).
Это напряжение можно использовать в качестве управляющего сигнала для DC-DC преобразователя. Проводники питания для матрицы часто имеют цветовую маркировку (в данном случае — красную). К одному из таких проводников нужно припаяться и подать сигнал на входной резистор схемы управления преобразователем. В данном случае был извлечён контакт питания из разъёма, к нему подключён проводник управления преобразователем, после чего контакт был возвращён на место.
И, наконец, новая плата формирования подсветки установлена и подключена:
После этого на материнской плате телевизора была деактивирована собственная система формирования тока подсветки. Для этого на плате найден преобразователь для подсветки, и предпринята попытка поднять и отсоединить контакты силового транзистора этого преобразователя. Однако при выполнении этой операции один из контактов был случайно сломан, хотя это и не имело существенного значения (этот транзистор больше не нужен).
Возможно, оставшиеся компоненты не привели бы к дальнейшим проблемам в работе телевизора. Однако не исключено, что процессы их деградации могли бы продолжиться, что в конечном итоге привело бы к короткому замыканию в схеме и потребовало бы нового ремонта.
Но это еще не "хэппи энд". После этого пришлось провести ещё некоторые дополнительные манипуляции.
Донастройка схемы подсветки LCD-экрана
Изначально планировалось обеспечить каждую светодиодную линейку в подсветке током в 100 мА (всего 200 мА), что должно было дать суммарную мощность 12 Вт (примерно 50% от максимума). Для этого выходное напряжение DC-DC преобразователя было установлено на максимальное значение — 63,2 В, а последовательно с каждой из двух линеек были подключены резисторы по 24 Ом.
Однако фактическое сопротивление светодиодных линеек оказалось значительно выше ожидаемого, в результате чего ток через каждую из них составил всего 50 мА. Это оказалось недостаточно для обеспечения приемлемой яркости экрана.
Чтобы увеличить ток, номиналы резисторов были снижены до 3 Ом, выполненные из древнесоветских дросселей, намотанных на резисторах. Эти дроссели на основе медной проволоки имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, что частично компенсирует изменение характеристик светодиодов при нагреве телевизора после включения.
Использование дросселей вместо резисторов не является критически важным, но представляет собой технически элегантное решение (но можно таки использовать и обычные резисторы).
После замены резисторов ток через каждую линейку увеличился до 82 мА (всего 164 мА), что всё же не достигло запланированных 100 мА. Однако яркость экрана стала приемлемой для комфортного просмотра телепередач, особенно в условиях невысокой яркости освещения в помещении. В целом, решение оказалось рабочим, хотя и находится на грани приемлемости.
Итоги и выводы
Как оказалось, неполадки с подсветкой экрана — довольно распространённое явление. Автор уже сталкивался с подобным случаем, когда у другого телевизора, марки Grundig, подсветка гасла на полсекунды каждые несколько секунд. Причина осталась неизвестной, но ТВ был отремонтирован точно таким же образом.
Предложенный способ позволяет более-менее легко восстановить работу подсветки экрана.
Дополнительный "плюс" применённого способа - он даёт немерцающую подсветку экрана (никакого ШИМ-а!); в то время, как многие LCD-телевизоры старых выпусков страдали ШИМ-ом в районе 180 - 400 Гц. К счастью, в новых телевизорах этот недостаток почти изжит; но зато стал встречаться в OLED-телевизорах и мониторах при малых значениях яркости.
Опыт мастеров подтверждает: если матрица телевизора в порядке, то остальные неисправности можно устранить. Если же матрица вышла из строя, её замена нецелесообразна экономически (лучше продать телевизор на запчасти).
Диагностика проблемы может быть сложной. В описанном случае телевизор всё же включался на несколько секунд, что позволило провести необходимые измерения и продиагностировать неполадку.
Этот метод предназначен в первую очередь для радиолюбителей, а не для профессионалов. Однако в жизни всякое может случиться.
Купить применённый повышающий DC-DC преобразователь можно на Алиэкспресс, например, здесь. Цена на дату обзора - около $4 с учётом доставки (цена может меняться в любую сторону, проверяйте!). Если найдётся у других продавцов дешевле, то тоже можно брать - товар одинаковый.
Реклама. ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН 7703380158
Всем спасибо за внимание!
Подписывайтесь на этот Дзен-канал: будет ещё много полезного и интересного!